KR101199615B1 - 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법 - Google Patents

상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101199615B1
KR101199615B1 KR1020100061443A KR20100061443A KR101199615B1 KR 101199615 B1 KR101199615 B1 KR 101199615B1 KR 1020100061443 A KR1020100061443 A KR 1020100061443A KR 20100061443 A KR20100061443 A KR 20100061443A KR 101199615 B1 KR101199615 B1 KR 101199615B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase change
change material
microcapsule containing
producing
phase solution
Prior art date
Application number
KR1020100061443A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120000911A (ko
Inventor
정인우
김홍열
고원건
김중현
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단, 경북대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020100061443A priority Critical patent/KR101199615B1/ko
Publication of KR20120000911A publication Critical patent/KR20120000911A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101199615B1 publication Critical patent/KR101199615B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/10—Components
    • C09K2205/102—Alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/10—Components
    • C09K2205/104—Carboxylic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/10—Components
    • C09K2205/12—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/10—Components
    • C09K2205/132—Components containing nitrogen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

본 발명은 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법에 관한 것으로서, 상변화 물질, 무기계 전구체, 공유화제를 포함하는 분산상 용액을 준비하는 단계; 물과 계면활성제를 포함하는 연속상 용액을 준비하는 단계; 상기 분산상 용액을 다공성 막을 통해 상기 연속상 용액에 압입하여 단분산 액적을 제조하는 단계; 및 상기 무기계 전구체가 중합하여 상변화 물질을 캡슐화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법으로 마이크로 캡슐을 제조할 경우, 단분산성의 마이크로 캡슐 제조가 가능하며, 제조공정이 간단하고 다공막의 미세 기공의 크기에 따라 형성되는 캡슐의 크기를 쉽게 제어할 수 있으며, 캡슐화 효율이 매우 높다. 본 발명의 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법으로 제조된 마이크로 캡슐은 무기계 쉘이 형성되어 있어 열적 안정성 및 기계적 강도가 우수하며, 다른 무기 물질과 혼용하여 사용 가능하여 호환성(compatibility)이 뛰어나고 상변화 물질을 함유한 단분산성의 마이크로 캡슐을 얻을 수 있어 건축물의 내외장재, 섬유뿐만 아니라 규칙적 배열 및 패턴화가 용이하여 전자재료, 광학재료, 센서, 필름, 및 인쇄재료 등으로도 매우 유용하다.

Description

상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법{Microcapsules comprising Phase Change Materials and Method for Manufacturing the same}
본 발명은 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 막 유화법을 이용하여 제조된 상변화 물질을 함유한 단분산성의 마이크로 캡슐에 관한 것이다.
최근 화석에너지에 의한 환경오염과 지구온난화 그리고 화석에너지 고갈에 따른 대체에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 열에너지의 경우 친환경적이며 막대한 에너지원이나 특성상 회수와 저장이 어렵기 때문에 선진각국에서 열에너지 관리에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.
특히 상변화 물질(Phase Change Material, PCM)은 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 상의 형태가 변하면서 잠열을 흡수 방출할 수 있는 열조절 기능을 하는 물질로 자체적으로 주위의 열을 저장하였다가 필요할 때 방출하는 혁신적인 온도조절 기능 물질이다. 잠열은 현열에 비해 상변화 온도에서 수 십배에서 수 백배의 에너지 저장능력과 방출능력을 가지기 때문에 기존의 현열을 이용하는 에너지 소재들 보다 에너지 효율을 극대화할 수 있고, 이것을 박막, 섬유 및 입자 등 형태로 구조화하여 에너지 산업, 주택시스템, 기능성 의류 디지털 기기의 발열보호시스템 등 산업에 활용되고 있으나 온도변화에 의한 상변화 물질의 액상화로 유출이 쉬워 성형 가공하여 실생활에 적용하기 어려운 문제들이 있다.
상기의 문제점을 극복하기 위하여 상변화 물질을 고분자로 캡슐화 하는 방법이 있으나, 일반적으로 유기소재는 무기소재에 비하여 열전도도가 낮아 상변화 물질을 포함하는 캡슐의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 단점이 있고, 또한 열에 취약하기 때문에 사용하는데 한계가 있게 된다.
또한, 상변화 물질에 유기층과 무기층을 가지는 이중층 캡술과 같이 두 번의 캡슐화 공정을 거치는 방법이 소개되었으나, 두번의 캡슐화 공정을 거치므로 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
한편, 일반적으로 균일한 입자 크기를 만들 수 있는 중합 방법으로는 분산 중합 및 무유화 에멀젼 중합(soap-free emulsion polymerization) 등이 널리 알려져 있다. 이 방법들은 온도, 계면활성제 및 연속상의 극성 등과 같은 중합변수들의 조절에 의해 쉽게 크기를 조절할 수 있는 장점이 있지만 비교적 제조 공정이 복잡하고 5 마이크로미터 이상의 입자를 제조하기에는 상당한 문제점이 있었다.
따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위해서 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 새로운 제조방법이 요구된다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 공정이 간단하고 제어가 용이하며 캡슐화 효율이 높고, 열적 안정성 및 기계적 강도가 우수하고 단분산성인 마이크로 캡슐을 얻기가 용이한, 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 새로운 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상변화 물질, 무기계 전구체, 공유화제를 포함하는 분산상 용액을 준비하는 단계; 물과 계면활성제를 포함하는 연속상 용액을 준비하는 단계; 상기 분산상 용액을 다공성 막을 통해 상기 연속상 용액에 압입하여 단분산 액적을 제조하는 단계; 및 상기 무기계 전구체가 중합하여 상변화 물질을 캡슐화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 코어의 상변화 물질이 무기소재의 단일 쉘로 캡슐화 되어 있는 마이크로 캡슐로서 직경이 1.5 ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품을 제공한다.
본 발명의 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법으로 마이크로 캡슐을 제조할 경우 단분산성의 마이크로 캡슐 제조가 가능하며, 제조공정이 간단하고 다공막의 미세 기공의 크기에 따라 형성되는 캡슐의 크기를 쉽게 제어할 수 있으며, 캡슐화 효율이 매우 높다.
본 발명의 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법으로 제조된 마이크로 캡슐은 무기계 쉘이 형성되어 있어 열적 안정성 및 기계적 강도가 우수하며, 다른 무기 물질과 혼용하여 사용 가능하여 호환성(compatibility)이 뛰어나다.
또한, 상변화 물질을 함유한 단분산성의 마이크로 캡슐을 얻을 수 있어 건축물의 내외장재, 섬유뿐만 아니라 규칙적 배열 및 패턴화가 용이하여 전자재료, 광학재료, 센서, 필름, 및 인쇄재료 등으로도 매우 유용하다.
도 1은 본 발명의 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 제조공정에서 단분산 액적을 얻기 위해 사용하는 막 유화장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 캡슐의 FT-IR 스펙트럼.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 캡슐의 DLS 데이타.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 캡슐의 ×1,500 광학현미경 사진.
도 8은 본 발명의 비교예 1에 따른 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진.
도 9는 본 발명의 비교예2에 따른 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진.
본 발명에서는 막 유화법(membrane emulsification)을 이용하여 상변화 물질이 무기소재로 둘러싸여 있는 마이크로 캡슐을 제조하게 된다.
막 유화법은 다공질 막의 계면 화학적 성질을 이용하여 2종류의 혼합되지 않는 액체의 분산을 가압하고 이들을 막에 투과시켜, 다른 한편의 액체인 연속상에 분산시키는 방법이다.
막 유화법은 균일한 크기의 입자를 얻을 수 있는 방법으로서, 입자 크기가 균일한 에멀젼을 연속상에 분산시킨 후, 추가적인 반응으로 중합, 겔화(gelation), 증발(evaporation), 동결 건조(freeze drying), 고형화(solidification) 등을 실시하여 다양한 모폴로지를 가지는 입자를 제조하는 것이 가능하다.
막 유화법을 통해 비교적 간단한 방법으로 0.5 ~ 수십㎛ 범위 내에서 입자크기가 균일한 수중유형(O/W:oil-in-water)이나 유중수형(W/O: water-in-oil)에멀젼을 연속상에 생성시키는 것뿐만 아니라, 수중유중수형(W/O/W: water-in-oil-in-water)혹은 유중수중유형(O/W/O)의 이중 에멀젼도 용이하게 만들 수 있다.
본 발명은 상변화 물질, 무기계 전구체, 공유화제를 포함하는 분산상 용액을 준비하는 단계; 물과 계면활성제를 포함하는 연속상 용액을 준비하는 단계; 상기 분산상 용액을 다공성 막을 통해 상기 연속상 용액에 압입하여 단분산 액적을 제조하는 단계; 및 상기 무기계 전구체가 중합하여 상변화 물질을 캡슐화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법을 제공한다.
분산상 용액은 상변화 물질, 무기계 전구체 및 공유화제를 포함하여 이루어진다.
상기 상변화 물질은 파라핀(N-Paraffin)계열, 불포화 지방산 계열(Fatty Acids), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 폴리에틸렌(Polyethylen), 아세트아마이드(Acetamide),프로필아마이드(Propylamide),나프탈렌(Naphthalene), 스테아린산 (Stearic acid), 폴리글라이콜(Polyglycol)류, 왁스(Wax), 3-헵타데카논(3-Hepta-decanone), 시안아미드(Cyanamide), d-유산(d-lactic acid), 글라이세롤(Glycerol), 아세트산(Acetic acid), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 염화나트륨 수화물(Salt Hydrate), 알콜(Alcohols)계열, 페놀(Phenols)계열, 알데하이드(Aldehydes)계열, 케톤(Ketons)계열, 에테르(Ethers)계열, 유테릭(Eutectic) 물질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 상변화 물질들은 열용량이 200 J/g 이상으로 우수하고 또한 상변화 온도가 실온과 비슷하여 적용성이 우수하다.
상기 무기계 전구체는 하기 화학식 1로 나타내는 알콕사이드 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010041637297-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, M은 Si,Al 또는 Ti이고, X는 -OR2, -NR2, -NCOR2 및 =NH 중에서 선택된 1종 이상이며, R1과 R2는 서로 같거나 다른 것으로서, -CmH2m+1, -CmH2m-1, -CmH2mOH이고, m은 0~18, n은 0~4의 정수이며, 다만, X가 =NH인 경우, n은 2의 정수이다.
상기 상변화 물질과 상기 무기계 전구체는 부피비로 1:9 ~ 9:1로 사용 가능하나, 3:1 ~ 1:1로 사용하는 것이 캡슐화 효율 및 열용량 측면에서 보다 바람직하다.
상기 공유화제는 탄소수 6 ~ 20인 하이드로카본 알콜 및 하이드로카본으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으며, 바림직하게는 세틸알콜, 헥사데칸, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 공유화제는 전구체와 상변화 물질을 안정화시키는 기능을 하며, 분산상 용액 중에서 0.1 ~ 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 10중량%를 초과하여 공유화제를 사용할 경우, 상대적인 상변화 물질의 양이 줄어들어 열용량을 감소시킬 수 있다.
상기 연속상 용액은 물과 계면활성제를 포함하여 이루어진다. 연속상 용액의 대부분을 차지하는 물은 증류수 또는 초순수를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 계면활성제는 다공성막을 통과한 액적을 안정화시키는 기능을 하며, 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 도데실벤젠설퍼닉산 (Dodecylbenzenesulfonic acid) 등의 음이온성 계면활성제, 글리세린 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르 등의 다가 알코올형 계면활성제, 플루로닉 또는 폴록사머 등을 예로 들 수 있는 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 구조의 블록형 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 계면활성제는 분산상 용액 100중량% 대비 0.1 ~ 100 중량%까지 사용이 가능하나, 공유화제 대비 25 ~ 50 중량%를 사용하는 것이 액적을 안정화시키는 측면에서 또는 중합 안정성 측면에서 보다 바람직하다.
본 발명에서는 상기 분산상 용액을 막유화 장치의 모듈에 담고, 질소 탱크의 벨브를 열어 막유화 장치로 45 ~ 60 kPa의 압력으로 일정하게 흘려준다. 그러면 다공성 막을 통해 분산상 용액이 빠져 나와 액적을 형성 하게 된다. 이때 압력이 기준 압력보다 낮으면 분산상이 다공성 막을 통과하지 못하거나 장시간의 시간이 걸리게 되고, 반대로 기준 압력보다 압력이 높게 되면 분산상이 다공성막을 빠르게 통과해 액적을 형성하지 못한다.
액적은 균일한 미세기공을 가진 다공성 막을 통과해 분산되기 때문에 단분산의 액적이 형성 가능하다.
본 발명에서 사용 가능한 다공성 막은 크게 제한되지 않으나, 알루미나, 지르코니아 등의 세라믹 또는 글라스 재질의 막을 사용하는 것이 좋다. 그 중 Al2O3-SiO2 재질의 다공성 유리막인 시라스 다공질 유리막(Shirasu porous glass,SPG)막을 사용하는 것이 바람직하다.
다공성막의 표면은 소수성 분산상을 이용할 경우 친수성 처리된 다공질 막을 사용하는 것이 보다 나은 액적을 얻을 수 있다. 같은 성질의 분산상과 다공질 막을 사용할 경우 분산상이 다공질 막에 붙어 액적이 형성되지 않는다.
균일한 세공경을 가지는 다공성 막을 사용하는 것이 바람직하며, 다공성 막의 세공경은 0.5 ~ 30㎛인 것이 바람직하며, 다공성 막의 세공경이 0.5㎛ 미만인 경우 압입하는 압력이 크고 시간이 오래 걸려 효율이 저하되고, 30㎛를 초과할 경우에는 입도 분포가 넓어지는 문제가 있다.
상기 다공성 막의 미세 기공의 크기(세공경)에 따라 액적 및 캡슐의 크기를 쉽게 제어하는 것이 가능하다. 상기 다공성 막을 통과할 경우 세공경의 3 ~ 4배 크기의 액적을 얻을 수 있다.
상기 다공성막을 통과한 액적은 소수성이 강한 상변화 물질이 코어에 형성되고 친수성이 강한 무기계 전구체가 액적의 외곽에 분포하여 쉘을 형성하게 한다. 이때 공유화제가 상기 무기계 전구체와 상변화 물질을 안정시키고, 또한 연속상 용액의 계면 활성제가 생성된 액적을 안정화시킨다.
액적의 외곽에 배치된 무기계 전구체는 물과의 표면에서 졸-겔 방법에 의한 수화반응 및 축합반응을 거쳐 단단한 무기소재 네트워크를 형성해 캡슐이 형성되게 된다. 구체적으로, 상기 액적의 무기계 전구체는 연속상의 물과 반응하여 알콕시 그룹이 수화되어 하이드록실 그룹으로 치환되고 이어지는 축합반응으로 M-O-M결합의 수가 증가하면 각각의 분자들은 브리지를 형성하여 졸 내에서 응집하게 된다. 이 졸 입자가 응집하거나 서로 엉켜 망상구조를 이루면 겔이 형성된다.
졸-겔 방법에 의해 축합될 때 HCl등의 산촉매와 NH4OH 등의 염기성 촉매를 사용할 수 있다. 산촉매를 사용할 경우 알콕시 그룹이 쉽게 수소이온을 받아들여 금속 원자주변의 전자밀도를 낮추게 되며, 따라서 전자와의 친화성이 커져 물과의 반응이 쉽게 된다. 반대로 염기성 촉매를 사용하게 되면 알콕시 그룹의 산소가 하이드록실 이온을 밀어내기 때문에 초기 가수분해는 느리지만, 두 번째 알콕시 그룹의 가수분해는 더 쉽게 진행되어 후속 반응들이 차례로 진행되어 완전하고도 비가역적인 가수분해가 일어나게 된다. 산촉매 하에서는 선형과 가지형의 중합체가 이루어지며, 염기성 촉매 하에서는 복잡한 덩어리 구조의 중합체가 형성된다.
또한, 온도를 증가시킴으로써 가수분해속도를 증가시킬 수 있으며, 상변화 물질의 어는점 이상의 온도를 유지함으로써 상변이 물질이 고화되는 것을 막을 수 있으며, 분산을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 제조방법을 사용할 경우, 1회의 유화 및 무기물질의 축합반응을 통해 간단하게 마이크로 캡슐을 제조하는 것이 가능하며, 라디칼 중합 또는 축합 중합법에 의해 제조된 고분자 캡슐에 비해 캡슐화 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 코어의 상변화 물질이 무기소재의 단일 쉘(shell)로 캡슐화되어 있으며, 직경이 1.5 ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐을 제공한다.
상기 상변화 물질은 파라핀(N-Paraffin)계열, 불포화 지방산 계열(Fatty Acids), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 폴리에틸렌(Polyethylen), 아세트아마이드(Acetamide),프로필아마이드(Propylamide),나프탈렌(Naphthalene), 스테아린산 (Stearic acid), 폴리글라이콜(Polyglycol)류, 왁스(Wax), 3-헵타데카논(3-Hepta-decanone), 시안아미드(Cyanamide), d-유산(d-lactic acid), 글라이세롤(Glycerol), 아세트산(Acetic acid), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 염화나트륨 수화물(Salt Hydrate), 알콜(Alcohols)계열, 페놀(Phenols)계열, 알데하이드(Aldehydes)계열, 케톤(Ketons)계열, 에테르(Ethers)계열, 유테릭(Eutectic) 물질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 캡슐의 쉘부분을 형성하는 무기소재는 상기 액적의 무기계 전구체가 연속상의 물과 반응하여 졸-겔 방법에 의해 중합되어 형성되며, 폴리카보실란(Polycarbosilane), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실라잔(Polysilazane), 알루미늄 아마이드(Aluminum amide) 및 폴리티타늄 이미드(Polytitanium imide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 무기소재 쉘은 고분자 등 유기소재 쉘이 형성된 경우에 비해 열적 안정성이 우수하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 다른 무기물질과 혼용하여 사용할 수 있다는 장점을 지닌다.
또한, 본 발명은 상기 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐을 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명에 따르면 상변화 물질을 함유한 단분산성의 마이크로 캡슐을 얻을 수 있어 보온, 보냉 효과를 갖는 건축물의 내외장재, 섬유뿐만 아니라 규칙적 배열 및 패턴화가 용이하여 전자재료, 광학재료, 센서, 필름, 및 인쇄재료 등으로도 매우 유용하다
이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 예시된 범위로 제한 해석되지 않는다.
[ 실시예 ]
실시예 1
옥타데칸 [Alfa Aesar사, 미국] 1.5 g에 테트라에틸오르토실리케이트 [TEOS, Junsei Chemical사, 일본] 1.5 g, 헥사데칸 [Alfa Aesar사, 미국] 0.195 g을 녹여 분산상 용액을 제조하였다.
증류수 35 mℓ에 소듐도데실설페이트 [Sigma-Aldrich사, 미국] 0.065 g을 녹여 연속상 용액을 제조하였다.
교반되고 있는 연속상 용액 속으로 도 1의 막유화 장치를 이용하여, 세공경(pore size)이 1.1 ㎛인 시라스 다공질 유리막(Shirasu porous glass membrane, SPG membrane)을 통해 상기 분산상 용액을 50 kPa의 압력으로 압입시켜 액적을 만들었다. 이때 연속상과 분산상의 온도는 50℃로 조절하였다. 다음으로, 촉매로 수산화암모늄(NH4OH)을 2 mℓ 넣고 24시간 중합하였다.
중합이 끝난 후 전자현미경을 통하여 3~4 ㎛의 상전이 캡슐을 확인할 수 있었다. 1.0 ㎛크기의 폴리테트라플루오르에틸렌 필터를 통하여 여과시켜 캡슐을 회수하였다.
중합 후 24시간 뒤 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진을 찍어서 도 2에 나타내었으며, FT-IR 스펙트럼을 찍은 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 1000~1200cm-1에서 나오는 피크로 인해 SiO2의 생성과 2900cm-1의 피크로 n-옥타데칸(n-octadecane)의 존재 여부를 확인할 수 있었으며, 3400cm-1에서 나오는 피크는 실라놀(silanol)기에 의한 것으로 확인되었다.
실시예 2
분산상 용액 제조에 있어서, 무기 전구체로 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)와 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란[Dow Corning사, 미국]을 9:1 중량비로 혼합한 것을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 제조된 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진을 찍어서 도 4에 나타내었다.
실시예 3
분산상 용액 제조에 있어서 무기 전구체로 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)와 옥실트리에톡시실란[Sigma-Aldrich사, 미국]을 9:1 중량비로 혼합한 것을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제조된 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진을 찍어서 도 5에 나타내었다.
실시예 4
세공경(pore size)이 0.6㎛인 시라스 다공질 유리막을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 제조된 캡슐의 DLS 측정결과(약 0.9 ㎛)를 도6에 나타내었고, 캡슐의 ×1,500 광학현미경 사진을 찍어 도 7에 나타내었다.
상기 DLS측정 장치는 묽게 희석된 시료를 레이저 빔에 노출시켜 입자가 빛을 산란시킴으로서 파장신호의 변화를 통해 입자의 크기를 분석하는 장치로서, 분석결과에는 총 3가지의 결과를 얻을 수 있었다. 빛의 산란율을 기준으로 한 데이터(도6의 가)와 질량평균 데이터(도6의 나) 그리고 수평균 데이터(도6의 다)를 통해 각각의 크기를 233nm, 90nm, 67.3nm를 얻을 수 있었고, 질량평균사이즈/수평균사이즈를 통해 단분산지수를 구할 수 있었다. 이때, 단분산지수는 1.33으로 1에 가까울수록 평균사이즈가 같을 나타낸다.
비교예 1
시라스 다공질 유리막을 통해 분산상 용액을 50 kPa의 압력 대신에 20 kPa의 압력으로 압입시켜 액적을 만든 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 분산 후, 3시간이 지난 다음, 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진을 찍어서 도 8에 나타내었다. 그 결과, 낮은 압력으로 인해 분산이 덜된 상태임을 확인할 수 있다.
비교예 2
시라스 다공질 유리막을 통해 분산상 용액을 50 kPa의 압력 대신에 40 kPa의 압력으로 압입시켜 액적을 만든 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 분산 후, 3시간이 지난 다음, 캡슐의 ×1,000 광학현미경 사진을 찍어 도 9에 나타내었다. 그 결과, 낮은 압력으로 인해 부분적으로만 분산이 된 상태임을 확인할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1: 질소 탱크 2: 압력 밸브 3: 압력 게이지
4: SPG 막 모듈 5: SPG 막

Claims (15)

  1. 상변화 물질, 무기계 전구체, 공유화제를 포함하는 분산상 용액을 준비하는 단계;
    물과 계면활성제를 포함하는 연속상 용액을 준비하는 단계;
    상기 분산상 용액을 다공성 막을 통해 상기 연속상 용액에 압입하여 단분산 액적을 제조하는 단계; 및
    상기 무기계 전구체가 중합하여 상변화 물질을 캡슐화하는 단계;를 포함하며,
    상기 공유화제는 탄소수 6 ~ 20인 하이드로카본 알콜 및 하이드로카본으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상변화 물질은
    파라핀(N-Paraffin)계열, 불포화 지방산 계열(Fatty Acids), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 폴리에틸렌(Polyethylen), 아세트아마이드(Acetamide),프로필아마이드(Propylamide),나프탈렌(Naphthalene), 스테아린산(Stearic acid), 폴리글라이콜(Polyglycol)류, 왁스(Wax), 3-헵타데카논(3-Hepta-decanone), 시안아미드(Cyanamide), d-유산(d-lactic acid), 글라이세롤(Glycerol), 아세트산(Acetic acid), 에틸렌디아민(Ethylene diamine), 염화나트륨 수화물(Salt Hydrate), 알콜(Alcohols)계열, 페놀(Phenols)계열, 알데하이드(Aldehydes)계열, 케톤(Ketons)계열, 에테르(Ethers)계열, 유테릭(Eutectic) 물질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무기계 전구체는
    하기 화학식 1로 나타내는 알콕사이드 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112010041637297-pat00002

    상기 화학식 1에 있어서, M은 Si,Al 또는 Ti이고, X는 -OR2, -NR2, -NCOR2 및 =NH 중에서 선택된 1종 이상이며, R1과 R2는 서로 같거나 다른 것으로서, -CmH2m +1, -CmH2m-1, -CmH2mOH이고, m은 0~18, n은 0~4의 정수이며, 다만, X가 =NH인 경우, n은 2의 정수이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상변화 물질과 무기계 전구체는
    1:9 ~ 9:1의 부피비로 사용되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 공유화제는
    세틸알콜, 헥사데칸, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공유화제는
    분산상 용액 중에서 0.1 ~ 10 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는
    소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 도데실벤젠설퍼닉산(Dodecylbenzenesulfonic acid), 글리세린 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 폴리에틸렌-폴리프로필렌-폴리에틸렌 구조의 블록형 비이온성 유화제, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 (Cetyltrimethylammonium bromide) 및 도데실트리메틸암모늄 브로마이드 (Dodecyltrimethylammonium bromide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는
    분산상 용액 100 중량% 대비 0.1 ~ 100중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다공성 막의 세공경은
    0.5 ~ 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 다공성 막은
    시라스 다공질 유리막(Shirasu porous glass)인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020100061443A 2010-06-28 2010-06-28 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법 KR101199615B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100061443A KR101199615B1 (ko) 2010-06-28 2010-06-28 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100061443A KR101199615B1 (ko) 2010-06-28 2010-06-28 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120000911A KR20120000911A (ko) 2012-01-04
KR101199615B1 true KR101199615B1 (ko) 2012-11-08

Family

ID=45608663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100061443A KR101199615B1 (ko) 2010-06-28 2010-06-28 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101199615B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348746B1 (ko) * 2020-10-30 2022-01-11 한국생산기술연구원 Pcm 마이크로캡슐을 포함하는 3d 프린팅 시트 및 이의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108164629B (zh) * 2017-12-08 2021-02-19 中国科学院长春应用化学研究所 聚(甲基)丙烯酸长链烷基酯相变乳胶分散液及其制备方法与应用
KR102455760B1 (ko) * 2020-08-13 2022-10-17 명지대학교 산학협력단 상전이 나노캡슐 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 상전이 나노캡슐
CN113694846B (zh) * 2021-09-06 2023-08-11 广东工业大学 一种mq硅树脂包覆相变微胶囊及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002521186A (ja) * 1998-07-27 2002-07-16 フリスビー テクノロジーズ インコーポレーテッド ゲル被覆マイクロカプセル
KR100715455B1 (ko) 2005-12-28 2007-05-09 (주)선한엠엔티 유기 및 무기 이중 코팅층을 갖는 마이크로캡슐 형태의잠열축열재 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002521186A (ja) * 1998-07-27 2002-07-16 フリスビー テクノロジーズ インコーポレーテッド ゲル被覆マイクロカプセル
KR100715455B1 (ko) 2005-12-28 2007-05-09 (주)선한엠엔티 유기 및 무기 이중 코팅층을 갖는 마이크로캡슐 형태의잠열축열재 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Membrane Journal. 한국막학회. 2009.06, 제19권, 제2호, pp. 122-128*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348746B1 (ko) * 2020-10-30 2022-01-11 한국생산기술연구원 Pcm 마이크로캡슐을 포함하는 3d 프린팅 시트 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120000911A (ko) 2012-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brinker Dip coating
KR101790553B1 (ko) 중공실리카 입자의 제조방법, 중공실리카 입자 및 그를 포함하는 조성물 및 단열 시트
US20030157248A1 (en) Mesoporous materials and methods
KR101199615B1 (ko) 상변화 물질을 함유한 마이크로 캡슐 및 그 제조방법
Yabu Creation of functional and structured polymer particles by self-organized precipitation (SORP)
US10501669B2 (en) Sugar alcohol microcapsule, slurry, and resin molded article
TW200839042A (en) Process for the synthesis of nanoscale, metal-containing nanoparticles and nanoparticle dispersions
Zhou et al. Controllable fabrication of noniridescent microshaped photonic crystal assemblies by dynamic three-phase contact line behaviors on superhydrophobic substrates
Caruso Nanocasting and nanocoating
Julbe et al. Effect of non-ionic surface active agents on teos-derived sols, gels and materials
KR101171983B1 (ko) 유무기 복합 조성물, 그 제조 방법, 상기를 포함하는 수처리 분리막 및 수처리 모듈
Wu et al. Assembly of colloidal nanoparticles into hollow superstructures by controlling phase separation in emulsion droplets
JP6102393B2 (ja) 中空シリカナノ粒子の製造方法
Matsumoto et al. Acid-free synthesis of poly-organo-siloxane spherical particles using a W/O emulsion
CA1333312C (en) Film forming silicone microemulsions
CN111218024B (zh) 连续性制备核壳亲疏双极复合气凝胶粉末的方法
Qian et al. Effect of synthesis time on morphology of hollow porous silica microspheres
Ananth et al. Effects of in situ and ex situ formations of silica nanoparticles on polyethersulfone membranes
JP5600718B2 (ja) 中空シリカナノ粒子の製造方法
TWI310321B (en) Mesoporous inorganic nanoparticle, inorganic nanoparticle/polymer composite and transparent substrate
Chang et al. Raspberry-like PS/CdTe/silica microspheres for fluorescent superhydrophobic materials
KR100295583B1 (ko) 입자형태의 유기 겔의 제조방법
KR100532684B1 (ko) 중공 입자 제조 방법 및 이로부터 제조된 중공 입자
Huang et al. Controllable Inducing Preparation of Polymorphous Hundred-Micron Alumina Microspheres via Droplet-Based Two-Stage Microfluidic Solvent Extraction Technology
Li et al. Convenient preparation of monolithic aerogel-like organosilica material through solid decomposition

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160105

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee