KR20050118119A - 디올 화합물을 이용한 신소재 냉매제 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디올 화합물을 이용한 신소재 냉매제 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 상기 냉매제는 고 흡수성 수지를 주원료로 하여 친수성의 수산기(-OH)를 가지는 디올(두 개 이상의 수산기 작용기를 가지는 단량체 및 부동액이나 냉매제 등의 화합물)을 2종 이상 혼합물과 유기산을 서로 교반하여 얻는 혼합물을 형성하는 것으로 순서로는 단계적으로 하나 고 흡수성 수지와 맨 마지막 최종 화합물을 혼합함으로 단계적으로 차이를 두어 각각 혼합해서 형성되는 단계를 포함한 새로운 냉매제를 제조한다.

Description

디올 화합물을 이용한 신소재 냉매제 및 그의 제조방법{THE REFRIGERANT DEVELOPMENT MADE BY THE DIOL COMPOUNDS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 디올 화합물을 이용한 신소재 냉매제 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 고 흡수성 수지를 주원료로 하여 친수성의 수산기(-OH)를 가지는 디올(두 개 이상의 수산기 작용기를 가진 단량체 및 부동액이나 냉매제 등의 화합물)의 2종 이상의 혼합과 유기산을 서로 교반하여 얻는 혼합물을 형성하는 단계; 고 흡수성 수지와 최종 화합물을 혼합할 때 단계적으로 차이를 두어 각각 혼합해서 형성되는 단계를 포함한 새로운 냉매제 제조와 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉매제라 함은 냉동 사이클(CYCLE)의 작동유체(作動流體)또는 매개체로서 고온의 물체에서 열을 빼앗아 저온의 물체에 열을 운반해주는 매체의 총칭을 말하는 것이다.

현재 사용 되고 있는 냉매제의 종류로서는 기화 플루오르화 염화 탄소계 냉매제(일명 프레온이라 불림), 액상 유기냉매제, 공기혼합냉매제(共氣混合冷媒), 클로로메틸(CHLOROMETHYL) 냉매제, 암모니아, 폴리아크릴아마이드계 등이 있다. 냉매의 능률적인 냉동 효과를 위해 고려해 볼 때 냉동기 또는 냉동장치의 능력, 압축기(압축제)의 형식, 냉매되는 제품의 용도 등에 따라 각 특성에 맞는 알맞는 냉매제를 택함으로써 냉동효과를 최대한으로 높일 수 있다.

시중에는 냉매제를 이용하여 만든 본 개발품과 유사한 제품이 일부 판매되고있다. 이 유사 제품들은 냉매제를 그 용도의 온도에 맞게 일정한 온도를 유지 시키는 역할을 한다. 이 온도로 유지하고자 하는 것은 사람이나 사물의 온도를 뜻하는데, 사람의 경우 뜨겁거나 혹은 차가운 정도를 체감온도라고 한다.

따라서 우리가 개발하고자 하는 본 개발품은 사용 목적에 있어서 체감온도와 밀접한 관련이 있음을 밝히고자 한다.

체감온도는 물체표면의 열교환 상태에 따라 좌우되는데, 이것은 기온뿐만 아니라 풍속 ·습도 ·일사(日射) 등 기상요인이 종합되어 작용함으로써 결정된다. 그러나 이러한 변화율 외에 착의(着衣)나 거주상태 ·심리상태에 의해서도 변동한다. 야글로의 실효온도(實效溫度)를 비롯하여 여러 가지 체감온도 산정방식이 고안되었다. 예를 들면, 근년에 불쾌지수(不快指數)라는 것이 광범위하게 쓰이게 되었는데, 이것도 기온과 습도를 조합한 일종의 체감온도라고 볼 수 있다. 또한 풍속이나 일사도 고려하여 체감온도를 결정할 수도 있다.

예를 들면 링케의 체감온도는 다음 식에 의해서 표시된다.

에서의 이 식에서 TF는 체감온도, T는 기온, V는 풍속, I는 지표면이 받는 복사량, 즉 매 cm2 당 1분마다 받는 일사의 세기를 칼로리의 값으로 나타낸 것이다. 그 밖에도 습구온도계·카타(KATA)온도계·냉각력측정기(FGIGORIMETER)를 사용하여 체감온도를 나타내기도 한다. 이러한 사람의 온도는 보통 상온에서 최대 25℃정도이고 최하 10℃정도이다. 그리고 사물의 경우 사용되는 이 제품의 온도는 그 사물의 영향을 받으므로 그 사물의 특성에 의해 결정된다.

본 발명은 종전 방식으로는 포장지의 주입구를 통하여 물 혹은 친수성기의 디올 화합믈을 넣고 냉각시키는 방법을 사용하였으나 그 반면에 일회용이라는 단점을 가지고 있었으며 이러한 형태로서는 일회용의 단점을 보완할 수가 없었다. 이러한 단점을 보완하여 반 영구적으로 사용 할 수 있는 제품을 생산하고자 연구하던 중 이와같은 발명에 이르게 되었다.

현재 이 유사 개발품을 사용하여 시중에 판매·등록되고 있는 제품으로는 조끼용, 방석용, 머플러용, 밸트용, 박스용, 매트용등 다양한 제품이 있다. 이 개발품들은 냉매제의 용도에 의해서 사용되는 분야의 다양성과 확대을 추구하여 시장화 하였다. 우리는 이에 발맞춰 빠르게 성장하는 상업적 제품의 고성장을 이룩하고자 이와같은 냉매제를 개발하였다.

그러므로 이 모든 제품에 공통적으로 사용되는 냉매제를 개발하여 보다 저단가, 고품질, 고효율, 작업성 향상, 대량 생산을 최적 또는 최상으로 맞출 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 고 흡수성 수지를 주원료로 하여 친수성의 수산기를 가지는 디올(두 개 이상의 수산기 작용기를 가진 단량체 및 부동액이나 냉매제 등의 화합물)의 2종 이상과 유기산을 혼합해서 교반하여 얻는 혼합물을 형성. 순서로서는 단계적으로 하나 고 흡수성 수지와 맨 마지막 최종화합물을 단계적으로 혼합해서 형성되는 단계를 포함하여 새로운 냉매제의 제조와 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 냉매제의 용도에 따른 분류를 하였다.

그 이유는 냉매제의 용도에 따라서 체감온도와 형상이 다르기 때문이며 이로 인해서 제조방법이 다르기 때문이다. 만약에 인체에 밀착하는 개발품을 완성하고자 한다면 그 제품의 외형적인 표면이 단단하여 쉽게 휘거나 구부러지지 않는다면 그 쓰임새로는 상당히 사용하기가 불편할 것이다. 상기의 경우와 반대되는 제품이 요구되는 용도의 냉매제가 있으므로 어느 용도로 어떻게 사용되는가 하는 것이 매우 중요한 요인이 되기도 한다.

즉 예로 들면 목에 두르는 머플러 형의 경우 사람 목의 사이즈가 개인별 차이가 있고(냉매제와 밀착하는 면적이 클수록 그 체감온도와의 차이가 남) 또한 실질적으로 사용하기에 아무런 문제가 없어야 하며 여러 가지 형태로 나타나는 문제를 해결하고자 제품을 완성하였을 때 자유자재로 편안하게 움직일 수 있는 형태 또는 형상으로 만들어져야 하며 그에 파생되는 문제가 없어야 한다. 이러한 여러 가지 문제점을 수정하기 위해서 고흡수성의 수지에 수산기를 가지는 디올의 배합비를 변화하여 가면서 본 발명을 진행하였다.

본 발명은 POLYACRYLAMIDE계 수지, AEROSOL, SOL-GEL, AEROGEL로 된 군에서 선택된 1종 이상의 고 흡수성의 수지 2중량%이하 수분 함유 상태에서 40 내지 55중량%로 조성하여 실온조건하에서 교반 속도 50(RPM)이하 충분히 교반한 제 1 혼합물과; 디올(DIOL, (EG, DEG, PEG, PTMEG, PPG등))를 주원료로 하는 두가지 이상의 혼합물과 유기산(총 고용분 0.1~ 5중량%)을 40 내지 55중량%로 조성하여 실온조건하에서 교반 속도 50(RPM) 이하로 충분히 교반해서 얻는 제 2 혼합물을 조성물로 하여 형성; 이리하여 얻은 두 혼합물을 조성물로 하여 혼합함으로써 개발된 냉매제의 형상이 SOFT SHAPE으로 분류되는데, 그 용도는 방석이나 머플러, 매트, 밸트등 주원료로써 각각 쓰인다. 이상, 본 발명의 냉매제 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 따른 냉매제의 구성요소로서 제 1 혼합물과 제 2 혼합물로 이루어져 있다.

냉매의 가장 기본이 되는 제 1 혼합물은 고 흡수성의 수지라 하여 시판되어지는 것을 이용 할 수 있다.

제 2 혼합물은 냉매제의 기계적 물성, 장기 신뢰성을 향상시키고 열적 안정성을 최대화하는 것을 목표로 한다. 그러나, 이런 기본 물성은 외부의 압력이나 기타 여러가지 요인에 의하여 강압적 손실을 일으킬 우려가 있다. 따라서 이런 외부적인 요인이 대한 적응성을 개선하기 위해 주의하여야 할 사항을 아래와 같이 나타내었다.

1. 수산기 작용기를 가진 두 가지 이상의 조성물의 혼합으로 인한 반응을

막기 위해 DROP식 주입방식 채택.

2. 환경적 요인으로 온도 25℃이하, 습도 40%이하에서 반응.

이상의 조건하에서 반응을 종결하여야한다.

본 발명의 따른 수지 조성물의 첫 번째 요소인 고 흡수성 수지는 흡수능력이 600~800흡수%로 나타나며, VISCOSITY 500 ± 200 (CPS)를 가지고 있다. 고 흡수성 수지를 본 개발품에 적용하는 단계상 FREE ABSORENCE(g/g)가 높게 나타남을 알게되었다. 그 구성비(%)는 1/30 내지 1/60로 구성되었다.

그 외 요소로서 수산기 작용기를 2개 이상 가진 단량체일 경우, 디올(DIOL)이라고도 하며, 일반식 R(OH)₂로 표시되는 2가 알코올류의 총칭이다. 2개의 수산기는 각각 알코올의 성질을 지니고, 1차알코올·2차알코올 또는 3차알코올의 형태를 띤다. 관용명은 2개의 수산기를 제거한 탄화수소명 뒤에 글리콜을 붙이고 있으나, IUPAC의 명명법에서는 모체가 되는 탄화수소명의 어미에 디올을 붙이고, 히드록시기의 위치를 번호로 나타낸다. 예를 들면, CH3CH(OH)CH2OH는 프로필렌 글리콜 또는 1,2-프로판디올이라 한다. 글리콜은 할로겐 화합물에 아세트산 또는 아세트산알칼리를 작용시켜 디아세트산 에스테르를 만들고, 이것을 가수분해하여 얻는다. 또, 케톤을 환원하면 1가의 알코올 외에, 2분자의 케톤에서 3차알코올을 이웃에 갖는 글리콜이 생기는데, 이러한 글리콜을 일반적으로 피나콜이라 한다. 보통 달고 끈기가 있는 무색 액체이며, 피나콜은 1가 알코올보다 끓는점이 높다. 알코올 성질을 대체로 가지고 있으며, 물이나 알코올에는 녹지만, 에테르에는 녹지 않는 것이 많다. 공업적으로 중요한 글리콜에는 에틸렌글리콜 ·프로필렌글리콜 ·디에틸렌글리콜 ·트리에틸렌글리콜 ·디프로필렌글리콜 ·헥실렌글리콜 ·부틸렌글리콜 등이 있는데, 이들 중 가장 간단한 에틸렌글리콜을 단지 글리콜이라 하기도 한다. 따라서, 본 발명의 필요로 하는 첨가제로써 두 개 이상의 수산기를 가진 디올 단량체를 사용하는 것이 바람직하다.

그에 반해 1가 수산기를 가진 단량체를 정의, 분석 한다면 이렇게 정의한다.

수용액 중에서 해리하여 수산화 이온을 만들어, 산을 중화해서 염과 물을 생성하는 물질을 염기라 한다.

예컨대 수산화 나트륨이나 암모니아는, 그 수용액이

의 반응으로 OH(-)를 만들기 때문에 염기다. 염기를 BOH라 하고, 그것이 수용액 속에서 B(+)와 OH(-)로 해리해 있는 비율이 큰 것을 강염기라 한다. 리튬을 제외한 알칼리 금속 및 바륨의 수산화물은 강염기로서 작용한다. 이와 같은 1가 수산기를 가진 단량체를 사용하면 유기물질을 분해시키거나 알루미늄을 녹여버리는 위험한 성질을 가지고 있다. 하지만 막힌 하수도를 뚫어주기도 하고, 묽은 용액은 옷감에 묻은 때를 지우기도 한다. 이것은 염기가 물에 녹으면 수산기 OH(-)가 나오기 때문이다. 그러므로 1가 수산기를 가진 모노머를 사용하면, 흡수를 한 제 1 혼합물의 물에 녹아 위험성을 부여하므로 사용이 적절치 못하다.

또한 유기산이라 함은 산성을 띠는 유기화합물(홑원소물질인 탄소, 산화탄소, 금속의 탄산염, 시안화물·탄화물 등을 제외한 C.H.O로 이루어진 탄소화합물)의 총칭을 말한다.

무기산과 대응하는 말로서 아세트산·부티르산·팔미트산·옥살산·타르타르산 등이 있다. 그 대부분은 카르복시산이므로 좁은 뜻으로는 카르복시산을 가리킨다. 그러나 아스코르브산이나 요산(URIC ACID)을 비롯하여 카르복시산이 아닌 산성물질도 상당히 많이 있으며, 널리 술폰산·술핀산·페놀 등도 포함하여 말하는 경우가 많다. 일반적으로 무기산보다 약하지만, 술폰산과 같이 강한 산도 있다.

상기 제 1 조성물에서의 고 흡수성 수지와의 혼합 과정에서 유기산을 사용 시에 적응성을 개선하기 위해 주의하여야 할 사항을 아래와 같이 나타내었다.

1. 카르복실산을 1개 이상 가진 유기산..

2. 탄소의 수가 4 ~ 8개.

본 발명에서 고 흡수성 수지와 유기산의 혼합물의 용도로는 저온에서의 온도 유지와 그 온도에서 얼지 않는 작용, 온도 보정에 있다. 이 혼합물이 적정량 하에서 디올 화합물이 첨가되었을 때 그 교반 시간이 중량%가 높을수록 늘어난다. 또한 유기산의 황변과 냉매제의 인체 유해성 문제로 유기산은 고리형 구조를 가졌을 경우 사용이 적절치 못하다.

시험 예

실시 예 1

상기의 방법으로 제조된 냉매제로 하여 초기 온도(T₁)와 녹기 시작한 10초 후의 온도(T₂)를 조사하였다.

<표 1>

	실시예
	고 흡수성 수지(P)
	1	2	3
초기 온도(℃)	-5.4	-4.7	-3.2
10초 후의 온도(℃)	2.3	2.9	4.0

1 : 고흡수성 수지 0.4중량% ,2 : 고흡수성 수지 0.6중량%

3: 고흡수성 수지 0.8중량% ,P : 수분을 함유한 고 흡수성 수지

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 고 흡수성 수지의 중량%를 증가시켰을 때, 그 온도가 상대적으로 낮아짐을 볼 수 있다. 이는 고 흡수성 수지가 수분을 흡수함에 그 온도에 영향을 가장 많이 미침에 따라 위와 같은 결과를 나타내었다. 즉 이것은 고 흡수성 수지의 중량%를 이용하여 온도 보정도 가능하여 용도에 맞는 냉매제의 개발을 도와준다. 또한 중량%가 증가하면서 일정치가 중량%를 넘어서면 그 이상의 온도에 관여를 하지 않게 되며, 흡수량을 넘어선 수지의 양에 물 분자가 그 역활에 충실치 못하게 되므로 일정량 이상은 사용이 적절치 못하다. 그러므로 용도에 맞는 개발에는 적절 중량%을 제일 먼저 선행해야 할 것이다. 상기 표에서 알 수 있는 바와 같이 고 흡수성 수지의 흡수율이 600%이상 시에 그 중량%가 20중량%를 초과하는 것은 적절치 못한 것을 알 수 있다.

<표 2>

	실시예
	DN			EN			FN
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
초기 온도(℃)	-6.2	-8.5	-9.8	-10.2	-11.1	-9.6	-16.5	-16.1	-15.2
10초 후의 온도(℃)	-0.1	-2.0	-0.8	-0.9	-1.5	-1.9	-2.9	-3.5	-2.9

1, 2, 3 : 고흡수성 수지 6중량% + 유기산 5중량%, AN : ETHYENE GLYCOL,

BN : DIETHYENE GLYCOL, CN : ETHYENE GLYCOL + DIETHYENE GLYCOL

상기 표 2는 고 흡수성 수지와 유기산의 중량%를 일정하게 하고 디올 화합물의 중량%를 1 ,2 ,3으로 증가할 때 그 중량%도 증가함으로써 초기 온도와 온도 안정성을 살펴보았다. 위의 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 고 흡수성 수지의 일정량 하에 디올 화합물의 중량% 변화에 의해 초기 안정성이 높아지는데 중량%가 일정 범주를 넘어선 시점에서 약간의 떨어지는 경향을 보인다. 또한, 디올의 종류에 따라 그 증세가 달라 보인다. 이러한 이유로 가장 두드러지는 FN GRADE가 순조로운 성향을 보이고 있다. 이때 각 GRADE의 HARDNESS가 조금 낮은 것이 사용이 좋다. 그러나, 그 용도에 따라 달라질 수 있다. 또한 디올의 중량%가 높아짐에 따라 HARDNESS가 낮아지며 그 유동성이 증가한다. 그러므로 디올의 중량%가 10중량%를 초과하는 것은 바람직하지 못하다.

<표 3>

	실시예
	AN			BN			CN
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
초기 온도(℃)	-9.1	-11.4	-10.3	-9.1	-11.4	-10.3	-12.2	-15.7	-14.0
10초 후의 온도(℃)	-0.6	-0.9	-0.9	-0.7	-1.5	-1.3	-2.2	-3.2	-2.6

1, 2, 3: 고 흡수성 수지 + 유기산 0.8 ~ 18중량%, AN : ETHYENE GLYCOL,

BN : DIETHYENE GLYCOL, CN : ETHYENE GLYCOL + DIETHYENE GLYCOL

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 고 흡수성 수지의 비율에 의해 3가지의 경우로 분류한 결과 디올 화합물의 중량%를 1 ,2 ,3으로 증가할 때 그 중량%도 증가함으로써 고흡수성 수지에 유기산의 중량%의 차이에 따라 온도에 영향을 주는 것을 볼 수 있다. 단량체로서 ETHYLENE GLYCOL를 사용하는 경우는 고흡수성 수지의 양이 증가하면 할수록 온도는 매우 낮은 온도를 나타내며 10초 후에 온도를 측정하였을 때에는 거의 비슷한 온도를 나타내었는데 이는 고흡수성의 수지의 양이 증가하면 할수록 물 분자가 온도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 이로써 적용되는 분야의 용도에 따라 바뀔 수 있으나 현 상황에서 . 또한 AN ,BN ,CN에서 디올의 종류가 바뀜에 따라 초기 온도 안정성을 볼 수 있다. 따라서, 가장 타당성 있게 보이는 것으로 CN GRADE를 꼽을 수 있다. 이때 각 GRADE의 HARDNESS가 조금 낮게 나오는 것이 사용하기에 용이하다.

다시 말하자면 고 흡수성 수지와 유기산의 중량% 일정량을 가질 때, 디올 화합물의 종류에 따라 그 초기 온도가 달라지며 그 중량% 증가함에 따라 낮아지다가 일정량을 넘어선 시점에서 거의 일정하게 됨을 뜻한다.

이와 같이 본 발명에 따른 냉매제를 구성함으로써 기본적인 물성과 초기의 온도 안정성을 가지면서 저 단가에 우수한 제품을 제공한다. 이로 인해 여러 분야의 필요 요건이 적절한 냉매제를 사용함으로써 대량 생산과 광범위한 곳에 적용이 가능하다.

Claims (5)

1. 제 1 혼합물의 POLYACRYLAMIDE계 수지, AEROSOL, SOL-GEL, AEROGEL로 된 군에서 선택된 1종 이상 고 흡수성의 수지가 0.01 내지 1.0중량%로 흡수율이 500 내지 1000(%)로 45 내지 60중량%로 조성; 제 2 혼합물에서 EG(ETHYENE GLYCOL)와 DEG(DIETHYENE GLYCOL)의 혼합물을 40 내지 55중량%과 유기산 5.0 내지 10.0중량%로 사용하여 혼합한 냉매제.
2. 제 1 항에 있어서, 흡수률이 600 내지 800(%)을 갖고, 제 2 수지 혼합 조성물에서 PPG분자량2000 이하 (분자량MW 2000이하)와 EG, PPG분자량2000 이하와 DEG, PPG#2000 이하와 PEG, DEG(DIETHYENE GLYCOL)와 PEG(POLYETHYENE GLYCOL, 분자량(MW)100 ~ 400), PEG(POLYETHYENE GLYCOL, 분자량(MW)100 ~ 400)와 EG(ETHYENE GLYCOL), PTMEG분자량1000 이하 (분자량(MW) 1000이하)와 EG, PTMEG분자량1000 이하와 DEG, PTMG분자량1000 이하와 PEG분자량400 이하를 45 내지 60중량%과 유기산 5.0 내지 10.0중량%로 사용하여 혼합한 냉매제.
3. 제 1 항에 있어서, 흡수률이 600 내지 800(%), , 800(%)이상, 500~1000(%) 중에서 하나를 택함을 갖고, 제 2 혼합 수지 조성물에서 수산기 2가의 디올 3종 이상을 총 고용분 45 내지 60중량%과 유기산 5 내지 10중량%로 사용하여 혼합한 냉매제.
4. 제 2 혼합물에서 EG(Ethylene Glycol) 단독, DEG(Di-ethylene Glycol) 단독, PEG(Poly Ethylene Glycol, 분자량(Mw)100~400) 단독을 100중량%로 사용하여 혼합한 냉매제.
5. 제 1 혼합물의 POLYACRYLAMIDE계 폴리머 AEROSOL, SOL-GEL, AEROGEL로 된 군에서 선택된 1종 이상 고 흡수성의 수지가 0.01 내지 1.0중량%로 흡수율이 500 내지 1000(%)로 조성; 제 1 수지 혼합 조성물에서 EG(Ethylene Glycol) 단독을 80 내지 99중량% 사용하여 혼합한 냉매제.