KR101955817B1 - Composite structure and method of manufacture the same - Google Patents

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이종휘
서지원
김소연
이청천
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a composite structure and a production method thereof. The composite structure of the present invention comprises a composite layer including a hydrogel having a low critical solution temperature (LCST) and a hydrophobic substance, and controls opening and closing of a pore according to the temperature. Accordingly, by promoting or suppressing vaporization of water, when the composite structure is applied to an outer wall of a building, a device and the like, the internal temperature thereof can be cooled.

Description

복합구조체 및 이의 제조방법{COMPOSITE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURE THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a composite structure,

본 발명은 복합구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LCST를 갖는 하이드로젤 및 소수성물질을 포함하는 복합구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a hydrogel having an LCST and a complex structure including a hydrophobic substance and a method of manufacturing the same.

지구 온난화 현상이 심화되면서, 지구는 점점 더워지고 있다. 특히 여름철 기온은 매년 조금씩 상승하고 있으며, 이 때문에 건물 내부를 냉각 시켜주는 냉각장치의 사용량이 계속 증가하고 있다. 대부분의 냉각 장치는 전력을 이용하는 에어컨디셔너를 사용하는데, 전력 사용량이 한계치를 초과하여 지난 몇 년간 수차례의 지역 단위의 정전을 경험하였다. 이로 인해 건물 자체적으로 전력소비 없이 태양으로부터의 열을 차단하거나 주변 기온보다 내부 온도를 낮춰주는 기술의 개발로 전력소비량을 낮추는 방법들이 연구되고 있다.As the global warming phenomenon deepens, the earth is getting warmer. Especially in the summer, the temperature is gradually increasing year by year, and therefore, the amount of cooling equipment used to cool the interior of the building is continuously increasing. Most cooling units use air-powered air-conditioners, which have experienced several local power failures over the past few years, exceeding their power usage limits. As a result, researchers are studying ways to reduce power consumption by developing technologies that cut the heat from the sun or lower the internal temperature than the ambient temperature without power consumption of the building itself.

건물외벽에 적용하여 실내 온도를 낮춰주는 냉각 기술로는 유리창에 단열 필름을 부착하는 방법, 옥상에 물을 분사하는 방법, 건물 외벽에 단열재를 적용하는 방법 등이 있다. 그러나 단열 필름이나 단열재를 부착하는 방법은 한 낮의 높은 기온으로 인해 상승한 실내온도가 밤이 되면, 단열재로 인해 바깥으로 전달되지 못하고, 실내온도가 오히려 바깥 온도보다 높은 현상이 발생한다. 열을 차단할 수 있으나, 열전달 효율이 낮기 때문에 이러한 문제점이 나타나는 것이다. 또 다른 기술로 옥상에 물을 분사하는 방법은 더울 때만 물을 뿌려서 효과적으로 냉각효과를 주므로 단열재를 사용하는 것보다 실내온도를 쾌적하게 하는데 좋은 방법이기는 하나, 온도 센서를 통해 물을 뿌리는 방법으로 전력이 소비되는 기술이다.Cooling techniques applied to the outer walls of buildings to lower the room temperature include methods of adhering a heat insulating film to a window, spraying water on a roof, and applying insulation to an outer wall of a building. However, in the method of adhering the heat insulating film or the heat insulating material, when the room temperature which has risen due to the high temperature of one day is at night, it is not transmitted to the outside due to the heat insulating material, and the room temperature is rather higher than the outside temperature. It is possible to block heat, but this problem is caused by low heat transfer efficiency. Another technique is spraying water on the rooftop, which is effective for cooling the room, so it is a good way to comfort the room temperature rather than using insulation. However, Is a consumed technology.

또한 외부에서 유입되는 공기를 복사판(radiating panel)을 통과시킴으로써 냉각시켜 내부로 공급하는 방법도 개발되었다. 외부의 뜨겁게 달궈진 공기가 건물에 나있는 틈을 통해 내부로 들어오게 될 때, 이 공기가 통과하는 공간에 복사판을 두고 이 틈을 지나게 하는 방법이다. 복사판이란 보통 금속재료이며 끊임없이 복사 에너지를 방출해서 주변보다 차갑게 느껴지는 효과가 있다. 예를 들어 건물 내 계단의 금속 난간이 주변보다 차갑게 느껴지는 현상을 들 수 있다. 이 방법은 소비전력 없이 냉각효과를 주는 것이 가능하다. 하지만 복사에너지를 방출하는 금속재료 중 효율이 좋은 것은 매우 희귀한 금속이며, 복사에너지는 항상 주변 공기로부터의 복사에너지를 또 흡수하기 때문에 주변 기온 대비 크게 낮아질 수 없는 한계점이 있다.Also, a method has been developed in which the air introduced from the outside is cooled by passing through a radiating panel and supplied to the inside. It is a way to let a hot plate of hot air into the building through a gap in the building, and then place a plate in the space through which the air passes. A copyboard is usually a metal material and it radiates radiant energy constantly, making it feel colder than the surrounding area. For example, metal railing on a staircase in a building may feel colder than the surrounding area. This method can provide cooling effect without power consumption. However, the metal materials that emit radiant energy are very rare metals because they are very rare metals, and radiant energy always absorbs radiant energy from the ambient air, so there is a limit that can not be significantly lowered compared to the ambient temperature.

본 발명의 목적은 소비전력 없이, 건물이나 장치 표면에 적용함으로써 효과적으로 내부를 냉각시킬 수 있는 새로운 복합구조체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a novel composite structure which can effectively cool the interior by applying it to a building or a device surface without power consumption.

본 발명의 일 목적을 위한 복합구조체는 물이 저장될 수 있는 내부 공간을 포함하는 물층; 및 상기 물층을 감싸고 있으며, LCST를 갖는 하이드로젤 및 소수성물질을 포함하는 복합체층을 포함하고, 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 기공 구조를 포함한다.The composite structure for one purpose of the present invention includes a water layer including an inner space in which water can be stored; And a hydrogel having an LCST and a composite layer comprising a hydrophobic substance, the hydrogel having the LCST includes a pore structure.

일 실시예에서 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(poly N-isopropylacrylamide), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산 나트륨(sodium polyacrylate), 폴리 아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol), 셀룰로오스(cellulose) 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the hydrogel having the LCST is selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide, acrylic acid, acrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate ), Polymethyl methacrylate, vinyl pyrrolidinone, vinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyacrylonitrile Polyacrylonitrile, PAN-methyl sulfonate, polysulfone, polycarbonate, poly ester, poly ethylene glycol, polypropylene glycol, glycol, polyvinyl alcohol, cellulose compound, and mixtures thereof.

일 실시예에서 상기 소수성물질은 실리콘(silicone), 부타디엔(butadiene), 클로로프렌(chloroprene), 이소부탄(isobutane), 이소펜탄(isopentane), 이소프렌(isoprene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene), 아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile-butadiene), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulphonated polyethylene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene), 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene), 플루오로카본(fluorocarbon), 에피클로로히드린(epichlorohydrin), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 우레탄(urethane) 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the hydrophobic material is selected from the group consisting of silicone, butadiene, chloroprene, isobutane, isopentane, isoprene, polyacrylate, styrene-butadiene butadiene, styrene-butadiene, acrylonitrile-butadiene, chlorosulphonated polyethylene, ethylene-propylene, ethylene-propylene-diene, At least one of fluorocarbon, epichlorohydrin, polydimethylsiloxane, urethane, and mixtures thereof may be used.

일 실시예에서 상기 복합층의 두께는 2 m 이하일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the composite layer may be less than 2 m.

일 실시예에서 상기 복합구조체는 건물 외벽 또는 냉각이 필요한 장치의 표면에 적용할 수 있다.In one embodiment, the composite structure may be applied to an exterior wall of a building or to a surface of a device requiring cooling.

본 발명의 다른 목적을 위한 복합구조체 제조방법은 LCST를 갖는 하이드로젤의 단량체를 용매에 용해시켜 단량체 용액을 제조하는 제1 단계; 상기 단량체 용액에 가교제 및 개시제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 제2 단계; 상기 혼합용액을 틀에 넣고 가교 반응시켜 하이드로젤을 제조하는 제3 단계; 상기 하이드로젤 및 소수성물질 용액을 혼합하여 복합체 용액을 제조하는 제4 단계; 및 상기 복합체 용액을 경화시키는 제5 단계;를 포함한다.A method for manufacturing a composite structure for another object of the present invention includes a first step of preparing a monomer solution by dissolving a monomer of a hydrogel having an LCST in a solvent; A second step of adding a crosslinking agent and an initiator to the monomer solution to prepare a mixed solution; A third step of preparing a hydrogel by cross-linking the mixed solution in a mold; A fourth step of mixing the hydrogel and the hydrophobic material solution to prepare a composite solution; And a fifth step of curing the composite solution.

일 실시예에서 상기 제2 단계의 상기 개시제는 광개시제 또는 열개시제일 수 있다.In one embodiment, the initiator of the second step may be a photoinitiator or a photoinitiator.

일 실시예에서 상기 제2 단계에서 광개시제를 첨가하면, 상기 제3 단계에서 액체 질소를 이용하여 상기 틀에 담긴 상기 혼합용액에 기공 구조를 형성한 후, UV를 쬐어주어 가교 반응시키는 것일 수 있다.In one embodiment, if the photoinitiator is added in the second step, liquid nitrogen may be used in the third step to form a pore structure in the mixed solution contained in the mold, followed by crosslinking reaction by irradiating UV.

일 실시예에서 상기 제2 단계에서 열개시제를 첨가하면, 상기 제3 단계에서 열을 가하여 가교 반응시킨 후, 냉각을 이용하여 상기 하이드로젤에 기공 구조를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, when the thermal initiator is added in the second step, heat is applied to the crosslinking reaction in the third step, and then cooling is used to form a pore structure in the hydrogel.

본 발명은 건물이나 장치 표면에 적용 가능한 새로운 복합구조체에 관한 것으로, 상기 복합구조체는 소비전력 없이 물의 기화를 통해서 내부를 냉각시키는 효과를 나타낸다. 또한, 온도에 따라 기화를 억제 또는 촉진시킬 수 있으므로 보다 적은 비용으로 내부 온도 조절을 더욱 효과적으로 할 수 있다.The present invention relates to a new composite structure applicable to a building or a device surface, and the composite structure has an effect of cooling the interior through vaporization of water without power consumption. Further, since the vaporization can be suppressed or promoted according to the temperature, the internal temperature control can be made more effective at a lower cost.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조체를 나타낸 도면들이다.1 and 2 are views showing a composite structure according to an embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명은 생명체가 체온을 낮추기 위해 사용하는 가장 효율이 좋은 물의 기화 방법을 활용한 새로운 복합구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 물은 기화될 때 주변의 열을 흡수하기 때문에, 주변 온도가 낮아진다. 같은 원리로 생명체는 더울 때 땀을 흘림으로서, 체온을 효율적으로 조절할 수 있다. 이 원리를 이용한 본 발명의 온도 감응성 하이드로젤 기반의 복합구조체는 빗물 등을 활용하여 물을 머금고 있다가, 일정 온도 이상으로 더울 때만 적극적으로 머금었던 물을 기화시켜 건축물 표면 온도를 낮출 수 있고, 반대로 일정 온도 이하로 날씨가 선선할 때는 기화를 최대한 억제시켜 저장해놓은 물을 보존할 수 있다.The present invention relates to a novel composite structure utilizing the most efficient method for vaporizing water that a living body uses to lower body temperature and a manufacturing method thereof. Since water absorbs the surrounding heat when vaporized, the ambient temperature is lowered. By the same principle, living things sweat when they are hot, and body temperature can be controlled efficiently. The composite structure based on the thermosensitive hydrogel of the present invention using this principle is capable of lowering the surface temperature of the building by vaporizing the water that has been aggressively heated only when the temperature is above a predetermined temperature, Conversely, when the weather is below a certain temperature, vaporization can be suppressed as much as possible to preserve the stored water.

본 발명의 복합구조체는 물이 저장될 수 있는 내부 공간을 포함하는 물층; 및 상기 물층을 감싸고 있으며, LCST를 갖는 하이드로젤 및 소수성물질을 포함하는 복합체층을 포함하고, 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 기공 구조를 포함한다.The composite structure of the present invention includes a water layer including an inner space in which water can be stored; And a hydrogel having an LCST and a composite layer comprising a hydrophobic substance, the hydrogel having the LCST includes a pore structure.

상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 일정 온도를 넘어서면 가지고 있던 물을 방출하면서 부피가 감소되는 특징이 있다. 이러한 온도를 저임계 용액 온도(low critical solution temperature)(LCST)라고 하며, 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 온도감응성 하이드로젤이라고도 할 수 있다.The hydrogel having the above-mentioned LCST has a feature that the volume is reduced while releasing the water that has been held at a certain temperature. This temperature is referred to as a low critical solution temperature (LCST), and the hydrogel having the LCST may be referred to as a thermosensitive hydrogel.

일 실시예에서 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(poly N-isopropylacrylamide), N,N-디메틸-N-메타크릴아미도 프로필암모니오프로판설포네이트(N,N-dimethyl-N-methacrylamido propylammoniopropanesulfonate), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산 나트륨(sodium polyacrylate), 폴리 아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol), 셀룰로오스(cellulose)계열 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스(cellulose) 계열로는 셀룰로오스 디아세테이트(Cellulose diacetate), 큐푸로판(Cuprophan), 헤모판(Hemophan), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 키토산(chitosan), 알기네이트(alginate)등 일 수 있다. 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 가교 고분자 혹은 이들의 혼합으로 얻어진 가교고분자일 수 있으며, 온도, pH, 빛, 전기, 이온 등의 자극에 반응하여 그 팽윤 정도가 변하는 물질일 수 있다. 또한 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 접착성을 증가시키기 위해 아민(amine), 설파이드(sulfide), 카복실(carboxyl), 에폭시(epoxy), 히드록실(hydroxyl), 에스테르(ester) 등의 극성기를 가지는 모노머와 공중합을 통해 이루는 복합 고분자 물질 모두를 포함할 수 있다. 특히, 공중합으로 합성되는 경우에는 상기 LCST를 갖는 하이드로젤의 감응온도(LCST)가 10 ℃ 내지 50 ℃ 일 수 있다. 예를 들어서, 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(poly N-isopropylacrylamide)(pNIPAm), 폴리 N,N-디에틸아크릴아미드(Poly N,N-diethylacrylamide)(pDEAM), 폴리 메틸비닐에테르(Poly methyl vinyl ether)(pMVE), 폴리 N-에틸메타크릴아미드(Poly N-ethylmethacrylamide)(pNEMAM), 폴리 2-에톡시에틸비닐에테르(Poly 2-ethoxyethyl vinyl ether)(pEOVE), 폴리 N-비닐카프로락탐(Poly N-vinylcaprolactam)(pNVCa), 폴리 N-비닐이소부티르아미드(Poly N-vinylisobutyramide)(pNVIBAM) 및 폴리 N-비닐-n-부틸아미드(Poly N-vinyl-n-butyramide)(pNVBAM) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(poly N-isopropylacrylamide), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산 나트륨(sodium polyacrylate), 폴리 아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol), 셀룰로오스(cellulose) 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상일 수 있고, 폴리 N-이소프로필아크릴아미드일 수 있다.In one embodiment, the hydrogel having the LCST is selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide, N, N-dimethyl-N-methacrylamidopropylammoniopropane sulfonate, N-methacrylamido propylammoniopropanesulfonate, acrylic acid, acrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, polymethyl methacrylate, vinyl pyrrolidinone, ), Vinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyacrylonitrile, PAN-methyl sulfonate, polysulfone (also referred to as " Polysulfone, Polycarbonate, Polyester, Polyethylene Glycol, Polypropylene Glycol, Polyvinyl Alcohol, Cells, Lawrence's (cellulose) may be at least one or more series, and mixtures thereof. Examples of the cellulose series include cellulose diacetate, Cuprophan, Hemophan, cellulose triacetate, cellulose acetate, chitosan, chitosan, Alginate, and the like. The hydrogel having the LCST may be a crosslinked polymer or a crosslinked polymer obtained by mixing them and may be a substance whose degree of swelling varies in response to stimulation of temperature, pH, light, electricity, and ions. In addition, the hydrogel having the LCST has a polar group such as an amine, a sulfide, a carboxyl, an epoxy, a hydroxyl, an ester, And a complex polymeric material formed through copolymerization. In particular, when synthesized by copolymerization, the LCST of the hydrogel having the LCST may be 10 ° C to 50 ° C. For example, the hydrogel having the LCST may be selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide (pNIPAm), polyN, N-diethylacrylamide (pDEAM), poly Poly methyl vinyl ether (pMVE), poly N-ethylmethacrylamide (pNEMAM), poly 2-ethoxyethyl vinyl ether (pEOVE), poly- Poly-N-vinylcaprolactam (pNVCa), poly N-vinylisobutyramide (pNVIBAM) and poly N-vinyl-n- butyramide (pNVBAM) may be used. For example, the hydrogel having the LCST may be poly-N-isopropylacrylamide, acrylic acid, acrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, Polymethyl methacrylate, vinyl pyrrolidinone, vinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyacrylonitrile (also referred to as " Polyacrylonitrile, PAN-methyl sulfonate, polysulfone, polycarbonate, poly ester, poly ethylene glycol, polypropylene glycol, ), Polyvinyl alcohol, cellulose compound, and mixtures thereof, and poly (N-isopropylacrylamide) .

PNIPAm 하이드로젤의 경우, 물에 팽윤되어 있는 상태에서, 기온이 32 ℃ 내지 34 ℃ 이상으로 높아지면 PNIPAm 하이드로젤의 팽윤도가 급격히 낮아져, PNIPAm 하이드로젤의 부피가 수축되고 물이 방출될 수 있다.In the case of PNIPAm hydrogels, the swelling degree of the PNIPAm hydrogel is drastically lowered when the temperature is increased to 32 ° C to 34 ° C or more in the state of being swollen in water, so that the volume of the PNIPAm hydrogel may be shrunk and water may be released.

상기 소수성물질은 피부의 외벽처럼 물의 증발을 막아주는 역할을 할 수 있다. 상기 소수성물질로는 실리콘 계열의 물질과 같은 다양한 고무상 물질들이 사용될 수 있다. 상기 소수성물질은 자체적으로 높은 기계적 물성을 가지고 있기 때문에 건물 외벽에 사용이 가능하다. 또한, 하이드로젤과 유사한 탄성을 가지므로 하이드로젤이 온도 변화에 따라 부피가 변화하여도 계면이 분리되지 않고 유지될 수 있게 된다.The hydrophobic substance may act to prevent evaporation of water as the outer wall of the skin. As the hydrophobic material, various rubber-like materials such as silicon-based materials may be used. Since the hydrophobic material itself has high mechanical properties, it can be used on the outer wall of a building. In addition, since the hydrogel has elasticity similar to that of the hydrogel, the interface can be maintained without detachment even if the volume of the hydrogel changes according to the temperature change.

일 실시예에서 상기 소수성 물질은 고무상의 물질일 수 있고, 실리콘(silicone), 부타디엔(butadiene), 클로로프렌(chloroprene), 이소부탄(isobutane), 이소펜탄(isopentane), 이소프렌(isoprene), 아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile-butadiene), 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulphonated polyethylene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene), 플루오로카본(fluorocarbon), 우레탄(urethane), 에피클로로히드린(epichlorohydrin), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 등의 가교 고분자 혹은 이들의 혼합으로 얻어진 가교 고분자 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 소수성 물질은 고무의 늘어나는 특성과 관련된 Young's modulus 값이 0.1 MPa 내지 100 MPa인 물질일 수 있다.In one embodiment, the hydrophobic material may be a rubbery material and may be selected from the group consisting of silicone, butadiene, chloroprene, isobutane, isopentane, isoprene, acrylonitrile Butadiene, acrylonitrile-butadiene, styrene-butadiene, polyacrylate, ethylene-propylene-diene, chlorosulphonated polyethylene, ethylene-propylene a cross-linking polymer such as ethylene-propylene, fluorocarbon, urethane, epichlorohydrin, polydimethylsiloxane, or the like, or a mixture thereof, and a mixture thereof One can be included. The hydrophobic substance may be a substance having Young's modulus value of 0.1 MPa to 100 MPa, which is related to the stretching property of the rubber.

한편, LCST를 갖는 하이드로젤로 PNIPAm과 소수성물질인 메타크릴레이트(methacrylate)가 함께 공중합체를 구성하게 되면, LCST가 32 ℃ 내지 34 ℃ 보다 낮아지게 되며, 반대로 아크릴 산(acrylic acid)과 같은 친수성 물질과 공중합체를 구성하면 LCST가 높아지게 된다. 따라서 본 발명의 복합구조체가 물을 방출해서 온도를 내릴 수 있는 온도 범위는 자유롭게 설정이 가능하다. 또한 다른 화학구조의 LCST를 가지는 하이드로젤도 사용될 수 있다.On the other hand, when a hydrogel having LCST and PNIPAm together with methacrylate, which is a hydrophobic substance, together constitute a copolymer, the LCST becomes lower than 32 ° C to 34 ° C. On the other hand, hydrophilic properties such as acrylic acid Constituting the materials and copolymers results in higher LCST. Therefore, the temperature range in which the composite structure of the present invention can lower the temperature by releasing water can be freely set. Hydrogels having LCSTs of different chemical structures may also be used.

일 실시예에서 상기 복합층의 두께는 2 m 이하일 수 있다. 예를 들어 상기 복합층의 상기 LCST를 갖는 하이드로젤의 두께는 1 m 이하일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the composite layer may be less than 2 m. For example, the hydrogel having the LCST of the composite layer may have a thickness of 1 m or less.

일 실시예에서 상기 복합구조체의 상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 기공을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 기공은 2 m 이하일 수 있고, 예를 들어 1 m 이하일 수 있다.In one embodiment, the hydrogel having the LCST of the composite structure may comprise pores. In one embodiment, the pores may be less than or equal to 2 m, for example less than or equal to 1 m.

일 실시예에서 상기 복합구조체는 건물 외벽에 적용할 수 있다. 또는 공장 설비나 장치 등 냉각이 필요한 장치의 표면에 적용할 수 있다.In one embodiment, the composite structure may be applied to an exterior wall of a building. It can be applied to the surface of equipment requiring cooling such as factory equipment or equipment.

일 실시예에서 상기 복합구조체가 건물 외벽 또는 냉각이 필요한 장치의 표면에 적용되는 경우, 상기 물층이 상기 건물 외벽 또는 상기 장치의 표면과 맞닿아 배치되는 것일 수 있다.In one embodiment, when the composite structure is applied to a building exterior wall or a surface of a device requiring cooling, the water layer may be disposed in contact with the exterior wall of the building or the surface of the device.

상기 복합구조체의 형태는 이에 제한하는 것은 아니나, 가로 길이가 5 m 이하, 세로 길이가 5 m 이하 일 수 있고 원형 또는 각진 형태일 수 있다. The shape of the composite structure may include, but is not limited to, a transverse length of 5 m or less, a longitudinal length of 5 m or less, and a round or angular shape.

본 발명은 기화열을 이용하는 것으로, 건물 표면 또는 냉각이 필요한 장치 표면에 본 발명의 새로운 복합구조체를 적용하면, 소비 전력 없이 내부 온도를 냉각시킬 수 있다.The present invention utilizes the heat of vaporization. When the new composite structure of the present invention is applied to a building surface or a device surface requiring cooling, the internal temperature can be cooled without power consumption.

본 발명의 구조물은 빗물 등을 통해 공급된 물이 저장된 물층을 포함하고, 상기 물층에 의해 항상 건물의 표면에 물이 담지 되며, 상기 물이 저장된 물 층 상에 소수성물질 및 LCST를 갖는 하이드로젤이 포함된 복합층을 포함하는 형태를 나타낸다. 날씨가 더울 때, 즉 기온이 일정 온도 이상인 경우에는 LCST를 갖는 하이드로젤이 물을 방출하며 수축될 수 있다. 상기 LCST를 갖는 하이드로젤이 수축하면서 빈 공간이 발생될 수 있고, 이로 인해 구조물의 구조가 변화하면서 물의 기화가 촉진될 수 있다. 반면에 날씨가 선선할 때, 즉 기온이 일정 온도 이하인 경우에는 LCST를 갖는 하이드로젤이 물을 담지하고 있으므로 물의 증발을 억제할 수 있다. 또한, 상기 복합층에 LCST를 갖는 하이드로젤뿐만 아니라 소수성물질이 포함되어 있기 때문에 선선한 날씨에는 물이 증발하는 것이 최대한 억제될 수 있다.The structure of the present invention includes a water layer in which water supplied through rainwater or the like is stored, water is always carried on the surface of the building by the water layer, and a hydrogel having a hydrophobic substance and an LCST And a composite layer included therein. When the weather is hot, ie when the temperature is above a certain temperature, the hydrogel with LCST will emit water and may shrink. As the hydrogel having the LCST shrinks, an empty space may be generated, thereby promoting the vaporization of water while changing the structure of the structure. On the other hand, when the weather is good, that is, when the temperature is lower than a certain temperature, the hydrogel having an LCST carries water, so that evaporation of water can be suppressed. In addition, since the hydrophilic material as well as the hydrogel having the LCST is included in the composite layer, evaporation of water in the cool weather can be suppressed to the utmost.

본 발명의 복합구조체는 소수성물질과 LCST를 갖는 하이드로젤의 복합층을 포함하기 때문에, 인체의 외피부조직(epidermal)과 유사하게 온도에 따라 기공이 열리고 닫히면서 기화를 조절하여 온도를 조절할 수 있는 특징을 나타낸다. 소수성물질이 체내를 보호하는 피부층, 그리고 기공을 갖는 LCST를 갖는 하이드로젤이 체온을 조절하는 땀샘의 역할을 한다고 볼 수 있다.Since the composite structure of the present invention includes a complex layer of a hydrophobic substance and a hydrogel having an LCST, it is possible to control the temperature by regulating the vaporization by opening and closing the pores according to temperature similar to the epidermal tissue of the human body . The skin layer that protects the body from the hydrophobic substance and the hydrogel having the pore-forming LCST serve as the sweat glands to control the body temperature.

본 발명을 통해서 온도변화에 따라 반응하여 물을 방출하는 LCST를 갖는 하이드로젤의 특성 및 물의 기화 작용을 이용하여 냉각 효과를 갖는 구조물을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a structure having a cooling effect by utilizing the characteristics of a hydrogel having an LCST that releases water by reacting with a change in temperature and water vaporization.

본 발명의 복합구조체 제조방법은 LCST를 갖는 하이드로젤의 단량체를 용매에 용해시켜 단량체 용액을 제조하는 제1 단계; 상기 단량체 용액에 가교제 및 개시제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 제2 단계; 상기 혼합용액을 틀에 넣고 가교 반응시켜 하이드로젤을 제조하는 제3 단계; 상기 하이드로젤 및 소수성물질 용액을 혼합하여 복합체 용액을 제조하는 제4 단계; 및 상기 복합체 용액을 경화시키는 제5 단계;를 포함한다.A method for producing a composite structure according to the present invention includes a first step of preparing a monomer solution by dissolving a monomer of a hydrogel having an LCST in a solvent; A second step of adding a crosslinking agent and an initiator to the monomer solution to prepare a mixed solution; A third step of preparing a hydrogel by cross-linking the mixed solution in a mold; A fourth step of mixing the hydrogel and the hydrophobic material solution to prepare a composite solution; And a fifth step of curing the composite solution.

일 실시예에서 상기 제2 단계의 상기 개시제는 광개시제 또는 열 개시제일 수 있다.In one embodiment, the initiator of the second stage may be a photoinitiator or a heat initiator.

일 실시예에서 상기 제2 단계에서 광개시제를 첨가하면, 상기 제3 단계에서 액체 질소를 이용하여 상기 틀에 담긴 상기 혼합용액에 기공 구조를 형성한 후, UV를 쬐어주어 가교 반응시키는 것일 수 있다.In one embodiment, if the photoinitiator is added in the second step, liquid nitrogen may be used in the third step to form a pore structure in the mixed solution contained in the mold, followed by crosslinking reaction by irradiating UV.

상기 가교 반응은 UV 램프를 이용하여 반응시키는 것일 수 있고, 상기 UV 램프는 245 nm 내지 365 nm의 파장을 갖는 것을 사용할 수 있고, 1 w 내지 40000 w 의 출력 범위를 갖는 것을 사용할 수 있다.The crosslinking reaction may be carried out using a UV lamp, and the UV lamp may have a wavelength of 245 nm to 365 nm, and may have an output range of 1 to 40000 w.

일 실시예에서 상기 제2 단계에서 열개시제를 첨가하면, 상기 제3 단계에서 열을 가하여 가교 반응시킨 후, 액체 질소를 이용하여 상기 하이드로젤에 기공 구조를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, when the thermal initiator is added in the second step, heat is applied to the crosslinking reaction in the third step, and then a pore structure is formed in the hydrogel using liquid nitrogen.

상기 열을 가하여 가교 반응 시키는 경우의 온도는 10 ℃ 내지 90 ℃일 수 있다. The temperature in the case of subjecting the heat to the crosslinking reaction may be 10 ° C to 90 ° C.

일 실시예에서 상기 제5 단계는 상기 복합체 용액을 30 ℃ 내지 90 ℃에서 경화시켜 상기 복합구조체를 제조하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fifth step may be to cure the composite solution at 30 ° C to 90 ° C to produce the composite structure.

일 실시예에서 상기 LCST를 갖는 하이드로젤의 단량체는 N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide)일 수 있다.In one embodiment, the monomer of the hydrogel having the LCST may be N-isopropylacrylamide.

일 실시예에서 상기 소수성물질 용액은 실리콘 모노머 및 경화제를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrophobic material solution may comprise a silicone monomer and a curing agent.

일 실시예에서 상기 가교제는 메틸렌비스아크릴아미드(methylenebisacrylamide)일 수 있다.In one embodiment, the cross-linking agent may be methylenebisacrylamide.

일 실시예에서 상기 개시제는 IRGACURE 또는 암모니아 퍼설페이트(ammonium persulfate)일 수 있다.In one embodiment, the initiator may be IRGACURE or ammonium persulfate.

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only a few embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

일 실시예에 따라 본 발명의 LCST를 갖는 하이드로젤 및 소수성물질을 포함하는 복합구조체를 제조하였다. 상기 복합구조체를 제조하는 방법은 크게 두 가지가 있다.According to one embodiment, a hydrogel having the LCST of the present invention and a complex structure containing a hydrophobic substance were prepared. There are two methods for producing the composite structure.

실시예 1 : 복합구조체 제조 1(광개시제)Example 1: Preparation of composite structure 1 (Photoinitiator)

먼저, 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide)(NIPAm)를 20 wt% 비율로 물에 용해시키고, 가교제로 메틸렌비스아크릴아미드(methylenebisacrylamide)(MBA), 그리고 광개시제의 일종인 IRGACURE를 상기 첨가된 NIPAm 양의 1/50만큼 첨가하여 용해시켜 혼합용액 1을 제조하였다.First, N-isopropylacrylamide (NIPAm) as a monomer was dissolved in water at a ratio of 20 wt%, and methylenebisacrylamide (MBA) as a crosslinking agent and IRGACURE, a kind of photoinitiator, The amount of the added NIPAm was added in an amount of 1/50 that of the added NIPAm, and the mixture was dissolved to prepare Mixed Solution 1.

이어서 다양한 지름의 원통형 틀에 상기 혼합용액 1을 담고 액체 질소에 1.5 cm/min 의 속도로 담가주면서 튜브 길이방향으로 기공 구조가 형성되도록 유도했다. 액체 질소에 의해 기공구조가 형성된 냉각된 혼합물이 제조되었다. 상기 냉각된 혼합물에 UV 램프 (파장 365 nm)를 쬐어주어 가교 반응시켰다. 이 과정에서 온도는 영하 20 ℃를 유지했다.Subsequently, the mixed solution 1 was introduced into a cylindrical mold having various diameters and immersed in liquid nitrogen at a rate of 1.5 cm / min to induce a pore structure in the longitudinal direction of the tube. A cooled mixture having pore structure formed by liquid nitrogen was prepared. The cooled mixture was irradiated with a UV lamp (wavelength: 365 nm) for crosslinking reaction. During this process, the temperature was maintained at minus 20 ° C.

이 후, 동결 건조 과정을 통해서 건조된 PNIPAm 튜브를 얻었다.Thereafter, the dried PNIPAm tube was obtained through a lyophilization process.

실리콘은 ecoflex주제와 경화제를 동일한 무게비로 혼합하여 제조하였다. 혼합 과정에서 진공 펌프를 통해 기포를 제거하였고, 기포를 제거한 다음 건조된 PNIPAm 튜브를 같이 넣어 영하 20 ℃에서 2 일정도 보관하였다. 이때 PNIPAm의 기공에 실리콘이 스며들게 된다. ecoflex의 침투력이 상대적으로 약하기 때문에 표면에만 국소적인 침투 형태를 만들 수 있다.Silicone was prepared by mixing ecoflex base and curing agent at the same weight ratio. During the mixing process, air bubbles were removed through a vacuum pump, air bubbles were removed, and the dried PNIPAm tubes were put together and kept at -2 ° C for 2 days. At this time, the pores of the PNIPAm are impregnated with silicon. Since the penetration of ecoflex is relatively weak, it is possible to make local penetration only on the surface.

그런 다음 ecoflex를 경화시키기 위해서 40 ℃의 오븐에서 2 일, 80 ℃의 오븐에서 1 일, 다시 40 ℃ 오븐에서 1 일 씩 보관하였다.The ecoflex was then stored in an oven at 40 ° C for 2 days, in an oven at 80 ° C for 1 day, and again at 40 ° C in the oven for 1 day to cure the ecoflex.

결과적으로 하이드로젤의 기공 사이에 실리콘이 침투되어 가교된 복합구조체를 얻었다.As a result, silicon was permeated between the pores of the hydrogel to obtain a crosslinked composite structure.

실시예 2 : 복합구조체 제조 2(열개시제)Example 2: Preparation of composite structure 2 (thermal initiator)

먼저, 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide)(NIPAm)를 20 wt% 비율로 물에 용해시키고, 가교제 메틸렌비스아크릴아미드(methylenebisacrylamide)(MBA)와 암모니아 퍼설페이트(ammonium persulfate)와 같은 열 개시제를 상기 첨가된 NIPAm 양의 1/50만큼 첨가하여 용해시켜 혼합용액 2를 제조하였다.First, a monomer, N-isopropylacrylamide (NIPAm), is dissolved in water at a ratio of 20 wt%, and a crosslinking agent such as methylenebisacrylamide (MBA) and ammonium persulfate A thermal initiator was added and dissolved by 1/50 of the added amount of NIPAm to prepare mixed solution 2.

이어서 다양한 지름의 원통형 틀에 상기 혼합용액 2를 담는다. 그 후에 원통형 틀에 기공 역할을 하게 될 소수성물질의 기다란 원통형 봉을 넣고 열을 가해 하이드로젤을 가교시켰다. 가교시킨 후 액체 질소에 1.5 cm/min 의 속도로 담가주면서 튜브 길이 방향으로 기공 구조가 나타나도록 유도했다. 그리고 동결건조 과정을 거친 이후에 실리콘이 스며들도록 하는 과정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.Subsequently, the mixed solution 2 is placed in a cylindrical mold having various diameters. Thereafter, an elongated cylindrical rod of hydrophobic material, which would serve as a pore in the cylindrical mold, was placed and heat was applied to crosslink the hydrogel. Crosslinked and immersed in liquid nitrogen at a rate of 1.5 cm / min to induce pore structure in the longitudinal direction of the tube. The process of allowing silicone to permeate after the lyophilization process was carried out in the same manner as in Example 1.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조체를 나타낸 도면들로, 고무(예를 들어, 실리콘)와 LCST를 갖는 하이드로젤을 포함하는 복합구조체를 나타낸 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 and FIG. 2 illustrate a composite structure according to an embodiment of the present invention, showing a composite structure including a rubber (for example, silicon) and a hydrogel having an LCST.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 복합구조체의 복합층은 상기 하이드로젤 표면에 상기 실리콘의 국소적인 침투 이후, 가교 과정을 거쳐서 소수성인 실리콘 및 친수성인 상기 하이드로젤이 결합된 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 온도가 낮으면 상기 하이드로젤이 물을 흡수하여, 부피가 팽창되면서 기공을 막을 수 있다. 반면에 온도가 높아지면 가지고 있던 물을 방출하면서 부피가 줄어들고 기공이 열릴 수 있으므로, 온도에 따라 기공의 개폐가 조절될 수 있다. 이로 인해 물층에 저장된 물의 증발을 상기 복합층으로 조절할 수 있다. 상기 복합층에 포함된 상기 실리콘은 물의 기화를 억제하고 상기 하이드로젤은 물을 기화시키는 부분이다. 도 1에 나타낸 상기 하이드로젤을 보면, 상기 물층에 저장된 물 쪽으로 길게 하이드로젤 하단이 뻗은 형태인 것을 알 수 있다. 이와 같이 상기 하이드로젤의 일부가 상기 물층에 저장된 물과 닿아서 상기 하이드로젤로 상기 물층의 물을 흡수할 수 있다.As shown in FIG. 1, the composite layer of the composite structure of the present invention may be formed into a structure in which hydrophobic silicon and hydrophilic hydrogel are bonded through a cross-linking process after locally penetrating the silicon on the surface of the hydrogel have. Such a structure allows the hydrogel to absorb water when the temperature is low, thereby expanding its volume and blocking pores. On the other hand, when the temperature rises, the volume can be reduced and the pores can be opened while releasing the water, so that the opening and closing of the pores can be controlled depending on the temperature. As a result, evaporation of water stored in the water layer can be controlled by the composite layer. The silicon contained in the composite layer inhibits vaporization of water and the hydrogel is a portion that vaporizes water. In the hydrogel shown in FIG. 1, it can be seen that the lower end of the hydrogel is extended toward the water stored in the water layer. As described above, a part of the hydrogel comes in contact with the water stored in the water layer, so that the water in the water layer can be absorbed by the hydrogel.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 복합구조체의 예상 단면도와 상기 복합구조체 일부의 실제 이미지를 나타낸 것으로, 온도 변화에 따른 상기 복합구조체의 실제 모습을 비교할 수 있다. 도 2의 (a)를 보면, 45 ℃의 높은 온도에서는 상기 복합구조체의 LCST를 갖는 하이드로젤이 수축되면서 기공이 열리는 것을 확인할 수 있다. 실제 물층 상에 형성될 경우 이와 같이 기공이 열리면서 물층에 저장된 물의 기화를 유도할 수 있다. 한편 25 ℃의 낮은 온도에서는 상기 LCST를 갖는 하이드로젤이 팽창하면서 기공이 닫히게 된다. 기공이 닫히면서 물층에 저장된 물의 기화를 억제할 수 있게 된다. 이와 같이 온도에 따라 기공의 개폐가 조절되는 본 발명의 복합구조체는 물층의 물을 보다 오래 저장할 수 있고, 오래 저장되는 만큼 계속해서 기화를 조절하여 내부 온도를 유지할 수 있다는 장점이 있다.2 is a perspective view of a composite structure manufactured according to an embodiment of the present invention and an actual image of a part of the composite structure. The actual structure of the composite structure according to temperature changes can be compared. 2 (a), the hydrogel having the LCST of the composite structure shrinks and the pores are opened at a high temperature of 45 ° C. When formed on an actual water layer, it is possible to induce vaporization of water stored in the water layer by opening the pores as described above. On the other hand, at a low temperature of 25 占 폚, the hydrogel having the LCST swells and the pores are closed. The vaporization of water stored in the water layer can be suppressed when the pores are closed. The composite structure of the present invention, in which the pore opening / closing is controlled according to the temperature, can store water in the water layer for a longer time and maintains the internal temperature by continuously controlling the vaporization as long as it is stored.

본 발명의 복합구조체의 냉각 효과를 확인하기 위한 실험을 진행하였다.Experiments were conducted to confirm the cooling effect of the composite structure of the present invention.

적외선 램프로 본 발명의 실시예를 통해 제조된 복합구조체에 열을 가해주면서 표면 온도를 측정하였다. 이때 적외선 램프와 상기 복합구조체와의 거리는 15 cm로 조절하였고, 적외선 램프(최대 출력 250w)의 세기는 50 w, 100 w 및 150 w의 3 단계로 출력 조건을 구분하여 진행하였다. 위와 같은 조건에서 5 분 동안 상기 복합구조체에 열을 가해준 다음 각각의 램프 세기에 따른 정상상태(steady state) 표면온도를 측정하였다. 아래의 표 1은 본 발명의 복합구조체의 냉각 효과를 나타내기 위한 실험 결과를 정리하여 나타낸 것이다.The surface temperature was measured while applying heat to the composite structure manufactured through the embodiment of the present invention with an infrared lamp. At this time, the distance between the infrared lamp and the complex structure was adjusted to 15 cm, and the intensity of the infrared lamp (maximum output of 250 W) was divided into three stages of 50 w, 100 w and 150 w. Under the above conditions, the composite structure was heated for 5 minutes, and the steady state surface temperature was measured according to each lamp intensity. Table 1 below summarizes the experimental results to show the cooling effect of the composite structure of the present invention.

램프의 세기Counting lamps 50 Watt50 Watt 100 Watt100 Watt 150 Watt150 Watt 실리콘silicon 40 ℃40 ℃ 45 ℃45 ° C 50 ℃50 ℃ 하이드로젤-실리콘Hydrogel - Silicone 35 ℃35 ℃ 35 ℃35 ℃ 35 ℃35 ℃

온도 감응성 하이드로젤 없이 실리콘으로만 구성된 경우에는 3 단계로 램프 세기가 증가함에 따라 표면온도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 반면, 하이드로젤이 포함되는 경우에는 35 ℃에서 온도가 증가하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 램프에 의해 온도가 증가하면서 상기 복합구조체의 하이드로젤이 수축되고, 이에 따라 기공이 열리면서 물의 기화가 발생하여 온도가 증가하지 않는 것을 확인할 수 있었다.It was found that the surface temperature increases with increasing ramp strength in the case of three layers consisting only of silicon without thermosensitive hydrogel. On the other hand, when the hydrogel was included, it was confirmed that the temperature did not increase at 35 ° C. It was confirmed that the hydrogel of the composite structure was shrunk as the temperature was increased by the lamp, and thus, the pores were opened to vaporize the water and the temperature did not increase.

한편, 온도감응성 특성이 없는, 즉 LCST를 갖지 않는 하이드로젤을 건물 외벽에 적용하는 경우에는 냉각 효과가 미미했다.On the other hand, when the hydrogel having no temperature sensitive property, that is, the LCST is not applied to the outer wall of the building, the cooling effect is insignificant.

또한 소수성 물질을 포함하지 않고, LCST를 갖는 온도감응성 하이드로젤만을 건물 외벽에 적용한 경우에는 비온도감응성 하이드로젤과는 달리 온도에 따라 물을 방출하면서 냉각 효과가 나타나기는 했으나, 낮은 온도에서도 물의 기화가 많이 발생하므로 물을 담지할 수 있는 시간이 매우 짧다는 문제점이 발생하였다.In addition, when only the thermosensitive hydrogel having no LCST is applied to the outer wall of the building without the hydrophobic substance, unlike the non-temperature sensitive hydrogel, the cooling effect is shown while releasing water according to the temperature, So that the time for carrying water is very short.

그리고 LCST를 갖는 온도감응성 하이드로젤에 소수성물질이 아닌 나노클레이(nanoclay)를 적용하는 경우에는 기온이 낮을 때에는 기화를 억제할 수 있었으나, 기온이 높아졌을 때 LCST를 갖는 하이드로젤의 부피가 급격히 줄면서 나노클레이가 위치한 부분에 균열이 생겼다. 그 틈으로 기화가 계속해서 일어나고 기화를 억제하는 효과를 확인할 수 없었다. 따라서 온도의 증가와 감소를 반복하게 되면 나노클레이의 특성을 잃게 되고, LCST를 갖는 하이드로젤의 특성만 남게 되어, 낮은 기온에서도 물의 기화가 계속해서 일어나는 단점이 존재한다. 한번 균열이 생긴 나노클레이층은 다시 회복이 될 수 없으므로 1 회 사용만 가능하다는 큰 단점이 있었다.When the nanoclay was applied to a thermosensitive hydrogel having a LCST, the vaporization could be suppressed when the temperature was low, but the volume of the hydrogel having an LCST decreased sharply when the temperature was elevated There was a crack in the part where the nanoclay was placed. It was not possible to confirm the effect of vaporization continuously and the suppression of vaporization in the gap. Therefore, if the temperature is increased or decreased repeatedly, the characteristics of the nano-clay are lost and only the characteristic of the hydrogel having the LCST remains, and the vaporization of water continues to occur even at low temperatures. Once the cracked nano-clay layer can not be recovered again, there is a big disadvantage that it can be used only once.

본 발명의 복합구조체는 인체의 외피부조직에서 체내 수분이 외부로 증발되는 것을 막아주는 외벽 층의 역할을 하는 실리콘과 체온 조절을 위한 땀샘 역할을 하는 LCST를 갖는 하이드로젤의 기공을 포함하므로써, 건물 뿐 아니라 외부 온도에 따른 냉각이 필요한 건물 외벽, 공장의 설비 또는 장치 등에 적용될 수 있다. 본 발명의 복합구조체는 제조과정에서 하이드로젤 단량체 물질을 추가로 넣어줌으로써 적극적인 기화가 일어날 수 있는 특정 온도 범위가 25 ℃ 내지 45℃ 까지 조절될 수 있다. 설정한 온도 이하에서는 저장된 물의 기화를 최대한 억제하며, 이러한 온도 범위를 넘어서면 활발한 기화가 일어나며 적극적인 냉각 효과를 나타나게 한다. 또한 하이드로젤과 실리콘은 모두 부드러운 물질이므로 곡면이 많거나 균일하지 않은 표면에도 적용할 수 있다.The composite structure of the present invention includes silicon which acts as an outer wall layer for preventing water from evaporating from the outside of the body in the outer skin tissue of the human body and pores of a hydrogel having an LCST serving as a sweat gland for controlling body temperature, But also to an outer wall of a building, a facility or an apparatus of a factory requiring cooling according to an external temperature, and the like. The complex structure of the present invention can be adjusted to a specific temperature range from 25 ° C to 45 ° C by allowing the hydrogel monomer material to be added during the manufacturing process so that aggressive vaporization can occur. When the temperature is below the set temperature, the vaporization of the stored water is suppressed to the maximum. When the temperature exceeds this range, vigorous vaporization occurs and an active cooling effect is produced. In addition, hydrogels and silicon are both soft materials and can be applied to curved or uneven surfaces.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (9)

건물 외벽 또는 냉각이 필요한 장치의 표면에 맞닿아 배치되며 물이 저장될 수 있는 내부 공간을 포함하는 물층; 및
상기 물층을 감싸고 있으며, LCST를 갖는 하이드로젤 및 소수성물질을 포함하는 복합체층을 포함하고,
상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 기공 구조를 포함하는 것이며,
상기 기공 구조는 온도에 따라 상기 하이드로젤의 수축 또는 팽창에 의해 상기 기공이 열리고 닫히면서 상기 물층의 물의 기화를 조절하는 것을 특징으로 하는,
복합구조체.
A water layer disposed in contact with the exterior wall of the building or a surface of a device requiring cooling and including an interior space in which water can be stored; And
A hydrogel having an LCST and a composite layer comprising a hydrophobic substance,
The hydrogel having the LCST includes a pore structure,
Wherein the pore structure controls the vaporization of water in the water layer by opening and closing the pores by shrinkage or expansion of the hydrogel according to temperature.
Complex structure.
제1항에 있어서,
상기 LCST를 갖는 하이드로젤은 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(poly N-isopropylacrylamide), 아크릴산(acrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 비닐 피롤리디논(Vinyl pyrrolidinone), 비닐 피롤리돈(Vinyl pyrrolidone), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산 나트륨(sodium polyacrylate), 폴리 아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에스테르(poly ester), 폴리 에틸렌 글리콜(poly ethylene glycol), 폴리 프로필렌 글리콜(poly propylene glycol), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol), 셀룰로오스(cellulose) 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
복합구조체.
The method according to claim 1,
The hydrogel having the LCST may be selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide, acrylic acid, acrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, Polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, vinyl pyrrolidinone, vinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyacrylonitrile, Such as PAN-methyl sulfonate, polysulfone, polycarbonate, poly ester, poly ethylene glycol, polypropylene glycol, poly A polyvinyl alcohol, a cellulose compound, and a mixture thereof.
Complex structure.
제1항에 있어서,
상기 소수성물질은 실리콘(silicone), 부타디엔(butadiene), 클로로프렌(chloroprene), 이소부탄(isobutane), 이소펜탄(isopentane), 이소프렌(isoprene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene), 아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile-butadiene), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulphonated polyethylene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene), 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene), 플루오로카본(fluorocarbon), 에피클로로히드린(epichlorohydrin), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 우레탄(urethane) 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
복합구조체.
The method according to claim 1,
The hydrophobic material may be selected from the group consisting of silicone, butadiene, chloroprene, isobutane, isopentane, isoprene, polyacrylate, styrene-butadiene, ), Acrylonitrile-butadiene, chlorosulphonated polyethylene, ethylene-propylene, ethylene-propylene-diene, fluorocarbon ), Epichlorohydrin, polydimethylsiloxane, urethane, and mixtures thereof. [2] The method according to claim 1,
Complex structure.
제1항에 있어서,
상기 복합체층의 두께는 2 m 이하인 것을 특징으로 하는,
복합구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the composite layer is less than or equal to 2 m.
Complex structure.
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