JP6750683B2 - 樹脂部材及びそれを用いたシート、並びに蓄熱材及びそれを用いた熱制御シート - Google Patents

Description

本発明は、樹脂部材及びそれを用いたシート、並びに蓄熱材及びそれを用いた熱制御シートに関する。

従来、自動車、建築物、地下街等における空調設備、自動車のエンジン、電子部品などには、熱エネルギーを一時的に貯蓄しておき随時その熱エネルギーを取り出すために蓄熱材が備えられている。

蓄熱材としては、例えば物質の相転移を利用して蓄熱又は放熱するものが挙げられる。このような蓄熱材として、例えば、炭化水素化合物を用いたものが知られている。炭化水素化合物は、可逆的に相転移をすることにより、優れた蓄熱性を有する。しかし、炭化水素化合物は相転移の高温側では液体状態であり、炭化水素化合物が滲みだす可能性があるため、何らかの滲みだし防止策を施さなければならない。

このような問題に対し、例えば特許文献１及び２には、炭化水素化合物の滲みだしを抑制する蓄熱材として、水添ジエン系共重合体を含有する蓄熱材が開示されている。

国際公開第２０１１／０７８３４０号 特開２０１４−９５０２３号公報

ところで、蓄熱材は、例えば、引っ張られた状態で対象物に巻き付けられて使用されることがある。このような場合、蓄熱材には、充分な強度（特に引張強度）が求められる。しかしながら、特許文献１及び２に開示されているような蓄熱材は、必ずしも充分な強度を有していない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、強度に優れる樹脂部材及び蓄熱材を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、該樹脂部材を用いたシート及び該蓄熱材を用いた熱制御シートを提供することである。

本発明は、一態様において、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体と、鎖状飽和炭化水素化合物と、を含む樹脂部材である。

本発明は、他の一態様において、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体と、鎖状飽和炭化水素化合物と、を含む蓄熱材である。

上記の各態様において、オレフィンの炭素数は、３〜８であってよい。

上記の各態様において、鎖状飽和炭化水素化合物の融点が５０℃未満である場合、オレフィンの炭素数は、好ましくは８である。

上記の各態様において、鎖状飽和炭化水素化合物の融点が５０℃以上である場合、樹脂部材は、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種を更に含む。

本発明は、一態様において、金属層と、金属層上に形成された上記樹脂部材からなる樹脂層とを備えるシートである。

本発明は、一態様において、金属層と、金属層上に形成された上記蓄熱材からなる蓄熱層とを備える熱制御シートである。

本発明によれば、強度に優れる樹脂部材及び蓄熱材を提供することができ、また、該樹脂部材を用いたシート及び該蓄熱材を用いた熱制御シートを提供することができる。

樹脂部材の一実施形態を示す模式断面図である。 樹脂部材を用いたシートの一実施形態を示す模式断面図である。 実施例における破断歪の評価結果を示すグラフである。

以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、樹脂部材の一実施形態を示す模式断面図である。樹脂部材１は、一実施形態において、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体（以下、「（Ａ）成分」ともいう）と、鎖状飽和炭化水素化合物（以下、「（Ｂ）成分」ともいう）とを含む。樹脂部材１は、例えばシート状（フィルム状）であってよい。

共重合体を構成するオレフィン（以下、単に「オレフィン」ともいう）の炭素数は、３以上であり、例えば３〜８である。オレフィンの炭素数が４以上である場合、オレフィンは、直鎖状であっても分岐状であってもよい。エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体としては、例えば、エチレンとプロピレン（Ｃ３）との共重合体、エチレンとブテン（Ｃ４）との共重合体、エチレンとペンテン（Ｃ５）との共重合体、エチレンとヘキセン（Ｃ６）との共重合体、エチレンとヘプテン（Ｃ７）との共重合体、エチレンとオクテン（Ｃ８）との共重合体、エチレンとノネン（Ｃ９）との共重合体、エチレンとデセン（Ｃ１０）との共重合体等が挙げられる。なお、具体例に併記した括弧内の値は、炭素数を示す。これらの中でも、エチレンと炭素数が３〜８のオレフィンとの共重合体は、入手が容易であるため、好ましく用いられる。エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体は、１種単独で用いられても、２種以上を組み合せて用いられてもよい。

（Ａ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、更に好ましくは１５質量％以上である。（Ａ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは４０質量％以下、更に好ましくは３０質量％以下である。

（Ｂ）成分は、実用範囲で蓄熱効果を得る観点から、例えば０〜１００℃の範囲内に融点を有する。（Ｂ）成分は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。（Ｂ）成分は、具体的には、ｎ−テトラデカン（Ｃ１４、６℃）、ｎ−ペンタデカン（Ｃ１５、９℃）、ｎ−ヘキサデカン（Ｃ１６、１８℃）、ｎ−ヘプタデカン（Ｃ１７、２１℃）、ｎ−オクタデカン（Ｃ１８、２８℃）、ｎ−ナノデカン（Ｃ１９、３２℃）、ｎ−エイコサン（Ｃ２０、３７℃）、ｎ−ヘンイコサン（Ｃ２１、４１℃）、ｎ−ドコサン（Ｃ２２、４６℃）、ｎ−トリコサン（Ｃ２３、４７℃）、ｎ−テトラコサン（Ｃ２４、５０℃）、ｎ−ペンタコサン（Ｃ２５、５４℃）、ｎ−ヘキサコサン（Ｃ２６、５６℃）、ｎ−ヘプタコサン（Ｃ２７、６０℃）、ｎ−オクタコサン（Ｃ２８、６５℃）、ｎ−ノナコサン（Ｃ２９、６６℃）、ｎ−トリアコンタン（Ｃ３０、６７℃）、ｎ−テトラコンタン（Ｃ４０、８１℃）、ｎ−ペンタコンタン（Ｃ５０、９１℃）、ｎ−ヘキサコンタン（Ｃ６０、９８℃）等である。なお、具体例に併記した括弧内の値は、それぞれ炭素数及び融点を示す。
また、上記融点は、示差走査熱量計（例えば、パーキンエルマー製「８５００」）を用いて、昇温速度１０℃／分で加熱したときに得られた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である。

（Ｂ）成分は、直鎖状の飽和炭化水素化合物を主成分とする石油ワックスであってもよい。石油ワックスは、原料である石油又は天然ガスの減圧蒸留成分からの分離精製品である。石油ワックスの具体的な例としては、日本精蝋（株）製のＰａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ（４８〜６９℃（融点、以下同様））、ＨＮＰ（６４〜７７℃）、ＳＰ（６０〜７４℃）、ＥＭＷ（４９℃）等がある。これらの（Ｂ）成分は、１種単独で用いられても、２種以上を組み合わせて用いられてもよい。

（Ｂ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは４５質量％以上、更に好ましくは５０質量％以上である。（Ｂ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下、更に好ましくは７０質量％以下である。

鎖状飽和炭化水素化合物の融点が５０℃未満である場合、鎖状飽和炭化水素化合物の流動性の抑制に優れる観点から、（Ａ）成分におけるオレフィンの炭素数は好ましくは８である。

樹脂部材１は、ゲル化剤（以下、「（Ｃ）成分」ともいう）を更に含んでいてもよい。（Ｃ）成分は、（Ｂ）成分をゲル化し得る成分であれば特に制限されない。（Ｃ）成分は、例えば、カルボン酸又はカルボン酸金属塩であってよい。すなわち、樹脂部材１は、一実施形態において、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分に加えて、カルボン酸及びカルボン酸金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種とを含む。

（Ｃ）成分におけるカルボン酸は、鎖状飽和炭化水素化合物との相性が良い観点から、好ましくは鎖状の炭化水素基を有するカルボン酸（鎖状の脂肪族カルボン酸）である。カルボン酸の炭素数は、好ましくは１０以上であり、例えば１０〜４０、１０〜３０又は１０〜２５である。カルボン酸は、飽和であっても不飽和であってもよい。カルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、ラウリン酸（Ｃ１２（炭素数、以下同様。））、ミリスチン酸（Ｃ１４）、パルミチン酸（Ｃ１６）、ステアリン酸（Ｃ１８）、イソステアリン酸（Ｃ１８）、ドコサヘキサエン酸（Ｃ２２）、ベヘニン酸（Ｃ２１）、ウンデシレン酸（Ｃ１１）、オレイン酸（Ｃ１８）、エルカ酸（Ｃ２２）、リノール酸（Ｃ１８）、アラキドン酸（Ｃ２０）、リノレン酸（Ｃ１８）、サピエン酸（Ｃ１６）等が挙げられる。カルボン酸は、１種単独、あるいは２種以上を組み合わせて用いられてよい。

（Ｃ）成分におけるカルボン酸金属塩を構成するカルボン酸は、鎖状飽和炭化水素化合物及びカルボン酸との相性が良い観点から、好ましくは鎖状の炭化水素基を有するカルボン酸（鎖状の脂肪族カルボン酸）である。カルボン酸金属塩を構成するカルボン酸の炭素数は、好ましくは６以上であり、例えば６〜３０、６〜２５又は８〜２０である。カルボン酸金属塩を構成するカルボン酸は、飽和であっても不飽和であってもよい。カルボン酸金属塩を構成する金属は、カルボン酸と塩を形成できる金属であり、例えばアルミニウムである。具体的なカルボン酸金属塩としては、ステアリン酸アルミニウム（Ｃ１８（炭素数、以下同様。））、ラウリン酸アルミニウム（Ｃ１２）、オレイン酸アルミニウム（Ｃ１８）、ベヘニン酸アルミニウム（Ｃ２１）、パルミチン酸アルミニウム（Ｃ１６）、２−エチルヘキサン酸アルミニウム（Ｃ８）等が挙げられる。カルボン酸金属塩は、１種単独、あるいは２種以上を組み合わせて使用されてよい。

樹脂部材１が（Ｃ）成分を含む場合、（Ｃ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは３質量％以上であり、また、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは８質量％以下、更に好ましくは６質量％以下である。

樹脂部材１は、融点が１００℃以上であるポリマー（以下、「（Ｄ）成分」ともいう）を更に含んでいてもよい。ただし、（Ｄ）成分は、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体（（Ａ）成分）以外の成分である。樹脂部材１が（Ｄ）成分を含むことにより、物理的な相互網目構造体の形成が期待でき、高温（例えば５０℃以上）での流動性抑制及び形状維持の点で優れる。

（Ｄ）成分の融点は、１００℃以上、１２０℃以上又は１４０℃以上であってよい。（Ｄ）成分の融点は、２５０℃以下、２３０℃以下又は２００℃以下であってよい。

（Ｄ）成分は、上記の（Ａ）成分及び（Ｂ）成分との相溶性がよいことが望ましい。（Ｄ）成分としては、直鎖状のポリマー、分岐を有するポリマー、変性ポリマー、コポリマー（共重合体）等であってよい。（Ｄ）成分は、例えば、ポリエチレン（エチレン単独重合体）、ポリプロピレン（プロピレン単独重合体）等であってよく、エチレン又はプロピレン以外のモノマー単位を含む、ポリエチレン又はポリプロピレンの変性ポリマーであってもよい。コポリマー（共重合体）は、例えばブロック共重合体であってよい。（Ｄ）成分は、１種単独で用いられてもよく、２種以上を組み合わせて用いられてもよい。

（Ｂ）成分の融点が５０℃以上である場合、樹脂部材１は、５０℃以上の温度領域における流動性抑制及び形状維持の点で更に優れる観点から、（Ｄ）成分として、好ましくは、ポリエチレン（エチレン単独重合体）及びポリプロピレン（プロピレン単独重合体）からなる群より選ばれる少なくとも１種を更に含む。

樹脂部材１が（Ｄ）成分を含む場合、（Ｄ）成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、好ましくは５質量％以上であり、また、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２５質量％以下、更に好ましくは２０質量％以下である。

樹脂部材１は、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分に加えて、その他の成分を更に含んでいてもよい。その他の成分としては、ガラス、タルク等の無機成分、光劣化を抑制する光吸収剤などが挙げられる。その他の成分の含有量は、樹脂部材全量基準で、例えば１０質量％以下が好ましい。

以上説明した樹脂部材１は、例えば以下の方法により得られる。すなわち、鎖状飽和炭化水素化合物（（Ｂ）成分）を融点以上に加温した状態で、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体（（Ａ）成分）と、必要に応じて融点が１００℃以上であるポリマー（（Ｄ）成分）とを加え混合する。均一に混合後、必要に応じてカルボン酸及びカルボン酸金属塩（（Ｃ）成分）を添加して、更に均一混合することにより樹脂部材１を得る。

以上のとおり、樹脂部材１は、相転移を利用して蓄熱又は放熱することが可能であるため、蓄熱材として好適に用いられる。つまり、以上の説明では、「樹脂部材」を「蓄熱材」と読み替えることができる。すなわち、本実施形態に係る蓄熱材は、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体と、鎖状飽和炭化水素化合物とを含む。

本実施形態の蓄熱材（樹脂部材）は様々な分野に活用されうる。蓄熱材（樹脂部材）は、例えば、自動車、建築物、公共施設、地下街等における空調設備、自動車のエンジン（当該エンジン周囲の保温）、電子部品（電子部品の昇温防止）、下着の繊維などに用いられる。蓄熱材（樹脂部材）は、ケーシングを必要とせず、蓄熱材（樹脂部材）単独でも強度（特に引張強度）に優れているので、取り付ける対象物に貼り付けられたり、巻き付けられたり、様々な状態で取り付けられることが可能である。

図２は、樹脂部材を用いたシートの一実施形態を示す模式断面図である。図２に示すように、シート２は、金属層３と、金属層３上に形成された樹脂層４とを備える。

金属層３は、例えばアルミニウム、銅等によって構成される。金属層３の厚さは、例えば１００μｍ以下である。

樹脂層４は、上述の樹脂部材（蓄熱材）１からなっている。樹脂層４の厚さは、例えば、１〜３０ｍｍ、２〜２０ｍｍ又は５〜１０ｍｍである。

シート２は、例えば、樹脂部材１と金属層３とを加圧ラミネートすることにより得られる。この場合、必要に応じて、樹脂部材１が形状保持される温度以下で加熱してもよい。

本実施形態に係るシート２は、鎖状飽和炭化水素化合物として例えばｎ−ヘキサデカンを含む場合、高温（例えば２０℃以上）で太陽光の反射率が大きく、低温（例えば１５℃以下）で太陽光の反射率が低いシートである。このシート２は、例えば、屋根、道路等に用いられる。シート２を屋根、道路等に敷設することにより、高温時（例えば夏）には、樹脂層４は、鎖状炭化水素化合物が液体状となるため透明になり、金属層３が太陽熱を反射して、シート２は屋根、道路等の温度上昇を抑制できる。一方、低温時（例えば冬）には、樹脂層４は、鎖状炭化水素化合物が固体又は半固体状となるため不透明になる。この場合、金属層３が太陽熱を反射せず、樹脂層４が熱を吸収し、屋根、道路等の温度低下が抑制される。即ち、本実施形態に係るシート２は、高温での温度上昇抑制、及び低温での温度低下抑制を達成でき、空調機の補助機能として活用される。

上記のとおり、シート２は、高温での温度上昇抑制、及び低温での温度低下抑制を達成できるため、熱制御シートとして好適に用いられる。つまり、以上の説明では、「シート」を「熱制御シート」と読み替えることができる。すなわち、本実施形態に係る熱制御シートは、金属層と、金属層上に形成された蓄熱材からなる蓄熱層とを備える。

本発明を実施例に基づいて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。

実施例及び比較例においては、以下に示す各成分を用いて表１に示す組成の樹脂部材を作製した。すなわち、鎖状の飽和炭化水素化合物を融点以上に加温した状態で、エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体を加え混合した。均一に混合後、カルボン酸及びカルボン酸金属塩を添加して、更に均一混合することにより樹脂部材を得た。

（共重合体）
Ａ−１：エチレンとオクテンとの共重合体（ダウ・ケミカル日本（株）製、製品名「ＥＮＧＡＧＥ８１５０」）
Ａ−２：エチレンとプロピレンとの共重合体（住友化学（株）製、製品名「エスプレンＶ１４１」）
ａ−１：水添ジエン系共重合体（ＪＳＲ（株）製、製品名「ＤＹＮＡＲＯＮ ＣＥＢＣ ６２００Ｐ」）
（鎖状飽和炭化水素化合物）
Ｂ−１：ｎ−ヘキサデカン（融点：１８℃）
Ｂ−２：ｎ−ペンタデカン（融点：９℃）
Ｂ−３：ＨＮＰ−９（日本精蝋（株）製のパラフィンワックス、融点：７４〜７６℃）
（カルボン酸又はカルボン酸金属塩）
Ｃ−１：オレイン酸
Ｃ−２：２−エチルヘキサン酸アルミニウム

鎖状飽和炭化水素化合物の融点は、示差熱分析（ＤＳＣ）により、昇温速度１０℃／分の昇温過程における融解のピーク温度から算出した。

（破断歪の測定）
各実施例及び比較例について、３０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの大きさの樹脂部材をサンプルとして用い、引張試験機により、２５℃でチャック間１０ｍｍ、引張速度５００ｍｍ／分の条件でサンプルを引っ張り、破断に至るまでの歪量（％）を測定した。結果を表１に示す。また、実施例１，２及び比較例３の結果については、図３にも示す。

（融解熱の測定）
得られた樹脂部材について、示差熱分析（ＤＳＣ）により、昇温速度１０℃／分の昇温過程における融解のピーク面積から融解熱（Ｊ／ｇ）を算出した。結果を表１に示す。

（形状保持温度の測定）
試料（樹脂部材）をホットプレート上に置き、３０℃から５℃ごとに昇温させていき（昇温速度：約５℃／分）、形状変化が開始する温度（℃）を測定した。測定結果を表１に示す。

（実施例７）
実施例３の組成を有するフィルム状の樹脂部材について、鎖状飽和炭化水素化合物の融点以下及び融点を超える温度での状態を確認した。その結果、融点を超える温度では透明な状態となり、融点以下では鎖状飽和炭化水素化合物であるヘキサデカンが結晶化するため白色の状態になった。このことから当該フィルム状の樹脂部材とアルミニウム箔等の金属層とを組合せることにより、融点を超える温度ではアルミニウム箔等の金属層が太陽光を反射することが有効となり、融点以下では太陽光の反射が抑制されることが期待できる。

１…樹脂部材、２…シート、３…金属層、４…樹脂層。

Claims (4)

1. エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体と、
   鎖状飽和炭化水素化合物と、
   を含み、
   前記鎖状飽和炭化水素化合物の融点が５０℃未満であり、前記オレフィンの炭素数が８である、樹脂部材。
2. 金属層と、前記金属層上に形成された請求項１に記載の樹脂部材からなる樹脂層とを備えるシート。
3. エチレンと炭素数が３以上のオレフィンとの共重合体と、
   鎖状飽和炭化水素化合物と、
   を含み、
   前記鎖状飽和炭化水素化合物の融点が５０℃未満であり、前記オレフィンの炭素数が８である、蓄熱材。
4. 金属層と、前記金属層上に形成された請求項３に記載の蓄熱材からなる蓄熱層とを備える熱制御シート。

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