Composiciones de almacenamiento de calor y su fabricación.

Una composición de almacenamiento de energía térmica que tiene propiedades pirorretardantes mejoradas,

que comprende:

A) partículas de un material de cambio de fase orgánico (PCM), estándo dicho material de cambio de fase orgánico encapsulado dentro de una envuelta en forma de partículas de cápsulas, en las que el diámetro medio de volumen (VMD) de las partículas de cápsulas (cuando están en forma de una dispersión acuosa) es de entre 0,2 μm y 5 μm, y

C) cemento de magnesia,

en la que las partículas de (A) el material de cambio de fase orgánico se distribuyen uniformemente a través de (C) el cemento de magnesia, en la que las partículas del material de cambio de fase orgánico (A) están encerradas dentro del componente de cemento de magnesia (C) y están encerradas en una matriz del cemento de magnesia (C).

Composiciones de almacenamiento de calor y su fabricación La presente invención se refiere a composiciones de almacenamiento de energía térmica que incorporan un material de cambio de fase orgánico y que tienen mejores propiedades pirorretardantes. Las composicions pueden incorporarse en una diversidad de artículos, que incluyen, por ejemplo, fibras, espumas, tejidos, dispositivos de calentamiento y enfriamiento, y materiales de construcción.

Las composiciones para el almacenamiento de energía térmica son muy conocidas. Los materiales de almacenamiento de calor latente pueden utilizarse en una diversidad de situaciones en las que resulta importante absorber o liberar calor de golpe, y liberar o absorber calor en otro momento. En general, un material de almacenamiento de calor latente puede definirse como un compuesto, o una mezcla de compuestos, que sufren, de modo reversible, una modificación o un cambio de estado con una liberación o almacenamiento acompañante de calor latente. Puesto que el cambio de estado de un material de energía térmica tiende a ser un cambio de fase, es habitual denominar a estos materiales como materiales de cambio de fase (PCM) . Los materiales de cambio de fase absorben o liberan energía térmica durante las transiciones de fase entre cualquiera de sólido, líquido y vapor. Normalmente, esta será de sólido a líquido, de líquido a sólido, de líquido a vapor, o de vapor a líquido. Los materiales de cambio de fase generalmente se eligen con una temperatura de cambio de fase adecuada para la aplicación prevista para regular temperaturas dentro de una banda de temperatura deseada, para protección frente a temperaturas extremas, o para almacenamiento del calor o del frío.

Existe un número de situaciones en las que es preferible emplear materiales de cambio de fase en forma de partículas, por ejemplo, fibras y tejidos de regulación de la temperatura, materiales de construcción, dispersiones de fluidos para la conservación o la transferencia de calor o frío, etec. Los materiales de cambio de fase en partículas empleados en artículos tales como fibras o materiales de construcción tienden a estar mejor distribuidos en el artículo, maximizando la transferencia de calor hacia y desde el meterial de cambio de fase, y evitándose o minimizándose el debilitamiento del artículo.

Los materiales de cambio de fase de líquido-vapor tienden a no ser adecuados para muchas aplicaciones debido al gran cambio en volumen que se produce cuando cambian de fase y a la impracticabilidad de contener el vapor de modo que no se escape con facilidad.

Aunque se conocen materiales de almacenamiento de energía térmica inorgánicos, tales como hidratos de sales inorgánicas, estos materiales a menudo pueden resultar menos favorables, por ejemplo, porque deben mantenerse alejados del agua debido a su hidrosolubilidad, pueden ser corrosivos, a menudo se superenfrian, pueden producirse transiciones de fase a lo largo de un intervalo mayor de temperaturas, y tienden a sufrir una separación irreversible del agua de cristalización que se libera cuando se funden. Aunque existen medidas que pueden emplearse para contrarrestar algunos de estos efectos, a menudo resulta preferible emplear materiales de cambio de fase orgánicos hidroinsolubles, puesto que pueden proporcionarse con más facilidad en una forma estable en partículas.

Se conoce la incorporación de materiales de cambio de fase orgánicos directamente en artículos en los que es necesario el almacenamiento de calor latente. Sin embargo, con frecuencia resulta deseable utilizar una forma en partículas del material de cambio de fase orgánico, en particular dentro de una envuelta protectora. En este caso, las partículas son cápsulas.

Cuando se proporcionan materiales de cambio de fase orgánicos para objetivos de almacenamiento de calor, debe tenerse cuidado de asergurar una combinación óptima de propiedades. Por una parte, los materiales de cambio de fase orgánicos, de modo deseable, no deben estar expuestos, debido a la inflamabilidad inherente del material orgánico. Sin embargo, si el material de cambio de fase está encerrado o profundamente incrustado en un artículo, en especial allí donde la energía térmica no pueda alcanzar el material de cambio de fase orgánico, dicho material de cambio de fase orgánico no será capaz de actuar con tanta eficacia como un material de conservación de calor latente.

Un problema particular con la utilización de materiales de cambio de fase orgánicos para el almacenamiento de energía térmica es asegurar una combinación adecuada de propiededes de conservación del calor latente, pero evitando el riesgo de inflamabilidad. Se han realizado diversos intentos para solucionar este problema.

El documento US 2003 211796 se refiere al uso de materiales de revestimiento intumescentes para un acabado piroinhibidor de artículos que contienen materiales de conservación del calor laente orgánicos microencapsulados. Se menciona el uso de hidróxidos como cargas en el revestimiento.

La solicitud de patente japonesa 52151296 describe una mezcla que consiste en alcohol polihidroxílico, alcohol

superior, hidróxido inorgánico y carga inorgánica. El alcohol superior no aparece en forma de partículas ni está distribuido uniformemente a través de los componentes inorgánicos, y no existe indicación de que en la mezcla actúe como material de cambio de fase.

La solicitud de patente japonesa publicada JP 01135890 describe un material de construcción de almacenamiento de energía térmica que se forma mezclando gránulos que contienen un material de energía termica de calor latente en un material de base y que proporciona una placa delgada incombustible sobre la superficie del material de base.

Un artículo de R. Benrashid et al., Journal of Fire Sciences, vol. 14, n.º 2, pp. 128 a 143 (1996) describe la inflamabilidad de paneles impregnados con hexadecano. Se menciona el tratamiento de la superficie de los paneles empleando una pintura epoxi que contiene trihidrato de aluminio o hidróxido de magnesio.

Las anteriores referencias se refieren al revestimiento ignífugo de artículos que contienen un material orgánico, que en el caso de los documento US 2003 211796 y JP 01135890 es un material de cambio de fase orgánico. Sin embargo, este sistema solo proporciona piroprotección en la medida en que el revestimiento permanece intacto.

Los documentos US 6099894, US 6171647, y US 6270836 describen microcápsulas que contiene un revestimiento de gel que contiene un óxido metálico que puede ser, por ejemplo, óxido de magnesio u óxido de aluminio. Sin embargo, la preparación del revestimiento de gel parece emplear un procedimiento peligroso.

Los documentos US 2006/124892 y WO 2006 062610 describen una composición que comprende un material de cambio de fase y uno o más polímeros seleccionados de polietileno de densidad muy baja, goma de etilenopropileno, y polímero de estireno-etileno-butadieno-estireno. El material de cambio de fase puede comprender también un polvo inerte, que puede ser un silicato, uno o más pirorretardantes o mezclas, y tiene una capacidad de absorción de al menos 50% en peso. El material de cambio de fase puede aparecer dentro de una matriz polimérica en lugar de estar en forma de partículas.

La solicitud de patente publicada japonesa 6-41.522A describe un material de almacenamiento de calor que contiene una mezcla fundida de un material de almacenamiento de calor latente, tal como parafina, preferiblemente con una poliolefina, tal como polietileno, hidróxido de luminio y preferiblemente fósforo rojo. El material de cambio de fase no está en forma de partículas y requiere que el hidróxido de aluminio se distribuya a través de la matriz del material de cambio de fase.

La solicitud de patente publicada china CN 1927985 describe un material de cambio de fase de parafina modificada que incorpora un material metálico, tal como polvo de aluminio superfino, y un pirorretardante. El material metálico y el pirorretardante aparecen incorporados dentro del material de cambio de fase.

Un artículo de internet titulado "Phase Change Materials for Eco Cement Products" (http://www.tececo.com/files/newsletters/Newsletter23.htm) describe una idea para combinar un material de cambio de fase con un ecocemento de magnesia. Sin embargo, no se describe la forma de los materiales de cambio de fase y no existe indicación acerca de proporcionar propiedades ignífugas para la pirorretardancia.

El documento EP 1508552 describe un producto de construcción, o una parte sustancial del producto de construcción, que comprende componentes (a) y (b) . El componente (a) son virutas de madera-lana, unidas por un ligante que... [Seguir leyendo]

1. Una composición de almacenamiento de energía térmica que tiene propiedades pirorretardantes mejoradas, que comprende:

A) partículas de un material de cambio de fase orgánico (PCM) , estándo dicho material de cambio de fase orgánico encapsulado dentro de una envuelta en forma de partículas de cápsulas, en las que el diámetro medio de volumen (VMD) de las partículas de cápsulas (cuando están en forma de una dispersión acuosa) es de entre 0, 2 m y 5 m, y C) cemento de magnesia, en la que las partículas de (A) el material de cambio de fase orgánico se distribuyen uniformemente a través de (C) el cemento de magnesia, en la que las partículas del material de cambio de fase orgánico (A) están encerradas dentro del componente de cemento de magnesia (C) y están encerradas en una matriz del cemento de magnesia (C) .

2. Una composición según la reivindicacion 1, que comprende:

A) partículas de un material de cambio de fase orgánico (PCM) , y B) partículas de hidróxido de magnesio y/o hidróxido de aluminio pirorretardantes, y C) cemento de magnesia.

3. Una composición según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el material de cambio de fase es una sustancia hidroinsoluble orgánica que sufre cambios de fase de sólido a líquido y/o de líquido a sólido a unas temperaturas de entre 0 ºC y 80 ºC.

4. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material de cambio de fase orgánico está encapsulado dentro de una envuelta y está en forma de partículas de cápsulas, en las que dichas partículas de cápsulas están en contacto directo con las partículas de (B) hidróxido de magnesio y/o hidróxido de aluminio y/o (C) el cemento de magnesia.

5. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la proporción de partículas del material de cambio de fase (A) al cemento de magnesia (C) es de 1:50 a 5:1, preferiblemente de 1:10 a 2:1, y más preferiblemente de 1:5 a 1:1.

6. Un procedimiento para obtener una composición de almacenamiento de energía térmica que tiene propiedades pirorretardantes mejoradas, que comprende:

A) partículas de un material de cambio de fase orgánico (PCM) , estándo dicho material de cambio de fase orgánico encapsulado dentro de una envuelta en forma de partículas de cápsulas, en las que el diámetro medio de volumen (VMD) de las partículas de cápsulas (cuando están en forma de una dispersión acuosa) es de entre 0, 2 m y 5 m, que están en asociación íntima con, C) cemento de magnesia, en el que las partículas de (A) el material de cambio de fase orgánico se distribuyen uniformemente a través de (C) el cemento de magnesia, en el que las partículas del material de cambio de fase orgánico (A) están encerradas dentro del componente de cemento de magnesia (C) y están encerradas en una matriz del cemento de magnesia (C) , que comprende las etapas de:

i) proporcionar las partículas del material de cambio de fase orgánico (A) en una emulsión acuosa, una dispersión acuosa, una pasta acuosa, o un polvo seco, ii) combinar el componente (A) proporcionado en la etapa (i) con los ingredientes necesarios para formar el cemento de magnesia (C) .

7. El uso de la composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para impartir una regulación de la temperatura o un almacenamiento de calor o frío a un artículo seleccionado del grupo que consiste en fibras, tejidos, espumas, dispositivos de calentamiento y enfriamiento, y materiales de construcción.

8. Un artículo que comprende una composición de almacenamiento de energía térmica que tiene propiedades 18

pirorretardantes mejoradas, comprendiendo dicha composición de almacenamiento de energía:

A) partículas de un material de cambio de fase orgánico (PCM) , estándo dicho material de cambio de fase orgánico encapsulado dentro de una envuelta en forma de partículas de cápsulas, en las que el diámetro medio de volumen (VMD) de las partículas de cápsulas (cuando están en forma de una dispersión acuosa) es de entre 0, 2

m y 5 m, que están en asociación íntima con, C) cemento de magnesia, en el que las partículas de (A) el material de cambio de fase orgánico se distribuyen uniformemente a través de (C) el cemento de magnesia, en el que las partículas del material de cambio de fase orgánico (A) están encerradas dentro del componente de cemento de magnesia (C) y están encerradas en una matriz del cemento de magnesia (C) .