JP2009120734A - 蓄熱材組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、潜熱蓄熱物質としてのノルマルパラフィン含有率が高く、かつ、相転移温度をはさんでの凝固−融解のサイクルを繰り返し行い、熱履歴を受けた場合にも、安定な固定化状態を維持する蓄熱材組成物を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の蓄熱材組成物は、ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱剤と、脂肪酸金属塩からなる固定化剤と、固定化促進剤とを含有し、蓄熱材組成物中の固定化剤含有量が１〜３５重量％の範囲であり、かつ、潜熱蓄熱量が６０Ｊ／ｇ以上であることを特徴としている。本発明の蓄熱材組成物では、ノルマルパラフィンが、炭素数１０〜３０のノルマルパラフィンよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ノルマルパラフィンを主成分とし、その相転移温度以上の温度において固定化状態（非流動性）を示す蓄熱材組成物に関する。詳しくは、本発明は、潜熱蓄熱物質であるノルマルパラフィンの相転移温度を挟んで熱サイクルを繰り返し行った場合にも、安定な固定化状態を保持する蓄熱材組成物に関する。

近年、省エネルギーやエネルギーの有効利用のために、余剰エネルギーを有効に利用することが求められている。その有効な方法として、物質の相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱を行う方法が用いられてきた。相変化を伴わない顕熱のみを利用する方法に比べ、潜熱を利用する方法は狭い温度域に大量の熱エネルギーを高密度に貯蔵できるため、蓄熱材容量の縮小化がなされるだけでなく、蓄熱量が大きい割に大きな温度差が生じないため熱損失を少量に抑えられる利点を有している。

これらの蓄熱材は、液相から固相への相転移時に放出される熱量を利用して、蓄熱式空調機器、蓄熱式建材、各種保温器具や装置などに利用されつつある。また、固相から液相への相転移時に熱が吸収される現象を利用して、保冷剤などに利用されている。これらは、用いる蓄熱剤の相転移温度（融点）を目的とする温度、例えば、室温前後、体温前後などに設定することにより目的を達成することができるものである。

潜熱蓄熱剤の例としては氷、水、パラフィン、無機塩等があるが、材料として見た場合、ノルマルパラフィンは引火性を有する危険物である等、そのままでは実用範囲が限定される場合がある。そのためノルマルパラフィンを固形化することにより非危険物化し、流動して漏れることがない形態を保つような配慮が要求される。

このような材料特性を向上させる方法として、密閉容器や袋に収納する方法（特許文献１）、多孔質物質内に収納する方法（特許文献２）、マイクロカプセル化する方法（特許文献３）、結晶性ポリエチレンなどの結晶性ポリオレフィンに練り込む方法（特許文献４、５）等が種々提案されている。

しかしながら上記各方法によっても、充分な強度を有する容器などの使用が必要となったり、製造上の工程が複雑となり、コスト高で実用性が無かったり、パラフィンなどの滲み出しが発生したりするなどの問題があり、とりわけ固形化剤のためにパラフィン類の含有率が低くなり蓄熱量が減少してしまうといった問題点があった。
特開２００３−２３７８６８号公報 特開２００４−７５７１１号公報 特表２００２−５１６９１３号公報 特許第３６４２７８５号公報 特開２００２−１０５４４２号公報

本発明は、上記問題点を解決し、潜熱蓄熱物質としてのノルマルパラフィン含有率が高く、かつ、相転移温度をはさんでの凝固−融解のサイクルを繰り返し行い、熱履歴を受けた場合にも、安定な固定化状態を維持する蓄熱材組成物を提供することを課題とする。

本発明者は、前記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ノルマルパラフィンに対して特定の固定化剤および固定化促進剤を用いることにより、安定な固定化状態を維持する蓄熱材組成物となることを見出し、本発明に想到したものである。

すなわち、本発明の蓄熱材組成物は、ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱剤と、
脂肪酸金属塩からなる固定化剤と、固定化促進剤とを含有し、
蓄熱材組成物中の固定化剤含有量が１〜３５重量％の範囲であり、かつ、潜熱蓄熱量が６０Ｊ／ｇ以上であることを特徴としている。

このような本発明の蓄熱材組成物では、ノルマルパラフィンが、炭素数１０〜３０のノルマルパラフィンよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の蓄熱材組成物では、脂肪酸金属塩が、２−エチルヘキサン酸アルミニウムであることが好ましい。

本発明の蓄熱材組成物では、固定化促進剤が高級脂肪酸であることが好ましい。

本発明によれば、特定の固定化剤および固定化促進剤を用いることにより、ノルマルパラフィン含有率が高い蓄熱材組成物を得られるため、高潜熱量の蓄熱材組成物を提供することができる。また相転移温度を挟んでの熱履歴を繰り返しても、安定な固定化状態を維持するため、潜熱蓄熱物質であるノルマルパラフィンが漏洩することがない蓄熱材組成物を提供できる。

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱剤と、固体化剤と、固定化促進剤とを含有する。
潜熱蓄熱剤
本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱剤の主成分としてノルマルパラフィンを含有する。ノルマルパラフィンは、種々の温度領域における化合物が存在し、蓄熱密度が高く、化学的に安定であるため相変化を繰り返しても劣化しない等の特徴を有している。また、ノルマルパラフィンは炭素数の異なる化合物を混合することにより、所望の固−液相転移温度に制御できる点から、無機塩等の限られた温度でしか利用できないものに比べ、様々な温度での蓄熱が可能であるなどの利点を有している。

本発明で潜熱蓄熱剤成分として用いられるノルマルパラフィンとしては、炭素数が１０〜３０（相転移温度（融点）：−３０〜６７℃、融解潜熱量：１４０Ｊ／ｇ以上）のものが好ましい。特に、炭素数１２〜２０のノルマルパラフィンは、相転移温度が−１０〜３７℃、融解潜熱量が１５０〜２５０Ｊ／ｇであり、保冷材や保温材として好適に使用できる。これらのノルマルパラフィンは、用途および所望の蓄熱設定温度に応じて、単独で用いてもよく、炭素数の異なる２種以上を組み合わせて用いてもよい。

潜熱蓄熱剤の含有量は、蓄熱材組成物中において、３０重量％以上が好ましく、より好ましくは４０重量％以上、特には５０重量％以上が好ましい。
本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱剤としてノルマルパラフィンのみを含有することが望ましいが、ノルマルパラフィンとともに、イソパラフィン、芳香族炭化水素などのノルマルパラフィン以外の炭化水素化合物を、潜熱蓄熱剤の全量中１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の割合で含有してもよい。

固定化剤
本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱剤を固定化する固定化剤を含有する。本発明におい
て、固定化とは、液状のものをゼリー状にするなど、非流動化する作用を意味する。

本発明に係る固定化剤は、脂肪酸金属塩からなる。脂肪族金属塩は、脂肪族カルボン酸の金属塩であって、脂肪族金属石鹸ともいう。金属種としては、アルミニウム、カルシウム、マンガン、鉛等の各種の二価以上の金属塩やアルカリ土類塩が使用できる。中でもアルミニウム塩が好ましく使用できる。また、脂肪酸金属塩の脂肪酸基は特に制限はないが、炭素数４〜１２、好ましくは炭素数６〜１０程度の脂肪酸基であることが望ましく、オクチル酸基が特に好ましい。このような脂肪族金属塩の中では、２−エチルヘキサン酸アルミニウムが特に好適に使用できる。

本発明に係る固定化剤は、脂肪酸金属塩を１種単独で含有してもよく、２種以上組み合わせて含んでもよい。
このような固定化剤によりノルマルパラフィンを固定化する方法では、固体含浸やマイクロカプセル等の他の方法に比べ、ノルマルパラフィンの含有率を高めることができ、合成反応を必要とせず撹拌混合により調製できるなど、性能、製造プロセス上の利点を有している。また、脂肪酸金属塩からなる固定化剤でノルマルパラフィンを固定化して得られる本発明の蓄熱材組成物では、ノルマルパラフィンの固相−液相転移温度を挟んでの熱サイクルを繰り返し行った場合にも、安定な固定状態を維持することができ、特に２−エチルヘキサン酸アルミニウムを固定化剤として用いた場合には、熱サイクル特性に優れ多数回の熱履歴によっても固定化性能を維持した蓄熱材組成物を得ることができる。

また、脂肪酸金属塩以外の固定化剤、例えば１２−ヒドロキシステアリン酸やジベンジリデンソルビトールを使用した場合には、ノルマルパラフィンを固定化できるものの、固相−液相転移温度を挟んでの熱サイクルを繰り返すことにより固定状態が崩壊してしまう場合がある。

なお、本発明において、安定に固定化された状態とは、蓄熱材組成物を直径１０ｍｍの円筒容器に入れ、相転移温度より５℃高い温度に１０分以上垂直に静置した後、９０度傾けた場合においても、蓄熱材組成物が流動しない、或いは液体の染み出しがない状態をいう。

本発明の蓄熱材組成物中において、固定化剤の含有量は、充分な固定化が行われる量であればよく、その種類などにもよるが、通常１〜３５重量％、好ましくは１〜３０重量％、より好ましくは１〜２５重量％の範囲であることが望ましい。固定化剤の含有量が１重量％以下では固定化が不十分な場合があり、３５重量％以上では潜熱蓄熱剤であるノルマルパラフィンの含有量が低くなり、蓄熱量が低下する場合があるため好ましくない。

固定化促進剤
本発明の蓄熱材組成物は、固定化剤とともに、固定化促進剤を含有する。本発明の蓄熱材組成物に使用する固定化促進剤としては、用いる潜熱蓄熱剤および固定化剤の種類にもよるが、炭素数が８〜２４、好ましくは１２〜２０である飽和及び／又は不飽和高級脂肪酸が挙げられる。本発明の蓄熱材組成物においては、固定化促進剤により、固定化剤の潜熱蓄熱剤への溶解／分散が促進され、安定な固定化性能が得られる。

固定化促進剤として好適に用いられる飽和高級脂肪酸、不飽和高級脂肪酸としては、特に限定されるものではないが、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ベヘニン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。これらの固定化促進剤は、単独で使用してもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

固定化促進剤の含有量は、その種類、ならびに蓄熱材組成物を構成する潜熱蓄熱剤および固定化剤の種類にもよるが、蓄熱材組成物に対して好ましくは０．５〜３５重量％であり、より好ましくは０．５〜３０重量％、特に好ましくは０．５〜２５重量％である。また、固定化剤に対する固定化促進剤の重量比は、好ましくは５／１００〜１２０／１００、より好ましくは２０／１００〜１００／１００、特に好ましくは２５／１００〜７５／１００が望ましい。固定化促進剤の蓄熱材組成物に対する含有量が０．５重量％以下であると固定化が不十分となる場合があり、また、３５重量％を超えると、蓄熱材組成物中に占める固定化剤および固定化促進剤の比率が高くなるために蓄熱量が低下してしまう場合がある。

本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱量が６０Ｊ／ｇ以上であり、好ましくは８０Ｊ／ｇ以上、より好ましくは１００Ｊ／ｇ以上である。潜熱蓄熱量が６０Ｊ／ｇより小さいと、蓄熱材としての蓄熱効率が低下するため好ましくない。

また、本発明の蓄熱材組成物は、必要に応じて、潜熱蓄熱剤、固定化剤および固定化促進剤以外の成分を含有していてもよい。含有し得るその他の成分としては、各種添加剤、充填剤などが挙げられ、例えば、酸化防止剤、着色剤、帯電防止剤、腐食防止剤、難燃剤、防鼠剤、金属繊維、カーボン、カーボンファイバー等が挙げられる。このようなその他の成分の含有量は、特に限定されるものではないが、蓄熱材組成物中に５重量％以下であることが好ましい。

実施例
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

以下の実施例および比較例において、蓄熱材組成物の性状は、次の方法により測定あるいは評価した。
・固定化特性評価
蓄熱材組成物を直径１０ｍｍの円筒容器に入れ、相転移温度より５℃高い温度に１０分以上垂直に静置した後、９０度傾けた場合においても、蓄熱材組成物が流動しない、或いは液体の染み出しがない状態のものを、固定化したと判断する。蓄熱材組成物の調製後、一昼夜以内に安定に固定化したものをＡ、固定化しないものをＢと評価した。

・熱サイクル特性評価
固定化後の蓄熱材組成物を用い、該蓄熱材組成物の固相−液相転移温度より１０℃以上低い温度に１８０分間静置した後、各蓄熱材組成物の固−液相転移温度より１０℃以上高い温度にした際に、固定化状態を保持して油分のしみ出しが見られないものをＡ、油分のしみ出しが見られるかあるいは固定の一部または全部が液状に分離したものをＢと評価した。なお、一昼夜の静置により固定化しなかった蓄熱材組成物については、評価なし（−）とした。

・相転移温度および融解潜熱量
示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ２２０ＣＵ）を用いて、昇温速度１０℃／分にて測定した際の、ＤＳＣサーモグラム上の融解ピークから求めた。

［実施例１］
ｎ−テトラデカン（東京化成工業製：試薬）９２．５ｇに、２−エチルヘキサン酸アルミニウム（ホープ製薬製：オクトープアルミＡ）５．０ｇを加え、１５分間室温で撹拌した。これにオレイン酸（関東化学製：試薬）２．５ｇを加え３０分間撹拌して蓄熱材組成物を調製し、その後、静置した。静置後１時間でほぼ透明に固定化された蓄熱材が形成さ
れた。性状を表１に示す。

［実施例２］
実施例１において、ｎ−テトラデカンをｎ−ヘキサデカン（東京化成工業製：試薬）とした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例３］
実施例１において、ｎ−テトラデカンをｎ−ヘプタデカン（東京化成工業製：試薬）とした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例４］
実施例１において、ｎ−テトラデカン９２．５ｇを、ｎ−テトラデカン４６．２５ｇとｎ−ペンタデカン（東京化成工業製：試薬）４６．２５ｇの混合物を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例５］
実施例１において、ｎ−テトラデカンをｎ−ドコサン（東京化成工業製：試薬）とした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例６］
実施例１において、ｎ−テトラデカンをｎ−ドデカン（東京化成工業製：試薬）とした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例７］
実施例１において、ｎ−テトラデカンを９８．５ｇ、２−エチルヘキサン酸アルミニウムを１．０ｇ、オレイン酸を０．５ｇとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例８］
実施例１において、ｎ−テトラデカンを６０．０ｇ、２−エチルヘキサン酸アルミニウムを２０．０ｇ、オレイン酸を２０．０ｇとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例９］
実施例３において、ｎ−ヘプタデカンを６０．０ｇ、２−エチルヘキサン酸アルミニウムを２０．０ｇ、オレイン酸を２０．０ｇとしたこと以外は、実施例３と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［実施例１０］
実施例１において、オレイン酸に代えて、ラウリン酸（関東化学製：試薬）を用いたこと以外は、実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、ｎ−テトラデカンを９８．８５ｇ、２−エチルヘキサン酸アルミニウムを０．１０ｇ、オレイン酸を０．０５ｇとしたこと以外は実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。組成物を一昼夜静置したが、固定化はできなかった。

［比較例２］
実施例１において、オレイン酸を使用しなかったこと以外は実施例１と同様に蓄熱材組
成物を調製し、室温で１時間撹拌後一昼夜静置したが、固定化はできなかった。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

［比較例３］
ｎ−テトラデカン９５．０ｇに１２−ヒドロキシステアリン酸５．０ｇを加え、７５℃で３０分間撹拌して蓄熱材組成物を調製した。その後、室温まで放冷し、静置後１時間で白色の固定化された蓄熱材が形成された。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

［比較例４］
比較例３において、１２−ヒドロキシステアリン酸をＮ−ラウロイル−Ｌ−グルタミン酸−α，γ−ビス−ｎ−ブチルアミドにし、撹拌温度を１４０℃にした以外は比較例３と同様にして実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

［比較例５］
実施例１において、２−エチルヘキサン酸アルミニウムに代えて１２−ヒドロキシステアリン酸を用い、撹拌温度を７５℃としたこと以外は実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

［比較例６］
実施例１において、ｎ−テトラデカンを２０．０ｇ、２−エチルヘキサン酸アルミニウムを４０．０ｇに、オレイン酸を４０．０ｇにしたこと以外は実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

［比較例７］
実施例１において、ｎ−テトラデカンに代えて、ジメチルナフタレンを用いたこと以外は実施例１と同様に実施した。得られた蓄熱材組成物の性状を表２に示す。

本発明の蓄熱材組成物は、冷媒、保温材あるいは温度遮蔽剤としての各種用途に好適に利用でき、建物の断熱材として、また各種日用品、工業用品等に対して保温あるいは冷却効果を付与するものとして有用である。

Claims (4)

1. ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱剤と、
   脂肪酸金属塩からなる固定化剤と、
   固定化促進剤とを含有し、
   蓄熱材組成物中の固定化剤含有量が１〜３５重量％の範囲であり、かつ、潜熱蓄熱量が６０Ｊ／ｇ以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。
2. ノルマルパラフィンが、炭素数１０〜３０のノルマルパラフィンよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱材組成物。
3. 脂肪酸金属塩が、２−エチルヘキサン酸アルミニウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱材組成物。
4. 固定化促進剤が高級脂肪酸であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱材組成物。