JP2013181038A - ペースト状蓄熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に調製することができ、且つ、保温対象物に応じた形状となる蓄熱材を提供する。
【解決手段】水と、水が液体である温度範囲において融点を有する非水溶性の有機化合物と、分散剤と、架橋された水溶性ポリマーとを含むペースト状蓄熱材。
【選択図】なし

Description

本発明は蓄熱材に関し、詳細には、ペースト状蓄熱材及び使用時に二成分を混合してペースト状となる二液型蓄熱材に関する。

蓄熱材として、物質の相転移、主として固体・液体間の相転移、に伴う潜熱を利用するものが知られている。相転移する物質（以下、「相転移物質」という）としては、例えば、水、塩化ナトリウムや塩化カルシウム等の無機塩の水溶液、及びパラフィン等の炭化水素化合物が用いられている。しかし、これらの蓄熱材は、相転移する物質が液体状態になったときに、該蓄熱材を保持する容器や包装材から漏れ出し、特に炭化水素の場合には、引火する危険性がある。

これを解決するために、相転移物質をペースト化したもの（特許文献１）、ゲル状にしたもの（特許文献２）、マイクロカプセル化したもの（特許文献３）、他の物質上に担持して粒状としたもの（特許文献４）、親水性高分子固化物を用いて粒状としたもの（特許文献５）等が提案されている。

特開２００５−２００６１６号公報 特開平９−３１４５２号公報 特開２００５−０４２０４０号公報 特開２００６−３４８２２４号公報 特開２００７−１４５９４６号公報

しかし、マイクロカプセルや粒状の蓄熱材は、冷却もしくは加熱対象物に密着させて保持することが難しく、保温効率が悪い。ペースト状やゲル状であれば、対象物に密着させることができるが、それらの調製にはそれぞれ複雑な重合工程が必要である。そこで、本発明は、これらの欠点が無い蓄熱材を提供することを目的とする。

即ち、本発明は、水と、水が液体である温度範囲において融点を有する非水溶性の有機化合物と、分散剤と、架橋された水溶性ポリマーとを含むペースト状蓄熱材である。また、本発明は、下記二成分からなる二液型蓄熱材である。
（１）水と、架橋性の水溶性ポリマーと、水が液体である温度範囲において融点を有する非水溶性の有機化合物と、分散剤とを含む分散液、
（２）前記水溶性ポリマーの架橋剤を含む水溶液。

上記本発明のペースト状蓄熱材は、保温対象物への密着性が良いので、保温効率が高く、内容物の漏洩の恐れも無い。また、本発明の二液型蓄熱材を用いれば、使用に際して、保温対象物に応じた量のペースト状の蓄熱材を、簡便に調製することができるので、効率的である。

初めに、ニ液型蓄熱材から説明する。該二液型蓄熱材は、架橋性の水溶性ポリマー（以下、単に「架橋性ポリマー」という場合がある）と相転移物質を含む分散液成分（１）と、架橋性ポリマー用の架橋剤を含む水溶液成分（２）からなる。

成分（１）及び（２）において、水は本発明の目的を損なわない限り、任意の品質のものであってよい。例えば、水道水、蒸留水、イオン交換水等を使用することができ、これらのうちイオン交換水が好ましい。成分（１）において、水の量は、安定な分散系を作るために、成分（１）と（２）の合計質量に対して、２０〜５０質量％、好ましくは３０〜４０質量％である。また、成分（２）において、水の量は、架橋剤が溶解する量であればよく、（１）と（２）の合計質量に対して、２〜１０質量％、好ましくは３〜７質量％である。

該蓄熱材において、相転移物質は、水が液体である温度範囲、好ましくは１〜９０℃、において、融点を有する非水溶性の有機化合物である。該有機化合物としては、例えばヘキサデカン等の脂肪族炭化水素、ラウリン酸及びミリスチン酸等の高級脂肪酸及びそのエステル、ヘキサデカノール及びステアリルアルコール等の脂肪族アルコール等が挙げられる。これらのうち、脂肪族炭化水素が好ましく、炭素数８〜４０の脂肪族炭化水素がより好ましく、炭素数１４〜３０の飽和脂肪族炭化水素、例えばテトラデカン、ヘキサデカン、オクタデカン等が最も好ましい。

該有機化合物の量は、成分（１）と（２）の合計質量に対して３０〜７０質量％が好ましく、４０〜６０質量％がより好ましい。該範囲内であれば、安定した水中油滴型の分散液を得ることができる。

本発明において「架橋性」とは、何らかの架橋剤により架橋構造を形成して、ペースト状乃至、比較的柔軟なゲル状になることを言う。該架橋構造は共有結合に限らず、イオン結合、配位結合等、その結合形態は任意のものであってよい。該架橋性ポリマーの代表例は、水酸基を含み、カチオン性の架橋剤と架橋構造を形成するものであり、例えば、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ゼラチン、ペクチン、アルギン酸およびその塩、ポリグルコン酸、セルロース誘導体が挙げられる。これらのうち、ポリビニルアルコール及びセルロース誘導体が好ましい。

ポリビニルアルコールは、水溶性であればよく、その重合度、ケン化度等には制限はなく、これら諸特性が異なる２種以上の物の混合物であってもよい。また、本発明の効果を損なわない範囲で、ビニルアルコール以外の繰り返し単位を含む変性ポリビニルアルコールであってもよい。

セルロース誘導体としては、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースが挙げられる。これらのうち、カルボキシメチルセルロースがより好ましい。カルボキシメチルセルロースは、水溶性であればよく、そのエステル化度、粘度等には制限がない。また、２種以上のセルロース誘導体の混合物であってもよい。

該架橋性ポリマーの量は、成分（１）と（２）を混合して得られる蓄熱材の所望の柔軟性に応じて、広い範囲で調整することができる。好ましくは、該架橋性ポリマーの量は、成分（１）と（２）の合計の１〜２０質量％であり、より好ましくは３〜１０質量％である。架橋性ポリマーの量が、前記上限値を超えると、柔軟性が低くなり過ぎる傾向があり、前記下限値未満では、蓄熱材の漏れを起こす危険性がある。

相転移物質を水に分散させるための分散剤としては、非イオン界面活性剤及びアニオン系界面活性剤から選ばれる界面活性剤が好ましい。非イオン界面活性剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル及びしょ糖脂肪酸エステル等のエステル型界面活性剤；ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキルフェニルエーテル、及びポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のエーテル界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のエステル・エーテル型の界面活性剤が挙げられる。

アニオン系界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩界面活性剤；アルキル硫酸エステル等の硫酸エステル界面活性剤；及び燐酸エステル界面活性剤が挙げられる。これらの分散剤のうち、好ましくは、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、例えばポリオキシエチレンソルビタンモノヤシ油脂肪酸エステルが使用される。

成分（２）は架橋剤を含む水溶液である。該架橋剤としては、アンモニウム塩；ニ価の金属化合物、例えばカルシウム塩及び亜鉛塩；三価の金属化合物、例えばホウ酸、ホウ砂、アルミナ水和物、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸カリウムアンモニウム（ミョウバン）等を使用することができる。これらのうち、ホウ砂及びミョウバンを、ポリビニルアルコール及びカルボキシメチルセルロースと、夫々、組み合わせて使用することが好ましい。

該架橋剤の量は、成分（１）と（２）を混合して得られるペースト状蓄熱材の所望の柔軟性に応じて、広い範囲で調整することができる。好ましくは、成分（１）と（２）の合計の０．１〜５質量％、より好ましくは０．５〜２質量％である。

成分（１）と成分（２）の混合比は、作業性等の観点から、質量比（成分（１）／成分（２））が７０／３０〜９９／１が好ましく、８０／２０〜９６／４がより好ましい。

成分（１）及び成分（２）のいずれか、又は双方には、本発明の目的を阻害しない量の各種添加剤を加えてよい。該添加剤としては、染料及び顔料等の着色剤、エチレングリコール、グリセリン等の可塑剤もしくは凍結防止剤、防腐剤が挙げられる。

成分（１）は、水に、架橋性ポリマー及び分散剤を溶解して溶液を調製し、該溶液を攪拌しながら、相転移物質及び所望により上記添加剤を加えて、分散させて調製することができる。成分（２）は、水に架橋剤及び所望により添加剤を溶解することによって調製することができる。

本発明の二液型蓄熱材は、使用に際して、成分（１）と成分（２）を混合して使用する。量にも拠るが、混合すると数１０分〜数時間程度の短時間で、所望の柔軟性のペースト状とすることができる。成分（１）と（２）は、使用する直前に保温対象物に応じた量で混合してもよく、また、予め混合してペースト状とした状態で、水分が揮発しないようにして保存し、必要量のみ使用するようにしてもよい。現場で、成分（１）と（２）を、上述の混合割合の範囲内で、調整しながら混合することで、柔軟性を微調整することもできる。

本発明は、相転移物質である有機化合物が、架橋された水溶性ポリマー中に分散されているペースト状蓄熱材にも関する。該ペースト状蓄熱材は、相転移物質を３０〜７０質量％、好ましくは４０〜６０質量％含み、架橋された水溶性ポリマーを１．１〜２５質量％、好ましくは３．５〜１２質量％で、夫々、含む。該ペースト状蓄熱材の調製法としては、上記成分（１）と（２）を混合する方法が最も好ましいが、他の方法、例えば、予め水溶性ポリマーをペースト状とし、機械的に相転移物質、必要に応じて分散剤、を混練する方法であってもよい。

該蓄熱材は、食品等の保冷・保温材、住宅用冷暖房材、血液の定温輸送、体を冷却する保冷・保温剤、保冷・保温用貼付材等に広く使用することができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１、２＞
表１に示す処方（ｇ）に従い、成分（１）と（２）を夫々調製した。
同表において、各成分の詳細は以下のとおりである。
水：イオン交換水
ＰＶＡ：ポリビニルアルコール（ＫＬ−３１８、重合度１８００、クラレ社製）
ＣＭＣ：カルボキシメチルセルロースナトリウム（和光純薬社製）
分散剤：モノヤシ油脂肪酸ポリオキシエチレン（２０）ソルビタン（ＴＬ−１０、日光ケミカルズ社製）
相転移物質：ｎ−ヘキサデカン（和光純薬社製）

＜比較例１＞
成分（２）に、ポリビニルアルコールの架橋剤を配合しなかったことを除き、実施例１と同様にして、スラリー状蓄熱材を調製した。

＜比較例２＞
成分（２）に、カルボキシメチルセルロースの架橋剤を配合しなかったことを除き、実施例２と同様にして、スラリー状蓄熱材を調製した。

＜比較例３＞
市販のマイクロカプセル型蓄熱材スラリー（三菱製紙社製）を用いた。

＜評価方法＞
得られた成分（１）と（２）を混合して、比較例３についてはそのままで、以下の評価を行った。
（１）一定温度維持時間
ガラス瓶に、各試料１５ｇを秤り入れ、−５℃の環境に２４時間放置した。次いで、ガラス瓶を３５℃の環境に移動し、試料中に熱伝対を入れて、温度変化をモニタし、１７℃±２℃を維持した時間を測定した。
（２）漏洩性
１辺が190μmの紗に試料を載せ、試料が紗を通過するか目視で観察し、下記基準で評価した。
○：試料が紗を通過しない
×：試料が紗を通過する
（３）変形性
テンシロン万能試験機ＲＴＣ１２１０（株式会社エーアンドデイ社製）を使用し、９ｃｍ^２あたり１ｋｇ重の荷重を与え、変形したかを目視で判別し、下記基準で評価した。但し、スラリー状の比較例１〜３は、内容積５００ｍｌのポリエチレン製の袋に入れ、その上から加重を与えた。
○：変形する
×：変形しない

上記載から分かるように、本発明の蓄熱材は容易に調製することができる。また、表１から分かるように、ペースト状にすることによって、マイクロカプセル型よりも優れた保温性を備える。

本発明の蓄熱材は、対象物の形状に沿う形状となる柔軟性を備えるペースト状であり、又、現場で、必要量だけを簡便に調製することができる。

Claims (10)

1. 水と、水が液体である温度範囲において融点を有する非水溶性の有機化合物と、分散剤と、架橋された水溶性ポリマーとを含むペースト状蓄熱材。
2. 該水溶性ポリマーが、ポリビニルアルコール及びセルロース誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１記載のペースト状蓄熱材。
3. 該有機化合物が、炭素数８〜４０の飽和脂肪族炭化水素である、請求項１又は２記載のペースト状蓄熱材。
4. 該ペースト状蓄熱材の３０〜７０質量％の該有機化合物と、１．１〜２５質量％の該架橋された水溶性ポリマーとを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のペースト状蓄熱材。
5. 下記二成分からなる二液型蓄熱材
   （１）水と、架橋性の水溶性ポリマーと、水が液体である温度範囲において融点を有する非水溶性の有機化合物と、分散剤とを含む分散液、
   （２）該水溶性ポリマーの架橋剤を含む水溶液。
6. 該水溶性ポリマーが、ポリビニルアルコール及びセルロース誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項５記載の二液型蓄熱材。
7. 該有機化合物が、炭素数８〜４０の飽和脂肪族炭化水素である、請求項５又は６記載の二液型蓄熱材。
8. 該架橋剤が、ホウ酸、ホウ砂、アルミナ水和物、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、及び硫酸カリウムアンモニウムからなる群より選ばれる、請求項５〜７のいずれか１項記載の二液型蓄熱材。
9. 成分（１）が、成分（１）と成分（２）の合計質量に対して、３０〜７０質量％の該有機化合物と、１〜２０質量％の該水溶性ポリマーを含む、請求項５〜８のいずれか１項記載の二液型蓄熱材。
10. 成分（２）が、成分（１）と成分（２）の合計質量に対して、０．１〜５質量％の該架橋剤を含む、請求項５〜９のいずれか１項記載の二液型蓄熱材。