Phase change material composition

Abstract

The present invention relates to a phase change material composition comprising a reaction product having at least one phase change material homogeneously mixed therein, wherein the reaction product is obtained from a reaction mixture comprising one or more isocyanates, one or more fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol and optionally at least one diamine or polyamine.

Description

Phase change material compositionTechnical Field

[0001] The invention relates generally to a phase change material and, more particularly, to a phase change material composition based on a reaction mixture of isocyanates and selected compounds which contain groups reactive towards isocyanate groups.Background art

[0002] A phase change material (PCM) is a new type of smart material used widely in all kinds of applications, including thermal management material for construction, healthcare, electronics and battery. PCM can store the energy as latent heat when its temperature increases above the phase change temperature (Tc) by melting or changing molecular arrangement. It also can release the heat when the temperature cools down below Tc by molecular crystalline. This reversible physical property of PCM can be used for preventing overheat of certain device or parts, or to keep stable temperature without excessive fluctuate out of control.

[0003] But most phase change materials shift between liquid state and solid state when working above and below Tc.The liquid material cannot keep certain shape or strength, cannot be easily utilized in fabrication of electronic device and battery units. Thus, it is very necessary to develop a new kind of material which owns phase change function and keeps solid state above Tc. By now, there are some types of materials in the market, including microcapsules powder, PEO based polymer and polymer gel.

[0004] CN 102977857 B develops a new type of phase change energy storage microcapsules with core-shell structure, and the many kinds of polymers including polyurethane can be used for shell layer, and the phase change material like paraffin wax is the core part. But the microcapsule method usually uses very complicated process to prepare emulsion or suspension intermediate, which really limits the material selection. And the product form of microcapsule usually is a kind of powder or emulsion, the powder type material may have compatibility with formulation of the end application, and increase viscosity. So the formulation of microcapsule type material cannot be added with high content of PCM, this limits the latent heat capacity of the formulated system for end application. And the microcapsules may also have caking problem during storage, so it is high cost and not easy to use.

[0005] Polyurethane resin also can be introduced with reactive phase change material like polyethylene oxide glycol, to synthesize many types of phase change polyurethane resin. WO 2007 / 033760A1 claims a kind of polyurethane with phase change function. But the PEO polyol is very hydrophilic, the synthesized polyurethane has problem for water resistance, and may absorb water or moisture during storage and application. And due to the need to mix isocyanate and PEO by stoichiometric ratio, the content dependency of PEO on its molecular weight, this limits the content of effective latent heat capacity of finished PU resin  material, and the content cannot be flexibly adjusted as needed. Moreover, the Tc is also affected and drifted from unreacted PEO, and the Tc of finished polyurethane resin also cannot be adjusted flexibly. JP 2014189779A also introduces a kind of polyurethane with paraffin wax as phase change material, but it needs a special kind of polyester polyol based on succinic anhydride or succinic acid having an alkenyl group, it shows that alkyl substituted group can significantly improve the compatibility of paraffin wax with PU resin, but it needs to synthesize special kind of polyester polyol, this limits its feasibility and increases the cost.

[0006] Therefore, an object of the present invention is to provide phase change material composition which has high loading of PCM to keep maximum latent heat capacity, and whose polymer resin has good compatibility with PCM. At the same time, it should be possible to be easy to process and be flexible to adjust to meet specific requirements of end application like foam, adhesive, sealant or elastomers.

[0007] Surprisingly, a novel phase change material composition has been found which does not exhibit the disadvantages described above and which achieves the object with outstanding results.Summary of the invention

[0008] The invention provides a phase change material composition comprising a reaction product having at least one phase change material homogeneously mixed therein, wherein the reaction product is obtained from a reaction mixture comprising one or more isocyanates and one or more fatty compounds containing at least one alkyl group, at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol and optionally at least one diamine or polyamine.

[0009] Preferably, the alkyl group has 4 to 40 carbon atoms, preferably 8 to 40 carbon atoms.

[0010] Preferably, the fatty compounds are vinyl polymers comprising monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group and monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one alkyl group.

[0011] Preferably, the vinyl polymers are selected from vinyl polymers comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxypropyl (meth) acrylate, styrene, alkylene with alkyl chain of C8-C22 and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22.

[0012] Preferably, the fatty compounds are selected from the group consisting of fatty alcohols, fatty acids, and fatty acid based esters and amides.

[0013] Preferably, the reaction mixture further comprises both at least one di-alcohol or polyol and at least one diamine or polyamine, in order to better adjust the reaction speed of the reaction mixture.

[0014] Preferably, the di-alcohol or polyol is selected from a polyether polyol or a polyester polyol or mixtures thereof.

[0015] Preferably, the diamine or polyamine is selected from lauryl amine, cetyl amine, oleyl amine, octadecyl amine or ethylene diamine, 1, 6-diaminohexane, isophorone diamine, 4, 4'-diaminodicyclohexyl methane, polyetheramine with Mw of 200-400g / mol or diethylenetriamine, triethylenetetramine or mixtures thereof.

[0016] Preferably, the isocyanates are selected from isophorone diisocyanate, 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 1, 6-hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate, and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate.

[0017] Preferably, the phase change material is selected from the group consisting of paraffin wax, polyolefin, fatty acid, fatty alcohols, fatty esters, polyethylene oxide glycol or a mixture thereof.

[0018] Preferably, the content of the phase change material is from 70 to 90%by weight, based on the total weight of the phase change material composition.

[0019] Preferably, said reaction mixture further comprises at least one catalyst.

[0020] Preferably, said composition includes no solvent. Therefore, it makes VOC free process and better handling safety possible.

[0021] The phase change material composition has the capability of high loading of PCM up to 90 %, and it has good formulation compatibility without phase separation of PCM from polyurethane resin. It also has good mechanical strength to keep stable after long time of frequent cooling-heating circles without leaking, crack or melting to flow. Its preparation process is relatively easy to handle. Its formulation can be flexibly adjusted to meet specific requirements. Expected temperature of phase transition, the handling property of mixing viscosity, pot life and curing speed can be flexibly adjusted as requested by end application easily.

[0022] Other advantages of the present invention would be apparent for a person skilled in the art upon reading the specification.

[0023] Another perspective of the present invention is to provide a process for producing the phase change material composition as described above.Detailed description of the invention

[0024] Phase change material composition

[0025] In the present invention, the phase change material composition comprises a reaction product having at least one phase change material homogeneously mixed therein. Preferably, the phase change material composition consists of a reaction product having at least one phase change material homogeneously mixed therein. The reaction product is obtained from a reaction mixture comprising one or more isocyanates, one or more fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol, and optionally at least one diamine or polyamine. The composition can take-in or release heat by change of its molecular phase between crystalline and non-crystalline, to realize solid to solid “phase change” without liquidize. So its shape can be stable without flow and leakage. Therefore, there is no obvious solid –liquid change, only hard-soft change, which is innovative, when the temperature is raised above Tc. As shown in the Example portion, the molecular phase between crystalline and non-crystalline of the phase change material composition can be detected by DSC as latent heat, and its hardness also changes.

[0026] Phase change material (PCM)

[0027] The term “phase change material” or “PCM” , when used herein, may refer to substances with a high heat of fusion, undergo a phase change at a certain temperature, and are capable of storing and releasing large amounts of energy. The phase change may be, but not limited to, melting and solidifying. In the present invention, solid to solid “phase change” without liquidize is realized by molecular rearrangement between crystalline and non-crystalline.

[0028] The PCM applicable in the invention includes organic PCM. Examples of PCM useful in the present invention include paraffin wax, polyolefin, fatty acid, fatty alcohols, fatty esters and polyethylene oxide glycol. These may be used alone or in combination of two or more. The target range of phase change temperature can be easily adjusted by selecting suitable PCM. The phase change temperature can be adjusted from 0-150 ℃ by selecting proper phase change material.

[0029] In the phase change material composition, the content of the PCM represents preferably 50-90 %by mass, and more preferably 70-90 %by mass in the total weight of the phase change material composition. Therefore, the latent heat capacity of the phase change material composition can be maximized.

[0030] Isocyanate

[0031] As the isocyanate, any known isocyanate with at least two isocyanate groups can be used, and examples thereof include aromatic isocyanate, aliphatic isocyanate, alicyclic isocyanate, and modified products thereof. These may be used alone or in combination of two or more.

[0032] Aromatic isocyanates include, for example, toluene diisocyanate (2, 4-or 2, 6-toluene diisocyanate or mixtures thereof) (TDI) , phenylene diisocyanate (m-, p-phenylene diisocyanate or mixtures thereof) , 4, 4′-diphenyl diisocyanate, 1, 5-naphthalenediisocyanate (NDI) , diphenylmethane diisocyanate (4, 4′-, 2, 4′-or 2, 2′-diphenylmethane diisocyanate or mixtures thereof) (MDI) , 4, 4′-toluidine diisocyanate (TODI) , 4, 4′-diphenyl ether diisocyanate, xylylene diisocyanate (1, 3-or 1, 4-xylylene diisocyanate or mixtures thereof) (XDI) , tetramethyl xylylene diisocyanate (1, 3-or 1, 4-tetramethylxylylene diisocyanate or mixtures thereof) (TMXDI) , ω,ω'-diisocyanate-1, 4-diethylbenzene, and the like.

[0033] Examples of aliphatic isocyanates include trimethylene diisocyanate, 1, 2-propylene diisocyanate, butylene diisocyanate (tetramethylene diisocyanate, 1, 2-butylene diisocyanate, 2, 3-butylene diisocyanate, 1, 3-butylene diisocyanate) , 1, 5-pentamethylene diisocyanate (PDI) , 1, 6-hexamethylene diisocyanate (HDI) , 2, 4, 4-or 2, 2, 4-trimethylhexamethylene diisocyanate, and the like.

[0034] Examples of alicyclic isocyanates include 1, 3-cyclopentane diisocyanate, 1, 3-cyclopentene diisocyanate, cyclohexane diisocyanate (1, 4-cyclohexane diisocyanate, 1, 3-cyclohexane diisocyanate) , 3-isocyanatomethyl -3, 5, 5-trimethylcyclohexylisocyanate (isophorone diisocyanate) (IPDI) , methylene bis (cyclohexylisocyanate) (4, 4'-, 2, 4'-or 2, 2'-methylene bis (cyclohexyl isocyanate) , trans, trans-, trans, cis-, cis, cis-, or mixtures thereof) ) (H12MDI) , methylcyclohexane diisocyanate (methyl-2, 4-cyclohexane diisocyanate, methyl-2, 6-cyclohexane diisocyanate) , norbornane diisocyanate (various isomers or mixtures thereof) (NBDI) , bis(isocyanatomethyl) cyclohexane (1, 3-or 1, 4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane or mixtures thereof) (H6XDI) , etc..

[0035] The isocyanate is preferably selected from isophorone diisocyanate, 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 1, 6-hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate, and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate.

[0036] In the present invention, isocyanate derivatives, isocyanate group-terminated prepolymers, and the like can be used as the isocyanate in addition to the isocyanates described above.

[0037] Examples of the isocyanate derivatives include homopolymers of isocyanate monomers, polyol modified products (e.g., polyol-modified products (alcohol adducts) produced by reaction of isocyanate monomers and low-molecular-weight polyols) , biuret-modified products (for example, biuret-modified products produced by reaction of the above-described isocyanate monomer with water or amines etc. ) , modified urea (for example, modified urea produced by the reaction of the above-described isocyanate monomer and diamine) .

[0038] The isocyanate group-terminated prepolymer is a urethane prepolymer having at least two isocyanate groups at the molecular ends, or as pending groups.

[0039] These isocyanate derivatives can be used alone or in combination of two or more.

[0040] Fatty compounds

[0041] The fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group include, for example, as described below, vinyl polymers, fatty alcohols, fatty acids and fatty acid based esters or amides. The fatty compounds are introduced in the present polyurethane composition, which can significantly improve the compatibility with phase change material by interaction between fatty chain group and the molecules of phase change material.

[0042] In one preferred embodiment, the alkyl group has 4 to 40 carbon atoms, preferably 8 to 40 carbon atoms. The alkyl group can be a linear, cyclic or branched alkyl group.

[0043] In the present invention, “vinyl polymers” means vinyl polymers comprising monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group and monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one C6-C40 alkyl group. Preferably, the vinyl polymer is derived from an ethylenically unsaturated monomer having at least one C10-C30 alkyl group.

[0044] Ethylenically unsaturated monomers having at least one alkyl group can be selected from (meth) acrylate of fatty alcohol with carbon number of 8 to 36, maleate of fatty alcohol with carbon number of 8 to 22, alkene with carbon number of 8 to 22, alkene acid with carbon number of 8 to 22, alkene alcohol with carbon number of 8 to 22, alkene amine with carbon number of 8 to 22, vinyl alcohol ester of fatty acid with carbon number of 8 to 36.

[0045] Examples of the acrylate and methacrylate constituting the vinyl polymer usable in the invention as the monomer capable of reacting with the isocyanate group include a hydroxyalkyl methacrylate such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, a carboxylic acid such as (meth) acrylic acid, and an amide such as (meth) acrylamide.

[0046] Preferred vinyl polymers are vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxypropyl (meth) acrylate, styrene, alkylene with alkyl chain of C8-C22 and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from  hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22.

[0047] According to the present invention, the vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate and alkyl methacrylate has preferably a weight-average molecular weight (Mw) from 150,000 to 1,000,000 g / mol, more preferably from 160,000 to 800,000 g / mol, even more preferably from 180,000 to 600,000 g / mol, according to DIN 55672-1.

[0048] According to the present invention, the weight-average molecular weight (Mw) and the number-average molecular weight (Mn) of the polymers are determined by gel permeation chromatography (GPC) according to DIN 55672-1 using polymethylmethacrylate (PMMA) calibration standards using the following measurement conditions:

[0049] Eluent: tetrahydrofuran (THF) , stabilized with 0.01 %-0.04 %BHT

[0050] Operation temperature: 40 ℃

[0051] Column: TSKgel SuperMultipore HZ-M, 4.6mm I.D. ×15 cm (TOSOH, Japan) .

[0052] Flow rate: 0.35 mL / min

[0053] Injected volume: 20 μL

[0054] Instrument: Shodex GPC101 consisting of an autosampler, pump and column oven

[0055] Detection device: a refractive index detector from Shodex.

[0056] Di-alcohol or polyol

[0057] In some embodiments, the reaction product may further be obtained from the reaction of isocyanates, fatty compounds as described above and the di-alcohol or polyol.

[0058] The di-alcohol or polyol contains at least two reactive group capable to react with an isocyanate. In one particular embodiment, a polyol is used comprising at least two hydroxyl groups.

[0059] The di-alcohol or polyol can be ethylene glycol, 1, 2 (or 1, 3) -propylene glycol, 1, 4-butanediol, methyl propylene glycol, neopentyl glycol, 1, 6-hexanediol, diethylene glycol, tripropylene glycol, preferably 1, 4-butanediol, methyl propylene glycol, neopentyl glycol, 1, 6-hexanediol.

[0060] The di-alcohol or polyol can be also trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, di-pentaerythritol, preferably trimethylolpropane and glycerol.

[0061] The di-alcohol or polyol can be a polyester polyol having preferably the number average molecular weight (Mn) from 400 –6000 g / mol.

[0062] The di-alcohol or polyol can be a polycarbonate polyol having preferably the Mn from 400 –6000 g / mol.

[0063] The di-alcohol or polyol can be a polyether polyol having preferably the Mn from 400 –20000 g / mol.

[0064] The di-alcohol or polyol can be a polycaprolactone polyol having preferably the Mn from 400 –6000 g / mol.

[0065] Number-average molecular weights (Mn) are determined by gel permeation chromatography (GPC) .

[0066] Preferred di-alcohol or polyol is polyether polyols and polyester polyols.

[0067] Diamine or polyamine

[0068] In some embodiments, the phase change material composition comprises the reaction product that may be obtained from the reaction of isocyanates, fatty compounds as described above, and optionally a di-alcohol or polyol, and optionally a diamine or polyamine.

[0069] The polyamine can be diamine with primary amino groups. Examples of such amines useful herein comprise ethylene diamine, 1, 2- (or 1, 3-) diaminopropane, 1, 4-butanediamine, 1, 5-pentanediamine, 1, 6-diaminohexane, isophorone diamine, trimethylhexane-1, 6-diamine, 4, 4'-diaminodicyclohexyl methane, 1, 3-bis (Aminomethyl) cyclohexane, m-xylylenediamine, 4-methylcyclohexane-1, 3-diamine, 1, 2-diamino cyclohexane, polyetheramine with Mw of 200 –2000 g / mol, bis aminopropyl (polyethylene oxide) , phenylenediamine, 3, 5-dimethylthio-2, 4-toluene diamine, piperazine, N-aminoethyl piperazine, preferably 1, 6-diaminohexane, isophorone diamine, 4, 4'-diaminodicyclohexyl methane, polyetheramine with Mw of 200-400 g / mol.

[0070] The polyamine can also be polyamine with at least two amine groups, examples of which include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, polyethylenepolyamine, preferably diethylenetriamine, triethylenetetramine.

[0071] The polyamine can also be polyamide of diamine or polyamine described above reacted with fatty acid or dimer acid, wherein fatty acid includes carboxyl terminated alkyl chain with carbon number of 10 to 24, dimer acid includes dimer of fatty acid with an alkyl chain of total carbon number above 20. Preferably, the diamine is selected from ethylene diamine, 1, 6-diaminohexane, isophorone diamine, 4, 4'-diaminodicyclohexyl methane, polyetheramine with Mw of 230 –400 g / mol, bis aminopropyl (polyethylene oxide) . For the fatty acid, preference is given to lauric acid, palmitic acid, oleic acid, stearic acid, ricinoleic acid, and for the dimer acid preference is given to dimer of oleic acid or linoleic acid.

[0072] Catalysts

[0073] The reaction can optionally be accelerated by the addition of catalysts. The catalyst of the invention can be those conventional in the art. Preferred catalysts include organic tin catalysts, such as dibutyltin dilaurate, dibutyl tin diacetate, stannous octoate, dibutylbis (dodecylthio) tin, preferably dibutyltin dilaurate, or organic zinc catalysts, such as zinc acetate, zinc hexanoate, zinc octoate, zinc laurate, zinc stearate, zinc acetylacetonate, preferably zinc octoate, or organic bismuth catalysts, such as bismuth methylhexanate, bismuth octoate, bismuth laurate, preferably bismuth methylhexanate and bismuth octoate, or organic zirconium catalysts, such as zirconium acetate, zirconium octoate, zirconium acetylacetonate, preferably zirconium octoate and zirconium acetylacetonate.

[0074] These catalysts can be used alone or in combination of two or more.

[0075] Process

[0076] In principle, the phase change material composition can be produced in a variety of ways including, for example, by the one-shot process or the two-component premix process. In the one-shot process, all the components, i.e. isocyanates, fatty compounds, PCM, optionally the di-alcohol or polyol and / or the diamine or polyamine and optionally catalysts, are brought together at the same time and are intimately mixed with one another. In the two-component premix process, the first step is to prepare the homogeneous mixture comprising fatty compounds, PCM, optionally the di-alcohol or polyol and / or the diamine or polyamine and optionally catalysts (Part A) . The second step is to prepare the homogeneous mixture of isocyanates and PCM (Part B) , after which the resulting mixture from the second step is incorporated into the resulting mixture from the first step and the ingredients are intimately mixed and cured. Here the first step and the second step are interchangeable. The mixing ratio of part A and part B can be flexibly adjusted according to the end application. The two-component premix process is particularly preferred in terms of the present invention. The curing speed and mixing viscosity can be flexibly adjusted as required by the end application. Here the catalysts which are optionally to be used concomitantly are generally added to the part of components reactive towards the isocyanate, but this is not absolutely necessary since catalysts which are compatible with the isocyanate part can also be incorporated into said isocyanate part.

[0077] The curing condition can be flexibly adjusted according to requirement of end application, usually the mixture of the two parts can be fully cured in a wide range of temperature from 0 ℃ to 200 ℃, and the curing speed and pot life of the mixed components also can be widely adjusted by adjusting catalyst dosage or setting different curing temperature. But it is recommended to complete the curing at temperature above the Tc of PCM, which is easier for process handling and fast curing.

[0078] The present invention therefore also relates to the process for producing a phase change material composition, the process comprising: reacting in a intimately mixed reaction mixture, having at least one phase change material homogeneously mixed therein, which reaction mixture comprises: one or more  isocyanates, one or more fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol and optionally at least one diamine or polyamine.

[0079] Preferably, the process comprises the steps of:

[0080] (1) producing a homogeneous mixture comprising

[0081] at least one vinyl polymer comprising monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group and monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one alkyl group;

[0082] optionally at least one di-alcohol or polyol and / or at least one diamine or polyamine;

[0083] optionally at least one catalyst; and

[0084] phase change material;

[0085] (2) producing a homogeneous mixture comprising

[0086] at least one isocyanate; and

[0087] phase change material;

[0088] (3) mixing the mixture of (1) with the mixture of (2) , wherein (1) and (2) are interchangeable in sequence.

[0089] The present invention also relates to the use of the phase change material composition as described above for the production of battery unit, circuit board, human body proximity products, such as cushions and mattresses.

[0090] Examples

[0091] The invention is now described in detail by the following examples. The scope of the invention should not be limited to the embodiments of the examples.

[0092] The phase change material compositions of Examples 1-6 were prepared by the following procedure.

[0093] Step 1. Preparation of Part A

[0094] A reactor was heated to 80 ℃, then raw materials of Part A as listed in Table 1 were added into the reactor and were mixed until a homogeneous mixture was obtained. The obtained mixture was the finished Part A.

[0095] Step 2. Preparation of Part B

[0096] A reactor was heated to 80 ℃, then raw materials of Part B as listed in Table 1 were added into the reactor and were mixed until a homogeneous mixture was obtained. The obtained mixture was the finished Part B.

[0097] Step 3. Mix Part A and Part B for curing

[0098] The finished Part A and the finished Part B was mixed. The mixing ratio of Part A and Part B of the examples in Table 1 was set as 50 : 50.

[0099] After step 3, the phase change material compositions according to Examples 1-6 were prepared. Each prepared phase change material composition was a gel. The related properties were tested and listed in Table 3 and Table 4.

[0100] Table 1. Formulations of Part A and Part B of the PCM compositions for Examples 1 -6

[0101] Raw Materials of Table 1

[0102] VESTAMIN IPD (IPDA, industry product, Evonik)

[0103] PolyetheramineD230 (D230, industry product, BASF)

[0104] Octadecyl amine (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0105] Ethylene diamine (EDA, Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0106] 1, 4-Butanediol (BDO, Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0107] Trimethylolpropane (TMP, Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0108] 1-Dodecanol (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0109] Glyceryl monostearate (99%purity, Sigma-Aldrich)

[0110] PolyTHF2000 (industry product, BASF)

[0111] PEG2000 (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0112] Vinyl polymer VP1 (OH%= 1.70%, Synthesized in lab, see Table 2)

[0113] Vinyl polymer VP2 (OH%= 1.13%, Synthesized in lab, see Table 2)

[0114] Vinyl polymer VP3 (OH%= 0.57%, Synthesized in lab, see Table 2)

[0115] Vinyl polymer VP4 (OH%= 0.17%, Synthesized in lab, see Table 2)

[0116] Paraffin Wax (m.p. = 48-50 ℃, Sinopharm Reagent)

[0117] Paraffin Wax (m.p. = 60-62 ℃, Sinopharm Reagent) )

[0118] Hydrogenated coconut oil (ZJ-PCM-A-23, m.p. = 23 ℃, Guangzhou Zhongjia New Materials Technology)

[0119] Hydrogenated palm oil (ZJ-PCM-A-37, m.p. = 37 ℃, Guangzhou Zhongjia New Materials Technology)

[0120] Hydrogenated palm oil (ZJ-PCM-A-58H, m.p. = 58 ℃, Guangzhou Zhongjia New Materials Technology)

[0121] Glycerol tri-stearate (ZJ-PCM-A-72H, m.p. = 72 ℃, Guangzhou Zhongjia New Materials Technology)

[0122] DBTDL (dibutyltin dilaurate, Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0123] Zinc octoate (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0124] Zinc laurate (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0125] Bismuth octoate (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0126] Bismuth methylhexanate (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0127] 4, 4’-Diphenylmethane diisocyanate (MDI, Analytical purity, Sigma-Aldrich)

[0128] Toluene 2, 4-diisocyanate (TDI, Analytical purity, Sigma-Aldrich)

[0129] VESTANAT IPDI (industry product, Evonik)

[0130] VESTANAT H12MDI (industry product, Evonik)

[0131] Hexamethylene diisocyanate (HDI, Analytical purity, Sigma-Aldrich)

[0132] VESTANAT HT 2500 LV (HDI-trimer, industry product, Evonik)

[0133] VESTANAT T1890 / 100 (IPDI-trimer, industry product, Evonik)

[0134] Hydroxyethyl methacrylate ( HEMA, industry product, Evonik)

[0135] C18-22 Alkyl methacrylate ( C18-22 MA, industry product, Evonik)

[0136] C12-14 Alkyl methacrylate ( Terra C13 MA, industry product, Evonik)

[0137] C16-18 Alkyl methacrylate ( Terra C17.4 MA, industry product, Evonik)

[0138] Styrene (Analytical purity, Sinopharm Reagent)

[0139] Hydroxyethyl acrylate (HEA, 96%purity, Sigma-Aldrich)

[0140] Hydroxypropyl acrylate (HPA, 95%purity, Sigma-Aldrich)

[0141] 1-Octadecene (HPA, 95%purity, Sigma-Aldrich)

[0142] 2, 2’-Azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN, Aladdin Reagent)

[0143] The vinyl polymer samples were synthesized according to formulations listed in Table 2. The hydroxyl alkyl vinyl monomers including HEMA, HEA and HPA were mixed with alkyl vinyl monomers, kept mixing in 50 %ethyl acetate solution, and the polymerization was initiated by AIBN. The reaction was kept at 70 ℃ for 3 hours, then the toluene was removed under vacuum to obtain finished vinyl polymer product.

[0144] The number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) of the synthesized vinyl polymers weree determined by gel permeation chromatography (GPC) according to DIN 55672-1 using polymethylmethacrylate (PMMA) calibration standards, using the following measurement conditions:

[0145] Eluent: tetrahydrofuran (THF) , stabilized with 0.01 %-0.04 %BHT;

[0146] Columns: TSKgel SuperMultipore HZ-M, 4.6mm I.D. ×15 cm (TOSOH, Japan) ;

[0147] Operation temperature: 40 ℃;

[0148] Detector: Refractive Index;

[0149] Flow rate: 0.35 mL / min;

[0150] Injection volume: 20μL.

[0151] Table 2. Synthesis of vinyl polymer samples for Examples 1 -6

[0152] Latent heat capacity is the key performance parameter for the present invention. The DSC (differential scanning calorimeter) test showed that the latent heat of the polyurethane material obtained from this invention can keep high capacity for application. And the phase change temperature (Tc) also can be easily adjusted by selection of proper PCM. The solvent free samples (PCM 1 to PCM 6) were tested by DSC (measuring instrument: Q2000, TA Instruments, USA; measuring temperature range: -20 ℃ to 120 ℃, heating rate: 10℃ / min, measuring atmosphere: air) and the results are listed in Table 3.

[0153] Table 3. Latent heat and Tc tested by DSC for the PCM composition

[0154] Remark: Tc is the peak temperature tested by DSC in heating curve.

[0155] The samples of PCM 1 to PCM 6 also showed very good durability to keep stable shape after 1000 circles of cooling and heating according to phase transfer temperature range of contained PCM. The hardness of the samples were also tested before and after the circling test and related results are listed in Table 4.

[0156] Table 4. The hardness of the PCM composition after tests of 1000 cooling-heating circles

[0157] As used herein, terms such as “comprise (s) ” and the like as used herein are open terms meaning 'including at least' unless otherwise specifically noted.

[0158] All references, tests, standards, documents, publications, etc. mentioned herein are incorporated herein by reference. Where a numerical limit or range is stated, the endpoints are included. Also, all values and subranges within a numerical limit or range are specifically included as if explicitly written out.

[0159] The above description is presented to enable a person skilled in the art to make and use the invention, and is provided in the context of a particular application and its requirements. Various modifications to the preferred embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments and applications without departing from the spirit and scope of the invention. Thus, this invention is not intended to be limited to the embodiments shown, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features disclosed herein. In this regard, certain embodiments within the invention may not show every benefit of the invention, considered broadly.

Claims

1.A phase change material composition comprising a reaction product having at least one phase change material homogeneously mixed therein, wherein the reaction product is obtained from a reaction mixture comprising one or more isocyanates, one or more fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol, and optionally at least one diamine or polyamine.2.The composition according to claim 1, wherein the fatty compounds are vinyl polymers comprising monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group and monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one alkyl group.3.The composition according to claim 1 or 2, wherein the alkyl group has 4 to 40 carbon atoms, preferably 8 to 40 carbon atoms.4.The composition according to claim 2, wherein the vinyl polymers are selected from vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxypropyl (meth) acrylate, styrene, alkylene with alkyl chain of C8-C22 and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22, vinyl polymer comprising monomer units derived from hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, and alkyl methacrylate with an alkyl chain of C8-C22.5.The composition according to claim 1, wherein the fatty compounds are selected from the group consisting of fatty alcohols, fatty acids, and fatty acid based esters and amides.6.The composition according to claim 1, wherein the reaction mixture further comprises both at least one di-alcohol or polyol and at least one diamine or polyamine.7.The composition according to claim 6, wherein the di-alcohol or polyol is selected from a polyether polyol or a polyester polyol or mixtures thereof.8.The composition according to claim 6, wherein the diamine or polyamine is selected from lauryl amine, cetyl amine, oleyl amine, octadecyl amine or ethylene diamine, 1, 6-diaminohexane, isophorone diamine, 4, 4'-diaminodicyclohexyl methane, polyetheramine with Mw of 200-400 g / mol or diethylenetriamine, triethylenetetramine or mixtures thereof.9.The composition according to claim 1, wherein the isocyanates are selected from isophorone diisocyanate, 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 1, 6-hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate, and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate.10.The composition according to claim 1, wherein the phase change material is selected from the group consisting of paraffin wax, polyolefin, fatty acid, fatty alcohols, fatty esters, polyethylene oxide glycol or a mixture thereof.11.The composition according to claim 1, wherein the content of the phase change material is from 70 to 90 %by weight, based on the total weight of the phase change material composition.12.The composition according to claim 1, wherein said reaction mixture further comprises at least one catalyst.13.The composition according to claim 1, wherein said composition includes no solvent.14.A process for producing a phase change material composition, the process comprising: reacting in a intimately mixed reaction mixture, having at least one phase change material homogeneously mixed therein, which reaction mixture comprises: one or more isocyanates, one or more fatty compounds containing at least one alkyl group and at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group, and optionally at least one di-alcohol or polyol and optionally at least one diamine or polyamine.15.The process according to claim 14, the process comprising the steps of:(1) producing a homogeneous mixture comprisingat least one vinyl polymer comprising monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one hydroxyl, primary amino or secondary amino group and monomer units derived from ethylenically unsaturated monomer having at least one alkyl group;optionally at least one di-alcohol or polyol and / or at least one diamine or polyamine;optionally at least one catalyst; andphase change material;(2) producing a homogeneous mixture comprisingat least one isocyanate; andphase change material;(3) mixing the mixture of (1) with the mixture of (2) , wherein (1) and (2) are interchangeable in sequence.16.Use of the phase change material composition according to any one of claims 1-13 for the production of battery unit, circuit board, human body proximity products, such as cushions and mattresses.17.Method for increasing thermal capacity in a phase change material by using the phase change material composition according to any one of claims 1 to 13, wherein the phase change material composition is used in battery unit, circuit board, human body proximity products, such as cushions and mattresses.

Images