用于热管理的可熔的相变粉末、其制造方法及包含所述粉末的制品技术

可熔的相变粉末组合物包含多个粉末颗粒，所述多个粉末颗粒包含聚合物组合物、未封装的相变材料、和任选的添加剂组合物，其中所述粉末组合物在25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的温度下是可熔的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热管理的可熔的相变粉末、其制造方法及包含所述粉末的制品
技术介绍
本公开内容涉及可熔的相变材料(phase-changematerial，PCM)及其制造方法、以及包含PCM的制品。在包括电池、包括发光二极管(LED)的设备和包括电路的设备的各种各样的设备中都需要热管理。例如，用于诸如电视机、收音机、计算机、医疗器械、商用机器和通信设备的电子设备的电路设计变得越来越小和越来越薄。这样的电子组件的功率增加导致热产生增加。此外，较小的电子组件被密集地封装在越来越小的空间中，导致热产生更强。另外，快速充电已成为便携式电子设备行业的新趋势。快速充电往往会导致电源适配器或设备自身过热。同时，电子设备可能对过热非常敏感，不利地影响部件的寿命和可靠性二者。电子设备中的温度敏感元件可能需要被保持在规定的工作温度内，以避免显著的性能下降或甚至系统故障。因此，制造商一直面临使电子设备中产生的热消散即热管理的挑战。此外，电子设备的内部设计可能包括不规则形状的腔，这对已知的热管理方法提出了重大挑战。因此，仍然需要用于各种设备特别是电子设备中的热管理的新方法。如果解决方案对于小或薄的设备或者具有不规则形状腔的设备有效，则将是附加的优势。
技术实现思路
一种可熔的相变粉末组合物，其包含多个粉末颗粒，所述多个粉末颗粒包含聚合物组合物、未封装的相变材料和任选地添加剂组合物，其中粉末组合物在25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的温度下是可熔的，优选地粉末组合物在所述温度下可熔但不可流动。一种制造可熔的相变粉末组合物的方法，其包括：将包含聚合物和任选的溶剂的组合物、熔化的未封装的相变材料和任选的添加剂组合物合并以形成混合物；任选地从混合物中除去溶剂；使混合物冷却以提供固体相变材料；以及使固体相变材料减小成粉末，以提供可熔的相变粉末组合物。一种制造包含相变组合物的制品的方法，其包括：将可熔的相变粉末组合物在低于可熔的相变粉末组合物中的相变材料的熔点的第一温度下注入至制品的腔中；以及将可熔的相变粉末组合物在高于可熔的相变粉末组合物中的相变材料的熔点且低于组合物的玻璃化转变温度的第二温度下加热以形成熔合的固体相变组合物，其中第二温度优选为25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃。还公开了由可熔的相变粉末制成的固体相变组合物和包含可熔的相变粉末组合物或固体相变组合物的制品。上述和其他特征通过以下附图和详细说明来举例说明。附图说明以下是附图的简要描述，附图是出于举例说明本文公开的示例性实施方案的目的而非出于限制本专利技术的目的而给出。附图是示出实施例的可熔的PCM粉末的相对于温度(℃)的归一化热流(W/g)的差示扫描量热法(DSC)迹线。具体实施方式本专利技术人开发了在相变温度下具有高的熔化热的可熔的相变组合物，其在低温下呈粉末形式，并且有利地可以被注入至任何形状的期望位置。粉末颗粒包含聚合物组合物和相变材料。将粉末在高于相变材料的熔化温度但低于聚合物组合物的玻璃化转变温度的温度下短时间加热实现粉末颗粒的熔合，使得相变组合物将无法从其在设备中的位置泄漏。这样的组合物特别适合于为诸如电子设备的设备提供优异的热保护，并且具有这样的益处：粉末可以容易地被装入这样的设备中的不规则形状腔中以使吸热容量最大化，同时在粉末熔合之后组合物在工作温度(≥100℃)下无法从设备中漏出。可熔的相变粉末组合物包含多个粉末颗粒，所述多个粉末颗粒包含聚合物组合物和未封装的相变材料。任选地，相变粉末组合物还包含添加剂组合物。未封装的相变材料和聚合物组合物被选择成具有良好的相容性，从而允许大量的相变材料被吸收在与聚合物组合物的相容共混物(miscibleblend)中。相变材料(PCM)是具有高的熔化热的物质，并且其能够在相变(例如熔化和凝固)期间分别吸收和释放大量潜热。在相变期间，相变材料的温度保持几乎恒定。在相变材料吸收或释放热的时间期间，通常在材料的相变期间，相变材料抑制或阻止热能流过该材料。在一些情况下，在相变材料吸收或释放热的时间期间，通常在相变材料经历两种状态之间的转变时，相变材料可以抑制热传递。该作用通常是瞬时的，并且会发生直到在加热或冷却过程期间相变材料的潜热被吸收或释放为止。可以从相变材料中储存或除去热，并且通常可以通过热源或冷源使相变材料有效地恢复(recharge)。相变材料因此具有特征性转变温度。术语“转变温度”或“相变温度”是指材料经历两种状态之间的转变的近似温度。在一些实施方案中，例如对于混合组成的商业石蜡，转变“温度”可以是发生相转变的温度范围。原则上，可以在相变组合物中使用相变温度为-100℃至150℃的相变材料。特别地，对于用于LED和电子组件，并入相变组合物中的相变材料的相变温度可以为0℃至115℃、10℃至105℃、20℃至100℃、或30℃至95℃。在一个实施方案中，相变材料的熔化温度为25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃。相变材料的选择通常取决于将包含相变材料的特定应用所期望的转变温度。例如，对于电子应用而言，具有接近正常体温或约37℃的转变温度的相变材料可以是期望的，以防止使用者受伤并保护过热组件。相变材料的转变温度可以在-5℃至150℃、或0℃至90℃、或30℃至70℃、或35℃至50℃的范围内。在其他应用例如电动车辆用电池中，65℃或更高的相变温度可以是期望的。用于这样的应用的相变材料的转变温度可以在45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的范围内。转变温度可以通过改变相变材料的纯度、分子结构、相变材料的共混、或其任何组合而扩宽或变窄。通过选择两种或更多种不同的相变材料并形成混合物，可以针对任何期望的应用来调节相变材料的温度稳定范围。温度稳定范围可以包括特定的转变温度或转变温度范围。所得混合物在被并入本文所述的相变粉末组合物中时，可以表现出两个或更多个不同的转变温度或者单一被改变的转变温度。在一些实施方案中，具有多个或宽的转变温度可以是有利的。如果使用单一窄的转变温度，则可能在达到转变温度之前引起热/能量积聚。一旦达到转变温度，能量将被吸收直到潜在的能量被消耗，然后温度将继续升高。宽的或多个转变温度在温度刚开始升高时实现温度调节和热吸收，从而减轻任何热/能量积聚。多个或宽的转变温度还可以通过重叠或交错的热吸收来更有效地帮助使热从组件传导出去。例如，对于包含在35℃至40℃下进行吸收的第一相变材料(PCM1)和在38℃至45℃下进行吸收的第二相变材料(PCM2)的组合物，PCM1会开始吸收并控制温度直到大部分潜热被使用，此时PCM2会开始从PCM1吸收并传导能量，从而使PCM1复原并使其保持作用。相变材料的选择可以取决于相变材料的潜热。相变材料的潜热通常与其吸收和释放能量/热或者改变制品的传热特性的能力有关。在一些情况下，相变材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可熔的相变粉末组合物，包含：/n多个粉末颗粒，所述多个粉末颗粒包含/n聚合物组合物，/n未封装的相变材料，和/n任选的添加剂组合物；/n其中所述粉末组合物在25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的温度下是可熔的，优选地其中所述粉末组合物在所述温度下可熔但不可流动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 US 62/553,4131.一种可熔的相变粉末组合物，包含：
多个粉末颗粒，所述多个粉末颗粒包含
聚合物组合物，
未封装的相变材料，和
任选的添加剂组合物；
其中所述粉末组合物在25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的温度下是可熔的，优选地其中所述粉末组合物在所述温度下可熔但不可流动。


2.根据权利要求1所述的可熔的相变粉末组合物，其中所述聚合物组合物包含环烯烃聚合物、含氟聚合物、聚缩醛、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酸酐、聚亚芳基醚、聚亚芳基醚酮、聚亚芳基酮、聚亚芳基硫醚、聚亚芳基砜、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺、聚烯烃、聚甲醛、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、聚氨酯、乙烯基聚合物、醇酸树脂、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并环丁烯聚合物、邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物、环氧树脂、羟基甲基呋喃聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物、酚醛聚合物、苯并嗪聚合物、聚二烯、聚异氰酸酯、聚脲、聚氨酯、有机硅、三烯丙基氰脲酸酯聚合物、或三烯丙基异氰脲酸酯聚合物。


3.根据权利要求2所述的可熔的相变粉末组合物，其中
所述聚合物的溶解度参数在所述相变材料的溶解度参数的±1、或±0.9、或±0.8、或±0.7、或±0.6、或±0.5、或±0.4、或±0.3以内；或者
所述聚合物组合物包含弹性体嵌段共聚物、弹性体接枝共聚物、弹性体无规共聚物、弹性体或聚烯烃；
优选地其中所述聚合物组合物包含苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丁二烯、异戊二烯、聚丁二烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、天然橡胶、丁基橡胶、环烯烃共聚物、聚二环戊二烯橡胶、或含有前述中的至少一者的组合；
更优选地其中所述聚合物组合物包含苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、或苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。


4.根据权利要求1至3中任一项或更多项所述的可熔的相变粉末组合物，其中所述未封装的相变材料包含C10-35烷烃、脂肪酸或脂肪酸酯，优选地C18-28烷烃、脂肪酸或脂肪酸酯，更优选地熔化温度为25℃至65℃或35℃至60℃的石蜡。


5.根据权利要求1至4中任一项或更多项所述的可熔的相变粉末组合物，其中所述未封装的相变材料具有
5℃至70℃，优选地25℃至65℃，更优选地35℃至60℃，又更优选地30℃至50℃的熔化温度；或者
根据ASTMD4118通过差示扫描量热法测定的大于150焦耳/克，优选地大于180焦耳/克，更优选地大于210焦耳/克的熔化热。


6.根据权利要求1至5中任一项或更多项所述的可熔的相变粉末组合物，还包含添加剂组合物，
其中所述添加剂组合物包含封装的相变材料、阻燃剂、热稳定剂、抗氧化剂、导热填料、绝热填料、磁性填料、着色剂、或含有前述中的至少一者的组合；
优选地其中所述阻燃剂为金属碳酸盐、金属水合物、金属氧化物、卤代有机化合物、有机含磷化合物、含氮化合物、次膦酸盐、或含有前述中的至少一者的组合；
优选地其中所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、乙烯-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、三聚氰胺、锡酸锌、氧化硼、或含有前述中的至少一者的组合。
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【专利技术属性】
技术研发人员：隗明，沙伦·松，伊恩·史密斯，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US