NL1025910C2 - Polymeersamenstelling met warmteaccumulerende fasevergangsmaterialen, een werkwijze voor het bereiden daarvan, producten en voorbrengselen die deze samenstelling bevatten en toepassing daarvan. - Google Patents

Description

«

Korte aanduiding: Polymeersamenstelling met warmteaccumulerende faseovergang»· materialen, een werkwijze voor het bereiden daarvan, producten en voortbrengselen die deze samenstelling bevatten en toepassing daarvan.

Faseovergangsmaterialen die de eigenschap bezitten onder opname van warmte vanuit de vaste fase of semi-vaste fase over te gaan in de vloeibare fase,en omgekeerd, zijn algemeen bekend. Ze worden afhankelijk van de overgangstemperatuur, ook wel warmte respectievelijk koude accumulerende materialen genoemd.

5 De uitvinding heeft betrekking op een polymeersamenstelling met een polymeermatrix waarin faseovergangsmaterialen aanwezig zijn. Een dergelijke samenstelling is bekend uit US-2003088019. Een polymeersamenstelling met cellen waarin warmte accumulerende faseovergangsmaterialen aanwezig zijn, is bekend uit EP-56591, JP-2001302841 en JP-62151488.

10 De nadelen van deze samenstelling zijn dat bij overgang naar de vloeibare fase het far seovergangsmateriaal uit dé open cellen van het schuim gaat lopen, waardoor de warmteaccumulerende werking van de polymeersamenstelling afneemt en dat daarbij het agressieve en milieuonvriendelijke faseovergangsmateriaal vrijkomt

Bekend zijn gels van polyaciylaat die warmteaccumulatiematerialen bevatten. Deze gels zijn 1S echter onpraktisch: zij zijn immers niet vormvast en voor alle praktische toepassingen dient de gel in een permanent en zeker afdichtende omhulling verpakt te worden.

De uitvinding beoogt de bovengenoemde bezwaren te ondervangen door in het bijzonder een polymeersamenstelling van de hierboven aangegeven soort te verschaffen die vormvast is en zonder nadere, afdichtende omhulling kan worden toegepast zonder nadelige 20 gevolgen op de omgeving ervan. De uitvinding verschaft hiertoe een polymeersamenstelling die zich onderscheidt van het bovengenoemde bekende doordat de faseovergangsmaterialen via een fase waarin zij waren opgenomen in een gel zijn opgesloten in gesloten cellen die zijn verbonden aan een vaste polymeermatrix.

De samenstelling zelf is reeds een eindproduct dat eenvoudig kan worden opgewarmd 25 zonder dat de structuur en de samenstelling hiervan verandert en de bij verwarming gevormde smeltvorm van de faseovergangsmaterialen uit de samenstelling uitloopt Bovendien kan de samenstelling op eenvoudige wijze door mechanisch bewerken in elk gewenste vorm worden gebracht De faseovergangsmaterialen zitten direct of indirect vast aan de polymeermatrix. Dit 1025910

V

-2- kan veroorzaakt zijn doordat de overgangsmaterialen fysisch of chemisch gebonden zijn aan de matrix en/of fysisch of chemisch gebonden zijn aan de gel, die op zijn beurt verbonden is aan de matrix. Door het insluiten van de faseovergangsmaterialen in de cellen wordt bereikt dat de overgang van de vloeibare naar de kristalvorm geschiedt zonder ongecontroleerde 5 ' kristalgroei, zodat wordt voorkomen dat zich plaatselijk grote kristallen vormen. Hierdoor wordt ook de warmteafgifte gelijkmatiger. De polymeersamenstelling is in het gebruik zeer praktisch.

De polymeersamenstelling kan namelijk dankzij haar vaste vorm direct worden gebruikt. Daarbij is er geen verpakking of houder nodig om de samenstelling bij elkaar te 10 houden. De samenstelling kan direct via een conventionele oven via convectie- of stralingswarmte, een magnetron of indien opgesloten in een waterdichte verpakking in heet water worden verwarmd.

Voorkeursuitvoeringen van de polymeersamenstelling zijn beschreven in de conclusies 4 tot en met 11.

IS De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het bereiden van de bo vengenoemde polymeersamenstelling, waarbij men de gel volgens de gebruikelijke methode bereidt door een mengsel van monomeren en faseovergangsmaterialen te polymeriseren tot een gel, de faseovergangsmaterialen laat uitkristalliseren, en vervolgens het verkregen mengsel van gel met kristallen te mengen met monomeren of prepolymeren zoals gebruikelijk voor het vor-20 men van een polymeermatrix.

De eerste stap is een polymerisatiestap voor het bereiden van een gel, waarbij op gebruikelijke wijze de faseovergangsmaterialen worden vermengd met bijvoorbeeld een oplossing of mengsel van acrylaatmonomeren met desgewenst acrylaatpolymeren. Dit is op zich bekend uit de Japanse octrooiaanvrage JP-07003187 danwel uit het Europees 25 octrooischrift EP-693542. Belangrijk is dat de in de gel aanwezige faseovergangsmaterialen daarna worden uitgekristalliseerd. Dat kan bijvoorbeeld door de verkregen gel te laten af koelen of door een entkristal toe te voegen. De tweede reactiestap is het bereiden van een polymeermatrix, die vermengd wordt met de hiervoor genoemde gel met de kristallen. Deze tweede stap verloopt op de gebruikelijke wijze door de benodigde monomeren of 30 prepolymeren die nodig zijn om de polymeermatrix te maken, met elkaar te laten reageren. Zo kan bijvoorbeeld eerst polyol aan de reeds gevormde gel worden toegevoegd en vervolgens een mengsel van isocyanaten, waarna direct een polymeersamenstelling met polyurethaan als de polymeermatrix begint te vormen.

1025910 \ -3-

Bij voorkeur worden de faseovergangsmaterialen in gesmolten toestand vermengd met het mengsel van acrylaatmonomeren. Hierdoor wordt er minder water gebruikt dat nodig is voor de gel. Door een oplossing van faseovergangsmaterialen te gebruiken, worden er namelijk hydraten van zouten met een hoger gehalte aan kristalwater gevormd dan wanneer faseover-S gangsmaterialen in gesmolten toestand worden gebruikt Omdat deze hydraten een lager smeltpunt hebben dan de overeenkomstige hydraten met een lager gehalte aan kristalwater zijn ze niet gewenst

Voorkeursuitvoeringen van de werkwijze zijn verder onderwerp van de conclusies 13· 14.

10 Daar de polymeersamenstelling volgens de uitvinding op zich stabiel, compact, flexibel en zacht is, kan deze eenvoudig worden verwerkt tot een product met iedere willekeurige vorm.Een bijzondere onder de uitvinding vallende vorm van product is echter een granulaat, dat door zijn fijne verdeling in allerlei verpakkingsmaterialen of houders kan worden toegepast 1S De gevraagde uitsluitende rechten omvatten voorts het verkregen product als zodanig en voortbrengselen die voorzien zijn van de onderhavige polymeersamenstelling, alsmede de polymeersamenstelling die verkregen is volgens de onderhavige bereidingswijze. De voortbrengselen kunnen bijvoorbeeld zijn: kruiken, platen voor het warm houden van voedsel, knuffelberen, isolatoren of verwarmingsinrichtingen voor motoren, industriële installaties, thermo-20 pakken voor medische doeleinden, schoenzolen, handschoenen, ontdooimiddelen, verwarmingen, in het bijzonder vloerverwarming, en isolatiematerialen. Het toepassingsgebied van de onderhavige producten is derhalve vrijwel onbepakt

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het gebruiken of toepassen van de onderhavige polymeersamenstelling of product, zoals het opwannen, het isoleren, het 25 afkoelen met behulp van bovengenoemde voorwerpen of producten.

De uitvinding zal aan de hand van het navolgende maar niet beperkende voorbeeld nader worden toegelicht

De hieronder staande tabel en de grafieken geven de fysische eigenschappen weer van een polymeersamenstelling waarvan de polymeermatrix een polyurethaanschuim is waaraan 30 natriumacetaat trihydraat, opgenomen in een acrylaatgel, verbonden is.

1025910 \ -4-

Fysischs eigenschappen gemeten volgens onderstaande meetmethode^ ‘ --- " i ii

Verschijningsvorm Vast Granulaat 2-3 mm

Dichtheid 800 kg/m* 800 kg/m*, bulkdichtheid 480 kg/m*

Kleur Rood Rood

Warmtecapaclteit* 4445 J/kg.K 3556 J/kg.K

Thermische geleidbaarheid 0.13W/m.K 0.09 WAn.K

R-waarde by L* 0.1 m 0.8 m*.K/W 1.1 m’.K/W

* Gemiddelde waarde bij een temperatuur van 20*C tot 80*C

I: polyurethaanmatrix met natriumacetaat trihydraat in acrylgel volgens de uitvinding in vaste vorm; Π; polyurethaanmatrix met natriumacetaat trihydraat in aciylgel volgens de uitvinding als 5 granulaat

Het te meten monster is in de afgebeeldé sensor geplaats waarbij in een geïsoleerde ruimte de warmte opname van het monster wordt gemeten plus de warmte afname van de sensor. De sensor heeft een begintemperatuur van 80°C en is uit aluminium gemaakt met een 10 warmtecapaciteit van 910 J/kg.K en heeft een massa van 2,553 kg.

Hierbij wordt gebruikt gemaakt van de volgende formules.

Qopgenomen = Qafgestaar?

Qsensor » Qmonster m x c x AT = (m x c x AT) 1 2^ C monster — (tlfl sensor X C sensor X Af sensor ))x ~7-- \ (ffl mesuur X ATsstmstsr ) 30 Zie tekening hieronder voor de aluminium sensor.

_bUD_ noterlool Alunlntun 1 stuks 1025910 -5-

Grafiek betreffende warmtecapaciteit en opname van energie in de vorm van warmte van 0,1 kg polyurethaanmatrix met natriumacetaat trihydraat in acrylgel volgens de uitvinding in vaste vorm 30000 ------ 25000-------* 20000------- Q(J)15000------- 10000------ 5000--Λ·»*»---:=::^- 20 30 40 50 60 70 60 T(*C) 5 -□— : warmteopname Q bij een gemiddelde warmtecapaciteit van 4445J/kg.K [J] * : Q met temperatuur afhankelijke warmtecapaciteit [J] -------------- : warmtecapaciteit C [J/K] in relatie met temperatuur 1025910 -6-

Grafiek van de warmteafgifte in de tijd van 0,1 kg vaste polyurethaanmatrix met natriumacetaat trihydraat in aciylgel volgens de uitvinding. Vergelijk dit met de eigenschappen van water, een vloeistof met een warmtecapaciteit van 4180 dat in een vergelijkbare test in 180 seconden alle energie heeft afgegeven. Juist deze eigenschap van het zeer langzaam afgeven 5 van warmte maakt de polymeersamenstelling, polyurethaanmatrix met natriumacetaat trihydraat in acrylgel, bijzonder. Eenvoudig gezegd de polymeersamenstelling blijft lang warm, dus deze warmte kan men dan ook lang gebruiken, omdat deze niet snel zal wegvloeien.

30000 .... , .............11.1 I ................ . . . — . -- 26000 ------ 20000 ....... 1 ...... ..............

Q (J) «000---—^ ---- «000----S.----- 0000-----—51 Χζ—---- o —----- - 0 «00 2000 0000 4000 «000 1000 *(·)

Hieronder wordt in een voorbeeld van een bereidingswijze van een polymeersamen-10 stelling waarvan de polymeermatrix een polyurethaanschuim is waaraan natriumacetaat trihydraat, opgenomen in een acrylaatgel, verbonden is.

Thermoschuim vanuit thermogel.

Procédé: □ Thermogel maken volgens onderstaand receptuur; A tilde: • 25 gram concentraat Novi-Acrylgel (55).

*1,7 gram triethanolamine toevoegen • 30 gram glycerol toevoegen.

• 18,3 gram water toevoegen.

• Roeren • 150gram gesmolten (circa 70*0 natriumacetaat 3 aq. Toevoegen .

B rijde: • 3 gram ammoniumpersulfaat.

• Aanvullen met water tot een totaalgewicht van 75 gram.

• A zijde en B zijde mengen thermogel wordt gevormd, deze laten afkoelen.

• Voeg 1,5 gram Tego Oispers 750W toe.

• Voeg 50 gram Desmophen 550u toe.

• Voeg 1 gram Dabco· T-12N toe.

• Voeg 3 gram pentaan toe.

• Meng 100 gram PPG prepolymeer met TDI eindgroepen (HCO-6») met 100 gram Desmodur VL50.

• Voeg de isocyanaat blend aan de gemende gel toe.

• Laat het product schuimen tot bet thermoschuim is gevormd.

1025910

Claims (19)

1. 2. Polymeersamenstellmg volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de faseovergangsmaterialen geschikt zijn voor het accumuleren van warmte of koude.
2. 3. Polymeersamenstellmg volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de verbinding, direct of indirect fysisch, is gerealiseerd.
3. 4. Polymeersamenstellmg volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de verbinding, 10 direct of indirect, chemisch is gerealiseerd.
4. 5. Polymeersamenstellmg volgens een der conclusie 1 t/m 4 met het kenmerk, dat de faseovergangsmaterialen hydraten van organische zouten zijn.
5. 6. Polymeersamenstellmg volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat het zout natriumacetaat trihydraat is.
6. 7. Polymeersamenstellmg volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de polymeermatrix een aantal onderling verschillende faseovergangsmaterialen bevat.
7. 8. Polymeersamenstellmg volgens een van de vorige conclusies met het kenmerk, dat de polymeermatrix aanwezig is in het schuim van een polymeer zoals polyurethaan, poly- 20 styreen polyvinylchloride, polyethyleen of rubber.
8. 9. Polymeersamenstellmg volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de gel een polyacrylaat is.
9. 10. Polymeersamenstellmg volgens conclusie 8 of 9 met het kenmerk, dat de polymeermatrix aanwezig is in een polyurethaanschuim waaraan natriumacetaat 25 trihydraat, opgenomen in een acrylaatgel, gebonden is. II. Polymeersamenstellmg volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de polymeersamenstellmg tevens additieven zoals een stabilisator, een kleurstof of een geurstof bevat
10. 12. Werkwijze voor het bereiden van een polymeersamenstelling genoemd in een of meer 30 der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat men de gel volgens de gebruikelijke methode bereidt door een mengsel van monomeren en faseovergangsmaterialen te po- 1025910 -8- lymeriseren tot een gel, de faseovergangsmaterialen laat uitkristalliseren, en vervolgens het verkregen mengsel van gel met kristallen te mengen met monomeren of prepolyme-ren zoals gebruikelijk voor het vormen van een polymeermatrix.
11. 13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat men de faseovergangsmateria- 5 len in gesmolten toestand mengt met de monomeren.
12. 14. Werkwijze volgens de conclusies 12 of 13 met het kenmerk, dat men bij de gelvorming en de polymeermatrixvorming hulpstoffen zoals een katalysator, een initiator, een oppervlakteactieve stof, een verharder, een accelerator, een entkristal, een blaasmiddel en/of water, en/of additieven zoals een kleurstof of een geurstof toevoegt.
13. 10 IS. Warmte of koude accumulerend product bevattende een polymeersamenstelling volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 11.
14. 16. Warmte of koude accumulerend product bevattende een polymeersamenstelling verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een van de conclusies 12 t/m 14.
15. 17. Product volgens de conclusie 15 of 16 met het kenmerk, dat het product een granulaat IS is.
16. 18. Voortbrengsel voorzien van de polymeersamenstelling volgens een van de conclusies 1 t/m 11.
17. 19. Voortbrengsel voorzien van de polymeersamenstelling die verkregen is door de werkwijze volgens een van de conclusies 12 t/m 14.
18. 20. Voortbrengsel voorzien van het product volgens een van de conclusie IS t/m 17.
19. 21. Werkwijze voor het accumuleren van warmte of koude daarin bestaande dat men daarbij het product of voortbrengsel volgens een van de conclusies 15 t/m 20 toepast 1025910