JPH0472379A - 蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱材に関し、更に詳しくはパラフィン類を主
成分として用いた蓄熱材に関する。

〔従来の技術〕

従来蓄熱材はその原理から物質の顕熱を利用するもの、
物質の相変化潜熱を利用するもの、物質の化学反応熱を
利用するもの等がある。現在実用的な面より物質の相変
化′ｆａ熱を利用する蓄熱材が注目を集めており、蓄熱
式空調機器、蓄軌弐建材、各種保温器具や装置等に利用
されつつある。

この相変化潜熱を利用する蓄効材の一つとしてパラフィ
ン等の打機物質を用いた所謂有機蓄執材がある。この有
機蓄熱材は使用中に過冷却、相分離等の難点が少なく、
長！ｉＪＩ寿命に優れているので従来から注目されてい
る。

元来、潜熱型蓄熱材は無機系、有機系を含め固体から液
体への相変化時に蓄弧し、液体から固体への相変化時に
放熱する。このためこれ等潜熱型蓄熱材を利用するため
には液化時に流動して漏れないような形態を保つような
配慮が要求さる。このための密閉容器や袋に収納する方
法では、充分なる強度を有する容器等を使用すればコス
トが高く実用的ではなく、また簡易的なものにすれば容
易に破損して液が漏れたり溢れたりする恐れがあり長期
間使用する点では問題が生しる。

従って容器に収納する手段に代わって（イ）多孔質物質
内に収納する、（ロ）マイクロカプセル化する等の方法
が提案され、またこれ等を組合わせた方法が使用されつ
つある。更にはまた（ハ）ポリオレフィン、通常は架橋
ポリオレフィンに収納させてカプセル中に閉し込める方
法も提案されている。

しかしながら上記各方法によってもパラフィン等の滲み
出しが完全には防止出来ずに大きな問題となっており、
その他製造上の工程が複雑でコスト高となったり、単位
体積当たりの蓄熱材の含有量が減少する等の問題が生し
る。更に上記（ロ）ノマイクロカプセル化する方法では
カプセル間に空間が生じ、この空間の存在により単位体
積当たりの蓄熱性能が低下する。

またその他の従来方法として結晶性ポリエチレン等の結
晶状ポリオレフィンに練り込む方法も知られているが、
取扱い上の難点がある。たとえば硬くて取扱いが困難で
あったり、通常の取扱い中に破損したりする。更に高温
でパラフィン等が相分離して滲み出す難点も生し、これ
を防止するためには容器を強固なものとする必要があり
実用的ではない。

一般に蓄熱材は、限られた空間に設置されることが多く
、単位体積当たりの蓄熱量が少しでも大きいことが強く
要望されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が解決しようとする１題は、従来の打機蓄熱材の
上記難点を解消することであり、更に詳しくは使用温度
域で３０ｋｃａｌ／ｋｇ以上、好ましくは３５ｋｃａｌ
／ｋｇ以上の高レベルの潜熱を有する有機質蓄熱材料で
あって、用いたパラフィン類の最高結晶転移温度（Ｔ□
９　後記するように多くの場合融点に該当する。）以上
においても熔融、滴下、相分離、液体のブリードがなく
、しかもＴ　＋ｍ　ｍ　ｘ以下（パラフィン類は、固体
状を呈する。）でも脆くなく、シート状に成形しても割
れることがなく適度な柔軟性を有する蓄熱材を開発する
ことである。

（課題を解決するための手段〕 この課題は、以外にも低結晶性のポリオレフィン系熱可
塑性プラスチックス（以下これを簡単に非品性ポリオレ
フィンという）を採用し、これにパラフィン類を配合し
た組成物を蓄熱材として使用することにより解決される
。従来提案されていた結晶性ポリオレフィンに代わって
低結晶性ポリオレフィンを使用すると、本発明蓄熱材の
使用上の最高許容温度が従来品のそれらより低い問題（
多くの場合、６０°Ｃ以下）はあるものの、その低結晶
性の故にパラフィン類との混合性が良好であり、この結
果本発明品はたとえば３０〜６０℃程度の使用温度範囲
においてパラフィン類が相分離して滲み出す難点がなく
、しかも極めて成形加工性に優れていてシート状もしく
は板状への成形が容易である。また低結晶性ポリオレフ
ィンの配合量を５〜３０重量部（パラフィン類１００重
量部に対して）程度で充分なる性能を発揮するため、本
発明品はパラフィン類の配合量が多く蓄熱量も大きい。

〔発明の作用と構成〕

本発明の蓄熱材は、原則的にはパラフィン類と低結晶性
ポリオレフィンとを主成分として成り、更に好ましくは
パラフィンｍ　１００重量部と該低結晶性ポリオレフィ
ン５〜３０重量部とを主成分として成るものであって、
３０ｋｃａｌ／ｋｇ以上、好ましくは３５ｋｃａｌ／ｋ
ｇ以上の高レベルの潜熱を有するものである。

本発明に於いて使用されるパラフィン類としては、ＪＩ
Ｓ　Ｋ　７１２Ｈプラスチツクの転移温度測定方法）に
従って測定したＴ−１１８１が使用温度、即ち室温〜８
０℃、好ましくは室温〜６０℃、さらに好ましくは室温
〜５０℃前後の温度域Ｇこある有機化合物が使用される
。但しこの場合における室温とは、本発明の蓄熱材がそ
の稼働中に遭遇する最低温度を意味する。

パラフィン類の好ましい具体例としては、各種パラフィ
ン、ロウ、ワックスをはしめ、ステアリン酸、バルミチ
ン酸等の脂肪酸やポリエチレングリコール等のアルコー
ル類を例示することが出来、これ等１種が単独で、また
は２種以上の混合物として使用される。

上記した使用温度において、パラフィン類のあるものは
唯１つの結晶転移温度を有しくこの場合はその温度がＴ
ゆ、Ｘとなる。）、またあるものは２以上の多数の結晶
転移温度を有する。２種以上のパラフィン類の混合物も
２以上の多数の結晶転移温度を有する場合が多い。それ
らの場合においては、最高の結晶転移温度がＴ　ｍ　ｘ
　ｘに該当する。

本発明で使用するパラフィン類は、必ずしも明確な融点
（全体が固体から液体に相変化する温度）を示すものに
限定しないが、多くのパラフィン類については、一般に
Ｔ　ｍ　ａ　ｘが融点に該当する。使用温度において、
２以上の多数の結晶転移温度を有するパラフィン類の場
合、それら全ての結晶転移温度を蓄熱に利用することが
出来る。

本発明に於いて使用される低結晶性ポリオレフィンとし
ては、αオレフィン、たとえばエチレン、プロピレン、
ブテン−１のコポリマー類、ハロゲン、カルボン酸また
はその誘導体を化学的に含むαオレフィンのホモポリマ
ー類やコポリマー類、あるいはカルボン酸又はその誘導
体とαオレフィンとのコポリマー類等であり、−船釣に
オレフィン含有量４０〜１００重量％、好ましくは６０
〜１００重量％、且つＸ線回折法で測定した結晶化度が
５０重量％以下、好ましくは５〜４０重量％の低結晶性
ポリオレフィンである。

たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エ
チルアクリレート共重合体、エチレンブテン共重合体、
エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリル酸
共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体、エチレン−オ
クテン共重合体、塩素化ポリエチレン等であり、月Ｓ　
Ｋ　６７６０で測定さｈル？ＩＦＲ（１９０℃）が０．
０１〜２０ｇ／１０分、好ましくは０．１〜５ｇ／１０
分のものである。これ等は、１種または２種以上で使用
されるが、なかでもＪＩＳ　Ｋ７１２１　（プラスチッ
クスの転移温度測定方法）Ｌこまって測定される最高結
晶転移温度（通常は融点に該当する）が使用したパラフ
ィン類のＴ。Ｘより少なくとも１０℃高いもの、好まし
くはＴ、□より少なとも２０℃高いものが使用される。

かかるポリオレフィン類は、その低結晶性の故に一般に
熱変形温度が高くなく従って本発明蓄熱材は使用温度に
限界はあるものの、パラフィン類との混合性が良好であ
って前記した種々の長所を有する。

一方、本発明に於いては、かかる低結晶性ポリオレフィ
ンを架橋された形態で使用することもできる。この際の
架橋方法は、従来公知の化学架橋、ソラン架橋、照射架
橋等がいずれも採用でき、たとえば、有機過酸化物によ
る化学架橋、加水分解し得るプラン系化合物、有機過酸
化物、及び必要に応してソラン系化合物の縮合触媒を加
えて、シラングラフトさせてなる水架橋性組成物を水分
によって架橋させるシラン架橋、トリアリルイソシアヌ
レート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等
の架橋助剤を加えておき、電子線等を照射させる照射架
橋等である。

架橋は、本発明の蓄熱材を比較的高温で長期間使用する
場合、たとえば床暖房装置等に使用する場合などの必要
時に採用するが、本発明の意図する成形加工性を若干な
がら損なう場合もある。この点より見れば中でも照射架
橋、フラン架橋法が幾分有利である。

本発明に於いてはパラフィン類１００重量部に対し、低
結晶性ポリオレフィンを５〜３０重量部配合する。この
際５重量部ムこ達しない場合ムこムよ形態を保つのに不
充分であって、このためパラフィン類のＴ　ｍ　１１　
Ｘ以上に於いては溶融、滴下、液体のブリードが生し易
く、また３０重量部を超えると単位体積当たりの蓄執量
が低下することとなり好ましくない。

本発明に於いては、更にこの種成分乙こ必要に応し添加
される公知の各種の添加剤を配合することができる。た
とえば、老化防止剤、酸化防止剤、着色剤、顔料、帯電
防止剤の他、用途に応して防黴剤、難燃剤、防珀剤を、
更には伝熱性向上のために金属粉、金属繊維、金属酸化
物、カーボン、カーボンファイバ′−等を使用すること
が出来る。

本発明の蓄熱材は、その形状としてはシート状をはじめ
粒状、ベレット状等各種の形状に出来るが、上記で説明
した通り特にシート状、もしくは板状が好ましい。

本発明蓄熱材は、必要成分を適当な方法、たとえばパラ
フィン類を炭化水素系有機高分子／ＮＮイン酸分に浸透
含浸する方法、パラフィン類と炭化水素系有機高分子バ
インダ成分とを機械的手段にて混合する方法等により製
造することができるが後者の機械的混合による方法が特
に好ましい。その理由は、浸透含浸する方法で製造した
蓄熱材は含浸パラフィンが徐々に移行して蓄熱材の表面
が比較的短期間内にべと付くという問題が生しる場合が
ある。これに対して炭化水素系有機高分子バインダ成分
とパラフィン類とを機械的手段にて混合して一様な組成
物とした場合、たとえ該パラフィン類の使用量が上記の
如く大量（この量はバインダ成分１００重ｒ部あたりの
パラフィン類量に換算すると、３３３〜２０００重量部
になる。）であっても、驚くべきことに、得られた組成
物は成形加工性に冨み、しかもパラフィン類の成形体表
面への移行問題が高度に改善される。尚、この際の機械
的手段にての混合とは、パラフィン類と炭化水素系有機
高分子の双方中の少なくとも１成分の溶融物に残余の成
分が少なくとも膨潤好ましくは溶解することにより、あ
るいは高温度により、混合対象となる何れの成分も外力
にて流動変形し得る状態において攪拌、混合、あるいは
混練する行為を意味する。たとえば１００〜２００℃に
保持されたパラフィン類の溶融物に炭化水素系有機高分
子を熔解し、得られる高温度の溶液を攪拌混合する態様
、混合各成分が軟化する温度、たとえば５０〜１００℃
で２本ロール、バンバリーミキサ、押出機、２軸混練押
出機等の通常の混練機を使用して混練混合する態様等が
例示される。混合の程度は、可及的に充分であることが
好ましいが、−ｉには１〜３０分程度の混合を行って目
視にて一様に混合されたと判断される程度で目的は達成
される。上記の２成分以外の成分を配合する場合は、そ
れらの成分も一緒に機械的手段にて混合するとよい。蓄
熱材が架橋される場合は、機械的手段にて混合され、必
要に応じて所望形状に成形された後に行えばよい。混合
の際、低結晶性ポリオレフィンはペレット状や粒状とし
ておいてから加えると作業性が向上する。混合時の温度
はたとえば６０〜２００℃である。

混合され溶液状となった上記組成物は、そのままで、あ
るいは若干冷却して成形される。成形は型に流し込み所
望のシート状、板状としても良くまた本発明蓄熱材はパ
ラフィン類のＴ　ｍ　ａ　Ｘ以下になると固形化するの
でブロック状にした後、切断してシート状や板状として
も良い。またフィルム、布、繊維等の上に付着、あるい
は塗布、あるいは含浸させてシート状、板状としても良
い。更にまたポリエチレン等の袋にバック詰めにして冷
却過程でシート、板状とすることも出来、一方押出機を
用いればシート状、板状に押出成型することが出来、更
に該押出機により棒状、パイプ状にも成型出来る。棒、
パイプを細断すれば粒状、ペレット状ともなる。

照射架橋蓄熱材を得るには、前記組成物を調整する際に
前記した架橋助剤を、通常０．５〜５重量部を加えてお
き蓄熱材の成形後に約２０Ｍｒａｄの電子線等を照射す
ればよい。

シラン架橋蓄熱材は、パラフィン類と低結晶性ポリオレ
フィンを主成分とする組成物に低結晶性ポリオレフィン
１００重量部に対し、ンラン系化合物０．５〜５重量部
、有ｉａ酸化物ｏ、ｏｓ　〜０．Ｓ　ｍｉ部を予め混合
しておき、押出機、２軸混練押出機等を用いて１４０℃
以上の設定温度にて、前記と同様にして押出成形し、後
に大気中に放置、あるいは温水浸漬等により水分で架橋
される。

本発明蓄熱材はその使用に際しては、原則的には従来の
この種蓄熱材の使用態様がすべて採用出来るが、特にソ
ート状の本発明Ｅ熱材を防護フィルム、たとえばポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリエステル等のフィルムで
被覆し、この上から更にアルミニウムの如き金属箔を用
いて均熱化層を設けるのが好ましい６また前記フィルム
とアルミニウム等の金属箔をはり合わせたラミネートフ
ィルムで被覆しても良い。

〔実施例〕

以下に、実施例並びに比較例を示して本発明を詳しく説
明する。

実施例１〜５、比較例１〜４ 第１表に示すＭｉ成（割合は全て重量部）について、ま
ずパラフィン類を容器中で１００〜１４０℃に昇温、溶
融しておき、表示の他成分を加え約３０〜６０分間攪拌
混合した。これを型ムこ流し込んで空冷させ、１３０　
ｍ×ｌｌｏ　ｍＸ　２　ｍ厚の板状の実施例１〜５、比
較例１〜４のＭ熱材を得た。

これらの蓄熱材につき、第１表に示す特性を以下の方法
で測定した。

最大蓄熱温度：本発明蓄熱材は、使用したパラフィン類
の示す結晶転移温度特性が反映した蓄熱特性を示す。最
大蓄熱温度とは、最も大きな蓄熱あるいは吸熱を示す温
度であって、多くの場合パラフィン類のＴ　１１）１　
Ｘまたは融点おいて、あるいはその近傍温度で現れる。

この温度をＪＩＳ　Ｋ　７１２１に準してＯＳＣ装置で
測定した。

蓄熱量＋　、ｌｒＳ　Ｋ　７１２２に準してＤＳＣ装置
により融解熱（ｋＪ／ｋｇ）を測定し、ｋｃａｌ／ｋｇ
に換算して表示した。

柔軟性：蓄熱材をｌＱｍｍ巾の短冊状に切り取り、室温
で両端を把持して９０度に曲げ、破損するかどうかを調
べて破損のないものを良とした。

形状保持性：オーブン中で、最大蓄熱温度より２〜３℃
高温で蓄熱させた状態を目視観察し、熔融せず略原形を
保っているものを良とした。不良は？容融・液化したも
のである。

滲み出し：形状保持性が良であった蓄熱材についてポリ
エチレンフィルム袋中に封入し、最大蓄熱温度よりも１
０℃高い温度に２４時間放置してパラフィン類が分離し
ているかどうかを目視観察した。はとんど異常のないも
のを良とした。不良は明らかに分離が認められるもので
ある。

加工性：１３０℃で４０分間混合した場合の混合状態を
目視により観察し、不充分な場合を不良とした。

測定結果を第１表に示すが、本発明の実施例１〜５の蓄
熱材はいずれも３５ｋｃａｌ／ｋｇ以上の蓄熱量を有し
、実用的に必要な他の特性も満足するものであった。一
方比較例はＭ２７量が不足であるか又は他の特性が不充
分であった。

実施例６ 第１表に示す組成をノリンダー温度２００℃の２軸混練
押出機に供給し、スクリュー回転数４Ｏｒｐｍで押出し
、これを実施例１〜５と同様に型に流し込んで空冷させ
、２０〜３０℃の水中に浸／貞、架橋させて１．３０　
ｍ　Ｘ　１１０　ｗｍ　Ｘ　２　ｔｓ厚の板状の蓄熱材
を得た。この蓄熱材につき、実施例１〜５と全く同し方
法で測定した特性を第１表に示すが、実施例１〜５同様
満足する特性であった。

実施例７ 実施例１の組成物を上記と同し方法で混合し、同し操作
で３００　ＮＸ　３５０　ｒｍ　Ｘ　２０ｍ厚の板状蓄
熱材とした。これを０．１ｎ厚のポリエチレンシート袋
中に封入し、さらにポリエチレン／アルミニウム／ポリ
エステル（３０μｍ　／２５μｍ　／２５μＩｌ　）の
三層アルミラミ第一トシートでヒートシールにより封入
し両面に約５ｆｌ厚の発泡断熱材を介し、これを布袋に
入れ、蓄熱式座布団を作成した。これをオーブンで加熱
、蓄熱させ、野外パーティで座布団として使用したとこ
ろ、約４時間の間、暖かく快適であった。気温は約１０
’ｃであった。向、蓄体作業は蓄熱材間に発熱ヒーター
線を介在させておけばＪｉ電で容易に蓄熱できる。この
場合のヒーター線は１００　Ｖ、３０Ｗ−５０Ｗ程度で
良い。

〔発明の効果〕

本発明の蓄弧材は、３０ｋｃａｌ／ｋｇ以上、好ましく
は３５ｋｃａｌ／ｋｇ以上の高レベルの活執を有し、し
かも使用したパラフィン類のＴ、□または融点以上にお
いても溶融、滴下、相分締、液体のブリート等がなく、
しがも融点以下でも脆くなく２．／−ト状に成形しても
割れることがなく適度な柔軟性を有する。以上により本
発明の蓄効材は、蓄熱式各種保温器具類に好適であり、
また、蓄七式建材、空調機器類、装置等に巾広く使用で
きる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）パラフィン類及び低結晶性のポリオレフィン系熱
   可塑性プラスチックスを主成分として成ることを特徴と
   する蓄熱材。
2. （２）パラフィン類１００重量部に対し低結晶性のポリ
   オレフィン系熱可塑性プラスチックスが５〜３０重量部
   である第１請求項に記載の蓄熱材。
3. （３）低結晶性のポリオレフィン系熱可塑性プラスチッ
   クスの最高結晶転移温度Ｔｍａｘがパラフィン類のＴｍ
   ａｘよりも少なくとも１０℃高い第１請求項〜第２請求
   項に記載の蓄熱材。