JP5141156B2 - Method of dispersing microencapsulated phase change material in fluorine-based solvent, dispersion, and coolant for fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質のパーフルオロカーボン溶媒への分散方法、該分散液、及び燃料電池スタック用冷却液に関する。より詳しくは、通常はフッ素系溶媒に高分散しにくいマイクロカプセル化相変化物質のパーフルオロカーボン溶媒への分散方法、該方法によって分散された分散液、及び燃料電池スタック用冷却液に関する。特に、燃料電池などの運転温度付近での熱・冷却媒体として、高絶縁性と十分な冷却性能を有する優れた燃料電池スタック用冷却液に関する。 The present invention relates to a method for dispersing a microencapsulated water-soluble phase change material in a perfluorocarbon solvent, the dispersion, and a coolant for a fuel cell stack. More specifically, the present invention relates to a method of dispersing a microencapsulated phase change material, which is normally difficult to highly disperse in a fluorinated solvent, into a perfluorocarbon solvent, a dispersion dispersed by the method, and a fuel cell stack coolant. In particular, the present invention relates to an excellent fuel cell stack coolant having high insulation and sufficient cooling performance as a heat / cooling medium in the vicinity of the operating temperature of a fuel cell or the like.
固体高分子型燃料電池のスタックは複数の単電池の積層構造体であり、数層の単電池から構成されるサブスタック毎にスタック(単電池)を冷却するための冷却板が介装されている。冷却板内部には冷却液通路が形成されており、その冷却液通路を冷却液が流れることによってスタックが冷却される。このように、燃料電池の冷却液は、発電を実行しているスタック内、すなわちサブスタック間を循環するため、スタック外部への漏電および冷却液の抵抗に起因する発電効率の低下(エネルギーロスの軽減)を防止するために高い絶縁性能が要求される。これら絶縁性能の確保、冷却効率の確保等の要求を満たすため、従来技術では純水が冷却液として用いられてきた。これら要求の他に、燃料電池スタック用冷却液には、冷却板の製品寿命を長く維持するために防錆性も要求される。この要求に対しては、一般的に、冷却板に防錆性の高いステンレス材料を用いることによって対処されてきた。 A stack of polymer electrolyte fuel cells is a laminated structure of a plurality of unit cells, and a cooling plate for cooling the stack (unit cell) is provided for each sub-stack composed of several unit cells. Yes. A coolant passage is formed in the cooling plate, and the stack is cooled by the coolant flowing through the coolant passage. In this way, the coolant of the fuel cell circulates within the stack that is generating power, that is, between the sub-stacks, so that the power generation efficiency is reduced due to leakage to the outside of the stack and the resistance of the coolant. High insulation performance is required to prevent (reduction). In order to satisfy these requirements for ensuring insulation performance and ensuring cooling efficiency, pure water has been used as a coolant in the prior art. In addition to these requirements, the fuel cell stack coolant is also required to have rust prevention properties in order to maintain the product life of the cooling plate. In general, this requirement has been addressed by using a stainless material having a high rust prevention property for the cooling plate.
しかしながら、このような従来の対処方法は、いわゆる固定式、設置型の中・大型燃料電池、常時作動型の燃料電池に対しては効果を奏し得るが、例えば、車両に搭載される燃料電池といった非設置型の小型の燃料電池、間欠作動型の燃料電池に対しては必ずしも有効であるとはいえなかった。 However, such a conventional countermeasure can be effective for a so-called fixed type, installation type medium / large-sized fuel cell, and always-on type fuel cell, for example, a fuel cell mounted on a vehicle. It was not necessarily effective for non-installation type small fuel cells and intermittent operation type fuel cells.
例えば、間欠運転型、非設置型の燃料電池の場合、冷却液は非動作時に周囲温度にまで低下するため、周囲温度が氷点下以下となる条件下では不凍性を備えることが要求される。冷却液が凍結した場合には、冷却板等を含む冷却回路が損傷を受けることがあるからである。また、冷却回路が損傷を受けた場合には、燃料電池がその機能を十分に発揮しないおそれがある。 For example, in the case of an intermittent operation type fuel cell and a non-installation type fuel cell, the coolant is lowered to the ambient temperature when not in operation, so that it is required to have antifreezing properties under conditions where the ambient temperature is below freezing point. This is because the cooling circuit including the cooling plate may be damaged when the cooling liquid freezes. In addition, when the cooling circuit is damaged, the fuel cell may not fully perform its function.
ここで、不凍性を考慮した場合、例えば、冷却液として、内燃機関冷却用の冷却液を不凍性冷却液として使用することが考えられ得る。ところが、内燃機関冷却用の冷却液は本質的に電気の発生しない部分において用いられるため、耐導電性が考慮されておらず、極めて高い電気導電率を有している。一方、燃料電池スタックの冷却管には電気が流れているため、冷却液の電気伝導率が高いと燃料電池で生じた電気が冷却液へと流れ、電気を損出する。したがって、燃料電池スタックを冷却する冷却液としては不適当である。 Here, when antifreezing is taken into consideration, for example, a cooling liquid for cooling an internal combustion engine may be used as the antifreezing cooling liquid. However, since the coolant for cooling the internal combustion engine is used in a portion where electricity is not essentially generated, the resistance to electrical conductivity is not taken into consideration and the electrical conductivity is extremely high. On the other hand, since electricity flows through the cooling pipe of the fuel cell stack, if the electrical conductivity of the coolant is high, electricity generated in the fuel cell flows to the coolant and loses electricity. Therefore, it is not suitable as a coolant for cooling the fuel cell stack.
また、車両搭載用等の非設置型の燃料電池の場合には、冷却回路を含む燃料電池システムの軽量化は重要な克服課題である。したがって、軽量化の観点から、今後は冷却板、熱交換器等に、例えば、アルミニウム材料をはじめとする熱伝導性の高い軽金属が用いられることが予想される。これら軽金属は、一般的に、ステンレス材料ほど高い防錆性を有しおらず、したがって、冷却液自身が防錆性を有することが要求される。 Further, in the case of a non-installation type fuel cell mounted on a vehicle or the like, weight reduction of the fuel cell system including the cooling circuit is an important overcoming problem. Therefore, from the viewpoint of weight reduction, it is expected that light metals having high thermal conductivity such as aluminum materials will be used for cooling plates, heat exchangers and the like in the future. These light metals generally do not have as high anti-rust properties as stainless steel materials, and therefore the cooling liquid itself is required to have anti-rust properties.
そこで、フッ素系溶媒などの非水溶媒中に水溶性相変化物質含有マイクロカプセル粒子が分散された冷却液及び熱移送媒体が開発された。 Accordingly, a cooling liquid and a heat transfer medium in which microcapsule particles containing a water-soluble phase change substance are dispersed in a non-aqueous solvent such as a fluorinated solvent have been developed.
ところで、フッ素系溶媒中にマイクロカプセル化された相変化物質粒子を分散する方法としては、下記特許文献1に開示されている。特許文献1では、相変化物質として水酸化バリウム8水和物(融点78℃)粒子をフッ素オイル(パーフルオロカーボン)に分散させて分散液にシランカップリング剤を添加し、シランカップリング剤を無機粒子である相変化物質の水酸化バリウム8水和物粒子の界面に吸着させた後に、分散液の温度を55℃程度にすることにより、相変化物質粒子界面でのシランカップリング剤を重合させ、フロン系溶媒中でマイクロカプセル化された相変化物質の分散液を得ている。また、特許文献1では、実施例での記載はないが、マイクロカプセル化成分の具体例として、フッ素系溶媒であるフッ素オイル(パーフルオロカーボン)に溶解する二重結合を有するフッ素系モノマー、相変化物資である無機粒子へ吸着性を有するモノマーが例示されている。
Incidentally, a method for dispersing phase-change material particles microencapsulated in a fluorine-based solvent is disclosed in
又、下記特許文献2では、相変化物質として水酸化バリウム8水和物(融点78℃)、フッ素系溶媒としてパーフルオロカーボン(商品名「フロリナートFC3255」、住友スリーエム社製)およびフッ素系乳化剤(商品名「フタージェント150」、ネオス社製)を相変化物質の融点以上の温度(85℃)で、高圧乳化機を用いて乳化分散液を調製した後に、マイクロカプセル化剤であるスチレンモノマー、ジビニルベンゼンモノマーおよび重合開始剤である4,4−アゾビス−4−シアノバレリック酸(商品名「AVCA」、大塚化学社製)を分散液の攪拌下に添加し、相変化物質粒子の界面でビニルモノマーを重合させ、フッ素系溶媒中でマイクロカプセル化された相変化物質の分散液を得ている。また、特許文献2では、フッ素系溶媒中に分散されたマイクロカプセル化された相変化物質粒子を水溶性溶媒に分散するために、分散液に水を添加し、マイクロカプセル化された相変化物質粒子を沈殿させ、その沈殿した粒子を濾過することにより固形物として取り出し、その固形物の相変化物質粒子を、乳化剤を溶解した水に再分散することにより、水溶性溶媒に分散されたマイクロカプセル化された相変化物質粒子を得ている。
Further, in
上記特許文献1に開示された、フッ素系溶媒中にマイクロカプセル化された相変化物質粒子を分散する方法の場合、マイクロカプセル化剤の全量が相変化物質である無機粒子界面に吸着するのではなく、フッ素系溶媒中でミセルを形成し、相変化物質を内包しないマイクロカプセル化粒子を多く含むという問題を有しており、また、界面活性剤で表面が覆われている相変化物質粒子へのカプセル化剤の吸着が弱く、十分な強度のあるマイクロカプセル化壁を形成できない問題を有している。更に、フッ素系溶媒に溶解するビニルモノマーの種類は非常に限定され、選定された相変化物質への吸着性を有し、マイクロカプセル化剤として十分な強度を持つ重合が行なわれるモノマー選定が困難であるという問題も有している。
In the case of the method of dispersing phase change material particles microencapsulated in a fluorine-based solvent disclosed in
上記特許文献2に開示された、フッ素系溶媒中にマイクロカプセル化された相変化物質粒子を分散する方法の場合、特許文献1と同じように、マイクロカプセル化剤の全量が相変化物質界面に吸着するのではなく、フッ素系溶媒中でミセルを形成し、相変化物質を内包しないマイクロカプセル化粒子を多く含む問題を有しており、また、界面活性剤で表面が覆われている相変化物質粒子へのカプセル化剤の吸着が弱く、十分な強度のあるマイクロカプセル化壁を形成できないという問題を有している。更に、水溶性溶媒中に分散させる方法においては、濾過により溶媒を分離するため、生産性が悪く、溶媒が除かれた状態で、マイクロカプセル化された相変化物質粒子が合一してしまい、再分散後に相変化物質粒子の粒子径が大きくなり、一部の相変化物質粒子が沈降してしまう問題を有している。
In the case of the method of dispersing phase change material particles microencapsulated in a fluorine-based solvent disclosed in
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、水溶性相変化物質を覆うマイクロカプセル化壁の強度が十分あり、水溶性相変化物質粒子の沈降が少ないマイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法を提供することにある。製造された分散液は、特に、燃料電池などの運転温度付近での熱・冷却媒体として、高絶縁性と十分な冷却性能を有する優れた燃料電池スタック用冷却液として好適となる。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and the microencapsulated water solution has sufficient strength of the microencapsulation wall covering the water-soluble phase change material, and the sedimentation of the water-soluble phase change material particles is small. An object of the present invention is to provide a method for dispersing a phase change material in a fluorine-based solvent. The produced dispersion is particularly suitable as an excellent fuel cell stack coolant having high insulation and sufficient cooling performance as a heat / cooling medium in the vicinity of the operating temperature of a fuel cell or the like.
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、先ず、使用可能なマイクロカプセル化剤モノマーの種類が多く、水溶性相変化物質に適したマイクロカプセル化剤モノマーが選定できる有機溶媒を用いて水溶性相変化物質粒子を分散させ、その後に、特定の方法でフッ素系溶媒を添加することにより、水溶性相変化物質を覆うマイクロカプセル化壁の強度が強固であり、水溶性相変化物質粒子の沈降が少ないマイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent investigations to achieve the above object, the present inventors, first, there are many types of microencapsulant monomers that can be used, and organics that can select microencapsulant monomers suitable for water-soluble phase change substances. By dispersing the water-soluble phase change material particles using a solvent, and then adding a fluorinated solvent by a specific method, the strength of the microencapsulated wall covering the water-soluble phase change material is strong and water-soluble A method for dispersing a microencapsulated water-soluble phase-change material with little sedimentation of phase-change material particles in a fluorinated solvent has been found, and the present invention has been completed.
即ち、第1に、本発明は、マイクロカプセル化相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法の発明であり、マイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液を作製する工程と、(A)作製されたマイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液、(B)該マイクロカプセル化相変化物質分散液に溶解しないフッ素系分散媒体、及び(C)該フッ素系分散媒体に溶解するフッ素系界面活性化剤を混合する工程と、混合液から相分離後の該有機溶媒を除去する工程を含むことを特徴とする。 That is, first, the present invention is an invention of a method for dispersing a microencapsulated phase change material in a fluorine-based solvent, and a step of producing an organic solvent dispersion of a microencapsulated phase change material, and (A) production An organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material, (B) a fluorine-based dispersion medium that does not dissolve in the microencapsulated phase-change material dispersion, and (C) a fluorine-based surface active that dissolves in the fluorine-based dispersion medium A step of mixing an agent, and a step of removing the organic solvent after phase separation from the mixed solution.
これにより、マイクロカプセル化剤モノマーの種類が多く、水溶性相変化物質に適したマイクロカプセル化剤モノマーが選定できる有機溶媒中において水溶性相変化物質をマイクロカプセル化できため、水溶性相変化物質の種類に対応したマイクロカプセル化剤を選定でき、水溶性相変化物質を覆うマイクロカプセル化壁の強度が強固なマイクロカプセル化された水溶性相変化物質粒子を得ることができる。さらに、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質粒子を濾過し、固形とすることなく溶液中でフッ素系溶媒に相分離移行させるため、水溶性相変化物質粒子の合一がなく、沈降性が少ないフッ素系溶媒に分散されたマイクロカプセル化された水溶性相変化物質分散液を得ることができる。 This makes it possible to microencapsulate water-soluble phase change substances in an organic solvent that can select microencapsulant monomers suitable for water-soluble phase change substances. Therefore, microencapsulated water-soluble phase change material particles having a strong microencapsulation wall covering the water-soluble phase change material can be obtained. Furthermore, since the microencapsulated water-soluble phase change material particles are filtered and phase separated and transferred to the fluorinated solvent in the solution without becoming solid, the water-soluble phase change material particles are not coalesced and the settling property is reduced. A microencapsulated water-soluble phase change material dispersion dispersed in a small amount of a fluorinated solvent can be obtained.
本発明において、マイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液を作製する工程が、マイクロカプセル化剤を含有する有機溶媒中に、分散膜を介して、水溶性相変化物質粒子を分散させるとほぼ同時に、該水溶性相変化物質粒子界面でマイクロカプセル化反応を進行させるものであることが好ましい。 In the present invention, when the step of preparing the organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material disperses the water-soluble phase change material particles through the dispersion film in the organic solvent containing the microencapsulating agent. At the same time, it is preferable that the microencapsulation reaction proceeds at the water-soluble phase change material particle interface.
これにより、上記の構成によれば、マイクロカプセル化剤を含有する有機溶媒中に、分散膜を介して、水溶性相変化物質粒子を分散させると同時に、該水溶性相変化物質粒子界面でマイクロカプセル化反応を進行させるため、水溶性相変化物質を内包しないマイクロカプセル粒子が少なくなる。 Thus, according to the above configuration, the water-soluble phase change material particles are dispersed in the organic solvent containing the microencapsulating agent via the dispersion film, and at the same time, the microparticles are mixed at the water-soluble phase change material particle interface. Since the encapsulation reaction proceeds, the number of microcapsule particles that do not encapsulate the water-soluble phase change substance is reduced.
本発明のマイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液を作製する工程では、マイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液中に、該有機溶媒に溶解する界面活性剤を含まないことが好ましい。 In the step of preparing the organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material of the present invention, it is preferable that the organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material does not contain a surfactant that dissolves in the organic solvent.
これにより、有機溶媒中に有機溶媒に溶解する乳化剤を含まないため、有機溶媒に分散したマイクロカプセル化された水溶性相変化物質の分散液に、フッ素系溶媒およびフッ素系溶媒に溶解するフッ素系界面活性剤を添加した場合に、形成される有機溶媒とフッ素系溶媒に分散されたマイクロカプセル化された水溶性相変化物質の分散液の界面がクリアーであり、有機溶媒の分離が非常に簡単である。 As a result, since the organic solvent does not contain an emulsifier that dissolves in the organic solvent, the dispersion of the microencapsulated water-soluble phase change material dispersed in the organic solvent contains a fluorine-based solvent that dissolves in the fluorine-based solvent and the fluorine-based solvent. When a surfactant is added, the interface between the organic solvent to be formed and the dispersion of the microencapsulated water-soluble phase change material dispersed in the fluorinated solvent is clear, making it very easy to separate the organic solvent. It is.
本発明のマイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液を作製する工程では、マイクロカプセル化剤として公知のものを広く用いることができる。この中で、マイクロカプセル化剤が水硬化性のウレタンのモノマー又はウレタンのプレポリマーであることが好ましい。 In the step of preparing the organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material of the present invention, a wide variety of known microencapsulating agents can be used. Of these, the microencapsulating agent is preferably a water-curable urethane monomer or urethane prepolymer.
これにより、水溶性相変化物質に含有する水をマイクロカプセル化反応(重合)の重合開始剤として使用できるため、マイクロカプセル化反応が水溶性相変化物質の界面で生じ、水溶性相変化物質を内包しないマイクロカプセル化剤だけの粒子を少なくできる。 As a result, water contained in the water-soluble phase change material can be used as a polymerization initiator for the microencapsulation reaction (polymerization), so that the microencapsulation reaction occurs at the interface of the water-soluble phase change material. The number of particles containing only the microencapsulating agent that is not encapsulated can be reduced.
本発明で作製されるマイクロカプセル化相変化物質の相変化物質としては公知のもが広く用いられる。これらの中で、無機塩水和物類、糖類、アルコール類、尿素及びチオ尿素からなる群より選ばれた相変化物質であることが好ましい。無機塩水和物、糖アルコールは、単位容量当りの融解潜熱が大きく、融解と凝固を繰返し行なっても変質しない特徴を有している。 As the phase change material of the microencapsulated phase change material prepared in the present invention, known materials are widely used. Among these, a phase change substance selected from the group consisting of inorganic salt hydrates, saccharides, alcohols, urea and thiourea is preferable. Inorganic salt hydrates and sugar alcohols have a feature that they have a large latent heat of fusion per unit volume and do not change in quality even after repeated melting and solidification.
第2に、本発明は、上記の方法によって製造されたマイクロカプセル化相変化物質がフッ素系溶媒へ分散された分散液である。分散媒体に引火性のないフッ素系分散媒体を用いているので、引火性のないマイクロカプセル化相変化物質の分散液を得ることができる。 Second, the present invention is a dispersion in which the microencapsulated phase change material produced by the above method is dispersed in a fluorinated solvent. Since a fluorine-based dispersion medium having no flammability is used as the dispersion medium, a dispersion liquid of a microencapsulated phase change material having no flammability can be obtained.
第3に、本発明は、上記の方法によって製造されたマイクロカプセル化相変化物質がフッ素系溶媒へ分散された燃料電池スタック用冷却液である。 Third, the present invention provides a fuel cell stack coolant in which the microencapsulated phase change material produced by the above method is dispersed in a fluorine-based solvent.
水溶性相変化物質を内包しないマイクロカプセル粒子が少なく、水溶性相変化物質を覆うマイクロカプセル化壁の強度が十分あり、水溶性相変化物質粒子の沈降が少ないマイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散液を得ることができる。特に、燃料電池などの熱・冷却媒体として、高絶縁性と十分な冷却性能を有する優れた分散液が得られる。 Microencapsulated water-soluble phase change with few microcapsule particles that do not encapsulate water-soluble phase change material, sufficient strength of microencapsulation wall covering water-soluble phase change material, and low sedimentation of water-soluble phase change material particles A dispersion of the substance in a fluorinated solvent can be obtained. In particular, an excellent dispersion having high insulating properties and sufficient cooling performance can be obtained as a heat / cooling medium for fuel cells and the like.
本発明において用いるマイクロカプセル化剤を含有する溶媒は、有機溶媒でありマイクロカプセル化剤を溶解するものであれば特に限定はされない。具体的には、へベンゼン、トルエン、キシレン、アルキル置換ベンゼン、ナフタレン、アルキル置換ナフタレン、フェノール、クレゾール、アルキル置換フェノールなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどのパラフィン類、シクロヘキサン、シクロペンタンなどの環状飽和炭化水素類などを好ましく例示できる。また、ガソリン、軽油、ケロシンなどの混合物でも差し支えない。これらのマイクロカプセル化剤を含有する溶媒は単独で使用しても差し支えないし、混合して使用しても差し支えない。 The solvent containing the microencapsulating agent used in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent and can dissolve the microencapsulating agent. Specifically, hebenzene, toluene, xylene, alkyl-substituted benzene, naphthalene, alkyl-substituted naphthalene, aromatic hydrocarbons such as phenol, cresol, alkyl-substituted phenol, paraffins such as hexane, heptane, and octane, cyclohexane, cyclohexane Preferred examples include cyclic saturated hydrocarbons such as pentane. A mixture of gasoline, light oil, kerosene, etc. can also be used. These microencapsulating agent-containing solvents can be used alone or in combination.
フッ素系溶媒としては、有機溶媒と均一混合しないものであれば特に限定されない。具体的には、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテルなどを好ましく例示できる。これらのフッ素系溶媒は単独で使用しても差し支えないし、混合して使用しても差し支えない。 The fluorinated solvent is not particularly limited as long as it is not homogeneously mixed with an organic solvent. Specifically, perfluoropolyether, perfluorocarbon, hydrofluoroether and the like can be preferably exemplified. These fluorinated solvents may be used alone or in combination.
本発明において用いられる水溶性相変化物質は、特に限定されない。具体的には、炭酸カリウム6水和物、硝酸リチウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物、炭酸ナトリウム10水和物、チオ硫酸ナトリウム5水和物、硝酸ニッケル6水和物、酢酸ナトリウム3水和物、硝酸鉄6水和物、硝酸アルミ9水和物、4ホウ酸ナトリウム10水和物、水酸化バリウム8水和物、水酸化ストロンチウム8水和物、硝酸マグネシウム6水和物、硫酸アルミニウム10水和物塩化マグネシウム6水和物などの無機塩水和物、リボース、マルトース1水和物、フルクトース、スクロース、ラクトース1水和物などの糖類、エリスリトール、スレイトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトールなどのアルコール類を好ましく例示できる。窒素含有化合物としては、尿素、チオ尿素、アセトアミドなどを好ましく例示できる。 The water-soluble phase change material used in the present invention is not particularly limited. Specifically, potassium carbonate hexahydrate, lithium nitrate trihydrate, sodium sulfate decahydrate, sodium carbonate decahydrate, sodium thiosulfate pentahydrate, nickel nitrate hexahydrate, sodium acetate Trihydrate, iron nitrate hexahydrate, aluminum nitrate nonahydrate, sodium borate decahydrate, barium hydroxide octahydrate, strontium hydroxide octahydrate, magnesium nitrate hexahydrate , Inorganic salt hydrates such as aluminum sulfate decahydrate magnesium chloride hexahydrate, sugars such as ribose, maltose monohydrate, fructose, sucrose, lactose monohydrate, erythritol, threitol, xylitol, sorbitol, multi Preferred examples include alcohols such as Toll. Preferred examples of the nitrogen-containing compound include urea, thiourea, and acetamide.
マイクロカプセル化された水溶性相変化物質の見掛け比熱を向上させるには、単位容積あたりの融解潜熱が大きいことが好ましく、その観点からは、無機塩水和物、糖アルコール、尿素、チオ尿素を水溶性相変化物質として用いることが好ましい。 In order to improve the apparent specific heat of the microencapsulated water-soluble phase change substance, it is preferable that the latent heat of fusion per unit volume is large. From this viewpoint, inorganic salt hydrate, sugar alcohol, urea, thiourea are dissolved in water. It is preferable to use it as a sex phase change substance.
これらの水溶性相変化物質は、単独で使用しても差し支えないし、混合して使用しても差し支えない。また、融解点を調節するために、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセリンなどの低分子の水溶性物質を含んでも差し支えない。 These water-soluble phase change materials can be used alone or in combination. In addition, in order to adjust the melting point, a low-molecular water-soluble substance such as water, methanol, ethanol, ethylene glycol, or glycerin may be included.
本発明において用いられるマイクロカプセル化剤は、重合し高分子化するものであれば、特に限定されない。具体的には、ビニル化合物、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、フェノール樹脂、メラミン樹脂などを好ましく例示できる。 The microencapsulating agent used in the present invention is not particularly limited as long as it is polymerized and polymerized. Specifically, vinyl compounds, polyesters, polyamides, polyurethanes, phenol resins, melamine resins and the like can be preferably exemplified.
本発明における水を開始剤とするマイクロカプセル化剤は、水を開始剤とするものであれば特に限定はされない。具体的には、スチレン、ジビニルベンゼン、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、アクリロニトリル、シアン化ビニリデンなどのアニオン重合性モノマー、ε−カプロラクタム、β−プロピオラクトン、エチレンイミン、テトラメチルシロキサンなどの開環重合性モノマー、水硬化型のウレタンのモノマーあるいはプレポリマーを好ましく例示できる。 The microencapsulating agent using water as an initiator in the present invention is not particularly limited as long as it uses water as an initiator. Specifically, anionic polymerizable monomers such as styrene, divinylbenzene, methacrylic acid ester, acrylic acid ester, acrylonitrile, vinylidene cyanide, ring opening of ε-caprolactam, β-propiolactone, ethyleneimine, tetramethylsiloxane, etc. Preferred examples include polymerizable monomers, water-curable urethane monomers, and prepolymers.
水硬化型のウレタンのモノマーは、末端にイソシアネート基を有して、水と反応して重合反応を起こすものであれば特に限定されない。具体的には、トリレンジイソシナート(TDI)系のモノマーあるいはそのプレポリマー、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)系のモノマーあるいはそのプレポリマー、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)系のモノマーあるいはそのプレポリマーを好ましく例示できる。 The water-curing urethane monomer is not particularly limited as long as it has an isocyanate group at a terminal and reacts with water to cause a polymerization reaction. Specifically, preferred examples include tolylene diisocyanate (TDI) monomers or prepolymers thereof, diphenylmethane diisocyanate (MDI) monomers or prepolymers thereof, hexamethylene diisocyanate (HDI) monomers or prepolymers thereof. it can.
これらのマイクロカプセル化剤は、単独で使用しても差し支えないし、混合して使用しても差し支えない。 These microencapsulating agents can be used alone or in combination.
以下に、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for dispersing the microencapsulated water-soluble phase change material in a fluorine-based solvent will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のマイクロカプセル化相変化物質のフッ素系溶媒へ分散方法の概念図である。マイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液を作製するとともに、マイクロカプセル化相変化物質分散液に溶解しないフッ素系分散媒体フッ素系界面活性化剤を溶解させる。次に、(A)作製されたマイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液、(B)該マイクロカプセル化相変化物質分散液に溶解しないフッ素系分散媒体、及び(C)該フッ素系分散媒体に溶解するフッ素系界面活性化剤を混合する。最後に、これらの混合液を静置するか遠心分離させて、相分離させ、相分離後の該有機溶媒を除去する。 FIG. 1 is a conceptual diagram of a method for dispersing a microencapsulated phase change material of the present invention in a fluorinated solvent. An organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material is prepared, and a fluorine-based dispersion medium fluorine surfactant that does not dissolve in the microencapsulated phase change material dispersion is dissolved. Next, (A) the organic solvent dispersion of the prepared microencapsulated phase change material, (B) a fluorine-based dispersion medium that does not dissolve in the microencapsulated phase-change material dispersion, and (C) the fluorine-based dispersion medium A fluorine-based surfactant that dissolves in the mixture is mixed. Finally, these mixed liquids are allowed to stand or are centrifuged to cause phase separation, and the organic solvent after phase separation is removed.
図2は、本発明の一実施形態の分散膜による水溶性相変化物質のマイクロカプセル化方法に関する説明図である。図1に示すように、本実施の形態では、水溶性相変化物質容器、分散膜、マイクロカプセル化剤溶液容器から構成されるが、これに限定されるものではない。 FIG. 2 is an explanatory diagram relating to a microencapsulation method of a water-soluble phase change material using a dispersion film according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a water-soluble phase change material container, a dispersion film, and a microencapsulating agent solution container, but is not limited thereto.
水溶性相変化物質容器1には、水溶性相変化物質を融解点以上に加熱した水溶性相変化物質融解液2が準備される。該融解液の温度は、水溶性相変化物質を融解点以上であれば特に限定されないが、安定に融解させる観点からは、融解点プラス5℃以上であることが好ましい。
In the water-soluble phase
水溶性相変化物質に添加する水は、マイクロカプセル化剤の水の消費量を勘案しつつ、0質量%〜20質量%の中から適宜選択される。添加する水の量が少ない場合は、無機塩水和物の水和水がマイクロカプセル化反応に使用され、水溶性相変化物質の融解潜熱量を低下させてしまい、添加する水の量が多い場合は、マイクロカプセル化反応に使用されなかった水が、水溶性相変化物質の融解点を低下させてしまうことを考慮すると、水溶性相変化物質に添加する水は、5質量%〜10質量%が好ましい。 The water added to the water-soluble phase change material is appropriately selected from 0% by mass to 20% by mass in consideration of the water consumption of the microencapsulating agent. When the amount of water to be added is small, the hydrated water of the inorganic salt hydrate is used for the microencapsulation reaction, which decreases the latent heat of fusion of the water-soluble phase change material, and the amount of water to be added is large In consideration of the fact that water not used in the microencapsulation reaction lowers the melting point of the water-soluble phase change material, the water added to the water-soluble phase change material is 5% by mass to 10% by mass. Is preferred.
このとき、水溶性相変化物質の融解操作は、水溶性相変化物質容器1に備え付けられた電熱ヒーター(図示せず)により加熱してもかまわないし、別途融解した融解液を供給し、電熱ヒーター(図示せず)により、保温してもかまわない。水溶性相変化物質に含まれる水を飛散させない観点からは、水溶性相変化物質容器1は密閉系であることが好ましく、融解する温度における水の蒸気圧以上の耐圧構造を有することが好ましい。
At this time, the melting operation of the water-soluble phase change material may be heated by an electric heater (not shown) provided in the water-soluble phase
マイクロカプセル化剤溶液容器6には、マイクロカプセル化剤を有機溶媒中に溶解させたマイクロカプセル化剤溶液7が準備される。マイクロカプセル化剤溶液7は水溶性相変化物質の融解点付近の温度まで加熱される。ここで、水溶性相変化物質の融解点付近の温度とは、水溶性相変化物質を該溶液に分散した場合に、水溶性相変化物質が凝固しない温度であれば問題なく、通常は、水溶性相変化物質を融解点プラス50℃からマイナス20℃で選定されるが、好ましくは水溶性相変化物質を融解点プラス30℃からマイナス10℃が良い。
The microencapsulating agent solution container 6 is prepared with a
マイクロカプセル化剤溶液7の濃度は、流動性が保てるのであれば特に限定されず、1質量%〜100質量%で適宜選択される。マイクロカプセル化剤としてモノマーを使用する場合は、高質量濃度においても流動性が保持できるため、10質量%〜100質量%が好ましい。プレポリマーを使用する場合は、流動性を確保するため、1質量%〜50質量%が好ましい。
The concentration of the
マイクロカプセル化剤を溶解する溶媒には、水溶性相変化物質の分散を良好にするため、界面活性剤を少量含有してもかまわない。界面活性剤の含有量は、添加する水溶性相変化物質に対して、0.1質量%から5質量%で選定されるが、マイクロカプセル化反応を強固にするには、1質量%以下が好ましく、界面活性剤を含まないことが特に好ましい。 A solvent that dissolves the microencapsulating agent may contain a small amount of a surfactant in order to improve the dispersion of the water-soluble phase change material. The content of the surfactant is selected from 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the water-soluble phase change material to be added. To strengthen the microencapsulation reaction, the content is 1% by mass or less. It is particularly preferable that no surfactant is contained.
このとき、マイクロカプセル化剤溶液7の加熱操作は、マイクロカプセル化剤溶液容器6に備え付けられた電熱ヒーター(図示せず)により加熱してもかまわないし、別途加熱した溶液を供給し、電熱ヒーター(図示せず)により、保温してもかまわない。マイクロカプセル化剤溶液7に含まれる溶媒を飛散させない観点からは、マイクロカプセル化剤溶液容器6は密閉系であることが好ましく、加熱する温度における溶剤の蒸気圧以上の耐圧構造を有することが好ましい。
At this time, the heating operation of the
所定温度の加熱されたマイクロカプセル化剤溶液7は、マイクロカプセル化剤溶液容器6から、マイクロカプセル化剤供給ライン10を介して、マイクロカプセル化剤循環ポンプ9にて、分散膜容器5に供給され、マイクロカプセル化剤返送ライン11を介して、マイクロカプセル化剤溶液容器6に返送される。マイクロカプセル化剤循環ポンプ9、マイクロカプセル化剤供給ライン10、分散膜容器5、マイクロカプセル化剤返送ライン11は、マイクロカプセル化剤溶液7の温度を所定温度に保つため、電熱ヒーター(図示せず)により保温される。
The heated
マイクロカプセル化剤循環ポンプ9は、マイクロカプセルを破壊しない構造のものであれば特に限定されないが、ダイヤフラムポンプ、プランジャーポンプ、ロータリーポンプ、チュービングポンプ、遠心ポンプなどを好ましく例示できる。 The microencapsulating agent circulation pump 9 is not particularly limited as long as it does not destroy the microcapsules, but a diaphragm pump, a plunger pump, a rotary pump, a tubing pump, a centrifugal pump and the like can be preferably exemplified.
マイクロカプセル化剤溶液7の供給液量は、分散膜容器5内における線速度は、分散膜を介して液滴化された水溶性相変化物質が膜面からの脱離を促進し、合一を防止するために、0.01m/s以上であることが好ましいが、マイクロカプセル化剤供給ライン10、分散膜容器5、マイクロカプセル化剤返送ライン11の圧力損失の観点から、10m/s以下であることが好ましい。
The amount of the
マイクロカプセル化剤溶液7の循環操作を行い、マイクロカプセル化剤溶液7の温度が所定温度に安定した時点で、水溶性相変化物質容器1から水溶性相変化物質融解液2を水溶性相変化物質融解液供給ライン3を介して、分散膜4の内面に供給する。分散膜4の内面に供給された水溶性相変化物質融解液2は、分散膜4の細孔を介して、循環しているマイクロカプセル化剤溶液7の中で、液滴を形成し、溶液中に含まれているマイクロカプセル化剤により、直ちにマイクロカプセル化反応が進行し、水溶性相変化物質粒子界面にマイクロカプセル化壁を形成する。
When the
水溶性相変化物質容器1の供給方法としては、水溶性相変化物質容器1を加圧すること(図示せず)により供給しても良いし、水溶性相変化物質融解液供給ライン3にポンプ(図示せず)を設備して供給してもかまわない。
The water-soluble phase
形成されたマイクロカプセル化粒子は、循環中にマイクロカプセル化反応を完結させる。マイクロカプセル化剤溶液7の循環操作中は、マイクロカプセル化剤溶液容器6に備え付けられた攪拌装置8により、マイクロカプセル化剤溶液容器6内においても攪拌を行い、マイクロカプセル化粒子の合一を防止することが好ましい。
The formed microencapsulated particles complete the microencapsulation reaction during circulation. During the circulation operation of the
分散膜4の材質は、均一な細孔が形成されていれば特に限定されないが、ポリイミド、ポリスルホンなどの高分子膜、シラスガラス、アルミナ、チタニア、ジルコニアなどのセラミック膜を例示しうる。比較的高温度で無機塩水和物の融解液と接液するため、耐熱性が優れ、かつ対腐食性にも優れている観点から、セラミック膜を使用することが好ましい。
The material of the
分散膜4の細孔径は、水溶性相変化物質が安定に分散されるのであれば特に限定されないが、10nm〜10μmのものが好ましく使用される。有機溶媒媒中で、水溶性相変化物質のマイクロカプセル化粒子が安定に存在するためには、1μm以下の細孔径を有する分散膜が好ましい。
The pore diameter of the
水溶性相変化物質容器1、水溶性相変化物質融解液供給ライン3、分散膜容器5、マイクロカプセル化剤溶液容器6、攪拌装置8、マイクロカプセル化剤循環ポンプ9、マイクロカプセル化剤供給ライン10、マイクロカプセル化剤返送ライン11の材質は、使用する温度に耐え、接する液体に対して耐性を有するものであれば特に限定されない。具体的には、テフロン(商標名)、シリコーン、ポリスチレンなどの高分子材料、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、チタン材料などの金属材料、ガラス、セラミックなどの無機材料を好ましく例示し得る。
Water-soluble phase
得られたマイクロカプセル化された水溶性相変化物質の分散液を室温まで冷却し、有機溶媒に分散された分散液にフッ素系乳化剤を含むフッ素系溶媒を添加・攪拌し、静置分離することにより、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質をフッ素系溶媒中に移行させ、有機溶媒を相分離させることにより、フッ素系溶媒にマイクロカプセル化された水溶性相変化物質粒子が分散された分散液を得る。 Cooling the obtained dispersion of the microencapsulated water-soluble phase change material to room temperature, adding and stirring a fluorinated solvent containing a fluorinated emulsifier to the dispersion dispersed in an organic solvent, and allowing to stand and separate To disperse microencapsulated water-soluble phase-change material particles in a fluorine-based solvent by transferring the microencapsulated water-soluble phase-change material into the fluorine-based solvent and phase-separating the organic solvent. Obtain a liquid.
有機溶媒に分散された分散液に添加するフッ素系乳化剤を含むフロン系溶媒の量は特に限定されないが、有機溶媒の分散液に対して、20体積%から200体積%であることが好ましい。フッ素系溶媒の添加量が有機溶媒分散液の体積より少ない場合は、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質量が濃縮されることを意味し、フッ素系溶媒の添加量が有機溶媒分散液の体積より多い場合は、マイクロカプセル化された水溶性相変化物質量が希釈されることを意味するため、水溶性相変化物質を高濃度に含むフッ素系分散液を得るためには、添加するフッ素系乳化剤を含むフッ素系溶媒の量は、有機溶媒の分散液に対して、20体積%から100体積%であることが特に好ましい。 The amount of the chlorofluorocarbon-containing solvent containing the fluorine-based emulsifier added to the dispersion dispersed in the organic solvent is not particularly limited, but is preferably 20% by volume to 200% by volume with respect to the organic solvent dispersion. When the addition amount of the fluorinated solvent is less than the volume of the organic solvent dispersion, it means that the amount of the microencapsulated water-soluble phase change material is concentrated, and the addition amount of the fluorinated solvent is the amount of the organic solvent dispersion. When the volume exceeds the volume, it means that the amount of the water-soluble phase change material encapsulated in the microcapsule is diluted. Therefore, in order to obtain a fluorine-based dispersion liquid containing a high concentration of the water-soluble phase change material, fluorine to be added is used. The amount of the fluorinated solvent containing the system emulsifier is particularly preferably 20% by volume to 100% by volume with respect to the organic solvent dispersion.
フッ素系溶媒に含有されるフッ素系乳化剤は、フッ素系溶媒に可溶化するものであれば特に限定されない。具体的には、分子内部にスルホン酸、カルボン酸、ジカルボン酸、ポリオキシエチレンエーテルを含むパーフルオロカーボン素系乳化剤を好ましく例示し得る。 The fluorinated emulsifier contained in the fluorinated solvent is not particularly limited as long as it is solubilized in the fluorinated solvent. Specifically, a perfluorocarbon base emulsifier containing sulfonic acid, carboxylic acid, dicarboxylic acid, and polyoxyethylene ether in the molecule can be preferably exemplified.
これらのフッ素系乳化剤は、単独で使用しても差し支えないし、混合して使用しても差し支えない。 These fluorine-based emulsifiers may be used alone or in combination.
フッ素系溶媒に含まれるフッ素系乳化剤の量としては、フッ素系溶媒中に移行させるマイクロカプセル化された水溶性相変化物質粒子の重量に対して、1質量%から50質量%であることが好ましい。1質量%以下の場合は、水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散が十分でなくなり、50質量%以上の場合は、経済的問題の他、フッ素系分散液が高粘度化するなどの問題がある。 The amount of the fluorine-based emulsifier contained in the fluorine-based solvent is preferably 1% by mass to 50% by mass with respect to the weight of the microencapsulated water-soluble phase change material particles to be transferred into the fluorine-based solvent. . When the amount is 1% by mass or less, the dispersion of the water-soluble phase change substance in the fluorinated solvent is insufficient, and when the amount is 50% by mass or more, in addition to economic problems, the fluorinated dispersion becomes highly viscous. There's a problem.
有機溶媒分散液にフッ素系溶媒を添加した混合物の攪拌は、均一に攪拌できる構造のものであれば特に限定されず、磁石回転子による攪拌、攪拌翼による攪拌、往復動による攪拌などが好ましく例示できる。 Stirring of the mixture obtained by adding the fluorinated solvent to the organic solvent dispersion is not particularly limited as long as it has a structure capable of stirring uniformly, and stirring by a magnetic rotor, stirring by a stirring blade, stirring by reciprocating motion, etc. are preferable examples it can.
攪拌時間は、均一に攪拌できれば特に限定されない。具体的には、1min〜60min程度が好ましい。 The stirring time is not particularly limited as long as it can be uniformly stirred. Specifically, about 1 min to 60 min is preferable.
有機溶媒分散液にフッ素系溶媒を添加した混合物の攪拌後の相分離時間は特に限定されない。具体的には、10min〜24h程度が好ましい。 The phase separation time after the stirring of the mixture obtained by adding the fluorinated solvent to the organic solvent dispersion is not particularly limited. Specifically, about 10 min to 24 h is preferable.
本発明の方法によれば水溶性相変化物質を内包しないマイクロカプセル粒子が少なく、水溶性相変化物質を覆うマイクロカプセル化壁の強度が十分あり、水溶性相変化物質粒子の沈降が少ないマイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散液を得ることができる。 According to the method of the present invention, there are few microcapsule particles that do not contain a water-soluble phase change material, the strength of the microencapsulation wall that covers the water-soluble phase change material is sufficient, and the microcapsules have little sedimentation of the water-soluble phase change material particles It is possible to obtain a dispersion of the water-soluble phase change material converted into a fluorinated solvent.
以下、本発明の実施例を示す。
[実施例1]
モレキュラシーブ3A(ナカライテスク株式会社製)で脱水したトルエン(ナカライテスク株式会社製、試薬特級)に、トリレンジイソシアネート系のプレポリマーであるタケネートM−408(三井武田ケミカル株式会社製)を10質量%となるように調製した溶液200mlをマグネチックスターラーにて300rpmで回転しつつ、85℃まで加熱し、マイクロカプセル化剤溶液容器6に準備した。マイクロカプセル化剤循環ポンプ9(ダイヤフラムポンプ)の流量を、分散膜容器5におけるマイクロカプセル化剤溶液7の線速度が0.1m/sとなるように設定し循環を開始した。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
10% by mass of Takenate M-408 (manufactured by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd.), a tolylene diisocyanate prepolymer, in toluene dehydrated with Molecular Sieve 3A (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) 200 ml of the prepared solution was heated to 85 ° C. while rotating at 300 rpm with a magnetic stirrer to prepare a microencapsulating agent solution container 6. Circulation was started by setting the flow rate of the microencapsulating agent circulation pump 9 (diaphragm pump) so that the linear velocity of the
分散膜はαアルミナ製で、外形10mm、内径7mm、長さ200mmで、250nmの平均細孔径を有するセラミックフィルター((株)ノリタケカンパニーリミテッド製)を使用した。 The dispersion film was made of α-alumina, and a ceramic filter (manufactured by Noritake Co., Ltd.) having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7 mm, a length of 200 mm and an average pore diameter of 250 nm was used.
一方、スレイトール(エーピーアイ・コーポレーション社製)にイオン交換水を3質量%となるように添加したもの15mlを、85℃まで加熱し、スレイトール溶融液を調製し、水溶性相変化物質容器1に入れ85℃で保温しつつ、密閉後に窒素圧を加えることにより、分散膜の外側を循環されている85℃に攪拌下で維持されたタケネートM−408トルエン溶液中に、スレイトール溶融液を約5minで押出した。 On the other hand, 15 ml of threitol (manufactured by API Corporation) with ion exchange water added to 3% by mass is heated to 85 ° C. to prepare a threitol melt. While maintaining the temperature at 85 ° C., applying nitrogen pressure after sealing, the thritol melt was added for about 5 min in the Takenate M-408 toluene solution maintained under stirring at 85 ° C. that was circulated outside the dispersion membrane. Extruded.
スレイトールを押出した後も、タケネートM−408トルエン溶液は85℃に保ちつつ1h攪拌を継続し、マイクロカプセル化反応を完結させた。その後、マイクロカプセル化分散液を室温まで冷却し、パーフルオロカーボン(商品名「フロリナートFC3255」、住友スリーエム社製)100mlに3gのフッ素系乳化剤(商品名「フタージェント150」、ネオス社製)を含有したものを添加し、10min間マグネチックスターラーで均一攪拌した。 Even after the extrusion of thritol, the Takenate M-408 toluene solution was kept stirring at 85 ° C. for 1 hour to complete the microencapsulation reaction. Thereafter, the microencapsulated dispersion is cooled to room temperature and contains 3 g of a fluorine-based emulsifier (trade name “Furgent 150”, manufactured by Neos) in 100 ml of perfluorocarbon (trade name “Fluorinert FC3255”, manufactured by Sumitomo 3M). Was added and stirred uniformly with a magnetic stirrer for 10 min.
攪拌終了後、室温で8h静置して、上相にトルエン、下相にマイクロカプセル化された水溶性相変化物資の分散液を得た。上層のトルエンを静かに排出して、マイクロカプセル化された水溶性相変化物資の分散液120mlを得た。 After completion of stirring, the mixture was allowed to stand at room temperature for 8 hours to obtain a water-soluble phase change material dispersion in which the upper phase was toluene and the lower phase was microencapsulated. The toluene in the upper layer was gently discharged to obtain 120 ml of a microencapsulated dispersion of water-soluble phase change material.
フッ素系溶媒に分散されたマイクロカプセル化された水溶性相変化物資粒子をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910(株式会社堀場製作所製)により測定し、体積平均径が0.5μmであることを確認した。マイクロカプセル化粒子に含有されるスレイトール量は、示差熱分析計DSC3100(株式会社マックサイエンス社製)により、加熱冷却を同一サンプルにて10回繰り返した融解潜熱量の平均値を、スレイトールの文献値と比較することにより求めた。マイクロカプセル化粒子中には、75質量%のスレイトールを含有していることが分かった。 Microencapsulated water-soluble phase-change material particles dispersed in a fluorinated solvent are measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-910 (manufactured by Horiba, Ltd.), and the volume average diameter is 0.5 μm. I confirmed that there was. The amount of threitol contained in the microencapsulated particles is an average value of the latent heat of fusion obtained by repeating the heating and cooling 10 times in the same sample using a differential thermal analyzer DSC3100 (manufactured by Mac Science Co., Ltd.). It was calculated by comparing with. The microencapsulated particles were found to contain 75% by weight of thritol.
[実施例2]
モレキュラシーブ3A(ナカライテスク株式会社製)で脱水したトルエン(ナカライテスク株式会社製、試薬特級)に、トリレンジイソシアネート系のプレポリマーであるタケネートM−408(三井武田ケミカル株式会社製)を10質量%となるように調製した溶液200mlをマグネチックスターラーにて300rpmで回転しつつ、65℃まで加熱し、マイクロカプセル化剤溶液容器6に準備した。マイクロカプセル化剤循環ポンプ9(ダイヤフラムポンプ)の流量を、分散膜容器5におけるマイクロカプセル化剤溶液7の線速度が0.1m/sとなるように設定し循環を開始した。
[Example 2]
10% by mass of Takenate M-408 (manufactured by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd.), a tolylene diisocyanate prepolymer, in toluene dehydrated with Molecular Sieve 3A (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.) 200 ml of the prepared solution was heated to 65 ° C. while rotating at 300 rpm with a magnetic stirrer to prepare the microencapsulating agent solution container 6. Circulation was started by setting the flow rate of the microencapsulating agent circulation pump 9 (diaphragm pump) so that the linear velocity of the
一方、酢酸ナトリウム3水和物(ナカライテスク株式会社製、試薬特級)にイオン交換水を5質量%となるように添加したもの15mlを、65℃まで加熱し、酢酸ナトリウム3水和物溶融液を調製し、水溶性相変化物質容器1に入れ、65℃で保温しつつ、密閉後に窒素圧を加えることにより、分散膜の外側を循環されている65℃の攪拌下に維持されたタケネートM−408トルエン溶液中に酢酸ナトリウム3水和物溶融液を約5minで押出した。
On the other hand, 15 ml of sodium acetate trihydrate (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd., special grade reagent) with ion exchange water added to 5 mass% is heated to 65 ° C., and sodium acetate trihydrate melt Takenate M maintained under stirring at 65 ° C. circulated outside the dispersion membrane by adding nitrogen pressure after sealing and placing in water-soluble phase
分散膜はαアルミナ製で、外形10mm、内径7mm、長さ200mmで、250nmの平均細孔径を有するセラミックフィルター((株)ノリタケカンパニーリミテッド製)を使用した。 The dispersion film was made of α-alumina, and a ceramic filter (manufactured by Noritake Co., Ltd.) having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7 mm, a length of 200 mm and an average pore diameter of 250 nm was used.
酢酸ナトリウム3水和物溶融液を押出した後も、タケネートM−408トルエン溶液は65℃に保ちつつ1h攪拌を継続し、マイクロカプセル化反応を完結させた。その後、マイクロカプセル化分散液を室温まで冷却し、パーフルオロカーボン(商品名「フロリナートFC3255」、住友スリーエム社製)100mlに3gのフッ素系乳化剤(商品名「フタージェント150」、ネオス社製)を含有したものを添加し、10min間マグネチックスターラーで均一攪拌した。 Even after the sodium acetate trihydrate melt was extruded, the Takenate M-408 toluene solution was kept stirring at 65 ° C. for 1 h to complete the microencapsulation reaction. Thereafter, the microencapsulated dispersion is cooled to room temperature and contains 3 g of a fluorine-based emulsifier (trade name “Furgent 150”, manufactured by Neos) in 100 ml of perfluorocarbon (trade name “Fluorinert FC3255”, manufactured by Sumitomo 3M). Was added and stirred uniformly with a magnetic stirrer for 10 min.
攪拌終了後、室温で8h静置して、上相にトルエン、下相にマイクロカプセル化された水溶性相変化物資の分散液を得た。上層のトルエンを静かに排出して、マイクロカプセル化された水溶性相変化物資の分散液120mlを得た。 After completion of stirring, the mixture was allowed to stand at room temperature for 8 hours to obtain a water-soluble phase change material dispersion in which the upper phase was toluene and the lower phase was microencapsulated. The toluene in the upper layer was gently discharged to obtain 120 ml of a microencapsulated dispersion of water-soluble phase change material.
フッ素系溶媒に分散されたマイクロカプセル化された水溶性相変化物資粒子をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910(株式会社堀場製作所製)により測定し、体積平均径が0.6μmであることを確認した。マイクロカプセル化粒子に含有される酢酸ナトリウム3水和物量は、示差熱分析計DSC3100(株式会社マックサイエンス社製)により、加熱冷却を同一サンプルにて10回繰り返した融解潜熱量の平均値を、酢酸ナトリウム3水和物の文献値と比較することにより求めた。マイクロカプセル化粒子中には、75質量%の酢酸ナトリウム3水和物を含有していることが分かった。 Microencapsulated water-soluble phase change material particles dispersed in a fluorinated solvent were measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-910 (manufactured by Horiba, Ltd.), and the volume average diameter was 0.6 μm. I confirmed that there was. The amount of sodium acetate trihydrate contained in the microencapsulated particles is the average value of the latent heat of fusion obtained by repeating heating and cooling 10 times in the same sample using a differential thermal analyzer DSC3100 (manufactured by Mac Science Co., Ltd.) It calculated | required by comparing with the literature value of sodium acetate trihydrate. It was found that the microencapsulated particles contained 75% by mass of sodium acetate trihydrate.
[比較例]
パーフルオロカーボン(商品名「フロリナートFC3255」、住友スリーエム社製)450ml(769.5g)を65℃まで加熱し、そこに溶融し70℃まで加熱された酢酸ナトリウム3水和物(ナカライテスク社製)50ml(104g)、フッ素系乳化剤(商品名「フタージェント150」、ネオス社製)2.5gを添加し、70℃に保温しつつ、高速回転ホモジナイザーにて、10000rpmの回転速度で5分間プレ乳化を行なった。プレ乳化後の乳化液を高圧乳化機(ニロソアビ社製)にて、分散液の温度を70℃に保ちつつ、100MPaの圧力で10分間高圧乳化を行なった後に、40℃まで冷却し、酢酸ナトリウム3水和物の分散液を得た。酢酸ナトリウム3水和物の平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910(堀場製作所製)により測定し、体積平均粒子径として、0.4μmの酢酸ナトリウム3水和物分散液を得た。このようにして得た分散液500mlを攪拌装置に投入し、タービン翼で200rpmの回転数で撹拝し、60℃で温度で保温しているところに、スチレンモノマー25ml(22.6g)(ナカライテスク社製)、ジビニルベンゼン1.25ml(1.13g)(和光純薬製)を添加し、10分間撹拝を行なった。そこに、重合開始剤ACVA(4,4’−アゾビス−4−シアノバレリック酸)(大塚化学製)0.47gを投入し、60℃にて12時間重合反応を行い、カプセル化分散液を得た。
[Comparative example]
450 ml (769.5 g) of perfluorocarbon (trade name “Fluorinert FC3255”, manufactured by Sumitomo 3M) was heated to 65 ° C., melted therein and heated to 70 ° C. (Nacalai Tesque) 50 ml (104 g) and 2.5 g of a fluorine-based emulsifier (trade name “Futagent 150”, manufactured by Neos) were added and pre-emulsified for 5 minutes at a rotation speed of 10,000 rpm with a high-speed rotation homogenizer while keeping the temperature at 70 ° C. Was done. The pre-emulsified emulsion is subjected to high-pressure emulsification for 10 minutes at a pressure of 100 MPa while maintaining the temperature of the dispersion at 70 ° C. with a high-pressure emulsifier (manufactured by Nirosoavi). A trihydrate dispersion was obtained. The average particle size of sodium acetate trihydrate was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-910 (manufactured by Horiba Seisakusho), and the volume average particle size was 0.4 μm in sodium acetate trihydrate dispersion. A liquid was obtained. 500 ml of the dispersion thus obtained was put into a stirrer, stirred at a rotation speed of 200 rpm with a turbine blade, and kept at 60 ° C. at a temperature of 25 ml (22.6 g) of styrene monomer (Nacalai). Tesque) and 1.25 ml (1.13 g) divinylbenzene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred for 10 minutes. Thereto, 0.47 g of polymerization initiator ACVA (4,4′-azobis-4-cyanovaleric acid) (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.) was added, and the polymerization reaction was carried out at 60 ° C. for 12 hours. Obtained.
フッ素系溶媒に分散されたマイクロカプセル化された水溶性相変化物資粒子をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910(株式会社堀場製作所製)により測定し、体積平均径0.6μmであることを確認した。マイクロカプセル化粒子に含有される酢酸ナトリウム3水和物量は、示差熱分析計DSC3100(株式会社マックサイエンス社製)により、加熱冷却を同一サンプルにて10回繰り返した。1回目の融解潜熱量は酢酸ナドリーウム3水和物の文献値の75%であったが、2回目以降は、示差熱分析系のピークが見られなかった。マイクロカプセル化壁が強固でないために、酢酸ナトリウム参水和物から水が飛散し、融解潜熱のピークが観察されなかったと思われる。 The microencapsulated water-soluble phase change material particles dispersed in a fluorine-based solvent are measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-910 (manufactured by Horiba, Ltd.), and the volume average diameter is 0.6 μm. It was confirmed. For the amount of sodium acetate trihydrate contained in the microencapsulated particles, heating and cooling were repeated 10 times for the same sample using a differential thermal analyzer DSC3100 (manufactured by Mac Science Co., Ltd.). The amount of latent heat of fusion at the first time was 75% of the literature value of nadlium acetate trihydrate, but the peak of the differential thermal analysis system was not observed after the second time. Since the microencapsulated wall is not strong, water is scattered from sodium acetate hydrate, and the peak of latent heat of fusion is not observed.
本発明のマイクロカプセル化された水溶性相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法の用途としては、自動車エンジンや燃料電池の冷却液媒体、蓄熱システムの熱移送媒体などの用途が上げられる。従来の熱移送媒体に比較して、電気伝導度が小さく、単位体積当りの見掛け比熱が大きいため、媒体の循環流量を小さくすることができ、省エネルギーに貢献できる。特に、燃料電池などの熱・冷却媒体として有用な、高絶縁性と十分な冷却性能を有する優れた分散液が得られることから、燃料電池の実用化と普及に貢献する。 Applications of the method for dispersing the microencapsulated water-soluble phase change material of the present invention in a fluorinated solvent include applications such as a coolant medium for automobile engines and fuel cells, and a heat transfer medium for heat storage systems. Compared to a conventional heat transfer medium, the electric conductivity is small and the apparent specific heat per unit volume is large. Therefore, the circulation flow rate of the medium can be reduced, which contributes to energy saving. In particular, an excellent dispersion having high insulation and sufficient cooling performance, which is useful as a heat / cooling medium for fuel cells and the like, can be obtained, which contributes to the practical use and spread of fuel cells.
1:水溶性相変化物質容器、2:水溶性相変化物質融解液、3:水溶性相変化物質融解液供給ライン、4:分散膜、5:分散膜容器、6:マイクロカプセル化剤溶液容器、7:マイクロカプセル化剤溶液、8:攪拌装置、9:マイクロカプセル化剤循環ポンプ、10:マイクロカプセル化剤供給ライン、11:マイクロカプセル化剤返送ライン 1: Water-soluble phase change substance container, 2: Water-soluble phase change substance melt, 3: Water-soluble phase change substance melt supply line, 4: Dispersion film, 5: Dispersion film container, 6: Microencapsulant solution container 7: Microencapsulant solution, 8: Stirrer, 9: Microencapsulant circulation pump, 10: Microencapsulant supply line, 11: Microencapsulant return line
Claims (6)
(A)作製されたマイクロカプセル化相変化物質の有機溶媒分散液、(B)該マイクロカプセル化相変化物質分散液に溶解しないフッ素系溶媒、及び(C)該フッ素系溶媒に溶解するフッ素系界面活性化剤を混合する工程と、
該有機溶媒と該フッ素系界面活性剤を含むフッ素系溶媒とを分離することにより、マイクロカプセル化相変化物質を該フッ素系溶媒中に移行させる工程と、
混合液から相分離後の該有機溶媒を除去する工程
を含むことを特徴とするマイクロカプセル化相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法であって、
該相変化物質が、炭酸カリウム6水和物、硝酸リチウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物、炭酸ナトリウム10水和物、チオ硫酸ナトリウム5水和物、硝酸ニッケル6水和物、酢酸ナトリウム3水和物、硝酸鉄6水和物、硝酸アルミニウム9水和物、4ホウ酸ナトリウム10水和物、水酸化バリウム8水和物、水酸化ストロンチウム8水和物、硝酸マグネシウム6水和物、硫酸アルミニウム10水和物、塩化マグネシウム6水和物、リボース、マルトース1水和物、フルクトース、スクロース、ラクトース1水和物、エリスリトール、スレイトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、尿素、チオ尿素及びアセトアミドから選択される少なくとも1種であり、
該有機溶媒が、ベンゼン、トルエン、キシレン、アルキル置換ベンゼン、ナフタレン、アルキル置換ナフタレン、フェノール、クレゾール、アルキル置換フェノール、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、ガソリン、軽油及びケロシンから選択される少なくとも1種である、前記マイクロカプセル化相変化物質のフッ素系溶媒への分散方法。 Producing an organic solvent dispersion of the microencapsulated phase change material obtained by microencapsulating the phase change material;
(A) Organic solvent dispersion of the prepared microencapsulated phase change material, (B) fluorinated solvent not soluble in the microencapsulated phase change material dispersion, and (C) fluorinated solvent soluble in the fluorinated solvent. Mixing a surfactant;
Separating the organic solvent and the fluorinated solvent containing the fluorinated surfactant to transfer the microencapsulated phase change material into the fluorinated solvent;
A method for dispersing a microencapsulated phase change material in a fluorinated solvent, comprising a step of removing the organic solvent after phase separation from a mixed solution ,
The phase change material is potassium carbonate hexahydrate, lithium nitrate trihydrate, sodium sulfate decahydrate, sodium carbonate decahydrate, sodium thiosulfate pentahydrate, nickel nitrate hexahydrate, acetic acid Sodium trihydrate, iron nitrate hexahydrate, aluminum nitrate nonahydrate, sodium tetraborate decahydrate, barium hydroxide octahydrate, strontium hydroxide octahydrate, magnesium nitrate hexahydrate , Aluminum sulfate decahydrate, magnesium chloride hexahydrate, ribose, maltose monohydrate, fructose, sucrose, lactose monohydrate, erythritol, threitol, xylitol, sorbitol, maltitol, urea, thiourea and At least one selected from acetamide,
The organic solvent is at least selected from benzene, toluene, xylene, alkyl-substituted benzene, naphthalene, alkyl-substituted naphthalene, phenol, cresol, alkyl-substituted phenol, hexane, heptane, octane, cyclohexane, cyclopentane, gasoline, light oil and kerosene. A method of dispersing the microencapsulated phase change material in one type of fluorine-based solvent .
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