微胶囊蓄热材料、其制造方法和其使用_3

文档序号:9221157阅读:来源:国知局
40)、丙稀 酸甲醋(e值=0. 60)、甲基乙烯基酮(e值=0. 68)、丙稀腈(e值=1. 20)、甲基丙稀腈(e 值=1. 00)、丙稀酰胺(e值=1. 30)、马来酸酐(e值=2. 25)、双氰亚乙稀(e值=2. 58)等 中选择,作为具有供电子性取代基的乙烯基单体化合物,从α -甲基苯乙烯(e值=-1. 27)、 苯乙稀(e值=-0. 80)、异戊二稀(e值=-0. 55)、醋酸乙稀醋(e值=-0. 88)、异丁稀(e值 =-1. 20)中选择(出处:大津隆行著《高分子合成ω化学(高分子合成的化学)》和高分子 学会编《基礎高分子科学(基础高分子科学)》以及包括基于这些文献的推测值)。另外, 这其中还包括后述的含有多个乙烯基的多官能性丙烯酸酯系单体。
[0074] 上述组合中,在考虑e值的差异大小的基础上、还考虑作为乙烯基单体化合物的 反应性和交替共聚反应性时,特别优选的组合是使用丙烯腈系单体与苯乙烯系单体的组 合。
[0075] 丙烯腈系单体是指具有通式(1)所示的结构的化合物,可使用其中的两种以上。 作为优选的具体例,从与苯乙烯系单体、和具有多个乙烯基的多官能性丙烯酸酯系单体的 反应性的观点出发,可举出丙烯腈、甲基丙烯腈、α-乙基丙烯腈、α-异丙基丙烯腈,更 优选的是丙烯腈或甲基丙烯腈,如果考虑到操作的安全性,则更优选的是常压下的沸点为 90°C的高于丙烯腈的77°C的甲基丙烯腈。
[0076]
[0077] 式中,Rl是氢原子或任意的取代基。优选的是氢原子、或碳数为1~3的烷基。
[0078] 作为苯乙烯系单体,是通式(2)所示的化合物,也可使用其中的两种以上。作为优 选的具体例,从与丙烯腈系单体、和具有多个乙烯基的多官能性丙烯酸酯系单体的反应性 的观点出发,可举出苯乙烯、邻、间或对甲基苯乙烯、α -甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对叔 丁基苯乙烯、对苯基苯乙烯、邻、间或对氯苯乙烯、邻、间或对乙基苯乙烯等单官能性苯乙烯 系单体、二乙烯基苯、二乙烯基萘等多官能性苯乙烯系单体。更优选的是,单官能性苯乙烯 系单体为苯乙烯,多官能性苯乙烯系单体为二乙烯基苯。
[0079]
[0080] 式中,R2、R3(n是1~5的任意的整数)分别独立地为氢原子或任意的取代基。优 选的是氢原子、碳数为1~3的烷基、乙烯基,R3可不同。
[0081] 本发明中,以进一步的机械强度、耐热性、进而潜热蓄热物质的防泄漏为目的,使 微胶囊中含有包含2个以上乙烯基的化合物(具有多个乙烯基的交联剂)来进行聚合反 应。包含2个以上乙烯基的化合物并无限制,例如可使用在橡胶加工领域中作为有机过氧 化物交联剂而公知的化合物。
[0082] 例如为含有多个乙烯基的多官能性丙烯酸酯系单体。它们是乙二醇等二醇、丙三 醇等三醇、季戊四醇等多元醇与丙烯酸或甲基丙烯酸反应而得的酯系化合物,优选的是例 如乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、二乙二醇二甲基丙烯酸酯(DEGDMA)、三乙二醇二甲基 丙烯酸酯(TEGDM)。这些酯系化合物可使用两种以上。
[0083] 其中,从与丙烯腈系单体、苯乙烯系单体的反应性的观点出发,优选的是下述式 (3)所示的包含多个乙烯基的甲基丙烯酸酯系单体、下述式(4)所示的包含多个乙烯基的 甲基丙烯酸酯系单体、例如二羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯(DMPDMA)、三羟甲基丙烷三甲基 丙烯酸酯(TMPT)。
[0084] 优选使用上述多官能性丙烯酸酯系单体的理由虽不清楚,但发明人们推测是因为 这些化合物中的参与交联反应的双键的e值与通常构成壳材料的具有吸电子基团的乙烯 基单体同样为负,可均匀地配置在构成壳材料的具有供电子基团的乙烯基单体中。
[0085]
[0086]
[0087]另外,㈧丙烯腈系单体与⑶苯乙烯系单体处于各自是具有吸电子基团的乙烯 基单体与具有供电子基团的乙烯基单体的关系,吸电子基团与供电子基团相互间吸引而形 成荷移络合物、可进行交替共聚。本发明的构成壳体的聚合物中,非极性基团和极性基团局 部存在(不均匀存在)的概率小。结果是,可进行壳材料化学结构的疏水性与亲水性的均 质化,从微胶囊的形状的方面来看,可获得球状、拟球状或扁平状形状,从芯材料的渗透或 泄露的方面来看,可以抑制局部的渗透或泄露。。
[0088] 具体而言,如果用e值表示两者的关系,则例如为丙烯腈(e值=I. 20)、甲基丙烯 腈(e值=1. 00)、α -甲基苯乙稀(e值=-1. 27)、苯乙稀(e值=-0. 80)(出处:大津隆行 著《高分子合成Φ化学(高分子合成的化学)》和高分子学会编《基礎高分子科学(基础高 分子科学)》以及包括基于这些文献的推测值),丙烯腈与苯乙烯的差为2. 00,甲基丙烯腈 与苯乙烯的差为1. 80,认为容易形成荷移络合物,因此优选。
[0089] 本发明的微胶囊蓄热材料的壳材料采用由(A)丙烯腈系单体、(B)苯乙烯系单体、 (C)包含多个乙烯基的(甲基)丙烯酸酯系单体总共为100质量%而得到的交联性共聚物, 且使
[0090] ⑷的质量%彡8
[0091] (A)的质量%彡(B)的质量%
[0092] (C)的质量% 彡 25,
[0093] 从而利用规定的测定方法获得的挥发性有机化合物(VOC :100°C X2小时下的挥 发性物质)的值减少,为7. Omg/g以下,通过这样的组合,可获得5. Omg/g以下的微胶囊蓄 热材料。这些微胶囊蓄热材料使用于住宅建材中时,有机化合物的发散少,安全性极高。其 理由虽不明确,但本发明人们从防止芯材料的正链烷烃的泄露的观点出发,认为原因在于: 含有8质量%以上的极性大不同(亲水性高)的丙烯腈系单体,和含有25质量%以上的含 有负责交联反应的多个乙烯基的(甲基)丙烯酸酯系单体。而且,从微观表面形状的观点出 发,认为通过含有8质量%以上的丙烯酸系单体,与水相接触的壳体表面层的亲水性提高, 形成了平滑的表面。
[0094] 另外,通过设为(A)的质量25,能使加热减量达到3. 0%以下。这些微胶囊蓄 热材料用于住宅建材中时,蓄热材料等的泄露少,安全性极高。其理由并不明确,但本发明 人们从防止芯材料的正链烷烃的泄露的观点出发,认为与包含25质量%以上的极性大不 相同的丙烯腈系单体有关。
[0095] 而且,如果本发明的微胶囊蓄热材料的壳材料采用由(A)丙烯腈系单体5~45质 量%⑶苯乙烯系单体20~80质量%、(C)包含多个乙烯基的(甲基)丙烯酸酯系单体 10~65质量%、且(A)、(B)、和(C)成分总共为100质量%而得到的交联性共聚物,则可获 得在200~500°C的升温过程中在TG-DTA特性曲线上显示吸热峰的微胶囊蓄热材料。
[0096] 如果将本发明的构成由丙烯腈系单体⑷、苯乙烯系单体⑶、具有多个乙烯基的 多官能性(甲基)丙烯酸酯系单体(C)构成的壳体的微胶囊的内区域的组成的概要用三成 分系组成图来表示,则成为图1中的阴影区域。另外,图1中的黑底白数字对应于后述的实 施例的编号,带圈数字对应于后述的比较例的编号。该区域内可获得优良特性的理由虽不 明确,但本发明人们推测原因在于,丙烯腈系(单独)聚合物所具有的热解时的吸热机制、 由丙烯腈系单体与苯乙烯系单体形成的交替共聚物结构、具有多个乙烯基的(甲基)丙烯 酸酯系单体所决定的交联密度等的相互作用或各单体类的协同作用。
[0097] 这样,本发明的微胶囊的吸热行为基本上依赖于构成壳体的乙烯基单体类的组 成,因此,关于作为芯材料的正链烷烃系蓄热材料与作为壳材料的乙烯基单体类的质量比 (两者总共为100质量% ),为了获得本发明的效果,优选的是壳材料为20质量%~80质 量% (芯材料为80质量%~20质量% ),更优选的是壳材料为40质量%~60质量% (芯 材料为60质量%~40质量% ),尤其优选的是壳材料为60质量%~80质量% (芯材料为 40质量%~20质量% )。如果壳材料小于20质量%、芯材料超过80质量%,则有时不易 表现出微胶囊的吸热行为,如果芯材料小于20质量%、壳材料超过80质量%,则有时不易 发挥作为蓄热材料的功能(参照图1)。
[0098] 本发明的壳材料中使用的交联性共聚物的特征在于,在TG-DTA测定中,除了观察 到因聚合物熔解产生的放热峰之外,在200°C~500°C之间观察到推测为因丙烯腈系(单 独)聚合物的热解产生的吸热峰,并且该吸热峰的总和大于放热峰的总和。其绝对值会根 据组成而不同,但为1~8KJ/kg左右。
[0099] 本发明的供至聚合反应的聚合引发剂并无特别限定,作为用于进行自由基聚合的 自由基聚合引发剂,可以使用通常的过氧化物和偶氮化合物。
[0100] 作为优选的自由基引发剂,可举出过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔戊酯、二 月桂酰过氧化物、过氧化_2_乙基己酸叔戊醋、2, 2 ' -偶氣双-(2, 4-二甲基戊腈)、2, 2 ' -偶 氮双-(2-甲基丁腈)、过氧化二苯甲酰、过-2-乙基己酸叔丁酯、二叔丁基过氧化物、叔丁基 过氧化氢、2, 5-二甲基-2, 5-二-(叔丁基过氧)己烧和异丙苯过氧化氢。
[0101] 更优选的自由基聚合引发剂为二_(3, 5, 5-三甲基己酰基)-过氧化物、4, 4' -偶 氮双异丁腈、过氧化特戊酸叔丁酯、二甲基-2, 2-偶氮双异丁酸酯及1,1,3, 3,-四甲基丁基 过氧-2-乙基己酸酯。这些物质在温度范围30~100°C下具有半衰期10小时。
[0102] 本发明的供至聚合反应的链转移剂并无特别限定,优选地可举出(1)硫醇(例如 辛基硫醇、正-或叔-十二烷基硫醇)、硫代水杨酸、巯基乙酸和巯基乙醇等硫醇类,(2)卤 化化合物和(3) α -甲基苯乙烯二聚物。其中更优选硫醇类。
[0103] 本发明中,以含有所述不含乙烯基的潜热蓄热物质和乙烯基单体的0/W型乳化液 为原料进行聚合反应。0/W型乳化液是指油相(不含乙烯基的有机化合物和乙烯基单体) 为分散相、含有分散剂的水相为连续相的乳化液。本发明以该0/W型乳化液为原料进行聚 合反应。聚合反应所需的引发剂等可以在形成0/W型乳化液时共存,也可在形成0/W型乳 化液之后在聚合反应开始前进行添加。
[0104] 本发明的供至聚合反应的0/W型分散液中的分散稳定剂并无特别限定,优选地可 举出部分皂化聚醋酸乙烯酯、纤维素衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮等。其中,更优选部分皂化 聚醋酸乙烯酯。
[0105] 本发明中,可使用公知的悬浮聚合装置,但优选的是通过使0/W型分散液在聚合 反应开始前、连续地依次通过沿着流路设置且保持一定间隔配置而成的多个网状体的工序 来进行乳化处理。通过将该0/W型分散液用于聚合反应,可获得形状整齐、均匀性高
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