KR101542307B1 - 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판 - Google Patents

상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판 Download PDF

Info

Publication number
KR101542307B1
KR101542307B1 KR1020130163984A KR20130163984A KR101542307B1 KR 101542307 B1 KR101542307 B1 KR 101542307B1 KR 1020130163984 A KR1020130163984 A KR 1020130163984A KR 20130163984 A KR20130163984 A KR 20130163984A KR 101542307 B1 KR101542307 B1 KR 101542307B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
change material
composite composition
phase
steel sheet
phase change
Prior art date
Application number
KR1020130163984A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150075744A (ko
Inventor
유혜진
정용균
Original Assignee
주식회사 포스코
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 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020130163984A priority Critical patent/KR101542307B1/ko
Publication of KR20150075744A publication Critical patent/KR20150075744A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101542307B1 publication Critical patent/KR101542307B1/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
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D201/00—Coating compositions based on unspecified macromolecular compounds
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 상변이 물질을 함유하는 복합 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면처리 강판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 복합 조성물은 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 나타내며, 상변이 물질의 함량 및 크기에 제한이 없고, 대상 기판 상에 바로 코팅이 가능하며, 얇은 두께로 도막을 형성할 수 있다.

Description

상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판{Complex composition containing phase change material and surface treated steel sheet using the same}
본 발명은 상변이 물질을 함유하는 복합 조성물에 관한 것으로, 상기 복합 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 표면처리 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상변이 물질은 외부온도 변화에 따른 상변화에 따라 흡열과 방열성을 반복적으로 나타내는 물질이다. 상전이 물질을 이용한 축열 및 방열 소재 개발에 대한 연구로는 상전이 물질을 함유하는 마이크로캡슐의 제조, 캡슐의 열적 특성, 충진율, 구조 등에 대한 기본적인 연구와 이들을 활용하는 구체적 응용에 관하여 연구되고 있다.
예를 들어, 잠열을 이용한 축열방법에서 상변이 물질을 이용할 수 있다. 상변이 물질은 대개 -10 내지 60℃의 용융온도를 가지고 있으며, 온도변화에 따른 액상화로 인해서 성형가공 과정에서 상변이 물질이 유출되는 문제점이 발생된다. 이러한 상변이 물질이 유출되는 문제점을 해소하기 위하여 상변이 물질을 미세입자로 제조한 후 그 입자 표면에 모노머를 중합반응시켜 상변이 물질을 캡슐화하는 방법이 연구되고 있다. 또한, 한국특허공개 제2002-0056785호는 싱글(single) 코어형태의 상변이 물질 내부에 과냉각을 방지하기 위해 조핵제를 포함하도록 한 마이크로캡슐이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법들에 의하여 제조된 캡슐은 단독으로 사용되기 보다는 일반적으로 구조물질과의 혼합을 통하여 이용되는데, 구조물질이 캡슐과 친화력 떨어질 경우 부착성 등의 특성이 떨어져 응용에 어려움이 있으며, 재분산 및 구조화 등의 추가공정이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 캡슐 내에 상변이 물질의 함량이 제한적이며, 바인더 및 첨가제가 추가로 필요하여 공정이 복잡해지는 단점이 있다.
한국특허공개 제2002-0056785호
본 발명은 상변이 물질을 함유하는 복합 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면처리 강판에 관한 것으로, 상기 조성물은 고분자 메트릭스 내에 상변이 물질이 분산된 구조일 수 있다.
본 발명은 상변이 물질을 함유하는 복합 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면처리 강판을 제공할 수 있다.
상기 상변이 물질을 함유하는 복합 조성물의 하나의 예로서,
고분자 메트릭스; 및
상기 고분자 메트릭스 내에 분산된 고상 또는 액상의 상변이 물질 입자를 포함하며,
발열 및 흡열에 대한 열효율이 75 내지 98%인 복합 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 복합 조성물 제조방법의 하나의 예로서,
상변화 물질, 유화제 및 증류수를 혼합하여 수중유(oil-in-water) 에멀젼을 제조하는 단계;
원료성분을 혼합하여 고분자를 제조하는 단계; 및
상기 고분자 내에 에멀젼을 분산시키는 단계를 통한 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 표면 처리 강판의 하나의 예로서,
강판; 및
상기 강판의 일면 또는 양면에 형성된 상기 복합 조성물의 경화도막을 포함하는 표면처리 강판을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 복합 조성물은 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 나타내며, 상변이 물질의 함량 및 크기에 제한이 없고, 대상 기판 상에 바로 코팅이 가능하며, 얇은 두께로 도막을 형성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 복합 조성물의 모식도이다.
도 2는 일 실시예에서, 본 발명에 따른 복합 조성물의 1 개월 방치 후의 상태를 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은, 비교예에 따른 복합 조성물의 1 개월 방치 후의 상태를 나타낸 SEM 사진이다.
도 4는, 실시예 및 비교예에 따른 복합 조성물의 경화도막 두께를 비교한 SEM 사진이다.
도 5는, 실시예 및 비교예에 따른 복합 조성물의 부착력 실험 사진이다.
도 6은, 실시예 및 비교예에 따른 복합 조성물의 시간에 따른 온도변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 복합 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면처리 강판에 관한 것이다.
상기 복합 조성물의 하나의 예로서,
고분자 메트릭스; 및
상기 고분자 메트릭스 내에 분산된 고상 또는 액상의 상변이 물질 입자를 포함하며,
발열 및 흡열에 대한 열효율이 75 내지 98%인 복합 조성물을 포함할 수 있다.
상기 복합 조성물은 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 나타내며, 전자부품 소재, 기능성 섬유 소재, 에너지 저장 매체, 축열재 또는 건축 내외장재 등 다양한 분야에 활용할 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", "상변이 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 "잠열 축열법"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 발열 및 흡열에 대한 열효율은, DSC(SSC-5200, 세이코 사)를 이용하여 측정한 열적 특성을 통하여 측정하였다. 상변이 물질은 보통 외부 환경에 따라서 열을 방출하기도 하고, 흡수하기도 한다. 이에 대한, 흡열 및 방출 효과를 평가하기 위하여, 열흡수(The heat absorption) 및 방출(release)에 대한 특성평가를 통하여 열효율을 계산하였다. 구체적으로, 열효율은 △Hf, meas/△Hf, theo x 100으로 계산하였다. 여기서, △Hf, meas는 상변이 물질의 측정된 열용량을 의미하고, △Hf, theo는 상변이 물질의 계산된 열용량을 의미한다.
이를 통해, 발열 및 흡열에 대한 열효율을 측정하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 복합 조성물의 발열 및 흡열에 대한 열효율은 70 내지 98%일 수 있다. 예를 들어, 상기 열효율은 79 내지 98%, 85 내지 98% 또는 90 내지 98%일 수 있다. 상기 범위 내의 열효율을 통하여 이를 만족할 수 있으며, 이를 통해, 높은 열저장능 및 우수한 열전달 속도를 구현할 수 있다.
상기 고분자는 예를 들어, 고분자는 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리페놀 및 메틸메타아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자로서 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 상기 고분자 메트릭스 내에 상변이 물질을 분산시킴으로써, 별도의 바인더 수지 및 첨가제를 사용하지 않고 대상 기판 상에 코팅할 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, 파라핀계열 및 불포화 지방산계열의 유기물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 테트라코산, 트리코산, 도코산, 헤네이코산, 에이코산, 노나데칸, 옥타데칸, 헵타데칸, 헥사데칸, 펜타데칸, 테트라데칸, 트리데칸, 펜타에리스리톨, 폴리에틸렌, 아세트 아마이드, 프로필 아마이드, 나프탈렌, 스테아린산, 폴리 글라이콜 E6000, 폴리 글라이콜 E400, 왁스, 3-헵타데카논, 시안 아미드, d-유산, 글리세롤, 아세트산 및 에틸렌디아민 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 입자의 평균 직경은 100 내지 1000 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 입장의 평균 직경은 100 내지 800 nm, 100 내지 700 nm 또는 100 내지 500 nm일 수 있다. 상기 복합 조성물 내의 상변이 물질 입자의 평균 직경은 나노 수준의 크기를 가지므로, 분산도가 우수하고, 외부 충격에 강하다는 장점이 있다. 또한, 나노 수준의 크기에서도 높은 분산 안정성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 입자의 평균 직경은, 기존의 상변이 물질을 포함하는 코어쉘 캡슐 형태와 비교하여, 별도의 쉘 성분을 포함하지 않아, 보다 작은 크기로 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 상변이 물질의 함량은 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 상변이 물질의 함량은 20 내지 60 중량부, 30 내지 60 중량부 또는 30 내지 50 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 상변이 물질의 함량은 경우에 따라 유동적으로 조절할 수 있다. 이를 통해, 상변이 물질의 기능적 특성을 보다 효율적으로 발휘할 수 잇다. 구체적으로, 상기 상변이 물질의 함량은, 기존의 상변이 물질을 포함하는 코어쉘 캡슐 형태와 비교하여, 쉘 내에 상변이 물질을 충진하는 형태가 아니고, 고분자 메트릭스 내에 직접 분산하기 때문에 상변이 물질의 함량은 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로, 본 발명에 따른 복합 조성물은 우수한 열적 내구성을 장점으로 가지고, 갑작스런 온도 변화에 유연하게 대처할 수 있으며, 다양한 분야에 이용 가능하다.
또한, 본 발명의 상기 복합 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다. 상기 제조방법의 하나의 예로서,
상변이 물질, 유화제 및 증류수를 혼합하여 수중유(oil-in-water) 에멀젼을 제조하는 단계;
원료성분을 혼합하여 고분자를 제조하는 단계; 및
상기 고분자 내에 에멀젼을 분산시키는 단계를 통해 제조할 수 있다.
구체적으로, 상변이 물질은 상기 설명한 바와 동일할 수 있으며, 유화제로서는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 비이온성 계면활성제는 옥틸알콜, 시클로헥산올, 고급 알콜류, 에틸렌　글리콜 및 소르비탄 지방산 에스테르 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 수중유 에멀젼을 제조하는 방법으로서, 특별히 한정되는 것은 아니며 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어 호모지나이저를 이용할 수 있으며, 호모지나이저를 이용하는 경우에는 10 내지 50분간 1,000 내지 1,500 rpm으로 교반할 수 있다.
상기 원료성분을 혼합하여 고분자를 제조하는 단계 후,
상기 고분자에 중화제를 혼합하여 중화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 중화제는 예를 들어, 암모니아, 에틸아민, 부틸아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 디메틸에틸아민, 벤질아민, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 메틸디에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 노말메틸몰포린, 디이소프로파놀아민 및 2-아미노2-메칠1-프로파놀 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 고분자 내에 에멀젼을 분산시키는 단계 후,
상기 에멀젼이 분산된 고분자에 사슬 연장제를 혼합하여 중합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 사슬 연장제는 디아민류 및 디올 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 1급 또는 2급 아미노기 및 수산기를 2개 함유하는 화합물로서 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 부틸렌디아민, 펜틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 에틸렌디올, 프로필렌디올, 부틸렌디올, 펜틸렌디올 및 헥사메틸렌디올 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
사슬 연장제를 혼합하여 중합하는 단계를 통해, 제조된 복합 조성물 내의 상변이 물질이 안정한 상태를 유지하며 존재할 수 있으며, 우수한 잠열특성을 기대할 수 있다.
상기 에멀젼의 분산 속도는 1,000 내지 30,000 rpm일 수 있다. 예를 들어, 상기 분산 속도는 5,000 내지 25,000 rpm, 8,000 내지 25,000 rpm 또는 10,000 내지 20,000 rpm 일 수 있다. 에멀젼의 분산 속도를 상기 범위 내로 조절함으로써, 복합 조성물 내의 상변이 물질의 평균 직경 및 함량을 간단히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 복합 조성물을 이용한 표면처리 강판을 제공할 수 있다.
상기 표면처리 강판의 하나의 예로서,
강판; 및
상기 강판의 일면 또는 양면에 형성된 상기 복합 조성물의 경화도막을 포함하는 표면처리 강판을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 강판은 특별히 한정되지 않으며, 아연도금 강판, 아연계 합금도금 강판, 알루미늄 도금 강판, 알루미늄계 합금도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. 이는, 자동차 재료, 가전 제품, 건축 재료 등의 용도로 적용할 수 있다.
상기 강판의 일면 또는 양면에 상기 기재의 복합 조성물을 이용하여 코팅할 수 있다. 이때, 상기 복합 조성물에 추가적인 바인더 수지 또는 첨가제를 필요로 하지 않으며, 직접 강판 상에 도포한 후 경화하여 경화도막을 형성할 수 있다.
상기 경화도막의 두께는 100 내지 5000 nm 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 두께는 1000 내지 3000 nm, 1000 내지 3000 nm 또는 1000 내지 2500 nm 범위일 수 있다. 상기 두께 범위는 기존의 캡슐 구조를 형성하는 방법과 비교하여, 보다 얇은 두께의 박막으로 형성할 수 있으며, 이를 통해, 박막의 표면 결함을 방지할 수 있다.
상기 표면처리 강판은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
80 ≤ (1 - X/100)≤ 100%
상기 수학식 1에서,
X는 100 개의 경화도막이 형성된 강판 시편 중, 테이프 부착 및 탈착한 후에 손상된 경화도막이 개수를 의미한다.
구체적으로, 상기 강판과 경화도막의 부착력은 80 내지 100%일 수 있다. 이는, 복합 조성물을 직접 강판에 도포 및 경화하여 형성한 경화도막의 부착력으로, 예를 들어, 경화도막이 형성된 시편을 가로 및 세로 1 mm가 되도록 커팅하여 100 개를 만들고, 3M 테이프를 붙인 뒤 떼어낸 후, 유지된 경화도막의 개수를 새어 도막의 부착 정도를 평가하였다. 예를 들어, 상기 부착력은 85 내지 100%, 90 내지 100% 또는 95 내지 100%일 수 있다. 이는, 100 개의 시편 중, 80 내지 100 개의 시편이 경화도막을 유지하고 있는 것을 의미할 수 있다. 상기 범위 내의 부착력을 통해, 추가적인 바인더 수지 또는 첨가제를 포함하지 않은 상태의 복합 조성물을 직접 강판에 코팅할 수 있어, 공정이 단순해 질 수 있으며, 표면 결함 발생을 줄일 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
1) 상변이 물질 함유 에멀젼 제조
비이온성 계면활성제인 NP-12를 증류수에 녹인 후 헥사데칸을 첨가하였다. 그런 다음, 상기 이 혼합물을 호모지나이저를 이용하여 1,100 rpm으로 30 분간 교반하여 수중유(oil-in-water) 에멀젼을 형성하였다.
2) 고분자 제조
4구 분리형 둥근바닥 플라스크에 온도계, 질소 주입관, 교반봉 및 냉각 환류기 등을 장착한 뒤, 디메틸올 프로피오닉 에시드(Dimethylol propionic acid, DMPA)를 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 녹였다. 그런 다음, 수분이 완전히 제거된 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜(Poly(tetramethylene ether)glycol, PTMG) (Mn=2,000, 150 g)을 플라스크에 넣고 교반시키면서 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate, IPDI)/메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK)이 12 g/5.6 g으로 혼합된 용액을 천천히 적가하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 80℃에서 약 3 시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 40℃로 반응 온도를 내린 후, 트리에틸아민(triethylamine, TEA)를 반응물에 첨가하여 30 분 정도 중화 반응을 진행하여 폴리우레탄을 제조하였다.
3) 복합 조성물 제조
상기 2)에서 제조한 폴리우레탄에 상기 1)에서 제조한 상변이 물질 함유 에멀젼을 첨가하고, 바로 뒤이어 증류수를 첨가하였다. 마지막으로 상기 혼합물에 에틸렌디아민(ethylene diamine, EDA)을 40℃에서 1 시간 동안 천천히 적가한 뒤 IR 스펙트럼에서 2270cm-1 파장 영역의 NCO 흡수 피크가 완전히 사라질 때까지 혼합하여 복합 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조된 복합 조성물은 하기 도 1을 통해 나타낼 수 있다. 도 1을 보면, 폴리우레탄으로 구성된 고분자 메트릭스(10) 내에 상변이 물질(20)이 분산된 구조 형성된 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 상변이 물질을 옥타데칸으로 달리하여 복합 조성물을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 상변이 물질을 에이코산으로 달리하여 복합 조성물을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 상변이 물질을 혼합하지 않고, 복합 조성물을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 바인더 고분자를 이용하여 캡슐화한 상변이 물질을 포함하는 후 복합 조성물을 제조하였다.
실험예 1: 효율 측정 실험
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2에서 제조한 복합 조성물을 대상으로 효율 측정 실험을 실시하였다. 구체적으로, 각각의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2에서, 상변이 물질의 함량을 전체 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 5, 10, 15, 20 및 30 중량부로 달리 혼합한 조성물을 제조하여 실험하였다.
각각의 복합 조성물의 열적 특성은 DSC(SSC-5200, 세이코 사)를 이용하여 측정하였다. 가열 및 냉각 속도는 각각 10℃/min으로 조절하였으며, 열흡수(The heat absorption) 및 방출(release)에 대한 특성평가를 통하여 열효율을 계산하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.
흡열 발열
△Hf, meas (J/g) △Hf, theo (J/g) 열효율 (%) △Hf, meas (J/g) △Hf, theo (J/g) 열효율 (%)
실시예 1-1 17.6 21.8 80.7 16.7 21.1 79.1
실시예 1-2 30.3 34.4 88.1 28.9 33.5 86.3
실시예 1-3 36.5 39.8 91.7 33.0 36.8 89.7
실시예 1-4 57.0 59.3 96.1 55.1 57.6 95.7
실시예 1-5 65.6 67.3 97.5 63.9 65.3 97.9
실시예 2-1 11.7 14.8 79.1 10.8 14.2 76.1
실시예 2-2 23.8 27.8 85.6 22.4 26.7 83.9
실시예 2-3 34.2 39.3 87.0 33.1 37.8 87.6
실시예 2-4 45.6 49.7 91.8 42.6 47.8 89.1
실시예 2-5 67.4 69.3 97.3 61.6 64.5 95.5
실시예 3-1 12.6 16.4 76.8 11.9 15.9 74.8
실시예 3-2 27.9 33.2 84.0 26.5 32.4 81.8
실시예 3-3 43.1 48.2 89.4 40.5 46.9 86.4
실시예 3-4 55.3 59.6 92.8 51.6 58.2 88.7
실시예 3-5 78.2 82.6 94.7 74.3 80.6 92.2
비교예 2-1 19.1 38.4 50.0 17.9 37.2 48.1
비교예 2-2 32.0 57.6 56.0 29.6 55.8 53.0
비교예 2-3 51.4 76.8 66.9 46.1 74.4 62.0
비교예 2-4 64.0 96.0 66.7 60.5 93.0 65.1
비교예 2-5 28.8 47.2 61.0 26.8 45.4 59.0
△Hf, meas는 상변이 물질의 측정된 열용량을 의미하고,
△Hf, theo는 상변이 물질의 계산된 열용량을 의미하며,
열효율은 △Hf, meas/△Hf, theo x 100를 의미한다.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 조성물의 열효율은 비교예에 따른 복합 조성물의 열효율과 비교하여 현저히 우수한 수치를 보이는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 복합 조성물의 열효율은 70% 이상으로, 최대 97.9%를 나타낸다.
실험예 2: 입자 크기 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 복합 조성물을 대상으로 입자의 평균 직경을 측정하였다. 구체적으로, 각각의 실시예 1 내지 실시예 3에서, 상변이 물질의 함량을 전체 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 5, 10, 15, 20 및 30 중량부로 달리 혼합한 조성물을 제조하여 실험하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
상변이 물질 (중량부) 입자 평균 직경 (nm)
실시예 1-1 5 450
실시예 1-2 10 460
실시예 1-3 15 470
실시예 1-4 20 490
실시예 1-5 30 510
실시예 2-1 5 460
실시예 2-2 10 480
실시예 2-3 15 490
실시예 2-4 20 500
실시예 2-5 30 530
실시예 3-1 5 460
실시예 3-2 10 510
실시예 3-3 15 540
실시예 3-4 20 570
실시예 3-5 30 600
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 메트릭스 내에 상변이 물질 입자의 평균 직경은 약 400 내지 600 nm의 크기를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 분산 안정성 실험
상기 실시예 1-1, 실시예 1-5, 실시예 2-1, 실시예 2-5, 실시예 3-1, 실시예 3-5 및 비교예 2에서 제조한 복합 조성물을 대상으로 분산 안정성 측정 실험을 실시하였다.
구체적으로, 상기 각각의 복합 조성물을 유리용기에 1 개월 방치한 후의 상태를 비교한 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다. 도 2를 보면, 각각의 모든 경우에 고분자 매트릭스와 분리되지 않고, 분산성이 우수함을 확인할 수 있었다.
그러나, 도 3을 보면, 비교예 2에서 제조한 복합 조성물 중, 캡슐화된 상변이 물질을 확대한 것으로, 1 개월 후, 캡슐과 바인더 수지가 분리된 것을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 경화도막 두께 측정 실험
강판 상에 상기 실시예 1 및 비교예 2에서 전체 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 상변이 물질을 각각 20 중량부를 포함하는 복합 조성물을 도포 및 경화한 후, 경화도막의 두께를 측정 실험을 실시하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다. 도 4를 보면, 실시예 1에 따른 복합 조성물의 경화도막은 두께가 약 2.5 ㎛인 것을 확인할 수 있으며, 캡슐 형태의 상변이 물질을 포함하는 비교예 2에 따른 복합 조성물의 경화도막의 두께는 약 10 ㎛인 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 동일한 양의 상변이 물질을 첨가하더라도, 캡슐 형태의 상변이 물질로 인해 경화도막의 두께가 두꺼워지는 것을 알 수 있다.
실험예 5: 부착력 측정 실험
강판 상에 상기 실시예 1 및 비교예 2에서 제조한 복합 조성물을 각각 도포 및 경화하여 부착력 측정 실험을 실시하였다. 구체적으로, 경화도막이 형성된 시편을 가로 및 세로 1 mm가 되도록 커팅하여 100 개를 만들고, 3M 테이프를 붙인 뒤 떼어낸 것과, 7 mm 에릭슨 가공한 후 3M 테이프를 붙인 뒤 떼어낸 것에 대하여 도막의 부착 정도를 각각 평가하였다. 상기 에릭슨 가공 방법은 통상의 에릭슨 시험 방법을 통해 수행하였다. 그 결과는 도 5에 나타내었다. 도 5를 보면, 고분자 메트릭스 내에 상전이 물질을 도포한 복합 조성물로 제조한 실시예 1의 시편이, 캡슐 형태의 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물로 제조한 비교예 2의 시편과 비교하여 밀착성이 높아, 거의 모든 경화도막이 유지된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 시편은 에릭슨 가공 후에도 비교예 2의 실험 결과에 비하여 현저히 높은 밀착성을 확인할 수 있었다.
실험예 6: 온도변화 범위 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2에서 제조한 복합 조성물을 이용하여, 강판 상에 도포 및 경화한 후, 외기온도를 15℃에서 43℃로 승온하고, 43℃에서 15℃로 냉각시켰을 시, 온도차를 측정하였다. 20 분간 승온 및 냉각하면서 1 분 마다 온도변화를 1 내지 40 분 동안 측정하였다. 구체적으로, 각각의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2에서, 상변이 물질의 함량을 전체 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 5, 10, 15, 20 및 30 중량부로 달리 혼합한 조성물을 제조하여 실험하였다. 그 결과는 표 3에 나타내었다.
온도 변화(℃)
실시예 1-1 ± 1.9
실시예 1-2 ± 2.4
실시예 1-3 ± 2.8
실시예 1-4 ± 2.9
실시예 1-5 ± 3.0
실시예 2-1 ± 1.7
실시예 2-2 ± 2.2
실시예 2-3 ± 2.6
실시예 2-4 ± 2.8
실시예 2-5 ± 3.0
실시예 3-1 ± 1.6
실시예 3-2 ± 2.1
실시예 3-3 ± 2.5
실시예 3-4 ± 2.7
실시예 3-5 ± 2.9
비교예 2-1 ± 0.2
비교예 2-2 ± 0.4
비교예 2-3 ± 0.8
비교예 2-4 ± 1.1
비교예 2-5 ± 1.3
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 조성물은 강판 상에 도포 및 경화하였을 경우, 약 ± 1.5 이상의 온도차를 보이며, 최대 ± 3.0의 온도차를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 비교예와 비교하여 현저히 높은 수치로, 이를 통해, 높은 열전도도로 인한 높은 효율을 기대할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1-1, 실시예 2-1 및 실시예 3-1에 대하여, 가열 및 냉각을 실시하였을 때, 시간에 따른 온도변화를 도 6에 나타내었다. 도 6을 보면, 상변이 물질을 포함하고 있지 않은 비교예 1과 비교하여, 상변이 물질을 포함하는 본 발명에 따른 실시예들은 비교적 완만한 기울기로 온도의 증가 및 감소를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
10: 고분자 메트릭스
20: 상변이 물질

Claims (12)

  1. 강판; 및
    상기 강판의 일면 또는 양면에 형성된 복합 조성물의 경화도막을 포함하며,
    복합 조성물은 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 메트릭스 내에 분산된 고상 또는 액상의 상변이 물질 입자를 포함하며,
    상변이 물질 입자의 평균 직경은 100 내지 1000 nm 이고,
    복합 조성물의 발열 및 흡열에 대한 열효율이 70 내지 98%이며,
    하기 수학식 1을 만족하는 표면처리 강판:
    [수학식 1]
    80 ≤ (1 - X/100)≤ 100%
    상기 수학식 1에서,
    X는 100 개의 경화도막이 형성된 강판 시편 중, 테이프 부착 및 탈착한 후에 손상된 경화도막이 개수를 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고분자는 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리페놀 및 메틸메타아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 표면처리 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상변이 물질은 파라핀계열 및 불포화 지방산계열의 유기물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 강판.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상변이 물질의 함량은 복합 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 60 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 강판.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화도막의 두께는 100 내지 5000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 표면처리 강판.
  12. 삭제
KR1020130163984A 2013-12-26 2013-12-26 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판 KR101542307B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130163984A KR101542307B1 (ko) 2013-12-26 2013-12-26 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130163984A KR101542307B1 (ko) 2013-12-26 2013-12-26 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150075744A KR20150075744A (ko) 2015-07-06
KR101542307B1 true KR101542307B1 (ko) 2015-08-06

Family

ID=53788808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130163984A KR101542307B1 (ko) 2013-12-26 2013-12-26 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101542307B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070270536A1 (en) * 2004-05-11 2007-11-22 International Business Machines Corporation Conductive adhesive composition
JP2009083289A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Nisshin Steel Co Ltd 蓄熱性を有する塗装鋼板
KR101083817B1 (ko) * 2008-11-26 2011-11-18 김중현 나노 캡슐화된 상변화물질 혼성 폴리우레탄 에멀젼 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070270536A1 (en) * 2004-05-11 2007-11-22 International Business Machines Corporation Conductive adhesive composition
JP2009083289A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Nisshin Steel Co Ltd 蓄熱性を有する塗装鋼板
KR101083817B1 (ko) * 2008-11-26 2011-11-18 김중현 나노 캡슐화된 상변화물질 혼성 폴리우레탄 에멀젼 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150075744A (ko) 2015-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3733276B1 (en) Method for low temperature microencapsulation of phase change materials
CN1986721B (zh) 以链烷烃或石蜡为芯材的双壳层微胶囊相变材料及其制备方法
TW201617435A (zh) 用以冷卻電子元件之系統、結構及材料
CN108603097B (zh) 蓄热粒子、其制造方法和蓄热材料
JP7307226B2 (ja) 蓄熱シート、蓄熱部材、電子デバイス、及び、蓄熱シートの製造方法
CN104559901A (zh) 一种双组分胶粘剂及其制备方法和应用
CN103958400A (zh) 氮化硼凝聚粒子、含有该粒子的组合物、及具有包含该组合物的层的三维集成电路
JP2020066738A (ja) ポリウレタン相変化組成物及びその製造方法
TW202024293A (zh) 儲熱片、儲熱構件及電子元件
KR101083817B1 (ko) 나노 캡슐화된 상변화물질 혼성 폴리우레탄 에멀젼 및 그 제조방법
KR101542307B1 (ko) 상변이 물질을 포함하는 복합 조성물 및 이를 이용한 표면처리 강판
JPWO2019221032A1 (ja) 樹脂組成物、蓄熱材、及び物品
Kwon et al. Preparation and application of polyurethane-urea microcapsules containing phase change materials
JP7417730B2 (ja) 蓄熱体、蓄熱体の製造方法、電子デバイス
CN113498381A (zh) 蓄热部件、电子器件、蓄热部件的制造方法、保护层形成用组合物
JP5048916B2 (ja) 蓄熱体
KR101848413B1 (ko) 파라핀 오일을 이용한 마이크로캡슐 형태의 축냉재 및 이의 제조방법
WO2021131404A1 (ja) マイクロカプセル、蓄熱性組成物、蓄熱シート、マイクロカプセルの製造方法
TW202202597A (zh) 蓄熱體、蓄熱體的製造方法
JP7375819B2 (ja) 樹脂組成物、蓄熱材、及び物品
JP6861409B2 (ja) 加熱された飲料又は食品を収容する容器の断熱層の形成に用いる断熱層形成用組成物及び加熱された飲料又は食品を収容する容器の断熱層の製造方法
WO2020234937A1 (ja) 蓄熱シートの製造方法
JP7403894B1 (ja) 潜熱蓄熱粒子及びその製造方法
JP4617106B2 (ja) 蓄熱体
KR101889525B1 (ko) 인조대리석용 상전이 마이크로캡슐 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180730

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190725

Year of fee payment: 5