JP2019085452A - 放熱成形体用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、発熱源がリチウムイオン電池である場合を例に挙げて説明すると、リチウムイオン電池では、真夏の炎天下等、車内温度が40℃以上にも達する熱的に厳しい環境下でも使用されるため、そのような環境下では発熱により温度上昇した際に、リチウムイオン電池を収めた筺体とその周辺雰囲気との温度差が小さくなる。したがって、このような熱的に厳しい温度条件下での使用により、周囲環境との間に温度差が得られ難い部品等では、対流熱や伝導熱の熱伝導といった温度差を利用する放熱方法のみでは放熱効率が悪く放熱効果が低いものである。このため、熱伝導性フィラの使用のみでは、使用限界温度が55℃〜60℃であるリチウムイオン電池の放熱対策に適用しても、特に真夏の炎天下等の車内温度が40℃以上にも達する熱的に厳しい環境下だと直ぐにその使用限界温度に達してしまい、高い放熱効果が得られない。
上記水添ブロック共重合体は、ソフトセグメント及びハードセグメントの共重合体であり、例えば、共役ジエン重合ブロックと、アルケニル芳香族化合物重合ブロックやオレフィン重合ブロックとを有するブロック共重合体である。
また、上記アルケニル芳香族化合物共重合ブロックにおけるアルケニル芳香族化合物としては、スチレン、ブチルスチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、N,N−ジエチル−p−アミノスチレン、ビニルピリジン等がある。
更に、上記オレフィン共重合ブロックは、結晶性オレフィン共重合ブロックが好ましく、エチレン、ブチレン、プロピレン等や、ブタジエン、イソプロピレン等の共役ジエン共重合体からなるブロックの水素添加物等がある。更に、アルケニル芳香族化合物が共重合されていてもよい。
上記炭素数を表す2nのnが7〜13の範囲内のノルマルパラフィンとは、n−テトラデカン(C14H30)、n−ヘキサデカン(C16H34)、n−オクタデカン(C18H38)、n−エイコサン(C20H42)、n−ドコサン(C22H46)、n−テトラコサン(C24H50)、ヘキサコサン(C26H54)である。
とりわけ、自動車にバッテリとして搭載されているリチウムイオン電池の熱の放散を目的とする場合には、真夏の炎天下等の雰囲気温度が40℃以上に達する環境でも、温度上昇の速度を効果的に緩和するために、前記潜熱蓄熱材として炭素数を表す2nのnが8〜12の範囲内のノルマルパラフィンが好ましい。具体的には、n−ヘキサデカン(C16H34)、n−オクタデカン(C18H38)、n−エイコサン(C20H42)、n−ドコサン(C22H46)、n−テトラコサン(C24H50)の何れか1種以上が好ましい。より好ましくは、炭素数を表す2nのnが10〜12の範囲内であるノルマルパラフィンである。具体的には、n−エイコサン(C20H42)、n−ドコサン(C22H46)、n−テトラコサン(C24H50)である。
そして、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、40℃〜55℃の範囲内に融解主ピークのピークトップを有するのであれば、融点が40℃〜55℃の範囲内にある炭素数2n(偶数)のノルマルパラフィンの使用のみに限定されず、当該範囲外に融点を有する炭素数2n(偶数)のノルマルパラフィンを混合してもよい。
そして、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、60℃〜70℃の範囲内に融解副ピークのピークトップを有するのであれば、蓄熱材としての炭素数2n(偶数)のノルマルパラフィンと併用するパラフィンは、融点が60℃〜70℃の範囲内にあるパラフィンに限定されず、当該範囲外に融点を有するパラフィンを用いてもよい。
このように蓄熱材(PCM)を含有することにより、例えば、自動車にバッテリとして搭載されているリチウムイオン電池のように、真夏の炎天下等で車内温度が40℃以上に達するような熱的に厳しい環境下で使用され放熱対象物とその周囲とで温度差が得られ難い使用条件下でも、蓄熱材によって放熱対象物の熱を吸熱できるから、放熱対象物の熱を逃して、その温度上昇を抑制、緩和することができる。
そして、蓄熱材が物質の相変化に伴う潜熱を利用する潜熱蓄熱材であり、そのような潜熱蓄熱材では蓄熱密度が高く、蓄熱温度域(出力温度が一定)が狭域である。
また、潜熱蓄熱材がノルマルパラフィンであるから、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸水和物、酢酸ナトリウム水和物等といったような無機水和塩や、脂肪酸や、脂肪酸エステル等の他の潜熱蓄熱材と比較して、臭気、毒性、腐食性もなくて取扱い易い。更に、熱的安定性も高く、繰り返しの相変化によっても劣化、特に酸化劣化しにくい材料であり耐久性も高く、また、結晶化速度も速く、蓄熱(吸熱)特性が安定している。
特に、パラフィン化合物において潜熱蓄熱材として炭素数が2n(偶数)であるノルマルパラフィンが60質量%以上、より好ましくは80%質量以上含有されることによって蓄熱量が高められ、少ないパラフィン化合物の含有量でも十分に高い蓄熱量が得られるために、その分、熱伝導性フィラの配合量、充填率を高めて熱伝導率を向上させることが可能である。
例えば、融点が40℃以上、55℃以下の範囲内である炭素数が2nのノルマルパラフィンの使用によって前記パラフィン化合物は示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で40℃〜55℃の範囲内に融解主ピークのピークトップを有するが、それ以外に前記パラフィン化合物に、例えば、融点が60℃以上、70℃以下のノルマルパラフィンが含まれることで、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、60℃〜70℃の範囲内に融解副ピークのピークトップを有する。このような示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、60℃〜70℃の範囲内に融解副ピークのピークトップを形成するノルマルパラフィンの含有により、硬度を低下させることができ、柔軟性を付与できる。
また、潜熱蓄熱材の配合割合が少なすぎると、十分な蓄熱量が得られず、放熱対象物とその周囲環境との温度差が小さい場合に放熱対象物の温度上昇を顕著に抑制、緩和する効果が得らない。一方、配合割合が多すぎると、相分離、ブリードアウトが起こり易い。また成形も困難となる。
したがって、前記熱可塑性ベースポリマ100質量部に対して、前記熱伝導性フィラの配合量が30〜2800質量部の範囲内、より好ましくは1000〜2500質量部の範囲内であり、前記パラフィン化合物の配合量が300〜1200質量部の範囲内、より好ましくは400〜1000質量部の範囲内であれば、請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載の効果に加えて、成形性も良好であり、また、高い熱伝導性及び蓄熱性と低硬度の両立が確保され、更に形状保持性を確保できる。
なお、実施の形態において、相互の同一の記号及び同一の符号は、それら実施の形態に共通する機能部分であるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。
ところが、工業用の安価なパラフィン化合物では、相変化する温度領域が広いために所定の狭い温度領域では高い蓄熱量が得られなかった。
特に、パラフィン化合物として炭素数14以上、33以下の石油精製品は、低コストで入手可能であり、また、高温条件としなくても加工時の流動性が確保されるから成形性、強度も良く、加工時のコストを抑えることができる。
特に、後述するように水添ジエン系共重合体を熱可塑性ベースポリマに選定し、また、脂肪酸金属塩等のゲル化剤を使用することで、パラフィン化合物がマイクロカプセルに封入されていなくとも、パラフィン化合物の相変化による相分離、ブリードアウト(漏れ出し、染み出し)を抑制できる。
特に、本実施の形態においては、高い蓄熱量を有する炭素数が2n(偶数)のノルマルパラフィンを潜熱蓄熱材としてパラフィン化合物中に60%以上含有することから、少ないパラフィン化合物の配合量でも高い蓄熱性を得ることができ、その分、熱伝導性フィラの配合量を増やして熱伝導率を高めることが可能である。
熱可塑性樹脂としては、例えば、エンジニアリング・プラスチック(エンプラ)に属するポリアミド46(PA46)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂(ナイロン等)、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂等や、スーパー・エンジニアリング・プラスチック(スーパーエンプラ)に属するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、非晶ポリアリレート(PAR)樹脂、液晶ポリマ(LCP)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリアミドイミド樹脂等や、汎用樹脂に属するポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、ポリ酢酸ビニル(PVAc)樹脂、ABS樹脂、アクリルニトリルスチレン(AS)樹脂、アクリル(PMMA)樹脂等を使用できる。これらは1種を単独で用いても良いし2種以上を組み合わせて用いても良い。また、熱可塑性樹脂を使用した場合、必要に応じて熱可塑性樹脂を可塑化するための可塑剤が配合される。
また、このようなスチレン系、オレフィン系、塩化ビニル系の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマでは、溶融温度が比較的低い化合物の選択幅が広く、このように溶融温度が比較的低いものを選択することで、成形時に高温条件下としなくても十分に流動するから、低コストで成形でき加工性も良く、また、組成物中の材料の劣化を防ぐことができる。
そして、このように熱可塑性ベースポリマとしてハードセグメント及びソフトセグメントを有する水添ブロック共重合体を採用すると、マイクロカプセルに封入されていないパラフィン化合物の製品を使用しても、融解(相変化)に伴うパラフィン化合物の相分離、耐ブリードアウト(漏れ出し、染み出し)等に効果的であるから、パラフィン化合物の製品の選択自由度が高まる。
絶縁性の熱伝導性フィラとしては、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化マグネシウム(マグネシア:MgO)、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化珪素、酸化ベリリウム、酸化銅、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム等の金属酸化物や、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素等の金属窒化物や、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、水酸化カルシウム、水酸化スズ等の金属水酸化物や、炭化珪素、ダイヤモンド等の炭素化合物や、マグネサイト、炭酸マグネシウム、マグネサイト、ホウ化チタン、チタン酸カルシウム、石英等が使用できる。これらも1種を単独で用いてもよいし2種以上を組み合わせてもよい。
導電性の熱伝導性フィラについては、安価で、かつ、熱伝導性や導電性を効果的に向上できる点から、炭素繊維等の炭素化合物が好適である。
なお、導電性の熱伝導性フィラをシリカ等で被覆することにより、導電性フィラに絶縁性を付与した絶縁性フィラとし、これを熱伝導性フィラとして使用することも可能である。
また、熱伝導性フィラの形状としては、例えば、繊維状、板状、球状、鱗片状、棒状、粒子状、粉末状、ロッド状、チューブ状、曲板状、針状、曲板状、針状等の形状があるが、何れの形状のものでも使用可能である。
これらの熱伝導性フィラについては、例えば、中位径(≒平均粒子径)が1〜300μm、好ましくは2〜250μmのフィラが使用できる。熱伝導性フィラの粒子径が小さすぎると、凝集が生じ易くなり均一な高分散性に欠け、また、成形性が低下する。その結果、放熱対象物との密着性が低下したり安定した熱伝導性を確保できなくなったりする恐れがある。一方、粒子径が大きすぎると、充填性が低下し、また、均一な分布に欠け、安定して十分な熱伝導性が得られなくなる恐れがある。また表面平滑性が低下して放熱対象物との密着性が低下したり、脆くなり裂け易くなったりする恐れがある。熱伝導性フィラの中位径(≒平均粒子径)が1μm〜300μmの範囲内、より好ましくは2〜250μmの範囲内であれば、安定した高い熱伝導性及び低硬度を確保することが可能となる。更に、粒子径の大きなフィラと粒子径の小さなフィラの取合わせによって、充填量を高めることにより熱伝導性を向上させることもできる。
そして、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径とは、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いてレーザ回折・散乱法によって得られた粒度分布において積算質量部が50%となる粒子径(D50)をいう。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。この誤差の観点から見ると、平均粒子径との差も僅少であり、平均粒子径≒中位径であり、平均粒子径=中位径と見做すこともできる。
好ましくは、脂肪酸金属塩であり、その脂肪酸基は、例えば、炭素数4〜12、より好ましくは炭素数6〜10程度の脂肪酸基であり、オクチル酸(2−エチルヘキサン酸)、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、リノレン酸等が挙げられるが、オクチル酸基が好ましい。また、金属種としては、アルミニウム、カルシウム、カリウム、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、バリウム、マンガン、鉛等の金属塩が例示される。中でもアルミニウム塩が好ましく使用でき、2−エチルヘキサン酸アルミニウム(オクトープアルミ)が好適である。このようなゲル化剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせてもよい。潜熱蓄熱材の融点よりも高いものが好ましい。
このような脂肪酸金属塩と脂肪酸との併用によりブリードアウトを効果的に防止できる。
両者は、例えば、脂肪酸金属塩:脂肪酸=20:1〜1:1の配合割合で併用される。好ましくは5:1〜5:4、より好ましくは、4:1〜4:3である。
なお、このように放熱成形体用組成物からなる放熱成形体をシート状、フィルム状に成形するときのそのシートの厚みは、例えば、0.2mm以上、10mm以下とされ、好ましくは3mm以下とされる。
本実施例では、自動車に搭載されるリチウムイオン電池(LIB)バッテリの熱対策としての放熱用途を想定し、まず、本実施の形態に係る放熱成形体用組成物の配合組成として、表1に示した内容で実施例1乃至実施例7に係る放熱成形体用組成物を作製した。また、比較のために、比較例1乃至比較例3に係る放熱成形体用組成物も作製した。各実施例及び各比較例の配合内容を表1の上段に示す。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、純度が95%のドコサンのパラフィン化合物の配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしての窒化ホウ素及びマグネシア(A)の合計配合量が1400質量部となっている。
そして、この実施例1では、パラフィン化合物として純度が95%のドコサンのみを使用していることから、パラフィン化合物中において潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量が95質量%である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、純度が95%のドコサンのパラフィン化合物の配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が1400質量部となっている。
そして、この実施例2では、パラフィン化合物として純度が95%のドコサンのみを使用していることから、パラフィン化合物中において潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィンの含有量(ドコサン)が95%質量である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物として、純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が1400質量部となっている。
そして、この実施例3では、パラフィン化合物中、純度が95%のドコサンの含有量が約84質量%であり、高純度のトリアコンタンの含有量が約16質量%であることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量は約80質量%である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が1400質量部となっている。
そして、この実施例4では、パラフィン化合物中、純度が95%のドコサンの含有量が約74質量%であり、高純度のトリアコンタンの含有量が約26質量%であることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィンの含有量(ドコサン)は約70質量%である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が1400質量部となっている。
そして、この実施例5では、パラフィン化合物中、純度が95%のドコサンの含有量が約63質量%であり、高純度のトリアコンタンの含有量が約37質量%であることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量は約60質量%である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が600質量部となっている。
そして、この実施例6では、パラフィン化合物として純度が95%のドコサンのみを使用していることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量が95%質量である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が約500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が約900質量部となっている。
そして、この実施例6では、パラフィン化合物として純度が95%のドコサンのみを使用していることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量が95%質量である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が25%のドコサンの配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしての窒化ホウ素及びマグネシア(A)の合計配合量が1400質量部となっている。
そして、この比較例1では、パラフィン化合物として純度が25%のドコサンのみを使用していることから、潜熱蓄熱材として機能する炭素数が2nであるn−パラフィン(ドコサン)の含有量は25質量%である。
また、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合を100質量部としたとき、このSEBSの配合量100質量部に対して、パラフィン化合物としての純度が95%のドコサン及び高純度のトリアコンタンの合計配合量が500質量部であり、熱伝導性フィラとしてのマグネシア(B)の配合量が1400質量部となっている。
そして、この比較例2では、パラフィン化合物中、純度が95%のドコサンの含有量が53質量%であり、高純度のトリアコンタンの含有量が47質量%であることから、所望の温度範囲に相転移温度を有する炭素数が2nのノルマルパラフィン(ドコサン)の含有量は約50質量%である。
次に、このような配合組成の放熱成形体用組成物からなる放熱成形体の作製について説明する。
まず、予めオーブンによる加熱(80〜110℃)で液状化した(溶融状態とした)パラフィン化合物とオクトープアルミを混合分散し、更に、ゲル化補助剤を混合分散した。次に、この混合分散されたパラフィン化合物とオクトープアルミとゲル化補助剤を、予めドライブレンドしておいたSEBS及び熱伝導性フィラ(窒化ホウ素、マグネシア)に加え、ディスパーで全体が満遍なく混ざるように混合分散した。更に、これらの混合材料を、予め150℃に加温しておいたジャケットボール(加温容器)付き万能攪拌機に投入し、60分間混練した。その後、70℃程度に冷却してから、押出成形を行いペレット化し、続いて射出成形によって成形した。このようにして、実施例1乃至実施例7、比較例1乃至比較例3に係る放熱成形体用組成物からなる放熱成形体が得られる。
熱伝導率については、熱伝導率測定装置(アルバック理工(株)製『TC−7000H』を使用し、レーザフラッシュ法(JIS−R1611)により求めた。測定試料(放熱成形体)のサイズは、10mmφ,厚さ2mmの円板形状とし、測定雰囲気は大気中(室温)とした。そして、25℃及び50℃の温度条件で厚さ方向の熱伝導率(W/(m・K))を測定した。
具体的には、JIS K 7122の転移熱測定方法に準拠し、約5mgの試料(放熱成形体)を封入したアルミニウムパンを、窒素雰囲気下において、(1)10℃/分で昇温し110℃で5分間保持して完全に融解させたのち、(2)5℃/分で30℃まで降温し30℃で5分間保持して再結晶化させ、再度(1)及び(2)を繰り返して、温度−吸熱特性を示す融解曲線(示差熱曲線)を得た。2回目以降の昇温時の示差熱を測定した結果から、結晶融解に伴う吸熱の主ピークの面積値(積分値)を熱量に換算し、単位質量当たりの蓄熱量(融解潜熱量ΔHm)(J/g)を算出した。より詳しくは、2回目以降の昇温時の示差熱を測定結果から、潜熱蓄熱材としてのドコサン(比較例3ではヘネイコサン)の融解に相当する主ピーク(最も大きな熱量を有するピーク)のピークトップについて、融解熱量は、その主ピークについて例えば、30℃以下のほぼ直線をベースラインとし、それを高温側に主ピークの最降下点の位置まで水平に延長し、そのベースラインの延長線と示差熱曲線との間に挟まれた領域の面積から求められる熱量を試料質量で換算して求めた。ピークが複数観測される場合には、ピークの谷間でベースラインの延長線に対して垂線を引いたところまでの面積値(積分値)が主ピークの面積値である。なお、このときの蓄熱量は、主に、固相から液相へ相転移する際に伴う融解潜熱量(融解熱)を示すものであるが、固相−固相間の転移に伴う転移熱を含んでいる可能性もある。
◎:50℃の温度条件下での熱伝導率が0.8W/(m・K)以上、かつ、蓄熱量が55J/g以上。
○:50℃の温度条件下での熱伝導率が0.75以上、0.8W/(m・K)未満、かつ、蓄熱量が55J/g以上。
△:50℃の温度条件下での熱伝導率が0.65以上、0.75W/(m・K)未満、かつ、蓄熱量が55J/g以上。
×:50℃の温度条件下での熱伝導率が0.65W/(m・K)未満または蓄熱量が55J/g未満。
また、潜熱蓄熱材としてのドコサンの含有量が全パラフィン化合物中に50質量%である比較例2においても、蓄熱量が54.8J/gであり、25℃における熱伝導率が1.69W/(m・K)、50℃における熱伝導率が0.74W/(m・K)であり、所望の蓄熱量が得られず、熱伝導率も高くない。
特に、実施例1乃至実施例7では、ドコサンの含有量が全パラフィン化合物中に60質量%以上であることで、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で融解主ピークの領域、即ち、蓄熱温度域の広がりが、10〜20度の範囲内の狭域であることで大きな蓄熱量が得られ、真夏の炎天下等の車内温度が40℃以上になるような熱的に厳しい環境における放熱効果を大きく向上させることができる。
即ち、潜熱蓄熱材として機能させる炭素数が偶数の2n(n=11)であるノルマルパラフィンとしてのドコサン(C22H46)に加え、パラフィン化合物にトリアコンタン(C30H64)が配合されていることによって、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、40℃〜55℃の範囲内に融解主ピークを有するほか、60℃〜70℃の範囲内に融解副ピークを有する。これによって、放熱成形体用組成物からなる放熱成形体の硬度がより低下している。
よって、炭素数が偶数の2n(n=11)であるノルマルパラフィンがパラフィン化合物中に60%以上含有されていれば、高蓄熱量及び高熱伝導率を維持しつつ、パラフィン化合物の組成の調節により、硬度等の特性を容易に調節できる。
このため、放熱成形組成物からなる放熱成形体については、常温でのショアA硬度が30以上、ショアD硬度が60以下の範囲内が好ましく、より好ましくはショアA硬度が30〜95の範囲内である。当該範囲内であれば、成形性も良く、放熱対象物に対して良好な密着を確保できるために、放熱成形体の高い蓄熱量及び熱伝導率が十分に発揮されて、放熱対象物の温度上昇の抑制、緩和効果を高める効果が高く、また、放熱対象物が膨張した場合でもその応力を効率よく吸収できる。
本発明者らは自動車に搭載されるリチウムイオン電池等の二次電池への使用を想定して図2に示す評価用試験装置Aを作製し、この評価用試験装置Aを用いて、放熱成形体用組成物から形成された放熱成形体による昇温抑制効果を確認した。
なお、自動車に搭載されるバッテリのリチウムイオン電池の使用限界温度が一般的に55〜60℃であるから、安全を見込んで50℃が使用制限温度と想定し、本実験では50℃に達するまでの時間で、昇温抑制、緩和の効果を評価した。
更に、炭素数が2n(偶数)のノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱材の相変化によって放熱対象物の熱を吸熱できる。
よって、例えば、リチウムイオン電池等への適用によって、夏場の温度上昇で、放熱対象物とその周囲の雰囲気との温度差が小さい環境になるときでも、使用限界温度に達するまでの作動可能時間の延長が可能となる。これより、電池の機能低下や寿命低下を抑制し、高寿命化を図ることができる。
また、このようにパラフィン化合物において潜熱蓄熱材として炭素数が2n(偶数)であるノルマルパラフィンが60質量%以上、より好ましくは80%質量以上含有することによって高い蓄熱量が得られ、少ないパラフィン化合物の含有量でも十分に高い蓄熱量が得られるために、その分、安価な熱伝導性フィラの配合量、充填率を高めて熱伝導率を向上させることが可能である。
したがって、蓄熱量の向上及び熱伝導率の向上の相乗効果により放熱対象物とその周囲環境とで温度差が得られ難い条件でも、より低コストで、その放熱対象物に対する放熱効果を向上できる。
特に、本発明においては、上述したように、パラフィン化合物が潜熱蓄熱材として炭素数が2n(偶数)であるノルマルパラフィンを60質量%以上含有することによって高い蓄熱量が得られ、少ないパラフィン化合物の含有量でも十分に高い蓄熱量が得られる。このため、パラフィン化合物よりもより安価に入手可能な熱伝導性フィラの配合量、充填率を高めて熱伝導率を向上させることが可能である。よって、より低コストで放熱効果を高めることができる。
必要に応じて、例えば、シリカ、タルク、マイカ、カオリン、ベントナイト、パイロフェライト、ウォラストナイト、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミボレート、MOS、アラミド繊維、炭素繊維(カーボンファイバー)、ガラス繊維(グラスファイバー、チョップドファイバー、ミルドファイバー)等の各種繊維系、ガラスフレーク、ポリオキシベンゾイルウィスカー等の補強材、柔軟性や加工性等を改良するためにポリブテン系、ポリイソブチレン系、プロセスオイル系(パラフィン系プロセスオイル等)、フタル酸エステル系、エポキシエステル系、ニトリル系、塩素化物系の軟化剤を配合してもよい。その他にも、分散剤、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線防止剤、耐候剤、光安定剤等の各種安定剤、増粘剤、潤滑剤、離型剤、耐炎剤、カップリング剤、核剤、光拡散剤、発泡剤、帯電防止剤、架橋剤、着色防止剤、顔料、染料、着色剤等の添加剤を加えることも可能である。
Claims (9)
- 熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマからなる熱可塑性ベースポリマと、熱伝導性フィラと、パラフィン化合物とを含有する放熱成形体用組成物であって、
前記パラフィン化合物には、潜熱蓄熱材として炭素数が2n(偶数)であるノルマルパラフィンが60質量%以上含有されていることを特徴とする放熱成形体用組成物。 - 前記熱可塑性ベースポリマは、ソフトセグメント及びハードセグメントを有する水添ブロック共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の放熱成形体用組成物。
- 更に、脂肪族カルボン酸及び/または脂肪族カルボン酸の金属塩を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記パラフィン化合物は、炭素数が14以上、33以下である石油精製品を使用したことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 前記潜熱蓄熱材としてのノルマルパラフィンの炭素数を表す2nのnが7〜13の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 前記パラフィン化合物は、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、40℃〜55℃の範囲内に融解主ピークのピークトップを有することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 更に、前記パラフィン化合物は、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、60℃〜70℃の範囲内に融解副ピークのピークトップを有することを特徴とする請求項6に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記熱可塑性ベースポリマ100質量部に対して、前記熱伝導性フィラの配合量が30〜2800質量部の範囲内であり、前記パラフィン化合物の配合量が300〜1200質量部の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 前記熱伝導性フィラは、窒化ホウ素及び/または酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
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