KR20200094300A - 다공체를 이용한 상전이물질 복합체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다공체를 이용한 상전이물질 복합체는 상전이할 공간을 충분히 확보할 수 있어 안정성이 우수하고, 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다공체를 이용한 상전이물질 복합체는 다공체 내에 상전이물질을 다량 함유할 수 있고, 에너지 저장 효율이 우수하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 효과가 있다.

Description

다공체를 이용한 상전이물질 복합체{PHASE CHANGE MATERIAL COMPOSITE USING POROUS CARRIER}

본 발명은 다공체를 이용한 상전이물질 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충분한 안정성을 가져 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않고, 에너지 저장 효율이 우수한 다공체를 이용한 상전이물질 복합체에 관한 것이다.

PCM(Phase Change Material)은, 상전이물질의 영문 약자로서 외부 온도의 변화에 따라 상전이를 통하여 자체적인 온도 변화(10℃ 정도) 현상을 일으키는데, 이는 흡열과 발열을 반복한다는 의미이다. 이를 다시 살피면, 상전이 물질은 융점과 빙점을 가지고 있어 빙점에 돌입하는 순간에는 저장하고 있던 열을 발산하고 융점에 돌입하는 순간에는 주위의 열을 흡수하는데, 저온과 고온의 온도 변화가 발생될 때 위 상전이물질은, 저온에서는 열을 발산하고 고온에서는 열을 흡수하여 상전이물질이 결합되어 있는 어떠한 물건이나 생체를 심한 온도 변화로부터 보호하는 역할을 한다.

일반적으로 잠열은 물질의 상변화 시 등온에서 흡수 및 방출되는 열로서, 얼음이 녹을 때 흡수하는 80cal/g의 융해열이나 물이 증발할 때 흡수하는 540cal/g의 증발열이 그 대표적인 예이다. 이러한 잠열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법을 잠열 축열이라 하는데, 이는 현열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법보다 단위 부피당 또는 단위 무게당 더 많은 양의 열을 저장할 수 있다. 일반적으로 잠열 축열재는 소정 온도에서 상이 변하는 상전이물질을 이용하여 열에너지를 저장할 수 있다. PCM을 잠열 축열재로 사용하기 위해서는 전이 온도가 원하는 온도 영역이고, 열용량과 잠열이 크며 과냉각 현상이 작아야 하고 무독성이며, 환경오염성이 없고 화학적으로 안정하고, 반복 사용이 가능하며 재현성이 좋아야 한다. 또한, 상전이물질이 상전이할 공간이 필요하며, 공간 없이 구속되어 있는 경우에는 상전이가 힘들 수 있다.

이에 상전이물질을 캡슐화하는 기술에 대한 관심이 높고, 연속 공정이 아니라 배치 공정으로 생산 및 제조를 수행하고 있는 실정이다. 구체적으로 대한민국 공개특허공보 특2003-0018155에서는 상전이물질을 구형의 미세입자로 제조한 후 그 입자 표면에 고분자 물질을 1개층 또는 2개층으로 도포하여 마이크로캡슐화 하는 기술을 제공하여, 열응답성, 기계적 강도 및 안정성을 향상시켰다.

그러나, 여전히 마이크로캡슐화된 상전이물질은 비용적인 측면에서 제조비용이 많이 소요되기 때문에 산업적으로 적극 활용하기에는 경제적으로 부담이 될 뿐만 아니라 전단력에 의하여 쉽게 파괴되는 한계점이 있었다. 이에 충분한 안정성을 가지며, 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않고 잘 견딜 수 있는 상전이물질의 캡슐화를 대체할 수 있는 구조나 입체에 대한 기술이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 특2003-0018155

본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 상전이할 공간이 충분하고, 안정성이 향상되어 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않는 다공체를 이용한 상전이물질 복합체를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 상전이물질의 함유량이 우수하고, 에너지 저장 효율이 우수하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 다공체를 이용한 상전이물질 복합체를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상전이 공간을 제공하는 공극이 형성되어 있는 다공체; 상기 다공체의 공극에 함침되어 있는 상전이물질; 및 상기 다공체의 표면을 완전히 둘러싸고 있는 코팅층;을 포함하고, 상기 상전이물질은 상전이물질 복합체에 대하여 38 ~ 55 중량%로 함침되어 있는 상전이물질 복합체를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공체는 실리카, 제올라이트, 벤토나이트, 활성탄소, 알루미나, 탄화규소, 지르코니아 및 플라이애쉬로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 상전이물질은 수화무기염, 다가 알코올, PET-PEG 공중합체, PEG, PTMG 및 선형 사슬 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 상전이물질 복합체의 상전이 에너지양은 80 ~ 100J/g일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 상전이물질 복합체는 상온에서 분말 형태일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코팅층은 PU에멀젼, EVA에멀젼, 고무 라텍스 및 아크릴에멀젼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다공체를 이용한 상전이물질 복합체는 상전이할 공간을 충분히 확보할 수 있어 안정성이 우수하고, 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다공체를 이용한 상전이물질 복합체는 다공체 내에 상전이물질을 다량 함유할 수 있고, 에너지 저장 효율이 우수하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다공체를 이용한 상전이물질 복합체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다공체를 이용한 상전이물질 복합체 제조방법의 시스템도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상전이물질 복합체의 에너지양을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 사용되는 용어에 대하여 설명한다.

용어 '프리(pre)-상전이물질 복합체'는 본 발명의 상전이물질 복합체를 수득하기 이전 단계들로부터 얻을 수 있는 물질들을 의미하는 것으로, 상기 물질들에 대하여 추가적인 공정들을 수행하여 본 발명의 상전이물질 복합체를 수득할 수 있는 물질들을 의미한다.

상술한 바와 같이 종래에는 상전이물질을 산업 분야에 활용하기 위하여, 캡슐화를 통해 안정성을 확보하고자 하였다. 그러나 마이크로캡슐화된 상전이물질은 비용적인 측면에서 제조비용이 많이 소요되기 때문에 산업적으로 적극 활용하기에는 경제적으로 부담이 될 뿐만 아니라 전단력에 의하여 쉽게 파괴되는 한계점이 있었다.

이에 본 발명은 상전이 공간을 제공하는 공극이 형성되어 있는 다공체; 상기 다공체의 공극에 함침되어 있는 상전이물질; 및 상기 다공체의 표면을 완전히 둘러싸고 있는 코팅층;을 포함하고, 상기 상전이물질은 상전이물질 복합체에 대하여 38 ~ 55 중량%로 함침되어 있는 상전이물질 복합체를 제공하여 상술한 한계점의 해결책을 모색하였다.

이에 따라, 본 발명은 상전이할 공간을 충분히 확보할 수 있어 안정성이 우수하고, 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않는 효과가 있다. 또한, 다공체 내에 상전이물질을 다량 함유할 수 있고, 에너지 저장 효율이 우수하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 효과가 있다.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다공체를 이용한 상전이물질 복합체의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 상전이물질 복합체(1)에 사용되는 다공체(10)는 복수 개의 공극이 형성되어 있다. 상기 다공체(10)의 공극 내에 상전이물질(20)이 함침되고 그 후 코팅층(30)을 형성하여 본 발명의 상전이물질 복합체(1)가 형성된다.

먼저, 상전이 공간을 제공하는 공극이 형성되어 있는 다공체(10)에 대해 설명한다.

다공체(10), 즉 다공성 담체는 복수 개의 공극이 형성되어 있어, 상전이물질의 상전이 공간을 제공할 수 있다.

다공체(10)는 복수 개의 공극이 형성되어 있는 담체를 의미하며, 바람직하게는 내부에 1 ~ 1000nm 크기의 하나 이상의 공극을 갖는 담체를 의미하며 공극의 크기에 따라 마이크로포러스(microporous, pore < 2 nm), 메조포러스(mesoporous, 2 nm < pore < 50 nm), 메크로포러스 (macroporous, pore > 50 nm) 물질로 구분할 수 있다.

다공체(10)는 공극 내부에 상전이물질을 함침하여 상전이물질 복합체를 형성할 수 있는 것으로 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 공극의 크기 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리카, 알루미나, 니오비움, 탄탈륨, 지르코늄, 카본, 마그네슘, 티타늄 및 고분자로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며 MPS (mesoporous silica), MCM (mobil composition of matter), SBA (Santa Barbara materials), CNS (MPS with cyanofuntional groups), OMC (ordered mesoporous carbon), MCF-C (mesocellular carbon foam) 또는 SCMS (supplementary cementitious materials)의 형태로 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 MCF (mesocellular foam)일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공체(10)의 수분 함유량이 1.5 중량%이하로 유지시켰다. 이 경우 다공체(10)는 불순물 및 수분이 제거된 상태이므로, 상전이물질 복합체의 제조에 유용하게 활용할 수 있다.

다음으로, 다공체(10)의 공극에 함침되어 있는 상전이물질(20)에 대해 설명한다.

상전이물질(PCM, Phase Change Material)(20)은 다양한 온도에서 상변화를 일으키는 물질로, 유기물질과 무기물질 그리고 자연계에서 얻을 수 있는 식물성으로 분류할 수 있다. 유기물질의 예로는 탄소와 수소로 이루어진 하이드로카본 계열의 테트라데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등의 물질이 있으며, 무기물질의 예로는 수화물형태의 염화칼슘 등이 있다.

본 발명의 상전이물질(20)은 다공체(10)에 함침되어 상전이물질 복합체(1)를 형성할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 수화무기염, 다가 알코올, PET-PEG 공중합체, PEG, PTMG 및 선형 사슬 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

또한, 다공체(10)는 복수 개의 공극이 형성되어 있고, 담체로서의 기능을 수행할 수 있다. 다공체(10)의 복수 개의 공극 내에 상전이물질(20)이 함침되는 경우, 일정량의 상전이물질(20)들이 각각 분산되어 복수 개의 공극에 함침될 수 있다. 이를 통해 상전이물질(20)의 상전이 공간을 효율적으로 확보할 수 있어, 안정성이 향상되는 효과가 있다.

구체적으로, 다공성 무기질과 같은 구조체인 다공체(10)에 상전이물질(20)을 침투/함침시키는 함침법(impregnation method)을 통해 상전이물질 복합체(1)를 형성할 수 있다. 함침법은 상전이물질(20)을 다공체(10)에 함침시키면 다공체(10)의 기공과 표면, 입자 사이의 공간에 상전이물질(20)이 머물게 된다.

종래에는 이와 같이 다공체(10)에 상전이물질(20)을 함침시킨 축열재를 고분자 재료의 첨가제로 사용하게 되면, 다공체(10)의 기공 속에 머물지 못한 상전이물질(20)이 고분자 재료 사이에 분산되어 상전이 공간이 부족하게 되고, 상전이 공간이 부족하여 상전이 에너지가 손실되는 한계점이 있었다.

이에 본 발명은 보다 효과적으로 다공체(10)에 상전이물질(20)을 과량으로 함침시킴으로써 상전이물질(20)이 다공체(10)의 공극에 최대한 함침되게 할 수 있다.

한편, 다공체(10)의 공극 내부에 '함침'되는 상전이물질(20)은, 상전이물질(20)이 담체 내부에 충진된 상태로 존재하여 상전이물질 복합체(1)를 형성할 수 있는 상태로 존재하며 화학적 또는 물리적 결합없이 단순히 함침되어 있을 수 있다.

또한, 상기 상전이물질(20)은 상전이물질 복합체(1)에 대하여 38 ~ 55 중량%로 함침된다. 본 발명은 상전이물질(20)을 38 ~ 55 중량%로 함유함으로써, 상전이물질(20)을 다량 함유할 수 있어 상전이물질(20)의 함침율이 우수한 상전이물질 복합체(1)를 제공할 수 있다.

보다 바람직하게는 상전이물질 복합체(1)는 상전이물질(20)을 40 ~ 55 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내로 상전이물질(20)을 포함하는 경우에는 함침율이 우수하게 나타나되, 상전이물질(20)의 상전이 공간을 효율적으로 확보할 수 있다. 이에 따라 안정성이 우수함과 동시에 에너지 저장 효율이 우수한 상전이물질 복합체(1)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 다공체(10)의 표면을 완전히 둘러싸고 있는 코팅층(30)에 대해 설명한다.

다공체(10)의 표면에 코팅층(30)을 형성함으로써 상전이물질 복합체(1)의 안정성 및 상전이물질의 함유량(함침율)을 확보할 수 있다. 즉 코팅층(30)은 다공체(10)에 함침된 상전이물질(20)이 외부로 빠져나가거나 유출되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코팅층(30)은 고분자 분산액으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, PU에멀젼, EVA에멀젼, 고무 라텍스 및 아크릴에멀젼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 코팅층(30)의 코팅은 교반과 같은 믹싱으로 표면에 피막 코팅과 스프레이 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있다. 보다 바람직하게는 스프레이 코팅으로 수행될 수 있다.

본 발명의 상전이물질 복합체(1)의 상전이 에너지양은 80 ~ 100J/g인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 90 ~ 100J/g일 수 있다. 상전이 에너지양이 상기 범위인 경우에는 에너지 저장 효율이 우수한 다공체(10)를 이용한 상전이물질 복합체(1)를 제공할 수 있다. 이에 따라 다양한 산업 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

또한, 본 발명의 상전이물질 복합체(1)는 상온에서 분리 전에서 슬러지 형태로 나타나지만, 분리 이후에는 분말 형태로 나타날 수 있다. 또한, 코팅 이후에도 분말 형태일 수 있다.

나아가, 본 발명은 (1) 다공체 100 중량부에 대하여 상전이물질을 150 ~ 350 중량부로 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; (2) 상기 혼합물을 상전이물질이 상기 다공체의 공극에 함침될 수 있도록 감압하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성하는 단계; (3) 상기 혼합물로부터 다공체의 공극에 미함침된 상전이물질을 제거하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 분리하는 단계; 및 (4) 상기 프리(pre)-상전이물질 복합체의 표면을 코팅하여 상전이물질 복합체를 수득하는 단계;를 포함하는 상전이물질 복합체 제조방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명은 상전이할 공간을 충분히 확보할 수 있어 안정성이 우수하고, 전단력에 의해서도 쉽게 파괴되지 않는 효과가 있다. 또한, 다공체 내에 상전이물질을 다량 함유할 수 있고, 에너지 저장 효율이 우수하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 효과가 있다.

이하, 상술한 내용과 중복되는 내용을 제외하고 상세히 설명한다.

이와 관련하여, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다공체를 이용한 상전이물질 복합체 제조방법의 시스템도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다공체(10)를 이용한 상전이물질 복합체 제조방법은 다공체(10) 100 중량부에 대하여 상전이물질(20) 150 ~ 350 중량부로 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계(S1), 상기 혼합물을 감압하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성하는 단계(S2), 상기 혼합물로부터 프리(pre)-상전이물질 복합체를 분리하는 단계(S3) 및 상기 프리(pre)-상전이물질 복합체의 표면을 코팅하여 상전이물질 복합체(1)를 수득하는 단계(S4)를 포함한다.

먼저, (1) 다공체(10) 100 중량부에 대하여 상전이물질(20)을 150 ~ 350 중량부로 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계(S1)에 대해 설명한다.

상기 (1) 단계를 통해 다공성 담체, 즉 복수 개의 공극이 형성되어 있는 다공체(10) 내에 상전이물질(20)이 충분히 함침되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 상전이물질(20)을 첨가한 후 혼합을 통해 혼합물을 형성하는 경우에, 상전이물질(20)이 다공체(10)의 공극 내에 침투될 수 있다. 그 후 후술하는 바와 같이 추가적인 공정을 수행하여 상전이물질(20)이 다공체(10)의 공극 내에 함침되어 복합체를 형성할 수 있게 된다.

또한, 상기 다공체(10)는 상기 (1) 단계를 수행하기 전에 수분을 제거하기 위해서 건조를 수행할 수 있다. 또한, 상기 건조는 100℃ 이상 온도에서 2 ~ 4시간 동안 수행될 수 있다.

한편, 상기 (1) 단계는 다공체(10) 100 중량부에 대하여 상전이물질(20)을 150 ~ 350 중량부로 첨가하여 혼합물을 형성한다. 이와 같이 다공체(10) 함량에 비하여 상전이물질(20)을 과량으로 첨가하고, 혼합하여 혼합물을 형성함으로써 다공체(10)에 상전이물질(20)이 침투되는 효율을 향상시킬 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 다공체(10) 100 중량부에 대하여 상전이물질(20)을 180 ~ 320 중량부로 첨가할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 다공체(10) 100 중량부에 대하여 상전이물질(20)을 200 ~ 300 중량부로 첨가할 수 있다.

만일 상전이물질(20)을 상기 범위를 초과하여 첨가하는 경우에는 분리하는데 많은 시간과 에너지가 소비되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 만일 상전이물질(20)을 상기 상기 범위 미만으로 첨가하는 경우에는 상전이물질(20)이 다공체(10)에 충분히 함침되는데 많은 시간이 걸릴 수 있어, 시간이 짧은 경우에는 충분히 함침되지 못하여 감압으로 침투성을 개선시키는 효과가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.

다음으로, (2) 상기 혼합물을 상전이물질(20)이 상기 다공체(10)의 공극에 함침될 수 있도록 감압하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성하는 단계(S2)에 대해 설명한다.

상기 (2) 단계를 통해 상전이물질(20)이 다공체(10)의 공극에 효과적으로 함침되어 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성할 수 있다. 상기 감압을 통해 상기 다공체(10)의 공극 내에 함침되는 상전이물질(20)의 함량을 증진시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 감압은 700 mmHg 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 감압은 600 mmHg 이하의 압력에서 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 ~ 500mmHg의 압력 하에서 수행될 수 있다.

상기 범위에서 감압을 수행하는 경우, 다공체(10)의 공극에 상전이물질(20)들이 용이하게 침투되어 함침될 수 있다. 이에 따라 상전이물질(20)을 고함량으로 함유하고 있는 상전이물질 복합체(1)의 제조가 가능하고, 상기 함침을 수행하는 단계는 간단한 공정으로 수행될 수 있어 공정 효율이 증대될 수 있다.

만일 상기 (2) 단계의 감압이 상기 범위를 초과하여 수행되는 경우에는 상전이물질(20)의 함침이 효율적으로 수행되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 (2) 단계의 감압이 상기 범위 미만으로 수행되는 경우에는 상전이물질(20)이 다공체(10)의 공극에 지나치게 과량으로 첨가되어 상전이물질(20)의 상전이 공간을 확보하기가 힘들고, 상전이물질 복합체(1)의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

다공체(10)의 공극 내부에 상전이물질(20)이 함침되면, 소정의 처리 공정을 통해 상전이물질 복합체(1)를 형성할 수 있는 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 프리(pre)-상전이물질 복합체는 본 발명의 상전이물질 복합체(1)를 수득하기 이전 단계들로부터 얻을 수 있는 물질들을 의미하는 것으로, 상기 물질들에 대하여 추가적인 공정들을 수행하여 본 발명의 상전이물질 복합체(1)를 수득할 수 있는 물질들을 의미할 수 있다.

이 때, 상기 (2) 단계를 통해 형성되는 프리(pre)-상전이물질 복합체는 혼합물 내에서 미처 다공체(10)에 함침 되지 못한 상전이물질(20)들과 함께 존재할 수 있으며, 상기 혼합물로부터 분리하여 코팅을 수행함으로써 상전이물질 복합체(1)가 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 감압을 수행한 이후에, 상기 다공체(10)의 표면에 존재하는 상전이물질(20)을 다공체(10)의 기공 내부로 침투하도록 초음파 처리하는 초음파 처리과정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 초음파 처리는 초음파 발생기를 이용하여 다공체의 표면에 부착된 상전이물질이 이동 및 미세 분산하도록 하여 함침 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 초음파 처리과정은 상전이물질(20)의 상전이 온도 범위의 최대값보다 0 ~ 20 ℃ 이상의 온도로, 10 ~ 100 kHz의 주파수 범위로, 15 ~ 60 분간 초음파 처리하는 것이 바람직하다.

다음으로, (3) 상기 혼합물로부터 다공체(10)의 공극에 미함침된 상전이물질을 제거하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 분리하는 단계(S3)에 대해 설명한다.

상기 (3) 단계를 통해 프리(pre)-상전이물질 복합체 및 미함침된 상태의 상전이물질의 혼합물로부터 프리(pre)-상전이물질 복합체를 분리해낼 수 있다. 이 때, '미함침된 상전이물질'이란 상기 (1) 단계에서 다공체(10)에 비하여 과량 첨가되어 다공체의 공극에 함침되지 못한 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계는 원심분리법(centrifugation)을 통해 수행되며, 회전 속도는 70 ~ 140 rpm일 수 있다.

원심분리법을 이용하여 원심력에 따라 상기 혼합물을 다공체(10)의 공극에 함침되지 않은 상전이물질과 프리(pre)-상전이물질 복합체로 분리할 수 있다. 이에 따라 프리(pre)-상전이물질 복합체를 용이하게 분리할 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 원심분리법 수행 시 회전 속도는 80 ~ 120 rpm일 수 있다. 만일 회전 속도가 상기 범위를 초과하는 경우에는 경우에는 회전 속도가 지나치게 빨라져 프리(pre)-상전이물질 복합체에 담지되는 상전이물질까지 분리되어 다공체(10)에 대한 상전이물질(20)의 함침율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 만일 회전 속도가 상기 범위 미만인 경우에는 프리(pre)-상전이물질 복합체 및 미함침된 상전이물질의 분리가 효율적으로 수행되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

한편, 이 때, 상전이물질(20), 원심분리기 내부 및 다공체(10)의 온도는 상전이물질(20)의 상전이 온도 범위의 최대값보다 약 0 ~ 20℃ 이상 높은 것이 바람직하다. 상기 범위보다 온도가 낮은 경우에는 상전이물질(20)의 부피 팽창으로 인하여 다공체(10)에 대한 상전이물질(20)의 함침율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 상기 원심분리법은 상기 혼합물을 다공체(10)의 공극에 함침되지 않은 상전이물질과 프리(pre)-상전이물질 복합체로 분리하기에 적합한 시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 15 ~ 60 분 동안 수행될 수 있다.

다음으로, (4) 상기 프리(pre)-상전이물질 복합체의 표면을 코팅하여 상전이물질 복합체(1)를 수득하는 단계(S4)에 대해 설명한다.

상기 (4) 단계를 통해 프리(pre)-상전이물질 복합체의 표면을 코팅할 수 있고, 이에 따라 상전이물질(20)의 다공체(10)에 대한 함침율을 향상시킬 수 있다.

상기 코팅은 PU에멀젼, EVA에멀젼, 고무 라텍스, 아크릴에멀젼 등 고분자 분산액으로 진행될 수 있다. 또한, 상기 코팅 방법은 믹서기를 이용한 단순한 혼합 과정을 수행한 이후 수분을 오븐 및 자연건조를 통해서 제거하는 방법이거나 스프레이 노즐로 이송될 수 있도록 혼합물을 제조하여 스프레이 드라이어로 건조하는 방법으로 수행될 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.

실시예 1

다공성 담체인 실리카를 수분 함유량이 2 중량% 이하가 되도록 건조하였다. 그 후 상기 실리카 100 중량부에 대하여 상전이물질(rubitherm(독일) RT 24)을 200 중량부로 첨가한 후 교반하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 진공 오븐에 투입한 후 600 mmHg로 감압한 후 45분 동안 방치하고, 상기 실리카에 상전이물질이 함침되도록 하여 프리(pre)-상전이물질 복합체를 형성하였다. 상기 프리(pre)-상전이물질 복합체를 원심분리기에 투입하고, 100 rpm으로 원심분리를 수행하여 실리카에 미담지된 과량의 상전이물질을 상기 혼합물로부터 분리하였다. 이 때 상기 원심분리는 실리카에 미담지된 과량의 상전이물질이 첨가된 상전이물질 총량의 66중량%가 될 때까지 수행하였다.

실시예 2

하기 표 1에 나타낸 실험 조건 대로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

하기 표 1에 나타낸 실험 조건 대로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 4

하기 표 1에 나타낸 실험 조건 대로 실시한 후 프리(pre)-상전이물질 복합체의 표면을 아크릴에멀젼 고형분(약40%)과 혼합하여 건조시켜 표면에 피막코팅한 상전이물질 복합체를 수득한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 1

하기 표 1에 나타낸 실험 조건 대로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 2

하기 표 1에 나타낸 실험 조건 대로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

표 1

실험예 1

실시예 및 비교예를 통해 제조한 상전이물질 복합체의 상전이 에너지양을 측정하여 이를 표 2에 나타내었다.

실험예 2

실시예 및 비교예를 통해 제조한 상전이물질 복합체의 외관 형태를 관측하여 이를 표 2에 나타내었다.

표2

상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우가 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 상전이 에너지양이 높음을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상전이물질 복합체의 에너지양을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 상전이 에너지양이 현저히 높은 값을 가짐을 확인할 수 있다.

Claims (6)

1. 상전이 공간을 제공하는 공극이 형성되어 있는 다공체;
   상기 다공체의 공극에 함침되어 있는 상전이물질;및
   상기 다공체의 표면을 완전히 둘러싸고 있는 코팅층;을 포함하고,
   상기 상전이물질은 상전이물질 복합체에 대하여 38 ~ 55 중량%로 함침되어 있는 상전이물질 복합체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다공체의 수분 함유량이 1.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 상전이물질 복합체.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 다공체는 실리카, 제올라이트, 벤토나이트, 활성탄소, 알루미나, 탄화규소, 지르코니아 및 플라이애쉬로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상전이물질 복합체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 상전이물질은 수화무기염, 다가 알코올, PET-PEG 공중합체, PEG, PTMG 및 선형 사슬 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 상전이물질 복합체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상전이물질 복합체의 상전이 에너지양은 80 ~ 100J/g인 것을 특징으로 하는 상전이물질 복합체.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층은 PU에멀젼, EVA에멀젼, 고무 라텍스 및 아크릴에멀젼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 상전이물질 복합체.
   

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