KR101122641B1 - 냉각매트 또는 냉각시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각매트 또는 시트에 관한 것으로, 소정의 흡열반응을 일으키는 흡열물질을 고분자수지에 용해하여 이를 흡열물질이 포함된 고분자 젤로 구성하여 별도의 처리없이 항시 18℃ ~ 26℃를 유지할 수 있으며, 재사용시에도 냉각처리 및 첨가 등의 별도의 처리 없이 반영구적으로 일정온도를 유지할 수 있다. 특히 상기 흡열물질은 2 종류 이상의 흡열물질이 동일 중량비로 포함되고, 이때 고분자수지로는 친수성 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 제조된 고분자 젤은 흡열물질을 포함하고 있으면서 유연성과 신축성을 지니면서 일정온도 18℃ ℃ ~26 ℃을 유지하게 하는 것을 특징으로 하는 냉각매트를 제공한다.

냉각매트, 고분자젤, 흡열반응, 요소, 질산암모늄

Description

냉각매트 또는 냉각시트{Cooling mat or cooling sheet}

본 발명은 냉각매트 또는 냉각시트에 관한 것으로, 소정의 흡열반응을 일으키는 흡열물질이 2 종류이상 동일 중량비로 혼합하여 고분자수지와 함께 용해한 후 유연성과 신축성을 지닌 고분자젤을 형성하여, 별도의 냉각처리 및 흡열물질의 첨가 등 없이 반영구적으로 일정온도 18℃ 내지 26℃, 바람직하게는 20℃ 내지 23℃를 유지할 수 있는 냉각매트에 관한 것이다.

일반적으로, 기온이 높은 여름에 인체가 외부로부터 과하게 받은 열을 식히기 위하여 또는 운동시 골절이나 붓는 현상을 완화시키거나 인체의 높은 열을 내리기 위하여 냉찜질용으로 흡열 가능한 팩을 사용하기도 한다. 상기 팩 중 흡열작용을 하는 흡열팩에 대한 실시예가 국내특허공개 제 10-2006-0079187호에 기재되어 있으며 당해 실시예의 콜드팩의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 콜드팩은 엔클로저, 엔클로저 내부에 있는 가루화된 용질, 엔클로저 내부에 있는 액체, 가루화된 용질과 액체를 격리시키는 막을 포함하여 이루어지고, 상기 막을 파열시키면 액체와 가루화된 용질이 혼합되어 엔클로저 내부에서 주위의 열을 흡수하는 흡열반응이 발생하게 된다. 이는 사용이 간편한 장점이 있어 흡열팩으로 사용할 수 있으나, 반복 사용이 불가능한 단점이 있다.

또한 위와 동일한 용액를 사용하기는 하지만 반복 사용이 가능한 흡열팩이 개발되었는데 주머니 상의 팩 내부에 용질과 용매가 일체화된 용액과 발열소자를 내장하는 것으로 용질과 용매만으로는 흡열반응이 일어나지 않는 구조이다.

즉 상기팩의 용액에서 흡열반응을 유도하기 위해서는 상기 발열소자를 절곡하여 이 절곡되는 힘에 의하여 용액이 화학반응을 일으켜 액체에서 고체로 상변화하면서 열을 흡수하도록 한 것이다. 상기와 같은 구조의 팩은 고체상태로 변하면서 발생하는 열을 이용한 후 재사용하기 위하여 일정온도 이상의 열을 가하여서 고체상태로 변한 팩 내부물질을 액체로 다시 용해시킴으로써 반복 사용 가능한 장점이 있다.

종래의 냉각팩 등은 냉각물질로 축열용량이 큰 물질을 사용하여 이들 성분들이 혼합할 때에 생기는 흡열 반응을 이용한 냉각방식이다. 이러한 흡열물질들은 인체, 식품 등에 대한 냉각방식으로 일반적으로 보급되고 있다. 그러나 이러한 냉각방식은 흡열물질과 용매를 별도의 자루에 보관하거나 서로 격리된 상태로 존재하다가 사용시 두 물질의 혼합에 따른 흡열반응을 이용함으로써(한국 특허 등록 번호 제139054호), 단지 일회 사용이 가능하거나, 사용하기 전에 냉장고나 냉동고 등에서 냉각시키지 않으면 안 되는 불편함이 있다.

이에, 본 발명은 사용 전에 별도의 처리 없이도 냉각성능이 항상 일정온도 18℃ ~26℃로 유지할 수 있도록 흡열반응을 일으키는 흡열물질을 친수성 고분자수지와 함께 용해하여 흡열물질이 포함된 고분자 젤을 형성시킴으로써 용액의 누수 없이 일정온도를 유지할 수 있는 냉각매트를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 종래의 흡열반응을 일으키는 냉온 팩이 가지고 있는 일회성 또는 한시적인 냉각기능을 지닌 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로 흡열반응을 하는 흡열물질을 고분자 젤 형태 내 포집시켜 일정한 온도가 유지되게 함으로써 별도의 냉각 및 첨가반응 없이 반영구적으로 재사용이 가능한 냉각매트를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명은 별도의 처리 없이도 재사용이 가능하고 항상 18 ℃ ~ 26 ℃의 일정온도를 유지할 수 있도록 구성된 냉각시트 또는 냉각매트에 관한 것으로 본 발명에 따른 냉각 매트는 외피와 이 외피 속에 흡열반응을 일으키는 흡열물질을 포함한 고분자 젤로 구성되어 있다.

아래에서 상술하는 바와 같이 본 발명의 폴리비닐알코올 고분자수지에 흡열물질인 요소와 질산암모늄을 동일한 중량비로 넣어서 가교화시켜 고분자젤을 형성하는 경우 흡열물질의 석출이 일어나지 않으면서 고분자 젤내에 포함되어 있는 흡 열물질로 인해 항상 18℃~26℃를 유지하기 때문에 냉각매트로 사용이 가능하다. 특히 흡열물질을 함유한 고분자 젤은 유연하면서도 탄성이 있어 젤이 전단되는 결함이 없어 여러 가지 형상의 시트 및 매트로도 응용이 가능하다.

본 발명에 따른 냉각 매트는 흡열반응을 일으키는 2종류 이상의 흡열물질이 고분자 젤 내에 포집되어 있기 때문에 반응물질의 흐름성이 없어 누수와 같은 현상이 없고 일정온도를 유지할 수 있어 반복사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 냉각매트 구성은 외피 내 화학적 작용에 의해 흡열반응을 일으키는 흡열물질을 포함한 고분자 젤로 되어있다.

또한, 본 발명은 고분자 젤 상태를 유지하여 일정 온도를 유지할 수 있기 위해서는 고분자 젤 내 포집되는 2종류 이상의 흡열물질의 중량비가 대략 1:1 정도가 되어야 고분자 젤 상태를 유지할 뿐 아니라 일정 온도를 유지함으로써 냉각 매트로서의 성능이 우수하게 장기간 유지됨을 밝혀냈다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각 매트는,

고분자 젤을 저장하는 외부시트;

상기 외부시트 내에서 2종류 이상의 흡열물질, 수용성 고분자수지 및 수용성 고분자 수지의 가교화제로 이루어진 고분자 젤; 및

방수성 필름을 포함하며,

상기 2종류 이상의 흡열물질이 1:1의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

각각의 구성요소를 살펴보면 다음과 같다.

상기 외피는 천연 또는 합성 수지의 재질로 된 패브릭 형태의 천 또는 부직포로 되어 있고, 외피와 고분자젤 사이에 고분자젤의 한쪽으로 쏠림 등을 방지하기 위한 부직포 형태의 흡수체가 필요하다. 또한 다른 한쪽 고분자 젤과 외피 사이에는 고분자젤 내에 포함된 액상물질이 외부로 새어나가는 것을 방지하도록 방수용 필름이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 흡열물질은 고분자젤 내에서 흡열 반응을 일으키는 물질로, 예를 들면, 무기염; 질산암모늄, 황산암모늄, 산성황산암모늄, 인산암모늄, 인산수소 2암모늄, 메타바나드산 암모늄, 염화암모늄, 브롬화암모늄, 요오드암모늄 등의 무기암모늄염; 또는 질산나트륨, 질산칼륨 등의 알칼리 금속염; 질산금속염; 및 요소로 이루어진 그룹 중 2종류 이상이다. 또한 바람직하게는 무기염과 요소가 중량비 약 1:1로 혼합된 상태이다. 이중 질산암모늄, 염화암모늄, 브롬화암모늄, 황산암모늄 또는 요소가 바람직하고 특히 바람직하게는 질산암모늄과 요소가 동일한 중량비로 혼합된 상태이다.

또한 본 발명에 있어서 고분자 수지의 가교화제로는 예를 들어 포름알테히드, 아세트알데히드, 글루탈알데히드와 같은 알데히드류와 여기에 황산, 염산, 질산, 인산 등 산류가 포함되며, 또한 수산화스트론튬 수화물, 염화마그네슘 6 수화물, 사붕산 나트륨 10수화물, 탄산나트륨 10수화물, 탄산나트륨 7수화물, 황산나트 륨 10수화물, 인산나트륨 12수화물 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 흡열물질을 포함하고 냉각성능을 유지하는 고분자 젤을 형성하는 고분자 수지로는 각종의 고흡수성 물질이나 증점제 등을 사용할 수 있고, 예를 들면, 전분, 카르복시 메틸셀룰로오스, 카르복시 에틸셀룰로오스, 알킬산, 젤라틴, 전분-아크릴산그라프트 공중합물, 말레산 공중합물, 비닐아세티이트-아크릴산 에스테르 공중합물, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 본 발명에 사용될 수 있는 고분자 수지로는 친수성고분자, 예를 들어, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 또는 전분이며, 특히 바람직하게는 폴리비닐알코올이다.

본 발명에 있어서 각 함유 성분의 비율은 목적으로 하는 냉각 성능이나 보존 중에 주위 온도가 상승하였을 때 용해 변질을 방지하는 관점에서 임의로 결정된다. 예를 들면, 고분자 수지의 가교화제의 양은 고분자수지와 가교화제의 중량비로 1: 0.01~1, 바람직하게는 1: 0.1이다.

흡열물질인 요소와 무기염의 중량비가 약 1:1일 때 결정 석출 없이 장기간 동안 겔 상태를 유지하는 가장 안정된 조성이며, 요소 중량이 무기염의 중량에 더 큰 경우에는 요소가 석출되어 겔이 형성되지 않고, 무기염의 중량이 더 큰 경우에는 무기염 결정이 석출되어 겔 형성을 방해한다. 고분자수지와 흡열물질의 중량비가 1:5 내지 1: 2인 경우에서 비교적 안정한 조성을 나타낸다.

상기 외피는 비투습성이며 내부의 성분을 외부로 누출시키지 않는 필름 또는 시트가 사용되고, 그의 재질에는 특별한 제한은 없으나, 예를 들면 비투습성 필름 으로서는 합성수지, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리이소시아네이트 등의 합성수지 필름 및 이것들의 복합필름, 또는 알루미늄박, 알루미늄 적층 필름 등이 있다. 이 중에서도 부직포와의 포개짐, 가공의 용이성, 비용 및 입수의 편이성의 관점에서, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 폴리염화비닐 등의 합성 수지 필름, 또는 이의 복합 필름이 바람직하다.

본 발명의 비통기성 필름 또는 시트에 부직포를 포개지도록 합치는 것이 바람직하다. 부직포를 포개지도록 합침으로써 감촉이 좋고 사용 중 젖음이 생기지 않으며, 표면이 필요이상으로 냉각되는 일이 없으며, 장시간에 걸쳐서 쾌적한 냉각감을 얻을 수 있다.

상기 부직포의 재질에는 특별한 제한은 없으나, 예를 들면 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리염화비닐 등의 합성수지 섬유의 부직포, 면, 펄프섬유, 마, 모, 견, 레이온 등의 천연섬유의 부직포를 들 수 있다. 이 중에서 감촉의 양호도, 비투습성 필름과의 포개짐성, 가공의 용이성 등 때문에 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 레이온 등이 바람직하고, 나일론 부직포가 특히 바람직하다.

비투습성 필름에 부직포를 포개지도록 합쳐 고착하는 방법으로서는 열융축에 의한 적층 또는 접착제에 의한 드라이 적층 등이 있으며, 상기 필름에 부직포를 전면에 걸쳐서 고착시키거나 부분적으로 고착시킬 수 있으나, 부직포의 뛰어난 촉감을 살리는 동시에 결로에 의한 습기감을 방지하는 등의 목적 때문에 전면에 걸쳐서 가볍게 고착시키거나, 점 또는 선상 등으로 부분적으로 고착시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 고분자 젤 내에 함유되는 하나 이상의 성분에 착색제를 추가 배합하는 것이 바람직하다. 이로써 복수의 성분이 혼합된 상태를 정확히 식별할 수가 있다. 또한 사용자의 쾌적한 냉각감을 얻을 수 있다.

상기 착색제는 무기염 또는 가교화제에 배합된다. 이 쌍방에 착색제를 배합할 경우에는 서로 다른 색의 착색제가 사용된다. 또한 물이 함유되는 경우에는 물에 착색제를 배합할 수도 있다.

착색제로서는 안료, 염료, 착색용 식품첨가물, pH 지시약 등의 각종의 천연 및 합성 착색제가 사용될 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 내용은 아래 실시예를 참조하여 더욱 명확해질 것이며, 다만 하기 실시예로 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

100ml 유리제 비이커에 물 40g에 PVA (Mw 89,000-120,000) 10g과 우레아 50g을 넣고 잘 혼합되도록 교반하면서 70℃에서 용해시켰다. PVA 고분자물질이 완전히 용해된 후 교반하면서 서서히 상온까지 냉각시켰다. 여기에 PVA 가교화제인 글루탈알데히드 1g과 인산 1g을 넣어준 후 충분히 교반시켰다. 이 용액을 상온에서 하루 정도 방치하여 고분자 젤을 형성시켰다. 고분자젤의 온도를 측정하여 기록하였다. 이렇게 생성된 고분자젤은 흡열물질을 포함하면서도 유연성과 탄력성을 지녔다.

실시예 2

흡열물질인 우레아 50g 대신 우레아 12.5g과 질산암모늄 37.5g 을 넣는 것만 달리하고, 실시예 1과 같은 방법으로 고분자 젤의 형성 여부 및 온도변화를 관찰하였다.

실시예 3

흡열물질인 우레아 50g 대신 우레아 25g과 질산암모늄 25g 을 넣는 것만 달리하고, 실시예 1과 같은 방법으로 고분자 젤의 형성 여부 및 온도변화를 관찰하였다.

실시예 4

흡열물질인 우레아 50g 대신 우레아 37.5g과 질산암모늄 12.5g 을 넣는 것만 달리하고, 실시예 1과 같은 방법으로 고분자 젤의 형성 여부 및 온도변화를 관찰하였다.

실시예 5

흡열물질인 우레아 50g 대신 질산암모늄 50g 을 넣는 것만 달리하고, 실시예 1과 같은 방법으로 고분자 젤의 형성 여부 및 온도변화를 관찰하였다.

실시예 6

흡열물질인 우레아 50g 대신 우레아 12.5g과 질산암모늄 12.5g 을 넣는 것만 달리하고, 실시예 1과 같은 방법으로 고분자 젤의 형성 여부 및 온도변화를 관찰하였다.

표 1. 흡열물질을 포함한 고분자 젤 형성 여부 및 표면특성

실시예	폴리비닐알콜 (g)	정제수 (g)	가교화제 (글루탈알테히드 1wt% + 인산 1wt%)	요소 (g)	질산암모늄 (g)	고분자 젤 형성여부 및 표면특성
1	10	60	1g, 1g	50	0	젤 형성이 천천히 이루어지지만, 하루가 지나면 요소가 석출
2	10	60	1g, 1g	12.5	37.5	젤 형성이 빨리 이루어지며, 불투명한 젤 형성후 질산암모늄 석출
3	10	60	1g, 1g	25	25	고분자젤형성
4	10	60	1g, 1g	37.5	12.5	요소가 석출
5	10	60	1g, 1g	0	50	질산암모늄석출
6	10	60	1g, 1g	12.5	12.5	고분자젤형성

표 2. 시간에 따른 고분자젤 형성 및 온도 특성

실시예	1일	3일	30일	고분자젤 여부 및 온도특성
1	21℃	X	X	우레아 석출로 고분자 젤 형성이 안됨
2	21℃	21℃	X	질산암모늄 석출로 고분자 젤 형성이 안됨
3	21℃	21℃	21℃	고분자 젤 형성, 연성이 떨어짐
4	21℃	21℃	X	요소 석출로 고분자젤형성이 안됨
5	21℃	X	X	질산암모늄과다 석출로 고분자젤형성이 안됨
6	21℃	21℃	21℃	고분자 젤 형성, 연성이 우수함

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 냉각 매트의 구성을 보여주며, 당해 매트는 2겹의 외피(1)로 둘러싸인 고분자 젤(2)을 함유하며, 고분자 젤(2)에는 흡열물질(3)이 분산되어 있다.

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Claims (8)

1. 고분자 젤을 저장하는 외부시트;

   2종류 이상의 흡열물질, 고분자수지 및 고분자수지의 가교화제로 이루어진 고분자 젤; 및

   방수성 필름을 포함하는 냉각매트에 있어서, 상기 2종류 이상의 흡열물질들이 동일한 중량비로 혼합되고, 추가적인 장치 및 전원 없이도 항상 18℃ 내지 26℃를 유지하는 냉각매트.
2. 제1항에 있어서, 상기 고분자수지와 상기 흡열물질의 중량비가 1:5 내지 1:2이고, 상기 외부시트와 방수성 필름은 일체형이거나 분리되어 있는, 냉각매트.
3. 제1항에 있어서, 상기 흡열물질이, 요소, 무기염, 무기암모늄염 및 알칼리금속염으로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상이 혼합된 상태인 냉각매트.
4. 제3항에 있어서, 상기 흡열물질이 요소와 질산암모늄인 냉각매트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고분자수지가, 전분, 카르복시 메틸셀룰로오스, 카르복시 에틸셀룰로오스, 알킬산, 젤라틴, 전분-아크릴 산그라프트 공중합물, 말레산 공중합물, 비닐아세티이트-아크릴산 에스테르 공중합물, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 냉각매트.
6. 제5항에 있어서, 상기 고분자수지가 폴리비닐알코올인, 냉각매트.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가교화제가 알데하이드류와 산류, 수산화스트론튬 수화물, 염화마그네슘 6 수화물, 사붕산 나트륨 10수화물, 탄산나트륨 10수화물, 탄산나트륨 7수화물, 황산나트륨 10수화물 및 인산나트륨 12수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 냉각매트.
8. 삭제

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