KR102651041B1 - Phase change material microcapsule, method for manufacturing the same, and thermal energy storage concrete composite using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화물질(PCM)을 심 물질로 하여, 섬유질의 천연고분자, 지방족계 가교제, 계면활성제 수용액이 반응하여 형성된 생분해성 폴리머로 된 캡슐 벽이 상기 상변화물질을 둘러싸고 있는 형태를 갖는 상변화물질 마이크로캡슐과 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 콘크리트 복합체에 관한 것으로서, 본 발명에서는 인체에 무해한 상변화물질 마이크로캡슐을 제조하여 콘크리트 배합과정에서 마찰로 캡슐이 깨져 누출이 일부 발생하게 되어도 사용 후 자연에서 분해되어 환경을 오염시키지 않고 인체에 유해한 성분이 잔류하지 않아 피부 등에 영향을 끼치지 않는 환경 친화적이고, 이를 포함하는 콘크리트 복합체는 기온 변화에 따라 열에너지를 방출 또는 흡수하여 건축물의 에너지 사용을 줄이고, 연료 사용 감소에 따른 이산화탄소 배출량을 줄여 탄소 중립에 기여할 수 있으며, 탄소나노튜브를 혼합 사용함으로써 열전도성을 높여 상변화물질의 고효율의 열 저장성능으로 콘크리트 포장도로의 블랙아이스 제거, 건축물의 난방효율 증대 등이 필요한 건축물의 자재로 활용이 가능하다. The present invention uses a phase change material (PCM) as a core material, and a capsule wall made of a biodegradable polymer formed by the reaction of a fibrous natural polymer, an aliphatic crosslinker, and an aqueous surfactant solution surrounds the phase change material. The present invention relates to change material microcapsules, a method of manufacturing the same, and an energy storage concrete composite containing the same. In the present invention, phase change material microcapsules that are harmless to the human body are manufactured, even if the capsules are broken due to friction during the concrete mixing process and some leakage occurs. It is environmentally friendly as it decomposes in nature after use, does not pollute the environment, and does not leave any harmful substances on the human body, so it does not affect the skin, etc., and the concrete composite containing it emits or absorbs heat energy according to temperature changes, thereby using the energy of the building. It can contribute to carbon neutrality by reducing carbon dioxide emissions due to reduced fuel use, and by increasing thermal conductivity by using a mixture of carbon nanotubes, the highly efficient heat storage performance of phase change materials removes black ice from concrete pavements and protects buildings. It can be used as a material for buildings that require increased heating efficiency.

Description

상변화물질 마이크로캡슐, 이의 제조방법 및 이를 적용한 열에너지 저장 콘크리트 복합체{Phase change material microcapsule, method for manufacturing the same, and thermal energy storage concrete composite using the same}Phase change material microcapsule, method for manufacturing the same, and thermal energy storage concrete composite using the same {Phase change material microcapsule, method for manufacturing the same, and thermal energy storage concrete composite using the same}

본 발명은 상변화물질 마이크로캡슐과 이의 제조방법, 및 이를 적용한 열에너지 저장 콘크리트 복합체에 관한 것으로, 상세하게는 상변화물질을 심 물질로 하고 이를 생분해성 고분자 물질로 캡슐화한 환경친화적이며 인체에 무해한 상변화물질 마이크로캡슐을 제조하고 이를 콘크리트 구성성분과 탄소나노튜브를 혼합 사용하여 에너지를 저장할 수 있고 강도가 개선된 콘크리트 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to phase change material microcapsules, a method of manufacturing the same, and a thermal energy storage concrete composite using the same. Specifically, the present invention relates to an environmentally friendly and harmless phase to the human body made by using a phase change material as a core material and encapsulating it with a biodegradable polymer material. This relates to a concrete composite that can store energy and has improved strength by manufacturing change material microcapsules and mixing them with concrete components and carbon nanotubes.

오늘날 열에너지 저장 시스템은 화석 연료에 대한 의존도와 에너지 소비 또는 이산화탄소 생산과 같은 환경 영향을 줄이는데 매우 유용한 것으로 인식되어 상변화물질(Phase change material, 이하 'PCM'이라 함)을 사용하는 열에너지 저장 시스템은 건축물에서 에너지 소비 및 이산화탄소 생산 감축을 달성하기 위한 방법이 점점 더 연구되어가고 있다.Today, thermal energy storage systems are recognized as very useful in reducing dependence on fossil fuels and environmental impacts such as energy consumption or carbon dioxide production, so thermal energy storage systems using phase change materials (PCMs) are used in buildings. Methods for achieving reductions in energy consumption and carbon dioxide production are being increasingly studied.

PCM은 상변화 단계에서 많은 양의 열에너지를 저장하는 물질로, 물질이 고체에서 액체로 상이 변할 때 열을 흡수하여 완전히 액체로 변할 때까지 일정한 온도에서 열을 흡수하고, 반대로 액체에서 고체로 상이 변할 때 방출한다. PCM is a material that stores a large amount of thermal energy in the phase change stage. It absorbs heat when the material changes phase from solid to liquid and absorbs heat at a constant temperature until it completely changes into liquid. Conversely, it absorbs heat when the material changes phase from solid to solid. released when

이를 통하여 PCM은 열에너지 저장 응용을 위하여 석고보드, 석고, 마감재 등의 건축자재에 사용되기 시작하였는데, 밀도가 더 큰 물체에 적용할 경우 열 저장용량이 더 커져 콘크리트에 적용할 경우 더 높은 효율을 가질 수 있어 PCM을 콘크리트에 적용하기 위한 기술 개발이 활발하게 진행 중이다. 하지만 콘크리트에 PCM을 적용할 경우 PCM이 누출될 위험성이 높은데, 누출이 발생할 경우 콘크리트 물성이 변화하거나, 철근 콘크리트 건물에서는 철근에 부식이 발생하거나, 토양이나 수질오염 등의 환경문제가 발생할 수 있어, 누출에 대한 방지책이 필요하다.Through this, PCM began to be used in building materials such as gypsum board, plaster, and finishing materials for thermal energy storage applications. When applied to objects with greater density, the heat storage capacity is larger, and when applied to concrete, it has higher efficiency. Therefore, technology development to apply PCM to concrete is actively underway. However, when applying PCM to concrete, there is a high risk of PCM leaking. If leakage occurs, the physical properties of the concrete may change, corrosion may occur in the reinforcing bars in reinforced concrete buildings, or environmental problems such as soil or water pollution may occur. Measures to prevent leakage are necessary.

이에 따라 PCM을 캡슐화하여 누출 방지 및 열전달 면적을 높여 열적 성능을 보완한 PCM 마이크로캡슐 기술이 개발되었다. Accordingly, PCM microcapsule technology was developed to improve thermal performance by encapsulating PCM to prevent leakage and increase heat transfer area.

따라서 물리화학적 성질, 경제성 및 활용성이 향상된 상변화물질 마이크로캡슐과 환경에 대한 규제와 관심이 높아지면서 환경친화적인 상변화물질 마이크로캡슐의 제조에 대한 요구가 많아지고 있다. Therefore, as regulations and interest in the environment and environmentally friendly phase change material microcapsules with improved physical and chemical properties, economic efficiency, and usability increase, there is an increasing demand for the production of environmentally friendly phase change material microcapsules.

이에 본 발명은 상변화물질을 심 물질로 하고, 고분자 물질을 이용하여 상기 상변화물질의 캡슐 벽으로 사용하여 환경친화적이며 인체에 무해한 상변화물질 마이크로캡슐과 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the purpose of the present invention is to provide a phase change material microcapsule that is environmentally friendly and harmless to the human body by using a phase change material as a core material and a polymer material as a capsule wall of the phase change material, and a method for manufacturing the same. there is.

또한, 본 발명은 상기 환경친화적이며 인체에 무해한 상변화물질 마이크로캡슐을 포함하고, 상변화물질 혼입으로 인한 강도 저하 문제를 초음파 분산을 거친 탄소나노튜브를 사용함으로써 고효율 에너지 저장 콘크리트 복합체를 제공하는 데도 그 목적이 있다. In addition, the present invention provides a high-efficiency energy storage concrete composite by using carbon nanotubes that contain the above-mentioned environmentally friendly and harmless phase change material microcapsules and undergo ultrasonic dispersion to solve the problem of strength reduction due to mixing of the phase change material. It has a purpose.

본 발명에 따른 상변화물질 마이크로캡슐은 상변화물질을 심 물질로 하여, 상기 상변화물질을 생분해성 폴리머로 된 마이크로캡슐 벽 내부로 캡슐화시킨 것을 특징으로 한다.The phase change material microcapsule according to the present invention is characterized by using a phase change material as a core material and encapsulating the phase change material inside the microcapsule wall made of a biodegradable polymer.

상기 생분해성 폴리머로 된 마이크로캡슐 벽은 섬유질의 천연고분자와 지방족계 가교제가 계면활성제 수용액 하에서 반응시켜 형성된 것이 바람직하다. The microcapsule wall made of the biodegradable polymer is preferably formed by reacting a fibrous natural polymer and an aliphatic cross-linking agent in an aqueous surfactant solution.

본 발명에 따른 상기 상변화물질은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-아이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 폴리에틸렌 글리콜 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나가 바람직하다. The phase change material according to the present invention is n-octacosane, n-heptacosane, n-hexacosane, n-tetracosane, n-tricosan, n-docosane, n-heneicosane, and n-icosane. , n-nonadecane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane, n-tridecane, and polyethylene glycol.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상변화물질 마이크로캡슐은 1~100㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. The phase change material microcapsule according to an embodiment of the present invention may have a diameter of 1 to 100 μm.

본 발명의 일 실시예에서, 생분해성 폴리머로 된 마이크로캡슐 벽 제조에 사용되는 상기 섬유질의 천연고분자는 메틸 셀룰로오스, 에틸에테르 셀룰로오스, 에틸-2-하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시부틸 메틸셀룰로오스, 2-아미노에틸 2-하이드록시프로필 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 6-카르복시 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 에테르 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 알지네이트 및 솔비톨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the fibrous natural polymer used to manufacture a microcapsule wall made of a biodegradable polymer is methyl cellulose, ethyl ether cellulose, ethyl-2-hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, and hydroxyethyl. Cellulose, hydroxyethyl methylcellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxybutyl methylcellulose, 2-aminoethyl 2-hydroxypropyl cellulose, hemicellulose, 6-carboxy cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl ether It is preferred that it contains at least one material selected from the group consisting of cellulose, cellulose acetate, alginate, and sorbitol.

또한, 상기 섬유질의 천연고분자와 반응하는 상기 지방족계 가교제는 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 트랜스-1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 및 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 이소시아네이트 화합물이 바람직하다. In addition, the aliphatic crosslinking agent that reacts with the fibrous natural polymer is 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, trans-1,4-cyclohexane diisocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and trimethylhexamethylene diisocyanate. Isocyanate compounds containing at least one substance selected from the group consisting of methylene diisocyanate are preferred.

또한, 상기 계면활성제는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌모노라우레이트, 프로필렌글리콜이소스테아레이트. 폴리옥시에틸렌글리세롤에테르, 폴리옥시에틸렌솔비톨모노스테아레이트, 폴리옥시프로필렌 2-에칠헥실에테르 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비이온성 계면활성제가 바람직하다. In addition, the surfactant includes polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyoxyethylene methyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene laurylamine, polyoxyethylene monolaurate, and propylene glycol. Sostearate. At least one nonionic surfactant selected from the group consisting of polyoxyethylene glycerol ether, polyoxyethylene sorbitol monostearate, and polyoxypropylene 2-ethylhexyl ether is preferred.

본 발명에 따른 상변화물질 마이크로캡슐의 제조방법은 상변화물질과 지방족계 가교제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물에 계면활성제 수용액을 혼합하고 유화시켜 유상/수상 에멀젼이 형성되게 하는 단계; 및 상기 유상/수상 에멀젼에 섬유질의 천연고분자를 첨가하고 반응시켜 상기 상변화물질을 심 물질로 하여 이를 감싸는 생분해성 마이크로캡슐 벽이 형성되어 캡슐화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. The method for producing phase change material microcapsules according to the present invention includes the steps of mixing a phase change material and an aliphatic crosslinking agent to prepare a mixture; Mixing and emulsifying an aqueous surfactant solution in the mixture to form an oil/water phase emulsion; And it may include the step of adding a fibrous natural polymer to the oil/aqueous phase emulsion and reacting it to form a biodegradable microcapsule wall surrounding the phase change material as a core material and encapsulating it.

상기 생분해성 마이크로캡슐 벽은 섬유질의 천연고분자와 지방족계 가교제가 반응하여 형성된 생분해성 폴리머가 바람직하다. The biodegradable microcapsule wall is preferably a biodegradable polymer formed by reacting a fibrous natural polymer with an aliphatic cross-linking agent.

상기 지방족계 가교제는 상기 섬유질의 천연고분자 100중량부에 대하여 10~80중량부로 포함되는 것일 수 있다.The aliphatic crosslinking agent may be included in an amount of 10 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the fibrous natural polymer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 섬유질의 천연고분자는 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 5~60중량부로 포함되는 것이 바람직하다. According to one embodiment of the present invention, the fibrous natural polymer is preferably contained in an amount of 5 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the phase change material.

상기 계면활성제는 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 2~30중량부로 포함되는 것이 바람직하다. The surfactant is preferably included in an amount of 2 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the phase change material.

또한, 본 발명은 상기 제조된 상변화물질 마이크로캡슐을 이용한 에너지 저장 콘크리트 복합체를 제공할 수 있다. Additionally, the present invention can provide an energy storage concrete composite using the prepared phase change material microcapsules.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합체는 증류수와 감수제를 이용하여 초음파 분산을 거친 다중 벽 탄소나노튜브를 시멘트 중량 대비 0.1중량% 이내로 더 포함하여 강도를 보강할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the composite may reinforce strength by further including multi-walled carbon nanotubes that have undergone ultrasonic dispersion using distilled water and a water reducing agent in an amount of less than 0.1% by weight relative to the weight of cement.

또한 상기 상변화물질 마이크로캡슐은 전체 콘크리트 복합체 중 3~10중량%로 포함되는 것이 바람직하다. In addition, the phase change material microcapsules are preferably included in 3 to 10% by weight of the total concrete composite.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 콘크리트 복합체에는 잔골재율(S/a)이 0.42~0.51 범위의 골재, 물에 대한 결합재의 비율(W/B)이 0.3~0.4 범위인 결합재가 포함되는 것일 수 있다.The concrete composite according to an embodiment of the present invention may include aggregate with a fine aggregate ratio (S/a) in the range of 0.42 to 0.51, and binder with a binder to water ratio (W/B) in the range of 0.3 to 0.4. there is.

본 발명에 따른 상변화물질 마이크로캡슐은 콘크리트에 PCM을 사용할 때 발생하는 문제점인 누출 문제를 마이크로캡슐화를 통하여 PCM의 누출을 방지하고, 원형의 캡슐화로 인하여 열전달 면적을 높여 열적성능을 증가시킬 수 있다. 또한, 인체에 무해하게 제작되어 콘크리트 배합과정에서 마찰로 캡슐이 깨져 누출이 일부 발생하게 되어도 사용 후 자연에서 분해되어 환경을 오염시키지 않고 인체에 유해한 성분이 잔류하지 않아 피부 등에 영향을 끼치지 않는 환경친화적이고, 기존의 상변화물질 캡슐과 비교하여 물리화학적 성질, 경제성 및 활용성이 향상된 상변화물질 마이크로캡슐을 제공할 수 있다.The phase change material microcapsule according to the present invention prevents leakage of PCM through microencapsulation, which is a problem that occurs when using PCM in concrete, and can increase thermal performance by increasing the heat transfer area due to circular encapsulation. . In addition, it is manufactured to be harmless to the human body, so even if the capsule is broken due to friction during the concrete mixing process and some leakage occurs, it decomposes in nature after use and does not pollute the environment. No harmful ingredients remain in the human body, so it does not affect the skin, etc. It is possible to provide phase change material microcapsules that are friendly and have improved physical and chemical properties, economic efficiency, and usability compared to existing phase change material capsules.

이러한 상변화물질 마이크로캡슐을 이용한 본 발명에 따른 콘크리트는 기온 변화에 따라 열에너지를 방출 또는 흡수하여 건축물의 에너지 사용을 줄이고, 연료 사용 감소에 따른 이산화탄소 배출량을 줄여 탄소 중립에 기여할 수 있다. 또한 상변화물질 마이크로캡슐 사용에 따른 강도 저하는 탄소나노튜브를 혼합 사용함으로써 열전도성을 높여 상변화물질의 고효율의 열 저장성능으로 콘크리트 포장도로의 블랙아이스 제거, 건축물의 난방효율 증대 등이 필요한 건축물의 자재로 활용이 가능하다. Concrete according to the present invention using these phase change material microcapsules can reduce energy use in buildings by emitting or absorbing heat energy according to temperature changes and contribute to carbon neutrality by reducing carbon dioxide emissions due to reduced fuel use. In addition, the decrease in strength due to the use of phase change material microcapsules increases thermal conductivity by using a mixture of carbon nanotubes, and the highly efficient heat storage performance of phase change materials is used to remove black ice from concrete pavements and increase the heating efficiency of buildings. It can be used as a material for

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화물질 마이크로캡슐을 도시한 도면이다.
도 2는 탄소나노튜브를 초음파 분산하였을 때 일반적인 분산 방식과 본 발명에서 사용하는 분산 방식을 사용하였을 때 60일간 실온에서 방치시킨 탄소나노튜브 분산 용액이다.
도 3, 4은 콘크리트에 포함된 탄소나노튜브에 양에 따른 콘크리트의 강도 확인 결과이다.
도 5는 일반적인 상변화물질 마이크로캡슐 콘크리트와 본 발명의 상변화물질 마이크로캡슐 콘크리트의 강도 차이에 대한 결과이다.
도 6은 상변화물질 콘크리트의 외기 온도와의 차를 측정하여 콘크리트의 발열성능을 확인한 결과이다.
Figure 1 is a diagram showing a phase change material microcapsule according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a carbon nanotube dispersion solution left at room temperature for 60 days using a general dispersion method when ultrasonic dispersion of carbon nanotubes and a dispersion method used in the present invention.
Figures 3 and 4 show the results of confirming the strength of concrete according to the amount of carbon nanotubes contained in the concrete.
Figure 5 shows the results of the difference in strength between a general phase change material microcapsule concrete and the phase change material microcapsule concrete of the present invention.
Figure 6 shows the results of confirming the heat generation performance of concrete by measuring the difference between the phase change material concrete and the external temperature.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail below.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Additionally, when used herein, “comprise” and/or “comprising” means specifying the presence of stated features, numbers, steps, operations, members, elements and/or groups thereof. and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, members, elements and/or groups.

본 발명은 고분자 물질로 상변화물질을 캡슐화시킨 상변화물질 마이크로캡슐과 이의 제조방법; 및 상기 제조된 상변화물질 마이크로캡슐에 초음파 분산시킨 탄소나노튜브, 골재, 시멘트, 실리카흄, 모래 및 물을 포함하는 에너지 저장 콘크리트 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change material microcapsule encapsulating a phase change material with a polymer material and a method for manufacturing the same; and an energy storage concrete composite containing carbon nanotubes, aggregate, cement, silica fume, sand, and water ultrasonically dispersed in the prepared phase change material microcapsules.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화물질 마이크로캡슐은 다음 도 1에 나타낸 바와 같이, 상변화물질을 심 물질(20)로 하고, 캡슐 벽(10)이 상변화물질을 둘러싸고 있는 형태를 갖는다. 즉, 상기 상변화물질 마이크로캡슐은 섬유질의 천연고분자, 지방족계 가교제, 계면활성제 수용액이 반응하여 형성된 폴리머가 상기 캡슐의 캡슐 벽(10)을 이루고, 심 물질(20)과 캡슐 벽(10)을 포함하는 전체 마이크로캡슐은 1~100㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, the phase change material microcapsule according to a preferred embodiment of the present invention has a phase change material as the core material 20 and the capsule wall 10 surrounds the phase change material. That is, the phase change material microcapsule is a polymer formed by reacting a fibrous natural polymer, an aliphatic crosslinker, and an aqueous surfactant solution to form the capsule wall 10 of the capsule, and the core material 20 and the capsule wall 10. The entire microcapsule it contains is characterized by having a diameter of 1 to 100㎛.

이러한 본 발명의 상변화물질 마이크로캡슐은 천연고분자를 사용함으로써 사용 후 자연에서 분해되어 환경을 오염시키지 않고, 인체에 유해한 성분이 잔류하지 않아 피부 등의 인체에 무해한 환경친화적인 특징을 가진다. By using natural polymers, the phase change material microcapsules of the present invention do not decompose in nature after use, polluting the environment, and do not contain harmful components remaining in the human body, so they are environmentally friendly and harmless to the human body, including the skin.

이의 제조방법은 상변화물질과 지방족계 가교제를 혼합하는 단계; 상변화물질과 지방족계 가교제의 혼합물에 상기 상변화물질을 유화시킬 수 있는 계면활성제 수용액을 혼합하고 유화시켜 유상/수상 에멀젼이 형성되게 하는 단계; 상기 유상/수상 에멀젼에 섬유질의 천연고분자를 혼합하고 열을 가하여 교반하면서 반응시켜 상기 상변화물질을 심 물질로 하여 캡슐 벽을 이루면서 캡슐을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.Its manufacturing method includes mixing a phase change material and an aliphatic crosslinking agent; Mixing a mixture of a phase change material and an aliphatic crosslinking agent with an aqueous surfactant solution capable of emulsifying the phase change material and emulsifying the mixture to form an oil/water phase emulsion; It may include the step of mixing a fibrous natural polymer with the oil/water phase emulsion and reacting it with heat and stirring to form a capsule by using the phase change material as a core material to form a capsule wall.

첫 번째 과정은 상변화물질과 지방족계 가교제를 혼합하는 단계이다. The first process is mixing the phase change material and the aliphatic crosslinking agent.

본 발명에 따른 상변화물질은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-아이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 폴리에틸렌 글리콜 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The phase change material according to the present invention is n-octacosane, n-heptacosane, n-hexacosane, n-tetracosane, n-tricosan, n-docosane, n-heneicosane, n-icosane, It may be any one selected from the group consisting of n-nonadecane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane, n-tridecane, and polyethylene glycol.

상기 지방족계 가교제는 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 트랜스-1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 및 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이소시아네이트계 단량체가 바람직하게 사용될 수 있다.The aliphatic crosslinking agent is one selected from the group consisting of 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, trans-1,4-cyclohexane diisocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and trimethylhexamethylene diisocyanate. The above isocyanate-based monomers can be preferably used.

두 번째 과정은 상기 상변화물질과 지방족계 가교제의 혼합물에 상변화물질을 유화시킬 수 있는 계면활성제 수용액을 혼합하고 유화시켜 유상/수상 에멀젼이 형성되도록 하는 단계이다. The second process is a step of mixing and emulsifying the mixture of the phase change material and the aliphatic crosslinking agent with an aqueous surfactant solution capable of emulsifying the phase change material to form an oil/water phase emulsion.

상기 계면활성제는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌모노라우레이트, 프로필렌글리콜이소스테아레이트. 폴리옥시에틸렌글리세롤에테르, 폴리옥시에틸렌솔비톨모노스테아레이트, 폴리옥시프로필렌 2-에칠헥실에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비이온성 계면활성제를 포함하는 수용액일 수 있다. 상기 계면활성제는 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 2~30중량부를 첨가하는 것이 상변화물질을 유화시켜 적절한 유상/수상 에멀젼이 형성되도록 하는 데 있어 바람직하다. The surfactant is polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyoxyethylene methyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene laurylamine, polyoxyethylene monolaurate, propylene glycol isostea. Rate. It may be an aqueous solution containing one or more nonionic surfactants selected from the group consisting of polyoxyethylene glycerol ether, polyoxyethylene sorbitol monostearate, and polyoxypropylene 2-ethylhexyl ether. It is preferable to add 2 to 30 parts by weight of the surfactant based on 100 parts by weight of the phase change material to emulsify the phase change material to form an appropriate oil/water phase emulsion.

마지막 단계는 상기 유상/수상 에멀젼에 섬유질의 천연고분자를 혼합하고 열을 가하여 교반하면서 반응시키면, 상기 상변화물질을 심 물질로 하여 섬유질의 천연고분자와 지방족계 가교제가 반응하여 형성된 캡슐 벽을 이루면서 캡슐을 형성시키는 과정을 거친다. 상기 지방족계 가교제는 상기 섬유질의 천연고분자 100중량부에 대하여 10~80중량부를 첨가하는 것이 적절히 반응하여 상변화물질을 감쌀 수 있는 캡슐 벽을 형성하는 데 있어 바람직하다.The final step is to mix fibrous natural polymers with the oil/aqueous phase emulsion and react them with heat and stirring. Using the phase change material as a core material, the fibrous natural polymers and the aliphatic cross-linking agent react to form a capsule wall, forming a capsule. goes through the process of forming. It is preferable to add 10 to 80 parts by weight of the aliphatic crosslinking agent per 100 parts by weight of the fibrous natural polymer to react appropriately to form a capsule wall capable of enclosing the phase change material.

따라서 상기 캡슐 벽은 섬유질의 천연고분자와 지방족계 가교제가 반응하여 형성된 생분해성 폴리머로서, 사용 후 자연 분해되는 특징을 가진다. Therefore, the capsule wall is a biodegradable polymer formed by the reaction of a fibrous natural polymer and an aliphatic cross-linking agent, and has the characteristic of being naturally decomposed after use.

상기 섬유질의 천연고분자는 메틸 셀룰로오스, 에틸에테르 셀룰로오스, 에틸-2-하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시부틸 메틸셀룰로오스, 2-아미노에틸 2-하이드록시프로필 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 6-카르복시 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 에테르 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 알지네이트 및 솔비톨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The fibrous natural polymers include methyl cellulose, ethyl ether cellulose, ethyl-2-hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl methylcellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose. It may contain one or more materials selected from the group consisting of oxybutyl methylcellulose, 2-aminoethyl 2-hydroxypropyl cellulose, hemicellulose, 6-carboxy cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl ether cellulose, cellulose acetate, alginate, and sorbitol. You can.

상기 섬유질의 천연고분자는 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 5~60중량부로 첨가하는 것이 적절한 마이크로캡슐 벽이 형성되도록 하는 데 있어 바람직하다. It is preferable to add 5 to 60 parts by weight of the fibrous natural polymer per 100 parts by weight of the phase change material to form an appropriate microcapsule wall.

이렇게 제조된 본 발명에 따른 상변화물질 마이크로캡슐은 직경 1~100㎛를 가진다. The phase change material microcapsules according to the present invention prepared in this way have a diameter of 1 to 100 μm.

또한, 본 발명은 상기 제조된 상변화물질 마이크로캡슐과 탄소나노튜브를 적용한 고효율 열에너지 저장 강도개선 콘크리트 복합체를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a highly efficient thermal energy storage strength improved concrete composite using the prepared phase change material microcapsules and carbon nanotubes.

즉, 본 발명에 따른 콘크리트 복합체는 시멘트와 실리카 퓸을 결합재로 하고, 여기에 골재(굵은 골재, 잔골재 포함)와 같은 통상적인 구성 성분에 더하여, 상기 상변화물질 마이크로캡슐을 사용함에 따른 강도 감소를 개선하고 열적 성능을 증강시키기 위하여 탄소나노튜브를 더 포함할 수 있다. That is, the concrete composite according to the present invention uses cement and silica fume as binders, and in addition to typical components such as aggregate (including coarse aggregate and fine aggregate), the strength decreases due to the use of the phase change material microcapsules. Carbon nanotubes may be further included to improve and enhance thermal performance.

본 발명에 따른 콘크리트 복합체에 포함되는 상기 상변화물질 마이크로캡슐은 콘크리트 복합체에 포함되는 결합재 중량 대비 3~10중량%로 포함될 수 있으며, 3중량% 미만인 경우 열적 성능이 부족하게 되고, 10중량%를 초과하게 되면 콘크리트의 강도가 크게 떨어지게 되어 주의가 필요하다. The phase change material microcapsules included in the concrete composite according to the present invention may be included in an amount of 3 to 10% by weight relative to the weight of the binder included in the concrete composite. If it is less than 3% by weight, thermal performance is insufficient, and 10% by weight is used. If it is exceeded, the strength of the concrete decreases significantly, so caution is required.

또한, 콘크리트 복합체에서 물에 대한 시멘트와 실리카 퓸을 혼합한 결합재의 비율(W/B)는 0.3~0.4 범위 내에서 유동적으로 사용할 수 있다. 상기 물 결합재 비율과 콘크리트의 강도 사이에는 비례관계가 성립하지만, 물 결합재비율을 0.3 미만으로 사용할 경우 작업성이 낮아져 타설이 용이하지 못하고, 0.4를 초과하여 사용할 경우 강도 저하의 우려가 있어 바람직하지 못하다.In addition, the ratio (W/B) of the binder mixed with cement and silica fume to water in the concrete composite can be used flexibly within the range of 0.3 to 0.4. Although there is a proportional relationship between the water binder ratio and the strength of concrete, if the water binder ratio is used below 0.3, workability is lowered and pouring is not easy, and if used in excess of 0.4, there is a risk of strength reduction, which is not desirable. .

본 발명의 단위 시멘트양은 380~480Kg/m³으로 일반적으로 콘크리트를 타설할 때 보다 많은 양의 시멘트를 사용하여 강도를 높이는데 초점을 두었다. The unit cement amount of the present invention is 380 to 480 Kg/m³, focusing on increasing strength by using a larger amount of cement than when pouring concrete in general.

본 발명에 따른 실리카퓸은 금속 실리콘과 규소 합금을 생산할 때 발생하는 부산물로, 분말도가 200㎡/g 정도의 아주 미세한 구형의 분말로 포졸란 반응성이 높아 콘크리트에 첨가할 경우 콘크리트의 천이영역 내의 공극을 채워 강도 및 내구성을 증가시키는 역할을 한다. Silica fume according to the present invention is a by-product generated when producing metallic silicon and silicon alloy. It is a very fine spherical powder with a fineness of about 200 m2/g and has high pozzolanic reactivity, so when added to concrete, it creates voids in the transition area of concrete. It fills the role of increasing strength and durability.

이러한 본 발명에 따른 실리카퓸은 전체 결합재에서 시멘트 중량의 10중량% 이내, 바람직하기로는 2~3중량%로도 시멘트 페이스트의 미세공극을 채워 강도를 개선하는데 사용할 수 있으며, 상기 범위 내에서는 상변화물질 마이크로캡슐을 사용함으로써 추가적으로 발생하는 콘크리트 내의 공극을 채워 시멘트 페이스트의 미세조직구조를 치밀화시킬 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우에는 강도 및 내구성이 감소에 대한 우려가 있어 권장하지 않는다. The silica fume according to the present invention can be used to improve the strength by filling the micropores of the cement paste within 10% by weight of the cement weight in the total binder, preferably 2 to 3% by weight, and within the above range, the phase change material By using microcapsules, the microstructure of the cement paste can be densified by filling additional voids in the concrete. However, if it exceeds 15% by weight, it is not recommended due to concerns about a decrease in strength and durability.

본 발명에 따른 콘크리트 복합체에 포함되는 골재는 잔골재율(S/a)이 0.42~0.51 범위 내에서 유동적으로 사용할 수 있다. 잔골재율(S/a)이 0.51을 초과하는 경우 재료상의 빈틈이 발생하여 강도와 내구성이 저하되고, 0.42 미만으로 사용할 경우 재료 유동성이 커져 빈 공간이 많아져 강도가 저하될 우려가 있다. 골재 종류는 특별히 한정되지 않고, 통상의 재료들을 사용할 수 있다. The aggregate included in the concrete composite according to the present invention can be used flexibly within the range of fine aggregate ratio (S/a) of 0.42 to 0.51. Fine aggregate content (S/a) If it exceeds 0.51, gaps in the material will occur, reducing strength and durability, and if it is used below 0.42, the fluidity of the material will increase and there will be an increase in empty space, which may reduce strength. The type of aggregate is not particularly limited, and ordinary materials can be used.

특별히 본 발명에서는 상기 상변화물질 마이크로캡슐을 콘크리트 복합체에 사용함에 있어 발생될 수 있는 강도 저하문제를 실리카퓸 및 탄소나노튜브를 사용함으로써 해결하고자 하였다. In particular, the present invention attempted to solve the problem of strength reduction that may occur when using the phase change material microcapsules in a concrete composite by using silica fume and carbon nanotubes.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)는 기계적 강도가 철보다 100배 가량 뛰어나고, 구리와 비슷한 수준의 전기전도도와 높은 열전도율을 지닌다. Carbon Nano Tube (CNT) has mechanical strength about 100 times better than iron, and has electrical conductivity and high thermal conductivity similar to copper.

본 발명에서 사용한 탄소나노튜브의 물성은 다음과 같고, 탄소나노튜브는 그래핀 층 수에 따라 단일층 탄소나노튜브(Single Wall Carbon Nano Tube, SWCNT)과 다중 벽 탄소나노튜브(Multi Wall Carbon Nano Tube, MWCNT)로 나뉘는데, 본 발명에서는 합성 비용이 저렴하여 건축물 및 구조물 등의 부피가 큰 건축 및 토목 분야등에서 자주 사용하는 다중 벽 탄소 나노튜브가 바람직하다. The physical properties of the carbon nanotube used in the present invention are as follows, and the carbon nanotube is divided into single wall carbon nanotube (SWCNT) and multi-wall carbon nanotube (Multi Wall Carbon Nano Tube) depending on the number of graphene layers. , MWCNT), and in the present invention, multi-walled carbon nanotubes, which are frequently used in bulky construction and civil engineering fields such as buildings and structures due to their low cost of synthesis, are preferred.

본 발명의 다중 벽 탄소 나노튜브는 직경 5~7nm, 길이 50~150㎛, BET 비표면적 500~700m2/g, 비중(Bulk Density) 0.07~0.09g/ml인 것이 바람직하다. The multi-walled carbon nanotubes of the present invention preferably have a diameter of 5 to 7 nm, a length of 50 to 150 μm, a BET specific surface area of 500 to 700 m 2 /g, and a specific gravity (Bulk Density) of 0.07 to 0.09 g/ml.

이러한 다중 벽 탄소나노튜브는 합성과정에서 응집성이 있어 그로 인한 탄소나노튜브의 장점을 저하시킬 수 있기 때문에 본 발명에서는 초음파를 이용한 분산시킨 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 초음파 분산을 진행하면 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)의 외부벽부터 파괴시키기 시작하여 길이의 절단과 두께를 감소시켜 분산력을 높일 수 있다. Since these multi-walled carbon nanotubes have cohesive properties during the synthesis process, which may reduce the advantages of the carbon nanotubes, it is preferable to use multi-walled carbon nanotubes dispersed using ultrasound in the present invention. When ultrasonic dispersion is performed, the outer wall of the multi-walled carbon nanotube (MWCNT) begins to be destroyed, and the dispersion power can be increased by cutting the length and reducing the thickness.

통상 CNT를 초음파 분산 시 시간이 지나면서 침전되어 CNT가 뭉치는 경우가 다수 발생하여 오히려 성능에 마이너스가 되는 경우가 많다. 이에 본 발명에서는 초음파 분산시 증류수와 감수제(superplasticizer)를 함께 넣어 CNT가 오랜 시간 지나도 침전되지 않아 콘크리트에 적용할 경우 뭉침 없이 잘 섞여 강도 증진과 열적성능을 개선하는데 효과적이도록 하였다. 상기 감수제는 콘크리트 제조시 물을 적게 사용하더라도 작업성을 증가시킬 수 있는 역할을 하는 일종의 혼화제로 상기 CNT를 증류수와 용이하게 섞이게 하기 위하여 계면활성제 역할로도 사용된 것으로, 바람직하기로는 폴리카르본산계의 고성능 AE제 감수제가 주로 사용되고, 슬럼프 콘크리트용, 조기강도/고유동 콘크리트용, 초고강도 콘크리트용, 석고보드용으로 사용되는 감수제도 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Normally, when CNTs are dispersed by ultrasonic waves, there are many cases where CNTs precipitate and clump together over time, which often reduces performance. Accordingly, in the present invention, distilled water and a superplasticizer are added together during ultrasonic dispersion so that CNTs do not precipitate even after a long period of time, so that when applied to concrete, they are mixed well without clumping and are effective in increasing strength and improving thermal performance. The water reducing agent is a type of admixture that plays a role in increasing workability even when a small amount of water is used in the production of concrete, and is also used as a surfactant to easily mix the CNT with distilled water. Preferably, it is a polycarboxylic acid-based agent. High-performance AE water reducing agents are mainly used, and water reducing agents used for slump concrete, early strength/high flow concrete, ultra-high strength concrete, and gypsum boards are also used, but are not limited to these.

또한, 본 발명에서는 CNT의 초음파 분산시킬 때 일반 수돗물이 아닌 불순물이 정제된 증류수를 사용하는 것이 분산시킨 CNT 용액의 유지력을 높여 콘크리트를 타설할 때, CNT가 고루 섞일 수 있어 열전도성, 내구성, 강도적인 측면에서 바람직하다. In addition, in the present invention, when dispersing CNTs ultrasonically, using distilled water purified from impurities rather than ordinary tap water increases the holding power of the dispersed CNT solution, allowing the CNTs to be evenly mixed when pouring concrete, thereby improving thermal conductivity, durability, and strength. It is desirable from a practical point of view.

이러한 CNT의 함량은 시멘트 중량의 0.1중량% 이내로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 CNT 함량이 시멘트 중량의 0.1중량%를 초과하는 경우 오히려 콘크리트의 강도가 감소되어 바람직하지 못하다. The content of these CNTs is preferably contained within 0.1% by weight of the cement weight. If the CNT content exceeds 0.1% by weight of the cement weight, the strength of concrete is reduced, which is not desirable.

상기의 상변화물질 마이크로캡슐을 혼입하여 열에너지 저장을 위한 콘크리트 복합체를 제조하는 방법은 마이크로캡슐화된 PCM을 제조하는 단계, 골재 및 혼합 재료를 넣고 타설하는 단계, 및 양생시키는 단계를 거쳐 이루어진다.The method of manufacturing a concrete composite for thermal energy storage by mixing the phase change material microcapsules includes the steps of manufacturing microencapsulated PCM, pouring aggregate and mixed materials, and curing.

본 발명의 콘크리트 타설시 골재와 함께 PCM 마이크로캡슐을 함께 배합하게 되면 골재의 마찰에 의해서 마이크로캡슐이 깨지게 되는데 이를 최대한 방지하기 위해서는 시멘트, 실리카퓸, 잔골재 및 굵은골재를 혼합하여 건 비빔 후 물과 CNT 용액을 넣고 비빔을 거친 후 콘크리트 반죽이 묽어질 때 첨가하는 것이 바람직하다. 위 과정을 통하여 콘크리트에서 발생하는 PCM의 누출 문제 방지와 열적 성능을 증진할 수 있다.When PCM microcapsules are mixed together with aggregate when pouring concrete of the present invention, the microcapsules are broken due to friction of the aggregate. To prevent this as much as possible, mix cement, silica fume, fine aggregate, and coarse aggregate, dry mix, and then mix with water and CNT. It is advisable to add it when the concrete dough becomes thin after adding the solution and mixing. Through the above process, PCM leakage problems occurring in concrete can be prevented and thermal performance can be improved.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are only for illustrating the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention by these examples. In addition, although the examples below are exemplified using specific compounds, it is obvious to those skilled in the art that equivalent effects can be achieved even when equivalents thereof are used.

실시예 1: 상변화물질 마이크로캡슐의 제조 1Example 1: Preparation of phase change material microcapsules 1

500㎖ 비이커에 상변화물질(PCM) n-테트라데칸 105g에 지방족계 가교제 이소포론디이소시아네이트 5g을 혼합한 후, 이 혼합액에 비이온성 계면활성제 폴리옥시에틸렌메틸에테르 5g 및 물 155g을 혼합하여 만든 비이온 계면활성제 수용액을 투입하여 호모믹서기를 사용해 3,000rpm의 속도로 약 20분간 교반시켜 유상/수상 에멀젼을 제조하였다. A ratio prepared by mixing 105 g of n-tetradecane, a phase change material (PCM), and 5 g of the aliphatic cross-linking agent isophorone diisocyanate in a 500 ml beaker, and then mixing 5 g of the nonionic surfactant polyoxyethylene methyl ether and 155 g of water into this mixture. An oil/water phase emulsion was prepared by adding an aqueous ionic surfactant solution and stirring it for about 20 minutes at a speed of 3,000 rpm using a homomixer.

500㎖ 4구 플라스크에 상기 유상/수상 에멀젼을 넣고, 섬유상 천연고분자인 카르복시메틸 셀룰로오스 10g 을 투입한 후 온도를 80℃로 올린 후 약 2시간 동안 혼합하면서 반응시키면 상기 지방족계 가교제 이소포론디이소시아네이트와 카르복시메틸 셀룰로오스의 반응으로 상변화물질(PCM) n-테트라데칸을 심 물질로 둘러싼 생분해성 캡슐 벽을 형성시켰다. 이후 교반하면서 방부제 Hexylene glycol 과 Hydroxyacetophenone을 각각 10g, 10g 을 넣고 상온까지 냉각하여 친환경 상변화 물질 마이크로캡슐을 제조하였다. Put the above oil/aqueous emulsion in a 500 mL four-necked flask, add 10 g of carboxymethyl cellulose, a fibrous natural polymer, raise the temperature to 80°C, mix and react for about 2 hours, and the aliphatic crosslinking agent isophorone diisocyanate and The reaction of carboxymethyl cellulose formed a biodegradable capsule wall surrounding the phase change material (PCM) n-tetradecane as a core material. Afterwards, while stirring, 10 g and 10 g of preservatives Hexylene glycol and Hydroxyacetophenone, respectively, were added and cooled to room temperature to produce eco-friendly phase change material microcapsules.

이때 얻어진 친환경 상변화 물질 마이크로캡슐 입자의 평균 입경은 8㎛ 이었다.The average particle diameter of the eco-friendly phase change material microcapsule particles obtained at this time was 8㎛.

실시예 2: 상변화물질 마이크로캡슐의 제조 2Example 2: Preparation of phase change material microcapsules 2

상변화물질(PCM) n-테트라데칸 105g 대신 n-펜타데칸 105g, 비이온성 계면활성제 폴리옥시에틸렌메틸에테르 5g 대신 폴리비닐알콜 5g을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 상변화물질 마이크로캡슐을 제조하였다. Phase change in the same manner as Example 1 except that 105 g of n-pentadecane was used instead of 105 g of n-tetradecane (PCM), and 5 g of polyvinyl alcohol was used instead of 5 g of polyoxyethylene methyl ether, a nonionic surfactant. Material microcapsules were prepared.

이때 얻어진 생분해성 캡슐 입자의 평균 입경은 11㎛ 이었다.The average particle diameter of the biodegradable capsule particles obtained at this time was 11㎛.

실시예 3~4 : 상변화물질 마이크로캡슐을 포함하는 콘크리트 복합체 제조Examples 3-4: Preparation of concrete composite containing phase change material microcapsules

먼저 초음파 분산된 탄소나노튜브를 제조하기 위하여 불순물이 제거된 증류수를 비커에 넣고, 여기에 탄소나노튜브와 감수제(DONGNAM 사의 콘크리트용 고성능 감수제)를 혼합하여 초음파분산기를 비커와 1cm 띄워 설치하고 500Hz로 45분 동안 분산시켰다. First, in order to manufacture ultrasonic dispersed carbon nanotubes, distilled water from which impurities were removed was placed in a beaker, carbon nanotubes and a water reducing agent (DONGNAM's high-performance water reducing agent for concrete) were mixed there, an ultrasonic disperser was installed 1 cm apart from the beaker, and the ultrasonic disperser was set at 500 Hz. Disperse for 45 minutes.

초음파 분산 시 지속적인 진동으로 인해 용액의 온도가 상승하게 되면 분산 효과와 배합 시 마이크로캡슐 상변화물질의 특성에 악영향을 미칠 수 있어 방열을 위하여 20초 분산 마다 10초의 방열 시간을 추가하였다. 따라서 방열 시간을 제외한 순수한 탄소나노튜브의 분산시간은 30분으로 하였다.If the temperature of the solution rises due to continuous vibration during ultrasonic dispersion, it may adversely affect the dispersion effect and the characteristics of the microcapsule phase change material when mixed. Therefore, a heat dissipation time of 10 seconds was added for every 20 seconds of dispersion to dissipate heat. Therefore, the dispersion time of pure carbon nanotubes, excluding the heat dissipation time, was set to 30 minutes.

그 다음 상기 실시예 1에서 제조된 상변화물질 마이크로캡슐 5중량%(실시예 3)와 실시예 2에서 제조된 상변화물질 마이크로캡슐을 10중량%(실시예 4)로 변화시키되 나머지 함량은 각각 시멘트 450kg/㎥를 기준으로 실리카퓸을 상기 시멘트 중량 대비 10중량%로 포함하는 결합재, 잔골재율(S/a)이 0.48에 맞추어 혼합한 골재, 초음파 분산시킨 다중벽 탄소나노튜브 0.05중량%를 넣고 물 결합재 비율이 0.35가 되도록 콘크리트 복합체를 혼합하고, 타설하고, 양생시키는 단계를 거쳤다.Next, the phase change material microcapsules prepared in Example 1 were changed to 5% by weight (Example 3) and the phase change material microcapsules prepared in Example 2 were changed to 10% by weight (Example 4), with the remaining contents respectively. Based on 450kg/㎥ of cement, a binder containing 10% by weight of silica fume based on the weight of the cement, aggregate mixed with a fine aggregate ratio (S/a) of 0.48, and 0.05% by weight of ultrasonically dispersed multi-walled carbon nanotubes are added. The concrete composite was mixed, poured, and cured so that the water binder ratio was 0.35.

비교예 1 : 수돗물을 이용하여 분산시킨 CNT 포함 콘크리트 복합체 제조Comparative Example 1: Preparation of concrete composite containing CNT dispersed using tap water

상기 실시예 3에서 증류수 대신에 일반 수돗물에 감수제를 사용하지 않고 CNT를 첨가하여 초음파 분산시킨 CNT를 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방식으로 콘크리트 복합체를 제조하였다. A concrete composite was manufactured in the same manner as in Example 3, except that CNTs were added to ordinary tap water instead of distilled water without using a water reducing agent and ultrasonically dispersed CNTs were used.

비교예 2 : 일반 상변화물질 마이크로캡슐을 포함하는 콘크리트 복합체 제조Comparative Example 2: Preparation of concrete composite containing general phase change material microcapsules

상기 실시예 3에서, 본 발명에서 제조된 것이 아니라 음이온 계면활성제로 상변화물질을 유화시키고, 이 유화액에 멜라민과 포르말린을 1:3 의 몰비로 반응시켜 얻은 멜라민-포름알데히드 고분자(Melamine-Formaldehyde Prepolymer)로 캡슐 벽을 형성시킨 멜라민계 상변화물질 마이크로캡슐을 사용하는 것을 제외하고는, 동일한 과정으로 콘크리트 복합체를 제조하였다.In Example 3, the melamine-formaldehyde polymer (Melamine-Formaldehyde Prepolymer) obtained by emulsifying the phase change material with an anionic surfactant, not prepared in the present invention, and reacting this emulsion with melamine and formalin at a molar ratio of 1:3. ), except for using melamine-based phase change material microcapsules in which the capsule wall was formed, a concrete composite was manufactured using the same process.

비교예 3Comparative Example 3

상기 실시예 3에서, 복합체 제조시 탄소나노튜브를 0.15중량%로 사용하여 본 발명과 비교하였다.In Example 3, carbon nanotubes were used at 0.15% by weight when manufacturing the composite, and compared with the present invention.

실험예 1 : 탄소나노튜브의 초음파 분산 방식에 따른 CNT 분산 용액의 상태 변화 확인Experimental Example 1: Confirmation of change in state of CNT dispersion solution according to ultrasonic dispersion method of carbon nanotubes

상기 비교예 1과 실시예 3에 따른 초음파 분산시킨 탄소나노튜브 분산 용액을 60일간 실온에서 방치시킨 후 그 용액 상태를 육안으로 관찰하였으며, 그 결과를 다음 도 2에 나타내었다. The ultrasonically dispersed carbon nanotube dispersion solutions according to Comparative Example 1 and Example 3 were left at room temperature for 60 days, and then the state of the solution was observed with the naked eye, and the results are shown in FIG. 2.

다음 도 2를 참조하면, 비교예 1의 과정으로 초음파 분산시킨 탄소나노튜브 분산 용액(왼쪽)은 시간이 지나면서 침전되어 CNT가 뭉쳐 상분리가 발생된 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이 증류수와 감수제를 혼합하여 초음파 분산시킨 탄소나노튜브 분산 용액(오른쪽)은 상 분리없이 CNT가 골고루 분산되어 전체적으로 검은색을 띄는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the carbon nanotube dispersion solution (left) dispersed ultrasonically in the process of Comparative Example 1 precipitated over time, causing CNTs to aggregate and phase separation to occur. However, it can be seen that the carbon nanotube dispersion solution (right), which is dispersed ultrasonically by mixing distilled water and water reducing agent as in the present invention, has CNTs evenly dispersed without phase separation, giving an overall black color.

실험예 2 : 콘크리트의 강도 실험Experimental Example 2: Strength test of concrete

상기 실시예 3~4 및 비교예 1~3에 따라 제조된 각 콘크리트를 0,1mm/min의 속도에서 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 3~5에 각각 나타내었다.The compressive strength of each concrete manufactured according to Examples 3 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 was measured at a speed of 0.1 mm/min, and the results are shown in Figures 3 to 5, respectively.

다음 도 3은 상변화물질 마이크로캡슐을 5중량%로 포함하되, 본 발명 탄소나노튜브를 0.05중량%와 0.1중량%로 포함하는 실시예 3에 따른 콘크리트와 탄소나노튜브를 0.15중량% 포함하는 비교예 3에 따른 콘크리트 강도 확인 결과로서, 초음파 분산시킨 탄소나노튜브를 0.1중량%까지 포함하는 경우에는 강도가 우수한 결과를 나타내지만 그 함량이 0.15중량%인 비교예 3의 경우 0.05중량%를 포함하는 콘크리트 대비 20% 이상 강도가 감소되는 것을 확인하였다. 따라서, 동일한 과정으로 제조된 탄소나노튜브를 사용하더라도 적절한 함량을 초과하는 경우에는 콘크리트 강도를 저하시켜 바람직하지 않음을 알 수 있다. Next, Figure 3 is a comparison of concrete according to Example 3 containing 5% by weight of phase change material microcapsules and 0.05% by weight and 0.1% by weight of carbon nanotubes of the present invention and 0.15% by weight of carbon nanotubes. As a result of confirming the strength of concrete according to Example 3, when ultrasonically dispersed carbon nanotubes are included up to 0.1% by weight, excellent strength results are shown, but in the case of Comparative Example 3 where the content is 0.15% by weight, the content is 0.05% by weight. It was confirmed that the strength was reduced by more than 20% compared to concrete. Therefore, it can be seen that even if carbon nanotubes manufactured through the same process are used, if the content exceeds the appropriate amount, the strength of concrete is lowered, which is not desirable.

이러한 결과는 상변화물질 마이크로캡슐을 10중량%로 포함하는 콘크리트의 결과를 나타낸 다음 도 4에서도 유사하게 측정되었다. 다만, 상변화물질 마이크로캡슐을 10중량%로 2배로 포함하는 실시예 4에서는 5중량%로 포함하는 실시예 3에 비해 CNT 함량에 상관없이 콘크리트 강도가 떨어지는 것을 알 수 있는데, 이는 콘크리트 복합체 내에서 상변화물질 마이크로캡슐이 이물질로 작용함에 따른 결과로 볼 수 있다.These results were similarly measured in Figure 4, which shows the results of concrete containing 10% by weight of phase change material microcapsules. However, it can be seen that in Example 4, which contains twice as much phase change material microcapsules at 10% by weight, the concrete strength is lower regardless of the CNT content compared to Example 3 which contains 5% by weight, which is This can be seen as a result of the phase change material microcapsules acting as foreign substances.

또한, 일반 상변화물질 마이크로캡슐을 포함하는 콘크리트인 비교예 2와 본 발명 실시예 3에 따라 제조된 콘크리트의 강도 측정 결과를 나타낸 다음 도 5를 참조하면, 그 강도가 30% 이상 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명과 같이 친환경 상변화 물질 마이크로캡슐을 사용한 콘크리트 복합체는 종래 일반적인 상변화물질 마이크로캡슐에 비해 그 강도를 떨어뜨리지 않으면서도 환경 친화적인 효과를 더 가질 수 있음을 확인하였다. In addition, referring to FIG. 5 showing the strength measurement results of the concrete manufactured according to Comparative Example 2, which is a concrete containing general phase change material microcapsules, and Example 3 of the present invention, it can be seen that the strength differs by more than 30%. You can check it. In other words, it was confirmed that the concrete composite using eco-friendly phase change material microcapsules as in the present invention can have more environmentally friendly effects without reducing its strength compared to conventional phase change material microcapsules.

실험예 3 : 상변화 마이크로캡슐 콘크리트 발열온도 측정결과Experimental Example 3: Phase change microcapsule concrete heating temperature measurement results

상변화온도 마이크로캡슐를 혼입하여 콘크리트를 제작하여 -5℃ ~ 15℃의 항온항습기에서 콘크리트의 외기온도(Room) 차(발열온도)를 각각 3회, 30회 측정한 결과를 다음 도 6에 나타내었다. Concrete was manufactured by mixing phase change temperature microcapsules, and the outdoor temperature (room) difference (heating temperature) of the concrete was measured 3 and 30 times in a constant temperature and humidity chamber at -5℃ to 15℃, and the results are shown in Figure 6. .

그래프 내 사용된 시편은 다음과 같다.The specimens used in the graph are as follows.

Room : 외기 온도Room: Outside temperature

P5 : 상변화물질 마이크로캡슐 5중량%만을 포함하는 콘크리트 복합체P5: Concrete composite containing only 5% by weight of phase change material microcapsules

P10 : 상변화물질 마이크로캡슐 10중량%만을 포함하는 콘크리트 복합체P10: Concrete composite containing only 10% by weight of phase change material microcapsules

P5SC0.05 : 상변화물질 마이크로캡슐 5중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.05중량% (실시예 3)P5SC0.05: 5% by weight of phase change material microcapsules + 0.05% by weight of ultrasonically dispersed CNT (Example 3)

P5SC0.10 : 상변화물질 마이크로캡슐 5중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.1중량%P5SC0.10: 5% by weight of phase change material microcapsules + 0.1% by weight of ultrasonically dispersed CNTs

P5SC0.15 : 상변화물질 마이크로캡슐 5중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.15중량%(비교예 3)P5SC0.15: 5% by weight of phase change material microcapsules + 0.15% by weight of ultrasonically dispersed CNTs (Comparative Example 3)

P10SC0.05 : 상변화물질 마이크로캡슐 10중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.05중량%(실시예 4)P10SC0.05: 10% by weight of phase change material microcapsules + 0.05% by weight of ultrasonically dispersed CNT (Example 4)

P10SC0.10 : 상변화물질 마이크로캡슐 10중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.10중량%P10SC0.10: 10% by weight of phase change material microcapsules + 0.10% by weight of ultrasonically dispersed CNTs

P10SC0.15 : 상변화물질 마이크로캡슐 10중량% + 초음파 분산시킨 CNT 0.15중량%P10SC0.15: 10% by weight of phase change material microcapsules + 0.15% by weight of ultrasonically dispersed CNTs

다음 도 6을 참조하면, 모든 콘크리트 시편들은 외기 온도(Room) 보다 온도 변화가 더뎠으며, 최대 6.9℃의 온도 차이를 확인하였다. 또한 장기간 측정을 위하여 30Cycle 동안의 장기간의 온도 변화를 측정한 결과 성능이 감소하지 않음을 확인하였다.Referring to Figure 6, all concrete specimens had a slower temperature change than the outside temperature (Room), and a temperature difference of up to 6.9°C was confirmed. Additionally, as a result of measuring long-term temperature changes over 30 cycles for long-term measurement, it was confirmed that performance did not decrease.

이러한 결과로부터 본 발명에서 제조된 상변화물질 마이크로캡슐을 포함하는 콘크리트 복합체는 CNT 등의 혼화제를 첨가하여도 그 발열 효과가 기존 제품과 비교하였을 때 조금 더 높거나 비슷한 발열 효과를 가짐을 확인하였다.From these results, it was confirmed that the concrete composite containing phase change material microcapsules manufactured in the present invention had a slightly higher or similar heating effect compared to existing products even when admixtures such as CNT were added.

10: 캡슐 벽
20: 기능성 오일
10: capsule wall
20: Functional oil

Claims (16)

n-테트라데칸 또는 n-펜타데칸 중에서 선택되는 상변화물질을 심 물질로 하고, 이를 캡슐 벽이 둘러싼 형태를 가지며,
상기 캡슐 벽은 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 지방족계 가교제로서 이소포론디이소시아네이트 4.7중량부, 섬유질의 천연고분자인 카르복시메틸 셀룰로오스 9.5중량부, 및 폴리옥시에틸렌메틸에테르 비이온계 계면활성제 또는 폴리비닐알콜 계면활성제 중에서 선택되는 3중량% 농도의 계면활성제 수용액 4.7중량부를 반응시켜 형성된 생분해성 폴리머인 것을 특징으로 하는 상기 상변화물질을 캡슐화시킨 상변화물질 마이크로캡슐.
A phase change material selected from n-tetradecane or n-pentadecane is used as the core material, and the capsule wall surrounds the core material,
The capsule wall is composed of 4.7 parts by weight of isophorone diisocyanate as an aliphatic crosslinking agent, 9.5 parts by weight of carboxymethyl cellulose, a fibrous natural polymer, and polyoxyethylene methyl ether nonionic surfactant or polyester, based on 100 parts by weight of the phase change material. A phase change material microcapsule encapsulating the phase change material, characterized in that it is a biodegradable polymer formed by reacting 4.7 parts by weight of an aqueous solution of a 3% by weight surfactant selected from vinyl alcohol surfactants.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete n-테트라데칸 또는 n-펜타데칸 중에서 선택되는 상변화물질 100중량부에 대하여 이소포론디이소시아네이트 지방족계 가교제 4.7중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물에 폴리옥시에틸렌메틸에테르 비이온계 계면활성제 또는 폴리비닐알콜 계면활성제 중에서 선택되는 3중량% 농도의 계면활성제 수용액을 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 4.7중량부로 혼합하고 유화시켜 유상/수상 에멀젼이 형성되게 하는 단계; 및
상기 유상/수상 에멀젼에 섬유질의 천연고분자인 카르복시메틸 셀룰로오스를 상기 상변화물질 100중량부에 대하여 9.5중량부로 첨가하고 80℃에서 반응시켜 상기 상변화물질을 심 물질로 하여 이를 감싸는 상기 천연고분자와 지방족계 가교제가 반응하여 형성된 생분해성 마이크로캡슐 벽이 형성되어 캡슐화시키는 단계를 포함하는 것인 상변화물질 마이크로캡슐의 제조방법.
Preparing a mixture by mixing 4.7 parts by weight of an isophorone diisocyanate aliphatic crosslinking agent with 100 parts by weight of a phase change material selected from n-tetradecane or n-pentadecane;
An aqueous solution of a surfactant at a concentration of 3% by weight selected from polyoxyethylene methyl ether nonionic surfactant or polyvinyl alcohol surfactant is mixed with the mixture in an amount of 4.7 parts by weight based on 100 parts by weight of the phase change material and emulsified to form an oil/aqueous phase. allowing an emulsion to form; and
Carboxymethyl cellulose, a fibrous natural polymer, is added to the oil/water phase emulsion in an amount of 9.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the phase change material and reacted at 80°C to form a core material surrounding the phase change material and the natural polymer and aliphatic polymer surrounding it. A method for producing phase change material microcapsules comprising the step of forming a biodegradable microcapsule wall formed by reacting a system crosslinking agent and encapsulating it.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 따른 상변화물질 마이크로캡슐을 전체 콘크리트 복합체 중 5~10중량%,
불순물이 제거된 증류수와 감수제를 혼합하고 이를 초음파분산기와 1cm 띄워 설치하고 500Hz로 45분 동안 초음파 분산을 거치되, 초음파 분산 시 20초 분산마다 10초의 방열 시간을 추가하여 방열 시간을 제외한 순수한 탄소나노튜브의 분산은 30분 동안 이루어지도록 하여 제조된 다중 벽 탄소나노튜브를 시멘트 중량 대비 1.0중량% 이내,
잔골재율(S/a)이 0.48인 골재, 및
물에 대한 실리카퓸 결합재의 비율(W/B)이 0.35인 결합재를 포함하는 에너지 저장 콘크리트 복합체.
5 to 10% by weight of the total concrete composite of the phase change material microcapsules according to paragraph 1,
Mix distilled water with impurities removed and superplasticizer, install it 1cm apart from the ultrasonic disperser, and undergo ultrasonic dispersion for 45 minutes at 500 Hz. During ultrasonic dispersion, 10 seconds of heat dissipation time is added for every 20 seconds of dispersion, and pure carbon nano particles excluding the heat dissipation time are added. The dispersion of the tube was allowed to occur for 30 minutes, so that the manufactured multi-walled carbon nanotubes were within 1.0% by weight of the weight of cement,
Aggregate with a fine aggregate ratio (S/a) of 0.48, and
Energy storage concrete composite containing a binder with a ratio of silica fume binder to water (W/B) of 0.35.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130136599A (en) * 2012-05-31 2013-12-13 한경대학교 산학협력단 Method for producing microcapsule comprising phase change material and concrete composition using the same
KR20190023697A (en) * 2017-08-30 2019-03-08 주식회사 대하맨텍 Biodegradable functional capsule and manufacturing method of the same
JP2022532256A (en) * 2019-05-16 2022-07-13 ジェム イノヴ Method for preparing biodegradable microcapsules and microcapsules obtained by this method
KR20230056879A (en) * 2021-10-21 2023-04-28 주식회사 대하맨텍 Biodegradable microcapsules and manufacturing method of the same
KR20230076265A (en) * 2021-11-24 2023-05-31 인천대학교 산학협력단 High Thermal Storage Cementitious Mortar Adhesive for Masonry Stacking with Micro-capsulation Phase Change Material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130136599A (en) * 2012-05-31 2013-12-13 한경대학교 산학협력단 Method for producing microcapsule comprising phase change material and concrete composition using the same
KR20190023697A (en) * 2017-08-30 2019-03-08 주식회사 대하맨텍 Biodegradable functional capsule and manufacturing method of the same
JP2022532256A (en) * 2019-05-16 2022-07-13 ジェム イノヴ Method for preparing biodegradable microcapsules and microcapsules obtained by this method
KR20230056879A (en) * 2021-10-21 2023-04-28 주식회사 대하맨텍 Biodegradable microcapsules and manufacturing method of the same
KR20230076265A (en) * 2021-11-24 2023-05-31 인천대학교 산학협력단 High Thermal Storage Cementitious Mortar Adhesive for Masonry Stacking with Micro-capsulation Phase Change Material

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