JP6054813B2 - パラフィン系潜熱蓄熱材組成物およびパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用 - Google Patents
パラフィン系潜熱蓄熱材組成物およびパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ｎ−オクタデカンを主成分とする相変化を伴うパラフィン系潜熱蓄熱材組成物に関する。さらに詳しくは、ｎ−オクタデカンに炭素数が近接した、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンを特定量添加することにより、ｎ−オクタデカンそのものとは異なる融点を持ちながら、相転移挙動を制御し、潜熱蓄熱材の特性を改良したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物に関する。
近年、生活環境のエネルギー有効利用を目的に、液相と固相の相変化を伴う潜熱蓄熱材が、蓄熱式空調機器、蓄熱式建材、各種保温器具や装置、保冷剤などに用いられてきている。相変化を伴う潜熱を利用する方法は、相変化を生じる温度範囲で大熱量を貯蔵できること、蓄熱材容量の縮小化が可能なこと、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こと等を特長とし、各種の潜熱蓄熱材が提案されている。
その代表例のひとつが、パラフィン系潜熱蓄熱材である。融点及び凝固点を生活温度領域（５〜３０℃）に有するノルマルパラフィン（以下、ｎ−パラフィンと記すことがある。）類からなる潜熱蓄熱材は、複雑な化学反応を経由せず石油留分から得ることができること、化学的に安定であること、腐食性がないこと等を特長とする。検討対象の中心は、炭素数１２〜２２の範囲のｎ−パラフィンで、特に融解熱の大きい偶数炭素数パラフィンを中心に、潜熱の有効利用や過冷却現象の抑制を目的に各種添加剤との調合が検討されている。
ｎ−オクタデカンは、融解潜熱量が２４６Ｊ／ｇと大きく、潜熱蓄熱材として優れた特性を有している。しかし、融点が２８℃と蓄熱材として使用するには若干高すぎる場合があり、また、単一成分で蓄熱材として使用すると大幅な過冷却を起こす場合がある。
ｎ−パラフィン系の蓄熱材として、特許文献１には、ｎ−ヘキサデカンとｎ−テトラデカンの混合物からなり、重量部で９９：１〜６５：３５の配合割合で、融点が９〜１７℃の蓄熱材が開示されている。しかしながら、特許文献１では、ｎ−ヘキサデカンとｎ−テトラデカンの配合比を変更することにより融点や所定の温度領域で吸熱量等の特性調整が可能であることが示されているが、融解潜熱量を含めた制御についての開示はない。
特許文献２には、実質的に炭素数１３〜１６の範囲のノルマルパラフィン成分の混合物からなる蓄熱材であって、偶数炭素数のパラフィン混合物間、または、奇数炭素数のパラフィン混合物において、各成分を重量で１０：９０〜９０：１０の割合で配合した場合、凝固点、融点の特性調整が可能であることが示されている。しかしながら、特許文献２では、融解潜熱量を含めた制御についての開示はなく、偶数（Ｃｎ）、奇数（Ｃｎ+１）、偶数（Ｃｎ+２）の３成分系については、１例のみ同様の検討結果が開示されているが、融解潜熱量を含めた制御についての開示はない。
特許文献３には、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−テトラデカンから選択される１種または複数種からなるｎ−パラフィン（組成物）と、Ｃ８分の長さの側鎖を有する直鎖状低密度ポリエチレン等から選択されるゲル化剤とを含むゲル状物からなる蓄熱材が開示されている。しかしながら、特許文献３は、ｎ−オクタデカンを含むものではなく、ｎ−パラフィン混合物間での融解潜熱量を含めた制御についての開示もない。
特許文献４には、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ノナデカンの３種からなるｎ−パラフィン組成物が開示されている。特許文献４では、上記成分の特定配合比において、２００Ｊ／ｇを超える潜熱量を維持することが示されているが、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンからなる混合物ではない。
特許文献５〜７には、マイクロカプセル中に封入するパラフィン系潜熱蓄熱材として、ｎ−オクタデカン６０部とｎ−ヘキサデカン２０部（質量部では、ｎ−オクタデカン７５質量％、ｎ−ヘキサデカン２５質量％に換算される）の混合物の使用が示されている。しかしながら、特許文献５〜７では、ｎ−パラフィン混合物間での融解潜熱量を含めた制御についての開示がなく、また、上記組成では、融解潜熱量が小さい。
特許文献８には、ｎ−オクタデカン８０質量部、ｎ−ヘキサデカン２０質量部を、直接、ＳＥＢＳ構造の熱可塑性エラストマー１２質量部、直鎖状ポリエチレン５質量部に混合したゲルが示されている。しかしながら、特許文献８で使用する、直鎖状ポリエチレンは結晶部分を有し、該結晶部分は、（Ｃ１８を大きく超える）長鎖パラフィンとみなすことができ、ｎ−オクタデカン等のｎ−パラフィン混合物の融解挙動、特に融解潜熱は、当該長鎖パラフィンとの相互作用により低下するという問題を有している。
特許文献９には、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、およびエイコサンの混合物を蓄熱材として使用した被服材料用蓄熱材が開示されている。しかしながら、特許文献９は、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンからなる混合物ではなく、融解潜熱量も小さい。
以上のように、ｎ−オクタデカンの融解潜熱量の大きさを生かし、融点の低下と過冷却防止の特性を行う技術の提案は、いまだ、不足している。
なお、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量としては、一般的には、２００Ｊ／ｇ以上が好ましいとされ、融解潜熱量が２００Ｊ／ｇ未満であると、有効な潜熱量（蓄熱量）が小さく、冷暖房用途や建築物への保温・保冷用途、室内と室外間の温度遮蔽機能材、日用品および衣料品等の夏場の冷涼感や冬季の保温機能の機能材、冷蔵保管容器、冷熱搬送媒体、凍結防止剤、などとして用いた場合に十分な効果を発揮することができなくなる場合がある。
なお、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量としては、一般的には、２００Ｊ／ｇ以上が好ましいとされ、融解潜熱量が２００Ｊ／ｇ未満であると、有効な潜熱量（蓄熱量）が小さく、冷暖房用途や建築物への保温・保冷用途、室内と室外間の温度遮蔽機能材、日用品および衣料品等の夏場の冷涼感や冬季の保温機能の機能材、冷蔵保管容器、冷熱搬送媒体、凍結防止剤、などとして用いた場合に十分な効果を発揮することができなくなる場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、偶数炭素数ｎ−パラフィン並みの大きな融解潜熱量を維持したまま、相転移挙動を制御し、潜熱蓄熱材としての特性を改良したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ｎ−オクタデカンに、炭素数が近接した２種の、炭素数が偶数、および／または、奇数のｎ−パラフィンを特定量添加することにより、偶数炭素数ｎ−パラフィン並みの大きな融解潜熱量を維持したまま、相転移挙動を制御し、潜熱蓄熱材特性を改良、制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、実質的に、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンからなるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物であり、１）ｎ−オクタデカンを７６質量％以上、ｎ−ヘキサデカンを２３質量％以下、ｎ−ヘプタデカンを２３質量％以下（あわせて１００質量部とする。）からなること、２）融点が、ｎ−オクタデカンの融点より低いこと、３）融解潜熱量が、２１０Ｊ／ｇ以上であること、を特徴とする。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、上記発明において、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンとを含む場合、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（１）の関係にあることを特徴とする。
０．１≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （１）
０．１≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （１）
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、上記発明において、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンとを含む場合、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（２）の関係にあること、を特徴とする。
０．５≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （２）
０．５≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （２）
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、上記発明において、凝固点が、２０℃以上であることを特徴とする。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、上記発明において、実質的にｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンからなるパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用であり、前記パラフィン系組成物は、１）ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンとを混合してなり、組成が、ｎ−オクタデカンを７６質量％以上、ｎ−ヘキサデカンを２３質量％以下、ｎ−ヘプタデカンを２３質量％以下（あわせて１００質量％とする。）であること、２）融点が、ｎ−オクタデカンの融点より低いこと、３）融解潜熱量が、２１０Ｊ／ｇ以上であること、を特徴とする。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、ｎ−オクタデカンと比較して融解潜熱量を大きく減ずることなく、融点や凝固点を蓄熱材として好ましい範囲に調整がなされている。融点や凝固点の調整は、ｎ−オクタデカンと近接した炭素数のｎ−パラフィンを特定量配合することにより行うことができるので、パラフィン系潜熱蓄熱材の特長が維持されている。また、本発明に係るパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用により（マイクロカプセルのコア材やゲル化剤により固化させた蓄熱材中の蓄熱成分としての使用を含む）、各種蓄熱機器、蓄熱容器、蓄熱材の設計が可能となる。
＜パラフィン系潜熱蓄熱材組成物＞
本発明にかかるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、主成分であるｎ−オクタデカン（Ｃ１８）に加えて、炭素数が近接した、炭素数が偶数のｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、および／または、炭素数が奇数のｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を含有してなる。
本発明において、ｎ−パラフィンとして、精留による精製ｎ−パラフィン（Ｃ１８、Ｃ１７、Ｃ１６）を原料として組成物を製造する場合は、精留工程上の制約から含有されることになる、若干量の近接炭素数からなる不純物の存在を、格別、考慮する必要はない。本発明で規定する配合によって得る組成物中においては、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンで構成される組成物部分で潜熱蓄熱材として機能が確保できるためである。また、精製アルコールの脱水反応により得られるｎ−パラフィン、フィッシャートロプス（ＦＴ）合成反応により得られるｎ−パラフィンも同様である。
例えば、市販される、これらのｎ−オクタデカンは若干量の近接炭素数のパラフィン、オレフィン、アルコールを不純物として含有するが、本発明に係る組成物においては、その不純物中のｎ−ヘプタデカン、ｎ−ヘキサデカンは本発明にかかる有効成分として機能し、その他の成分は、本発明の効果を大きく損なうことはない。
本発明にかかるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、主成分であるｎ−オクタデカン（Ｃ１８）に加えて、炭素数が近接した、炭素数が偶数のｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、および／または、炭素数が奇数のｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を含有してなる。
本発明において、ｎ−パラフィンとして、精留による精製ｎ−パラフィン（Ｃ１８、Ｃ１７、Ｃ１６）を原料として組成物を製造する場合は、精留工程上の制約から含有されることになる、若干量の近接炭素数からなる不純物の存在を、格別、考慮する必要はない。本発明で規定する配合によって得る組成物中においては、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎ−ヘプタデカンで構成される組成物部分で潜熱蓄熱材として機能が確保できるためである。また、精製アルコールの脱水反応により得られるｎ−パラフィン、フィッシャートロプス（ＦＴ）合成反応により得られるｎ−パラフィンも同様である。
例えば、市販される、これらのｎ−オクタデカンは若干量の近接炭素数のパラフィン、オレフィン、アルコールを不純物として含有するが、本発明に係る組成物においては、その不純物中のｎ−ヘプタデカン、ｎ−ヘキサデカンは本発明にかかる有効成分として機能し、その他の成分は、本発明の効果を大きく損なうことはない。
＜ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）＞
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−オクタデカンの含有量としては、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、及び、ｎ−ヘプタデカンを合わせて１００質量％とした場合に、７６質量％以上である。ｎ−オクタデカンの含有量が７６質量％未満であると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。好ましくは、８５質量％以上であり、２３０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を、安定的に、得ることができる。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−オクタデカンの含有量としては、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、及び、ｎ−ヘプタデカンを合わせて１００質量％とした場合に、７６質量％以上である。ｎ−オクタデカンの含有量が７６質量％未満であると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。好ましくは、８５質量％以上であり、２３０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を、安定的に、得ることができる。
＜ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）＞
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）の含有量としては、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、及び、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を合わせて１００質量％とした場合に、２３質量％以下である。ｎ−ヘキサデカンの含有量が２３質量％を超えると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカンとを混合してなる場合、ｎ−ヘキサデカンの含有量は、３質量％以上である。ｎ−ヘキサデカンを３質量％以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。ｎ−ヘキサデカンの含有量は、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上とすることがさらに好ましい。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）の含有量としては、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、及び、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を合わせて１００質量％とした場合に、２３質量％以下である。ｎ−ヘキサデカンの含有量が２３質量％を超えると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカンとを混合してなる場合、ｎ−ヘキサデカンの含有量は、３質量％以上である。ｎ−ヘキサデカンを３質量％以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。ｎ−ヘキサデカンの含有量は、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上とすることがさらに好ましい。
＜ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）＞
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）の含有量としては、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、及び、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を合わせて１００質量％とした場合に、２３質量％以下である。ｎ−ヘプタデカンの含有量が２３質量％を超えると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘプタデカンとを混合してなる場合、ｎ−ヘプタデカンの含有量は、３質量％以上である。ｎ−ヘプタデカンを３質量％以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。ｎ−ヘプタデカンの含有量は、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上とすることがさらに好ましい。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）の含有量としては、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、及び、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）を合わせて１００質量％とした場合に、２３質量％以下である。ｎ−ヘプタデカンの含有量が２３質量％を超えると、２１０Ｊ／ｇ以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘプタデカンとを混合してなる場合、ｎ−ヘプタデカンの含有量は、３質量％以上である。ｎ−ヘプタデカンを３質量％以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。ｎ−ヘプタデカンの含有量は、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上とすることがさらに好ましい。
＜ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）とｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）の配合比＞
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物において、ｎ−ヘキサデカンとｎ−ヘプタデカンとを含む場合、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（１）の関係にあると、優れた融解潜熱量を保持し、融点および凝固点のバランスに優れた組成物が得られるので、好ましい。その理由は明らかではないが、本発明者らは、炭素数が偶数と偶数との関係にあるｎ−ヘキサデカンとｎ−オクタデカンとの相互作用と、炭素数が奇数と偶数との関係にあるｎ−ヘプタデカンとｎ−オクタデカンとの相互作用と、のバランスが関係していると考えている。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物において、ｎ−ヘキサデカンとｎ−ヘプタデカンとを含む場合、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（１）の関係にあると、優れた融解潜熱量を保持し、融点および凝固点のバランスに優れた組成物が得られるので、好ましい。その理由は明らかではないが、本発明者らは、炭素数が偶数と偶数との関係にあるｎ−ヘキサデカンとｎ−オクタデカンとの相互作用と、炭素数が奇数と偶数との関係にあるｎ−ヘプタデカンとｎ−オクタデカンとの相互作用と、のバランスが関係していると考えている。
０．１≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （１）
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物において、ｎ−ヘキサデカンとｎ−ヘプタデカンとを含む場合、ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量が、下式（２）の関係にあると、さらに優れた融解潜熱量を有し、融点、凝固点のバランスが優れた組成物が得られる。
０．５≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （２）
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物が、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、及び、ｎ−ヘプタデカンを混合してなる場合、ｎ−オクタデカンを７６〜９８質量％、ｎ−ヘキサデカンを１〜２０質量％、ｎ−ヘプタデカンを１〜２１質量％の割合で配合することが好ましい。配合量は、ｎ−オクタデカンを７６〜９５質量％、ｎ−ヘキサデカンを２〜１８質量％、ｎ−ヘプタデカンを２〜２１質量％の割合で配合することがさらに好ましい。
本発明に係る、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６）、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７）混合系における組成領域の概要を、三角グラフで示すと、図１中の影付き領域となる。図２は、図１の要部の拡大図である。なお、図２中の角括弧付数字（[１]〜[８]）は、後述する実施例の番号に対応し、丸括弧付数字（（１）〜（５））は、後述する比較例の番号に対応する。当該領域で、優れた特性が得られる理由は明らかではないが、本発明者らは、近接する、炭素数が偶数のｎ−パラフィンと、炭素数が奇数のｎ−パラフィン（ｎ−ヘキサデカンとｎ−オクタデカン間、ｎ−ヘプタデカンとｎ−オクタデカン間）の、融解、凝固における相転移過程における相互作用によるものと考えている。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融点は、ｎ−オクタデカンの融点より低いものである。実際に蓄熱材を使用する際に最適とされる融点は用途により異なり、発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融点が、ｎ−オクタデカンの融点より低いことにより、使用時により効果的な融解温度を持つ蓄熱材を設計することが可能となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、凝固点が２０℃以上であることが好ましい。凝固点が２０℃以上であることにより、蓄熱材を凝固させる際に実際の使用温度より必要以上に蓄熱材を冷却することなく凝固させることが可能となる。
＜その他の成分＞
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を用いて加工製品を製造する際に添加（外添）できるものとしては、（ｉ）樹脂モノマー、重合剤、界面活性剤等のマイクロカプセル等の応用製品を製造する際に用いる物質；（ｉｉ）酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常用いられる添加剤；（ｉｉｉ）比重調整剤、顔料や染料等の着色剤、芳香剤、ゲル化剤等の添加剤；などが挙げられる。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を用いて加工製品を製造する際に添加（外添）できるものとしては、（ｉ）樹脂モノマー、重合剤、界面活性剤等のマイクロカプセル等の応用製品を製造する際に用いる物質；（ｉｉ）酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常用いられる添加剤；（ｉｉｉ）比重調整剤、顔料や染料等の着色剤、芳香剤、ゲル化剤等の添加剤；などが挙げられる。
＜長鎖パラフィンの添加＞
本発明に係るｎ−パラフィン組成物は、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）を最大鎖長とするｎ−パラフィン系組成物であり、他に存在するｎ−パラフィンを、実質的に、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎヘプタデカンに限定するものである。本発明者らの検討によれば、長鎖パラフィン、例えば、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物とＣ１９以上の長鎖パラフィンとが混合された場合、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物と長鎖パラフィンとの融解等の相転移における相互作用は、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱を大きく減少させる。そして、Ｃ１９以上の長鎖パラフィンには、直鎖状ポリエチレンの重合部分中の結晶部分などの長鎖パラフィン構造を持つ物を含む。本発明に係るパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用にあたっては、Ｃ１９以上の長鎖パラフィンとの相互作用を可能な限り避けるべきである。
本発明に係るｎ−パラフィン組成物は、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８）を最大鎖長とするｎ−パラフィン系組成物であり、他に存在するｎ−パラフィンを、実質的に、ｎ−ヘキサデカン、および／または、ｎヘプタデカンに限定するものである。本発明者らの検討によれば、長鎖パラフィン、例えば、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物とＣ１９以上の長鎖パラフィンとが混合された場合、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物と長鎖パラフィンとの融解等の相転移における相互作用は、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱を大きく減少させる。そして、Ｃ１９以上の長鎖パラフィンには、直鎖状ポリエチレンの重合部分中の結晶部分などの長鎖パラフィン構造を持つ物を含む。本発明に係るパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用にあたっては、Ｃ１９以上の長鎖パラフィンとの相互作用を可能な限り避けるべきである。
＜用語の定義＞
＜融解潜熱量（融解熱）＞
本発明における融解潜熱量（融解熱）とは、固相から液相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、本発明においてはＤＳＣサーモグラムに現れる融解（吸熱）ピークの熱量を指し、ＤＳＣサーモグラムが複数のピークを示す場合には、１８℃以上の融点を有し、最も大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の熱量を意味する。本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量は、例えば、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、−５０℃まで冷却したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、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ることができる。
＜融解潜熱量（融解熱）＞
本発明における融解潜熱量（融解熱）とは、固相から液相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、本発明においてはＤＳＣサーモグラムに現れる融解（吸熱）ピークの熱量を指し、ＤＳＣサーモグラムが複数のピークを示す場合には、１８℃以上の融点を有し、最も大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の熱量を意味する。本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量は、例えば、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、−５０℃まで冷却したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、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ることができる。
＜融点＞
本発明における融点とは、示差走査熱量計（例えば、セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、−５０℃まで冷却したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、昇温速度１０℃／分で加熱したときに得られたＤＳＣサーモグラムの融解（吸熱）ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物（ノルマルパラフィン組成物）の融点は、多成分を含む組成物である場合にも通常１点で表すことができるが、２つ以上のピークが現れる場合は、１８℃より高温側に現れ、かつ大きな熱量を有するピーク(主ピーク）の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
本発明における融点とは、示差走査熱量計（例えば、セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、−５０℃まで冷却したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、昇温速度１０℃／分で加熱したときに得られたＤＳＣサーモグラムの融解（吸熱）ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物（ノルマルパラフィン組成物）の融点は、多成分を含む組成物である場合にも通常１点で表すことができるが、２つ以上のピークが現れる場合は、１８℃より高温側に現れ、かつ大きな熱量を有するピーク(主ピーク）の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
＜凝固点＞
本発明における凝固点とは、示差走査熱量計（例えば、セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、５０℃まで加熱したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、降温速度１０℃／分で冷却したときに得られたＤＳＣサーモグラムの凝固（発熱）ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物（ノルマルパラフィン組成物）の凝固点は、多成分を含む組成物である場合にも通常１点で表すことができるが、２つ以上のピークが現れる場合は、１８℃より高温側に現れ、かつ大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
本発明における凝固点とは、示差走査熱量計（例えば、セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、５０℃まで加熱したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、降温速度１０℃／分で冷却したときに得られたＤＳＣサーモグラムの凝固（発熱）ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物（ノルマルパラフィン組成物）の凝固点は、多成分を含む組成物である場合にも通常１点で表すことができるが、２つ以上のピークが現れる場合は、１８℃より高温側に現れ、かつ大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
＜凝固熱＞
本発明における凝固熱とは、液相から固相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、ＤＳＣサーモグラムに現れる凝固（発熱）ピークの熱量を指し、ＤＳＣサーモグラムが複数のピークを示す場合には、１８℃以上の凝固点を有し、最大の大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の熱量を意味する。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の凝固熱は、例えば、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、５０℃まで加熱したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、降温速度１０℃／分にて冷却した際の、ＤＳＣサーモグラム上の凝固ピークから求めた。
本発明における凝固熱とは、液相から固相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、ＤＳＣサーモグラムに現れる凝固（発熱）ピークの熱量を指し、ＤＳＣサーモグラムが複数のピークを示す場合には、１８℃以上の凝固点を有し、最大の大きな熱量を有するピーク（主ピーク）の熱量を意味する。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の凝固熱は、例えば、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ７０２０）を用いて、５０℃まで加熱したパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を、降温速度１０℃／分にて冷却した際の、ＤＳＣサーモグラム上の凝固ピークから求めた。
＜融点と凝固点の差＞
融点と凝固点との差とは、融点及び凝固点のいずれか高い方の温度から低い方の温度を差し引いた値（「融点及び凝固点のいずれか高い方の温度」−「融点及び凝固点のいずれか低い方の温度」）を示す。
融点と凝固点との差としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５℃以下が好ましく、４℃以下がより好ましく、３℃以下が特に好ましい。
前記融点と凝固点との差が５℃より大きいと、作動温度範囲が広くなりすぎて使用目的とする温度域での効率の良い潜熱の吸収および放出が困難となることがある。一方、前記融点と凝固点との差が、４℃以下又は３℃以下であると、狭い温度範囲で大量の潜熱の吸収・放出を繰り返し利用できる点で有利である。
融点と凝固点との差とは、融点及び凝固点のいずれか高い方の温度から低い方の温度を差し引いた値（「融点及び凝固点のいずれか高い方の温度」−「融点及び凝固点のいずれか低い方の温度」）を示す。
融点と凝固点との差としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５℃以下が好ましく、４℃以下がより好ましく、３℃以下が特に好ましい。
前記融点と凝固点との差が５℃より大きいと、作動温度範囲が広くなりすぎて使用目的とする温度域での効率の良い潜熱の吸収および放出が困難となることがある。一方、前記融点と凝固点との差が、４℃以下又は３℃以下であると、狭い温度範囲で大量の潜熱の吸収・放出を繰り返し利用できる点で有利である。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１〜８および比較例１〜５）
ｎ−オクタデカン（東京化成工業製 試薬GR級）、ｎ−ヘキサデカン（関東化学製 試薬鹿特級）及びｎ−ヘプタデカン（東京化成工業製 試薬GR級）を、所定量で配合して、実施例１〜８および比較例１〜５のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を調製した。試薬の純度は９８％程度であるので、各組成をカスクロマトフィー分析し、ピーク面積から組成物組成を確認した。各組成物について融点、融解潜熱量、凝固点、凝固熱を測定した。結果を表１、図２に示す。
ｎ−オクタデカン（東京化成工業製 試薬GR級）、ｎ−ヘキサデカン（関東化学製 試薬鹿特級）及びｎ−ヘプタデカン（東京化成工業製 試薬GR級）を、所定量で配合して、実施例１〜８および比較例１〜５のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を調製した。試薬の純度は９８％程度であるので、各組成をカスクロマトフィー分析し、ピーク面積から組成物組成を確認した。各組成物について融点、融解潜熱量、凝固点、凝固熱を測定した。結果を表１、図２に示す。
表１、および、図２の結果から、本発明に組成条件を充足する実施例に係る組成物が、充足しない比較例の組成物と比べて、２１０Ｊ／ｇを超える大きな融解潜熱、ｎ−オクタデカンより低い融点、および、過冷却を示さず、かつ融点と凝固点の差が5℃未満であり狭い作動温度範囲を有していることが分かる。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、大きな融解潜熱量を有しながら融点や凝固点を蓄熱材として好ましい範囲に調整がなされている。また、調整は、近接した炭素数のｎ−パラフィンの特定配合により行われるので、パラフィン系潜熱蓄熱材の特長が維持されている。また、本発明に係るパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用により（マイクロカプセルのコア材としての使用を含む）、各種蓄熱機器、蓄熱容器、蓄熱材の設計が可能となる。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、特に、建築物への保温保冷および室内と室外間の温度遮蔽機能の追加や、日用品および衣料品等の夏場の冷涼感や冬季の保温機能の付与などに用いる蓄熱材として好適である。
Claims (4)
- ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、および、ｎ−ヘプタデカンからなるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物であり、
１）ｎ−オクタデカンを７６質量％以上、ｎ−ヘキサデカンを３質量％以上２３質量％以下、ｎ−ヘプタタデカンを３質量％以上２３質量％以下（あわせて１００質量％とする。）からなること、
２）融点が、ｎ−オクタデカンの融点より低いこと、
３）融解潜熱量が、２１０Ｊ／ｇ以上であること、
４）ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（１）の関係にあることを特徴とするパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。
０．１≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （１） - ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、
下式（２）の関係にあること、を特徴とする請求項１に記載のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。
０．５≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （２） - 凝固点が、２０℃以上であること、
を特徴とする請求項１または２に記載のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。 - ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、および、ｎ−ヘプタデカンからなるパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用であり、
前記パラフィン系組成物は、
１）ｎ−オクタデカンと、ｎ−ヘキサデカン、および、ｎ−ヘプタデカンとを混合してなり、組成が、ｎ−オクタデカンを７６質量％以上、ｎ−ヘキサデカンを３質量％以上２３質量％以下、ｎ−ヘプタデカンを３質量％以上２３質量％以下（あわせて１００質量％とする。）であること、
２）融点が、ｎ−オクタデカンの融点より低いこと、
３）融解潜熱量が、２１０Ｊ／ｇ以上であること、
４）ｎ−ヘプタデカンと、ｎ−ヘキサデカンの含有量（質量％）が、下式（１）の関係にあることを特徴とするパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用。
０．１≦[ｎ−ヘプタデカン含有量]／[ｎ−ヘキサデカン含有量]≦１０ （１）
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