[发明专利]固态时具有高熔化潜热的热塑性弹性体复合物在审

专利信息
申请号: 201280050906.3 申请日: 2012-09-12
公开(公告)号: CN103890087A 公开(公告)日: 2014-06-25
发明(设计)人: 徐亮 申请(专利权)人: 普立万公司
主分类号: C08L53/00 分类号: C08L53/00;C08L91/06;C08L25/08;C08J5/00
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 郭辉
地址: 美国俄*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 固态 具有 熔化 潜热 塑性 弹性体 复合物
【说明书】:

要求优先权

本申请要求于2011年10月21日提交的美国临时专利申请登记第61/549,817号(代理人案卷号12011022)的优先权,该文通过参考结合于此。

发明领域

本发明涉及具有良好熔化潜热的热塑性弹性体,这意味着良好的热容量,可用于适用热力学原理的大量产品。

发明背景

聚合物领域已经取得迅猛发展,使材料科学从19世纪的木材和金属转变为20世纪中叶使用热固性聚合物再转变为20世纪后期使用热塑性聚合物。

热塑性弹性体(TPE)将诸如硫化橡胶等热固性聚合物的弹性性质与热塑性聚合物的加工特性的益处组合起来。因此,TPE成为首选,因为可通过注塑设备将它们做成制品。

热容量也称为热容,对于物体而言,可表示为转移到该物体的热能的量和所得物体温度的增量之比。

每种物质都有热容量。金属通常具有很小的热容量,且耗散热量几乎与加热金属物体一样快。水通常具有较大的热容量,并能把热量固定可观的时间段,只缓慢的耗散热量。

这些热力学原则在材料科学中有实际的效果和益处。依赖于那些聚合物材料和它们的连续材料之间界面的相对温度,具有良好热容量的聚合物材料可用作吸热器或散热器。加热垫可舒缓非常劳累后疲倦和酸痛的背部肌肉。冰袋可减少扭伤的脚踝的肿胀。在这些示例中每一方式中,热容用来获得和固定热量或冷量,以使材料获得治疗性缓解。

发明内容

本领域需要的是具有高熔化潜热的热塑性弹性体复合物的新制剂。

“潜热”通常表示为在出现温度没有变化的过程中,通过化学物质或热力学系统释放或吸附的热量。“熔化潜热”通常表示为任意量的物质从固体熔化成液体时的焓变。温度不变时,热力学系统的焓或总能量改变。

水是个方便的示例。液相的H2O具有比固相冰更高的内部能量。为了熔化冰以形成液态水,必须向冰提供能量。相反,当液态水冻结成冰时会释放能量,因为液态中的分子经历更弱的分子间力并具有更大的潜能。

水的熔化潜热是约334焦耳/克(J/g),与乙醇的约109J/g相比,是非常大的。石蜡的熔化潜热是约200-220J/g。

当液态水冷却时,它的温度稳步下降直到降至刚刚低于0℃的冰点。然后,当水结晶时温度保持恒定在冰点。一旦水完全冻结,只有那时它的温度才继续下降。温度没有变化而结晶时释放热量的时间段是理解本发明的关键,因为在那个时间段,熔化潜热表现最好。在热容量优于其它材料如乙醇的那些材料如水,在熔融和结晶时分别具有更大的用于储存和释放热量的能力。

美国专利No.6,703,127(戴维斯(Davis)等)提出使用大胶囊来包含他们所称的“相改变材料”。这种方法不仅昂贵而且使通过模塑或挤出把热塑性复合物成形成有用的制品变得更加复杂,因为难以在组成热塑性复合物的成分混合物中实现足量地装载这种大胶囊。

本领域还需要既良好混合又在加工和使用时仍然保持良好混合的成分。

本发明确定了TPE复合物,所述TPE复合物具有优异的熔化潜热,表明具有非常好的热容量,且可基于热容量试剂的选择来定制所述热容量,从而提供在约-10℃和约70℃之间的转变温度范围中都可用的那些非常好的热容量。

使用差示扫描量热法(DSC),发现本发明的TPE复合物提供的熔融焓范围为约10-约120J/g、结晶焓范围为约10-约125J/g。因此,不仅可以定制TPE复合物来选定在约-10℃和约70℃之间的转变温度作为热吸收和热释放的使用温度,而且可把在那个温度下吸收或释放的热量从少量至很大量来进行定制。

已发现焓值与TPE复合物中存在的热容量试剂的量成正比。意外的是,甚至当在TPE复合物中大量装载那些热容量试剂时,它们仍然良好地分散,且不破坏所述TPE复合物加工和使用所需的物理性质。换句话说,通过比分散在TPE中的大胶囊更简单的配方,本发明的构思可用来构建热容量量子和转变温度,其中热容量量子可用来最好地推进具有加工和使用的所有益处的TPE复合物,这使TPE复合物成为用于大范围的工业、消费者和针对材料科学问题的其它性能解决方案的应用的优选材料。

本发明的一方面是热塑性弹性体复合物,其包括至少一种热塑性弹性体和占所述复合物约5-约70重量%且直接分散在所述复合物中的至少一种热容量试剂,其中,每当复合物中的热容量试剂熔化成液体时,所述复合物经历固-固相转变。

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