KR20160017263A - 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테트라데칸(n-tetradecane) 및 소량의 열가소성 엘라스토머{TPE(thermoplastic elastomer) 또는 TPR(thermoplastic rubber)}를 포함하는 축냉 및 축열용(cold and heat storage) 형태안정성 상변화물질(SSPCM: shape-stabilizer PCM) 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 유기계 상변화물질인 파라핀(paraffin)계 탄화수소인 테트라데칸(녹는점 5 내지 6 ℃)에 열가소성 엘라스토머를 소량 첨가한 뒤, 일정시간 교반을 함으로써, 테트라데칸의 녹는점 이상에서도 일정한 형태를 유지하면서 동시에 열가소성 엘라스토머가 첨가되지 않은 순수 테트라데칸 대비 열적 성능이 유사한 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩을 간단하게 제조하는 방법에 관한 것이다. 즉 이러한 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩은 백신과 같은 제품 보관온도가 2 내지 8 ℃로 요구되는 온도민감성 의약품 운송을 위한 패시브 콜드체인(passive cold chain) 단열포장시스템의 구성요소인 온도조절물질(temperature stabilizer)로서 사용될 수 있으며, 순수한 테트라데칸(100 중량%) 상변화물질 대비 녹는점 이상에서 액체 상변화물질의 누출을 방지하여, 콜드체인 운송, 보관 및 취급시 상변화물질 팩의 누출 문제점을 해결함으로써 패시브 콜드체인 단열포장시스템 제품의 성능이 제고되는 장점이 있다.

Description

축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩 {Shape-Stabilized Phase Change Material Pack for Cold and Heat Storage}

본 발명은 테트라데칸(n-tetradecane) 및 소량의 열가소성 엘라스토머{TPE(thermoplastic elastomer) 또는 TPR(thermoplastic rubber)}를 포함하는 축냉 및 축열용(cold and heat storage) 형태안정성 상변화물질(SSPCM: shape-stabilizer Phase Change Material) 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 유기계 상변화물질인 파라핀(paraffin)계 탄화수소인 테트라데칸(녹는점 5 내지 6 ℃)에 스티렌-이소프렌-스티렌(이하, ‘SIS’(styrene-isoprene-styrene)이라고 한다)과 같은 열가소성 엘라스토머(이하 본 발명에서는 ‘열가소성 고무(TPR)’, ‘열가소성 엘라스토머(TPE)’, 및 ‘엘라스토머’를 같은 것으로 생각하여, ‘엘라스토머’라고 한다)를 소량 첨가한 뒤, 일정시간 혼합 교반을 함으로써, 테트라데칸의 녹는점 이상에서도 일정한 형태를 유지하면서 동시에 엘라스토머가 첨가되지 않은 순수 테트라데칸 대비 열적 성능이 유사한 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩을 간단하게 제조하는 방법에 관한 것이다. 즉 이러한 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩은 백신과 같은 제품 보관온도가 2 내지 8 ℃로 요구되는 온도민감성 바이오제품 및 특수의약품(이하 ‘온도민감성 의약품’이라 한다) 운송을 위한 패시브 콜드체인(passive cold chain) 단열포장시스템의 구성요소인 온도조절물질(temperature stabilizer)로서 사용될 수 있으며, 순수한 테트라데칸(100 중량%) 상변화물질 대비 녹는점 이상에서 액체 상변화물질의 누출을 방지하여, 콜드체인 운송, 보관 및 취급시 상변화물질 팩의 누출 문제점을 해결함으로써 패시브 콜드체인 단열포장시스템 제품의 성능이 제고되는 장점이 있다.

온도민감성 의약품의 정온유지를 위해 사용되는 저온유통체계인 '콜드체인 (cold chain)'은 외부 전기 및 기계적 엔진수단을 사용하는 '액티브 콜드체인 (active cold chain)' 과 외부 전기 및 기계적 엔진수단을 사용하지 않고 단열박스와 온도조절물질인 상변화물질을 포함하는 팩으로 구성된 단열포장시스템 (ISC: Insulated Shipping Container)만을 사용하는 '패시브 콜드체인 (passive cold chain)'으로 크게 구분된다. 상기 패시브 콜드체인 운송 및 보관에 사용되는 단열포장시스템 구성요소인 상변화물질은 주변 온도변화에 따라 상변화, 일반적으로 고체-액체 사이의 상변화가 일어나며, 상변화와 관계되는 열인 잠열 (latent heat)을 축열 또는 방열함으로써 상변화온도를 기준으로 어느 정도 범위 내에서 주변의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다. 일반적으로 상변화물질은 크게 물 또는 물 이외의 PCM으로 구분되며, 또한 유기계(organic), 무기계(inorganic) 그리고 공융혼합물(eutectic) PCM으로도 구분된다.

온도민감성 의약품의 경우 일반적으로 콜드체인 운송, 보관 및 취급시, 미국약전 (USP. United States Pharmacopeia)에 의해 분류된 'Refrigerator'인 냉장보관온도 (2 내지 8 ℃)를 유지하도록 요구되며, 패시브 콜드체인 단열포장시스템의 구성요소인 온도조절물질로서는 테트라데칸이 주로 사용된다. 이는 테트라데칸(융해열 228 kJ/kg) 의 상변화 온도가 5 내지 6 ℃이므로, 외부환경 온도 변화에서도 단열박스 내부에 적재된 온도민감성 의약품을 정온보관시켜 주기 때문이다. 한국등록특허 제10-0758655호는 물을 상변화물질로 하는 상변화물질 팩을 개시하고 있으나, 물의 상변화 온도(액체-고체)가 0 ℃이므로, 백신과 같은 온도민감성 의약품에 직접 접촉시 온도민감성 의약품의 동결로 인한 역가 상실이 이루어지는 문제점이 있다. 본 특허 발명자가 출원한 아직 공개되지 않은 한국출원특허 제10-2013-0071922호는 온도민감성 의약품 운송용 패시브 단열포장시스템 구성요소로 사용되는 온도조절물질인 테트라데칸에 소량의 조핵제를 첨가함으로써, 순수 테트라데칸(100 중량%)이 충전된 동일 중량 팩(pack) 대비 동결시간이 훨씬 단축되며 동시에 동결 재현성이 월등히 향상된 것을 개시하고 있다.

세계보건기구(WHO: World Health Organization)에서 발표한 가이드라인(Guidelines on the International packaging and shipping of vaccines)에 포함된 표 1은 대표적 온도민감성 의약품인 백신의 열안정성(thermo-stability)을 토대로 국제운송용(최소 48시간) 패키징(packaging)을 외부환경온도 및 백신의 최소 및 최대 허용온도 기준으로 3가지로 분류한 가이드라인이다. 상기 WHO 가이드라인(Guidelines on the International packaging and shipping of vaccines)은 국제연합 아동기구인 유니세프(UNICEF: United Nations Children's Fund) 및 범미보건기구(PAHO: Pan American Health Organization)의 백신 공급자들을 위한 모든 입찰초청서에 참조되며, 동시에 WHO는 모든 UN(United Nations) 조달부서들이 상기 가이드라인을 입찰초청서에 기술명세서 및 자격요건 일부분으로 포함하도록 권고하고 있다. ("Guidelines on the international packaging and shipping of vaccines", 2005, WHO/IVB/05.23.)

- 분류 A 패키징: 포장에 앞서서 백신들은 제조업자가 권장하는 백신의 허용온도 이내에서 포장하기 전 및 포장하는 동안 백신의 온도를 반드시 유지해야 되며, 포장 후 국제운송시 외부환경온도 43 ℃에 노출된 단열포장시스템 내부에 적재된 백신의 온도가 최소한 48시간 동안 8 ℃를 초과하여 상승하지 않아야 된다.

- 분류 B 패키징: 포장에 앞서서 백신들은 제조업자가 권장하는 백신의 허용온도 이내에서 포장하기 전 및 포장하는 동안 백신의 온도를 반드시 유지해야 되며, 포장 후 국제운송시 외부환경온도 43 ℃에 노출된 단열포장시스템 내부에 적재된 백신의 온도가 최소한 48시간 동안 30 ℃를 초과하여 상승하지 않아야 된다.

- 분류 C 패키징: 포장에 앞서서 백신들은 제조업자가 권장하는 백신의 허용온도 이내에서 포장하기 전 및 포장하는 동안 백신의 온도를 반드시 유지해야 되며, 포장 후 국제운송시 외부환경온도 43 ℃ 및 -5 ℃에 각각 노출된 단열포장시스템 내부에 적재된 백신의 온도가 최소한 48시간 동안 각각 2 ℃ 내지 30 ℃를 유지하여야 된다.

백신의 열안정성을 토대로 국제운송용(최소 48시간) 패키징을 외부환경온도 및 백신의 최소 및 최대 허용온도 기준으로 3가지로 분류한 가이드라인(온도 단위 : ℃)

류	백신의 유형	외부 온도	최저허용온도	최고허용온도
A	OPV	+ 43 ℃	제한 없음	+ 8 ℃
B	BCG Hib(냉동건조) 홍역 MR MMR 수막알균 A&G 황열병	+ 43 ℃	제한 없음	+ 30 ℃
C	DTP DTP-HepB DTP-Hib (액상) DT IPV HepB Hib (액상) Td TT	+ 43 ℃	+ 2 ℃	+ 30 ℃
		- 5 ℃	+ 2 ℃	+ 30 ℃

유기 상변화물질인 파라핀의 응용(application)에 있어서 상변화물질의 녹는점 이상의 온도에서 파라핀 상변화물질의 유동(flow) 및 이로 인한 누출(leakage)의 문제점을 극복하는 연구가 지금까지 주로 건물(building/construction)분야의 응용을 위해 진행되어 왔으며, 이러한 문제점 극복을 위한 대표적인 두 가지 방법은 파라핀 코어(core)-고분자물질 쉘(shell)로 이루어진 마이크로 캡슐레이션(mPCM: micro-encapsulated PCM) 방법 및 지지물질인 매트릭스(matrix or supporting materials)에 파라핀계 상변화물질이 함침된 형태안정성 상변화물질(이하 ‘SSPCM’ 이라 한다) 방법이다. 대표적인 마이크로 캡슐레이션(이하 ‘mPCM’ 이라고 한다) 방법은 미국 등록특허 제 6,200,681호에서 개시하고 있는 파라핀 왁스(wax) 코어(core)-아크릴계 고분 쉘(shell)로 이루어진 마이크로 캡슐화된 PCM(mPCM)이며, 상기 특허 관련 제품인 BASF사 Micronal^® PCM파우더 제품은 상변화 온도가 각각 21 ℃, 23 ℃ 또는 26 ℃ 이며 융해열이 125 내지 145 kJ/kg이다. 지금까지 보고된 상변화물질의 마이크로 캡슐레이션(mPCM) 방법의 가장 큰 문제점은 순수 상변화물질(코어물질) 대비 마이크로 캡슐레이션 제조 공정이 복잡하여 mPCM 제품 가격이 높으며, 동시에 mPCM의 잠열량도 순수 상변화물질(코어물질) 대비 낮다는 점이다. 지금까지 보고된 형태안정성 상변화물질(SSPCM)관련 연구는 주로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: high-density polyethylene), 폴리올레핀(polyolefins), 엘라스토머(elastomers) 및 폴리머 알로이(polymer alloys)와 같은 지지물질인 매트릭스와 상변화 온도가 9 내지 60 ℃인 상변화물질이 혼합된 것들{대한민국 등록특허 제 10-1386547(2014) 및 저널(Xiao, M.; et al., Energy Conversion and Management, 2002, 43, 103-108. Zhang, Y. P.; et al., Energy and Buildings, 2006, 38, 1262-1269, Cai, Y.; et al., Energy Conversion and Management, 2008, 49, 2055-2062, Song, G.; et al., Energy, 2010, 35, 2179-2183, Trigui, A.; et al., Energy Conversion and Management, 2014, 77, 586-595, Wang Y.; et al., Energy and Buildings, 2014, 77, 11-16.)}로서 온도민감성 의약품 운송을 위한 패시브 콜드체인 단열포장시스템 응용과 관련된 연구가 아니었으며, 또한 패시브 콜드체인 단열포장시스템 구성요소로 사용되는 상변화물질인 테트라테칸과 관련된 연구도 아니었다. 상기에서 언급한 저널(Wang Y.; et al., Energy and Buildings, 2014, 77, 11-16.)은 상변화 온도가 20 ℃인 파라핀과 엘라스토머{EPDM(ethylene-propylene-diene monomer) 또는 SBS(styrene-butadiene-styrene)} 각각에 HDPE가 첨가된 폴리머 알로이(paraffin/EPDM/HDPE 또는 paraffin/SBS/HDPE) 형태안정성 상변화물질을 개시하고 있다. 또한, EPDM, SBS 및 SIS 엘라스토머가 상기 상변화물질을 흡수하는 양을 시간경과에 따라 각각 측정한 결과 SIS가 최대흡수율 96%로서 가장 높은 흡수율을 보였지만 형태를 유지할 수 없다고 개시하고 있다. 또한 EPDM은 최대흡수율 86%에서도 형태를 유지한다고 개시하고 있다. 상기에서 언급한 대한민국 등록특허 제 10-1386547(2014)는 상변화 온도가 9 ℃인 펜타데칸(n-pentadecane) 또는 상변화 온도가 18 ℃인 헥사데칸(n-hexadecane) 70 내지 80 중량% 와 엘라스토머인 SIS 20 내지 30 중량%와 각각 혼합 교반하여 제조된 형태안정성 상변화물질 제조 및 제조된 결과물을 진공포장하는 단계를 포함하는 상변화 화합물 제조방법을 개시하고 있으며, 엘라스토머의 중량%가 최소 20% 첨가된 형태안정성 상변화물질 잠열량은 순수 상변화물질(100 중량%)의 잠열량 대비 약 10 내지 20% 낮을 수 있으나, 상기 특허상 실시예인 상변화물질 75 중량% 와 엘라스토머 25 중량%로 구성된 형태안정성 상변화물질의 빈 박스 및 항온항습쳄버를 사용한 온도 성능평가 결과 순수 상변화물질(100 중량%) 대비 약 3배의 온도 유지 시간이 연장되었다고 개시하고 있다. 실제 응용에서는 문제가 될 소지가 있다. 또한, 상기 특허에서(제 10-1386547) 개시한 다공성 펠릿(porous pellet) SIS에 상변화물질인 펜타데칸 또는 헥사데칸을 함침시킨 젤(gel)상의 펠릿 형태의 형태안정성 상변화물질 제조법은 함침되지 않은 여분의 상변화물질을 분리하는 단계가 추가로 필요할 수도 있지만 상기 특허에서는 개시하고 있지 않다.

KR 10-0758655(주식회사 탭스인터내셔널) 2007. 09. 07. KR 10-2013-0071922(주식회사 탭스인터내셔널) 2013. 06. 21. US 6,200,681(Basf Aktiengesellschaft) 2001. 03. 13. KR 10-1386547(김형만) 2014. 04. 11.

Xiao, M.; et al., Energy Conversion and Management, 2002, 43, 103-108. Zhang, Y. P.; et al., Energy and Buildings, 2006, 38, 1262-1269. Cai, Y.; et al., Energy Conversion and Management, 2008, 49, 2055-2062. Song, G.; et al., Energy, 2010, 35, 2179-2183. Trigui, A.; et al., Energy Conversion and Management, 2014, 77, 586-595. Wang Y.; et al., Energy and Buildings, 2014, 77, 11-16.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 온도민감성 의약품 운송을 위한 패시브 콜드체인(passive cold chain) 단열포장시스템의 구성요소인 온도조절물질(temperature stabilizer)로서 사용될 수 있으며, 순수한 테트라데칸(100 중량%) 상변화물질 대비 녹는점 이상에서 액체인 상변화물질의 누출을 방지하여, 패시브 콜드체인 운송, 보관 및 취급시 상변화물질 팩의 누출 문제점을 해결함으로써 패시브 단열포장시스템 제품의 성능이 제고되는 축냉 및 축열용 형태안정성 상변화물질 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 형태안정성 상변화물질 팩은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,

EPM(ethylene-propylene monomer), EPDM(ethylene-propylene-diene monomer), SBS(styrene-butadiene-styrene), SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene), SIS(styrene-isoprene-styrene) 및 SEPS(styrene-ethylene-propylene-styrene)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 엘라스토머를 포함하는 테트라데칸 형태안정성 상변화물질, 및

상기 형태안정성 상변화물질을 수용하는 밀봉된 본체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 형태안정성 상변화물질은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PMMA{poly(methyl methacrylate)}, PS(polystyrene) 및 PE-EVA(ethylene-vinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 지지물질을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 형태안정성 상변화물질은 세틸알콜, 스테아릴 알콜, 에이코사놀(eicosanol), 미리스틱산, 팔미틱산, 비헨산, 스테아릭산 아미드, 에틸렌바이솔레익산 아미드 (ethylenebisoleic acid amide), 메틸올비헨산 아미드 (methylolbehenic acid amide), 및 N-페닐-N'-스테아릴요소 (N-phenyl-N'-stearylurea)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조핵제를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체부는 상기 형태안정성 상변화물질을 주입할 수 있도록 주입부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 주입부는 개폐부가 추가로 설치될 수 있다.

또한, 상기 본체부는 셀을 이루고 각 셀은 상기 형태안정성 상변화물질을 각각 수용할 수 있다.

또한, 상기 테트라테칸 : 엘라스토머의 중량비는 60 내지 99.9 중량% : 0.1 내지 40 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.5 중량% : 0.5 내지 20 중량%일 수 있다.

또한, 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 지지물질의 중량비는 60 내지 99.8 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.5 중량% : 0.3 내지 10 중량% : 0.2 내지 10 중량%일 수 있다.

또한, 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 35 중량% : 0.2 내지 5 중량%, 바람직하게는 80 내지 99 중량% : 0.1 내지 17 중량% : 0.2 내지 3 중량%일 수 있다.

또한 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 지지물질 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 15 중량% : 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 10 중량% : 0.1 내지 7 중량% : 0.1 내지 3 중량%일 수 있다.

본 발명의 테트라데칸에 소량의 엘라스토머가 첨가되어 혼합교반 후 간단하게 제조된 형태안정성 상변화물질이 수용된 형태안정성 상변화물질팩은 엘라스토머가 첨가되지 않은 기존의 상변화물질팩에 비해 상변화물질인 테트라데칸의 상전이 온도(5 내지 6 ℃) 이상에서 액체 상변화물질의 누출을 방지하여, 온도민감성 의약품 운송용 패시브 콜드체인 운송, 보관 및 취급시 단열포장시스템 구성요소인 테트라데칸 상변화물질 팩의 누출 문제점을 해결함으로써, 단열포장시스템 제품의 성능이 제고되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 형태안정성 상변화물질팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 형태안정성 상변화물질팩의 제작과정을 보여주는 공정도이다.
도 3은 복수개의 형태안정성 상변화물질을 포함하는 형태안정성 상변화물질 셀팩을 보여주는 사시도이다.
도 4a의 좌측 사진은 테트라데칸과 혼합 되지 않은 대표적인 열가소성 엘라스토머인 다공성 펠릿인 SIS이며 우측 사진은 SIS와 테트라테칸을 혼합 교반하여 제조된 펠릿형태가 아닌 형태안정성 상변화물질의 상온(20 내지 26 ℃)에서 일정한 형태를 갖고 있는 모습을 보여주기 위해 샘플 바이얼을 뒤집어 놓은 모습이다. 도 4b의 좌측사진은 전술한 다공성 펠릿 SIS이며, 우측사진은 전술한 SIS와 테트라테칸으로 제조된 형태안정성 상변화물질이 동결된 모습이다.
도 5a는 순수한 테트라데칸(100 중량%) 과 제조된 형태안정성 상변화물질의 실제 열적 성능을 비교평가하기 위해 사용된 단열박스 및 박스 내부 측면 중앙에 부착된 온도 기록계인 온도 데이터로거(data logger) 모습이다. 도 5b는 도 5a의 단열박스 내부 바닥면에 동일 중량의 순수한 테트라데칸(100 중량%) 팩 또는 제조된 형태안정성 상변화물질팩이 각각 적재된 후 단열포장테스트 온도 성능평가를 실시하기 전 모습이며, 단열박스 외부 온도변화를 측정하기 위해 단열박스 뚜껑에 부착된 온도 데이터로거 모습이다.
도 6a는 도 5에서 언급한 순수한 테트라데칸(100 중량%) 700g이 각각 수용된 팩 2개 및 제조된 형태안정성 상변화물질 700g이 각각 수용된 팩 2개 모습이며, 도 6b는 인공적으로 외부환경온도(ambient temperature profile)를 제공하는 항온항습쳄버 및 쳄버 내부에 도 5에서 전술한 단열포장시스템이 적재된 모습이다.
도 7은 도 5 내지 도 6에서 언급한 순수한 테트라데칸(100 중량%) 팩 및 제조된 형태안정성 상변화물질 팩이 각각 적재된 단열포장시스템 내부 적재공간의 시간에 대한 평균온도 변화를 각각 보여주는 단열포장시스템 온도 성능평가 결과이며, 단열박스 내부에 어떠한 종류의 팩도 적재되지 않은 빈 단열박스 내부 온도변화 측정결과도 포함하고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 형태안정성 상변화물질팩(10)은 도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이, 소량의 엘라스토머와 테트라데칸을 혼합 교반하여 제조된 형태안정성 상변화물질(200)과, 형태안정성 상변화물질(200)을 수용하는 밀봉된 본체부(100)를 포함하여 구성된다.

상기 엘라스토머는 EPM(ethylene-propylene monomer), EPDM(ethylene-propylene-diene monomer), SBS(styrene-butadiene-styrene), SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene), SIS(styrene-isoprene-styrene) 및 SEPS(styrene-ethylene-propylene-styrene)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된다.

그리고, 상기 형태안정성 상변화물질(200)은 형태안정성 증대를 위해 제조과정에서 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PMMA{poly(methyl methacrylate)}, PS(polystyrene) 및 PE-EVA(ethylene-vinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 지지물질을 추가로 포함할 수 있다.

상기 형태안정성 상변화물질팩(10)은 냉장 또는 냉동장치(미도시) 등에 의하여 동결된다.

상기 형태안정성 상변화물질팩(10)의 냉장 또는 냉동장치(미도시) 등에 동결시 동결시간 단축 및 동결 재현성 증대를 위해 소량의 세틸알콜, 스테아릴 알콜, 에이코사놀(eicosanol), 미리스틱산, 팔미틱산, 비헨산, 스테아릭산 아미드, 에틸렌바이솔레익산 아미드 (ethylenebisoleic acid amide), 메틸올비헨산 아미드 (methylolbehenic acid amide), 및 N-페닐-N'-스테아릴요소 (N-phenyl-N'-stearylurea)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조핵제가 첨가될 수 있다.

상기 형태안정성 상변화물질(200)은 어는점 하강 및 상승 등의 기능을 구현하기 위한 n-도데칸(n-dodecane), 또는 n-펜타데칸등과 같은 첨가물이 추가될 수 있다.

상기 본체부(100)의 재질은 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 등의 합성수지계 필름이 사용된다. 또한 상기 본체부(100)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등과 같은 일정한 형태를 갖는 용기에 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 등의 합성수지제 필름등과 같은 용기 커버를 가질 수도 있다. 나아가 그 바깥에 부직포 등을 사용함으로써 동결시 본 발명의 형태안정성 상변화물질팩끼리 들러붙는 것을 예방하는 것이 바람직하다.

상기 본체부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 형태안정성 상변화물질을 주입할 수 있도록 주입부(130)가 형성될 수 있다. 이때 상기 주입부(130)에는 형태안정성 상변화물질(200)이 내부로만 유입되고 외부로는 배출되는 것을 방지하기 위한 체크밸브 또는 뚜껑 등과 같은 개폐부(131)가 추가로 설치될 수 있다. 또한 상기 주입부(130)는 형태안정성 상변화물질(200)이 주입된 후에 밀봉될 수 있다.

본 발명에 따른 형태안정성 상변화물질팩은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 본체부(100)는 복수개의 셀(101)을 이루도록 구성될 수 있으며, 셀의 모양은 정사각형 또는 직사각형과 같은 모양에 한정되는 것이 아니다.

상기 본체부(100)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 막(110, 120)들로 구성되어, 형태안정성 상변화물질이 개재된 상태에서 테두리 부분이 열접착 등에 의하여 밀봉할 수 있다.

상기 형태안정성 상변화물질을 구성하는 테트라테칸 : 엘라스토머의 중량비는 60 내지 99.9 중량% : 0.1 내지 40 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.5 중량% : 0.5 내지 20 중량%일 수 있다. 또한, 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 지지물질의 중량비는 60 내지 99.8 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.5 중량% : 0.3 내지 10 중량% : 0.2 내지 10 중량%일 수 있다. 또한 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 35 중량% : 0.2 내지 5 중량%, 바람직하게는 80 내지 99 중량% : 0.1 내지 17 중량% : 0.2 내지 3 중량%일 수 있다. 또한 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 지지물질 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 15 중량% : 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 80 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 10 중량% : 0.1 내지 7 중량% : 0.1 내지 3 중량%일 수 있다.

상기 범위에 비해 엘라스토머 또는 지지물질의 양이 적은 경우 테트라데칸의 형태안정성이 저하되며, 반대로 엘라스토머 또는 추가 지지물질의 양이 더 많은 경우 상변화물질의 양이 상대적으로 적어져 온도민감성 제품의 정온 보관과 관련된 단열포장시스템의 성능저하를 초래할 수 있다. 또한 상기 범위에 비해 조핵제의 양이 적은 경우 동결시간 단축 및 동결 재현성 향상이 저하되며, 반대로 조핵제의 양이 더 많은 경우 상전이물질의 양이 상대적으로 적어져 온도민감성 제품의 정온 보관과 관련된 단열포장시스템의 성능저하를 초래할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

실시예

실시예

다공성 펠릿형태인 SIS 110g에 상변화물질인 테트라데칸 1300g을 혼합한 이후 혼합교반하여 테트라데칸 대비 7.8 (wt/wt)% 중량비를 갖는 형태안정성 상변화물질을 제조하였다. 제조된 형태안정성 상변화물질을 본체부에 수용시키고 가열 융착기를 사용하여 상기 본체부의 개폐부를 가열융착하고, 가열융착된 한쪽 끝부분을 일부 개방하여 형태안정성 상전이물질 팩 내부의 공기를 최대한 제거한 후 개방된 형태안정성 상변화물질 팩 끝부분을 다시 가열융착하여 도 6a에 도시된 700g의 형태안정성 상변화물질을 수용하는 팩 2개를 제조하였다.

상기에서 제조된 형태안정성 상변화물질 팩 2개를 동결시키기 위해 항온쳄버(쳄버 내부 설정온도 3 ℃)에 24시간 동안 적재하였으며, 형태안정성 상변화물질팩은 단단하게 완전히 동결하였다.

상기에서 제조된 동결된 형태안정성 상변화물질 팩 2개를 상온에서 24시간 동안 보관된 도 5a에 도시된 단열박스의 내부 적재공간 바닥면에 2단 적층한 후, 항온쳄버내부 온도가 안정화된 다른 항온쳄버(쳄버내부 설정온도 43 ℃)에 도 6b에 도시한 것과 같이 단열포장시스템을 적재하여 단열박스 내부 적재공간의 시간에 대한 온도 변화를 측정하였다. 도 5a에 도시된 바와 같이 단열박스 내부 적재공간 측면 중앙 부분에 온도 데이터로거를 각각 부착하여 단열박스 내부 적재공간의 시간에 대한 온도변화를 측정하였다. 상기 온도 데이터로거는 한국인정기관(KOLAS: Korea Laboratory Accreditation Scheme)으로부터 인정받은 국가교정기관에서 1년에 1회 교정을 받아야 되며, 테스트에 사용된 모든 온도 데이터로거는 교정기간이 유효한 온도 데이터로거를 사용하였다. 또한 상기에서 사용된 항온쳄버는 쳄버내부 위치별 온도를 측정하는 온도맵핑테스트를 정기적으로 실시하고 있으며, 항온쳄버의 프로그램상 설정온도 대비 항온쳄버 내부 실제 온도 차이가 ± 1 ℃ 인 신뢰할 수 있는 항온쳄버들이다.

비교예 1

실시예와 동일한 과정을 거치되, SIS를 첨가하지 않고 상변화 물질팩을 제조한 이후 단열포장시스템의 온도 성능평가를 실시하였다.

비교예 2

상변화 물질팩이 적재되지 않은 빈 단열박스를 상기 실시예 및 비교예 1의 단열포장시스템 온도 성능평가 방법과 동일하게 단열박스 내부 적재공간의 시간에 대한 온도 변화를 측정하는 온도 성능평가를 실시하였다.

시험예

실시예 및 비교예 1 내지 비교예 2에 의해 측정된 단열포장시스템 내부 적재공간의 시간에 대한 평균 온도 변화 측정결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 도시된 바와 같이, 외부환경온도 43 ℃(O-T-EM)에 노출된 빈 단열박스(초기 단열박스 온도는 23.3 ℃이며, 비교예 2에서 전술함)는 약 10분 경과후 급속하게 단열박스 내부 적재공간의 평균 온도가 상승하여 약 70분 경과시 외부환경온도인 42.5 ℃에 도달하였다(I-Avg-EM). 이러한 단열박스 내부 온도 성능평가 결과는 단열박스 내부에 적재되는 적재물의 온도를 일정시간 이상 일정한 온도에서 유지시키기 위해서는 단열박스 이외 온도조절물질이 필요하다는 것을 증명해 준다.

도 7에 도시된바와 같이, 테트라데칸 상변화물질 팩을 수용한 단열포장시스템(초기 단열박스 온도가 23.5 ℃ 이며, 비교예 1에서 전술함)을 외부환경온도 43 ℃(O-T-P)에 노출시 동결된 데트라데칸 팩의 영향으로 초기 단열박스 내부 적재공간의 평균 온도가 22.7 ℃로 낮아짐을 볼 수 있다. 약 150분 경과시 단열박스 내부 적재공간의 평균온도가 완만하게 상승하여 26.3 ℃로서 초기 단열박스 온도 대비 2.8 ℃ 상승함을 보였다(I-Avg-P).

도 7에 도시된바와 같이, 테트라데칸에 SIS 엘라스토머가 소량 첨가된 형태안정성 상변화물질 팩을 수용한 단열포장시스템(초기 단열박스 온도가 24.6 ℃ 이며, 실시예 에서 전술함)을 외부환경온도 43 ℃(O-T-KR)에 노출시 동결된 형태안정성 상변화물질 팩의 영향으로 초기 단열박스 내부 적재공간의 평균 온도가 23.0 ℃로 낮아짐을 볼 수 있다. 약 150분 경과시 단열박스 내부 적재공간의 평균온도가 완만하게 상승하여 27.1 ℃로서 초기 단열박스 온도 대비 2.5 ℃ 상승함을 보였다(I-Avg-KR).

전술한 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 2에 의해 측정된 단열포장시스템 내부 적재공간의 시간에 대한 평균 온도 변화 측정결과 비교를 통해서 테트라데칸 팩과 동일한 중량 및 동일한 팩 필름으로 제작된 형태안정성 상변화물질 팩의 온도민감성 의약품 운송을 위한 단열포장시스템의 열적 성능은 테트라데칸을 수용한 팩과 거의 유사한 열적 성능을 보여줌을 확인하였다. 또한 콜드체인 운송, 보관 및 취급시 단열포장시스템 구성요소인 상변화물질 팩 필름의 외부 충격 또는 필름 열접착 부위에 결함 또는 팩 필름 자체 결함등으로 액체상태의 상전이물질인 테트라데칸이 누출되는 문제점을 본 발명의 형태안정성 상변화물질을 수용한 팩을 사용함으로써 해결할 수 있음을 확인하였다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한되서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허첨구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 형태안정성 상변화물질팩 100 : 본체부
130 : 주입부 131 : 개폐부
200 : 형태안정성 상변화물질

Claims (10)

1. EPM(ethylene-propylene monomer), EPDM(ethylene-propylene-diene monomer), SBS(styrene-butadiene-styrene), SEBS(styrene-ethylene-butylene-styrene), SIS(styrene-isoprene-styrene) 및 SEPS(styrene-ethylene-propylene-styrene)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 엘라스토머를 포함하는 테트라데칸 형태안정성 상변화물질, 및
   상기 형태안정성 상변화물질을 수용하는 밀봉된 본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 형태안정성 상변화물질은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PMMA{poly(methyl methacrylate)}, PS(polystyrene) 및 PE-EVA(ethylene-vinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 지지물질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 형태안정성 상변화물질은 세틸알콜, 스테아릴 알콜, 에이코사놀(eicosanol), 미리스틱산, 팔미틱산, 비헨산, 스테아릭산 아미드, 에틸렌바이솔레익산 아미드 (ethylenebisoleic acid amide), 메틸올비헨산 아미드 (methylolbehenic acid amide), 및 N-페닐-N'-스테아릴요소 (N-phenyl-N'-stearylurea)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조핵제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 본체부는 상기 형태안정성 상변화물질을 주입할 수 있도록 주입부가 형성된 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 주입부는 개폐부가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 본체부는 셀을 이루고 각 셀은 상기 형태안정성 상변화물질을 각각 수용하는 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 형태안정성 상변화물질을 구성하는 테트라테칸 : 엘라스토머의 중량비는 60 내지 99.9 중량% : 0.1 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 형태안정성 상변화물질을 구성하는 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 추가 지지물질 중량비는 60 내지 99.8 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
9. 청구항 3에 있어서,
   상기 형태안정성 상변화물질을 구성하는 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 35 중량% : 0.2 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.
10. 청구항 3에 있어서,
    상기 형태안정성 상변화물질을 구성하는 상기 테트라데칸 : 엘라스토머 : 추가 지지물질 : 조핵제의 중량비는 60 내지 99.7 중량% : 0.1 내지 20 중량% : 0.1 내지 15 중량% : 0.1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 형태안정성 상변화물질 팩.

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