(57)【要約】熱伝達システムにおいて、熱伝導率を高める組成物および方法を提供する。この組成物は、ナノメートルからミクロンサイズの範囲の平均粒径を有する粉体、腐食防止のため、および／または分散剤として作用するコーティング、および熱伝達媒体を含む。熱伝達媒体は、共重合体、ポリマー、気体および液体の流体、および相変化材料の群から選択する。適当な粉体としては、金属および金属酸化物、合金またはそれらのブレンド、ならびに炭素誘導体が挙げられる。粉体の表面は、コーティング配合物との表面複合体または物理的吸着により改変されている。コーティングした粉体は、熱伝達媒体と混合したとき、高い熱伝達力および熱伝導率、安定な化学組成物、より速い熱伝達速度、およびほとんどの熱伝達システムにとって有益である分散状態を維持するコロイド分散体を形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高められた熱伝導率を有する組成物であって、
ａ．ナノメートルからミクロンサイズの範囲の平均粒径を有する粉体と、
ｂ．前記粉体粒子に施されたコーティングと、
ｃ．モノマー、共重合体、ポリマー、および相変化材料からなる群から選択される熱伝達媒体と
を組合せて含むことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記コーティングは、腐食防止特性を与えることおよび分散剤として作用することの、少なくとも一方の作用を示す能力のあるコーティングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記コーティングは、前記粉体の沈降時間を増加させること、前記粉体を不動態化させること、前記粉体の界面張力を低下させることの少なくとも１つにより、前記熱伝達媒体中で前記粉体の分散剤としての役割をはたし、かつ前記粉体への接着性を増加させることを特徴とする請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
熱源とヒートシンクの間で熱を伝達する方法であって、前記熱源と前記ヒートシンクの間に、表面をコーティングした粉体を含む熱伝達組成物を挿入する工程を含み、前記コーティングが、コーティングしてない粉体と比べて、前記粉体に改良された熱伝導率特性を与えることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記コーティングした粉体を熱伝達媒体中に懸濁させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記表面コーティングした粉体は、
ａ．コーティング配合物を粉体粒子と複合体化すること、
ｂ．前記粉体粒子表面上にコーティング配合物を吸着させること、
ｃ．粉体粒子表面上に金属コーティングを施し、続いて前記金属コーティングを他のコーティングと複合体化すること
の１つによって調製することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記コーティング配合物は、前記粉体粒子表面上に前記コーティング配合物の少なくとも単一の分子層を形成するために十分な量であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記粉体は、さらに１０ミクロン未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記粉体は、さらに１０ｎｍから２μの範囲の平均粒径を有することを特徴とする請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記粉体は、金属、合金、有機金属化合物、無機金属化合物、炭素およびそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記粉体は、銅、チタン、ニッケル、ベリリウム、鉄、銀、金、それらの合金、それらのブレンド、およびそれらの化合物からなる金属群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記粉体は、黒鉛、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、ｎが少なくとも３０の整数である一般式（Ｃ2）nのフラーレン炭素、およびそれらのブレンドからなる炭素の群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項１３】
前記熱伝達媒体は、固体、流体、および相変化材料からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記熱伝達媒体は、共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項１５】
前記共重合体は、容積比率が１０：１と１：１００の間で、９９から１重量パーセントで、アルファオレフィンモノマーを、ビニリデン芳香族モノマーおよび脂肪族ビニリデンモノマーと重合させることにより調製することを特徴とする請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記共重合体は、さらに重合性エチレン性不飽和モノマーを用いて調製することを特徴とする請求項１５に記載の組成物。
【請求項１７】
前記熱伝達媒体は、共役ポリマー、結晶性ポリマー、無定形ポリマー、エポキシ、樹脂、アクリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリエステル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリアリーレート、スチレン、ポリ（テトラメチレンオキシド）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（ブタジエン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（水素化ブタジエン）、ポリ（水素化イソプレン）、液晶ポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド−イミド、コポリイミド前駆体、強化ポリイミド複合体および前記ポリイミドから製造したラミネート、ポリフェニル化多核芳香族ジアミン、フルオロカーボンポリマー、ポリエーテルエステルエラストマー、ネオプレン、ポリ尿素、ポリ酸無水物、クロロスルホン化ポリエチレン、エチレン／プロピレン／ジエン（ＥＰＤＭ）エラストマー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、およびポリシロキサン、芳香族コポリイミド、ポリアルフォレフィン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリイソシアヌレート、およびそれらの誘導体、ビニルモノマー、スチレン、ビニルピリジン、Ｎ−ビニルピロリドン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、メチルビニルケトン、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル；ポリオール、エチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジカルビノール、ポリアミン、１，６−ヘキサジアミン、４，４’−メチレンビス（Ｎ−メチルアニリン）、ポリカルボン酸、アジピン酸、フタル酸、エポキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、およびシクロヘキセンオキシド、ポリアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ビニルポリマー、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリメタクリル酸メチル、有機液体可溶性多糖、官能化多糖、酢酸セルロース、および架橋膨潤性多糖からなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１８】
前記熱伝達媒体は、さらに、塩水和物、有機共融物、クラスレート水和物、パラフィン、炭化水素、フィッシャー−トロプシュ硬質ワックス、無機共融混合物、アセトアミド、フマル酸メチル、ミリスチン酸、グラウバー塩、パラフィンワックス、脂肪酸、メチルエステル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、短鎖酸の混合物、カプリン酸とラウリン酸、ココナッツ脂肪酸、プロパンおよびメタンからなる群から選択される、相変化媒体を含むことを特徴とする請求項１６に記載の組成物。
【請求項１９】
前記コーティングは、アゾール、ベンゾトリアゾール、トリトリアゾール、耐ハロゲン性アゾール、およびそれらの置換誘導体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項２０】
前記アゾールは、芳香族アゾール、ジアゾール、トリアゾール、テトラゾール、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、２，５−（アミノペンチル）ベンゾイミダゾール、アルコキシベンゾトリアゾール、オレイルイミダゾリンなどのイミダゾール、メルカプトベンゾチアゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾールなどのチアゾール、チオジアゾール、耐ハロゲン性アゾール、５，６−ジメチル−ベンゾトリアゾール；５，６−ジフェニルベンゾトリアゾール；５−ベンゾイル−ベンゾトリアゾール；５−ベンジルベンゾトリアゾールおよび５−フェニル−ベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾトリアゾールと、メルカプトベンゾチアゾールと、トリルトリアゾールと、ベンゾトリアゾールと、置換ベンゾトリアゾールおよび／または１−フェニル−５−メルカプトテトラゾールとの組合せ、ペンタン可溶性イミダゾリンと、ペンタン可溶性アミドと、ピリジン系化合物と、ペンタン可溶性分散剤と、溶媒との混合物、ならびにそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の組成物。
【請求項２１】
前記コーティングは、さらに無機腐敗防止剤配合物を含むことを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項２２】
粉体は、炭素粉体であり、前記コーティングは、さらにリグニン系化合物、エチレンオキシド／プロピレンオキシド（ＥＯ／ＰＯ）ブロック共重合体、アニオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項２３】
前記粉体はアルミニウムおよびアルミニウム合金の群から選択され、前記コーティングは、さらにセリウム化合物を含むことを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項２４】
前記粉体は、銅、銀、鉄、スチール、およびそれらの合金からなる群から選択され、前記コーティングは、メルカプト置換チオジアゾール、アミノ置換チオジアゾール、およびメルカプト置換トリアゾール、アミノ置換トリアゾール、オレイルイミダゾリン、トリエタノールアミンおよびモノエタノールアミンからなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【請求項２５】
前記リグニン系化合物は、さらにリグニンの一価塩、遊離酸リグニン、リグニンの多価金属塩、リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸のアルカリ金属塩、リグニンスルホン酸のアルカリ土類金属塩、およびリグニンスルホン酸のアンモニウム塩の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の組成物。
【請求項２６】
前記粉体は炭素粉体であり、前記コーティングはアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、およびアルキルエーテルホスフェートからなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達媒体における熱伝導率および熱伝達係数を高める組成物および方法に関する。より具体的には、本発明は、熱伝達媒体の熱容量および熱伝導率を高めるために用いる安定化されたナノ微粒子の金属粉を含む組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０００年１２月１９日に出願した米国特許仮出願第６０／２５６，３８５号明細書による優先権を主張するものであり、１９９８年１１月２日に出願され、現在は放棄されている米国特許出願第０９／１８４，１３７号明細書の一部継続出願である２０００年１１月２２日出願の米国特許出願第０９／７２１，０７４号明細書の一部継続出願である。
【０００３】
熱伝達組成物は、冷却、空調、コンピュータ処理、蓄熱システム、暖房管、燃料電池、給湯および蒸気システム等を含む加熱および冷却の両方に適用される。熱伝達組成物は、広範な固体、液体、または、相変化材料などを含む。例えば、液体または相変化する熱伝達材料としては、水、塩水、アルコール、グリコール、アンモニア、炭化水素、エーテル、およびクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）などこれら材料の様々なハロゲン誘導体等が挙げられる。冷凍機油の潤滑用添加剤および沸点または氷点に影響を与える流体状の混合物等の添加剤が、その流体または相変化材料中には含まれている。固体でできた熱伝達組成物は、単独または熱伝導率を高めるためのポリマーマトリックスとしての金属および炭素添加剤等の添加剤と組み合わせて使用されてきている。そのような媒体は、１つの物体から他の物体、一般的には、熱源（例えば、車両エンジン、ボイラー、コンピュータチップ、または冷蔵庫）からヒートシンク（放熱板）に熱を伝達して、熱源の冷却、またはヒートシンクの加熱をもたらすため、あるいは熱源によって発生する不必要な熱を除去するために使用する。熱伝達媒体は、熱源とその熱エネルギーを放散するヒートシンクの間の熱経路を提供する。また、熱伝達媒体は放射熱システムのように流体フローシステムへの熱フローまたは熱エネルギー伝達を向上させるためにフローシステムと一体化することができる。
【０００４】
特定用途のための熱伝達媒体を選択するためにいくつかの基準が用いられてきた。例示的な基準としては、熱伝達力および粘度に対する温度の影響、ならびに熱伝達システムを通る不可欠なフローシステムの維持に必要なエネルギーが挙げられる。熱伝達媒体の相対的な性能を表す特定パラメータは、密度、熱伝導率、比熱、電気伝導率である。熱伝達システムの熱伝達力を最大にすることは、全体のエネルギー効率、物的資源を最小にすること、およびシステムコストにとって重要である。熱伝達システムには、熱容量を増加させることによってさらに高められる多数の改良点がある。一つの例は、射出成形、フィルム成形、ダイキャスティング等の標準的なプラスチック生産工程に適するポリマーの利用である。プラスチック製造技術は、費用効率をより高くし、総製造コストおよび重量を減少させ、必要な労働構成要素を減少させることを必要とし、一般的には低い組み立てコストを有する。
【０００５】
熱伝達媒体の実現可能性と性能に影響を与える他の要素としては、環境への影響、毒性、可燃性、通常の操作温度における物理的状態、腐食性等が挙げられる。
【０００６】
種々の材料を、熱伝達効率が最大にし、流体フローの移動エネルギーを最小にするシステムにおいて熱伝達媒体として使用することができる。そのような媒体は、費用効率のよい方法によって熱伝導率を高めるのに役立ち得る。その熱伝達媒体は、熱伝達媒体の熱伝導率を高めるために熱伝導性である充填材を含むことができる。ナノチューブ、黒鉛充填材、ミクロンサイズの金属粉等の高価な材料がポリマー中に使用されてきた。しかしながら充填材は、熱サイクルの間に成分間にストレスを与える傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、熱伝達組成物のための新規かつ改良された熱伝導率を向上させる組成物ならびにその使用方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、熱伝達媒体および腐食防止粉体を含む熱伝達組成物が提供される。本発明のさらなる態様は、腐食防止粉体が、粉体に腐食防止特性を与え、かつ／または、熱伝達媒体中で粉体の分散を高めるコーティングを有することである。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、熱伝達媒体中に組み込むためのコーティングした配合物が提供される。そのコーティングした配合物は、金属、合金、金属化合物、および炭素からなる群から選択される粉体を含んでおり、その粉体ナノメートルサイズの粒子を有する。本発明の他の態様は、粉体をアゾール等の腐食防止剤および／または分散剤で化学的に安定化することである。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、熱源とヒートシンク（放熱板）の間の熱伝達方法が提供される。その方法は、粉体を含む熱伝達組成物による熱源とヒートシンクとの間の熱伝達を含む。その粉体は、粉体にコーティングしてない粉体と比較して改良された腐食防止特性または分散特性を提供する、コーティング配合物でコーティングした表面を有している。
【００１１】
本明細書で使用する場合、熱伝達という用語は、熱源からヒートシンクへの熱伝達を意味し、加熱および冷却（例えば冷却設備）装置の両方に当てはまる。
【００１２】
「一次ループ」という用語は、エネルギー伝達機構によって直接影響される、一次冷却装置、ボイラー装置またはその他装置に使用される熱伝達方法を指す。これには、冷却装置のコンプレッサ、ボイラー装置の燃焼源、または吸収システムにおける熱伝達流体が含まれる。
【００１３】
「二次ループ」という用語は、熱伝達媒体が、熱源と、エネルギー伝達機構によって間接的に影響される一次装置、ボイラー装置、または他の装置との間で循環している間中そこを通る通路を指す。これには、冷却システムまたはボイラーシステムにおける多管式またはプレート式熱交換器が含まれる。ループとは、熱伝達媒体が、熱源と、一次システムの間を循環している間に通る通路を指す。したがって、例えば、二次ループ冷却システムは、熱源から一次冷却システムにエネルギーを運ぶためには熱伝達媒体を使用する。
【００１４】
「熱伝達媒体」または「２以上の熱伝達媒体」という用語は、本明細書で使用する場合、気体状及びと液体状の流体、固体、半固体、液体、ならびに熱伝達システムの操作温度では流れず、室温で固体でもよい材料を含むが、システムの操作温度で相転移を受ける相変化熱伝達材料を含む。
【００１５】
「ナノサイズ粒子」という用語、または類似の用語は、本明細書で使用する場合、２０００ｎｍまでの平均サイズを有する粒子を含む。
【００１６】
「相変化材料」という用語は、本明細書で使用する場合、典型的に液相と固相の間で相変化を受ける材料を指す。顕熱、すなわち単一の相の材料の温度を上げるのに必要なエネルギーとしてより、潜熱、すなわち凝固によって放出されるか、または液化のために必要なエネルギーとしての方が大きな量のエネルギーを貯蔵できるため、相変化材料は、エネルギー貯蔵の用途で頻繁に使用される。
【００１７】
本発明の一つの利点は、ホスト熱伝達媒体の熱伝導率、熱容量、および熱効率を増大させることである。
【００１８】
本発明の他の利点は、標準的なプラスチックおよび焼結品製造方法を利用することによって資源を削減できることである。
【００１９】
本発明のさらに他の利点は、コーティングした配合物が熱伝達媒体中で容易に分散することである。
【００２０】
本発明のさらなる利点は、コーティングした配合物の安定化および不動態化に基づき、腐食性の環境中に直接浸入させられることである。
【００２１】
本発明のなおさらなる利点は、コーティングした配合物により、相変化材料内で可動性のコロイド分散状態を維持でき、コーティングした配合物をホスト熱伝達システム内で分散を向上させる装置を使用せずに利用可能になる。
【００２２】
本発明のなおさらなる利点は、プラスチック部品の設計の融通性が金属部品より著しく広いことである。
【００２３】
本発明のなおさらなる利点は、材料成分の熱膨張係数が一致しないときに接着強度が強いことである。
【００２４】
本発明のなおさらなる利点は、材料成分間の界面の応力を低下させ、ローディング量を高め、熱伝導率を上げることである。
【００２５】
本発明の他の利点は、熱伝達組成物の熱容量が高められることに基づくものであって、流体が残す目標温度を得るために必要な入り流体温度を低下させる（冷却装置において）ことによってエネルギー消費の削減がもたらされる。流体の速度の減少も達せられ、それにより循環ポンプ内の摩擦損失および圧力損失を減少させることができる。
【００２６】
本発明のさらなる利点は、純粋な金属またはその合金を安定化させて熱伝達装置で使用可能にすることによって、その金属または合金の酸化された形態を使用する組成物と比較してより高い熱伝達特性を有する熱伝達組成物を得られることである。
【００２７】
本発明のさらに別の利点は、コーティングした熱伝達配合物が、エンジン冷却、加熱、空調、冷却、熱貯蔵から、ヒートパイプ、燃料電池、バッテリーシステム、給湯および蒸気システム、マイクロプロセッサ冷却システム等に及ぶ適用媒体を含むが、それらに限定されない広い範囲の熱伝達媒体に適合することである。
【００２８】
本発明の、さらなる特徴および利点は、現在のところ好ましい実施形態の詳細な説明の中に記載されており、またそこから明らかとなろう。本明細書に記載されている現在好ましい実施形態に対する様々な変更および修正は、当業者にとっては明らかであると理解できる。そのような変更および修正は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、かつそれに付随する利点を減少させることなく行うことができる。したがって、そのような変更および修正は、付属の特許請求の範囲に入ることを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
熱伝導率を向上させる組成物、ならびに、ナノメートルからミクロンサイズ範囲の平均粒径を有する粉体と、粒子の腐食防止性を高める働きをするか、または粉体を熱伝達媒体中に分散させる粉体粒子のためのコーティングと、熱伝達媒体との組み合わせ含む方法が提供される。熱伝達媒体は、好ましくは、共重合体、ポリマー、および相変化材料からなる群から選択する。熱伝達システムに使用されるとき、本発明は、熱容量の増加、熱伝達速度の上昇、優れた設計の融通性、長期に安定した性能を提供すること等を含むいくつかの利点を提供する。
【００３０】
本発明で有用なナノ粒子からミクロン粒子径の粉体は、以後「粉体」と呼ぶが、金属および／または炭素誘導体のものである。粉体は、微細に磨砕されているか、またさもなければ、粉砕した固体または結晶性の固体であり得る。例えば、微細粉体を形成するためにボールミル粉砕または他の適当な方法を使用することができる。
【００３１】
好ましい粒径は、費用対効果、分散および沈降特性（粒子が小さいほど沈降が遅く、より速く再分散する傾向がある）を含むいくつかの要因によって影響される。好ましい粉体は、約１ナノメートルから１００ミクロンの平均粒径（粒子の最長寸法と直角方向の最大寸法の数平均の値によって表す）を有する。より好ましい粉体は、約１０ナノメートル（ｎｍ）から約２０００ｎｍまでの粒径を有する。特に好ましい粉体は、約２５ナノメートルから約１０００ｎｍまでの粒径を有する。約１０００ｎｍより上では、粒子は、ある用途に対しては望ましものであり得るよりも短い時間しか分散状態を維持できない傾向がある。好ましい範囲内で、ある程度の粒子が、約５０ｎｍから１０００ｎｍまでの平均幅を有する凝集体またはクラスターを形成してもよい。
【００３２】
粉体を形成する好ましい材料は、材料の単位重量当たりの高い熱伝達係数および高い熱伝導率を有する。粉体は、粉砕した金属、粉砕した合金、粉砕した金属の配合物、粉砕した炭素、粉砕した炭素化合物、またはそれらの組合せであり得る。例示的な金属系粉体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ベリリウム、銀、金、または鉄、それらの合金もしくは混合物、または化合物のものが挙げられる。銅およびベリリウムが粉体を形成するのに特に好ましい金属であり、銅金属がとりわけ好ましい。例示的な炭素系粉体としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、ｎが少なくとも３０の整数である一般式（Ｃ2）nのフラーレン炭素、およびそれらの混合物のものが挙げられる。
【００３３】
粉体は、例えば粉体粒子とコーティング配合物の間の複合体を形成する表面の相互作用、または粉体粒子の表面へのコーティング配合物の物理的吸着によって、コーティング配合物との結合により化学的および物理的に改変される。コーティング配合物は、好ましくは、その粉体を安定化および／または不動態化し、腐食防止性を与える。これは、広い温度範囲と腐食の可能性のある非常に多様な環境におけるコーティングした配合物の安定化および不動態化を与える。コーティング配合物のない類似の粉体と比較して、コーティング配合物の存在により、再分散が改良され、沈降時間が延び、凝集が減少し、ホスト粉体の長期の安定性が得られる。これらの改良点のいくつかの正確な原因は完全には理解されていないが、コーティング配合物が、疎水性、親水性、および分子極性等の粉体特性を制御し、それによって沈降時間および再分散時間に影響を与えるものと考えられる。また、コーティング配合物は、純粋な金属、またはそれらの酸化物よりむしろ通常は腐食しやすい比較的純粋な金属を、使用することを可能にする。したがって、銅の金属粉体を酸化銅の代わりに使用することにより、熱伝導率を高めることができる。
【００３４】
コーティング配合物は、粒子のコーティングとして作用し、主として粒子の表面にあるのが好ましい。本発明のコーティング配合物を含むコーティングは、銅表面の酸化によって形成される銅粉体上の酸化銅の層のような、金属粉体の単なる酸化された層でないと理解される。
【００３５】
コーティング配合物用として、腐食防止剤および／または金属フィルムコーティングを使用することができる。例示的なコーティング配合物としては、アゾールおよびそれらの置換誘導体類、特に芳香族アゾール（ジアゾール、トリアゾール、テトラゾールを含む）、例えば、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、２，５−（アミノペンチル）ベンゾイミダゾール、アルコキシベンゾトリアゾール、イミダゾール、例えばオレイルイミダゾリン、チアゾール、例えばメルカプトベンゾチアゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、チオジアゾール、耐ハロゲン性アゾール、およびそれらの組合せが挙げられる。耐ハロゲン性アゾールの例としては、５，６−ジメチル−ベンゾトリアゾール；５，６−ジフェニルベンゾトリアゾール；５−ベンゾイル−ベンゾトリアゾール；５−ベンジル−ベンゾトリアゾールおよび５−フェニル−ベンゾトリアゾールが挙げられる。トリルトリアゾールなどのアルキル置換芳香族トリアゾールが特に好ましい。アゾールは特に純粋な銅または銅合金、例えば、真鍮、のような銅含有粉体に有用であるが、アルミニウム、スチール、銀、およびそれらの合金から形成されるもののような他の金属に基づく粉体にもまた適用性を有する。
【００３６】
他の適当なコーティング配合物としては、限定はしないが、水溶性アミン塩、リン酸塩、およびクロム酸塩等の遷移元素の塩を含む無機腐食防止剤が挙げられる。これらのコーティング配合物は、また、「自己回復」機能を提供するためのアゾール等の他の腐食防止剤との組合せで使用することもできる。リグニンに基づくコーティング配合物もまた、特に炭素系の粉体と共に使用することができる。
【００３７】
エチレンオキシド／プロピレンオキシド（ＥＯ／ＰＯ）ブロック共重合体もまた、コーティング配合物として使用できる。アニオン性および非イオン性界面活性剤等の界面活性剤もまた、特に炭素に対するコーティング配合物として使用できる。例示的なアニオン性界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩のカルシウム塩が挙げられる。例示的な非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルおよびポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンポリマーが挙げられる。
【００３８】
トリルトリアゾールは、銅に対して特に有効なコーティング配合物である。１つの好ましいナノ粒子サイズの粉体としては、トリルトリアゾールを約１〜５重量％塗布した銅の粉体が挙げられる。アルミニウムおよびその合金用としてはセリウム系のコーティング配合物を使用することができる。例えば、セリウムの非ハロゲン化物の水溶液を最初にその粉体に塗布し、続いてその処理した表面をセリウムのハロゲン化物の水溶液と接触させる。銅粒子および銀粒子に対しては、特に、メルカプト基および／またはアミノ基に置換されている環状のチオジアゾールおよびメルカプト基および／またはアミノ基に置換されているトリアゾールが有効である。これらの化合物は粒子上にフィルムを形成する。オレイルイミダゾリンはスチールに対して特に効果的である。合金鉄および銅合金は、トリエタノールアミンおよびモノエタノールアミンを含有する、商標ＴＲＩＭとして販売され、米国オハイオ州トリードのＭａｓｔｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できるコーティング配合物腐食防止剤の恩恵を受けることができる。
【００３９】
２つ以上のアゾールの組合せ、例えば、アルコキシベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール、トリルトリアゾール、ベンゾトリアゾール、置換ベンゾトリアゾール、および／または１−フェニル−５−メルカプトテトラゾールの組合せが特に有効であり得る。特に金属表面に対して有効である他の組合せは、ペンタン可溶性イミダゾリン、ペンタン可溶性アミド、ピリジン系化合物、ペンタン可溶性分散剤、および溶媒の混合物である。
【００４０】
他の腐食防止剤／不動態化剤を使用して、粉体の不動態化をもたらし、かつ／または、分散および再分散における望ましい効果を得ることができる。
【００４１】
黒鉛、カーボンナノチューブ、またはこれら炭素誘導体の混合物などの炭素含有粉体に対しての適当なコーティング配合物としては、リグニンおよびその誘導体が挙げられる。製紙工業において、リグニンはセルロース製品の副産物として回収することができる。リグニンを沈殿させる条件によって、沈殿したリグニンは、遊離酸のリグニンかまたはリグニン塩の形のいずれかであり得る。アルカリ金属塩またはアンモニウム塩等のリグニンの一価の塩は、水に可溶性であるが、遊離酸のリグニンおよびリグニンの多価金属塩は、水に不溶性である。炭素系の粉体の場合、化学添加剤は腐食防止剤／不動態化剤としてよりもむしろ分散剤として作用する傾向がある。
【００４２】
炭素系粉体に特に有用な他のコーティング配合物としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルエーテルホスフェート、溶剤、ブチルエーテルおよびその他の界面活性剤などが挙げられる。
【００４３】
リグニン系化合物は、単独または他のコーティング配合物との組合せで使用することができる。リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸のアルカリ金属塩、リグニンスルホン酸のアルカリ土類金属塩、およびリグニンスルホン酸のアンモニウム塩類は、アニオン性界面活性剤に似た成分として作用する。
【００４４】
上記のリグニン系化合物は、コーティング配合物中で個々に、または２つ以上の化合物の混合物の形のいずれかで存在することができる。例えば、リグニンスルホン酸および／またはアルカリ金属、アルカリ土類金属および／またはアンモニウム塩および１つまたは２以上のアルキルエーテルホスフェートが、炭素系粉体に対して有効なコーティング配合物である。貯蔵安定性があり、低粘度の分散剤もまた、サブミクロンのリグニンの１０〜２５％をアクリル樹脂、ロジン樹脂、スチレン−無水マレイン酸共重合体樹脂、またはそれら組合せにより置き換えることによって製造できる。これらは、特に炭素系粉体に対して有効なコーティング配合物である。例えば、コーティング配合物は、リグニンスルホン酸および／またはアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはアンモニウム塩を含むことができる。他の適当な組合せとして、アミノエチル化リグニンおよびスルホン化リグニンの混合物が挙げられる。
【００４５】
十分には理解されていないが、リグニン系化合物は、炭素粒子と水相の間の界面張力を下げ、炭素粒子表面を濡らすものと考えられる。
【００４６】
明らかなように、好ましいコーティング配合物の選択は、粉体を形成する材料だけでなく、化学的環境、例えば、熱伝達媒体が、概して疎水性であるか親水性であるか、組成物が使用される操作系における望ましい摩擦損失の減少の程度、および熱伝達組成物内で望ましい長期の分散状態を維持する程度にも依存する。
【００４７】
例えば、高い耐薬品性が望ましい場合の組成物中には、２，５−（アミノペンチル）ベンゾイミダゾールなどの中性またはアルカリ性のアゾールをコーティング配合物として使用すればよい。疎水性添加剤は、熱伝達媒体が著しく疎水性であるときに優れた分散状態を維持する傾向がある。親水性添加剤は、熱伝達媒体組成物が著しく親水性であるときに優れた分散状態を維持する傾向がある。
【００４８】
コーティング配合物によって分散状態が改良され、維持される正確な方法は知られていないが、複素環式化合物等の有機腐食防止剤が金属粉体表面と反応して有機金属複合体を形成するものと考えられる。これは、粒子表面に少なくとも１つの、好ましくは数個の単一の分子層の形態をとる。そのような金属粉体上のコーティング配合物の腐食防止作用は、分子の層の寸法も明らかであり、一方で熱伝達媒体中のコーティングした化合物の分散性を意外に向上させる。芳香族アゾールは、金属表面に直接結合して防止複合体を生成するものと信じられるが、表面を改質して分散性の改良および／または不動態化をもたらすその他の表面の相互作用もまた考えられる。
【００４９】
そのようにコーティングした粉体の１つまたは２以上を、熱伝達媒体と組み合わせて使用することができる。
【００５０】
コーティング配合物に加えて、適当な溶剤もまた使用することができる。一般的な溶剤をこの目的のために使用することができる。
【００５１】
コーティング配合物に加えて、適当な、酸化防止剤、熱安定剤およびＵＶ安定剤、潤滑剤および離型剤、染料および顔料等の着色料、繊維質および微粉の充填材と強化材、核形成剤、ならびに可塑剤もまた使用することができる。一般的な、安定剤および酸化防止剤、熱安定剤およびＵＶ安定剤、潤滑剤および離型剤、染料および顔料等の着色料、繊維質および微粉の充填材と強化材、核形成剤、ならびに可塑剤をこの目的のために使用することができる。このような添加剤は、通常の有効量で使用する。本発明による熱可塑性材料に加えることができる酸化防止剤および熱安定剤としては、銅（Ｉ）のハロゲン化物、例えば、塩化物、臭化物またはヨウ化物、と組合せた周期律表の１族金属のハロゲン化物、例えばハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化リチウム等の一般にポリマーに添加されるものが挙げられる。他の適当な安定剤としては、混合物の重量基準で１重量％までの濃度の、立体障害性のフェノール、ヒドロキノン、この群の様々に置換されたもの、およびこれらの組合せがある。適当なＵＶ安定剤は、同様に、ポリマーに一般に添加されるものであって、これらの安定剤は、混合物を基準として２重量％までの量で用いる。ＵＶ安定剤の例としては、様々に置換されたレゾルシノール、サリチラート、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、その他がある。例えば、熱可塑性材料を基準として１重量％までの量で添加してもよい適当な潤滑剤および離型剤としては、ステアリン酸、ステアリルアルコール、ステアレートおよびステアラミドがある。ニグロシン等の有機染料および顔料、例えば、二酸化チタン、硫化カドミウム、硫化カドミウムセレン化物、フタロシアニン、群青、またはカーボンブラックもまた加えることができる。さらに、新規な成形材料は、炭素繊維、グラスファイバー、無定形シリカ、アスベスト、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、炭酸マグネシウム、カオリン、チョーク、石英粉、雲母または長石等の繊維質および微粉の充填材と強化材を、成形材料を基準として５０重量％までの量で含有することができる。タルク、フッ化カルシウム、フェニルホスフィン酸ナトリウム、アルミナ、細粒化ポリテトラフルオロエチレン等の核形成剤も、例えば、材料を基準として５重量％までの量で使用してもよい。フタル酸ジオクチル、フタル酸ジベンジル、フタル酸ブチルベンジル、炭化水素油、Ｎ−ｎ−ブチルベンゼンスルホンアミド、ｏ−およびｐ−トルエンエチルスルホンアミド等の可塑剤を、成形材料を基準として約２０重量％までの量で加えるのが有利である。染料および顔料等の着色料を、成形材料を基準として約５重量％までの量で加えることができる。
【００５２】
組成物は、表面の改質の効果をさらに高めるために、予め安定化した充填材をさらに含めることができる。例えば、粒子の酸化を防止する材料、例えば脂肪酸を含むかまたは含まない金または銀等の貴金属を、予め安定化した充填材として、上記のコーティング配合物の１つで処理した粉体粒子と組合せて使用することができる。１つまたは２以上のそのような充填材を、熱伝達媒体と組み合わせて使用することができる。
【００５３】
上記のコーティング配合物で粉体を処理することにより形成した処理粉体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、米国デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．によりテフロン（ＴＥＦＬＯＮ）の商標で販売されている）による処理等の任意選択のさらなる機能化剤を含むことができる。そのような機能化は、コーティング添加剤として有用なモノマー単位を含有する共重合体の溶剤系重合によって行うことができる。コーティング配合物として使用するトリルトリアゾールまたは他のアゾールを、粉体と混合する前に機能化することができる。上記のＰＴＦＥ機能化アゾールは市販されている。
【００５４】
このような機能化剤は、処理した粉体との結合で摩擦係数を下げる傾向がある。コーティングした粉体の媒体中での分散性を向上させる疎水性を付与するアルコールおよびアルキルグリコール等の極性が低い流体もまた、機能化剤として使用することができる。機能化剤はまた、コーティングした配合物が熱伝達組成物中で再分散する時間を加速させるために使用することもできる。表面の改質または官能基置換を与える機能化剤もまた使用することができる。ある種の機能化剤の他の利点としては、混合メカニズムの減少させることまたは削除することおよび馬力の減少を可能にする低摩擦性が挙げられる。機能化した処理粉体は、界面活性剤および分散剤を減少させることを可能にし、熱伝道システムの熱伝導率をさらに高めることができる。
【００５５】
処理した金属粉体との結合による疎水性、親水性および分子極性の制御を高めるために他の機能化剤を使用することもできる。
【００５６】
熱伝達組成物は、成分間の界面張力をさらに低下させる界面活性剤等の添加剤をさらに含むことができる。成分間の界面は、一般的に、より高い熱伝達係数を下げる空隙および空気層を含有する。例えば、遊離の酸の形態、またはアルカリ塩、アルカリ土類塩、アンモニウム塩および／またはアミン塩の形態を有する芳香族酸およびナフテン酸の群から選択される共同腐食防止剤を使用することができる。しかしながら、安息香酸ナトリウムは、一般に適当ではない。
【００５７】
組成物は、熱伝達媒体内の優れた分散状態を維持するために、従来からの分散剤等の添加剤をさらに含むことができる。例えば、低分子量で熱伝達媒体に親和力のある極性基を持つ分散剤を粉体に対するコーティングとして適用することができる。疎水性分散剤は、熱伝達媒体が著しく疎水性であるときは優れた分散状態を維持することになる。親水性分散剤は、熱伝達媒体が著しく親水性であるときは優れた分散状態を維持することになる。組成物は、コーティングした粉体と熱伝達システム内の表面との間の表面摩擦を減少させる材料をさらに含むことができる。
【００５８】
安定化したナノ粒子からミクロン粒子サイズの粉体は、熱容量が高められていることで熱伝達媒体に対して操作エネルギー効率を向上させることができる。保熱性組成物により、また、相変化熱伝達システムにおける分散メカニズムに対する必要性は減少する。保熱性組成物は、従来からの熱増強添加剤と比較して、遅く沈殿して、柔らかい沈殿物特性を示し、コロイド状の分散状態を維持する。これが、前記保熱性組成物を利用することにより、高いエネルギー効率で熱伝達システムを運転することを可能にする。
【００５９】
熱伝達媒体は、組成物が操作されている範囲にわたって、高い熱伝達力、高い熱充填容量、ならびに長期の熱安定性および化学安定性を有することが望ましい。適当な熱伝達媒体としては、固体、気体および液体状の流体、ならびに相変化材料が挙げられる。これらのタイプの熱伝達媒体としては、例えば、大気圧の下では気体状であるが熱伝達システムの操作周囲条件下では液体または半液体である流体、および粘性を有する流体が挙げられる。相変化材料とは、固体等の１つの相から組成物の操作温度において液体または粘性を有する液等の流動性材料に変化するものである。
【００６０】
種々の熱伝達媒体と組合せて添加剤を使用することができる。添加剤は、例えば、水またはその他の水溶液系、例えば、塩水（例えば、塩化ナトリウムまたは塩化カリウム溶液、臭化ナトリウムまたは臭化カリウム溶液、その他）および水とアルコール、グリコール、アンモニアなどとの混合物に含めることができる。添加剤はまた、炭化水素、鉱物油、天然および合成油、脂肪、ワックス、エーテル、エステル、グリコール、およびこれら材料の種々のハロゲン誘導体、たとえば、ＣＦＣ、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）等の材料が挙げられるこれらの用途に適する媒体の有機物に基づく系に含めることもできる。これらの熱伝達媒体は、単独または組み合わせて使用することができる、有機物および水性の熱伝達媒体を混合したもの、例えば水とエチレングリコールの混合物もまた使用することができる。１つの好ましい混合熱伝達媒体としては、約５：１から約１：５の容積比のエチレングリコールと水が挙げられる。
【００６１】
例示的な非相変化材料としては、１つまたは２以上のα−オレフィンモノマーを１つまたは２以上のビニリデン芳香族モノマーおよび／または１つまたは２以上のヒンダード型脂肪族または脂環式ビニリデンモノマー、および任意選択的に他の重合性エチレン性不飽和モノマーと共に重合させることによって調製される共重合体が挙げられる。
【００６２】
例示的な非相変化材料としては、共役ポリマー、結晶性ポリマー、無定形ポリマー、エポキシ、樹脂、アクリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリエステル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリアリーレート、スチレン、ポリ（テトラメチレンオキシド）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（ブタジエン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（水素化ブタジエン）、ポリ（水素化イソプレン）、液晶ポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド−イミド、コポリイミド前駆物質、強化ポリイミド複合体および前記ポリイミドから製造したラミネート、ポリフェニル化多核芳香族ジアミン、フルオロカーボンポリマー、ポリエーテルエステルエラストマー、ネオプレン、ポリ尿素、ポリ酸無水物、クロロスルホン化ポリエチレン、エチレン／プロピレン／ジエン（ＥＰＤＭ）エラストマー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタンおよび高性能エンジニアリングプラスチックス、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、およびポリシロキサン、芳香族コポリイミド、ポリアルフォレフィン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリイソシアヌレート、それらの置換誘導体および類似のポリマーが挙げられる。そのようなポリマーは、安定剤、顔料、充填材およびポリマー組成物に用いるその他の既知の添加剤を含有することができる。ベンゾシクロブテンの使用により多くの利点が期待できる。その低い誘電率および銅に対する良好な接着性等の多くの他の長所に加えて、ベンゾシクロブテンは、強度にパターン化された下層の上に水平面を生成するための十分な能力を有する。
【００６３】
さらに他の例示的な熱伝達媒体としては、スチレン、ビニルピリジン、Ｎ−ビニルピロリドン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、メチルビニルケトン、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル等のビニルモノマー；エチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジカルビノール等のポリオール；１，６−ヘキサジアミン、４，４’−メチレンビス（Ｎ−メチルアニリン）等のポリアミン；アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸；エチレンオキシド、プロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシド等のエポキシド；およびε−カプロラクタム等のラクタムをさらに含むモノマーが挙げられる。
【００６４】
さらに他の例示的な熱伝達媒体としては、ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）、ポリ（プロピレングリコール）（ＰＰＧ）等のポリアルキレングリコール；ポリ（スチレン）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（メタクリル酸メチル）等のビニルポリマー；酢酸セルロース等の有機液体可溶性多糖または官能化多糖；および架橋膨潤性多糖および官能化多糖をさらに含むポリマーが挙げられる。
【００６５】
例示的な相変化媒体としては、塩水和物、有機共融物、クラスレート水和物、パラフィン、炭化水素、フィッシャー−トロプシュ硬質ワックス、および無機共融混合物が挙げられる。これらの相変化材料の例としては、無機塩および有機塩、好ましくは、アンモニウム塩ならびにアルカリ金属およびアルカリ土類金属塩、例えば、硫酸塩、ハロゲン化物、硝酸塩、水素化物、酢酸塩、アセトアミド、過ホウ酸塩、リン酸塩、水酸化物等、ならびに、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、およびカルシウムの炭酸塩、の水和物と非水和物の両方、の単独、または、これらともしくは他の媒体成分との組合せが挙げられる。これらの例としては、硫酸カリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、メタホウ酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム十水和物、リン酸二ナトリウム水和物、塩化アンモニウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム六水和物、水素化カルシウム塩化物を埋め込んだパーライト、水素化リチウム、硝酸リチウム三水和物等が挙げられる。他の適当な相変化媒体としては、アセトアミド、フマル酸メチル、ミリスチン酸、グラウバー塩、パラフィンワックス、脂肪酸、メチルエステル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、短鎖酸の混合物、カプリン酸とラウリン酸、工業用ココナッツ脂肪酸、プロパンおよびメタンなどが挙げられる。
【００６６】
二次ループシステムでは、好ましい熱伝達媒体としては、エチレングリコール等のグリコール、水、ポリ−α−オレフィン、ケイ酸エステル、３Ｍ社製のＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴの商標の下で販売されているＦＣ−７０などのクロロフルオロカーボンの液体が挙げられる。ビフェニル、ジフェニルオキシド、１，１−ジフェニルエタン、水素化テルフェニルクワトラフェニル（ｔｅｒｐｈｅｎｙｌｑｕａｔｒａｐｈｅｎｙｌ）化合物、およびそれらの混合物、ならびにジベンジルトルエン等のポリ芳香族化合物もまた使用することができる。７３％のジフェニルオキシドおよび２７％のビフェニルを含むＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社によってＤＯＷＴＨＥＲＭ  Ａの商標の下で販売されている共融混合物等、２つ以上の化合物の共融混合物もまた使用することができる。二次ループシステムに対する他の好ましい熱伝達媒体としては、ナフテン系およびパラフィン系油およびワックス類等の鉱物油類およびワックス類が挙げられ、特に高温の用途に特定されるものとして、獣脂およびひまし油等の天然油脂、ポリオールエステル、ポリオレフィン油、ポリエーテル油等の合成油などが挙げられる。
【００６７】
一次ループシステムに対しては、適当な熱伝達媒体としては、水、水溶液、塩、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、過フッ化ヒドロフルオロカーボン（ＰＦＣ）、高フッ化ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ヒドロフルオロカーボンエーテル（ＨＦＥ）、およびそれらの組合せが挙げられる。熱伝達媒体の共沸混合物を使用することができる。プロパンおよび他の天然ガスもある種の用途には有用である。
【００６８】
例示的な一次ループ媒体としては、塩水和物、有機共融物、クラスレート水和物、パラフィン、炭化水素、フィッシャー−トロプシュ硬質ワックス、無機共融混合物が挙げられる。これらの一次ループ媒体の例としては、無機塩および有機塩、好ましくは、アンモニウム塩ならびにアルカリ金属およびアルカリ土類金属塩、例えば、硫酸塩、ハロゲン化物、硝酸塩、水素化物、酢酸塩、アセトアミド、過ホウ酸塩、リン酸塩、水酸化物等、ならびに、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、およびカルシウムの炭酸塩、の水和物と非水和物の両方の単独、または、これらともしくは他の媒体成分との組合せが挙げられる。これらの例としては、硫酸カリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、メタホウ酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム十水和物、リン酸二ナトリウム水和物、塩化アンモニウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム六水和物、水素化カルシウム塩化物を埋め込んだパーライト、水素化リチウム、硝酸リチウム三水和物等が挙げられる。他の適当な一次ループ媒体としては、アセトアミド、フマル酸メチル、ミリスチン酸、グラウバー塩、パラフィンワックス、脂肪酸類、メチルエステル類、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、短鎖酸の混合物類、カプリン酸とラウリン酸、工業用ココナッツ脂肪酸、プロパンおよびメタン、などが挙げられる。
【００６９】
プロピレングリコール、鉱物油、他の油類、石油誘導体、アンモニアなども使用することができる。
【００７０】
好ましい熱伝達媒体の選択は、操作温度範囲、熱伝達効率、コスト、操作温度範囲内の粘度、その材料がシステムを離れる可能性が高い場合の環境への影響等にある程度依存する。
【００７１】
コーティングした粉体は、高湿度の環境等の腐食性環境にある傾向のある熱伝達媒体との組合せで特に有用である。
【００７２】
代わりに、熱伝導率向上性組成物は、１つまたは２以上の他の材料とのブレンド、溶液、または他の混合物（共沸性または他）として組み合わせることができる。そのような他の材料としては、添加剤および熱伝達媒体の物理的性質を改変するために使用される物質が含まれる。
【００７３】
さらに別の実施形態においては、熱伝導率向上性組成物は、１つまたは２以上の熱伝達媒体の成分と共に、後に残りの成分を組み合わせるために、濃縮した形で供給する。例えば、モノマーを除いて、ヒートコーティングした粉体を含むすべての熱伝導率向上性組成物の成分を混合し、濃縮物として供給する。必要なときに、その濃縮物を混合し、またさもなければモノマーもしくは他のバルク材と混合するか、または熱伝導率向上性組成物および／または熱伝達媒体の他の成分が時間の経過により消耗している既存のシステムに加える。
【００７４】
例えば、化学添加剤は、その化学添加剤が溶解する適当な溶媒と初めに混合する。効果的に溶解させるために必要があれば加熱してもよい。次いで粉体を混合物に加え、粉体と接触させて相互作用により処理粉体を形成させる。機能化剤および界面活性剤等の他の添加剤も混合物に加えることができる。過剰な化学添加剤は、処理粉体を濾過し、次いで処理して濾過した粉体を、化学添加剤を溶解するために使用したものと同じ溶媒または別の溶媒でもよい適当な溶媒中で洗浄することにより除去することができる。洗浄したかまたは洗浄してない処理粉体は、次に空気乾燥または添加剤の特性に悪影響を与えずに溶媒を除去するのに十分な温度のオーブン中で乾燥する。代わりに、例えばその溶媒が熱伝達媒体中で有用な場合はその乾燥ステップは避けてもよい。もうひとつの別の実施形態では、処理粉体は、濾過して溶媒および／または過剰の化学添加剤を除去する。使用する添加剤の最適量は、特定の用途、添加剤の組成、およびホスト熱伝達媒体の添加剤を熱伝達組成物中で分散状態として維持する能力に依存する。エネルギー効率を向上させるという観点から、費用便益比もまた、好ましい濃度を決定する際の要素となり得る。添加剤は、熱伝達組成物中に、約１から９９重量％、より好ましくは、約３〜２０重量％、そして最も好ましくは、およそ１０重量％の濃度で存在させることができる。
【００７５】
本発明により使用される添加剤は、好ましくは、コロイド分散状態を維持し、気相に変化する傾向がなく、意図する全体の操作範囲にわたって、低粘度で高い熱伝達力を有する。好ましい添加剤は、また、不燃性で、環境にやさしく、無毒性であり、かつ化学的に安定している。添加剤は、広範な熱伝達媒体および広範な操作条件にわたる用途に適合性を示す。本発明によって形成される添加剤は、一次および二次ループの両方の熱伝達媒体中で分散物として有効性を発揮し、閉ループ再循環が、非相変化および相変化方法において達成される。熱伝達媒体添加剤は、エンジン冷却、空調、冷却、熱貯蔵、ヒートパイプ、燃料電池、給湯および蒸気システムを含む様々な用途で使用することができる。
【００７６】
さらにもう１つの別の実施形態においては、コーティング配合物を、熱伝達媒体と粉体の混合物中に加える。この実施形態において、コーティング配合物は、粉体表面とさらに接触し、表面を化学的に改変させる、物理的吸着か、または何かその他の相互作用の形のいずれかにより表面特性を改変させる。
【００７７】
使用するコーティングした粉体の最適量は、特定の用途、熱伝達媒体の組成、およびホスト熱伝達媒体の熱伝導率向上性組成物を熱伝達組成物中で分散状態として維持する能力に依存する。エネルギー効率を向上させるという観点から、費用便益比もまた、好ましい濃度を決定する際の要素となり得る。コーティングした粉体は、本発明の熱伝導率向上性組成物中に、約１から９９重量％、より好ましくは、約３〜９０重量％、そして最も好ましくは、およそ３０重量％の濃度で存在させることができる。コーティング配合物は、化学量論的に過剰で存在するのが好ましい。これにより、コーティング配合物は、粒子の利用可能な表面の少なくとも単一の分子層の被覆を与えるために十分な量で存在することになる。
【００７８】
本発明により形成された熱伝導率性向上組成物は、好ましくは、製造工程を通してコロイド分散状態を維持し、気相に変化する傾向がなく、意図する全体の操作範囲にわたって、高い熱伝達力を有する。好ましい熱伝導率向上性組成物は、また、不燃性で、環境にやさしく、無毒性であり、かつ化学的に安定している。熱伝導率向上性組成物は、広範な熱伝達媒体および広範な操作条件にわたる用途に適合性を示す。
【００７９】
熱伝達組成物は、冷却、空調、コンピュータ処理、蓄熱システム、ヒーティングパイプ、燃料電池、給湯および蒸気システム等を含む加熱および冷却を含む多種多様の熱伝達の用途における適用を有するが、それらに限定はされない。高められた熱容量の熱伝達組成物は、一次および／または二次熱伝達システムにおいて利用することができる。
【００８０】
一次熱伝達システムにおいては、熱伝達組成物が、エネルギーをエネルギー源から熱伝達組成物に伝達することによって、エネルギー源と熱伝達媒体との間で熱を伝達する。
【００８１】
二次熱伝達システムにおいては、熱伝達組成物が、熱を熱源から熱伝達組成物に伝達し、その熱を熱伝達媒体からヒートシンクに伝達することによって、二次ループ内で熱源とヒートシンクの間で熱を伝達する。
【００８２】
本発明の範囲を限定する意図はなく、以下の実施例により、本発明の熱伝達組成物を作るおよび使用する方法について説明する。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
平均粒径が５０ナノメートルの銅粒子を含む銅粉体を使用して組成物を形成した。粉体は、次の方法によりトリルトリアゾールで化学的に改変させた。銅粉体の３重量％のトリルトリアゾール（米国カリフォルニア州サンヴァレーのＰＭＣ，Ｉｎｃ．によりＣＯＢＲＡＴＥＣ  ＴＴ１００の商標名で販売されている）溶液を２−ブタノン（メチルエチルケトン、ＭＥＫとしても知られている）を含む揮発性有機溶媒に溶解し、電磁攪拌機付きホットプレート上で攪拌した。Ａｔｌａｎｔｉｃ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓにより商標名Ｃｕ  １１０として販売されている銅粉体（球形の１〜５ミクロンの粒径）を、ボールミル粉砕処理により平均粒径が５０ナノメートルの粉体に小さくした。得られた銅粉体を、５０〜５５℃の温度で約１５分間かけて溶液中でスラリーにした。
【００８４】
コーティングした生成物を濾過により単離し、溶剤で一回洗浄し、続いて空気中かまたはオーブン乾燥によるかのいずれかで乾燥させた。生成物は、処理をしていない銅粉体と比較して、熱伝達媒体と組み合わせたとき高い熱伝達性と分散特性を示した。
【００８５】
コーティングした粉体と高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂とを、銅コーティング粉体を公称２５％の重量割合にして、ポリ袋の中、乾燥条件下で混合した。得られた配合物は１．２２ｇ／ｃｍ3の平均密度を有する。混合した袋に付着している粉体の残留物により、銅粉体の重量割合を１パーセント減少すると見積もられる。粉体／樹脂混合物をブラベンダー単一スクリュー押し出し成形機で混合した。スクリューのＬ／Ｄ比は２５：１であり、スクリューの圧縮比は３：１である。混合物を、６．３５ｍｍのロッドダイ中を、１９０℃の押し出し温度、６５ｒｐｍのスクリュー速度でおよそ３０ｇ／分の速度で押し出した。滑らかな樹脂の定常状態の押し出しが得られた後、銅粉体／ＨＤＰＥ混合物の４５０ｇをホッパーに導入した。押し出し物は、外観が透明から暗褐色に変化し、ほぼ３回の滞留時間が経過した後、押し出し混合物の５０ｇの塊をいくつか回収した。５０ｇの塊を、１トンの荷重を１７０℃で２５分間かけるプレスで３．０５ｍｍの公称厚さを有する板にプレスし、続いておよそ２０分で室温まで冷却した。
【００８６】
（実施例２）
５０ｎｍの平均粒径を有する銅粉体を使用して熱伝達組成物を形成した。３重量％の銅粉体を、メチルエチルケトンを含むトリルトリアゾール溶液（米国カリフォルニア州サンヴァレーのＰＭＣ，Ｉｎｃ．によるＣＯＢＲＡＴＥＣ  ＴＴ１００）に溶解し、電磁攪拌機付きホットプレート上で攪拌することにより、トリルトリアゾールで粉体を化学的に改変させた。Ａｔｌａｎｔｉｃ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓにより商標名Ｃｕ  １１０として販売されている銅粉体（球形の１〜５ミクロンの粒径）を、ボールミル粉砕処理により平均粒径が５０ナノメートルの粉体に小さくした。得られた銅粉を、５０〜５５℃の温度で約１５分間かけて溶液中でスラリーにした。コーティングした生成物を濾過により単離し、溶剤で一回洗浄し、続いて空気中かまたはオーブン乾燥によるかのいずれかで乾燥させた。得られた生成物は、処理されていない銅粉と比較して、熱伝達媒体と組み合わせたとき、高い熱伝達性および分散特性を示した。
【００８７】
本発明を好ましい実施形態を参照しながら説明した。これまでの詳細な説明を読み、理解すれば、改変および変更が他の人にも思いつくことは明らかである。本発明は、そのような改変および変更が添付の特許請求の範囲またはその均等物の範囲に入る限り、それらのすべてを含むものと解釈することを意図する。
【国際調査報告】
2005539094.tif 000002
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