JPWO2011078340A1 - 蓄熱材用組成物及び蓄熱材 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]水添ジエン系共重合体100質量部と、炭素数12〜50のパラフィン化合物50〜4000質量部とを含有し、前記水添ジエン系共重合体が、第一の共役ジエン化合物に由来する構成単位(a−1)を含む、ビニル結合含量が20モル%以下の重合体ブロック(A)と、第二の共役ジエン化合物に由来する構成単位(b−1)を含む、ビニル結合含量が30〜95モル%の重合体ブロック(B)とを有するブロック共重合体を水素添加してなる、前記共役ジエン化合物由来の二重結合の水素添加率が90%以上の共役ジエン共重合体である、蓄熱材用組成物。
[2]前記ブロック共重合体における前記重合体ブロック(A)と前記重合体ブロック(B)との質量換算の比率((A)/(B))が5/95〜50/50である、前記[1]に記載の蓄熱材用組成物。
[3]前記ブロック共重合体がアルケニル芳香族化合物に由来する構成単位を更に含み、前記構成単位の含有割合が前記ブロック共重合体に対して30質量%以下である、[1]又は[2]に記載の蓄熱材用組成物。
[4]前記重合体ブロック(A)が、前記構成単位(a−1)として、1,3−ブタジエンに由来する構成単位を95〜100質量%含む、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
[5]前記パラフィン化合物が、示差走査熱量測定法(DSC法)により測定した場合に、0〜70℃に融解ピークを有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
[6]フィラーを更に含有する、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
[7][1]〜[6]のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物を包装材料中に充填して得られる蓄熱材。
本発明の蓄熱材用組成物は、水添ジエン系共重合体とパラフィン化合物とを含有する。
水添ジエン系共重合体は、第一の共役ジエン化合物に由来する構成単位(a−1)(以下、単に「構成単位(a−1)」ともいう。)を含む重合体ブロック(A)と、第二の共役ジエン化合物に由来する構成単位(b−1)(以下、単に「構成単位(b−1)」ともいう。)を含む重合体ブロック(B)とを有するブロック共重合体を水素添加してなる、前記共役ジエン化合物に由来する二重結合の水素添加率が90%以上の共重合体である。
(1)重合体ブロック(A):
第一の共役ジエン化合物としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、4,5−ジエチル−1,3−オクタジエン、クロロプレンが挙げられる。これらの中でも、工業的に利用でき、また物性の優れた蓄熱材用組成物を得るには、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエンが好ましく、1,3−ブタジエン、イソプレンが更に好ましい。なお、第一の共役ジエン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
第二の共役ジエン化合物としては、例えば、上述の第一の共役ジエン化合物と同様の化合物を使用することができ、好ましい化合物も同様である。なお、第二の共役ジエン化合物と第一の共役ジエン化合物とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
ブロック共重合体は、重合体ブロック(A)及び重合体ブロック(B)に加えて、更にアルケニル芳香族化合物に由来する構成単位(以下「構成単位(c−1)」ともいう。)を50質量%を超えて含む重合体ブロック(C)、好ましくは構成単位(c−1)のみからなる重合体ブロック(C)を有してもよい。この場合、ブロック共重合体としては、重合体ブロック(A)―重合体ブロック(B)−重合体ブロック(C)のブロック構成が好ましい。
ブロック共重合体において、重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)との質量換算の比率((A)/(B))は、通常5/95〜50/50であり、10/90〜40/60であることが好ましい。蓄熱材用組成物を蓄熱材とした際にTmax以上において形状保持性を確保する観点からは、重合体ブロック(A)の比率が5以上、重合体ブロック(B)の比率が95以下であることが好ましい。一方、蓄熱材用組成物を蓄熱材とした際にパラフィン化合物のブリードを防ぐ観点からは、重合体ブロック(A)の比率が50以下、重合体ブロック(B)の比率が50以上であることが好ましい。
構造式(2): (A−B)n2−A
構造式(3): (B−A)n3−B
構造式(4): (A−B−C)n4
構造式(5): A−(B−C)n5
構造式(6): (A−B)n6−C
構造式(8): (B−A)mX
構造式(9): (A−B−A)mX
構造式(10): (B−A−B)mX
構造式(11): (A−B−C)mX
構造式(12): (A−B−C)X(C−B)
水添ジエン系共重合体は、ポリスチレン換算の重量平均分子量(以下「Mw」ともいう。)が1万〜70万であることが好ましく、10万〜50万であることが更に好ましく、20万〜50万であることが特に好ましい。所要の力学的性質を得るためには、Mwが1万以上であることが好ましく、蓄熱材を成形加工するための流動性を確保するためには、Mwが70万以下であることが好ましい。
水添ジエン系共重合体の製造方法は特に限定されるものではなく、ブロック共重合体を調製した後、調製したブロック共重合体を水素添加することで製造することができる。ブロック共重合体は、例えば、不活性有機溶媒中、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として第一の共役ジエン化合物をリビングアニオン重合した後、第二の共役ジエン化合物及び必要に応じてアルケニル芳香族化合物を更に加えてリビングアニオン重合を行うことで、さらに、必要に応じてアルケニル芳香族化合物を更に加えてリビングアニオン重合を行うことで、調製することができる。
本発明の蓄熱材用組成物に含有されるパラフィン化合物は、炭素数12〜50のパラフィン化合物である。パラフィン化合物は、炭素数10〜30のメチレン鎖を有することが好ましい。
本発明の蓄熱材用組成物は、用途に応じた機能を付与する目的で、本発明の効果を損なわない範囲で、フィラーを含有してもよい。フィラーとしては、例えば、酸化チタン、カーボンブラック等の着色剤、フェライト等の金属粉末、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の有機繊維、窒化アルミ、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウム、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛等の伝熱性付与剤、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ガラスフレーク、グラスファイバー、アスベスト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー等の無機ウィスカー、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、カオリン、ケイソウ土、モンモリロナイト、グラファイト、軽石、エボ粉、コットンフロック、コルク粉、硫酸バリウム、フッ素樹脂等の充填剤が挙げられる。伝熱性の観点からは炭素繊維、膨張黒鉛が好ましい。フィラーは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
細孔を有する膨張黒鉛は公知の方法により製造することができる。例えば、黒鉛材料として天然黒鉛、熱分解黒鉛或いはキッシュ黒鉛を濃硫酸等の強酸と過塩素酸水溶液や硝酸等の強酸化剤との混酸中に浸漬し、層間化合物を形成せしめ、これを通常100℃以上、好ましくは500℃以上の温度で熱処理することにより得ることができる。膨張黒鉛の嵩密度は酸処理条件或いは酸処理後の熱処理条件により調整し得るが、予め高嵩密度のものを得て、これを圧縮あるいは解砕等の機械的操作により所望の嵩密度に調整することも可能である。
本発明の蓄熱材は、「I.蓄熱材用組成物」に記載の蓄熱材用組成物からなる。その形状としてはシート状をはじめ粒状、ペレット状等各種の形状が挙げられる。蓄熱材の成形方法としては特に限定さないが、以下のようにして行うことができる。
本発明の蓄熱材用組成物を蓄熱材として用いる場合、生産性、安全性、蓄熱性能の保持の観点から、蓄熱材用組成物を包装材料中に充填してなる形態(以下「蓄熱包装材」ともいう。)とすることが好ましい。
本発明の蓄熱包装材をヒートシールにより密封する場合、ヒートシール層(最内層)としては熱融着性オレフィン層を用いることが好ましい。熱融着性オレフィン層としては、PE又はPPが特に好ましいが、PE、PPはパラフィン化合物等のオイルに対するバリア性が低いため、これらを単独層としてなる包装材料を用いると、オイルが染み出す場合(オイルブリード)がある。そのため、耐油性極性樹脂(PA、最外層)で最内層を覆う構成であることが好ましい。上記の各基材フィルムの膜厚としては、PE及びPPにおいては50μm以上であることが好ましく、PAにおいては10μm以上であることが好ましい。
本発明の蓄熱材の使用態様によっては、蓄熱包装材に対し、更に耐熱性が要求される場合がある。PAを基材フィルムとして用いた場合、耐熱性を補う目的で、更にPETで外側を覆うことが好ましい。上記の各基材フィルムの膜厚としては、PE及びPPにおいては50μm以上であることが好ましく、PAにおいては10μm以上であることが好ましく、PETにおいては10μm以上であることが好ましい。
本発明の蓄熱材用組成物の含有成分であるパラフィン化合物の中でも、テトラデカンのような揮発性の高いものはPAを通過することがあるため、その場合、包装材料はガスバリア層としてEVOHを更に備えることが好ましい。上記の各基材フィルムの膜厚としては、PE及びPPにおいては50μm以上が好ましく、PAにおいては10μm以上が好ましく、EVOHにおいては10μm以上が好ましく、PETにおいては10μm以上が好ましい。
JIS K7122に準じてDSC装置により潜熱量(kJ/kg)を測定した。なお、測定条件は融解ピーク温度(℃)を測定した条件と同様にした。
窒素置換された内容積50Lの反応容器に、シクロヘキサン24000g、テトラヒドロフラン1.2g、1,3−ブタジエン600g、及びn−ブチルリチウム2.5gを加え、重合開始温度70℃にて重合した。反応完結後、温度を40℃としてテトラヒドロフラン112gを添加し、次いで1,3−ブタジエン2400gを逐次添加しながら断熱重合した。その後、系内にメチルジクロロシラン2.0gを添加して30分間反応させることによりブロック共重合体を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、n−ブチルリチウムの量を5.0gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を125gに変更し、並びにメチルジクロロシランの代わりにテトラクロロシランを使用したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−2)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を450g及び2550gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−3)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を1200g及び1800gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を145gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−4)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を175gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−5)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、n−ブチルリチウムの量を2.3gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を80gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−6)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を270gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−7)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、n−ブチルリチウムの量を1.0gに変更し、並びにメチルジクロロシランを使用せず、重合ブロック(B)の重合反応終了後にクロロトリメチルシランを使用して反応を完全に停止したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−8)を調製した。
重合体ブロック(A)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を100gに変更し、及び重合体ブロック(B)の重合反応に1,3−ブタジエン2400gの代わりにイソプレン2100gを使用したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−9)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び1680gに変更し、並びに重合体ブロック(B)の重合反応に1,3−ブタジエンに加えてスチレンを420g用いたこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−10)を調製した。
窒素置換された内容積50Lの反応容器に、シクロヘキサン24000g、テトラヒドロフラン0.6g、1,3−ブタジエン900g、及びn−ブチルリチウム1.3gを加え、重合開始温度70℃にて重合した。反応完結後、温度を40℃としてテトラヒドロフラン65gを添加し、次いで1,3−ブタジエン4200gを逐次添加しながら断熱重合した。反応完結後、更にスチレン900gを加え、70℃にて重合した。以下、合成例1と同様にして水素添加反応を行い、水添ジエン系共重合体(H−11)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を120g及び2880gに、並びに重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を145gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−12)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を1560g及び1440gに、n−ブチルリチウムの量を3.0gに、並びに重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を145gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(H−13)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、並びに重合体ブロック(A)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を5gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(R−1)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、並びに重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を5gに変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(R−2)を調製した。
重合体ブロック(A)と(B)の重合反応に使用した1,3−ブタジエンの量を900g及び2100gに、重合体ブロック(B)の重合反応に使用したテトラヒドロフランの量を145gに、並びに水素添加反応の反応時間を1時間に変更したこと以外は合成例1と同様にして水添ジエン系共重合体(R−3)を調製した。
合成例1で調製した水添ジエン系共重合体(H−1)100部と、パラフィン化合物としてn−ヘキサデカン900部と、酸化防止剤としてイルガノックス1010(BASF社製)5部とを、ガラス製のフラスコ内にて120℃に加熱・混合することで蓄熱材を製造した。製造した蓄熱材の最大蓄熱温度は22℃であり、潜熱量(蓄熱量)は186kJ/kgであり、形状保持性の評価は「AA(良)」であり、ブリード性の評価は「AA(良)」であり、流動性の評価は「AA(良)」であった。
表3に記載した配合処方としたこと以外は、実施例1と同様にして蓄熱材を製造した。
製造した蓄熱材の測定結果及び評価結果を併せて表3に記す。
P−1:n−ヘキサデカン
P−2:n−テトラデカン
P−3:n−オクタデカン
P−4:n−イコサン
P−5:n−テトラコサン
表4に記載した配合処方としたこと以外は、実施例1と同様にして蓄熱材を製造した。
製造した蓄熱材の測定結果及び評価結果を併せて表4に記す。
PE:HF313(日本ポリエチレン社製)
EPDM:JSR EP103AF(JSR社製)
実施例1で得られた蓄熱材100部をガラス製のフラスコ内にて120℃に加熱して、フィラーとして発泡シリカ(商品名「NS−K」、東ソー・シリカ(株)製)20部を加えて混合することにより、フィラーを含有する蓄熱材を製造した。
実施例A1において、配合組成を表5に記載したとおりに変更したこと以外は実施例A1と同様にして、フィラーを含有する蓄熱材を製造した。
・発泡シリカ:NS−K(東ソー・シリカ(株)製)
・膨張黒鉛:EC1500(伊藤黒鉛工業(株)製)
包装材料として、最内層として厚み80μmのPEフィルム、最外層として厚み15μmのPAフィルムからなる積層フィルム(前記積層フィルムは、各層をドライラミネーション法で貼り合わせてなるフィルムを二つ折りし、折辺に接する二辺で予めヒートシールされている)を用いた。前記積層フィルムに、実施例1で得られた蓄熱材を90℃に加熱して流し込み、前記積層フィルムの折辺に平行な一辺をヒートシールすることにより、蓄熱材を空隙無く積層フィルムに充填した。前記蓄熱材の性能保持性の評価結果を表6に示す。
試験例B1において、蓄熱材の種類及び包装材料の層構成を表6に記載したとおりに変更したこと以外は試験例B1と同様にして、フィルム包装された蓄熱材を得た。前記蓄熱材の性能保持性の評価結果を表6に示す。
Claims (7)
- 水添ジエン系共重合体100質量部と、
炭素数12〜50のパラフィン化合物50〜4000質量部とを含有し、
前記水添ジエン系共重合体が、第一の共役ジエン化合物に由来する構成単位(a−1)を含む、ビニル結合含量が20モル%以下の重合体ブロック(A)と、第二の共役ジエン化合物に由来する構成単位(b−1)を含む、ビニル結合含量が30〜95モル%の重合体ブロック(B)とを有するブロック共重合体を水素添加してなる、前記共役ジエン化合物由来の二重結合の水素添加率が90%以上の共役ジエン共重合体である、
蓄熱材用組成物。 - 前記ブロック共重合体における前記重合体ブロック(A)と前記重合体ブロック(B)との質量換算の比率((A)/(B))が5/95〜50/50である、請求項1に記載の蓄熱材用組成物。
- 前記ブロック共重合体がアルケニル芳香族化合物に由来する構成単位を更に含み、前記構成単位の含有割合が前記ブロック共重合体に対して30質量%以下である、請求項1又は2に記載の蓄熱材用組成物。
- 前記重合体ブロック(A)が、前記構成単位(a−1)として、1,3−ブタジエンに由来する構成単位を95〜100質量%含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
- 前記パラフィン化合物が、示差走査熱量測定法(DSC法)により測定した場合に、0〜70℃に融解ピークを有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
- フィラーを更に含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の蓄熱材用組成物を包装材料中に充填して得られる蓄熱材。
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