KR100481282B1 - 상변화물질을 이용한 도료조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상변화물질을 닫힌계(closed system)의 형태로 포함하는 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도료에 보온 및 보냉 기능을 부여하기 위하여 유·무기계 상변화물질을 캡슐화하거나 다공성 입자에 함침시켜 통상적으로 사용되는 도료에 혼입함으로써, 도료 본래의 기능을 가지고 있으면서도 냉방 또는 난방에 의해 발생하는 열을 잠열의 형태로 저장하여 상기 냉방 또는 난방이 중단된 후에도 일정시간 동안 냉방 또는 난방 효과를 유지시킬 수 있다.

Description

상변화물질을 이용한 도료조성물{Paint Composition Using a Phase Change Material}

본 발명은 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잠열을 이용하여 열을 저장할 수 있는 상변화물질을 포함한 도료 조성물을 사용하여 난방 또는 냉방시 도료 조성물에 전달된 열에너지를 효과적으로 축열하였다가 난방 또는 냉방이 종료된 후에도 일정시간 이상 보온 또는 보냉 효과를 가질 수 있도록 하는 도료 조성물에 관한 것이다.

최근 건축물들은 인위적인 냉·난방 시설 유지에 따른 에너지 절감과 최적의 주거환경을 구현하기 위하여 근본적으로 건축 자재의 단열 효과에 많은 비중을 두고 단열 공사를 실시하고 있다. 이러한 단열 공사에는 냉·난방을 목적으로 단열재를 벽의 내부에 설치하여 내부의 열이 외부로 유출되는 것을 차단해 왔으며, 공기를 함유한 발포도료를 후막으로 도포함으로써 단열성을 부여하여 건물의 단열을 이루고자 하였다. 특히 스티로폼, 우레탄폼 등과 같은 단열재를 사용하는 건축물들은 일반 건축소재를 이용한 건축물에 비하여 열전도율이 훨씬 낮기 때문에 열의 전도를 지연시킬 수 있다.

그런데, 이러한 소재들은 부피가 커서 공사하기 불편할 뿐만 아니라 단열재의 시공을 위하여 벽을 이중벽 구조로 설계하여야 하기 때문에 벽공간의 활용면에서 비효율적이고 설비비용이 높아 비경제적이다.

전술한 문제점을 극복하기 위하여 일부 냉·난방용으로 판매되고 있는 도료들은 열전도도가 낮은 고분자계 물질이나 자체적으로 미세한 기공들을 가지고 있는 다공성 무기 물질들을 수지 혹은 필러의 형태로 함유하여 열의 전도를 지연시킬 수 있는 효과를 부여하고 있다. 특히, 대한민국특허출원 제 1999-0048252호에는 분말상 무기물을 도료에 첨가하여 보온성을 높이는 방법이 기술되어 있으며, 대한민국특허출원 제 1999-0035271호에는 속이 비어 있고 표면이 매끄러운 구상의 세라믹 안료를 도료 조성물로 사용하여 도료에 단열성을 부여하는 방법이 기술되어 있다.

또한, 대한민국특허출원 제 1999-0032018호 및 대한민국특허출원 제 1999-0048252호는 아크릴계 공중합 에멀젼, 비닐아세테이트공중합수지, 아크릴공중합수지 또는 우레탄변성수지 등과 같은 물질을 주성분으로 하는 도료 조성물을 이용하여 도료에 단열성을 제공하고자 하였다.

그러나, 전술한 방법들은 원하는 단열효과를 수득하기 위하여 고분자를 도료에 과량으로 혼용하여 사용하기 때문에 건조 도막의 물리적 특성이나 부착력이 감소되는 등의 문제점이 있다. 특히, 비닐계의 수지를 발포하여 공기층을 함유한 도료의 경우에는 도료의 도장시 공기층이 도장 내부로 유입되어 균일한 도막 및 미려한 도장 외관을 얻기 어렵다는 단점이 있다.

또한, 상기 단열도료들은 단지 건물 내부의 열이 외부로 전달되는 것 또는 건물 외부의 열이 건물 내부로 전달되는 것을 차단하기 위한 것으로, 도료내부에 자체적으로 건물 내부의 열원을 저장할 수 없으므로 건물의 난방 또는 냉각시 발생하는 잉여의 에너지를 저장하는 효과는 기대할 수 없다.

상기 잉여의 열에너지를 이용하기 위한 기술로서, 잠열축열재를 건축자재에 혼입시켜 단열재를 제조하는 기술이 미국특허 제 4,825,939호 및 대한민국특허공개 특2000-0066695호에 기술되어 있다. 이는 잠열저장 효과를 가진 상변화물질을 캡슐화한 뒤 건축자재에 혼입시켜 보온기능을 부여하는 것이다.

여기서, 상변화물질(Phase Change Material, PCM)은 '잠열저장물질' 또는 '잠열축열물질'로 호칭될 수 있으며, 일정한 온도범위에서 고상에서 액상으로 또는 액상에서 고상으로 변화하며 열에너지를 흡수 또는 방출하는 물질을 의미한다.

최근 들어 상기 상변화물질의 잠열을 이용한 축열장치의 연구가 많이 수행되고 있는데, 이러한 물질들은 단위부피 및 단위무게당 열에너지의 저장용량이 커서 현열 장치보다 부피나 무게를 크게 줄일 수가 있는 장점이 있고, 상변화 물질의 용융열을 이용한 축열기는 온도성층(thermocline) 현상이 심하지 않으므로, 사용온도에 알맞는 범위에서 거의 일정한 온도로 축열 및 방열을 할 수 있다. 특히, 현열을 이용한 축열기에서는 축열 매체와 열수송 유체간의 온도차이가 22 내지 23℃ 이상은 되어야 충분히 축열을 할 수 있지만, 용융열을 이용한 축열기에서는 단지 약간의 온도만 높아도 된다.

이와 같은 상변화물질은 그 활용에 있어서, 대부분 건축물의 냉·난방 시스템에 적용할 수 있는 방향으로 개발되어 왔으며, 대한민국특허공개 특2001-0019064호 및 대한민국특허공개 특2000-0014626호에는 상변화물질을 고분자로 캡슐화하여 비드(bead) 형태의 잠열축열 캡슐을 제조하여 열원을 저장하는 방법이 기술되어 있다. 그러나, 상기 잠열축열 캡슐의 직경은 0.1 내지 11mm의 크기를 갖는 비교적 큰 구형의 입자이기 때문에 도료에 혼입하여 사용할 경우 균일한 도장막을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

아울러, 상기 상변화물질을 도료에 적용하기 위해서는 다양한 물리적 성질 즉, 단위 부피 및 단위무게당 축열 용량, 비열, 열전도도 및 상변화에 따른 부피변화 등을 만족하여야 하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도료에 보온 및 보냉 기능을 부여하기 위하여 유·무기계 상변화물질을 캡슐화하거나 다공성 입자에 함침시켜 통상적으로 사용되는 도료에 혼입함으로써, 도료 본래의 기능을 가지고 있으면서도 냉방 또는 난방에 의해 발생하는 열을 잠열의 형태로 저장하여 상기 냉방 또는 난방이 중단된 후에도 일정시간 동안 냉방 또는 난방을 유지시킬 수 있도록 하는데 그 기술적 과제가 있다.

또한 본 발명은 상기 냉열 또는 온열 등의 잉여의 열에너지를 상변화물질로 저장할 수 있도록 하는 도료 조성물을 제공하는 것에 그 기술적 과제가 있다.

한가지 관점에서 본 발명은 상변화물질을 닫힌계(closed system)의 형태로 포함하는 도료 조성물을 제공한다.

다른 관점에서 본 발명은 상변화물질을 포함하는 고분자 캡슐 또는 다공성 미립자를 포함하는 도료 조성물을 제공한다.

또 다른 관점에서 본 발명은 상변화 물질이 조성물의 중량을 기준으로 하여 2 내지 60중량%인 도료 조성물을 제공한다.

또 다른 관점에서 본 발명은 상기 고분자 캡슐 또는 다공성 미립자의 직경이 0.005 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 도료 조성물을 제공한다.

전통적으로 에너지를 저장하는 방법으로는 여러 가지 방법이 알려져 있으나, 가장 널리 사용되고 있는 방법은 에너지를 열의 형태로 저장하였다가 열의 형태로 회수하여 사용하는 열저장 방법이며, 열저장은 저장매체의 열용량을 이용하는 현열저장과 저장매체의 잠열을 이용하는 잠열저장 방법으로 구분된다. 잠열저장 방법은 현열저장 방법에 비해 단위 부피 및 단위 무게당 에너지 저장 용량이 크기 때문에 많이 연구되고 있으며, 필요한 온도 범위에 따라 그 온도 구간에서 상변화가 발생하는 잠열축열재를 개발하여 사용하고 있다.

특히, 고체와 액체간의 상변이에서는 비교적 작은 양의 부피변화를 동반하며 상변이가 이루어지므로 제한된 공간에서 내부 압력에 큰 변화없이 잠열의 출입이 가능하므로 열저장이 요구되는 특정 온도범위에서 상변화를 일으킬 수 있도록 적당한 상변이 온도를 가지면서도 잠열량이 큰 물질들을 선택하는 것이 요구된다.

따라서, 본 발명에 따른 상변화물질로는 상온 또는 도료가 경화할 경우의 온도범위 내에서 상변화를 동반할 수 있는 물질이 고려될 수 있으며, 사용 가능한 상변화물질로는 탄소수 13 내지 28개의 포화탄화수소와 수화물형태의 무기물 예를 들면, Fe₂O₃·4SO₃·9H₂O, NaNH₄SO₄·2H ₂O, NaNH₄HPO₄·4H₂O, FeCl₃·2H₂O, Na₃PO₄·12H₂O, Na₂SiO₃·5H₂O, Ca(NO₃)₂·3H₂O, K₂ HPO₄·3H₂O, Na₂SiO₃·9H₂O, Fe(NO₃ )₃·9H₂O, K₃PO₄·7H₂O, NaHPO₄·12H₂O, CaCl₂·6H ₂O, Na₂SO₄·10H₂O, Na(CH₃COO)·3H₂O 등, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), 일부 산 및 산과의 공융혼합물, 예를 들면 n-옥타노익산(n-Octanoic acid), n-옥타데칸(n-octadecane), n-에이코산(n-eicosane), 아세트산, 유산(Lactic acid), 클로로아세트산(Chloroacetic acid-Cresol eutecitc) 등을 단독 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 여기서, 상기 상변화물질은 순수한 단일 물질을 단독으로 사용하는 것이 가능하지만, 순수한 단일 물질을 사용할 경우 좁은 온도범위에서 상변화를 일으키게 되므로 상기 상변화물질을 두 종류 이상 더욱 바람직하게는 2 내지 3 종류를 혼합하여 공융혼합물을 형성하거나 수화정도를 조절하여 넓은 온도 범위에서 높은 열량의 입·출입을 동반한 상변화가 가능한 상변화물질을 수득할 수 있다.

한편, 상기 상변화물질로 사용되는 물질은 단위질량당 잠열의 크기가 클수록 좋지만 용이하게 수득할 수 있는 물질들의 경우 대부분 100 내지 250J/g의 에너지를 지니고 있고, 일부 무기수화물의 경우 용융점 이하로 온도가 내려가도 상변화가 발생하지 않고 잠열도 방출하지 않는 과냉각 현상이 발생할 수 있으므로 이러한 과냉각 현상을 방지하기 위하여 조핵제를 첨가하기도 한다.

상기 조핵제는 상변화물질의 결정과 비교하여 원자의 배열이나 격자의 크기가 유사한 물질이 주로 사용되고 이를 결정핵으로 사용하면 상변화물질의 결정화가 촉진되므로 과냉각 현상을 억제할 수 있다.

한편, 상기 공융혼합물을 상변화물질로 사용할 경우 고상에서 액상으로 상전이가 반복됨에 따라 공융혼합물의 조성이 변하는데, 이것은 고상용액을 분별결정법으로 분리 및 정제하는 원리와 동일하고, 액체용액을 분별증류하는 것과도 동일하다. 따라서, 상전이 현상이 반복될수록 혼합물의 조성이 달라지므로 초기에 의도했던 잠열저장성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 상변화물질이 수화물의 혼합물인 경우에도 상전이가 반복됨에 따라 수화상태가 변할 수 있으므로 잠열저장성능이 저감될 수 있다.

이와 같은 문제는 상변화물질이 열린계(open system)에서 반복적인 상전이를 일으키기 때문에 발생하는데, 전술한 문제점을 극복하기 위하여 상기 상변화물질을 캡슐화하여 각각의 캡슐이 서로 독립된 닫힌계(closed system)를 형성하도록 하거나 상변화물질을 다공성 미립자에 함침시킴으로써, 캡슐 또는 다공성 미립자 내에 존재하는 상전이물질이 상기 캡슐 또는 다공성 미립자가 파괴되지 않는 한 그 조성 및 특성이 변화되지 않토록 한다.

이러한 이유로 인하여, 본 발명에 따른 상변화물질은 도료 조성물에 혼입시키기 전에 고분자물질로 마이크로캡슐화되거나 또는 다공성 미립자에 함침시켜 잠열축열비드로 제조한다.

한편, 본 발명에 따른 잠열축열물질의 형태는 크게 잠열축열캡슐과 잠열축열비드로 분류할 수 있다. 예컨대, 잠열축열캡슐의 경우에는 상변화물질을 고분자로 코팅하는 형태로 제조되며, 잠열축열비드는 상변화물질을 다공성 미립자에 함침시켜 제조할 수 있다. 여기서, 상기 잠열축열캡슐은 상기 상변화물질을 최소한 한층 이상의 코팅층을 포함하는데, 이는 그 용도에 따라 1 내지 3개의 코팅층을 갖는 잠열축열캡슐로 제조할 수 있다. 그리고, 경우에 따라서 상기 잠열축열캡슐의 과냉각 현상을 방지하기 위해 조핵제를 포함하는 잠열축열캡슐을 제조할 수도 있다.

본 발명에 따른 상변화물질을 마이크로캡슐화하는 고분자 물질로는 우레탄 수지, 아크릴 수지, 멜라민-포름 알데히드 수지, 멜라민 수지, 포르말린 수지 등이 있으며, 바람직하게는 멜라민 또는 포르말린이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 상변화물질을 다공성 미립자에 함침시키기 위한 다공성 미립자로는 실리카, 이산화티타늄, 제올라이트, 카본블랙 등이 있으며, 도료의 색상, 물성 및 가격을 고려하여 볼 때 바람직하게는 상용으로 제조되어 도료용 필러로 사용되는 초미립의 실리카가 좋다. 특히, 공업용 도료에 널리 사용되는 실리카 미세분말은 5 내지 20nm의 일차 입자경, 50 내지 500m²/g의 비표면적, 100 내지 400g/100g의 흡유량을 가지므로 상변화물질을 액화하여 실리카의 기공속으로 함침시키는 것이 가능하며, 소수성 상변화물질을 함침시킬 경우에는 소수성 실리카를, 친수성 상변화물질을 함침시킬 경우에는 친수성 실리카를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 도료는 전술한 상변화물질을 혼입하여 사용하는 도료로서 일반적인 건축용 도료라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 예컨데, 건축용 도료로는 한번에 두껍게 도장되어 흡입성이 있는 곳이나 목재상자의 도장에 적합한 유성도료, 예를 들면 유성조합 페인트, 유성 바니시, 유성 에나멜 및 오일 페인트 등, 유성조합페인트로부터 도막의 평활도, 광택, 경도 등을 보완한 합성조합페인트, 건축의 내벽, 외벽 및 천정을 비롯하여 바닥 및 목부(木部)에 사용되는 에멀젼 도료, 예를 들면 초산비닐계 에멀젼 도료, 에틸렌계 에멀젼 도료, 스티렌-부타디엔계 에멀젼 도료 등, 올가노 실록산을 주성분으로 하는 무기계 도료, 분체도료 등이 사용 가능하다.

상기 건축용 도료들은 각기 용도와 용매의 종류 및 점도가 다르므로, 그 특성에 따라 사용 가능한 잠열축열캡슐 및/또는 잠열축열비드가 결정된다.

일반적으로 점도가 낮은 도료에는 잠열축열캡슐을 용매에 적절한 분산제와 함께 혼입하여 사용하는 것이 바람직하며, 점도가 높은 도료의 경우에는 잠열축열캡슐 뿐만 아니라 잠열축열비드를 분산제와 함께 혼입하여 사용할 수 있다.

한편, 점도가 높은 고점도의 유기용제형 도료의 경우에는 친수성을 갖는 잠열축열비드를, 그리고 고점도 수계도료의 경우에는 소수성을 갖는 잠열축열비드를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 잠열축열비드에 함침되어 있는 상변화물질의 농도차에 의하여 도료 속으로 확산되어 잠열축열비드로부터 유출되는 현상을 방지하기 위함이다.

이하, 도면을 참조하여 상변화물질을 캡슐화하거나 또는 다공성 미립자에 함침시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 잠열축열캡슐의 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 잠열축열비드의 단면도로서 함께 설명한다.

본 발명에 따른 상변화물질을 마이크로캡슐화하여 캡슐로 제조하는 것은 일반적인 마이크로캡슐레이션(microcapsulation) 방법이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 그런데, 본 발명에서는 상변화물질을 수용액상에서 유화과정을 통하여 분산시키고 오일의 표면에서 고분자를 중합하는 원리로 제조하며, 중합방법은 계면중합, In-situ 중합 및 코아세르베이션 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 상변화물질을 캡슐화하는 방법은 계면장력의 차이를 이용하여 제조한다.

여기서, 상변화물질이 소수성의 탄화수소인 경우에는 물과 함께, 친수성의 무기수화물인 경우에는 비극성 유기용매와 함께 반응을 진행하게 된다. 이때, 에멀젼을 형성하기 위하여 적절한 계면활성제를 사용하여야 하며 계면활성제의 양과 반응온도 및 교반속도 등을 조절하여 입자의 크기, 중합도 및 구형도를 조절할 수 있다.

이에, 상기 캡슐레이션 방법을 소수성인 상변화물질을 캡슐레이션 하는 것을 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

유화제를 상변화물질(10)에 첨가하여 혼합시키고, 상기 혼합물에 상변화물질(10)에 용해되는 유기용제를 첨가한다. 그 다음, 상기 혼합물을 교반 분산하여 입도를 조절한 뒤 교반을 유지하면서 캡슐시키고자 하는 고분자물질을 상기 혼합용액에 첨가하여 반응시킴으로써 마이크로캡슐 즉, 잠열축열캡슐(6)을 수득하게 된다.

상기와 같은 방법으로 제조된 잠열축열캡슐(6)은 그 내부물질과 이를 둘러싸는 외부물질로 구성되어 있으며, 잠열축열캡슐(6)의 내부물질은 실질적인 상변화가 발생하는 상변화물질(10)이고, 이를 보호하는 외부물질은 벽, 막 또는 코팅층(8)이라고 하며, 상기 코팅층(8)은 전술한 바와 같이 우레탄 수지, 아크릴 수지, 멜라민-포름알데히드 수지 등의 천연고분자 또는 합성고분자로 되어 있고, 경우에 따라 여러 개의 코팅층으로 형성될 수 있다.

한편, 전술한 방법으로 제조되는 잠열축열캡슐(6)을 도료에 적용하기 위해서는 그 크기가 0.002 내지 200㎛, 바람직하게는 0.005 내지 10㎛가 좋다. 만약, 상기 잠열축열캡슐(6)의 크기기 0.002㎛ 보다 작으면 그 크기가 너무 작아서 잠열효과가 떨어지고, 200㎛ 보다 크면 도막의 균일성을 확보하기 어려우므로 그 크기는 상기한 범위 이내가 되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 다공성 미립자에 상변화물질을 함침시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상변화물질(10)을 녹는 온도 이상으로 가열하여 액상으로 제조한 뒤 상기 액상의 상변화물질(10)의 점도가 500 내지 1000cp 정도를 유지하도록 주위온도를 유지하면서 약한 교반과 함께 다공성 미립자(14)를 상기 액상의 상변화물질(10)에 투입한다. 그 다음, 상기 다공성 미립자(14)를 포함하는 액상의 상변화물질(10)을 2000 내지 3000rpm의 속도로 교반하여 상기 액상의 상변화물질(10)에 전단응력(shear stress)을 가하여 다공성 미립자(14)에 미세한 균열이 생기도록 한다. 이때, 상기 미세한 균열이 생긴 다공성 미립자(14)는 액상의 상변화물질(10)과 고르게 접촉하여 상기 상변화물질(10)이 다공성 미립자(14)의 미세한 균열 또는 공극 속으로 함침되도록 한다. 그 다음, 상기 액상의 상변화물질(10)이 함침된 다공성 미립자(14)를 냉각하여 잠열축열비드(14)를 제조한다. 이때, 액상의 상변화물질(10)에 투입되는 다공성 미립자(14)의 양은 그 다공성 미립자(14)의 흡유량에 따라 결정하여야 하는데, 상기 다공성 미립자(14)들이 지닌 흡유량 이상의 다공성 미립자(14)를 액상의 상변화물질(10)에 투입하였을 경우에는 액상의 상변화물질(10)이 상기 다공성 미립자(14)에 고르게 분산되지 못하며, 흡유량 이하의 다공성 미립자(14)를 상기 액상의 상변화물질(10)에 투입하였을 경우에는 잉여의 상변화물질(10)이 다공성 미립자(14)의 주변에 남게 되어 도료 조성물로서 사용하기 어렵게 된다. 이러한 관점에서 바람직한 다공성 미립자(14)와 상변화물질(10)의 비가 적어도 상기 다공성 미립자(14)들의 흡유량 이하이면서, 그 비가 1:1 내지 1:3으로 유지되는 것이 좋다.

한편, 전술한 방법으로 제조되는 잠열축열비드(12)를 도료에 적용하기 위해서는 그 크기가 0.002 내지 200㎛, 바람직하게는 0.005 내지 10㎛ 좋다. 만약, 상기 잠열축열비드(12)의 크기가 0.002㎛ 보다 작으면 그 크기가 너무 작아서 잠열효과가 떨어지고, 200㎛ 보다 크면 도막의 균일성을 확보하기 어렵다.

전술한 방법으로 제조되는 잠열축열비드(6,12)는 일반적인 건축용 도료에 혼입시켜 도료 조성물로 사용할 수 있다.

상기 잠열축열캡슐(6) 및/또는 잠열축열비드(12)를 도료에 혼입시키기 위한 방법은 일반적으로 알려진 필러의 도료 혼입 공정과 유사하며 도료 고유의 물성을 보존하면서 만족스러운 잠열효과를 수득하기 위하여 상기 잠열축열캡슐(6) 또는 잠열축열비드(12) 내부에 존재하는 상변화물질의 혼입량은 전체 도료 100중량% 당 2 내지 60중량%를 첨가할 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 50중량%가 좋다. 이때, 도료에 혼입되는 상기 잠열축열캡슐(6) 및/또는 참열축열비드(12)의 고른 분산을 위하여 분산제나 침강방지제를 함께 사용하고 소포제를 추후에 첨가할 수 있다.

여기서, 상기 도료 조성물 중 잠열축열캡슐(6) 및/또는 잠열축열비드(12)가 60중량%을 초과하게 되면 분산성이 저하될 수 있으며, 2중량% 이하로 혼입될 경우 잠열축열 효과가 감소될 수 있다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

잠열축열캡슐의 제조.

60℃로 유지시킨 무수 스티렌-말레이산(Styrene-maleic anhydride) 5중량% 수용액 200 ml에 n-옥타데칸(n-octadecane) 100g를 첨가한 뒤 10분간 교반하여 혼합물을 제조하였다. 그 다음, 60℃로 유지되는 물 100ml에 멜라민 단량체 35g 및 포르말린 35g을 첨가한 후 10분간 교반시킨 뒤 상기 무수 스티렌-말레이산 및 n-옥타데칸 혼합물을 첨가하여 4시간 동안 중합반응시켜 에멀젼 상태의 잠열축열캡슐을 제조하였다. 제조된 에멀젼 상태의 잠열축열캡슐을 건조시켜 100 내지 300㎛의 잠열축열캡슐을 수득하였다.

<실시예 2>

잠열축열비드의 제조.

항온조에 의하여 60℃로 유지되는 소정의 용기에 n-에이코산(n-eicosane) 30g을 첨가하여 상기 n-에이코산을 녹였다. n-에이코산이 녹아있는 상기 용기에 평균 입도가 5㎛인 실리카 30g을 조금씩 가하며 교반시켜 접촉시켰다. 그 다음, 상기 실리카 및 n-에이코산 혼합물을 2,000 rpm의 교반속도로 1시간 동안 교반시켜 상기 n-에이코산이 실리카의 공극속으로 함침되도록 하였다. 그 다음, 60℃로 유지되는 소정의 용기의 온도를 상온으로 냉각시킨 뒤 실리카 표면의 n-에이코산을 제거하여 잠열축열비드를 수득하였다.

<실시예 3>

잠열축열캡슐을 포함하는 단열도료 조성물의 제조.

수성 도료 200ml에 실시예 1에서 수득된 잠열축열캡슐을 30g을 첨가한 후 분산기에서 2,000rpm으로 30분 동안 교반하여 잠열축열캡슐를 포함하는 단열도료를 제조하였다. 여기서 상기 수성도료는 건물 내부용 백색 아크릴 공중합 에멀젼을 주원료로한 도료로서 고형분 용적비가 30 내지 35%인 금강고려화학에서 제조된 제품이었다.

<실시예 4>

잠열축열비드를 포함하는 단열도료 조성물의 제조.

실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되 상기 잠열축열캡슐 대신 실시예 2에 의하여 수득된 잠열축열비드 30g을 사용하여 단열도료를 수득하였다.

<실시예 5>

잠열축열캡슐 및 잠열축열비드를 포함하는 도료 조성물의 제조.

수성 도료 200ml에 실시예 1에서 수득된 잠열축열캡슐 15g과 실시예 2에서 수득된 잠열축열비드 15g을 첨가한 후 분산기로 2,000rpm의 교반속도로 30분 동안 교반하여 잠열축열캡슐 및 잠열축열비드를 포함하는 단열도료를 제조하였다. 여기서 상기 수성도료는 건물 내부용 백색 아크릴 공중합 에멀젼을 주원료로 한 도료로서 고형분 용적비가 30 내지 35%인 금강고려화학에서 제조된 제품이다.

<비교실시예>

실시예 4와 동일한 방법으로 제조하되, 잠열축열비드 대신 잠열축열물질이 함침되지 않은 실리카를 동량 첨가하여 단열도료를 수득하였다.

<실험>

단열효과 비교

20cm×15cm×20cm인 상자를 제작하여 각 상자의 바닥과 벽은 단열재[타이펙, 듀퐁]를 이용하여 단열시키고, 각 상자의 천장은 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 건물 내부용 백색 아크릴 공중합 에멀젼을 주원료로한 도료로서 고형분 용적비가 30 내지 35%인 수성도료 또는 비교실시예에 의하여 수득된 도료를 각 상자에 1mm 정도의 두께로 균일하게 도장한 후 상온 건조시킨 철판으로 밀봉하였다. 그 다음, 상자의 천장으로부터 20cm 거리에 전구를 설치하여 상자에 열을 공급하여 상자 내부의 온도를 관찰하였다. 한편, 각 상자의 천장에 온도계를 설치하여 상자 내부의 온도를 측정하였다.

그 결과를 표 1로 나타냈다.

표 1에 나타낸 바와 같이 잠열축열캡슐 또는 잠열축열비드를 포함하는 도료의 잠열 효과는 종래의 도료와 비교하여 매우 우수한 단열 효과를 나타내었으며, 본 발명에서 제시한 도료는 각 도료가 함유한 잠열저장물질의 상전이 온도 부근에서 도료 표면 및 도료가 도포된 실내의 온도를 장시간 유지시킬 수 있음을 확인하였다.

단위 : ℃

구분	실시예 3	실시예 4	실시예 5	수성도료	비교실시예
초기온도	18.0	18.3	18.5	17.8	18.4
20분 후	22.5	27.8	23.9	42.5	32.5
40분 후	26.4	32.8	28.5	47.9	39.7
60분 후	28.1	35.2	30.9	49.9	44.9
80분 후	30.2	36.4	34.5	51.5	47.5
100분 후	34.4	37.4	36.1	53.0	50.0

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 도료 조성물은 상변화물질을 함유한 잠열축열캡슐 및/또는 잠열축열비드를 첨가한 것으로서, 단열효과 뿐만 아니라 도료 자체적으로 보온 또는 보냉 효과를 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 잠열축열캡슐의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 잠열축열비드의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6 : 잠열축열캡슐 8 : 코팅층

10 : 상변화물질 12 : 잠열축열비드

14 : 다공성 미립자

Claims (12)

1. 탄소수 13 내지 28개의 포화탄화수소, 수화물형태의 무기물 또는 이들의 혼합물인 상변화물질이 전체 도료 조성물 중량당 2 내지 60중량%로 다공성 미립자에 함침된 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다공성 미립자의 직경이 0.005 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 수화물형태의 무기물이 Fe₂O₃·4SO₃·9H₂O, NaNH₄SO₄·2H₂O, NaNH₄HPO₄·4H₂O, FeCl₃·2H₂O, Na₃PO₄·12H₂O, Na₂SiO₃·5H₂O, Ca(NO₃)₂·3H₂O, K₂HPO₄·3H₂O, Na₂SiO₃·9H₂O, Fe(NO₃)₃·9H₂O, K₃PO₄·7H₂O, NaHPO₄·12H₂O, CaCl₂·6H₂O, Na₂SO₄·10H₂O, Na(CH₃COO)·3H₂O인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 다공성 미립자가 실리카, 이산화티타늄, 제올라이트 또는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 도료 조성물.
9. 탄소수 13 내지 28개의 포화탄화수소, 수화물형태의 무기물 또는 이들의 혼합물인 상변화물질을 다공성 미립자에 함침시켜 비드를 수득하고, 수득된 상기 비드를 도료와 혼합하는 것을 포함하는 제1항, 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 도료 조성물의 제조방법.
10. 삭제
11. 제 9항에 있어서,

    상기 상변화물질 및 다공성 미립자가 소수성인 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 상변화물질 및 다공성 미립자가 친수성인 것을 특징으로 하는 도료 조성물의 제조방법.