[发明专利]用于热量管理的相变材料（PCM）组合物

说明书

发明领域

本发明涉及用于建筑、汽车、包装、服装和鞋类等不同领域进行热量管理的相变材料(PCM)组合物。本发明还涉及包含上述PCM组合物的片材和模制品。

发明背景

所有技术领域中存在一个普遍需要：能量有效。例如建筑业中，永远需要降低与加热和冷却室内空间有关的能量成本。这对纺织业同样如此，如生物和个人防护服，其中必须将穿着者产生过剩热从其身体移走、管理，以提高总体穿着舒适性。

PCM材料为高产储热介质，它能分别吸收和释放熔融和结晶过程大量的潜热。这种相变过程中，PCM材料的温度基本保持不变且PCM周围空间的温度也是如此，流经PCM的热量被“束缚”在PCM本身内。已知石蜡作为PCM特别有效。

图1显示了典型夏天(纬度：45°；经度：180°；空气T_min：15℃；空气T_max：35℃)中三种建筑墙结构(木材结构)内表面温度分布模拟。这三种墙结构包括外层(木披迭板，厚度：20mm)，紧挨着该外层的岩棉层(厚度：250mm)和内灰泥板(厚度：10mm)。第一种墙结构(W1)不包含PCM，而第二种和第三种墙结构(W2；W3)还包含位于岩棉层和灰泥板层之间的PCM组合物层，所述PCM组合物层分别由7.15％重量PCM与92.85％重量假想聚合物和45％重量PCM与55％重量假想聚合物组成。该模拟考虑的PCM产自Rubitherm，商品名为RubithermRT20(熔点：22℃)。

图1表明：白天内墙温度变量随着墙结构中PCM量增加而减小，或换句话说，墙结构的热量管理性能随着其中包含的PCM量增加而提高。

WO2004/044345公开了包含结晶烷基烃等相变材料作为储热设施的外墙组合体。该组合体包括：1)被乙烯基涂层覆盖的织物或纸覆盖层；2)由丙烯酸类涂层化合物组成的中间层(包含磨碎的PCM)和由液态陶瓷化合物组成、使用过程朝着墙的后层。然而由于丙烯酸类材料本身的极性和较高结晶度，丙烯酸类涂层结合PCM的能力是有限的，从而整个组合体的储热能力只能达到一受限程度。

US5,053,446公开了用于热能储存的复合材料，所述复合材料为其中结合有PCM(例如结晶烷基烃)的聚烯烃基体。所述聚烯烃基体是结晶的且在高达150-180℃必须是形态热稳定的。这是由于基体的PCM吸收(imbibition)必须在高达上述值的温度下进行，以使得PCM材料本身渗透到结晶基体的狭窄空间。通常通过在吸收之前使得聚烯烃形成网络来实现热稳定。这对于制备复合材料而言是附加的步骤，该附加步骤使得整个生产过程更复杂和昂贵。此外，由于基体本身内空间有限，正确保留PCM(特别是在低于PCM熔点的温度下)是非常困难的，这导致整个复合材料的热量管理性能大大下降。

因此本发明根本问题是提供在建筑、汽车、服装和鞋类等不同应用中进行热量管理的PCM组合物，所述PCM组合物可克服上述问题。

发明概述

目前惊人地发现：通过PCM组合物可克服上述问题，所述PCM组合物包含：

a)20-80％重量PCM；和

b)20-80％重量一种或多种选自如下的聚合物：

b1)按照ASTM 792测定的密度等于或低于0.910g/cm³的极低密度聚乙烯(VLDPE)；

b2)按照ASTM 792测定的密度等于或低于0.900g/cm³的乙丙橡胶(EPR)；

b3)苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)共聚物；和

b4)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物；

所述百分重量以组合物总重计。

本发明另一方面提供采用上述PCM组合物制备的片材及包括所述片材的多层结构。

本发明还一方面提供由上述PCM组合物制备的模制品。

附图简述

图1为典型夏天中三种建筑墙结构(木材结构)内表面温度分布模拟(纬度：45°；经度：180°；空气T_min：15℃；空气T_max：35℃)。

发明详述

本发明中所用的聚合物具有低极性和结晶度。聚合物的低极性对于使得聚合物本身和非极性PCM之间相容非常重要。此外，由于其无定形，用于本发明的聚合物基体具有足够吸收能力以结合和保留大量PCM，即使在高于或低于PCM本身的熔点的温度下也是如此。上述聚合物有效地将PCM保留在其基体内的能力赋予本发明组合物长期优异热量管理性能。