JP7375819B2 - 樹脂組成物、蓄熱材、及び物品 - Google Patents

樹脂組成物、蓄熱材、及び物品 Download PDF

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Description

本発明は、樹脂組成物、蓄熱材、及び物品に関する。
蓄熱材は、蓄えたエネルギーを必要に応じて熱として取り出すことのできる材料である。この蓄熱材は、空調設備、床暖房設備、冷蔵庫、ICチップ等の電子部品、自動車内外装材、キャニスター等の自動車部品、保温容器などの用途で利用されている。
蓄熱の方式としては、物質の相変化を利用した潜熱蓄熱が、熱量の大きさの点から広く利用されている。潜熱蓄熱物質としては、水-氷がよく知られている。水-氷は、熱量の大きい物質であるが、相変化温度が大気下において0℃と限定されてしまうため、適用範囲も限定されてしまう。そのため、0℃より高く100℃以下の相変化温度を有する潜熱蓄熱物質として、パラフィンが利用されている。しかし、パラフィンは加熱により相変化すると液体になり、引火及び発火の危険性があるため、パラフィンを蓄熱材に用いるためには、袋等の密閉容器中に収納するなどして、蓄熱材からパラフィンが漏えいすることを防ぐ必要があり、適用分野の制限を受ける。
そこで、パラフィンを含む蓄熱材を改良する方法として、例えば特許文献1には、ゲル化剤を用いる方法が開示されている。この方法で作られるゲルは、パラフィンの相変化後もゲル状の成形体を保つことが可能である。しかし、この方法では、蓄熱材として使用する際に液漏れ、蓄熱材の揮発等が起こる可能性がある。
また、別の改良方法として、例えば特許文献2には、水添共役ジエン共重合体を用いる方法が開示されている。この方法では、炭化水素化合物の融解又は凝固温度近辺では形状保持が可能であるが、更に高温になると、相溶性が低いため相分離を発生して、炭化水素化合物の液漏れが発生する。
特開2000-109787号公報 特開2014-95023号公報
本発明は、一側面において、蓄熱材の形成に好適に用いられる樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、下記式(1)で表されるモノマー(モノマーA)を含むモノマー成分を重合させてなるアクリル樹脂と、蓄熱性無機材料と、を含有する樹脂組成物である。
Figure 0007375819000001
式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rはポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基を表す。
本発明の他の一側面は、下記式(2)で表される構造単位(構造単位A)を含むアクリル樹脂と、蓄熱性無機材料と、を含有する樹脂組成物である。
Figure 0007375819000002
式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rはポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基を表す。
これらの樹脂組成物は、蓄熱性無機材料を含有しているため、例えば蓄熱性有機材料のみを含有する樹脂組成物に比べて、蓄熱性無機材料の蓄熱量の大きさに起因して優れた蓄熱性を有する蓄熱材を形成しやすい。加えて、これらの樹脂組成物は、蓄熱性無機材料だけでなく、優れた蓄熱性を有する所定のアクリル樹脂(ポリオキシアルキレン鎖を有する特定の構造単位を有するアクリル樹脂)を含有している。そのため、樹脂組成物(蓄熱材)全体の蓄熱量の低下を抑制しつつ、アクリル樹脂によって蓄熱性無機材料を保持することができる。したがって、例えば、形成された蓄熱材において、蓄熱性及び柔軟性を両立することができる。さらに、必要に応じてこのアクリル樹脂を硬化させることも可能であるため、蓄熱材を構成する成分の液漏れ及び揮発を抑制できる。
モノマー成分は、モノマーAと共重合可能であり、反応性基を有するモノマーBを更に含んでよい。アクリル樹脂は、構造単位Aに加えて、反応性基を有する構造単位Bを更に含んでよい。反応性基は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であってよい。
樹脂組成物は、反応性基と反応し得る硬化剤を更に含有してよい。硬化剤は、イソシアネート系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤及び酸無水物系硬化剤からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤であってよい。
蓄熱性無機材料は、二酸化バナジウムを含んでよい。
樹脂組成物は、蓄熱性有機材料を内包したカプセルを更に含有してよい。
蓄熱性無機材料の含有量は、樹脂組成物全量基準で50質量%以上であってよい。
樹脂組成物は、蓄熱材の形成に用いられてよい。
本発明の他の一側面は、上記樹脂組成物の硬化物を含む蓄熱材である。本発明の他の一側面は、熱源と、熱源と熱的に接触するように設けられた上記樹脂組成物の硬化物と、を備える物品である。
本発明の一側面によれば、蓄熱材の形成に好適に用いられる樹脂組成物を提供することができる。
蓄熱材の一実施形態を示す模式断面図である。 物品及びその製造方法の一実施形態を示す模式断面図である。 物品の他の一実施形態を示す模式断面図である。 物品の製造方法の他の一実施形態を示す模式断面図である。
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。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
本明細書における「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及びそれに対応する「メタクリレート」を、「(メタ)アクリロイル」とは、「アクリロイル」及びそれに対応する「メタクリロイル」を意味する。
本明細書における重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件で測定され、ポリスチレンを標準物質として決定される値を意味する。
・測定機器:HLC-8320GPC(製品名、東ソー(株)製)
・分析カラム:TSKgel SuperMultipore HZ-H(3本連結)(製品名、東ソー(株)製)
・ガードカラム:TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H(製品名、東ソー(株)製)
・溶離液:THF
・測定温度:25℃
本明細書において、「耐熱性が良好である」とは、TG-DTA測定における1%重量減少温度が200℃以上であることを意味する。
一実施形態に係る樹脂組成物は、アクリル樹脂と蓄熱性無機材料とを含有する。アクリル樹脂は、モノマーAを含むモノマー成分を重合させてなる重合体である。
モノマーAは、下記式(1)で表される。
Figure 0007375819000003
式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rはポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基を表す。
で表されるポリオキシアルキレン鎖を有する基は、下記式(3)で表される基であってよい。
Figure 0007375819000004
式中、Rは水素原子又は炭素数1~18のアルキル基を表し、Rはアルキレン基を表し、nは2以上の整数を表し、*は結合手を表す。
で表されるアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。Rで表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1~15、より好ましくは1~10、更に好ましくは1~5である。Rは、特に好ましくは水素原子又はメチル基である。
で表されるアルキレン基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。Rは、例えば、炭素数2~4のアルキレン基であってよい。ポリオキシアルキレン鎖中に複数存在するRは、互いに同一であってよく、互いに異なっていてもよい。ポリオキシアルキレン鎖は、好ましくは、オキシエチレン基、オキシプロピレン基及びオキシブチレン基からなる群より選ばれる1種又は2種以上を有しており、より好ましくは、オキシエチレン基及びオキシプロピレン基からなる群より選ばれる1種又は2種を有しており、更に好ましくはオキシエチレン基のみを有している。
nは、目的とする蓄熱材の融点に応じて適宜選択されればよく、例えば、2以上、4以上、6以上、又は8以上の整数であってよく、230以下、220以下、210以下、又は200以下の整数であってよい。
モノマーAは、言い換えれば、式(3)で表されるポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基をエステル基の末端に有する(メタ)アクリレートであってよい。モノマーAとしては、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコール(メタ)アクリレート、及びメトキシポリブチレングリコール(メタ)アクリレートが挙げられる。これらのモノマーAにおいて、式(3)中のnは、例えば2~90の整数であってよい。
式(1)で表されるモノマーAは、市販品を用いることができる。モノマーAとして用いられる市販品は、日油(株)製のPP-500、PP-800、PP-1000、AP-400、AP-550、AP-800、700PEP-350B、10PEP-550B、55PET-400、30PET-800、55PET-800、30PPT-800、50PPT-800、70PPT-800、PME-100、PME-200、PME-400、PME-1000、PME-4000、AME-400、50POEP-800B、50AOEP-800B、共栄社化学(株)製のライトエステル130MA、041MA、ライトアクリレート130A、ライトアクリレートNP-4EA、日本乳化剤(株)製のMA-30、MA-50、MA-100、MA-150、RMA-1120、RMA-564、RMA-568、RMA-506、MPG130-MA、Antox MS-60、MPG-130MA、RMA-150M、RMA-300M、RMA-450M、RA-1020、RA-1120、RA-1820、新中村化学工業(株)製のメトキシポリエチレングリコールアクリレートAM-30G、AM-90G、AM-130G、AM-230G、AM-450G、メトキシポリプロピレングリコールアクリレートAM-30PG、M-40G、M-90G、M-130G、M-230G、三洋化成工業(株)製のエレミノールRS-30、大阪有機化学工業(株)製のビスマーMPE400A、ビスマーMPE550A等であってよい。
モノマーAの含有量は、モノマー成分100質量部に対して、20質量部以上、25質量部以上、又は30質量部以上であってよく、蓄熱材を形成した際に更に優れた蓄熱量が得られる観点から、好ましくは60質量部以上、より好ましくは80質量部以上、更に好ましくは85質量部以上、特に好ましくは90質量部以上であり、例えば98質量部以下であってよい。
モノマー成分は、モノマーAに加えて、モノマーAと共重合可能であり、反応性基を有するモノマーB(反応性モノマー)を更に含んでもよい。モノマーBは、モノマーAと共重合可能なように、エチレン性不飽和結合を有する基(エチレン性不飽和基)を含んでいる。エチレン性不飽和基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、及びアリル基が挙げられる。モノマーBは、好ましくは、反応性基及び(メタ)アクリロイル基を有するモノマー(反応性基を有する(メタ)アクリルモノマー)である。モノマーBは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
モノマーBにおける反応性基は、例えば、後述する硬化剤と反応し得る基であってよく、水(例えば空気中に含まれる湿気)と反応し得る基であってよい。反応性基は、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である。すなわち、モノマーBは、例えば、カルボキシル基含有モノマー、ヒドロキシル基含有モノマー、イソシアネート基含有モノマー、アミノ基含有モノマー又はエポキシ基含有モノマーである。反応性基は、一実施形態において、ヒドロキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であってよく、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であってよい。
カルボキシル基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、カルボキシエチル(メタ)アクリレート、カルボキシペンチル(メタ)アクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、及びイソクロトン酸が挙げられる。
ヒドロキシル基含有モノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8-ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、10-ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、12-ヒドロキシラウリル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;(4-ヒドロキシメチルシクロへキシル)メチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキルシクロアルカン(メタ)アクリレートなどが挙げられる。ヒドロキシル基含有モノマーは、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、アリルアルコール、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル等であってもよい。
イソシアネート基含有モノマーとしては、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、及び2-アクリロイルオキシエチルイソシアネートが挙げられる。
イソシアネート基含有モノマーにおけるイソシアネート基は、熱により脱離可能なブロック剤(保護基)によってブロック(保護)されていてもよい。すなわち、イソシアネート基含有モノマーは、下記式(4)で表されるブロックイソシアネート基を有するモノマーであってもよい。
Figure 0007375819000005
式中、Bは保護基を表し、*は結合手を表す。
ブロックイソシアネート基における保護基は、加熱(例えば80~160℃の加熱)によって脱離(脱保護)可能な保護基であってよい。ブロックイソシアネート基においては、脱保護条件下(例えば80~160℃の加熱条件下)で、ブロック剤(保護基)と後述する硬化剤との置換反応が生じ得る。あるいは、ブロックイソシアネート基においては、脱保護によりイソシアネート基が生成し、イソシアネート基が後述する硬化剤と反応することもできる。
ブロックイソシアネート基におけるブロック剤としては、ホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等のオキシム化合物;ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール等のピラゾール化合物;ε-カプロラクタム、δ-バレロラクタム、γ-ブチロラクタム及びβ-プロピオラクタム等のラクタム化合物;チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール等のメルカプタン化合物;酢酸アミド、ベンズアミド等の酸アミド化合物;コハク酸イミド及びマレイン酸イミド等のイミド化合物が挙げられる。
ブロックイソシアネート基を有するモノマーとしては、例えば、2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート、2-(0-[1’-メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)メタクリレートが挙げられる。
アミノ基含有モノマーとしては、例えば、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、及びN,N-ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレートが挙げられる。
エポキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、α-エチル(メタ)アクリル酸グリシジル、α-n-プロピル(メタ)アクリル酸グリシジル、α-n-ブチル(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸-3,4-エポキシブチル、(メタ)アクリル酸-4,5-エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、α-エチル(メタ)アクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸-3-メチル-3,4-エポキシブチル、(メタ)アクリル酸-4-メチル-4,5-エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸-5-メチル-5,6-エポキシヘキシル、(メタ)アクリル酸-β-メチルグリシジル、及びα-エチル(メタ)アクリル酸-β-メチルグリシジルが挙げられる。
モノマーBの含有量は、蓄熱材の蓄熱量に更に優れる観点から、モノマー成分100質量部に対して、2質量部以上、3質量部以上、又は5質量部以上であってよく、25質量部以下であってよく、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは13質量部以下、特に好ましくは10質量部以下である。
モノマー成分は、モノマーA及びモノマーBに加えて、必要に応じてその他のモノマーを更に含んでもよい。その他のモノマーは、モノマーA及びモノマーBと共重合可能なモノマー(ただし、モノマーA及びモノマーB以外のモノマー)である。その他のモノマーは、モノマーA及びモノマーBと共重合可能なように、例えば、エチレン性不飽和結合を有する基(エチレン性不飽和基)を含んでいる。エチレン性不飽和基は、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基等であってよく、好ましくは(メタ)アクリロイル基である。
その他のモノマーは、エチレン性不飽和基を1つ含んでいてよく、エチレン性不飽和基を2つ以上含んでいてもよい。その他のモノマーがエチレン性不飽和基を2つ以上含む場合、得られるアクリル樹脂中にその他のモノマーに由来する架橋を形成することができる。
エチレン性不飽和基を1つ含むその他のモノマーは、例えば、炭素数1~30の直鎖状又は分岐状のアルキル基をエステル基の末端に有するアルキル(メタ)アクリレート、及び環状炭化水素基をエステル基の末端に有するシクロアルキル(メタ)アクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種のモノマー(モノマーC)であってよい。
炭素数1~30の直鎖状又は分岐状のアルキル基をエステル基の末端に有するアルキル(メタ)アクリレートは、例えば、ドデシル(メタ)アクリレート(ラウリル(メタ)アクリレート)、テトラデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート(ステアリル(メタ)アクリレート)、ドコシル(メタ)アクリレート(ベヘニル(メタ)アクリレート)、テトラコシル(メタ)アクリレート、ヘキサコシル(メタ)アクリレート、オクタコシル(メタ)アクリレート等の炭素数12~30の直鎖状又は分岐状のアルキル基をエステル基の末端に有するアルキル(メタ)アクリレートであってよい。
炭素数1~30の直鎖状又は分岐状のアルキル基をエステル基の末端に有するアルキル(メタ)アクリレートは、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の炭素数12未満(炭素数1~11)のアルキル基をエステル基の末端に有するアルキル(メタ)アクリレートであってよい。
環状炭化水素基をエステル基の末端に有するシクロアルキル(メタ)アクリレートは、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート等であってよい。
エチレン性不飽和基を2つ含むその他のモノマーは、例えば、下記式(5)で表されるモノマー(モノマーD)であってよい。
Figure 0007375819000006
式(5)中、R11及びR12はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R13はポリオキシアルキレン鎖を有する2価の基を表す。
一実施形態において、R11及びR12の一方が水素原子であり、かつ他方がメチル基であってよく、他の一実施形態において、R11及びR12の両方が水素原子であってよく、他の一実施形態において、R11及びR12の両方がメチル基であってよい。
ポリオキシアルキレン鎖は、例えば下記式(6)で表される。
Figure 0007375819000007
式(6)中、R14はアルキレン基を表し、mは2以上の整数を表し、*は結合手を表す。
14で表されるアルキレン基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。R14は、例えば、炭素数2~4のアルキレン基であってよい。ポリオキシアルキレン鎖中に複数存在するR14は、互いに同一であってよく、互いに異なっていてもよい。ポリオキシアルキレン鎖中に複数存在するR14は、エチレン基、プロピレン基及びブチレン基からなる群より選ばれる1種又は2種以上であり、より好ましくは、エチレン基及びプロピレン基からなる群より選ばれる1種又は2種であり、更に好ましくはすべてエチレン基である。
mは、例えば、10以上又は20以上の整数であってよく、300以下、250以下、又は200以下の整数であってよい。
13は、ポリオキシアルキレン鎖に加えて、その他の有機基を更に有する2価の基であってもよい。その他の有機基は、ポリオキシアルキレン鎖以外の鎖状の基であってよく、例えば、メチレン鎖(-CH-を構造単位とする鎖)、ポリエステル鎖(-COO-を構造単位中に含む鎖)、ポリウレタン鎖(-OCON-を構造単位中に含む鎖)等であってよい。
モノマーDは、好ましくは、下記式(7)で表されるモノマーである。
Figure 0007375819000008
式(7)中、R11及びR12は式(5)におけるR11及びR12とそれぞれ同義であり、R14及びmは式(6)におけるR14及びmとそれぞれ同義である。
アクリル樹脂は、モノマーA及び必要に応じて用いられるその他のモノマーを含むモノマー成分を重合させることにより得られる。重合方法は、各種ラジカル重合等の公知の重合方法から適宜選択でき、例えば、懸濁重合法、溶液重合法、塊状重合法等であってよい。重合方法としては、アクリル樹脂の重量平均分子量を大きく(例えば200000以上に)する場合には、好ましくは懸濁重合法が用いられ、アクリル樹脂の重量平均分子量を小さく(例えば150000以下に)する場合には、好ましくは溶液重合法が用いられる。
懸濁重合法を用いる場合には、原料となるモノマー成分、重合開始剤、必要に応じて添加される連鎖移動剤、水及び懸濁剤を混合し、分散液を調製する。
懸濁剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリアクリルアミド等の水溶性高分子、リン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム等の難溶性無機物質などが挙げられる。これらの中でも、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子が好ましく用いられる。
懸濁剤の配合量は、原料であるモノマー成分の総量100質量部に対して、好ましくは0.005~1質量部、より好ましくは0.007~0.08質量部、更に好ましくは0.01~0.07質量部である。懸濁重合法を用いる場合、必要に応じて、メルカプタン系化合物、チオグリコール、四塩化炭素、α-メチルスチレンダイマー等の分子量調整剤を更に添加してもよい。重合温度は、好ましくは0~200℃、より好ましくは20~150℃、更に好ましくは40~120℃である。
溶液重合法を用いる場合、使用する溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、四塩化炭素等の塩素系溶媒、2-プロパノール、2-ブタノール等のアルコール系溶媒などが挙げられる。溶液重合開始時の溶液における固形分濃度は、得られるアクリル樹脂の重合性の観点から、好ましくは40~70質量%、より好ましくは50~60質量%であり、20~70質量%、25~65質量%、又は40~60質量%であってもよい。重合温度は、好ましくは0~200℃、より好ましくは40~120℃であり、70~90℃であってもよい。
各重合法においては、重合開始剤が用いられてよい。重合開始剤は、例えばラジカル重合開始剤であってよい。ラジカル重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジ-t-ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、1,1-t-ブチルパーオキシ-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、t-ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート等の有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサノン-1-カルボニトリル、アゾジベンゾイル等のアゾ化合物などが挙げられる。
重合開始剤の配合量は、モノマーを十分に重合させる観点から、モノマー成分の総量100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、更に好ましくは0.1質量部以上である。重合開始剤の配合量は、アクリル樹脂の分子量が好適な範囲になると共に、分解生成物を抑制し、及び蓄熱材として使用した際に好適な接着強度が得られる観点から、モノマー成分の総量100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、更に好ましくは3質量部以下である。
以上のようにして得られるアクリル樹脂は、モノマーAに由来する構造単位を有している。すなわち、一実施形態に係る樹脂組成物は、構造単位A(モノマーAに由来する構造単位)を含むアクリル樹脂を含有する。
構造単位Aは、下記式(2)で表される。
Figure 0007375819000009
式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rはポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基を表す。
で表されるポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基は、上述したRで表されるポリオキシアルキレン鎖を有する1価の基と同様の基であってよい。
構造単位Aの含有量は、アクリル樹脂を構成する全構造単位100質量部に対して、20質量部以上、25質量部以上、又は30質量部以上であってよく、蓄熱材の蓄熱量に更に優れる観点から、好ましくは60質量部以上、より好ましくは80質量部以上、更に好ましくは85質量部以上、特に好ましくは90質量部以上であり、例えば98質量部以下であってよい。
アクリル樹脂は、構造単位Aに加えて、反応性基を有する構造単位B(モノマーBに由来する構造単位)を更に含んでもよい。反応性基は、例えば、後述する硬化剤と反応し得る基であってよく、水(例えば空気中に含まれる湿気)と反応し得る基であってよい。反応性基は、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である。構造単位Bは、例えば、上述したカルボキシル基含有モノマー、ヒドロキシル基含有モノマー、イソシアネート基含有モノマー、アミノ基含有モノマー又はエポキシ基含有モノマーに由来する構造単位である。アクリル樹脂は、これらの構造単位Bの1種又は2種以上を更に含んでよい。
構造単位Bは、好ましくは、下記式(8)で表される構造単位である。
Figure 0007375819000010
式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは水素原子又は反応性基を有する1価の有機基を表す。Rが水素原子である場合、当該Rを含む-COOH基が反応性基として機能する。Rで表される有機基における反応性基は、上述したモノマーBにおける反応性基と同様であってよい。
構造単位Bの含有量は、蓄熱材を形成した際に更に優れた蓄熱量が得られる観点から、アクリル樹脂を構成する全構造単位100質量部に対して、2質量部以上、3質量部以上、又は5質量部以上であってよく、25質量部以下であってよく、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは13質量部以下、特に好ましくは10質量部以下である。
アクリル樹脂は、構造単位A及び構造単位Bに加えて、必要に応じてその他の構造単位を更に含んでもよい。その他の構造単位は、上述したその他のモノマー(モノマーC、モノマーD等)に由来する構造単位であってよい。
アクリル樹脂は、ランダム共重合体、ブロック共重合体又はグラフト共重合体のいずれであってもよい。
アクリル樹脂の重量平均分子量は、一実施形態において、蓄熱材の強度に優れる観点から、好ましくは150000以上、より好ましくは200000以上又は250000以上、更に好ましくは300000以上である。アクリル樹脂の重量平均分子量は、樹脂組成物のハンドリングのしやすさの観点から、好ましくは2000000以下、より好ましくは1500000以下、更に好ましくは1000000以下である。
アクリル樹脂の重量平均分子量は、他の一実施形態において、樹脂組成物の粘度を低減する観点から、好ましくは100000以下、より好ましくは70000以下、更に好ましくは40000以下である。この場合、アクリル樹脂の重量平均分子量は、例えば5000以上であってよい。
アクリル樹脂の含有量は、樹脂組成物全量基準で、5質量%以上、10質量%以上、又は20質量%以上であってよく、50質量%以下、40質量%以下、又は30質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、蓄熱量を更に高める観点から、蓄熱性無機材料を更に含有する。蓄熱性無機材料は、蓄熱性を有する無機化合物で構成される材料である。蓄熱性無機材料は、例えば、固液相転移、固固相転移、又は電子相転移に伴う蓄熱性を有する無機材料であってよい。
電子相転移に伴う蓄熱性を有する無機材料としては、例えば、VO、LiMn、LiVS、LiVO、NaNiO、XBaFe、及びXBaCo5.5(Xは、Y、Sm、Pr、Eu、Gd、Dy、Ho、Tb等の希土類元素を表す)が挙げられる。
固固相転移に伴う蓄熱性を有する無機材料としては、例えば、マルテンサイト変態を生じる材料(NiTi、CuZnAl、CuAlNi等の形状記憶合金)、サーモクロミック材料(N,N-ジエチルエチレンジアミン銅錯体等)、柔粘性結晶(トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール等)、磁気相転移物質(Mn-Znフェライト、NiFe合金等)、及び常誘電体-強誘電体転移物質(BaTiO3等)が挙げられる。
固液相転移に伴う蓄熱性を有する無機材料としては、例えば、塩化カルシウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、酢酸カリウム水和物、水酸化ナトリウム水和物、水酸化カリウム水和物、水酸化ストロンチウム水和物、水酸化バリウム水和物、塩化ナトリウム水和物、塩化マグネシウム水和物、塩化亜鉛水和物、硝酸リチウム水和物、硝酸マグネシウム水和物、硝酸カルシウム水和物、硝酸アルミニウム水和物、硝酸カドミウム、硝酸鉄水和物、硝酸亜鉛水和物、硝酸マンガン水和物、硫酸リチウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、硫酸マグネシウム水和物、硫酸カルシウム水和物、硫酸カリウムアルミニウム水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、リン酸カリウム水和物、リン酸ナトリウム水和物、リン酸水素カリウム水和物、リン酸水素ナトリウム水和物、ホウ酸ナトリウム水和物、臭化カルシウム水和物、フッ化カリウム水和物、炭酸ナトリウム水和物等の無機水和物が挙げられる。
これらの蓄熱性無機材料は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。蓄熱性無機材料は、好ましくは電子相転移に伴う蓄熱性を有する無機材料であり、より好ましくはVO(二酸化バナジウム)である。蓄熱性無機材料の一部又は全部は、外殻(シェル)に内包されたカプセルの状態で樹脂組成物に含まれていてよい。外殻(シェル)を形成する材料は、後述する蓄熱性カプセルにおける外殻(シェル)を形成する材料と同様であってよい。
蓄熱性無機材料の含有量は、形成される蓄熱材の蓄熱量を更に向上させる観点から、樹脂組成物全量基準で、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、特に好ましくは80質量%以上であり、例えば95質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、蓄熱効果を更に高める観点から、蓄熱性有機材料を更に含有してよい。蓄熱性有機材料は、蓄熱可能な有機材料であればよく、例えば、相転移に伴う蓄熱性を有する成分であってよい(ただし、上述したアクリル樹脂を除く)。蓄熱性有機材料としては、使用目的に応じて目標温度に適合する相転移温度を有するものが適宜選択される。蓄熱性有機材料は、実用範囲で蓄熱効果を得る観点から、例えば-30~120℃に固液相転移点(融点)を有する。
蓄熱性有機材料は、例えば、飽和炭化水素化合物(パラフィン系炭化水素化合物)、天然ワックス、石油ワックス、ポリアルキレングリコール、糖アルコール等であってよい。蓄熱性有機材料は、安価で毒性が低く、所望の相転移温度を有するものを容易に選択できる観点から、好ましくは飽和炭化水素化合物(パラフィン系炭化水素化合物)である。
飽和炭化水素化合物は、具体的には、n-デカン(C10(炭素数、以下同様)、-29℃(転移点(融点)、以下同様))、n-ウンデカン(C11、-25℃)、n-ドデカン(C12、-9℃)、n-トリデカン(C13、-5℃)、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℃)、n-ヘクタン(C100、115℃)等であってよい。
飽和炭化水素化合物は、これらのような直鎖状の飽和炭化水素化合物であってよく、これらの直鎖状の飽和炭化水素化合物と同じ炭素数を有する分岐状の飽和炭化水素化合物であってもよい。飽和炭化水素化合物は、これらの1種又は2種以上であってよい。
ポリアルキレングリコールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等であってよく、好ましくはポリエチレングリコールである。ポリアルキレングリコールの重量平均分子量(Mw)は、800以上、900以上、又は1000以上であってよく、2000以下、1900以下、又は1800以下であってよい。
蓄熱性有機材料の含有量は、樹脂組成物全量基準で、1質量%以上、2質量%以上、又は3質量%以上であってよく、20質量%以下、10質量%以下、又は5質量%以下であってよい。
蓄熱性カプセルは、蓄熱性有機材料と、蓄熱性有機材料を内包する外殻(シェル)とを有している。蓄熱性有機材料は、一実施形態において、カプセルに内包された状態で樹脂組成物に含まれていてよい。すなわち、樹脂組成物は、一実施形態において、蓄熱性有機材料を内包したカプセル(以下、「蓄熱性カプセル」ともいう。)を更に含有してよい。蓄熱性有機材料は、他の一実施形態において、カプセルに内容されていない状態で樹脂組成物に含まれていてよい。
蓄熱性カプセルは、蓄熱性有機材料と、蓄熱性有機材料を内包する外殻(シェル)とを有している。外殻(シェル)は、好ましくは、蓄熱性有機材料の転移点(融点)よりも十分に高い耐熱温度を有する材料で形成されている。外殻を形成する材料は、蓄熱性有機材料の転移点(融点)に対して、例えば30℃以上、好ましくは50℃以上の耐熱温度を有する。なお、耐熱温度は、示差熱熱重量同時測定装置(例えばTG-DTA6300((株)日立ハイテクサイエンス製))を用いて、カプセルの重量減少を測定した際に、1%重量減少した温度として定義される。
外殻を形成する材料としては、樹脂組成物により形成される蓄熱材の用途に応じた強度を有する材料が適宜選択される。外殻は、好ましくは、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリカ等で形成されていてよい。メラミン樹脂で形成された外殻を有するマイクロカプセルとしては、例えばアウトラストテクノロジー社製のBA410xxP,6C、BA410xxP,18C、BA410xxP,37C、三菱製紙(株)製のサーモメモリーFP-16、FP-25、FP-31、FP-39、三木理研工業(株)製のリケンレジンPMCD-15SP、25SP、32SP等が例示される。アクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート樹脂)で形成された外殻を有するマイクロカプセルとしては、BASF社製のMicronalDS5001X、5040X等が例示される。シリカで形成された外殻を有するマイクロカプセルとしては、三木理研工業(株)製のリケンレジンLA-15、LA-25、LA-32等が例示される。
蓄熱性カプセル中の蓄熱性有機材料の含有量は、蓄熱効果を更に高める観点から、蓄熱性カプセルの全量基準で、好ましくは20質量%以上、より好ましくは60質量%以上であり、蓄熱性有機材料の体積変化によるカプセルの破損を抑制する観点から、好ましくは80質量%以下である。
蓄熱性カプセルは、カプセルの熱伝導性、比重等を調節する目的で、外殻内に、黒鉛、金属粉、アルコール等を更に含んでいてもよい。
蓄熱性カプセルの粒子径(平均粒径)は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、更に好ましくは0.5μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。蓄熱性カプセルの粒子径(平均粒径)は、レーザ回折式粒子径分布測定装置(例えばSALD-2300((株)島津製作所製)を用いて測定される。
蓄熱性カプセル(粉体状態)の蓄熱容量は、より高い蓄熱密度を有する蓄熱材を得ることができる観点から、好ましくは150J/g以上である。蓄熱容量は、示差走査熱量測定(DSC)により測定される。
蓄熱性カプセルの製造方法については、界面重合法、in-situ重合法、液中硬化被覆法、コアセルベート法等の従来の公知の製造方法から、蓄熱性有機材料、外殻の材質等に応じて適切な方法を選択すればよい。
蓄熱性カプセルの含有量は、樹脂組成物全量基準で、1質量%以上、3質量%以上、又は5質量%以上であってよく、30質量%以下、20質量%以下、又は10質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、蓄熱材の形成に用いられる場合に、蓄熱材を構成する成分の液漏れ及び揮発を抑制し、耐熱性を向上させる観点から、硬化剤を更に含有してよい。硬化剤は、モノマーB(構造単位B)に含まれる反応性基と反応し得る硬化剤である。
硬化剤は、熱によりモノマーB(構造単位B)に含まれる反応性基と反応する熱硬化剤であってよい。硬化剤が熱硬化剤である場合、樹脂組成物は、好ましくは105℃以上、より好ましくは110℃以上、更に好ましくは115℃以上での加熱によって硬化させる樹脂組成物であってよく、例えば、200℃以下、190℃以下、又は180℃以下での加熱によって硬化させる樹脂組成物であってもよい。樹脂組成物を加熱する際の加熱時間は、樹脂組成物が好適に硬化するように、樹脂組成物の組成に応じて適宜選択されてよい。
硬化剤としては、例えば、イソシアネート系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、及びカルボン酸系硬化剤が挙げられる。これらの硬化剤は、モノマーB(構造単位B)に含まれる反応性基の種類に応じて、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いられてよい。
イソシアネート系硬化剤としては、例えば、トリレンジイソシアネート(2,4-若しくは2,6-トリレンジイソシアネート、又はその混合物)(TDI)、フェニレンジイソシアネート(m-若しくはp-フェニレンジイソシアネート、又はその混合物)、4,4’-ジフェニルジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-、2,4’-若しくは2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、又はその混合物)(MDI)、4,4’-トルイジンジイソシアネート(TODI)、4,4’-ジフェニルエーテルジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(1,3-若しくは1,4-キシリレンジイソシアネート、又はその混合物)(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(1,3-若しくは1,4-テトラメチルキシリレンジイソシアネート、又はその混合物)(TMXDI)、ω,ω’-ジイソシアネート-1,4-ジエチルベンゼンなどが挙げられる。イソシアネート系硬化剤としては、トリメチレンジイソシアネート、1,2-プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、1,2-ブチレンジイソシアネート、2,3-ブチレンジイソシアネート、1,3-ブチレンジイソシアネート)、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,4,4-又は2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6-ジイソシアネートメチルカプエート等の脂肪族ジイソシアネート、1,3-シクロペンタンジイソシアネート、1,3-シクロペンテンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート(1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、1,3-シクロヘキサンジイソシアネート)、3-イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート)(IPDI)、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(4,4’-、2,4’-又は2,2’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、これらのtrans,trans-体、trans,cis-体、cis,cis-体、又はその混合物)(H12MDI)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート(メチル-2,4-シクロヘキサンジイソシアネート、メチル-2,6-シクロヘキサンジイソシアネート)、ノルボルナンジイソシアネート(各種異性体又はその混合物)(NBDI)、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,3-若しくは1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン又はその混合物)(H6XDI)等の脂環族ジイソシアネートなども挙げられる。
フェノール系硬化剤としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、4,4’-ビフェニルフェノール、テトラメチルビスフェノールA、ジメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、ジメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールS、ジメチルビスフェノールS、テトラメチル-4,4’-ビフェノール、ジメチル-4,4’-ビフェニルフェノール、1-(4-ヒドロキシフェニル)-2-[4-(1,1-ビス-(4-ヒドロキシフェニル)エチル)フェニル]プロパン、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、トリスヒドロキシフェニルメタン、レゾルシノール、ハイドロキノン、ピロガロール、ジイソプロピリデン骨格を有するフェノール化合物;1,1-ジ-4-ヒドロキシフェニルフルオレン等のフルオレン骨格を有するフェノール化合物;クレゾール化合物;エチルフェノール化合物;ブチルフェノール化合物;オクチルフェノール化合物;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ナフトール化合物等の各種フェノールを原料とするノボラック樹脂、キシリレン骨格含有フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノールノボラック樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールノボラック樹脂、フルオレン骨格含有フェノールノボラック樹脂、フラン骨格含有フェノールノボラック樹脂等の各種ノボラック樹脂などが挙げられる。
アミン系硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジフェニルエーテル、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、o-フェニレンジアミン、1,5-ジアミノナフタレン、m-キシリレンジアミン等の芳香族アミン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソフォロンジアミン、ビス(4-アミノ-3-メチルジシクロヘキシル)メタン、ポリエーテルジアミン等の脂肪族アミン;ジシアンジアミド、1-(o-トリル)ビグアニド等のグアニジン化合物などが挙げられる。
イミダゾール系硬化剤としては、例えば、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、2,3-ジヒドロ-1H-ピロロ-[1,2-a]ベンゾイミダゾール、2,4-ジアミノ-6(2’-メチルイミダゾール(1’))エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6(2’-ウンデシルイミダゾール(1’))エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6(2’-エチル-4-メチルイミダゾール(1’))エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6(2’-メチルイミダゾール(1’))エチル-s-トリアジン・イソシアヌル酸付加物、2-メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-3,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、及び1-シアノエチル-2-フェニル-3,5-ジシアノエトキシメチルイミダゾールが挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、フタル酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールトリメリット酸無水物、ビフェニルテトラカルボン酸無水物等の芳香族カルボン酸無水物;アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族カルボン酸の無水物;及びテトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、ナジック酸無水物、ヘット酸無水物、ハイミック酸無水物等の脂環式カルボン酸無水物が挙げられる。
カルボン酸系硬化剤としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸が挙げられる。
硬化剤の含有量は、樹脂組成物全量基準で、0.01質量%以上であってよく、10質量%以下、5質量%以下、又は1質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、液状媒体を更に含有してもよい。液状媒体は、各成分を溶解させる溶媒、又は分散させる分散媒であれば特に制限されないが、例えば有機化合物からなる液状媒体であってよい。液状媒体としては、例えば、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、エトキシエチルプロピオネート、3-メチルメトキシプロピオネート、N,N-ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、トルエン、及びキシレンが挙げられる。これらの液状媒体は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられてよい。
液状媒体の含有量は、樹脂組成物全量基準で、5質量%以上又は10質量%以上であってよく、80質量%以下又は70質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、樹脂組成物が蓄熱性カプセルを含有する場合に、アクリル樹脂と蓄熱性カプセルとの界面の接着性を向上させる観点から、好ましくは表面処理剤を更に含有する。表面処理剤は、例えば、カップリング剤であってよい。
カップリング剤としては、例えば、アミノシラン系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、フェニルシラン系カップリング剤、アルキルシラン系カップリング剤、アルケニルシラン系カップリング剤、アルキニルシラン系カップリング剤、ハロアルキルシラン系カップリング剤、シロキサン系カップリング剤、ヒドロシラン系カップリング剤、シラザン系カップリング剤、アルコキシシラン系カップリング剤、クロロシラン系カップリング剤、(メタ)アクリルシラン系カップリング剤、イソシアヌレートシラン系カップリング剤、ウレイドシラン系カップリング剤、メルカプトシラン系カップリング剤、スルフィドシラン系カップリング剤、及びイソシアネートシラン系カップリング剤が挙げられる。カップリング剤は、樹脂との反応性の観点から、好ましくはアミノシラン系カップリング剤である。
表面処理剤の含有量は、樹脂組成物全量基準で、0.01質量%以上、0.02質量%以上、又は0.05質量%以上であってよく、10質量%以下、5質量%以下、又は2質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、アクリル樹脂に含まれ得る反応性基と硬化剤との反応、又は当該反応性基と水との反応を促進させる観点から、硬化促進剤を更に含有してよい。硬化促進剤としては、例えば、第3級アミン系硬化促進剤、第4級アンモニウム塩系硬化促進剤、有機リン系硬化促進剤、及びスズ触媒が挙げられる。これらの硬化促進剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物全量基準で、0.005質量%以上、0.01質量%以上、又は0.02質量%以上であってよく、1質量%以下、0.5質量%以下、又は0.2質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、形成される蓄熱材の熱的信頼性を向上させる観点から、酸化防止剤を更に含有してよい。酸化防止剤は、例えば、フェノール系酸化防止剤、ベンゾフェノン系酸化防止剤、ベンゾエート系酸化防止剤、ヒンダートアミン系酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系酸化防止剤等であってよい。
酸化防止剤の含有量は、樹脂組成物全量基準で、0.1質量%以上、0.5質量%以上、0.8質量%以上、又は1質量%以上であってよく、10質量%以下、5質量%以下、又は3質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、必要に応じて、その他の添加剤を更に含有することができる。その他の添加剤としては、例えば、着色剤、フィラー、結晶核剤、熱安定剤、熱伝導材、可塑剤、発泡剤、難燃剤、制振剤、脱水剤、及び難燃助剤が挙げられる。その他の添加剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。その他の添加剤の含有量(合計の含有量)は、樹脂組成物全量基準で、0.1質量%以上であってよく、30質量%以下であってよい。
樹脂組成物は、50℃、80℃、又は90℃において、固体状であっても液体状であってもよく、複雑な形状を有する部材への充填が容易であり、蓄熱材の適用範囲が広がる観点から、好ましくは、50℃、80℃又は90℃において液体状である。
樹脂組成物の80℃における粘度は、流動性及びハンドリング性に優れる観点から、好ましくは100Pa・s以下、より好ましくは50Pa・s以下、更に好ましくは40Pa・s以下であり、20Pa・s以下、又は10Pa・s以下であってもよい。同様の観点から、樹脂組成物は、アクリル樹脂の融点+20℃において、粘度は、好ましくは100Pa・s以下、より好ましくは50Pa・s以下、更に好ましくは40Pa・s以下の粘度を有している。樹脂組成物の80℃における粘度又はアクリル樹脂の融点+20℃における粘度は、例えば0.5Pa・s以上であってよい。
樹脂組成物の粘度は、JIS Z 8803に基づいて測定された値を意味し、具体的には、E型粘度計(東機産業(株)製、PE-80L)により測定された値を意味する。なお、粘度計の校正は、JIS Z 8809-JS14000に基づいて行うことができる。また、アクリル樹脂の融点は、実施例に記載の方法で測定された値を意味する。
以上説明した樹脂組成物は、硬化(例えば熱硬化)することが可能な硬化性組成物である。樹脂組成物は、該樹脂組成物を硬化させることにより蓄熱材として好適に用いられる(蓄熱材用組成物として好適である)。すなわち、一実施形態に係る蓄熱材は、上述した樹脂組成物の硬化物を含んでいる。
この蓄熱材は、蓄熱性無機材料を含有しているため、例えば蓄熱性有機材料のみを含有する蓄熱材に比べて、蓄熱性無機材料の蓄熱量の大きさに起因して優れた蓄熱性を有する。加えて、この蓄熱材は、蓄熱性無機材料だけでなく、優れた蓄熱性を有する所定のアクリル樹脂(ポリオキシアルキレン鎖を有する特定の構造単位を有するアクリル樹脂)を含有している。そのため、蓄熱材全体の蓄熱量の低下を抑制しつつ、アクリル樹脂によって蓄熱性無機材料を保持することができる。したがって、例えば、蓄熱材において、蓄熱性及び柔軟性を両立することができる。さらに、必要に応じてこのアクリル樹脂を硬化させることも可能であるため、蓄熱材を構成する成分の液漏れ及び揮発を抑制できる。
図1は、蓄熱材の実施形態を示す模式断面図である。図1(a)に示すように、一実施形態に係る蓄熱材1Aは、上述した樹脂組成物の硬化物である蓄熱層2を備えるシート状(又はフィルム状)の蓄熱材である。
図1(b)に示すように、他の一実施形態に係る蓄熱材1Bは、上述した樹脂組成物の硬化物である蓄熱層2と、蓄熱層2の一方面上に設けられた粘着層3とを備えるシート状(又はフィルム状)の蓄熱材である。この場合、蓄熱材1Bの適用対象に対して蓄熱材1Bをより好適に接着させることができる。
上記の各実施形態において、蓄熱層2の厚さは、例えば、0.01mm以上、0.05mm以上、又は0.1mm以上であってよく、20mm以下、10mm以下、又は5mm以下であってよい。
上記の各実施形態において、蓄熱層2は、樹脂組成物が完全に硬化された硬化物であってよく、樹脂組成物がBステージ化(半硬化)された硬化物であってもよい。図1(a)に示した蓄熱材1Aにおいては、蓄熱材1Aの適用対象に対して蓄熱材1Aを好適に接着させることができる観点から、蓄熱層2は、好ましくは、樹脂組成物がBステージ化(半硬化)された硬化物である。
粘着層3は、公知の粘着剤で構成されていてよい。粘着層3の厚さは、例えば、0.001mm以上、0.003mm以上、又は0.005mm以上であってよく、0.03mm以下、0.02mm以下、又は0.015mm以下であってよい。
蓄熱材1A,1B(これらをまとめて蓄熱材1ともいう)は、様々な分野に活用され得る。蓄熱材1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(空調設備の効率向上)、工場等における配管(配管の蓄熱)、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。
次に、蓄熱材1(樹脂組成物の硬化物)を備える物品及びその製造方法について、蓄熱材1を設ける対象として電子部品を例に挙げて説明する。
図2は、物品及びその製造方法の一実施形態を示す模式断面図である。一実施形態の物品の製造方法では、まず、図2(a)に示すように、蓄熱材を設ける対象である物品として電子部品11Aを用意する。電子部品11Aは、例えば、基板12と、基板12上に設けられた半導体チップ(熱源)13とを備えている。
続いて、図2(b)に示すように、シート状の蓄熱材1を、基板12及び半導体チップ13上に、基板12及び半導体チップ13のそれぞれと熱的に接するように配置する。蓄熱材1は、例えば、上述した図1(a)に示した蓄熱材1Aであってよく、上述した図1(b)に示した蓄熱材1Bであってよい。図1(b)に示した蓄熱材1Bを用いる場合、粘着層3が基板12及び半導体チップ13と接するように蓄熱材1Bを配置する。
蓄熱材1における蓄熱層が、樹脂組成物がBステージ化(半硬化)された硬化物である場合、蓄熱材1を配置した後に、蓄熱層を硬化させる。すなわち、本実施形態の物品の製造方法は、基板12及び半導体チップ13上に配置された蓄熱材1の蓄熱層を硬化させる工程を更に備えていてよい。
これにより、基板12と、半導体チップ13と、基板12及び半導体チップ13上に設けられた蓄熱材1(樹脂組成物の硬化物)とを備える物品14Aが得られる。
上記実施形態では、熱源13における露出した表面の全部を覆うように蓄熱材1を配置したが、他の一実施形態では、熱源における露出した表面の一部を覆うように蓄熱材を配置してもよい。
図3(a)は、物品の他の一実施形態を示す模式断面図である。図3(a)に示すように、他の一実施形態に係る物品14Bでは、蓄熱材1は、例えば半導体チップ(熱源)13における露出した表面の一部に接触して(一部を覆うように)配置されていてよい。蓄熱材1が配置される場所(蓄熱材1が半導体チップ13に接触する場所)は、図3(a)では半導体チップ13の側面部分であるが、半導体チップ13のいずれの表面上であってもよい。
図3(b)は、物品の他の一実施形態を示す模式断面図である。図3(b)に示すように、他の一実施形態に係る物品14Cでは、蓄熱材1は、基板12における半導体チップ13が設けられた面とは反対側の面に配置されている。本実施形態では、蓄熱材1は、半導体チップ13に直接接していないが、基板12を介して半導体チップ13と熱的に接触している。蓄熱材1が配置される場所は、半導体チップ13に熱的に接触していれば、基板12のいずれの表面上であってもよい。この場合でも、熱源(半導体チップ)13で発生する熱は、基板12を介して蓄熱材1に効率良く伝導し、蓄熱材1で好適に蓄えられる。
上記実施形態に係る製造方法では、蓄熱材1はシート状であるが、他の一実施形態に係る製造方法では、液体状の樹脂組成物を用いて物品を製造する(蓄熱材を形成する)こともできる。
図4は、物品の製造方法の他の一実施形態を示す模式断面図である。本実施形態に係る製造方法では、まず、図4(a)に示すように、蓄熱材を設ける対象である物品として電子部品11Bを用意する。電子部品11Bは、例えば、基板(例えば回路基板)12と、基板12上に設けられた半導体チップ(熱源)13と、半導体チップ13を基板12に接続する複数の接続部(例えば半田)15とを備えている。複数の接続部15は、互いに離間して基板12と半導体チップ13との間に設けられている。すなわち、基板12と半導体チップ13との間には、複数の接続部15同士を隔てる隙間が存在している。
続いて、図4(b)に示すように、例えばシリンジ16を用いて、基板12と半導体チップ13との間に樹脂組成物21を充填する。樹脂組成物21は、上述した実施形態に係る樹脂組成物である。樹脂組成物21は、完全に未硬化の状態であってよく、一部が硬化している状態であってもよい。
樹脂組成物21が室温(例えば25℃)で液体状の状態である場合は、室温において樹脂組成物21を充填することができる。樹脂組成物21が室温で固体状である場合は、樹脂組成物21を加熱して(例えば50℃以上)液体状にした上で充填することができる。
以上のように樹脂組成物21を充填することにより、図4(c)に示すように、樹脂組成物21は、基板12と半導体チップ13との間に存在する上記の隙間に、基板12、半導体チップ13及び接続部15のそれぞれと熱的に接するように配置される。
続いて、樹脂組成物21を硬化させることにより、図4(d)に示すように、基板12と半導体チップ13との間に存在する上記の隙間に、樹脂組成物の硬化物(蓄熱層又は蓄熱材ともいえる)22が形成される。樹脂組成物21の硬化方法は、例えば、配置された樹脂組成物21を加熱することによって樹脂組成物21を硬化させる方法であってよい。
このようにして、基板12と、基板12上に設けられた半導体チップ(熱源)13と、半導体チップ13を基板12に接続する複数の接続部15と、基板12、半導体チップ(熱源)13及び複数の接続部15で形成される隙間を充填するように設けられた樹脂組成物の硬化物(蓄熱層又は蓄熱材)22とを備える物品14Dが得られる。
上記の各実施形態では、熱源である半導体チップ13に直接接するように、蓄熱材1(樹脂組成物の硬化物22)を配置しているが、蓄熱材及び樹脂組成物の硬化物は、熱源に熱的に接していればよく、他の一実施形態では、例えば、熱伝導性の部材(放熱部材等)を介して熱源に熱的に接するように配置されていてもよい。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[アクリル樹脂の合成]
撹拌機、温度計、窒素ガス導入管、排出管及び加熱ジャケットから構成された500mLフラスコを反応器とし、モノマーとしてメトキシポリエチレングリコールアクリレート(中村化学工業(株)製、AM-450G、式(3)におけるn=45)95質量部及び2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート5質量部と、酢酸エチル100質量部とを混合し、反応器に加え、室温下(25℃)で撹拌し、1時間、窒素を流した。その後、70℃に昇温し、昇温完了後、アゾビスイソブチロニトリル0.28質量部を酢酸エチル2質量部に溶解した溶液を反応器に添加し、反応を開始させた。その後、反応器内温度70℃で撹拌し、5時間反応させた。その後、アゾビスイソブチロニトリル0.05質量部をメチルエチルケトンに溶解した溶液を反応器に添加し、80℃まで昇温し、更に2時間反応させた。その後、溶媒の除去及び乾燥を行い、アクリル樹脂を得た。得られたアクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、75000であった。
また、得られたアクリル樹脂の融点を以下のとおり測定したところ、36℃であった。
示差走査熱量測定計(パーキンエルマー社製、型番DSC8500)を用いて、20℃/分で100℃まで昇温し、100℃で3分間保持した後、10℃/分の速度で-30℃まで降温し、次いで-30℃で3分間保持した後、10℃/分の速度で100℃まで再び昇温することによって、アクリル樹脂の熱挙動を測定し、融解ピークをアクリル樹脂の融点として算出した。
[蓄熱材の作製]
(実施例1)
アクリル樹脂37質量部と、二酸化バナジウム(新日本電工(株)製、VS-40)63質量部と、第3級アミン系硬化促進剤(サンアプロ(株)製、U-CAT660M)0.2質量部とを配合し、樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を10cm×10cm×1mmの型枠(SUS板)中に充填し、SUS板で上蓋をした後、60kPaの加圧下、180℃で1.5時間硬化(湿気硬化)させ、厚さ1mmのシート状の蓄熱材を得た。
(実施例2)
樹脂組成物の組成を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法で蓄熱材を作製した。
(実施例3)
アクリル樹脂27.5質量部と、二酸化バナジウム65.3質量部と、蓄熱性カプセル(アウトラストテクノロジー社製、BA410xxP,C28)7.2質量部と、第3級アミン系硬化促進剤0.2質量部とを配合し、樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を10cm×10cm×1mmの型枠(SUS板)中に充填し、SUS板で上蓋をした後、60kPaの加圧下、180℃で1.5時間硬化(湿気硬化)させ、厚さ1mmのシート状の蓄熱材を得た。
(実施例4)
樹脂組成物の組成を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例3と同様の方法で蓄熱材を作製した。
[融点及び蓄熱量の評価]
実施例で作製した各蓄熱材を、示差走査熱量測定計(パーキンエルマー社製、型番DSC8500)を用いて測定し、融点と蓄熱量を算出した。具体的には、20℃/分で100℃まで昇温し、100℃で3分間保持した後、10℃/分の速度で-30℃まで降温し、次いで-30℃で3分間保持した後、10℃/分の速度で100℃まで再び昇温して熱挙動を測定した。融解ピークを蓄熱材の融点とし、面積を蓄熱量とした。結果を表1に示す。
Figure 0007375819000011
1,1A,1B…蓄熱材、2…蓄熱層、3…粘着層、11A,11B…電子部品、12…基板、13…半導体チップ(熱源)、14A,14B,14C,14D…物品、15…接続部、16…シリンジ、21…樹脂組成物、22…樹脂組成物の硬化物(蓄熱材)。

Claims (11)

  1. 下記式(1)で表されるモノマーを含むモノマー成分を重合させてなるアクリル樹脂と、
    蓄熱性無機材料と、を含有する樹脂組成物であって、
    [式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは下記式(3)で表される基を表す。]
    [式中、Rは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、Rは炭素数2~4のアルキレン基を表し、nは2以上の整数を表し、*は結合手を表す。]
    前記式(1)で表されるモノマーの含有量が、前記モノマー成分100質量部に対して80質量部以上であり、
    前記樹脂組成物全量基準で、前記アクリル樹脂の含有量が5質量%以上50質量%以下であり、前記蓄熱性無機材料の含有量が50質量%以上95質量%以下である、樹脂組成物。
  2. 下記式(2)で表される構造単位を含むアクリル樹脂と、
    蓄熱性無機材料と、を含有する樹脂組成物であって、
    [式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは下記式(3)で表される基を表す。]
    [式中、Rは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、Rは炭素数2~4のアルキレン基を表し、nは2以上の整数を表し、*は結合手を表す。]
    前記式(2)で表される構造単位の含有量が、前記アクリル樹脂を構成する全構造単位100質量部に対して80質量部以上であり、
    前記樹脂組成物全量基準で、前記アクリル樹脂の含有量が5質量%以上50質量%以下であり、前記蓄熱性無機材料の含有量が50質量%以上95質量%以下である、樹脂組成物。
  3. 前記モノマー成分が、前記モノマーと共重合可能であり、カルボキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の反応性基を有するモノマーを更に含む、請求項1に記載の樹脂組成物。
  4. 前記アクリル樹脂が、カルボキシル基、イソシアネート基、アミノ基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の反応性基を有する構造単位を更に含む、請求項2に記載の樹脂組成物。
  5. 前記反応性基と反応し得る硬化剤を更に含有する、請求項3又は4に記載の樹脂組成物。
  6. 前記硬化剤が、イソシアネート系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤及び酸無水物系硬化剤からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤である、請求項5に記載の樹脂組成物。
  7. 前記蓄熱性無機材料が二酸化バナジウムを含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  8. 蓄熱性有機材料を内包したカプセルを更に含有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  9. 蓄熱材の形成に用いられる、請求項1~8のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  10. 請求項1~9のいずれか一項に記載の樹脂組成物の硬化物を含む、蓄熱材。
  11. 熱源と、
    前記熱源と熱的に接触するように設けられた、請求項1~9のいずれか一項に記載の樹脂組成物の硬化物と、を備える物品。
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