KR20190139141A - 열 관리 상변화 조성물, 이를 제조하는 방법, 및 조성물을 함유한 물품 - Google Patents

열 관리 상변화 조성물, 이를 제조하는 방법, 및 조성물을 함유한 물품 Download PDF

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Abstract

상변화 조성물은 열가소성 폴리머 조성물과 상변화 물질의 균일 혼합물을 포함하며, 여기서, 상변화 조성물은 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가지고, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔이다.

Description

열 관리 상변화 조성물, 이를 제조하는 방법, 및 조성물을 함유한 물품{THERMAL MANAGEMENT PHASE-CHANGE COMPOSITION, METHODS OF MANUFACTURE THEREOF, AND ARTICLES CONTAINING THE COMPOSITION}
본 개시내용은 상변화 물질(phase-change material; PCM), 이를 제조하는 방법, 및 PCM을 함유한 물품에 관한 것이다.
열 관리는 배터리, 발광 다이오드(LED)를 포함한 디바이스, 및 회로를 포함한 디바이스를 포함하는, 광범위한 디바이스에서 요망된다. 예를 들어, 텔레비젼, 라디오, 컴퓨터, 의료 기기, 사무 기기, 및 통신 장비와 같은 전자 디바이스를 위한 회로 설계는 점점 더 작아지고 얇아지고 있다. 이러한 전자 부품의 증가하는 출력(power)은 열 발생의 증가를 야기시킨다. 또한, 더 작은 전자 부품은 더 작은 공간에 조밀하게 패킹되어, 더 강렬한 열 발생을 초래한다.
동시에, 전자 디바이스는 과열에 매우 민감하여, 부품의 수명 및 신뢰성 둘 모두에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 전자 디바이스에서 온도-민감성 구성요소는 상당한 성능 저하 또는 심지어 시스템 고장을 피하기 위해 미리 정해진 작동 온도 내에서 유지되어야 할 수도 있다. 결과적으로, 제조업체는 전자 디바이스에서 발생되는 열을 발산시키는 문제, 즉, 열 관리의 문제에 계속 직면하고 있다. 또한, 전자 디바이스의 내부 설계는 공지된 열 관리 방법에 대한 중요한 문제를 나타내는 불규칙한 형상의 공동을 포함할 수 있다.
이에 따라, 다양한 디바이스, 및 특히, 전자 디바이스에서 열 관리를 위한 새로운 방법이 요구되고 있다. 해법은 작거나 얇은 디바이스 또는 불규칙하게 형상화된 공동을 갖는 디바이스에 대해 효과적인 경우에 추가적인 장점이 될 것이다.
상변화 조성물은 열가소성 폴리머 조성물과 상변화 물질의 균일 혼합물을 포함하며; 여기서, 상변화 조성물은 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가지고, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔이다.
상변화 조성물을 제조하는 방법은 열가소성 폴리머 조성물 및 선택적으로, 용매를 포함하는 조성물과, 용융된 상변화 물질을 조합하여 혼합물을 형성하는 단계; 혼합물을 냉각시켜, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도에서 겔인 상변화 조성물을 제공하는 단계; 및 선택적으로, 용매를 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 상변화 조성물을 포함하는 물품이 개시된다.
상변화 조성물을 포함하는 물품을 제조하는 방법은 상변화 조성물을 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 제공하기 위해 효과적인 온도에서 가열하는 단계; 가열된 상변화 조성물을 물품의 공동 내에 도입하는 단계; 및 삽입된 상변화 조성물을 냉각시켜 공동 내에 겔화된 상변화 조성물을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기술된 및 다른 특징들은 하기 도면 및 상세한 설명에 의해 예시된다.
하기는 도면의 간단한 설명으로서, 이는 본원에 개시된 예시적인 구현예를 예시하는 목적을 위해 제시된 것이고, 본 발명을 한정하는 목적을 위해 제시된 것은 아니다.
도면은 온도(℃)의 함수로서의 정규화된 열 흐름(W/g)인 시차주사 열량측정법(DSC) 추적으로서, 실시예의 상변화 조성물에 대해 측정된 융해열(204.8 J/g)을 나타낸다.
본 발명의 발명자는 상전이 온도에서 높은 융해열을 가지고 저온(100℃ 이하)에서 겔 형태인 상변화 조성물을 개발하였다. 상변화 조성물은 더욱 유리하게, 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는다. 이에 따라, 상변화 조성물은 단순한 주입에 의해 임의의 형상의 요망되는 위치 내에 용이하게 도입될 수 있다. 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 이러한 유리한 성질이 상변화 물질에 용해된 열가소성 폴리머 조성물의 균일 혼합물의 사용으로부터 발생한다고 여겨진다.
이러한 상변화 조성물은 매우 다양한 디바이스, 및 특히, 전자 디바이스에 대한 우수한 열 보호를 제공하기에 특히 적합하다. 전자 디바이스의 내부 설계는 열 흡수 용량을 최대화하기 위해 고체 상변화 물질로 완전히 채우기가 어려울 수 있는 불규칙적으로 형상화된 공동을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 상변화 조성물은 전자 디바이스의 작동 온도보다 높은, 고온에서, 상변화 조성물이 흐르고, 열 흡수 용량을 최대화하기 위해 이러한 디바이스에서 불규칙적으로 성형된 공동 내에 용이하게 주입될 수 있다는 이점을 갖는다. 냉각 후에, 상변화 조성물은 겔 형태를 가지고, 이에 따라, 디바이스의 작동 온도(예를 들어, 100℃ 미만, 또는 50℃ 미만)에서 디바이스로부터 유출되지 않는다.
상기에 기술된 바와 같이, 상변화 조성물은 상변화 물질에 용해된 열가소성 폴리머 조성물의 균일 혼합물을 포함한다. 선택적으로, 상변화 조성물은 첨가제 조성물을 추가로 포함한다. 상변화 물질 및 열가소성 폴리머 조성물은 양호한 혼화성을 가져서 다량의 상변화 물질을 열가소성 폴리머 조성물과 혼화성 블렌드로 존재할 수 있도록 선택된다. 상변화 조성물은 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는 것으로서 특징될 수 있고, 온도 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도에서 겔이며, 이에 따라, 상변화 조성물은 이러한 온도에서 감지할 정도의 흐름을 나타내지 않는다.
상변화 물질(PCM)은 높은 융해열을 가지고 용융 및 고형화 각각과 같은, 상전이 동안 대량의 잠열을 흡수하고 방출할 수 있는 물질이다. 상변화 동안에, 상변화 물질의 온도는 거의 일정하게 유지된다. 상변화 물질은 상변화 물질이 열을 흡수하거나 방출하는 시간 동안, 통상적으로, 물질의 상변화 동안, 물질을 통한 열 에너지의 흐름을 억제하거나 중지시킨다. 일부 경우에, 상변화 물질은 상변화 물질이 열을 흡수하거나 방출할 때의 기간 동안, 통상적으로, 상변화 물질이 2가지 상태 사이에서 전이될 때 열 전달을 억제할 수 있다. 이러한 작용은 통상적으로 일시적이고, 상변화 물질의 잠열이 가열 또는 냉각 공정 동안 흡수되거나 방출될 때까지 일어날 것이다. 열은 상변화 물질로부터 저장되거나 제거될 수 있으며, 상변화 물질은 통상적으로, 열원 또는 냉기에 의해 효과적으로 재충전될 수 있다.
이에 따라, 상변화 물질은 특징적인 전이 온도를 갖는다. 용어 "전이 온도" 또는 "상변화 온도"는 물질이 2가지 상태 사이에서 전이되는 대략적인 온도를 지칭한다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 혼합된 조성물의 상업적 파라핀 왁스의 경우에, 전이 "온도"는 상전이가 일어나는 온도 범위일 수 있다.
원칙적으로, 상변화 조성물에서 -100℃ 내지 150℃의 상변화 온도를 갖는 상변화 물질을 사용하는 것이 가능하다. LED 및 전자 부품에서 사용하기 위해, 특히, 상변화 조성물 내에 도입된 상변화 물질은 0℃ 내지 115℃, 10℃ 내지 105℃, 20 내지 100℃, 또는 30℃ 내지 95℃의 상변화 온도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상변화 물질은 25℃ 내지 105℃, 또는 28℃ 내지 60℃, 또는 45℃ 내지 85℃, 또는 60℃ 내지 80℃, 또는 80℃ 내지 100℃의 용융 온도를 갖는다.
상변화 물질의 선택은 통상적으로, 상변화 물질을 포함하고자 하는 특정 적용에 대해 요망되는 전이 온도에 의존한다. 예를 들어, 정상 신체 온도 부근 또는 대략 37℃의 전이 온도를 갖는 상변화 물질은 사용자 부상을 예방하고 과열 부품을 보호하기 위해 전자기기 적용을 위해 바람직할 수 있다. 상변화 물질은 -5℃ 내지 150℃, 또는 0℃ 내지 90℃, 또는 30℃ 내지 70℃, 또는 35℃ 내지 50℃ 범위의 전이 온도를 가질 수 있다.
다른 적용에서, 예를 들어, 전기 자동차용 배터리에서, 65℃ 이상의 상변화 온도가 요망될 수 있다. 이러한 적용을 위한 상변화 물질은 45℃ 내지 85℃, 또는 60℃ 내지 80℃, 또는 80℃ 내지 100℃ 범위의 전이 온도를 가질 수 있다.
전이 온도는 상변화 물질의 순도, 분자 구조, 상변화 물질들의 블렌딩, 또는 이들의 임의의 조합을 변경함으로써 확대되거나 축소될 수 있다. 둘 이상의 상이한 상변화 물질을 선택하고 혼합물을 형성함으로써, 상변화 물질의 온도 안정화 범위는 임의의 요망되는 적용을 위해 조정될 수 있다. 온도 안정화 범위는 특정 전이 온도 또는 전이 온도 범위를 포함할 수 있다. 얻어진 혼합물은 본원에 기술된 상변화 조성물에 도입될 때 둘 이상의 상이한 전이 온도 또는 단일의 변경된 전이 온도를 나타낼 수 있다.
일부 구현예에서, 여러 또는 넓은 전이 온도를 갖는 것이 유리할 수 있다. 단일의 좁은 전이 온도가 이용되는 경우에, 이는 전이 온도에 도달하기 전에 열/에너지 상승을 초래할 수 있다. 전이 온도에 도달한 직후에, 에너지는 잠재 에너지가 소비될 때가지 흡수될 것이며, 이후에, 온도는 계속 증가할 것이다. 넓은 또는 여러 전이 온도는 온도가 증가하기 시작하자 마자 온도 조절 및 열 흡수를 허용하여, 임의의 열/에너지 상승을 완화시킨다. 여러 또는 넓은 전이 온도는 또한, 열 흡수를 중첩시키거나 엇갈리게 함으로써 부품으로부터 열을 전도하는 것을 더욱 효과적으로 도울 수 있다. 예를 들어, 35℃ 내지 40℃에서 흡수하는 제1 상변화 물질(PCM1) 및 38℃ 내지 45℃에서 흡수하는 제2 상변화 물질(PCM2)을 함유한 조성물에 대하여, PCM1은 대부분의 잠열이 사용될 때까지 흡수하거나 온도를 조절하기 시작할 것이며, 그러한 시간에, PCM2는 PCM1로부터 에너지를 흡수하고 전도하기 시작하여, PCM1이 회복되고 이러한 것이 계속 작동할 수 있게 할 것이다.
상변화 물질의 선택은 상변화 물질의 잠열에 의존할 수 있다. 상변화 물질의 잠열은 통상적으로, 에너지/열을 흡수하고 방출시키거나 물품의 열전달 성질을 변경시키는 이의 능력과 상호 관련이 있다. 일부 경우에, 상변화 물질은 적어도 80 줄/그램(Joule/gram; J/g), 또는 적어도 100 J/g, 또는 적어도 120 J/g, 또는 적어도 140 J/g, 또는 적어도 150 J/g, 또는 적어도 170 J/g, 또는 적어도 180 J/g, 또는 적어도 185 J/g, 또는 적어도 190 J/g, 또는 적어도 200 J/g, 또는 적어도 220 J/g인 잠재 융해열을 가질 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 상변화 물질은 20 J/g 내지 400 J/g, 예를 들어, 80 J/g 내지 400 J/g, 또는 100 J/g 내지 400 J/g, 또는 150 J/g 내지 400 J/g, 또는 170 J/g 내지 400 J/g, 또는 190 J/g 내지 400 J/g의 잠재 융해열을 가질 수 있다.
사용될 수 있는 상변화 물질은 다양한 유기 물질 및 무기 물질을 포함한다. 상변화 물질의 예는 탄화수소(예를 들어, 직쇄 알칸 또는 파라핀계 탄화수소, 분지쇄 알칸, 불포화된 탄화수소, 할로겐화된 탄화수소, 및 지환족 탄화수소), 실리콘 왁스, 알칸, 알켄, 알킨, 아렌, 수화된 염(예를 들어, 칼슘 클로라이드 헥사하이드레이트, 칼슘 브로마이드 헥사하이드레이트, 마그네슘 니트레이트 헥사하이드레이트, 리튬 니트레이트 트리하이드레이트, 칼륨 플루오라이드 테트라하이드레이트, 암모늄 알룸, 마그네슘 클로라이드 헥사하이드레이트, 나트륨 카르보네이트 데카하이드레이트, 디나트륨 포스페이트 도데카하이드레이트, 나트륨 설페이트 데카하이드레이트, 및 나트륨 아세테이트 트리하이드레이트), 왁스, 오일, 물, 포화되거나 불포화된 지방산, 예를 들어, 카프로산, 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산, 세로트산 등), 지방산 에스테르(예를 들어, 지방산 C1-C4 알킬 에스테르, 예를 들어, 메틸 카프릴레이트, 메틸 카프레이트, 메틸 라우레이트, 메틸 미리스테이트, 메틸 팔미테이트, 메틸 스테아레이트, 메틸 아라키데이트, 메틸 베헤네이트, 메틸 리그노세레이트 등), 지방 알코올(예를 들어, 카프릴 알코올, 라우릴 알코올, 미리스틸 알코올, 세틸 알코올, 스테아릴 알코올, 아라키딜 알코올, 베헤닐 알코올, 리그노세릴 알코올, 세릴 알코올, 몬타닐 알코올, 미리실 알코올, 및 게딜 알코올 등), 2염기 산, 2염기 에스테르, 1-할라이드, 1차 알코올, 2차 알코올, 3차 알코올, 방향족 화합물, 포접 화합물(clathrate), 반-포접 화합물, 가스 포접 화합물, 무수물(예를 들어, 스테아르산 무수물), 에틸렌 카르보네이트, 메틸 에스테르, 다가 알코올(예를 들어, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2-하이드록시메틸-2-메틸-1,3-프로판디올, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 펜타글리세린, 테트라메틸올 에탄, 네오펜틸 글리콜, 테트라메틸올 프로판, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 모노아미노펜타에리스리톨, 디아미노펜타에리스리톨, 및 트리스(하이드록시메틸)아세트산), 당 알코올(에리스리톨, D-만니톨, 갈락티톨, 자일리톨, D-소르비톨), 폴리머(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 말로네이트, 폴리네오펜틸 글리콜 세바케이트, 폴리펜탄 글루타레이트, 폴리비닐 미리스테이트, 폴리비닐 스테아레이트, 폴리비닐 라우레이트, 폴리헥사데실 메타크릴레이트, 폴리옥타데실 메타크릴레이트, 글리콜(또는 이의 유도체)와 이산(diacid)(또는 이의 유도체)의 중축합에 의해 형성된 폴리에스테르, 및 코폴리머, 예를 들어, 알킬 탄화수소 측쇄를 갖거나 폴리에틸렌 글리콜 측쇄를 갖는 폴리아크릴레이트 또는 폴리(메트)아크릴레이트, 및 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 글리콜, 또는 폴리테트라메틸렌 글리콜을 포함하는 코폴리머), 금속, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다양한 식물성 오일, 예를 들어, 대두유, 팜유 등이 사용될 수 있다. 이러한 오일은 상변화 물질로서 사용하기에 적합하도록 제공되도록 정제되거나, 달리 처리될 수 있다. 일 구현예에서, 상변화 조성물에서 사용되는 상변화 물질은 유기 물질이다.
파리핀계 상변화 물질은 파라핀계 탄화수소, 즉, 화학식 CnHn +2(여기서, n은 10 내지 44개 탄소 원자의 범위일 수 있음)로 표현되는 탄화수소일 수 있다. 파라핀 탄화수소의 동종 시리즈의 융점 및 융해열은 하기 표에 나타낸 바와 같이, 탄소 원자의 수와 직접 관련이 있다.
[표 1] 파라핀계 탄화수소의 융점
Figure pat00001
유사하게, 지방산의 융점은 사슬 길이에 의존한다.
일 구현예에서, 상변화 물질은 15개 내지 40개 탄소 원자, 18개 내지 35개 탄소 원자, 또는 18개 내지 28개 탄소 원자를 갖는 파라핀계 탄화수소, 지방산, 또는 지방산 에스테르를 포함한다. 상변화 물질은 단일 파라핀계 탄화수소, 지방산, 또는 지방산 에스테르, 또는 탄화수소들, 지방산들, 및/또는 지방산 에스테르들의 혼합물일 수 있다. 상변화 물질은 식물성 오일일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 상변화 물질은 5℃ 내지 70℃, 25℃ 내지 65℃, 35℃ 내지 60℃, 또는 30℃ 내지 50℃의 용융 온도를 갖는다.
상변화 물질의 융해열은, ASTM D3418에 따른 시차주사 열량측정법에 의해 측정한 경우, 150 줄/그램 초과, 바람직하게는, 그램 당 180 줄/그램 초과, 더욱 바람직하게는, 200 줄/그램 초과일 수 있다.
상변화 물질은 비캡슐화된("미가공(raw)") 상변화 물질을 포함하지만, 캡슐화된 상변화 물질이 또한, 하기에서 상세히 기술되는 바와 같이 존재할 수 있다. 비캡슐화된 상변화 물질의 양은 사용되는 물질의 타입, 요망되는 상변화 온도, 사용되는 열가소성 폴리머의 타입, 및 유사한 고려사항에 의존하지만, 혼합 후에 상변화 물질과 열가소성 폴리머의 혼화성 블렌드를 제공하기 위해 선택된다. 비캡슐화된 상변화 물질의 양은 비캡슐화된 상변화 물질 및 열가소성 폴리머의 총 중량의 50 중량% 내지 97 중량%, 또는 55 중량% 내지 95 중량%, 또는 60 중량% 내지 90 중량%일 수 있으며, 단, 상변화 물질과 열가소성 폴리머의 혼화성 블렌드가 혼합 후에 형성된다. 일 구현예에서, 비캡슐화된 상변화 물질의 양은 비캡슐화된 상변화 물질 및 열가소성 폴리머의 총 중량의 60 중량% 내지 97 중량%, 또는 55 중량% 내지 97 중량%, 또는 65 중량% 내지 95 중량%, 또는 60 중량% 내지 90 중량%일 수 있으며, 단, 상변화 조성물과 열가소성 폴리머의 혼화성 블렌드가 혼합 후에 형성된다. 바람직한 구현예에서, 비캡슐화된 상변화 물질 및 열가소성 폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 다량, 특히, 70 중량% 내지 97 중량%, 또는 85 중량% 내지 97 중량%, 또는 80 중량% 내지 97 중량%, 또는 심지어 90 중량% 내지 97 중량%의 비캡슐화된 상변화 물질이 존재한다.
상변화 조성물은 비캡슐화된 상변화 물질과 조합한 열가소성 폴리머 조성물을 추가로 포함한다. 본원에서 사용되는 "폴리머"는 올리고머, 이오노머, 덴드리머, 호모폴리머, 및 코폴리머, 예를 들어, 그라프트 코폴리머, 랜덤 코폴리머, 블록 코폴리머, 예를 들어, 스타 블록 코폴리머, 랜덤 코폴리머 등을 포함한다. 열가소성 폴리머 조성물은 단일 폴리머 또는 폴리머들의 조합일 수 있다. 폴리머들의 조합은 예를 들어, 상이한 화학적 조성, 상이한 중량평균 분자량, 또는 상기 기술된 것들의 조합을 갖는 둘 이상의 폴리머들의 블렌드일 수 있다. 폴리머 또는 폴리머들의 조합의 신중한 선택은 상변화 조성물의 성질을 조정할 수 있다.
열가소성 폴리머 조성물의 타입 및 양은 열가소성 폴리머 조성물과, 다량, 예를 들어, 적어도 50 중량%, 또는 적어도 70 중량%, 또는 적어도 80 중량%, 또는 심지어 적어도 90 중량%의 상변화 물질의 혼화성 블렌드를 형성하기 위해, 상변화 물질과 양호한 혼화성을 갖도록 선택된다. 둘 이상의 폴리머들의 조합이 사용되는 경우에, 폴리머는 바람직하게는, 혼화 가능하거나, 상변화 물질과 조합할 때 혼화 가능하다. 열가소성 폴리머 조성물은 또한, 요망되는 겔화 온도를 제공하도록 선택될 수 있다.
다량의 비캡슐화된 상변화 물질과 혼화성 블렌드를 제공하기 위한 열가소성 폴리머 조성물의 신중한 선택이 저온에서 겔이지만, 고온에서 낮은 점도를 갖는 제품을 제공한다는 것이 예상치 못하게 발견되었다. 본원에서 사용되는 "겔" 또는 "겔화된 상변화 조성물"은 제공된 온도에서 정상 상태에서 상당한 흐름을 나타내지 않는 물리적 상태를 의미한다. 바람직하게는, 겔 또는 겔화된 상변화 조성물은 제공된 온도에서 정상 상태에서 감지할 만한 흐름을 나타내지 않는다. 이에 따라, 열가소성 폴리머 조성물, 비캡슐화된 상변화 물질, 및 하기에 더욱 상세히 기술되는 바와 같은 임의의 첨가제는 전자 디바이스와 같은, 물품에서 사용하도록 의도된 얻어진 상변화 조성물이 물품의 작동 온도 범위에 걸쳐 겔 상태이도록 선택된다. 즉, 열가소성 폴리머 조성물 및 비캡슐화된 상변화 물질은 얻어진 상변화 조성물의 겔 온도가 디바이스에 대해 예상되는 최대 작동 온도이도록 선택된다. 겔 온도는 폴리머 조성물에서 열가역적 겔의 형성을 위한 온도 한계치이다. 예를 들어, 물품의 작동 온도는 10℃ 내지 100℃, 15℃ 내지 85℃, 또는 20℃ 내지 70℃의 범위일 수 있다. 이에 따라, 상변화 조성물은 물품의 작동 온도 범위보다 높은(상변화 조성물의 겔 온도보다 높은) 온도에서, 그러나 상변화 조성물의 겔 온도 이하인, 물품의 작동 온도 범위 내의 온도에서 유체로서 물품에서 공동 내에 도입될 수 있다. 고도로 유리한 특징에서, 상변화 조성물은 겔로서 존재하고, 이에 따라, 물품으로부터 누출되지 않는다. 따라서, 상변화 조성물은 적어도 120℃의 온도에서 유체로서 이러한 물품에서 공동 내에 삽입될 수 있지만, 이후에, 100℃ 이하의 온도에서 실질적으로 흐르지 않는 겔을 형성한다. 상변화 조성물이 그 자체 매트릭스 내에 상변화 물질을 효율적으로 보유하는 능력은 긴 기간에 걸쳐 상변화 조성물에 우수한 열 관리 성능을 부여할 수 있다.
일 구현예에서, 열가소성 폴리머 조성물은 낮은 극성을 갖는다. 낮은 극성의 열가소성 폴리머 조성물은 비극성 특성의 상변화 물질과 혼화 가능하게 한다.
폴리머 조성물과 비캡슐화된 상변화 물질의 혼화성을 평가하기 위해 사용될 수 있는 하나의 파라미터는 폴리머 조성물 및 상변화 물질의 "용해도 파라미터"(δ)이다. 용해도 파라미터는 당해 분야의 임의의 공지된 방법에 의해 측정되거나 공개된 표로부터 여러 폴리머 및 상변화 물질에 대해 획득될 수 있다. 폴리머 조성물 및 상변화 물질은 일반적으로, 혼화성 블렌드를 형성하기 위해 유사한 용해도 파라미터를 갖는다. 폴리머 조성물의 용해도 파라미터(δ)는 비캡슐화된 상변화 물질의 용해도 파라미터의 ±1, 또는 ±0.9, 또는 ± 0.8, 또는 ±0.7, 또는 ±0.6, 또는 ±0.5, 또는 ±0.4, 또는 ±0.3 내일 수 있다.
매우 다양한 열가소성 폴리머는 상변화 물질 및 상변화 조성물의 다른 요망되는 특징에 따라 열가소성 폴리머 조성물에 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 일반적으로 고려되는 열가소성 수지인 예시적인 폴리머는 환형 올레핀 폴리머(폴리노르보르넨 및 노르보르네닐 단위를 함유한 코폴리머, 예를 들어, 노르보르넨과 같은 환형 폴리머와 비환형 올레핀, 예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌의 코폴리머를 포함함), 플루오로폴리머(예를 들어, 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 불화된 에틸렌-프로필렌(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리(에틸렌-테트라플루오로에틸렌(PETFE), 퍼플루오로알콕시(PFA)), 폴리아세탈(예를 들어, 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시메틸렌), 폴리(C1-6 알킬)아크릴레이트, 폴리아크릴아미드(비치환된 및 모노-N- 및 디-N-(C1-8 알킬)아크릴아미드를 포함함), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드(예를 들어, 지방족 폴리아미드, 폴리프탈아미드, 및 폴리아라미드), 폴리아미드이미드, 폴리언하이드라이드, 폴리아릴렌 에테르(예를 들어, 폴리페닐렌 에테르), 폴리아릴렌 에테르 케톤(예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 및 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK)), 폴리아릴렌 케톤, 폴리아릴렌 설파이드(예를 들어, 폴리페닐렌 설파이드(PPS)), 폴리아릴렌 설폰(예를 들어, 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌 설폰(PPS) 등), 폴리벤조티아졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤즈이미다졸, 폴리카르보네이트(호모폴리카르보네이트 또는 폴리카르보네이트 코폴리머, 예를 들어, 폴리카르보네이트-실록산, 폴리카르보네이트-에스테르, 및 폴리카르보네이트 에스테르-실록산을 포함함), 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴레이트, 및 폴리에스테르 코폴리머, 예를 들어, 폴리에스테르-에테르), 폴리에테르이미드(폴리에테르이미드-실록산 코폴리머와 같은 코폴리머를 포함함), 폴리이미드(폴리이미드-실록산 코폴리머와 같은 코폴리머를 포함함), 폴리(C1-6 알킬)메타크릴레이트, 폴리메타크릴아미드(비치환된 및 모노-N- 및 디-N-(C1-8 알킬)아크릴아미드를 포함함), 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이의 할로겐화된 유도체(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌), 및 이들의 코폴리머, 예를 들어, 에틸렌-알파-올레핀 코폴리머, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 폴리옥사디아졸, 폴리옥시메틸렌, 폴리프탈라이드, 폴리실라잔, 폴리실록산(실리콘), 폴리스티렌(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌(MBS)과 같은 코폴리머를 포함함), 폴리설파이드, 폴리설폰아미드, 폴리설포네이트, 폴리설폰, 폴리티오에스테르, 폴리트리아진, 폴리우레아, 폴리우레탄, 비닐 폴리머(폴리비닐 알코올, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 할라이드(예를 들어, 폴리비닐 플루오라이드), 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 티오에테르, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함함) 등을 포함한다. 상기 폴리머들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물이 사용될 수 있다.
폴리머의 바람직한 타입은 선택적으로 가교될 수 있는 엘라스토머이다. 일부 구현예에서, 가교된(즉, 경화된) 엘라스토머의 사용은 더 높은 온도에서 상변화 조성물의 더 낮은 흐름을 제공한다. 적합한 엘라스토머는 엘라스토머 랜덤, 그라프팅된 또는 블록 코폴리머일 수 있다. 예는 천연 고무/이소프렌, 부틸 고무, 폴리디사이클로펜타디엔 고무, 플루오로엘라스토머, 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-부텐 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무(EPDM, 또는 에틸렌 프로필렌 디엔 테르폴리머), 아크릴레이트 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무(HNBR), 실리콘 엘라스토머, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 스티렌-(에틸렌-부텐)-스티렌(SEBS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-디엔-스티렌(AES), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌(SEPS), 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌(MBS), 고 고무 그라프트(high rubber graft; HRG), 폴리우레탄, 실리콘, 아크릴레이트 등을 포함한다.
엘라스토머 블록 코폴리머는 알케닐 방향족 화합물로부터 유도된 블록(A) 및 컨쥬게이션된 디엔으로부터 유도된 블록(B)을 포함한다. 블록(A) 및 블록(B)의 배열은 분지쇄를 갖는 방사상 텔레블록 구조를 포함하는 선형 및 그라프트 구조를 포함한다. 선형 구조의 예는 디블록(A-B), 트리블록(A-B-A 또는 B-A-B), 테트라블록(A-B-A-B), 및 펜타블록(A-B-A-B-A 또는 B-A-B-A-B) 구조뿐만 아니라, A 및 B의 총 6개 이상의 블록을 함유한 선형 구조를 포함한다. 특정 블록 코폴리머는 디블록, 트리블록, 및 테트라블록 구조, 및 상세하게, A-B 디블록 및 A-B-A 트리블록 구조를 포함한다. 일부 구현예에서, 엘라스토머는 폴리스티렌 블록 및 고무 블록으로 이루어진 스티렌계 블록 코폴리머(SBC)이다. 고무 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 이들의 수소화된 균등물, 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물일 수 있다. 스티렌계 블록 코폴리머의 예는 스티렌-부타디엔 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton D SBS 폴리머(Kraton Performance Polymers, Inc.); 스티렌-에틸렌/프로필렌 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton G SEPS(Kraton Performance Polymers, Inc.) 또는 스티렌-에틸렌/부타디엔 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton G SEBS(Kraton Performance Polymers, Inc.); 및 스티렌-이소프렌 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton D SIS 폴리머(Kraton Performance Polymers, Inc.)를 포함한다. 특정 구현예에서, 폴리머는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton G 1726이다. 다른 구현예에서, 폴리머는 스티렌 부타디엔 블록 코폴리머, 예를 들어, Kraton D1192이다.
특정 구현예에서, 폴리머는 Kraton G SEBS 또는 SEPS, 스티렌-부타디엔 블록 코폴리머, 폴리부타디엔, EPDM, 천연 고무, 부틸 고무, 환형 올레핀 코폴리머, 폴리디사이클로펜타디엔 고무, 또는 상기 기술된 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합물이다.
비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물은 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔일 수 있고, 적어도 120℃의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물은 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔이고, 120℃의 온도에서 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는다. 다른 구현예에서, 비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물은 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도에서 겔이고, 120℃의 온도에서 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는다. 비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물은 25℃ 초과, 또는 30℃ 초과, 또는 40℃ 초과의 온도에서 겔이다.
비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물은 ASTM D3418에 따른 시차주사 열량측정법에 의해 측정한 경우, 150 줄/그램 초과, 바람직하게는, 그램 당 180 줄/그램 초과, 더욱 바람직하게는, 200 줄/그램 초과의 융해열에 의해 특징될 수 있다.
일부 구현예에서, 상변화 조성물은 UL94 VTM-2 가연성 표준을 충족할 수 있다.
상변화 조성물은 상기 기술된 양으로 비캡슐화된 상변화 물질과 열가소성 폴리머 조성물의 조합물 단독으로 이루어지거나 이를 필수적으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 상변화 조성물은 첨가제로서 다른 성분, 예를 들어, 캡슐화된 상변화 물질, 충전제, 또는 당해 분야에 공지된 다른 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 성분은 상변화 조성물의 요망되는 성질, 특히, 열거된 겔화 및 점도 성질에 상당히 부정적으로 영향을 미치지 않도록 선택된다.
예를 들어, 상변화 조성물이 비캡슐화된 상변화 물질을 포함하지만, 상변화 조성물은 첨가제로서 캡슐화된 형태의 상변화 물질을 추가로 포함할 수 있다. 상변화 물질의 캡슐화는, 상변화 물질이 고체 또는 액체 상태인지의 여부와는 무관하게, 상변화 물질이 함유될 수 있도록, 상변화 물질을 위한 용기를 필수적으로 생성시킨다. 물질, 예를 들어, 상변화 물질을 캡슐화하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다[예를 들어, 미국특허 제5,911,923호 및 제6,703,127호 참조]. 마이크로캡슐화된 상변화 물질 및 마크로캡슐화된 상변화 물질은 또한, 상업적으로 입수 가능하다(예를 들어, Microtek Laboratories, Inc.로부터). 마크로캡슐은 1000 내지 10,000 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가지며, 마이크로캡슐은 1000 마이크로미터 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 캡슐화된 상변화 물질은 마이크로캡슐에 캡슐화될 수 있으며, 마이크로캡슐의 평균 입자 크기는 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터, 또는 2 마이크로미터 내지 50 마이크로미터, 또는 5 마이크로미터 내지 40 마이크로미터일 수 있다. 여기에서, 캡슐화된 PCM의 평균 입자 크기는 예를 들어, Malvern Mastersizer 2000 입자 분석기 또는 균등한 기기를 이용하여 측정된, 부피 가중 평균 입자 크기이다. 캡슐화된 상변화 물질은 각각 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 1 중량% 내지 50 중량%, 상세하게, 1 중량% 내지 40 중량%, 또는 5 중량% 내지 30 중량%, 또는 10 중량% 내지 30 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
상변화 조성물은 충전제, 예를 들어, 상변화 조성물의 유전 성질, 열전도 성질 또는 자기 성질을 조정하기 위한 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 낮은 팽창 계수의 충전제, 예를 들어, 유리 비드, 실리카, 또는 그라인딩된 마이크로-유리 섬유가 사용될 수 있다. 열적으로 안정한 섬유, 예를 들어, 방향족 폴리아미드, 또는 폴리아크릴로니트릴이 사용될 수 있다. 대표적인 유전체 충전제는 티탄 디옥사이드(루틸 및 아나타스), 바륨 티타네이트, 스트론튬 티타네이트, 흄드 비정질 실리카, 커런덤, 규회석, 아라미드 섬유(예를 들어, DuPont으로부터의 KEVLAR™), 섬유유리, Ba2Ti9O20, 석영, 알루미늄 니트라이드, 실리콘 카르바이드, 베릴리아, 알루미나, 마그네시아, 운모, 탈크, 나노클레이, 알루미노실리케이트(천연 및 합성), 철 옥사이드, CoFe2O4(Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.로부터 입수 가능한 나노구조화된 분말), 단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브, 및 흄드 실리콘 디옥사이드(예를 들어, Cabot Corporation으로부터 입수 가능한 Cab-O-Sil)를 포함하며, 이들 각각은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
사용될 수 있는 다른 타입의 충전제는 열전도성 충전제, 단열 충전제, 자성 충전제, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함한다. 열전도성 충전제는 예를 들어, 붕소 니트라이드, 실리카, 알루미나, 아연 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 및 알루미늄 니트라이드를 포함한다. 단열 충전제의 예는 예를 들어, 미립자 형태의 유기 폴리머를 포함한다. 자성 충전제는 나노크기를 가질 수 있다.
충전제는 고체 입자, 다공성 입자, 또는 중공 입자 형태일 수 있다. 충전제의 입자 크기는 열팽창 계수, 모듈러스, 신장(elongation), 및 난연성을 포함하는 다수의 중요한 성질에 영향을 미친다. 일 구현예에서, 충전제는 0.1 마이크로미터 내지 15 마이크로미터, 상세하게, 0.2 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는다. 충전제는 1 나노미터 내지 100 나노미터(nm), 또는 5 nm 내지 90 nm, 또는 10 nm 내지 80 nm, 또는 20 nm 내지 60 nm의 평균 입자 크기를 갖는, 나노입자, 즉, 나노충전제일 수 있다. 바이모달, 트리모달, 또는 고차의 평균 입자 크기 분포를 갖는 충전제들의 조합이 사용될 수 있다. 충전제는 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 0.5 중량% 내지 60 중량%, 또는 1 중량% 내지 50 중량%, 또는 5 중량% 내지 40 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
선택적인 캡슐화된 상변화 물질, 및 상술된 바와 같은 선택적인 충전제 이외에, 상변화 조성물은 또한, 첨가제, 예를 들어, 난연제, 경화 개시제, 가교제, 점도 조절제, 습윤화제, 산화방지제, 열 안정화제, 착색제, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 선택적으로 포함할 수 있다. 첨가제의 특정 선택은 사용되는 폴리머, 상변화 조성물의 특정 적용, 및 그러한 적용을 위한 요망되는 성질에 의존하고, 회로 서브어셈블리(circuit subassembly)의 전기적 성질, 예를 들어, 열전도도, 유전 상수, 소산 계수(dissipation factor), 유전 손실(dielectric loss), 또는 다른 요망되는 성질을 향상시키거나 실질적으로 악영향을 미치지 않도록 선택된다.
난연제는 금속 카르보네이트, 금속 하이드레이트, 금속 옥사이드, 할로겐화된 유기 화합물, 유기 인-함유 화합물, 질소-함유 화합물, 또는 포스피네이트 염일 수 있다. 대표적인 난연제 첨가제는 브롬-, 인-, 및 금속 옥사이드-함유 난연제를 포함한다. 적합한 브롬-함유 난연제는 일반적으로 방향족이고, 화합물 당 적어도 2개의 브롬을 함유한다. 상업적으로 입수 가능한 몇몇에는 예를 들어, Albemarle Corporation으로부터의 상표명 Saytex BT-93W(에틸렌비스테트라브로모프탈이미드), Saytex 120(테트라데카보로디페녹시벤젠), 및 Great Lake로부터의 상표명 BC-52, BC-58, Esschem Inc로부터의 상표명 FR1025가 있다.
적합한 인-함유 난연제는 다양한 유기 인 화합물, 예를 들어, 화학식 (GO)3P=O(여기서, 각 G는 독립적으로, C1-36 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 알킬아릴, 또는 아릴알킬 기이며, 단, 적어도 하나의 G는 방향족 기임)의 방향족 포스페이트를 포함한다. G 기들 중 2개는 환형 기, 예를 들어, 디페닐 펜타에리스리톨 디포스페이트를 제공하기 위해 함께 결합될 수 있다. 다른 적합한 방향족 포스페이트는 예를 들어, 페닐 비스(도데실)포스페이트, 페닐 비스(네오펜틸)포스페이트, 페닐 비스(3,5,5'-트리메틸헥실)포스페이트, 에틸 디페닐 포스페이트, 2-에틸헥실 디(p-톨릴)포스페이트, 비스(2-에틸헥실) p-톨릴 포스페이트, 트리톨릴 포스페이트, 비스(2-에틸헥실) 페닐 포스페이트, 트리(노닐페닐)포스페이트, 비스(도데실) p-톨릴 포스페이트, 디부틸 페닐 포스페이트, 2-클로로에틸 디페닐 포스페이트, p-톨릴 비스(2,5,5'-트리메틸헥실)포스페이트, 2-에틸헥실 디페닐 포스페이트 등일 수 있다. 특정 방향족 포스페이트에는 각 G가 방향족인 것, 예를 들어, 트리페닐 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 이소프로필화된 트리페닐 포스페이트 등이 있다. 적합한 디- 또는 다작용성 방향족 인-함유 화합물의 예는 레소르시놀 테트라페닐 디포스페이트(RDP), 하이드로퀴논의 비스(디페닐)포스페이트, 및 비스페놀-A의 비스(디페닐)포스페이트, 각각, 이의 올리고머 및 폴리머 대응물 등을 포함한다.
금속 포스피네이트 염이 또한 사용될 수 있다. 포스피네이트의 예에는 포스피네이트 염, 예를 들어, 예컨대, 지환족 포스피네이트 염 및 포스피네이트 에스테르가 있다. 포스피네이트의 추가 예에는 디포스핀산, 디메틸포스핀산, 에틸메틸포스핀산, 디에틸포스핀산, 및 이러한 산들의 염, 예를 들어, 예컨대, 알루미늄 염 및 아연 염이 있다. 포스핀 옥사이드의 예에는 이소부틸비스(하이드록시알킬)포스핀 옥사이드 및 1,4-디이소부틸렌-2,3,5,6-테트라하이드록시-1,4-디포스핀 옥사이드 또는 1,4-디이소부틸렌-1,4-디포스포릴-2,3,5,6-테트라하이드록시사이클로헥산이 있다. 인-함유 화합물의 추가 예에는 NH1197®(Chemtura Corporation), NH1511®(Chemtura Corporation), NcendX P-30®(Albemarle), Hostaflam OP5500®(Clariant), Hostaflam OP910®(Clariant), EXOLIT 935(Clariant), 및 Cyagard RF 1204®, Cyagard RF 1241® 및 Cyagard RF 1243R(Cyagard는 Cytec Industries의 제품임)이 있다. 특히 유리한 구현예에서, 할로겐-부재 상변화 조성물은 EXOLIT 935(알루미늄 포스피네이트)와 함께 사용될 때 우수한 난연성을 갖는다. 또 다른 난연제는 멜라민 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, Melam, Melon, Melem, 구아니딘, 포스파잔, 실라잔, DOPO(9,10-디하이드로-9-옥사-10 포스파펜안트렌-10-옥사이드), 및 10-(2,5 디하이드록시페닐)-10H-9-옥사-포스파펜안트렌-10-옥사이드를 포함한다.
적합한 금속 옥사이드 난연제에는 마그네슘 하이드록사이드, 알루미늄 하이드록사이드, 아연 스탄네이트, 및 붕소 옥사이드가 있다. 바람직하게는, 난연제는 알루미늄 트리하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 안티몬 옥사이드, 데카브로모디페닐 옥사이드, 데카브로모디페닐 에탄, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드), 멜라민, 아연 스탄네이트, 또는 붕소 옥사이드일 수 있다.
난연제 첨가제는 사용되는 첨가제의 특정 타입에 대해 당해 분야에서 공지된 양으로 존재할 수 있다. 일 구현예에서, 난연제 타입 및 양은 1.5 밀리미터의 두께로 압밀(consolidate)될 때 UL94 VTM-2 표준을 통과할 수 있는 상변화 조성물을 제공하기 위해 선택된다.
예시적인 경화 개시제는 상변화 조성물에서, 폴리머의 경화(가교)를 개시하는 데 유용한 것을 포함한다. 예는 아지드, 아민, 퍼옥사이드, 황, 및 황 유도체를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 자유 라디칼 개시제는 특히, 경화 개시제로서 요망된다. 자유 라디칼 개시제의 예는 퍼옥사이드, 하이드로퍼옥사이드, 및 비-퍼옥사이드 개시제, 예를 들어, 2,3-디메틸-2,3-디페닐 부탄을 포함한다. 퍼옥사이드 경화제의 예는 디쿠밀 퍼옥사이드, 알파,알파-디(t-부틸퍼옥시)-m,p-디이소프로필벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산-3, 및 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3, 및 상기 경화 개시제들 중 하나 이상을 포함하는 혼합물을 포함한다. 경화 개시제는, 사용될 때, 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 0.01 중량% 내지 5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
가교제는 반응성 모노머 또는 폴리머이다. 일 구현예에서, 이러한 반응성 모노머 또는 폴리머는 상변화 조성물에서 폴리머와 동시-반응할 수 있다. 적합한 반응성 모노머의 예는 다른 것들 중에서, 스티렌, 디비닐 벤젠, 비닐 톨루엔, 트리알릴시아누레이트, 디알릴프탈레이트, 및 다작용성 아크릴레이트 모노머(예를 들어, Sartomer Co.로부터 입수 가능한 Sartomer 화합물)를 포함하며, 이러한 것들 모두는 상업적으로 입수 가능하다. 가교제의 유용한 양은 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 중량% 내지 50 중량%이다.
예시적인 산화방지제는 라디칼 스캐빈져 및 금속 비활성화제를 포함한다. 자유 라디칼 스캐빈져의 비제한적인 예에는 Ciba Chemicals로부터 상표명 Chimassorb 944로 상업적으로 입수 가능한, 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노-s-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]]가 있다. 금속 비활성화제의 비제한적인 예에는 Chemtura Corporation으로부터 상표명 Naugard XL-1로 상업적으로 입수 가능한, 2,2-옥살릴디아미도 비스[에틸 3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]가 있다. 단일 산화방지제 또는 둘 이상의 산화방지제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 산화방지제는 통상적으로, 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 최대 3 중량%, 상세하게, 0.5 중량% 내지 2.0 중량%의 양으로 존재한다.
커플링제는 금속 표면 또는 충전제 표면을 폴리머와 연결시키는 공유 결합의 형성을 증진시키거나 이에 참여하기 위해 존재할 수 있다. 예시적인 커플링제는 3-머캅토프로필메틸디메톡시 실란 및 3-머캅토프로필트리메톡시 실란 및 헥사메틸렌디실라잔을 포함한다.
첨가제가 존재할 때, 상변화 조성물은 40 중량% 내지 95 중량%, 또는 50 중량% 내지 90 중량%, 또는 60 중량% 내지 85 중량%, 또는 70 중량% 내지 80 중량%의 비캡슐화된 상변화 물질; 2 중량% 내지 40 중량%, 또는 4 중량% 내지 30 중량%, 또는 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%의 열가소성 폴리머 조성물; 및 60 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 내지 40 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 30 중량% 또는 1 중량% 내지 20 중량%의 첨가제 조성물을 포함할 수 있으며, 여기서, 각 중량%는 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이고, 총 100 중량%가 된다.
비캡슐화된 상변화 물질, 열가소성 폴리머 조성물, 및 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 상변화 조성물은 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도에서 겔이고, 적어도 120℃의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상변화 조성물은 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔이고, 120℃의 온도에서 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는다. 다른 구현예에서, 상변화 조성물은 50℃ 이하의 온도에서 겔이고, 120℃의 온도에서 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 갖는다.
적어도 하나의 첨가제를 포함하는 상변화 조성물은 적어도 100 J/g, 바람직하게는, 적어도 170 J/g, 더욱 바람직하게는, 적어도 220 J/g, 더욱더 바람직하게는, 적어도 240 J/g의 융해열을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 상변화 조성물은 UL94 V-2 가연성 표준을 충족시킬 수 있다.
상변화 조성물은 열가소성 폴리머 조성물, 상변화 물질, 선택적으로, 용매, 및 임의의 첨가제를 조합하여 상변화 조성물을 제조함으로써 제조될 수 있다. 조합은 임의의 적합한 방법, 예를 들어, 블렌딩, 혼합, 또는 교반에 의해 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 상변화 물질은 용융되며, 폴리머는 용융된 상변화 물질에 용해된다. 일 구현예에서, 폴리머 및 상변화 물질 및 선택적 첨가제를 포함하는, 상변화 조성물을 형성하기 위해 사용되는 성분들은 혼합물 또는 용액을 제공하기 위해 용매에 용해되거나 현탁됨으로써 조합될 수 있다.
용매는, 포함될 때, 폴리머를 용해하고, 상변화 물질 및 존재할 수 있는 임의의 다른 선택적 첨가제를 분산시키고 형성 및 건조를 위한 보편적인 증발률을 갖게 하기 위해 선택된다. 가능한 용매의 비-배타적인 리스트에는 자일렌; 톨루엔; 메틸 에틸 케톤; 메틸 이소부틸 케톤; 헥산, 및 고차의 액체 선형 알칸, 예를 들어, 헵탄, 옥탄, 노난 등; 사이클로헥산; 이소포론; 다양한 테르펜-기반 용매; 및 블렌딩된 용매가 있다. 특정의 예시적인 용매는 자일렌, 톨루엔, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 및 헥산, 및 더욱더 상세하게, 자일렌 및 톨루엔을 포함한다. 용액 또는 분산액에서 조성물의 성분들의 농도는 중요하지 않고, 성분들의 용해도, 사용되는 충전제 수준, 적용 방법 및 다른 인자에 의존할 것이다. 일반적으로, 용액은 용액의 총 중량을 기준으로 하여, 10 중량% 내지 80 중량%의 고형물(용매를 제외한 모든 성분들), 더욱 상세하게, 50 중량% 내지 75 중량%의 고형물을 포함한다.
임의의 용매는 주변 조건 하에서 또는 강제 공기 또는 가열된 공기에 의해 증발될 수 있으며, 혼합물은 겔화된 상변화 조성물을 제공하기 위해 냉각된다. 상변화 조성물은 또한, 공지된 방법, 예를 들어, 압출, 모울딩, 또는 주조에 의해 형상화될 수 있다. 예를 들어, 상변화 조성물은 이후에 방출되는 캐리어 상에서 또는 대안적으로, 이후에 회로 구조의 층으로 형성되는 전도성 금속층과 같은 기판 상에서 주조에 의해 층으로 형성될 수 있다.
층은 건조 공정에서 경화되지 않거나 일부 경화(B-스테이지드(B-staged))될 수 있거나, 층은 요망되는 경우에, 건조 후에, 일부 또는 전부 경화될 수 있다. 층은 예를 들어, 20℃ 내지 200℃, 상세하게, 30℃ 내지 150℃, 더욱 상세하게, 40℃ 내지 100℃에서 가열될 수 있다. 얻어진 상변화 조성물은 사용 이전에 저장되고, 예를 들어, 라미네이션되고 경화되거나, 일부 경화되고 이후에 저장되거나, 라미네이션되고 완전 경화될 수 있다.
다른 양태에서, 상변화 조성물을 포함하는 물품이 개시된다. 상변화 조성물은 전자 디바이스, LED 디바이스, 및 배터리를 포함하는, 다양한 적용에서 사용될 수 있다. 상변화 조성물은 고체 PCM 조성물 및 물질로 완전히 채우기에 어려울 수 있는 불규칙적으로 형상화된 공동을 함유한 물품에서 특별한 장점과 함께 사용될 수 있다. 상변화 조성물은 프로세서 및 다른 작동 회로(메모리, 비디오 칩, 텔레콤 칩 등)의 성능에 해로운 열을 발생시키는 매우 다양한 전자 디바이스 및 임의의 다른 디바이스에서 사용될 수 있다. 이러한 전자 디바이스의 예는 휴대폰, PDA, 스마트-폰, 태블렛, 랩톱 컴퓨터, 휴대용 스캐너, 및 다른 일반적인 휴대용 디바이스를 포함한다. 그러나, 상변화 조성물은 작동 동안 냉각을 필요로 하는 실제로 임의의 전자 디바이스 내에 도입될 수 있다. 예를 들어, 소비재, 의료용 디바이스, 자동차 부품, 항공기 부품, 레이더 시스템, 유도 시스템, 및 민간 및 군용 장비 및 다른 차량 내에 도입된 GPS 디바이스에서 사용되는 전자 기기는 다양한 구현예의 양태, 예를 들어, 배터리, 엔진 제어 유닛(ECU), 에어백 모듈, 차체 제어기, 도어 모듈, 크루즈 제어 모듈, 기기 패널, 기후 제어 모듈, 안티-록 브레이킹 모듈(anti-lock braking module; ABS), 변속기 제어기, 및 전력 분배 모듈로부터 유익할 수 있다. 상변화 조성물 및 이의 물품은 또한, 전자기기의 케이싱 또는 다른 구조 부품 내에 도입될 수 있다. 일반적으로, 전자기기 프로세서 또는 다른 전자 회로의 성능 특징에 의존하는 임의의 디바이스는 본원에 개시된 상변화 조성물의 양태를 이용함으로부터 초래된 증가된 또는 더욱 안정한 성능 특징으로부터 유익할 수 있다.
물품의 공동은 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상술된 바와 같이, 상변화 조성물은, 이러한 공동이 상변화 조성물을 사용하여 용이하게 충전될 수 있기 때문에, 작은 공동 또는 복잡한 특징을 갖는 공동에 대해 특히 유용하다. 일 구현예에서, 물품의 공동은 2 센티미터 미만, 바람직하게는, 1 센티미터 미만, 더욱 바람직하게는, 0.5 센티미터 미만, 더욱더 바람직하게는, 0.1 센티미터 미만의 최소 치수를 갖는다. 대안적인 구현예에서, 물품의 공동은 적어도 2 센티미터 이상, 또는 5 센티미터 이상, 또는 10 센티미터 이상, 또는 20 센티미터 이상의 최소 치수를 갖는다. 물품은 예를 들어, 전자 디바이스, 바람직하게는, 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 다른 물품은 LED 디바이스 또는 배터리, 예를 들어, 자동차 배터리일 수 있다.
상변화 조성물을 포함하는 물품은 상변화 조성물을 적어도 100℃, 또는 적어도 110℃, 또는 적어도 120℃의 온도까지 가열하여 유체 상변화 조성물을 수득하는 단계, 및 이후에, 유체 상변화 조성물을 제1 온도에서 물품의 공동 내에 도입하는 단계, 및 물품을 제2 온도까지 냉각시키는 단계에 의해 제조될 수 있다. 유체 상변화 조성물의 점도는 제1 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만이다. 공동 내에 유체 상변화 조성물을 도입하는 것은 중력, 예를 들어, 붓기 또는 적하에 의해 수행될 수 있다. 특정 구현예에서, 공동 내에 유체 상변화 조성물을 도입하는 것은 주입에 의해 수행될 수 있다. 물품의 작동의 예상된 최고 온도 이하의 제2 온도에서 물품 내의 상변화 조성물은 겔화된 상변화 조성물을 형성한다. 제2 온도(조성물의 겔 온도)는 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하, 예를 들어, 25 내지 100℃, 또는 28℃ 내지 60℃, 또는 45℃ 내지 85℃, 또는 60℃ 내지 80℃, 또는 80℃ 내지 99℃일 수 있다.
본원에 기술된 상변화 조성물은 디바이스에 개선된 열 안정성을 제공하여, 전자 디바이스의 성능 및 수명의 저하를 피하는 능력을 초래할 수 있다. 상변화 조성물은, 이러한 것이 고체 상변화 조성물로 완전히 채우기 어려울 수 있는 불규칙한 형상의 공동 내에 용이하게 도입되어, 최대 열 흡수 용량을 허용하기 때문에, 특히 전자기기에서 열 관리 물질로서 사용하기 위해 더욱 유리하다.
하기 실시예는 단지 상변화 조성물 및 본원에 개시된 제조 방법을 예시하는 것으로서, 이의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예
물질의 용융 온도 및 전이 엔탈피(ΔH)는 ASTM D3418에 따라, 예를 들어, Perkin Elmer DSC 4000, 또는 균등물을 이용하여 시차주사 열량측정법(DSC)을 이용하여 측정될 수 있다.
유성형 Ross 믹서에서 혼합하면서, 78 그램의 용융된 PCM43P(43℃에서 상변화 온도를 갖는 파라핀; Microtek Laboratories, Inc.)에서 7.3 그램의 KRATON D1192(30 질량%의 결합된 스티렌과 함께 스티렌 및 부타디엔을 기반으로 한 투명한 선형 블록 코폴리머)를 서서히 용해시킴으로써, 주입을 위해 적합한 100℃ 이상의 온도에서 점도를 갖는 물질을 제조하였다. Ross 믹서에 대한 설정 온도는 100℃이었다. 폴리머를 용융된 왁스 내에 완전히 용해시킨 후에, 14.7 그램의 알루미나 트리하이드레이트(ATH) SB 222(Huber Engineered Materials) 및 0.1 그램의 Regal 660 Rcarbon 블랙을 균일한 상변화 조성물이 형성될 때까지 용융된 시스템 내에 서서히 첨가하였다.
DSC는 융해열을 측정하기 위해 상변화 조성물에 대해 수행된다. 도면은 상변화 조성물이 높은 융해열, 204.8 J/g을 갖는 것으로 나타난 DSC 결과를 제시한다.
100℃에서 상변화 조성물의 점도는 ASTM Standard D 3236-88에 따른 Tehrmosel 온도 조절기를 구비한 Brookfield RVDV2T Rotational Viscometer를 이용하여 측정한 경우에, 5000 센티포이즈(cP) 미만으로서, 이는 요망되는 위치 내에 상변화 조성물의 주입을 허용한다. 그러나, 저온(예를 들어, 60℃ 미만)에서, 상변화 조성물은 소정 위치로부터 누출되지 않는 흐르지 않는 겔이다.
청구범위는 비제한적인 하기 구현예에 의해 추가로 예시된다.
구현예 1: 열가소성 폴리머 조성물 및 상변화 물질의 균일 혼합물을 포함하는 상변화 조성물로서, 상변화 조성물은 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가지고, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔인 상변화 조성물.
구현예 2: 구현예 1에 있어서, 열가소성 폴리머 조성물이 엘라스토머 블록 코폴리머, 엘라스토머 그라프트 코폴리머, 엘라스토머 랜덤 코폴리머, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하며; 바람직하게는, 열가소성 폴리머 조성물이 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리부타디엔, 이소프렌, 폴리부타디엔-이소프렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무, 천연 고무/이소프렌, 부틸 고무, 니트릴 고무, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하며; 더욱 바람직하게는, 열가소성 폴리머 조성물이 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 코폴리머, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하는 상변화 조성물.
구현예 3: 구현예 1 또는 2에 있어서, 상변화 물질이 C10-35 알칸, C10-35 지방산, C10-35 지방산 에스테르, 또는 식물성 오일; 바람직하게는, C18-28 알칸, C18-28 지방산, 또는 C18-28 지방산 에스테르를 포함하는 상변화 조성물.
구현예 4: 구현예 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 첨가제 조성물을 추가로 포함하며, 첨가제 조성물은 캡슐화된 상변화 물질, 난연제, 열 안정화제, 산화방지제, 열전도성 충전제, 단열 충전제, 자성 충전제, 착색제, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하는 상변화 조성물.
구현예 5: 구현예 4에 있어서, 난연제가 금속 카르보네이트, 금속 하이드레이트, 금속 옥사이드, 할로겐화된 유기 화합물, 유기 인-함유 화합물, 질소-함유 화합물, 포스피네이트 염, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물이며; 바람직하게는, 난연제가 알루미늄 트리하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 안티몬 옥사이드, 데카브로모디페닐 옥사이드, 데카브로모디페닐 에탄, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드), 멜라민, 아연 스탄네이트, 붕소 옥사이드, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물인 상변화 조성물.
구현예 6: 구현예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 40 중량% 내지 95 중량%, 또는 50 중량% 내지 90 중량%, 또는 60 중량% 내지 85 중량%, 또는 70 중량% 내지 80 중량%의 비캡슐화된 상변화 물질; 2 중량% 내지 40 중량%, 또는 4 중량% 내지 30 중량%, 또는 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%의 열가소성 폴리머 조성물; 및 60 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 내지 40 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 30 중량% 또는 1 중량% 내지 20 중량%의 첨가제 조성물을 포함하며; 여기서, 각 중량%는 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이고, 총 100 중량%가 되는 상변화 조성물.
구현예 7: 구현예 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, ASTM D3418에 따른 시차주사 열량측정법에 의해 측정하는 경우, 용융 온도에서 적어도 150 줄/그램, 바람직하게는, 적어도 180 줄/그램, 더욱 바람직하게는, 적어도 200 줄/그램의 융해열을 갖는 상변화 조성물.
구현예 8: 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상변화 물질이 5℃ 내지 70℃, 바람직하게는, 25℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는, 35℃ 내지 60℃, 더욱더 바람직하게는, 30℃ 내지 50℃의 용융 온도를 갖는 상변화 조성물.
구현예 9: 구현예 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, UL94 VTM-2 가연성 표준을 충족시키는 상변화 조성물.
구현예 10: 상변화 조성물을 제조하는 방법으로서, 열가소성 폴리머 조성물 및 선택적으로, 용매를 포함하는 조성물, 및 용융된 상변화 물질을 조합하여 혼합물을 형성하는 단계; 혼합물을 냉각시켜 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔인 상변화 조성물을 제공하는 단계; 및 선택적으로, 용매를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
구현예 11: 구현예 10에 있어서, 혼합물이 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도까지 냉각되는 방법.
구현예 12: 구현예 1 내지 9 중 어느 하나의 상변화 조성물 또는 구현예 10 또는 11의 방법에 의해 제조된 상변화 조성물을 포함하는 물품.
구현예 13: 구현예 12에 있어서, 상변화 조성물이 물품의 공동에 배치되어 있는 물품.
구현예 14: 구현예 13에 있어서, 공동이 2 센티미터 미만, 바람직하게는, 1 센티미터 미만, 더욱 바람직하게는, 0.5 센티미터 미만의 최소 치수를 갖는 물품.
구현예 15: 구현예 12 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 물품이 전자 디바이스, 바람직하게는, 휴대용 전자 디바이스, LED 디바이스, 또는 배터리인 물품.
구현예 16: 상변화 조성물을 포함하는 물품을 제조하는 방법으로서, 구현예 1 내지 9 중 어느 하나의 상변화 조성물 또는 구현예 10 또는 11의 방법에 의해 제조된 상변화 조성물을 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 제공하기에 효과적인 온도에서 가열하는 단계로서, 바람직하게는, 가열된 상변화 조성물의 점도가 30,000 센티포이즈 미만이며, 온도가 적어도 100℃인 단계; 가열된 상변화 조성물을 물품의 공동 내에 도입하는 단계; 및 도입된 상변화 조성물을 냉각시켜 공동 내에서 겔화된 상변화 조성물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
구현예 17: 구현예 16에서, 도입된 상변화 조성물이 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도까지 냉각되는 방법.
구현예 18: 구현예 16 또는 구현예 17에 있어서, 공동이 2 센티미터 미만, 바람직하게는, 1 센티미터 미만, 더욱 바람직하게는, 0.5 센티미터 미만의 최소 치수를 갖는 방법.
구현예 19: 구현예 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 물품이 전자 디바이스, 바람직하게는, 휴대용 전자 디바이스, LED 디바이스, 또는 배터리인 방법.
일반적으로, 본원에 기술된 물품 및 방법은 본원에 개시된 임의의 부품들 또는 단계들을 대안적으로 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이를 필수적으로 이루어질 수 있다. 물품 및 방법은 추가적으로, 또는 대안적으로, 본 청구범위의 기능 또는 목적의 달성을 위해 필수적이지 않은 임의의 구성성분, 단계, 또는 부품들이 없거나 실질적으로 존재하지 않도록 제조되거나 수행될 수 있다.
단수 형태("a," "an," 및 "the")는 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다. "또는(or)"은 "및/또는"을 의미한다. 달리 규정하지 않는 한, 본원에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 청구범위가 속하는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. 본원에 기술된 값은 어떻게 값이 측정되거나 결정되는지, 즉, 측정 시스템의 한계에 부분적으로 의존하는, 당업자에 의해 결정된 특정 값에 대한 허용 오차 범위를 포함한다. 동일한 성분 또는 성질에 관한 모든 범위의 종결점은 종결점 및 중간 값을 포함하고, 독립적으로 결합 가능하다.
본원에서 달리 특정하지 않는 한, 모든 시험 표준은 본 출원의 출원일, 또는 우선권이 주장되는 경우에, 시험 표준을 나타낸 가장 빠른 우선권 출원의 출원일로부터 실시되는 가장 최근의 표준이다. 달리 규정하지 않는 한, 본원에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
모든 인용된 특허, 특허 출원, 및 다른 참고문헌은 전문이 본원에 참고로 포함된다. 그러나, 본 출원에서 하나의 용어가 포함된 참고문헌에서의 하나의 용어와 모순되거나 충돌하는 경우에, 본 출원으로부터의 그러한 용어는 포함된 참고문헌으로부터 충돌하는 용어보다 우선한다.
개시된 주제가 본원에서 일부 구현예 및 대표적인 예와 관련하여 기술되어 있지만, 당업자는, 다양한 개질 및 개선이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 개시된 주제에 대해 이루어질 수 있다는 것을 인지할 것이다. 당분야에 공지된 추가적인 특징이 마찬가지로 도입될 수 있다. 또한, 개시된 주제의 일부 구현예의 개별 특징이 본원에서 논의될 수 있고 다른 구현예에서 논의되지 않을 수 있지만, 일부 구현예의 개별 특징이 다른 구현예의 하나 이상의 특징 또는 복수의 구현예로부터의 특징과 결합될 수 있다는 것이 자명할 것이다.

Claims (19)

  1. 열가소성 폴리머 조성물과 상변화 물질의 균일 혼합물을 포함하는 상변화 조성물로서,
    상변화 조성물은 120℃ 이상의 온도에서 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 가지고, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도에서 겔인, 상변화 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    열가소성 폴리머 조성물이 엘라스토머 블록 코폴리머, 엘라스토머 그라프트 코폴리머, 엘라스토머 랜덤 코폴리머, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하거나;
    열가소성 폴리머 조성물이 바람직하게는, 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 이소프렌, 폴리부타디엔-이소프렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트, 천연 고무/이소프렌, 부틸 고무, 니트릴 고무, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하거나;
    열가소성 폴리머 조성물이 더욱 바람직하게는, 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 코폴리머, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하는, 상변화 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상변화 물질이 C10-35 알칸, C10-35 지방산, C10-35 지방산 에스테르, 또는 식물성 오일; 바람직하게는, C18-28 알칸, C18-28 지방산, 또는 C18-28 지방산 에스테르를 포함하는, 상변화 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제 조성물을 추가로 포함하며, 첨가제 조성물은 캡슐화된 상변화 물질, 난연제, 열 안정화제, 산화방지제, 열전도성 충전제, 단열 충전제, 자성 충전제, 착색제, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하는, 상변화 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    난연제가 금속 카르보네이트, 금속 하이드레이트, 금속 옥사이드, 할로겐화된 유기 화합물, 유기 인-함유 화합물, 질소-함유 화합물, 포스피네이트 염, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하거나;
    난연제가 바람직하게는, 알루미늄 트리하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 안티몬 옥사이드, 데카브로모디페닐 옥사이드, 데카브로모디페닐 에탄, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드), 멜라민, 아연 스탄네이트, 붕소 옥사이드, 또는 상기 기술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하는, 상변화 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    40 중량% 내지 95 중량%, 또는 50 중량% 내지 90 중량%, 또는 60 중량% 내지 85 중량%, 또는 70 중량% 내지 80 중량%의 비캡슐화된 상변화 물질;
    2 중량% 내지 40 중량%, 또는 4 중량% 내지 30 중량%, 또는 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 5 중량% 내지 15 중량%의 열가소성 폴리머 조성물; 및
    60 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 내지 40 중량%, 또는 0.5 내지 30 중량%, 또는 1 중량% 내지 20 중량%의 첨가제 조성물을 포함하며;
    여기서, 각 중량%는 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이고, 총 100 중량%가 되며;
    중량%는 상변화 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이고, 총 100 중량%가 되는, 상변화 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융 온도에서, ASTM D3418에 따른 시차주사 열량측정법에 의해 측정하여, 적어도 150 줄/그램, 바람직하게는, 적어도 180 줄/그램, 더욱 바람직하게는, 적어도 200 줄/그램의 융해열을 갖는, 상변화 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상변화 물질이 5℃ 내지 70℃, 바람직하게는, 25℃ 내지 65℃, 더욱 바람직하게는, 35℃ 내지 60℃, 더욱더 바람직하게는, 30℃ 내지 50℃의 용융 온도를 갖는, 상변화 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    UL94 VTM-2 가연성 기준을 충족시키는, 상변화 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상변화 조성물을 제조하는 방법으로서,
    열가소성 폴리머 조성물 및 선택적으로, 용매를 포함하는 조성물과, 용융된 상변화 물질을 조합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    혼합물을 냉각시켜, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하, 또는 30℃ 이하의 온도에서 겔인 상변화 조성물을 제공하는 단계; 및
    선택적으로, 용매를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    혼합물이 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도까지 냉각되는 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상변화 조성물 또는 제10항 또는 제11항의 방법에 의해 제조된 상변화 조성물을 포함하는 물품.
  13. 제12항에 있어서,
    상변화 조성물이 물품의 공동에 배치되어 있는 물품.
  14. 제13항에 있어서,
    공동이 2 센티미터 미만, 바람직하게는, 1 센티미터 미만, 더욱 바람직하게는, 0.5 센티미터 미만의 최소 치수를 갖는 물품.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    물품이 전자 디바이스, 바람직하게는, 휴대용 전자 디바이스, LED 디바이스, 또는 배터리인 물품.
  16. 상변화 조성물을 포함하는 물품을 제조하는 방법으로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상변화 조성물 또는 제10항 또는 제11항의 방법에 의해 제조된 상변화 조성물을, 100,000 센티포이즈 미만, 또는 55,000 센티포이즈 미만, 또는 30,000 센티포이즈 미만, 또는 20,000 센티포이즈 미만, 또는 10,000 센티포이즈 미만, 또는 3000 센티포이즈 미만의 점도를 제공하기에 효과적인 온도에서 가열하는 단계로서, 바람직하게는, 가열된 상변화 조성물의 점도는 30,000 센티포이즈 미만이며, 온도는 적어도 100℃인 단계;
    가열된 상변화 조성물을 물품의 공동 내에 도입하는 단계; 및
    도입된 상변화 조성물을 냉각시켜 공동 내에 겔화된 상변화 조성물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    도입된 상변화 조성물이 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 온도까지 냉각되는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    공동이 2 센티미터 미만, 바람직하게는, 1 센티미터 미만, 더욱 바람직하게는, 0.5 센티미터 미만의 최소 치수를 갖는 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    물품이 전자 디바이스, 바람직하게는, 휴대용 전자 디바이스, LED 디바이스, 또는 배터리인 방법.
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