KR101494961B1 - 상변이 물질을 함유한 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변이 물질 및 무기물을 함유하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 고분자 쉘을 포함하는 복합 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 복합 캡슐은 열저장 능력 및 열전달 속도를 용이하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 다양한 분야에 효율적으로 적용 가능하다.

Description

상변이 물질을 함유한 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유 및 그 제조방법{Polymer Fiber Embedded Complex Capsule Containing Phase Change Material and Method for Preparing the Same}
본 발명은 열저장 능력을 갖는 고분자 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전세계적으로 석유와 석탄 등의 에너지 자원이 고갈되어 감에 따라, 각국에서는 에너지 문제를 해결하기 위하여 많은 노력을 기울여 오고 있다. 이와 같은 에너지 문제를 해결하기 위해서 에너지의 효율을 높이는 연구가 진행되고 있으며, 예를 들어, 에너지 변환 장치의 효율화, 에너지 저장 및 전달 방법의 개선 등에 대한 연구가 시도되고 있다.
특히, 에너지의 공급과 소비의 시간적, 장소적 불일치를 해소하기 위해서 에너지 저장 방법의 개선이 절실히 요구되고 있다. 에너지 저장 방법에는 크게 운동에너지와 위치에너지를 이용하는 기계적 저장방법, 화학물질로서 에너지를 저장하는 화학적 저장방법 및 열에너지를 에너지의 형태 변화 없이 현열 내지 잠열의 형태로 저장하는 방법으로 나눌 수 있다.
또한, 에너지 효율의 극대화를 위해서 높은 열용량을 갖는 새로운 열전달매체를 첨가하는 방법이 있다. 이러한 열전달매체에 대한 연구는 이전부터 꾸준히 진행되어 왔으며, 최근에는 상변이 물질(Phase Change Material,PCM)을 이용한 잠열 축열법에 많은 연구가 집중되고 있다.
잠열을 이용한 축열방법에서는 상변화 물질을 이용할 수 있다. 상변화 물질은 대개 -10 내지 60℃의 용융온도를 가지고 있으며, 온도변화에 따른 액상화로 인해서 성형가공 과정에서 상변화 물질이 유출되는 문제점이 발생된다. 이러한 상변화 물질이 유출되는 문제점을 해소하기 위하여 한국특허공개 제2003-0018155호는 계면활성제를 이용한 에멀젼법을 적용하여 상변이 물질을 미세입자로 제조한 후 그 입자 표면에 모노머를 중합반응시켜 상변이 물질을 캡슐화하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 한국특허공개 제2002-0056785호는 계면활성제를 이용한 코아세르베이션, 계면중합 또는 인-시츄중합법을 이용하여 상변화 물질을 캡슐화하는 방법을 개시하고 있다. 전술한 방법들은 입자 크기 조절 및 입자 안정성을 유도하는 계면활성제를 이용하여 상변이 물질을 분산 및 유화시키고 중합하는 과정을 거쳐 잠열축열캡슐을 제조한다. 그러나, 계면활성제는 입자 내지 캡슐 제조 후 불순물로 작용하여 입자형태 및 기계적 불안정성을 유발하는 단점이 있다. 이러한 잔여 유화제 등을 제거하고, 캡슐에 기능성을 부여하기 위해서는 별도의 추가적인 공정이 요구되며, 이는 제조 비용의 상승을 유발하는 원인이 된다.
한국특허공개 제2003-0018155호 한국특허공개 제2002-0056785호
본 발명은 열저장 능력을 갖는 고분자 섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
하나의 실시예에서, 본 발명은 고분자 섬유; 및 상기 고분자 섬유에 분산된 복합 캡슐을 포함하며, 상기 복합 캡슐은 상변이 물질을 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸는 고분자 쉘을 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유를 제공할 수 있다..
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명은 상변이 물질을 코어부에 포함하는 복합 캡슐 및 고분자 용액을 전기 방사하여 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 섬유는 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 나타내며, 기능성 섬유 소재, 에너지 저장 매체, 축열재 또는 건축 내외장재 등 다양한 분야에 활용 가능하다.
도 1은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 고분자 섬유의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 시차주사열량계 측정결과를 비교한 그래프이다.
본 발명은 고분자 섬유; 및 상기 고분자 섬유에 분산된 복합 캡슐을 포함하며, 상기 복합 캡슐은 상변이 물질을 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸는 고분자 쉘을 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 고분자 섬유는 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 나타내며, 기능성 섬유 소재, 에너지 저장 매체, 축열재 또는 건축 내외장재 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
상기 고분자 섬유는, 나일론, 폴리스타이렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌옥시드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 고분자 섬유 내에는 복합 캡슐이 분산되어 있을 수 있다.
본 명세서에서, "상변이 물질"은 특정 온도에서 상이 변하면서 많은 양의 열을 흡수하거나 방출하는 물질로서, 잠열의 흡수 및 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지시키는 목적으로 사용할 수 있는 물질을 뜻하는 것으로, "잠열저장물질", "잠열축열물질", "상변화 물질" 또는 "상전이 물질"이라고도 한다. 상기 "잠열"이란 어떤 물질이 상전이될 때 열을 흡수하거나 방출하는 열을 의미한다. 일반적으로, 상기 잠열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법인 "잠열축열법"은 현열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법보다 단위부피당 또는 단위무게당 더 많은 양의 열을 저장할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "중량부"는 해당 성분의 중량 비율을 의미할 수 있다.
상기 상변이 물질은 일정한 온도 범위에서 고상에서 액상으로 또는 액상에서 고상으로 변화하며, 열에너지를 흡수 또는 방출하는 물질이다. 상변이 물질로는 이러한 역할을 수행할 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 테트라코산, 트리코산, 도코산, 헤네이코산, 아이코산, 노나데칸, 옥타데칸, 헵타데칸, 헥사데칸, 펜타데칸, 테트라데칸 및 트리데칸 군으로부터 선택되는 1 종 이상이 사용될 수 있다.
상기 상변이 물질을 포함하는 코어에 무기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기물로, 카아보네이트, 실리케이트, 설페이트, 마그네슘, 알루미늄 히드록시드, 바륨 설페이트, 클레이, 카올린, 석영, 탈크, 티타늄 옥사이드, 히드록시드, 보오크사이트, 깁사이트(gibbsite), 실리카, 알루미나, 산화티타늄, 산화아연, 산화세륨, 산화구리, 산화니켈 및 산화지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다. 상기 무기물은 코어 부분에 한정적으로 분산됨으로써, 복합 캡슐의 열저장 능력과 열전달 속도를 미세하게 조절할 수 있다. 상기 무기물은 표면 개질된 상태로 캡슐의 코어 부분에 분산된 구조일 수 있고, 예를 들어, 상기 무기물은 소수성으로 표면 개질된 상태일 수 있다.
코어를 둘러싸는 고분자 쉘은, 중합반응에 의한 코어-쉘 구조의 캡슐 제조 시, 중합반응을 통해 형성된 단량체의 중합물이다. 상기 고분자 쉘은 전도성 고분자로 형성된 구조일 수 있다. 이를 통해, 전기 전도성이 요구되는 다양한 분야에 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자는 탄소수 1 내지 30의 알킬(Alkyl), 알콕시(Alkoxy), 카르복실(Carboxyl), 술폰기(Sulfone) 및 알킬렌옥시기(Alkylenoxy)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 피롤(pyrrole), 아세틸렌(acetylene), 아닐린(aniline), 티오펜(thiophene) 및 설퍼니트리드(sulfurnitride)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상 단량체의 중합체일 수 있다.
상기 복합 캡슐은 나노 수준의 평균 입경을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 복합 캡슐은 30 nm 내지 1000 nm, 50 nm 내지 800 nm 또는 80 nm 내지 250 nm의 평균 입경을 나타낸다. 상기 복합 캡슐은 나노 수준의 크기를 가지므로, 분산도가 우수하고, 외부 충격에 강하다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 복합 캡슐은 상전이 물질과 무기물이 코어를 이루고, 그 외부에 고분자층이 둘러싸고 있는 구조일 수 있다. 복합 캡슐의 코어에 포함된 상변이 물질이 내열성 향상 등의 열적 특성을 발현할 수 있으며, 상변이 물질과 혼합된 무기물의 종류 및 함량에 따라 열저장 및 방출 읍답속도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 고 기능성 전자소재의 선택적 사용에 효과가 있는 스마트 나노 캡슐을 제조할 수 있다.
필요에 따라서는 복합 캡슐의 쉘 부분을 전도성 고분자로 형성함으로써, 전기 전도성이 요구되는 분야에 효과적인 적용이 가능하다. 본 발명에 따른 복합 캡슐은 우수한 열적 내구성을 장점으로 가지며, 갑작스런 온도 변화에 유연하게 대처할 수 있고 기존의 전도성 고분자들로는 적용하지 못한 다양한 분야에 이용 가능하다.
또한, 본 발명은 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유의 제조방법을 제공할 수 있다. 하나의 예로서,
상변이 물질을 코어부에 포함하는 복합 캡슐 및 고분자 용액을 전기 방사하여 섬유를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자 용액 및 상변이 물질을 코어부에 포함하는 복합 캡슐을 동시에 전기 방사장치의 전압이 인가된 노즐을 통하여 방사하는 방법으로 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유를 제조할 수 있다. 이를 통해, 내부에 상변이 물질을 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유를 제조할 수 있다. 이 때, 고분자 섬유는 고분자 섬유 내의 상변이 물질을 포함하는 복합 캡슐의 구성, 함량 및 봉인율에 따라 다양한 열적 물성을 나타낼 수 있다.
상기 제조된 섬유 표면은 파이버웹 구조일 형성될 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 고분자 섬유의 높은 탄성력 및 내구력을 기대할 수 있다. 또한, 상기 코어-쉘 구조를 갖는 복합 캡슐은 코어부의 상변이 물질을 외부 충격으로부터 보호할 수 있어, 높은 물리적 안정성을 나타낼 수 있다.
하나의 예로서, 상변이 물질을 코어부에 포함하는 상기 코어-쉘 구조의 복합 캡슐은, 고분자 및 상변이 물질의 혼합하고, 균질화하는 과정을 통해 수행될 수 있다.
상기 균질화는, 물리적으로 나노미터 크기로 파쇄하여 균질화하게 되며, 균질화기(Homogenizer) 등의 물리적인 장치를 이용하여 액적을 나노미터 크기로 파쇄할 수 있다. 이 외에도, 동일한 목적을 달성할 수 있는 경우라면, 특별한 제한 없이 당업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 균질화 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 균질화는 5,000 내지 20,000 rpm에서 5 내지 30분 동안 교반하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 복합 캡슐의 제조 단계에서, 다양한 종류의 중합 개시제를 사용할 수 있다. 상기 개시제는, 가교결합 반응 및/또는 중합반응이 일어나게 하는 경우라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 무기 과산화물, 유기 과산화물 중 1 종 이상을 들 수 있다.
상기 무기 과산화물로는 과산화수소수, 퍼옥시황산, 그의 염 화합물, 퍼옥시탄산염, 퍼옥시인산, 그의 염 화합물, 퍼옥시질산, 그의 염 화합물, 오존, 과염소산, 과망간산 또는 그의 염을 들 수 있다.
상기 유기 과산화물로는 히드로퍼옥시드계, 데알킬퍼옥시드계, 디아실퍼옥시드계, 퍼옥시에스테르계 및 케톤퍼옥시드계 화합물 중에서 1 종 이상을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 히드로퍼옥시드계 화합물로는 t-부틸히드로퍼옥시드, 큐멘히드로퍼옥시드, 디이소프로필벤젠히드로퍼옥시드, P-메탄히드로퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디히드로퍼옥시헥산, 2,5-디메틸-2,5-디히드로퍼옥시 헥신-3 또는 피넨히드로퍼옥시드 등이 있다. 데알킬퍼옥시드계 화합물로는 디-t-부틸퍼옥시드, 디-t-아밀퍼옥시드, t-부틸큐밀퍼옥시드, 디큐밀퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3,α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 1,2-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트, 2,2-비스(4,4-디-t-부틸퍼옥시시클로헥실)프로판, 2,2-비스(t-부틸퍼옥시)부탄 또는 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)시클로헥산 등이 있다. 디아실퍼옥시드계 화합물로는 카프릴라이드퍼옥시드, 라우로일퍼옥시드, 스테아로일퍼옥시드, 숙신산퍼옥시드, 벤조일퍼옥시드, p-클로로벤조일퍼옥시드 또는 2,4-디클로로조일퍼옥시드 등이 있다. 퍼옥시에스테르계 화합물로는 t-부틸퍼옥시아세트산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시라우레이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디 -t-부틸디퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디 (벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥신-3, t-부틸퍼옥시말레산 또는 t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트 등이 있다. 또한, 케톤퍼옥시드계 화합물로는 메틸에틸케톤퍼옥시드, 메틸이소부틸케톤퍼옥시드 또는 시클로헥산퍼옥시드 등이 있다.
상기 개시제는 다양한 환원제 또는 가교결합 보조제와 함께 사용될 수 있다.
상기 개시제는 유기 용매 또는 탈이온수에 녹여서 충분히 용해시킨 후, 반응물과 혼합할 수 있다. 예를 들어, 개시제를 유기 용매에 과포화시켜 사용하는 경우에는, 개시제를 초음파 배스(sonication bath)에서 10 내지 20 분 동안 유기용매에 용해시키는 과정을 통해 용해도를 높일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 섬유를 제조하기 위해 사용되는 상기 전기 방사장치는, 예를 들어, 복합 캡슐과 고분자 용액을 제공하는 용액 공급장치, 항온기, 상기 고분자 용액을 노즐을 통해 방사하는 용액 분사장치, 수집기 및 전압 발생장치로 구성될 수 있다. 상기 복합 캡슐이 포함된 고분자 용액을 제공하는 용액 공급장치와 노즐을 연결하는 관에는 항온기가 연결되어 관의 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 상기 상변이 물질이 분산된 고분자 용액을 제공하는 용액 공급장치는 연결관을 통해 용액 분사장치의 노즐에 연결되고, 전압 발생장치에서 고 전압을 가하면 용액 분사장치를 통해 상변이 물질을 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유가 수집기에 방사된다.
예를 들어, 상기 용액 분사장치를 통해 방사하는 복합캡슐이 포함된 고분자 용액의 온도는 10 내지 60℃로 유지할 수 있다. 상기 온도는 10 내지 50℃, 20 내지 50℃ 또는 20 내지 40℃로 유지할 수 있으며, 이를 통해 섬유 내의 분산도를 구현할 수 있다.
또한, 상기 전압 발생장치에서의 전압은 5 내지 35 kV일 수 있다. 예를 들어, 상기 전압의 범위는 5 내지 30 kV, 8 내지 25 kV, 또는 10 내지 25 kV일 수 있다. 상기 전압 범위 내에서, 본 발명에 따른 고분자 섬유의 직경을 수 nm 내지 수 ㎛ 범위 내로 조절할 수 있다. 상기 고분자 섬유의 직경 범위 내에서, 고분자 섬유는 높은 단면적을 나타낼 수 있어, 상변이 물질이 특정 온도에서 상변화함에 따라 최대 열적 성능을 발현할 수 있다.
또한, 상기 용액분사장치와 수집기 사이의 거리는 수집 표면에서 파이버 웹이 형성될 수 있을 정도의 거리라면 특별히 제한하지는 않으나, 10 내지25 cm범위일 수 있다.
고분자 섬유의 제조에 사용되는 개별 성분은 상기 설명한 바와 동일할 수 있어, 상세한 설명은 생략한다.
상기 고분자 용액은 고분자 및 용매를 포함하고,
복합 캡슐과 용매의 혼합비율은 2:98 내지 25:75 중량비이고,
고분자의 함량은, 복합 캡슐과 용매를 포함하는 100 중량부에 대해, 2 내지 35 중량부일 수 있다.
예를 들어, 고분자 섬유는 상변이 물질이 분산된 복합 캡슐 및 고분자 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 포함할 수 있다. 이 때, 복합 캡슐과 상기 고분자 용액에 포함된 용매의 혼합비율은 2:98 내지 25:75 중량비일 수 있고, 예를 들어, 상기 혼합비율은 5:95 내지 20:80 또는 8:92 내지 15:85일 수 있다.
또한, 상기 고분자의 함량은, 복합 캡슐 및 용매 100 중량부를 기준으로, 2 내지 35 중량부, 5 내지 35 중량부, 7 내지 30 중량부 또는 10 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 고분자 섬유 내의 복합 캡슐과 상기 용매의 혼합비율 및 고분자의 함량 범위 내에서, 고분자 섬유 내의 균일한 분산도를 기대할 수 있으며, 적절한 점도를 유지하여, 용액 분사장치 내에서 고분자 용액의 흐름을 방해하지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자 용액 내에 포함되는 용매로서, 물, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 아세트산, 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄 및 디클로로에탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유는 기능성 섬유 소재, 에너지 저장 매체, 축열재 및 건축용 내외장재에 포함될 수 있다. 상기 기능성 섬유의 예로서, 본발명에 따른 고분자 섬유는 보온용 속옷, 보온용 기저귀, 등산용 의복, 내복 및 내열 장갑 등에 포함될 수 있다. 또한, 상기 에너지 저장 매체의 예로서, 보온 도시락, 손 난로 및 아이스크림 포장재 등이 있으며, 상기 축열재의 예로서, 태양열 시스템용 축열재, 난방용 축열재 및 폐열 재생용 축열재 등이 있다. 또한, 건축용 내외장재의 예로서, 건축 내장형 타일, 건축 내장형 바닥재, 건축 내장형 천정 타일 및 월 판넬 등이 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 상변이 물질이 함유된 코어-셀 복합 캡슐의 제조
80℃의 탈이온수 80 g에 유화 단량체인 폴리스티렌설포닉애시드말레익애시드(Poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) 3.296 g과 보조 유화제인 세틸 알코올(cetyl alcohol) 0.21 g을 혼입시킨 뒤, 교반하여 단량체를 완전이 용해시켰다. 그런 다음, 상변이 물질인 옥타데칸(Octadecane) 9.0 g을 상기 단량체가 녹아있는 수상에 혼입하면서 고속 균질기(Homogenizer)을 이용하여 8000~10000 rpm의 속도로 교반하였다. 이 때, 온도는 50℃ 이상으로 유지시켰으며, 이 후, 약 5 분간 교반을 진행한 다음, 고속 톨루엔다이이소시아네이트(Toluene Diisocyante) 3.0 g을 첨가하고, 5 분간 추가로 교반하였다. 그런 다음, 이중 자켓 반응기에 상기 용액을 옮긴 후, 600 rpm의 속도로 5 분간 교반시켜 안정화한 다음, 에틸렌 다이아민(Ethylene diamine) 0.516 g 및 탈이온수 5 g를 투입하였다. 반응 시간은 6 시간, 반응 온도는 65℃로 제어하여, 본 발명에 따른 복합 캡슐을 제조하였다.
실시예 1: 고분자 섬유의 제조
제조예 1에서 제조한 복합 캡슐을 포함하는 용액 100 중량부를 기준으로, 복합 캡슐 10 중량부가 포함되어 있는 용액을 준비하였다. 그런 다음, 상기 용액 100 중량부를 기준으로 폴리에틸렌옥시드(Poly(ethylene oxide)) 4 중량부를 첨가한 후, 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
상기 혼합 용액을 용액분사장치에 연결한 뒤, 1.0 mL/h의 유속으로 일정하게 흐르게 하였다. 다음으로 용액 분사장치와 연결된 전압 발생장치에 고 전압을 가하여, 상기 용액 분사장치에서 일정한 속도로 분출되고 있는 혼합 용액을 전기 방사하였다. 전기방사공정에서, 용액 분사장치와 수집기의 거리는 25 cm로 조절하였으며, 전압은 22 kV로 조절하여 가하였다. 제조된 고분자 섬유의 평균 직경은 약 220 nm이고, 열저장능은 89.28 J/g로 나타났다.
본 실시예 1을 통해 제조된 고분자 섬유의 SEM 사진을 도 1의 (a)에 나타내었다.
실시예 2: 고분자 섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 고분자 섬유 전체 100 중량부를 기준으로, 폴리에틸렌옥시드 고분자의 함량을 5 중량부를 첨가하였다.
제조된 고분자 섬유의 평균 직경은 약 220 nm로 유사하게 유지되었으며, 열저장능은 90.7 J/g로 나타났다.
본 실시예 2를 통해 제조된 고분자 섬유의 SEM 사진을 도 1의 (b)에 나타내었다.
비교예
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 복합 캡슐을 포함하지 않고, 폴리에틸렌옥시드 고분자를 이용하여 고분자 섬유를 제조하였다.
실험예 1: 고분자 섬유에 대한 물성 측정
실시예 1 및 2에서 제조된 각각의 고분자 섬유에 대해서, 평균 직경 및 열저장능을 측정하였다.
열저장능은 시차주사열량계 (Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 통하여 확인하였다. 구체적으로는, 상기 시차주사열량계는 분당 10℃ 단위로 변화하면서 -20℃에서 70℃까지 열용량을 측정하게 되며, 측정된 열용량의 면적을 적분한 수치를 열저장능으로 환산하였다. 측정단위는 J/g이다. 측정결과는 하기 표 1과 같다.
평균직경 (nm) 열저장능(J/g)
실시예 1 220 89.28
실시예 2 220 90.7
표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2의 고분자 섬유는 각각 평균 직경이 약 220 nm인 것으로 나타났다. 각 고분자 섬유의 평균 직경은 오차 범위 내에서 균일하게 제조된 것을 알 수 있다. 이를 통해, 나노 크기의 섬유 직경으로, 넓은 단면적을 통해, 최대 열적 특성을 나타낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1의 고분자 섬유는 열저장능이 89.28 J/g이고, 실시예 2의 고분자 섬유는 열저장능이 90.7 J/g인 것으로 나타났다. 이를 통해, 실시예 1 및 2의 고분자 섬유의 열저장능은 약 90 J/g인 것을 알 수 있다.
실험예 2: 고분자 섬유에 대한 열저장능 측정
실시예 1 및 비교예에서 제조된 각각의 고분자 섬유에 대해서, 열저장능을 측정하였다.
열저장능은 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 이는 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 고분자 섬유의 면적이 비교예의 고분자 섬유와 비교하여 현저히 넓은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 상기 면적의 적분치인 열저장능 또한, 실시예 1의 고분자 섬유가 높은 것을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 고분자 섬유; 및 상기 고분자 섬유에 분산된 복합 캡슐을 포함하며,
    상기 복합 캡슐은 상변이 물질을 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸는 고분자 쉘을 포함하고,
    복합 캡슐의 코어는 소수성으로 표면 개질된 무기물을 포함하며,
    고분자 쉘은 전기 전도성 고분자를 포함하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고분자 섬유는 나일론, 폴리스타이렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌옥시드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상변이 물질은 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 테트라코산, 트리코산, 도코산, 헤네이코산, 아이코산, 노나데칸, 옥타데칸, 헵타데칸, 헥사데칸, 펜타데칸, 테트라데칸 및 트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    소수성으로 표면 개질된 무기물은 카아보네이트, 실리케이트, 설페이트, 마그네슘, 알루미늄 히드록시드, 바륨 설페이트, 클레이, 카올린, 석영, 탈크, 티타늄 옥사이드, 히드록시드, 보오크사이트, 깁사이트(gibbsite), 실리카, 알루미나, 산화티타늄, 산화아연, 산화세륨, 산화구리, 산화니켈 및 산화지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유.
  5. 상변이 물질을 코어부에 포함하는 복합 캡슐 및 고분자 용액을 전기 방사하여 섬유를 제조하는 단계를 포함하며,
    고분자 용액은 고분자 및 용매를 포함하고,
    복합 캡슐과 용매의 혼합비율은 2:98 내지 25:75 중량비이고,
    고분자의 함량은, 복합 캡슐과 용매를 포함하는 100 중량부에 대해, 2 내지 35 중량부인 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    용매는 물, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 아세트산, 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 디클로로메탄 및 디클로로에탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 캡슐이 분산된 고분자 섬유의 제조방법.
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