树脂部件、树脂部件的制造方法及蓄热体
技术领域
本发明涉及一种树脂部件、树脂部件的制造方法及蓄热体。
背景技术
以往，为了暂时储存热能并随时提取该热能，汽车、建筑物、地下商场等中的空调设备、汽车的发动机、电子零件等具备蓄热材料。
作为蓄热材料，例如可举出利用物质的相变来蓄热或放热的蓄热材料。作为这种蓄热材料，例如已知一种使用了烃化合物的蓄热材料。烃化合物通过可逆地进行相变，具有优异的蓄热性。然而，烃化合物在相变的高温侧为液体状态，而这有可能会使烃化合物渗出，因此不得不采取某种渗出防止措施。
针对这种问题，例如专利文献1中公开了一种蓄热材料，其作为抑制渗出的蓄热材料，含有苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物和石蜡系蜡。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-88517号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
蓄热材料有时例如会在被拉伸的状态下卷绕在对象物上来使用。在这种情况下，要求蓄热材料相对于拉伸力具有小的应变(即，高弹性模数)。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能够蓄热且具有高弹性模数的树脂部件及其制造方法以及使用了树脂部件的蓄热体。
用于解决技术课题的手段
本发明在一个方式中为含有乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物及脂肪酸酯的树脂部件。在该方式中，树脂部件可以进一步含有胶凝剂。在该方式中，树脂部件可以进一步含有选自由羧酸及羧酸金属盐所组成的组中的至少一种。
本发明在另一个方式中为包括加热熔融含有乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物及脂肪酸酯的组合物来成型的工序的树脂部件的制造方法。在该方式中，组合物可以进一步含有胶凝剂。在该方式中，组合物可以进一步含有选自由羧酸及羧酸金属盐所组成的组中的至少一种。在这些制造方法中，成型可以为注塑成型、压缩成型或传递成型。
在上述各方式中，烯烃的碳原子数可以为3～8。
在上述各方式中，在脂肪酸酯的熔点小于50℃的情况下，烯烃的碳原子数优选为8。
在上述各方式中，树脂部件可以进一步含有填料，该填料含有选自由金属、碳材料、无机氧化物及无机氮化物所组成的组中的至少一种。
本发明在另一个方式中为具备热源和安装在该热源上的上述树脂部件的蓄热体。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够蓄热且具有高弹性模数的树脂部件及其制造方法以及使用了树脂部件的蓄热体。
附图说明
图1是表示树脂部件的一实施方式的示意剖视图。
图2是表示实施例1的弹性模数的测定结果的图表。
图3是表示实施例3的弹性模数的测定结果的图表。
图4是表示温度变化试验的结果的图表。
图5是表示热响应的测定结果的图表。
图6是表示挥发性的评价结果的图表。
具体实施方式
以下，适当参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示树脂部件的一实施方式的示意剖视图。树脂部件1在一实施方式中含有乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物(以下，还称为“(A)成分”)及脂肪酸酯(以下，还称为“(B)成分”)。树脂部件1例如可以为片状(膜状)。
构成共聚物的烯烃(以下，还简称为“烯烃”)的碳原子数为3以上，例如为3～8。在烯烃的碳原子数为4以上的情况下，烯烃可以为直链状，也可以为分支状。作为乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物，例如可举出乙烯和丙烯(C3)的共聚物、乙烯和丁烯(C4)的共聚物、乙烯和戊烯(C5)的共聚物、乙烯和己烯(C6)的共聚物、乙烯和庚烯(C7)的共聚物、乙烯和辛烯(C8)的共聚物、乙烯和壬烯(C9)的共聚物、乙烯和癸烯(C10)的共聚物等。另外，与具体例一并记载的括号内的值表示碳原子数。其中，容易获得乙烯和碳原子数为3～8的烯烃的共聚物，因此优选使用。乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。
从进一步提高树脂部件1的弹性模数的观点考虑，以树脂部件总量基准计，(A)成分的含量优选为5质量％以上，更优选为10质量％以上，进一步优选为15质量％以上。以树脂部件总量基准计，(A)成分的含量优选为50质量％以下，更优选为40质量％以下，进一步优选为30质量％以下。
通过树脂部件1含有(A)成分，能够提高树脂部件1的弹性模数，因此也可适当地使用于树脂部件1在被拉伸的状态下卷绕在对象物的情况。并且，通过树脂部件1含有(A)成分，即使针对环境温度的变化，树脂部件1也能够维持良好的弹性模数。即，即使树脂部件1的弹性模数随着环境温度的上升而暂且下降，树脂部件1也能够维持形状而不流动，在环境温度恢复到原先的温度时，树脂部件1在拉伸模式下测出的弹性模数容易恢复到原先的弹性模数。
从在实用范围内获得蓄热效果的观点考虑，(B)成分例如在-40～70℃的范围内具有熔点。(B)成分例如可以为脂肪酸和脂肪族醇的酯。(B)成分可以为直链状，也可以为分支状。
脂肪酸的碳原子数优选为10以上，例如为10～40、10～30或10～25。脂肪族醇的碳原子数例如为1～20、1～10或1～8。脂肪族醇例如为1～3元醇，优选为一元醇。在脂肪族醇为2价以上的多元醇的情况下，脂肪酸酯可以为多元醇的羟基的一部分被酯化的偏酯，也可以为多元醇的羟基全部被酯化的全酯。
具体而言，(B)成分为甘油单肉豆寇酸酯(44～48℃)、硬脂酸甲酯(37～41℃)、硬脂酸乙酯(33～35℃)、棕榈酸丁酯(32～35℃)、棕榈酸乙酯(18～21℃)、硬脂酸丁酯(22～24℃)、肉豆蔻酸乙酯(10～13℃)、肉豆蔻酸2-乙基己酯(10℃)、月桂酸甲酯(5℃)、牛脂脂肪酸2-乙基己酯(1℃)、棕榈酸2-乙基己酯(0℃)、肉豆蔻酸异丙酯(-5℃)、月桂酸乙酯(-10℃)、油酸甲酯(-20℃)、油酸乙酯(-32℃)等。另外，与具体例一并记载的括号内的值分别表示熔点。并且，上述熔点为使用差示扫描量热仪(例如，PerkinElmer Co.,Ltd.制“8500”)以升温速度10℃/分进行了加热时得到的热分析图的熔解(吸热)峰的最大斜率的切线与基线相交点的温度。这些(B)成分可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。
与以链状饱和烃化合物或链状饱和烃化合物为主成分的石油蜡相比，即使在超出熔点的温度范围内，脂肪酸酯也趋于不易挥发，因此能够长期稳定地维持树脂部件的特性。
从蓄热作用更加优异的观点考虑，以树脂部件总量基准计，(B)成分的含量优选为40质量％以上，更优选为45质量％以上，进一步优选为50质量％以上。以树脂部件总量基准计，(B)成分的含量优选为90质量％以下，更优选为80质量％以下，进一步优选为70质量％以下。
在(B)成分的熔点小于50℃的情况下，从可优异地抑制脂肪酸酯的流动性的观点考虑，(A)成分中的烯烃的碳原子数优选为8。
除乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物及脂肪酸酯以外，树脂部件1还可以进一步含有胶凝剂(以下，还称为“(C)成分”。)。(C)成分只要为能够凝胶化(B)成分的成分，则并无特别限制。(C)成分例如可以为羧酸或羧酸金属盐。即，树脂部件1在另一实施方式中除乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物及脂肪酸酯以外，还可以进一步含有选自由羧酸及羧酸金属盐所组成的组中的至少一种。
从与脂肪酸酯具有良好的兼容性的观点考虑，(C)成分中的羧酸优选为具有链状的烃基的羧酸。羧酸的碳原子数优选为10以上，例如为10～40、10～30或10～25。羧酸可以是饱和的，也可以是不饱和的。作为羧酸，并无特别限定，例如可举出月桂酸(C12(碳原子数，下同。))、肉豆蔻酸(C14)、棕榈酸(C16)、硬脂酸(C18)、异硬脂酸(C18)、二十二碳六烯酸(C22)、二十二烷酸(C21)、十一碳烯酸(C11)、油酸(C18)、芥酸(C22)、亚油酸(C18)、花生四烯酸(C20)、亚麻酸(C18)、顺-6-十六碳烯酸(C16)、12-羟基硬脂酸(C18)等。羧酸可以单独使用一种或组合两种以上来使用。
从与脂肪酸酯及羧酸具有良好的兼容性的观点考虑，(C)成分中的构成羧酸金属盐的羧酸优选为具有链状的烃基的羧酸(链状的脂肪族羧酸)。构成羧酸金属盐的羧酸的碳原子数优选为6以上，例如为6～30、6～25或8～20。构成羧酸金属盐的羧酸可以是饱和的，也可以是不饱和的。构成羧酸金属盐的金属为能够形成羧酸和盐的金属，例如为铝。作为具体的羧酸金属盐，可举出硬脂酸铝(C18(碳原子数，下同。))、月桂酸铝(C12)、油酸铝(C18)、二十二烷酸铝(C21)、棕榈酸铝(C16)、2-乙基己酸铝(C8)等。羧酸金属盐可以单独使用一种或组合两种以上来使用。
在树脂部件1含有(C)成分的情况下，以树脂部件总量基准计，(C)成分的含量优选为3质量％以上。以树脂部件总量基准计，(C)成分的含量优选为10质量％以下，更优选为8质量％以下，进一步优选为6质量％以下。
从对树脂部件1赋予导热性且提高热响应性的观点考虑，树脂部件1可以进一步含有填料(以下，还称为“(D)成分”。)，该填料含有选自由金属、碳材料、无机氧化物及无机氮化物所组成的组中的至少一种。填料的形状可以为粉末状、颗粒状、纤维状等。若树脂部件1含有填料，则通过提高树脂部件的热响应性而使热也容易传递至树脂部件中远离热源的部分，因此能够增加可有效地蓄热的体积。
(D)成分可含有的金属可以为选自由金、银、铜及铝所组成的组中的至少一种。碳材料可以为选自由石墨、碳纤维及碳粉末所组成的组中的至少一种。石墨可以为球状石墨、膨胀石墨、鳞片状石墨、土状石墨等天然石墨，也可以为热解石墨等人造石墨。无机氧化物可以为选自由氧化铝、二氧化硅及氧化铍所组成的组中的至少一种。无机氮化物可以为选自由氮化铝及氮化硼所组成的组中的至少一种。(D)成分可以为树脂或二氧化硅被上述金属、碳材料、无机氧化物或无机氮化物包覆的树脂填料或二氧化硅填料。
在树脂部件1含有(D)成分的情况下，以树脂部件总量基准计，(D)成分的含量优选为5质量％以上，并且，优选为35质量％以下，更优选为30质量％以下，进一步优选为25质量％以下。
在(B)成分的熔点为50℃以上的情况下，从在50℃以上的温度范围内抑制流动性及维持形状的方面更加优异的观点考虑，树脂部件1优选进一步含有选自由聚乙烯(乙烯均聚物)及聚丙烯(丙烯均聚物)所组成的组中的至少一种(以下，还称为“(E)成分”。)。
以树脂部件总量基准计，(E)成分的含量可以为5质量％以上，并且可以为30质量％以下、25质量％以下或20质量％以下。
除上述(A)～(E)成分以外，树脂部件1还可以进一步含有其他成分。作为其他成分，可举出玻璃、滑石等无机成分、抑制光劣化的光吸收剂、抑制氧化劣化的抗氧化剂等。以树脂部件总量基准计，其他成分的含量例如可以为10质量％以下。
以上说明的树脂部件1例如通过以下方法而得。即，在将脂肪酸酯((B)成分)加温至熔点以上的状态下，添加乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物((A)成分)，并根据需要添加填料((D)成分)和选自由聚乙烯及聚丙烯所组成的组中的至少一种((E)成分)进行混合。在均匀地进行混合之后，可以添加羧酸及羧酸金属盐((C)成分)，并通过进一步均匀地进行混合来获得树脂部件1。
树脂部件1也可通过加热熔融含有(A)成分及(B)成分和根据需要添加的(C)～(E)成分及其他成分的组合物来成型而得。即，树脂部件1的制造方法具备加热熔融含有(A)成分及(B)成分和根据需要添加的(C)～(E)成分及其他成分的组合物来成型的工序(成型工序)。成型工序中的成型可以为注塑成型、压缩成型或传递成型。
如上所述，树脂部件1能够利用相变来蓄热或放热，因此能够适当地用作蓄热材料。即，在以上说明中，能够将“树脂部件”另称为“蓄热材料”。即，一实施方式所涉及的蓄热材料含有乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物及脂肪酸酯。
本实施方式的蓄热材料(树脂部件)能够在各种领域中使用。蓄热材料(树脂部件)例如用于汽车、建筑物、公共设施、地下商场等中的空调设备(提高空调设备的效率)、工厂等中的(管状)配管(配管的蓄热)、调温装置中的热交换设备或热泵的热交换配管(配管的蓄热)、汽车的发动机(发动机周围的保温)、电子零件(防止电子零件的升温)、内衣纤维等。蓄热材料(树脂部件)不需要外壳，单独的蓄热材料(树脂部件)也具有高弹性模数，因此能够以各种状态安装(粘贴或卷绕)在所安装的对象物(热源)上。即，本发明的一实施方式还可称为具备热源(对象物)和安装在该热源上的上述蓄热材料(树脂部件)的蓄热体。
实施例
根据实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限定于这些实施例。
在实施例、参考例及比较例中，使用以下所示的各成分制作了表1～3所示的组成的树脂部件。即，在将脂肪酸酯((B)成分)加温至熔点以上的状态下，添加乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物((A)成分)及根据需要添加的填料((D)成分)进行了混合。在均匀地进行混合之后，根据需要添加羧酸和/或羧酸金属盐((C)成分)，并通过进一步均匀地进行混合，得到树脂部件。在参考例1中，代替(B)成分，使用了以下所示的脂肪酸酯替代材料。
(乙烯和碳原子数为3以上的烯烃的共聚物)
A-1：乙烯和辛烯的共聚物(Dow Chemical Japan制、产品名称“ENGAGE8 150”)
A-2：乙烯和辛烯的共聚物(Dow Chemical Japan制、产品名称“ENGAGE8 003”)
(脂肪酸酯)
B-1：硬脂酸甲酯(熔点：37℃)
B-2：硬脂酸乙酯(熔点：33℃)
B-3：肉豆蔻酸2-乙基己酯(熔点：10℃)
(脂肪酸酯替代材料)
B-4：十六烷(熔点：18℃)
(羧酸或羧酸金属盐)
C-1：油酸
C-2：2-乙基己酸铝
C-3：12-羟基硬脂酸
(填料)
D-1：膨胀石墨粉(Dainen Trading Co.,Ltd.、平均粒径175～250μm)
(弹性模数的测定)
关于实施例、参考例及比较例的树脂部件，将20mm×5mm×1mm的大小的树脂部件用作样本，通过动态粘弹性测定试验机(DVA-220、IT测量控制株式会社)，在树脂部件的熔点±15～30℃的温度范围内对弹性模数进行了测定。作为温度条件，在从温度T1以升温速度10℃/分升温至温度T2，以使从小于树脂部件的熔点的温度成为熔点以上的温度之后，以降温速度10℃/分降温至温度T1附近的温度T3。然后，对T1、T2及T3的温度下的弹性模数进行了测定。测定在拉伸振动模式下以10Hz、设定应变0.08％的条件实施。将温度为T1时的弹性模数设为E1，将温度为T2时的弹性模数设为E2，将温度为T3时的弹性模数设为E3，并将各弹性模数示于表1～3。
(熔点及熔解热的测定)
关于得到的树脂部件，通过差热分析(DSC)，根据升温速度10℃/分的升温过程中的熔解峰值温度求出熔点，并根据各自的面积计算出熔解热(J/g)。将测定结果示于表1～3。另外，熔解热越大表示蓄热容量越大。
如表1～3所示，实施例1～12的树脂部件具有足够高的弹性模数(例如，树脂部件的熔点以上的温度下的拉伸模式的弹性模数E2为1.00×102Pa以上)，以用作蓄热材料。并且，使实施例1～12的树脂部件在包括共聚物的熔点的温度范围内升温及降温的结果，升温至熔点以上之后的弹性模数趋于返回(恢复)到升温至熔点以上之前的弹性模数。另外，可以说在E3/E1≥0.05时，E3的弹性模数趋于返回到E1的弹性模数。因此，确认到实施例1～12的树脂部件能够重复升温及降温过程。另一方面，比较例1及2的树脂部件未能计算出熔解热，不具有蓄热作用。比较例3～5的树脂部件在熔点以上成为液态，未能测定弹性模数。即，认为实施例1～12的树脂部件能够用作即使不容纳于由金属、树脂等构成的某种壳体内也能够使用的蓄热材料。另外，作为弹性模数的测定结果的例子，将实施例1、3的测定结果示于图2及图3。
(形状保持评价)
将20mm×50mm×1mm的大小的树脂部件用作样本，放置在SUS托盘上，并在60℃的恒温槽中放置24小时，观察了形状变化。将未观察到形状变化的视为A，将样本的角部略带圆形的视为B，样本的边带有圆形或形状发生流动的视为C。将评价结果示于表1～3。
[表1]
[表2]
[表3]
(温度变化试验)
对制成150×150mm×3mm的大小的实施例1及比较例1所涉及的树脂部件进行了温度变化试验。在3.2mm厚玻璃及900μm厚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的层叠体(大小：200×200mm)上的聚合物侧的面上搭载树脂部件，并设置在试验槽(PG-2J、ESPEC Corp.制)中。将设定温度设在70℃及15℃之间，对以30分钟/周期改变了温度时的层叠体的温度变化进行了测定。在进行测定时，作为空白，对未搭载树脂部件的层叠体也以相同方式测定了温度变化。将结果示于图4。与空白及比较例1相比，实施例1的搭载有树脂部件的层叠体在重复升温及降温时的温度变化较小。因此，发现实施例1的树脂部件作为具有蓄热作用的树脂部件是有用的。
(热响应的测定)
对使用实施例5及6所涉及的树脂部件来包覆配管时的热响应进行了测定。准备了用厚度17.5mm的树脂部件包覆了直径6mm的铜管的周围的样本。在将该样本在100℃的恒温槽中放置45分钟之后，将恒温循环水管连接于铜管，并以1.2L/分流通了5℃的冷水。对此时的位于距铜管中心15mm的位置的树脂部件的降温变化进行了测定。将结果示于图5(a)。
并且，在将相同的样本在室温约25℃下充分放置而待温度稳定之后，将恒温循环水管连接于铜管，并以1.2L/分流通了70℃的温水。对此时的位于距铜管中心15mm的位置的树脂部件的升温变化进行了测定。将结果示于图5(b)。
而且，对实施例5及实施例6的树脂部件求出导热率的结果，实施例5所涉及的树脂部件的导热率为约0.36W/mK，实施例6所涉及的树脂部件的导热率为约1.11W/mK。根据这些结果发现，通过使树脂部件含有膨胀石墨，可进一步提高导热性，即使在远离铜管的点处，也能够在短时间内显现出蓄热作用。即，关于实施例5及实施例6的树脂部件，确认到作为蓄热材料的更大的有用性。
(挥发性的评价)
对实施例1、7～10及参考例1的树脂部件的挥发性进行了评价。将50mm×10mm×1mm的大小的树脂部件投入到60℃的恒温槽中，并对质量变化进行了测定。将结果示于图6。发现与不含脂肪酸酯的参考例1的树脂部件相比，含有脂肪酸酯的实施例1、7～10的树脂部件趋于不易挥发。另外，从挥发量考虑，认为参考例1中的挥发成分为十六烷(B-4成分)。并且，发现实施例1、7～10的树脂部件能够长期稳定地维持特性。例如，实施例1的试验前的熔解热为142J/g，但在60℃下经过240小时后的熔解热为141J/g，发现即使在进行挥发性评价之后，也维持作为树脂部件的特性。
如上所述，发现本发明的树脂部件(蓄热材料)能够通过注塑成型、压缩成型、传递成型等通常使用的成型方法来成型成任意形状，且在各种温度下均具有高弹性模数，因此具有能够在无需壳体的情况下用作能够抑制温度变化的树脂部件(蓄热材料)的效果。
符号说明
1-树脂部件。
