JP2006282849A - 保温材及びその蓄熱方法 - Google Patents
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Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
さらに、本発明の保温材は、マイクロ波の照射で長時間保温性を確保することができ、さらには、マイクロ波の照射に伴う体積膨張による亀裂や劣化が抑制できる。
【解決手段】本発明の保温材は、有機潜熱蓄熱材(a)を、マイクロ波により振動・発熱するセグメントを含有する結合剤(b)で固定化したことを特徴とするものである。
【選択図】なし
Description
カイロは、鉄粉の酸化反応による発熱を利用したもので、携帯用の保温材として広く用いられている。
また、湯たんぽは、水の顕熱を利用したもので、再利用可能な保温材として、古くから用いられている。
このような保温材は、電子レンジのマイクロ波を照射することにより、蓄熱材中の水和物、つまり、水分子が振動、発熱し、該蓄熱材が熱を蓄えることにより、十分な保温効果を得るものである。したがって、電子レンジ等を用いて、所望の温度に簡便に蓄熱することができる。
しかしながら、このような保温材は、蓄熱材中に水和物(水)が含まれるため、電子レンジのマイクロ波を照射すると、場合によっては、水が揮発し、容器またはフィルムが破裂する危険性が高い。また、水の揮発等が起こると蓄熱材自体の物性が変化し、長期的に再利用することは困難であった。
このような有機系潜熱蓄熱材としては、パラフィンやオレフィンなどが多く用られているが、これらは、電子レンジのマイクロ波で発熱しないため、お湯に浸したり、別の熱源を利用する必要があり、蓄熱させるためにかなりのエネルギー・時間を要するといった問題があった。
しかし、この蓄熱体を高周波により蓄熱させるためには、多量の結晶水を含む水和物を必要とする。多量の結晶水を含む水和物を多くすると、結晶性有機化合物(パラフィン)の含有量が相対的に減少し、保温性・蓄熱性に劣るものとなる。また、水の揮発等が起こりやすくなり、蓄熱体が破裂したり、蓄熱材自体の物性が変化し、長期的に再利用することは困難な場合がある。
1.有機潜熱蓄熱材(a)を、マイクロ波により振動・発熱するセグメントを含有する結合剤(b)で固定化したことを特徴とするマイクロ波で蓄熱可能な保温材。
2.(b)が、反応性官能基を含有する化合物(b−1)、該反応性官能基と反応可能な反応性官能基を含有する化合物(b−2)とを反応させることにより得られるものであり、(b−1)及び/または(b−2)が、マイクロ波により振動・発熱するセグメントを含有することを特徴とする1.に記載の保温材。
3.有機潜熱蓄熱材(a)、反応性官能基を含有する化合物(b−1)、該反応性官能基と反応可能な反応性官能基を含有する化合物(b−2)を混合し、(b−1)と(b−2)を反応させて得られることを特徴とする2.に記載の保温材。
4.有機潜熱蓄熱材(a)の含有量が40重量%以上であることを特徴とする1.から3.のいずれかに記載の保温材。
5.1.から4.のいずれかに記載の保温材に、マイクロ波を照射することを特徴とする保温材の蓄熱方法。
本発明の保温材は、水または水を含む化合物(水和物)を含有しないため、マイクロ波により、保温材が破裂する危険性もなく、また、保温材として、長期にわたって再利用することが可能である。さらに、マイクロ波を過度に照射したとしても、保温材の破裂等を抑えることができる。
また、本発明の保温材は、保温材を形成する結合材自体が、マイクロ波により振動・発熱するものであるため、保温材中に(a)成分を多く含有することが可能である。よって、蓄熱性・保温性に優れており、長時間保温機能を持続させることもできる。
(c)成分としては、例えば、脂肪酸トリグリセリド、親水親油バランス(HLB)が1以上10未満(好ましくは1以上5以下)の非イオン性界面活性剤等が挙げられ、これらの1種または2種以上を混合し用いることができる。
ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリステアレート、ソルビタントリオレエート、ソルビタンセスキオレエート等のソルビタン脂肪酸エステル等が挙げられる。
このような(d)成分と(a)成分を混合することにより、結果として、(a)成分の粘度を上昇させ、保温材内に(a)成分を担持し、より保持し続けることができる。そのため、(a)成分が保温材外部へ漏れ出すのを防ぎ、蓄熱性に優れ、加工性、施工性に優れた保温材を得ることができる。
さらに(d)成分は、有機潜熱蓄熱材とほとんど反応することがなく、有機潜熱蓄熱材の融点やその他の各種物性に影響を与えないため、蓄熱材としての性能を効率よく発揮することができ、相変化温度(融点)の設定が容易であるため、好ましい。
また、(a)成分と(d)成分混合時のTI値は、4.0〜9.0程度とすればよい。なお、TI値は、B型回転粘度計を用い、下記式1により求められる値である。
TI値=η1/η2 (式1)
(但し、η1:2rpmにおける粘度(Pa・s:2回転目の指針値)、η2:20rpmにおける粘度(Pa・s:4回転目の指針値))
層状粘土鉱物としては、例えば、スメクタイト、バーミキュライト、カオリナイト、アロフェン、雲母、タルク、ハロイサイト、セピオライト等が挙げられる。また、膨潤性フッ素雲母、膨潤性合成マイカ等も利用できる。
有機処理としては、例えば、層状粘土鉱物の層間に存在する陽イオンを長鎖アルキルアンモニウムイオン等でイオン交換(インターカレート)すること等が挙げられる。
本発明では、特に、スメクタイト、バーミキュライトが有機処理されやすい点から、好適に用いられる。さらに、スメクタイトの中でも、特に、モンモリロナイトが好適に用いられ、本発明では、特に、有機処理されたモンモリロナイトを好適に用いることができる。
ホージュン社製のエスベン、エスベン C、エスベン E、エスベン W、エスベン P、エスベン WX、エスベン NX、エスベン NZ、エスベン N-400、オルガナイト、オルガナイトーD、オルガナイトーT(商品名)
ズードケミー触媒社製のTIXOGEL MP、TIXOGEL VP、TIXOGEL VP、TIXOGEL MP、TIXOGEL EZ 100、MP 100、TIXOGEL UN、TIXOGEL DS、TIXOGEL VP−A、TIXOGEL VZ、TIXOGEL PE、TIXOGEL MP 250、TIXOGEL MPZ(商品名)
エレメンティスジャパン社製のBENTONE 34、38、52、500、1000、128、27、SD−1、SD−3(商品名)
等が挙げられる。
また、(e)成分は、微粒子として用いることが好ましく、平均粒子径は、1〜100μm、さらには5〜50μmであることが好ましい。
本発明では、マイクロ波を吸収し加熱するセグメントを含有する結合剤を用いることにより、例えば、電子レンジ等のマイクロ波で簡便に加熱蓄熱させることができる。マイクロ波としては、例えば電子レンジのマイクロ波(2450MHz)等があげられ、通常300MHz〜300GHzの範囲であればよい。
特に、本発明では、骨格中にエーテル結合等が存在するものが好ましい。
例えば、反応性官能基を含有する化合物(以下、「(b−1)成分」という。)と該反応性官能基と反応可能な反応性官能基を含有する化合物(以下、「(b−2)成分」という。)からなる2液タイプが好適に用いられる。
ヒドロキシル基含有単量体;
多価アルコール;
ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリテトラメチレングリコールポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシプロピレンエチレンポリオール、エポキシポリオール、アルキドポリオール、フッ素含有ポリオール、ケイ素含有系ポリオール等のポリオール;
セルロース及び/またはその誘導体、アミロース等の多糖類;
等が挙げられる。
1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;
テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、パラフェニレンジカルボン酸、トリメリット酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
3種類の成分による反応物において、多価アルコール、多価カルボン酸、環状エステルとしては、前記例示のものなどを用いることができる。
ポリエステルポリオールの製造方法は、常法により行うことができ、必要に応じ、公知の硬化剤、硬化触媒等を用いてもよい。
(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸−4−ヒドロキシブチル等の(メタ)アクリル酸エステル類
グリセリンやトリメチロールプロパン等のトリオールの(メタ)アクリル酸モノエステル類;
上記(メタ)アクリル酸エステル類とポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等のポリエーテルポリオール類とのモノエーテル類;
(メタ)アクリル酸グリシジルと酢酸、プロピオン酸、p−tert−ブチル安息香酸等の一塩基酸との付加物;
上記(メタ)アクリル酸エステル類と、ε−カプロラクタム、γ−バレロラクトン等のラクトン類の開環重合により得られる付加物;
等が挙げられ、これらを単独重合または共重合することにより得ることができる。
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、イソクロトン酸、サリチル酸、けい皮酸等のカルボキシル基含有単量体;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロプロピルトリメトキシシラン等の加水分解性シリル基含有単量体;
アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル基含有単量体;
N−メチロ−ル(メタ)アクリルアミド等のメチロール基含有単量体;
ビニルオキサゾリン、2−プロペニル2−オキサゾリン等のオキサゾリン基含有単量体;
スチレン、2−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、ビニルアニソール、ビニルナフタレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル系単量体;
エチレン、プロピレン、イソプレン、ブタジエン、酢酸ビニル、ビニルエーテル、ビニルケトン、シリコーンマクロマー等のその他の単量体;
等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を用いることができる。
具体的には、置換度が、1.8〜2.8、さらには2.2〜2.6であることが好ましい。なお、置換度とは、セルロースを構成するグリコースユニット中に存在する3つのヒドロキシル基が、アルコキシル基等で置換された割合を意味し、100%置換された場合で置換度は3となる。
置換度をこのような範囲で制御することにより、蓄熱材との相互作用を向上させることができ、保温材内に、蓄熱材を長期に亘り保持することができる。
置換度が、1.8より小さい場合は、蓄熱材との相互作用が低下する場合があり、蓄熱材を保温材内に、十分保持できない場合がある。また、2.8より大きい場合は、セルロース中のヒドロキシル基が減少し、十分な強度を有する3次元架橋構造が得られない場合がある。
等、及びこれらのイソシアネート基含有化合物をアロハネート化、ビウレット化、2量化(ウレチジオン)、3量化(イソシアヌレート)、アダクト化、カルボジイミド反応等によって誘導体化したもの、及びそれらの混合物、及びこれらのイソシアネート基を含有する化合物と上述した共重合可能な単量体との共重合体等が挙げられる。
共重合可能な他の単量体としては、上述したヒドロキシル基含有単量体、アミノ基含有単量体、エポキシ基含有単量体、アミド基含有単量体、アルコキシシリル基含有単量体、加水分解性シリル基含有単量体、ニトリル基含有単量体、メチロール基含有単量体、オキサゾリン基含有単量体、アクリル酸エステル系単量体、ハロゲン化ビニリデン系単量体、芳香族ビニル系単量体、その他の単量体等が挙げられる。
本発明では特に、100g/eq以上250g/eq未満(好ましくは120g/eq以上230g/eq以下、より好ましくは150g/eq以上200g/eq以下)のエポキシ基を含有する化合物と、エポキシ当量が250g/eq以上400g/eq以下(好ましくは280g/eq以上350g/eq以下)のエポキシ基を含有する化合物を併用することが好ましい。このような2種以上のエポキシ基を含有する化合物を含有することにより、優れた硬化性と可撓性の両立が可能となる。また蓄熱材との相溶性を調整することができる。
さらに、本発明エポキシ樹脂は、1分子中に2つ以上のエポキシ基を有することが好ましい。2つ以上有することにより、硬化性と反応速度を向上させることができ、また、架橋密度を高くすることができ、得られる保温材の強度を高めることができる。
エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ヘキサメチレンジアミン、メチルペンタメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、グアニジン、オレイルアミン等の脂肪族アミノ基含有化合物;
メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、ピペリジン、N,N’−ジメチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ポリシクロヘキシルポリアミン、DBU等の脂環族アミノ基含有化合物;
メタフェニレンジアミン、4、4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族アミノ基含有化合物;
m−キシリレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の脂肪芳香族アミノ基含有化合物;
ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の水酸基及びアミノ基含有化合物;
テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ドデシル無水コハク酸等の酸無水物類;
ダイマー酸にジエチレントリアミンやトリエチレンテトラミン等のポリアミンを反応させて得られるポリアミド、ダイマー酸以外のポリカルボン酸を使ったポリアミド等のポリアミドアミン類;
2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;
ポリオキシプロピレン系ジアミン、ポリオキシプロピレン系トリアミン等のポリオキシプロピレン系アミン類;
上記アミン類にエポキシ化合物を反応させて得られるエポキシ変性アミン、上記アミン類にホルマリン、フェノール類を反応させて得られるマンニッヒ変性アミン、マイケル付加変性アミン、ケチミン、アルジミンといった変性アミン類;2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールの2−エチルヘキサン酸塩等のアミン塩等が挙げられる。
例えば、ヒドロキシル基を含有する化合物とイソシアネート基を含有する化合物を用いる場合は、NCO/OH比率で通常0.1〜1.8、好ましくは0.2〜1.5、さらに好ましくは0.3〜1.3となる範囲内で設定すればよい。
このようなNCO/OH比率の範囲内であることにより、保温材の強度を強靭なものとすることができ、蓄熱材の漏れのない均一な緻密な架橋構造を得ることができる。
例えば、ヒドロキシル基を含有する化合物とイソシアネート基を含有する化合物の反応では、反応促進剤として、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、テトラメチルブタンジアミン、ジメチルアミノエタノール、ダイマージアミン、ダイマー酸ポリアミドアミン等のアミン類;
ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、錫オクテート等の錫カルボン酸塩類;
ナフテン酸鉄、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸亜鉛、オクチル酸鉄、オクチル酸コバルト、オクチル酸マンガン、オクチル酸亜鉛等の金属カルボン酸塩類;
ジブチルチンチオカルボキシレート、ジオクチルチンチオカルボキシレート、トリブチルメチルアンモニウムアセテート、トリオクチルメチルアンモニウムアセテート等のカルボキシレート類;
アルミニウムトリスアセチルアセテート等のアルミニウム化合物;
等が挙げられ、1種または2種以上を用いることができる。
(i)(a)成分(必要に応じ、(c)成分、(d)成分、(e)成分等)、(b−1)成分、(b−2)成分を均一に混合し、(b−1)成分と(b−2)成分を反応させて、蓄熱材を固定化する方法、
(ii)(a)成分(必要に応じ、(c)成分、(d)成分、(e)成分等)と、親水親油バランス(HLB値)が10以上の非イオン性界面活性剤、(b−1)成分と(b−2)成分を混合し、(a)成分をコロイド状に分散させ、(b−1)成分と(b−2)成分を反応させて、蓄熱材を固定化方法、等が挙げられる。
この過程では、相溶状態から非相溶状態の変化に伴うミクロ相分離が起こり、(b−1)成分と(b−2)成分からなる緻密に入り組んだ3次元架橋構造が形成されるものと思われる。この3次元架橋構造に(a)成分が固定化された状態となり、(a)成分が固定化された保温材が形成される。
さらに保温材の形成成分を適宜設定することにより、保温材形成成分との相互作用が働き、(a)成分が外部へ漏れ出すのをより防ぐことができる。
また、保温材として3次元架橋構造であれば、その緻密な構造の故、(a)成分が外部へ漏れ出すのをより防ぐことができる。
(c)成分としては、上述した脂肪酸トリグリセリドや、親水親油バランス(HLB)が1以上10未満の非イオン性界面活性剤等が挙げられるが、(a)成分と樹脂成分との相溶性には、特に親水親油バランス(HLB)が1以上10未満の非イオン性界面活性剤が好ましい。
さらに、ヒドロキシル基を含有する化合物とイソシアネート基を含有する化合物の混合比率は、特に限定されず、適宜設定すればよいが、NCO/OH比率が、0.1〜1.8、好ましくは0.2〜1.7、さらに好ましくは0.3〜1.6、より好ましくは0.5〜1.5であることによって、より優れた3次元架橋構造を得ることができる。
さらに、(a)成分が、微細に均一に分散した状態であるため、(a)成分の固液変化に伴う体積変化による保温材自体の形状変化を軽減することもできる。
ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、
テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等のポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、
ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン等が挙げられる。
該界面活性剤が0.01重量部より少ない場合は、(a)成分と(b−1)成分及び/または(b−2)成分が分離してしまうかまたはクリーミング現象を起こしやすく、効率よくコロイド分散せず、本発明の効果が得られない場合がある。30重量部より多い場合は、得られる保温材の耐水性等の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
なお、粒子径は、光学顕微鏡(BHT−364M、オリンパス光学工業株式会社製)を用いて測定した値である。
さらに、ヒドロキシル基を含有する化合物とイソシアネート基を含有する化合物の混合比率は、特に限定されず、適宜設定すればよいが、NCO/OH比率が、0.1〜1.8、好ましくは0.2〜1.7、さらに好ましくは0.3〜1.6、より好ましくは0.5〜1.5であることによって、上記効果をよりいっそう高めることができる。
また、シート状の保温材の厚さは、特に限定されないが、通常1〜30mm(好ましくは、2〜20mm)程度とすればよい。
例えば、一般家庭にある電子レンジを用いる場合、約1〜5分、好ましくは2〜4分程度、マイクロ波(周波数:2450MHz)を照射することで、簡便に目的とする温度に、蓄熱することが可能である。
本発明の保温材は、このような電子レンジを用いて簡便に蓄熱・保温させることができるため、冬の暖房用保温材等に適用することができ、さらに、宅配ピザ用、弁当用の容器等の食材保温用途に用いられる保温材、健康用具に用いられる保温材等にも使用することができる。また、断熱材等と組み合わせることによって、保温効果を高めることもできる。
表1に示す原料を用い、表2に示す配合量にて、蓄熱材、界面活性剤、ヒドロキシル基含有化合物、イソシアネート基含有化合物を温度50℃で混合し、蓄熱材をコロイド状(平均粒子径20μm)に分散させ、反応促進剤を加え、十分攪拌し、蓄熱スラリーを得た。得られた蓄熱スラリーを、型枠(100mm×100mm×5mm)中に流し込み、80℃で30分硬化させ、型枠から脱型し、厚みが5mmの保温材を得た。この保温材を2枚作製した。
得られた保温材(2枚)を電子レンジで2分間、マイクロ波(2450MHz)を照射し、電子レンジから取り出し、2枚の保温材を熱電対を挟むように積層し、試験体を得た。この試験体を、温度23℃、相対湿度50%の環境下で、静置し、経時での温度変化を測定した。保温性試験では、マイクロ波照射直後(0時間後)、2時間後、4時間後の温度により評価した。
さらに、この操作を1サイクルとして合計100サイクル操作を行い、1回目、50回目、100回目の温度を評価し、再利用性についても評価した。
結果は、表3に示す。
表1に示す原料を用い、表2に示す配合量にて、蓄熱材、有機処理された層状粘土鉱物、ヒドロキシル基含有化合物、イソシアネート基含有化合物を温度50℃で均一に混合し、反応促進剤を加え、十分攪拌し、蓄熱スラリーを得た以外は、実施例1と同様の方法で保温材を得た。得られた保温材について、実施例1と同様の試験を行った。結果は表3に示す。
表1に示す原料を用い、表2に示す配合量にて、蓄熱材、界面活性剤、有機処理された層状粘土鉱物、ヒドロキシル基含有化合物、イソシアネート基含有化合物を温度50℃で混合し、蓄熱材をコロイド状(平均粒子径42μm)に分散させ、反応促進剤を加え、十分攪拌し、蓄熱スラリーを得た以外は、実施例1と同様の方法で保温材を得た。得られた保温材について、実施例1と同様の試験を行った。結果は表3に示す。
Claims (5)
- 有機潜熱蓄熱材(a)を、マイクロ波により振動・発熱するセグメントを含有する結合剤(b)で固定化したことを特徴とするマイクロ波で蓄熱可能な保温材。
- (b)が、反応性官能基を含有する化合物(b−1)、該反応性官能基と反応可能な反応性官能基を含有する化合物(b−2)とを反応させることにより得られるものであり、(b−1)及び/または(b−2)が、マイクロ波により振動・発熱するセグメントを含有することを特徴とする請求項1に記載の保温材。
- 有機潜熱蓄熱材(a)、反応性官能基を含有する化合物(b−1)、該反応性官能基と反応可能な反応性官能基を含有する化合物(b−2)を混合し、(b−1)と(b−2)を反応させて得られることを特徴とする請求項2に記載の保温材。
- 有機潜熱蓄熱材(a)の含有量が40重量%以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の保温材。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の保温材に、マイクロ波を照射することを特徴とする保温材の蓄熱方法。
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