JPH08259932A - 蓄熱材用マイクロカプセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロカプセルに内包された相変化を伴う
化合物の融点と凝固点の差、すなわち過冷却現象が防止
されるとともに高蓄熱量を有する蓄熱材用マイクロカプ
セルを提供する。 【構成】 相変化を伴う化合物を内包した蓄熱材様マイ
クロカプセルにおいて相変化を伴う化合物がアルコール
類化合物及び脂肪族炭化水素類化合物の混合物を用い
る。特に其々の融点が３０〜１００℃の相変化を伴う化
合物を用いることにより暖房領域の熱搬送体として高熱
量を搬送し得る熱媒体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄熱材用マイクロカプセ
ルに関するものであり、さらに詳しくはいかなる温度条
件下においても良好な流動性を有し、特に暖房用に適し
た温度域において多量の潜熱を保持または搬送し得る蓄
熱材用マイクロカプセルに関するものである。本発明に
よる蓄熱材用マイクロカプセルは暖房用の熱媒体として
用いることにより、既存の水（湯）に比べ搬送熱量が大
きいためにより少ない流量かつ狭い温度範囲での潜熱熱
搬送が可能となる。また各種包材や容器中に保持させる
ことにより携帯用保温材としても利用できる。

【０００２】

【従来の技術】日常、最も一般に用いられている蓄熱材
は水であり、通常「湯」又は「氷」の形態で保温や保冷
の目的に使用されており、日常生活の中で最も安価な蓄
熱材と言える。

【０００３】一般に、物質の相変化に伴う潜熱を利用し
て蓄熱を行なう方法は、相変化を伴わない顕熱のみを利
用した方法に比べ融点を含む狭い温度範囲に大量の熱エ
ネルギーを高密度に貯蔵できるため、蓄熱材容量の縮小
化が為されるだけでなく、蓄熱量が大きい割りには大き
な温度差が生じないため熱損失を少量に抑えられる利点
を有する。

【０００４】液体と固体間の相変化を伴う潜熱利用型の
蓄熱材としては融点あるいは凝固点を有するものであれ
ば使用可能であるが、物理化学的に安定であり、かつ実
使用上融解熱が２０ｋｃａｌ／ｋｇ以上のものが好まし
く、一般に次のようなものが代表的な蓄熱材として知ら
れている。 （１）塩化カルシウム・６水塩、硫酸ナトリウム・１０
水塩、リン酸二水素ナトリウム・１２水塩 チオ硫酸ナ
トリウム・５水塩、硝酸ニッケル・６水塩、酢酸ナトリ
ウム・３水塩等の結晶水を含む化合物 （２）脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、高級脂肪酸、
高級アルコール、エステル化合物等の有機化合物

【０００５】これら各種蓄熱材をマイクロカプセル化す
ることにより相変化の有無に拘らず常に液状の蓄熱材が
得られる。（例えば特開昭６２−１４５２号公報、同６
２−４５６８０号公報、同６２−１４９３３４号公報、
同６２−２２５２４１号公報、同６３−１１５７１８号
公報、同６３−２１７１９６号公報、特開平２−２５８
０５２号公報）。

【０００６】上記公報中に示されているマイクロカプセ
ル化手法は、いずれも水又は先に挙げた（１）に属する
無機化合物を内包するカプセル化法であるが、（２）に
属する相変化を伴う有機化合物すなわち融点を有する有
機化合物においても、既存のカプセル化法を用いること
により水性液状の堅牢性と流動性に富む水中油滴型のマ
イクロカプセル分散液が作製可能である。これらのマイ
クロカプセル分散液は常に液状であるために顕熱のみな
らず潜熱も搬送可能な熱搬送媒体として使用可能である
ことを本発明者等は提案してきた。（特開平５−１１７
６４２号公報、同５−１６３４８６号公報、同５−２１
５３６９号公報）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記相変化を伴う有機
化合物を内包する水中油滴型のマイクロカプセル分散液
を作製し蓄熱と放熱操作を試みたところ、次の様な問題
が生じることが判明した。すなわち、先に挙げた相変化
を伴う化合物を内包するマイクロカプセルにおいては内
包された相変化を伴う化合物の融点と凝固点の差（以降
「過冷却値」と示す。）が生じる現象、すなわち著しい
過冷却現象が生じることが判明した。

【０００８】とくに暖房温度領域には融点が約３０〜１
００℃の高融点脂肪族炭化水素すなわちパラフィンワッ
クス類が融解熱量が高いため多用されているが、マイク
ロカプセル化することにより過冷却値が２０℃以上に達
する場合もあり、狭い温度範囲で熱の授受を目的とする
熱搬送法としては好ましくない現象である。

【０００９】一方、高級脂肪酸や高級アルコール等の化
合物は融解熱量も比較的高く、マイクロカプセル化を施
しても過冷却値はほぼ０に近いものであるが、極性が高
いためか従来より知られているカプセル化手法では緻密
なマイクロカプセルが得られにくかったり、マイクロカ
プセル分散液の粘度が異常に高くなったりする現象、さ
らには、マイクロカプセル化することにより融解や凝固
変化が一部阻害されるためか、理論的に計算で導かれる
融解熱量が得られないなどの問題点が生じることが分か
った。

【００１０】この様な過冷却現象を物理的に防止する手
法としては、金属粉、クレー粉等の粉体を核発生材とし
て用いる方法や、攪拌、微振動、電気ショック等を与え
る機械的な方法が知られている。これらの手法を本発明
のマイクロカプセルに応用した場合、前者については粉
体のマイクロカプセルは緻密な皮膜が得られにくかった
り、粉体の粒子径にマイクロカプセルの粒子径が制限を
受けてしまうという問題点がある。また、後者の機械的
な手法は相変化を伴う化合物がマイクロカプセル内に完
全に隔離されているためか、その効果はほとんど見い出
されなかった。

【００１１】本発明の課題は、相変化を伴う化合物を内
包した蓄熱材用マイクロカプセルにおいて過冷却が生じ
る事無く大きな融解熱量を有し、かつ相変化を伴う化合
物の多数回の融解、凝固の繰り返しや長期の熱輸送にも
耐え得る緻密な皮膜を有する蓄熱材用マイクロカプセル
を得ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を達
成すべく蓄熱材組成の検討を行なった結果、特定の相変
化を伴う化合物を組み合わせて用いることにより解決さ
れることが分かった。すなわち、相変化を伴う化合物と
してアルコール類及び脂肪族炭化水素類化合物を混合し
て使用することにより過冷却が生じる事無く緻密な皮膜
を有するマイクロカプセルが得られることが判明した。

【００１３】相変化を伴う化合物を２種以上混合するこ
とは、一般に凝固点降下や融解熱量の低下をもたらすた
め、通常は目的とする温度域に融点を有する化合物を極
力単一成分で用いることが蓄熱材としては好ましいこと
が知られているが、本発明において用いられるアルコー
ル類化合物と脂肪族炭化水素化合物の混合物においては
併用による悪影響が全くないか、ごく小さいものであっ
た。

【００１４】本発明によるアルコール類化合物と脂肪族
炭化水素類化合物を混合することにより過冷却が防止さ
れる効果は、暖房温度領域の高温域でその効果が顕著で
ある。よって、暖房用の蓄熱材に適した温度域である３
０〜１００℃の範囲に其々の融点があることが好まし
い。すなわち、この範囲以下であると暖房域の温度とし
ては低いために実用性に乏しく、さらにこの温度範囲以
上であれば暖房の温度域としては高すぎるばかりでな
く、水系のマイクロカプセル分散液の場合、水の沸点以
上の蓄熱温度を設定することは本発明の目的を達成し得
ないので好ましくない。

【００１５】本発明で用いられるアルコール類化合物と
しては炭素数が１２〜２０の直鎖の高級アルコールが好
ましい例として挙げられ、具体的にはミリスチルアルコ
ール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、エイ
コサノール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デ
カンジオール等が使用される。また脂肪族炭化水素類化
合物としては炭素数が約１０〜７０の脂肪族炭化水素化
合物が用いられ、特に炭素数２０〜５０のｎ−パラフィ
ンと称されているものが好ましい。これらの脂肪族炭化
水素化合物は天然ワックスから抽出されたり合成法によ
り得られるが、通常はこれらの化合物は複数の炭素数分
布をもった混合品として市販されている。

【００１６】前記アルコール類化合物と脂肪族炭化水素
類化合物との混合比は特に限定はされないが、５：９５
〜９５：５、好ましくは２０：８０〜８０：２０の範囲
で混合される。通常ワックスと称される市販の脂肪族炭
化水素化合物中には前記炭素数を逸脱する脂肪族炭化水
素化合物や各種脂肪酸エステル化合物が混入している場
合があるが蓄熱材としての品質を損なわない範囲、具体
的には約２０％（ｗ／ｗ）以下の範囲であれば混入して
も差し支えない。また、過冷却防止材、着色剤等も同様
の範囲で必要に応じ添加できる。

【００１７】本発明において用いられる相変化を伴う化
合物をマイクロカプセル化する手法としては、コアセル
ベーション法、界面重合法、ｉｎ−ｓｉｔｕ法、酵母菌
を用いた手法（特開昭６３−８８０３３号公報等）等を
用いることが可能であり、いずれの手法においても本発
明の効果は達成され得る。

【００１８】マイクロカプセルの粒子径は、その分散液
の良好な流動性を失わない範囲に設定するべきであり、
具体的には０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μ
ｍの範囲に設定される。粒子径の制御は、乳化機あるい
は分散機と称される高剪断力を与え得る機種の選択や、
乳化分散時の温度、時間により調節される。

【００１９】かくして得られた相変化を伴う化合物を内
包するマイクロカプセル分散液は、そのままでも本発明
の目的を達し得るものであるが、必要に応じエチレング
リコール、プロピレングリコール、各種無機塩類、防腐
剤、各種劣化防止剤、増粘剤、着色剤、分散補助剤、比
重調節材、湿潤材、滑材等を添加することにより蓄熱材
分散液を得ることができる。

【００２０】蓄熱材分散液中のマイクロカプセルの占め
る割合は、高いほど潜熱量が増し好ましいが、良好な流
動性を維持するには１０〜７０(wt/wt) ％、好ましくは
４０〜６０(wt/wt) ％の範囲に設定するのが好ましい。
この範囲を越える含有率であると蓄熱材の粘度上昇が伴
い流動性に乏しくなり、またこの範囲未満の含有率であ
ると蓄熱効果に乏しいものとなり好ましくない。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。尚、本発明は実施例に限定されるものでない。ま
た、実施例中に示す融点、凝固点及び融解熱は示差熱熱
量計（米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−７型）を用
いて測定した。

【００２２】実施例１ メラミン粉末５ｇに３７％ホルムアルデヒド水溶液６．
５ｇと水１０ｇを加え、ｐＨを８に調製した後、約７０
℃まで加熱しメラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水
溶液を得た。

【００２３】ｐＨを４．５に調整した５％のスチレン−
無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００ｇ
中に、相変化を伴う化合物としてステアリルアルコール
（融点５９℃）４０ｇと炭素数２８の脂肪族炭化水素を
主成分とする融点６０℃のパラフィンワックス４０ｇを
加熱混合し上記水溶液中に激しく攪拌しながら添加し、
粒子径が２．６μｍになるまで乳化を行なった。

【００２４】上記乳化液に上記メラミン−ホルムアルデ
ヒド初期縮合物水溶液全量を添加し７０℃で２時間攪拌
を施した後、２０％苛性ソーダ水溶液でｐＨを９に調整
してカプセル化を終了した。このマイクロカプセルの融
解、凝固の状態を示差熱熱量計で測定したところ、過冷
却値はほぼ０で５０〜６０℃の範囲にマイクロカプセル
固形ｋｇ当たり約３６ｋｃａｌの融解熱量を有すること
が確認できた。

【００２５】実施例２ 実施例１で用いたステアリルアルコールの代わりに相変
化を伴う化合物として、ミリスチルアルコール（融点３
８℃）５０ｇと炭素数２６の脂肪族炭化水素を主成分と
する融点５６℃のパラフィンワックス５０ｇを加熱混合
して以下同様にカプセル化を行なった。得られたマイク
ロカプセルの融解、凝固の状態を示差熱熱量計で測定し
たところ過冷却値はほぼ０で３５〜４５の範囲にマイク
ロカプセル 固形ｋｇ当たり約３４ｋｃａｌの融解熱量
を有することが確認できた。

【００２６】実施例３ 実施例１で用いたステアリルアルコールの代わりに相変
化を伴う化合物として、エイコサノール（融点６３℃）
５０ｇと炭素数３０の脂肪族炭化水素を主成分とする融
点６６℃のパラフィンワックス５０ｇを加熱混合して以
下同様にカプセル化を行なった。得られたマイクロカプ
セルの融解、凝固の状態を示差熱熱量計で測定したとこ
ろ、過冷却値はほぼ０で５５〜６５の範囲にマイクロカ
プセル固形ｋｇ当たり約４０ｋｃａｌの融解熱量を有す
ることが確認できた。

【００２７】比較例１ 実施例１において相変化を伴う化合物としてステアリル
アルコール１００ｇを単独で用いて同様にマイクロカプ
セル化を行なった。得られたマイクロカプセルの融解、
凝固の状態を示差熱熱量計で測定したところ、過冷却値
はほぼ０であるが、融解熱量がマイクロカプセル固形ｋ
ｇ当たり１８ｋｃａｌしか得られなかった。

【００２８】比較例２ 実施例１において相変化を伴う化合物としてパラフィン
ワックス１００ｇを単独で用いて同様にマイクロカプセ
ル化を行なった。得られたマイクロカプセルの融解、凝
固の状態を示差熱熱量計で測定したところ過冷却値が１
５℃も生じた。

【００２９】比較例３ 相変化を伴う化合物として、ステアリン酸ステアリル
（融点約６０℃の高級脂肪酸エステル化合物）４０ｇと
炭素数２８の脂肪族炭化水素を主成分とする融点６０℃
のパラフィンワックス５０ｇを加熱混合して、以下実施
例１と同様にカプセル化を行なった。得られたマイクロ
カプセルの融解、凝固の状態を示差熱熱量計で測定した
ところ、過冷却値は１０℃で５４〜６４℃の範囲にマイ
クロカプセル固形ｋｇ当たり約２０ｋｃａｌの融解熱量
しか得られなかった。

【００３０】比較例４ 実施例１において相変化を伴う化合物としてステアリン
酸（融点６４℃）１００ｇを単独で用いて同様にマイク
ロカプセル化を行なったが、得られたマイクロカプセル
分散液の粘度は２４０ｃｐｓ（固形分４０％、２０℃測
定）と非常に高粘度であった。

【００３１】表１に１〜３実施例及び比較例１〜４で得
られたマイクロカプセルの性能をまとめた。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】表１からも明らかな様に、本発明で示さ
れるマイクロカプセルは過冷却がほとんどなく高い融解
熱量を有するため、少ない流量かつ狭い温度範囲で高熱
量を搬送し得る熱媒体が得られる。さらに副次的な効果
として、２種の相変化を伴う化合物をそれぞれ単独で用
いる場合に比べその分散液の粘度が低下することが判明
し、流動中の熱交換効率の向上に好ましい影響を与える
ものであった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルコール類化合物及び脂肪族炭化水素
   類化合物の混合物を内包してなる蓄熱材用マイクロカプ
   セル。
2. 【請求項２】 アルコール類化合物及び脂肪族炭化水素
   類化合物の融点が其々３０〜１００℃である請求項１記
   載の蓄熱材用マイクロカプセル。