WO2016024658A1 - 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016024658A1
WO2016024658A1 PCT/KR2014/008594 KR2014008594W WO2016024658A1 WO 2016024658 A1 WO2016024658 A1 WO 2016024658A1 KR 2014008594 W KR2014008594 W KR 2014008594W WO 2016024658 A1 WO2016024658 A1 WO 2016024658A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
phase change
parts
surfactant
mass
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/008594
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정한모
다오트렁덩
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Publication of WO2016024658A1 publication Critical patent/WO2016024658A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to a phase-transfer complex including a carbon nanomaterial and a method for manufacturing the same, and specifically, a surface of a carbon nano material functionalized with a surfactant functionalized by a surfactant having a different charge from that of the surfactant.
  • the present invention relates to a phase change composite having a structure adsorbed through an electrostatic attraction on a phase change material and a method of manufacturing the same.
  • the thermal property control material may include not only an organic material but also an organic / inorganic composite material based on an organic material, and includes nanoscale structure and morphology control technology.
  • Thermal property control material is integrated into energy management system and can be applied. Especially, it is a source material that meets energy efficiency improvement through thermal efficiency improvement with new growth engine and green growth business.
  • the thermal property control material can be used to control the heat storage and heat release timing to prevent the electronic devices from overheating. That is, the phase change material is expected to be used as an overheat control material for electronic devices that absorbs and emits heat generated from the device in the form of latent heat to buffer temporary heat generation.
  • the phase change material is expected to be used as an overheat control material for electronic devices that absorbs and emits heat generated from the device in the form of latent heat to buffer temporary heat generation.
  • an encapsulation that maintains its shape even in the liquid state and an interpretation of the change in thermal properties must be performed.
  • an important factor to be considered in the encapsulation should be simple and economical manufacturing process, and the durability of the capsule should be excellent so that it does not chemically react with the phase change material, and fatigue failure does not occur in the volume change generated during the phase change.
  • Korean Patent Publication Nos. 2012-0031765 and 2011-0078514 encapsulate a phase change material with a polymer, and then disperse metal particles in a shell surrounding the core, inside or outside of the capsule, and durability of the capsule.
  • a phase change nanocapsule with improved thermal conductivity has been disclosed.
  • the content of the phase change material which is a heat storage active material, is reduced, and the thermal conductivity is low.
  • the manufacturing process is complicated, there is a problem that the manufacturing cost increases.
  • An object of the present invention is to provide a phase change composite having a small change in the thermal properties of the phase change material, excellent thermal conductivity, and excellent shape stability at a high temperature above the transition temperature of the phase change material.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing the phase change complex.
  • Another object of the present invention to provide a product comprising the phase change complex.
  • At least one carbon nano material adsorbed on the core surface At least one carbon nano material adsorbed on the core surface
  • the core and the carbon nanomaterial provide a phase change composite including functional groups having different charges on a surface thereof.
  • the first and second surfactants provide a method for producing a phase-transfer complex, which is an ionic surfactant having different charges.
  • It provides a product which is any one of a heat storage material, an electronic device overheating control material, a solar material, an automotive part, a building material, and a fiber material including the phase transition composite.
  • the phase change composite according to the present invention has a structure in which a carbon nano material whose surface is functionalized as a surfactant is adsorbed through the electrostatic attraction to the core surface functionalized by a surfactant having a different charge from the surfactant. It is economical because it can be manufactured by a simple process, and the thermal property of the phase change material is remarkably small, and its shape stability is excellent at high temperatures above the transition temperature of the phase change material, and its thermal conductivity is excellent. It can be usefully used in various fields such as materials, electronic device overheating control materials, solar materials, automotive parts, building materials, textile materials.
  • a to C are as follows:
  • A latex of phase change material particles whose surface is surrounded by a first surfactant
  • phase transition composite in which carbon nano material is adsorbed on the surface of phase change material particle
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a broken cross section of a sheet prepared by compressing a phase-transfer composite according to the present invention in another embodiment according to the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • Figure 4 is in one embodiment according to the invention, the image of the shape change at 100 °C according to the structure of the phase-transfer complex.
  • the terms "comprises” or “having” are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
  • absorption means that two materials are attached to each other by physical or chemical forces, and the two materials are the same phase or different phases depending on the ambient temperature environment.
  • the phase-transfer complex according to the present invention has a solid phase on the core surface of the solid phase containing the phase-transfer substance when the temperature of the surrounding environment is below the melting point of the phase-transfer substance (normal temperature condition of 20 to 25 ° C. for stearic acid). It may have a structure that is attached to the carbon nanomaterial.
  • the temperature of the surrounding environment is equal to or higher than the melting point of the phase change material (temperature condition of 71 ° C. or higher in the case of stearic acid)
  • the phase transition material contained in the core is melted to surround the liquid core surface with the solid carbon nano material. It may have a structure.
  • the present invention relates to a phase-transfer complex including a carbon nano material and a method of manufacturing the same.
  • phase change material stores thermal energy in latent heat to buffer the time difference between supply and use. It is expected to be used as a heat storage medium or a superheat control material.
  • the shape of the phase change material In order to apply a phase change material to a particular system, the shape of the phase change material must not change beyond the transition temperature. To this end, it is necessary to encapsulate the phase change material in a material having good heat resistance.
  • the manufacturing process is complicated in the case of a polymer material, and a stable amount can be produced only by using a large amount, thereby reducing the content of a phase change material, which is a heat storage active material.
  • the polymer materials have a problem in that the thermal conductivity is lowered due to the low thermal conductivity.
  • the present invention provides a phase change composite including a carbon nano material and a method of manufacturing the same.
  • the phase change composite according to the present invention has a structure in which a carbon nano material whose surface is functionalized as a surfactant is adsorbed through the electrostatic attraction to the core surface functionalized by a surfactant having a different charge from the surfactant. It is economical because it can be manufactured by a simple process, and the thermal property of the phase change material is remarkably small, and its shape stability is excellent at high temperatures above the transition temperature of the phase change material, and its thermal conductivity is excellent. It can be usefully used in various fields such as materials, electronic device overheating control materials, solar materials, automotive parts, building materials, textile materials.
  • At least one carbon nano material adsorbed on the core surface At least one carbon nano material adsorbed on the core surface
  • the core and the carbon nanomaterial provide a phase change composite including functional groups having different charges on a surface thereof.
  • the phase change composite according to the present invention is a carbon nano material adsorbed on a core surface composed of a phase change material, and may have a structure in which at least one carbon nano material is adsorbed on the core surface to surround a part or the whole of the core surface.
  • the adsorption may be implemented by the electrostatic attraction of functional groups having different charges attached to the surface of the core and the carbon nanomaterial. That is, the phase transition composite may have a structure in which the phase change material and the carbon nano material have functional groups with different charges on the surface thereof, and the carbon nano material is adsorbed onto the core surface by their electrostatic attraction.
  • the carbon nano material when the core surface contains an anionic functional group such as a sulfate group (-SO 4 2- ), the carbon nano material is an ammonium group (NR 4 + ,
  • R may independently include a cationic functional group such as H or C 1-20 alkyl), one or more carbon nano material may be adsorbed to the core surface by their electrostatic attraction.
  • the functional group is not particularly limited as long as it can implement an electrostatic attraction having cationic or anionic properties.
  • the functional group includes a cationic functional group including an ammonium group (NR 4 + , wherein R is independently of each other H or C 1-20 alkyl); Or a carboxyl group (-COO -) may be a sulfate group (-SO 4 2-), phosphate group (-PO 4 3-), such as the anionic functional group at least one comprising a.
  • the content of the carbon nano material may be used without limitation within a range that does not significantly change the thermal properties of the phase change material.
  • the content of the carbon nano material may be 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the phase change material. More specifically, 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the phase change material; 0.1 to 7.5 parts by mass; 0.5 to 8 parts by mass; 0.5 to 5 parts by mass; 0.75 to 4 parts by mass; 0.75 to 3.25 parts by mass; Or 0.75 to 5.5 parts by mass.
  • the phase-transfer complex may use a carbon nano material within the content range, thereby minimizing the change in the thermal properties of the phase-transfer material, not only stably maintaining the particle shape of the phase-transfer complex, but also preparing the phase-transfer complex to be manufactured. Excellent cost reduction effect.
  • phase transition composite according to the present invention Furthermore, the phase transition composite according to the present invention,
  • the heat of melting ( ⁇ H m ) and heat of crystallization ( ⁇ H c ) of the phase-transfer complex may satisfy the following Equations 1 and 2:
  • ⁇ H m1 means the heat of fusion of the phase change material
  • ⁇ H m2 means the heat of fusion of the phase transition composite containing 1 to 3 parts by weight of carbon nanomaterials based on 100 parts by mass of the phase change material
  • ⁇ H c1 means the heat of crystallization of the phase change material
  • ⁇ H c2 means the heat of crystallization of the phase transition composite including 1 to 3 parts by weight of carbon nanomaterials based on 100 parts by mass of the phase change material.
  • the heat of fusion of the phase-transfer complex 0.065 or less condition of the formula (1); 0.06 or less; 0.055 or less; 0.05 or less; 0.0475 or less; 0.045 or less; Or 0.042 or less.
  • Equation 2 the condition of Equation 2 is 0.09 or less; 0.085 or less; 0.0825 or less; 0.08 or less; 0.0775 or less; 0.075 or less can be satisfied.
  • phase change composite according to the present invention may be significantly less change in the thermal properties inherent in the phase change material.
  • phase-transfer complex according to the present invention Pure phase change material contained in the phase change complex; And the thermal properties of the phase change composites having a structure in which the phase change material and the carbon nano material are uniformly mixed.
  • the heat of recording and the heat of crystallization of the phase-transfer complex according to the present invention had a heat reduction rate of about 2.67 to 4.2% and the heat of crystallization of about 3.95 to 7.45%, compared to the phase change material.
  • the heat of recording and the heat of crystallization of the phase-transfer complex having a structure in which the phase-transfer material and the carbon nano material were mixed uniformly were found to have a heat reduction rate of about 6.96 to 10.87% and about 9.35 to 12.38%, respectively.
  • the phase transition composite according to the present invention has a structure in which carbon nanomaterials are adsorbed on the surface of the core containing the phase transition material, thereby significantly reducing the thermal properties of the phase transition material, thereby satisfying the conditions of Equations 1 and 2 above. It can be seen that (see Experimental Example 2).
  • phase change material may be an organic or inorganic material that can store and dissipate thermal energy in the form of latent heat to buffer the time difference between supply and use.
  • the phase change material in order to apply and commercialize the phase-transfer complex as a product, a large heat capacity during the phase transition, may be a phase transition occurs at a constant temperature.
  • the phase transition temperature of the phase change material may be consistent with the use temperature range of the phase transition composite, and the change of phase transition heat capacity may be small when the phase transition composite is manufactured.
  • the phase change material is not particularly limited as long as it is commercially available in consideration of the above matters.
  • the phase change material may be a material having a phase transition temperature in the range of 10 to 100 ° C. More specifically, 10 to 100 ° C; 20 to 90 ° C; 30 to 90 ° C; 40 to 90 ° C; 65 to 75 ° C; 50 to 80 ° C; Or a material having a phase transition temperature in the range of 55 to 75 ° C.
  • phase change material naphthalene, biphenyl, erythritol, C 12-22 fatty acid, C 12-22 fatty alcohol, paraffin, polycaprolactone (PCL) ), And polyethyleneglycol.
  • C 12-22 fatty acid for example, caprylic acid, coconut fatty acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid acid), stearic acid, and the like, but is not limited thereto.
  • the phase change materials may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • the carbon nanomaterial according to the present invention is not particularly limited as long as it is commercially available.
  • the carbon nano material may include carbon nanotubes, graphite, graphite oxide, graphene, graphene nanoplatelets, and fullerenes. fullerene), carbon fiber, etc. may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
  • the phase transition composite according to the present invention has a structure in which carbon nanomaterials are adsorbed on the core surface by electrostatic attraction of different charge-bearing functional groups included in the surface of the phase change material and the carbon nanomaterial, thereby providing excellent thermal conductivity.
  • the shape stability is excellent at high temperatures above the transition temperature of the phase change material.
  • the morphological stability of the phase change complex according to the present invention was evaluated.
  • the phase-transfer complex was confirmed to maintain the particle shape of the phase-transfer complex even at 100 °C, the transition temperature of the phase-transfer material. This means that the carbon nano material is adsorbed on the surface of the phase change material even at a high temperature above the transition temperature of the phase change material to maintain the original particle shape (see Experimental Example 3).
  • the phase change composite according to the present invention has a structure in which carbon nanomaterials are adsorbed on the surface of the core, and thus have excellent shape stability at a high temperature above the transition temperature of the phase change material.
  • the first and second surfactants provide a method for producing a phase-transfer complex, which is an ionic surfactant having different charges.
  • a phase change composite may be prepared by mixing a first water dispersion including a phase change material and a second water dispersion including a carbon nano material.
  • the manufacturing method of the phase-transfer complex is a first water dispersion comprising a phase change material and a first surfactant for dispersing the same, and used to disperse the carbon nano material and the first surfactant has a different charge from the first surfactant.
  • the phase-transfer complex according to the present invention may be prepared by mixing the second aqueous dispersion including the second surfactant, stirring and drying the filtered filtrate under vacuum conditions.
  • the preparation of the first water dispersion is as follows. First, dissolving the first surfactant in water and adding a phase change material, and then stirring the solution while heating to a temperature above the melting point of the phase change material to prepare a latex in which the liquid phase change material is stabilized by the first surfactant and dispersed. can do. Thereafter, the prepared latex may be cooled to room temperature to prepare an aqueous dispersion of phase change material particles having a structure in which the first surfactant is aligned and surrounded on the surface of the phase change material.
  • the preparation of the second water dispersion is as follows. After adding the carbon nano material and the second surfactant to water, the carbon nano material is stabilized and dispersed by the second surfactant using a method such as ultrasonic irradiation, which is commonly applied in the art, to disperse the carbon nano material.
  • Prepared second aqueous dispersion can be prepared.
  • the carbon nano material dispersed in the second water dispersion may have a structure in which the second surfactant is aligned and enclosed on the surface like the particles of the phase change material.
  • first and second surfactants are not particularly limited as long as they can easily disperse the phase change material and the carbon nano material in water.
  • the first and second surfactants are each independently a cationic surfactant comprising a C 1-20 alkylammonium salt; Or may be a anionic surfactant containing a fatty acid alkali salt of a C 10-18, alkyl sulfuric acid mono alkali salt of a C 10-18 alkyl benzene sulfonic acid and mono- any one or more of an alkali salt.
  • the first and second surfactants independently of each other, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium Hexadecyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide and hexadecyltrimethylammonium bromide consisting of hexadecyltrimethylammonium bromide from hexadecyltrimethyl bromide At least one cationic surfactant; Or sodium myristate, sodium palmitate, sodium stearate, sodium oleate, sodium dodecylsulfate, sodium tetradecylsulfate It may be at least one anionic surfactant selected from the group consisting of sodium hexa
  • the first and second surfactants according to the present invention may be anionic surfactants when the first surfactant is a cationic surfactant so as to have different charges as described above; If the first surfactant is an anionic surfactant, the second surfactant may be a cationic surfactant.
  • the content of the first and second surfactants is not particularly limited as long as the content of the first and second surfactants can be easily adsorbed onto the surface of the core including the phase change material without a large change in the thermal properties of the phase change material. no.
  • the content of the first surfactant is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by mass of the phase change material;
  • the content of the second surfactant may be 10 to 500 parts by weight based on 100 parts by mass of carbon nanomaterial.
  • the content of the first surfactant is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the phase change material; 0.1 to 7.5 parts by mass; 0.5 to 8 parts by mass; 0.5 to 5 parts by mass; 0.75 to 4 parts by mass; 0.75 to 3.25 parts by mass; Or 0.75 to 5.5 parts by mass.
  • the content of the second surfactant is 10 to 500 parts by weight based on 100 parts by mass of carbon nanomaterial; 50 to 400 parts by weight; 50 to 200 parts by weight; 100 to 300 parts by weight; 80 to 120 parts by weight; 80 to 150 parts by weight; 10 to 90 parts by weight; 10 to 210 parts by weight; 165 to 225 parts by weight; 150 to 330 parts by weight; 270 to 330 parts by weight; 210 to 290 parts by weight; 50 to 350 parts by weight; Or 90 to 310 parts by weight.
  • the first surfactant within the above range, it is possible to easily prepare a water dispersion of the phase change material, and to control the content of the phase change material contained in the phase change composite, thereby controlling the thermal property change of the phase change composite.
  • the second surfactant can be easily prepared by dispersing the graphene by using within the above range, it is possible to prevent the stability of the aqueous dispersion is reduced.
  • the content of water contained in the first aqueous dispersion is not particularly limited, but may be 200 to 2000 parts by mass based on 100 parts by mass of the phase change material.
  • the content of water contained in the second aqueous dispersion is 200 to 2000 parts by mass based on 100 parts by weight of the phase change material; 300 to 1000 parts by mass; 400 to 800 parts by mass; 250 to 700 parts by mass; 500 to 900 parts by mass; 600 to 1500 parts by mass; 450 to 700 parts by mass; 1100 to 1800 parts by mass; Or 650 to 700 parts by mass.
  • the water contained in the first water dispersion can be easily prepared by the water dispersion of the phase change material by using within the above range, it is possible to prevent the productivity decrease caused by using a large amount of water.
  • It provides a product which is any one of a heat storage material, an overheating control material, an electronic material solar material, an automotive part, a building material and a fiber material including the phase change composite according to the present invention.
  • the phase change composite according to the present invention has a structure in which carbon nanomaterials are adsorbed on the core surface by using electrostatic attraction of different charge-bearing functional groups contained on the surface of the phase change material and the carbon nanomaterial, thereby allowing heat of the phase change material.
  • the conductivity can be improved, the thermal property change of the phase change material is remarkably small, and the shape stability is excellent at a high temperature above the phase transition temperature. Therefore, the phase-transfer composite may be usefully used in various fields such as heat storage material, superheat control material, electronic material solar material, automotive parts, building material, and textile material.
  • the graphite (average particle size 280 ⁇ m) was pulverized to have a particle size of about 50 ⁇ m, and expanded for 1 minute under 1100 ° C. and a nitrogen atmosphere. Thereafter, the expanded graphite (10 g) was injected with fuming nitric acid (200 mL) into a 1000 mL reactor equipped with a stirrer and a thermometer, and stirred while maintaining 0 ° C. Potassium chlorate (85 g) was slowly added over 1 hour while stirring, and the expanded graphite was oxidized with stirring at room temperature for 24 hours. The oxidized graphite was filtered and washed with distilled water until the pH of the filtrate was 6. The washed graphite oxide was dried at 100 ° C.
  • Stearic acid (15 g), a phase change material, and sodium dodecyl sulfate (SDS), a first surfactant, were added to distilled water (100 g). Thereafter, the mixture was heated to 90 ° C. to dissolve the stearic acid in the liquid phase, and stirred at 800 rpm for 3 hours to prepare a latex in which the liquid stearic acid was dispersed in water. The latex was then cooled to room temperature to prepare a first aqueous dispersion of stearic acid particles with sodium dodecyl sulfate surrounding the surface.
  • SDS sodium dodecyl sulfate
  • the first and second aqueous dispersions prepared above were mixed and stirred for 1 hour, filtered, and dried for 1 day under vacuum at 50 ° C. to prepare a phase change composite.
  • the first surfactant, graphene and the second surfactant were used as shown in Table 1 with respect to the mass (100 parts by mass) of the phase change material.
  • Example 1 1 part by mass 1 part by mass 1 part by mass Example 2 1 part by mass 2 parts by mass 2 parts by mass Example 3 1 part by mass 3 parts by mass 3 parts by mass Example 4 2 parts by mass 1 part by mass 1 part by mass Example 5 2 parts by mass 2 parts by mass 2 parts by mass Example 6 2 parts by mass 3 parts by mass 3 parts by mass
  • each of the phase-transfer composites prepared in Examples 1 to 6 was subjected to a pressure of 100 MPa at room temperature for 5 minutes to prepare a sheet having a thickness of 1 mm.
  • Example 7 Phase change complex of Example 1
  • Example 8 Phase change complex of Example 2
  • Example 9 Phase change complex of Example 3
  • Example 10 Phase change complex of Example 4
  • Example 11 Phase change complex of Example 5
  • Example 12 Phase change complex of Example 6
  • the graphene prepared in Preparation Example 1 was added to acetone (100 g) as shown in Table 3 with respect to the mass (100 parts by mass) of the phase change material, and was dispersed by ultrasonic irradiation for 1 hour. Thereafter, the dispersion was added to a solution of stearic acid (10 g) dissolved in acetone (250 g), the reaction vessel containing the mixture was placed on a hotplate at 150 ° C, and then the acetone of the mixture was volatilized until the mixture became sticky. I was. The sticky mixed solution was put in a vacuum oven at 60 ° C. again and dried for 1 day to prepare a phase-transfer complex in which graphene and stearic acid were uniformly mixed.
  • the phase change composite according to the present invention has a form of particles and a structure in which carbon nano material is adsorbed on the surface of the core containing the phase change material.
  • the phase-transfer complex of Example 3 was confirmed that the graphene is adsorbed on the surface of the core particles of the surrounding form, the average size (d (0.5)) was found to be about 27 ⁇ m. .
  • the phase change complex of Examples 4 to 6 had an average size (d (0.5)) of about 13 ⁇ m.
  • the phase transition composite of Example 3 and Example 6 has a structure in which graphene is adsorbed on the surface of the core containing the phase change material, Example 9 and Example 12 manufactured using the same
  • the layered structure of graphene adsorbed on the core surface was confirmed on the fracture surface of the sheet along with the fracture surface of the core.
  • the fracture surface of the core included in Example 9 was found to have a large size as compared with the fracture surface of the core included in Example 12.
  • the phase transition composite according to the present invention has a particle structure in which graphene is adsorbed on the core surface, and the size of the latex decreases as the content of the first surfactant mixed with the phase change material increases in the preparation of the phase transition composite. It can be seen that the size of the core in the composite becomes smaller.
  • phase-transfer complexes prepared in Examples 1 to 6 and the phase-transfer complexes prepared in Comparative Examples 1 to 3 were subjected to differential scanning calorimetry (DSC, model name: Q20, manufacturer: TA Instrument).
  • the latent heat amount was measured. Specifically, the melting point (T m ) and the heat of recording ( ⁇ H m ) were measured while raising the temperature of the 10 mg phase-transfer complex to 100 ° C. at a rate of 10 ° C./min. Subsequently, the crystallization temperature (T c ) and heat of crystallization ( ⁇ H c ) of the phase transition composite were measured while cooling to 10 ° C./min.
  • the phase-transfer complex according to the present invention has a structure in which a small amount of carbon nano-material is adsorbed on the surface of the core containing the phase-transfer material, so that the reduction of the recording heat and the heat of crystallization compared to the control is not significant.
  • the phase change composites of Examples 1 to 6 had a calorie reduction rate of 2.67 to 4.2% compared to the phase change material, whereas the phase change composites of Comparative Examples 1 to 3 were 6.96 to 10.87%. It was confirmed that it had a calorie reduction rate.
  • the phase-transfer complexes of Examples 1 to 6 have a calorie reduction rate of 3.95 to 7.45% compared to the phase-transfer material, while the phase-transfer complexes of Comparative Examples 1 to 3 are 9.35 to 12.38%. It was found to have a calorie reduction rate of.
  • the phase transition composite according to the present invention has a structure in which a small amount of carbon nanomaterial is adsorbed on the core surface containing the phase transition material, thereby significantly reducing the heat of recording and the heat of crystallization of the phase transition material. It can be seen that it is excellent.
  • phase-transfer complexes according to the present invention have excellent morphological stability at 100 ° C that is above the phase transition temperature.
  • phase change composite according to the present invention maintains the original particle shape by adsorbing carbon nanomaterials on the surface of the phase change material even at a temperature of about 100 ° C. above the phase transition temperature.
  • the phase transition composite according to the present invention has a structure in which a carbon nano material whose surface is functionalized as a surfactant is adsorbed through the electrostatic attraction to the core surface functionalized by a surfactant having a different charge from the surfactant.
  • the phase-transfer composite according to the present invention is economical because it can be manufactured by a simple process, significantly less thermal property change of the phase-transfer material, excellent thermal stability at a high temperature above the transition temperature of the phase-transfer material and excellent thermal conductivity, It can be usefully used in various fields such as heat storage materials, electronic device overheating control materials, solar thermal materials, automotive parts, building materials, textile materials, etc., in which property control materials are used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상전이 복합체는, 계면활성제로 표면이 기능화된 탄소나노물질이 상기 계면활성제와 다른 전하를 띠는 계면활성제로 표면이 기능화된 코어 표면에 정전기적 인력을 통하여 흡착된 구조를 가짐으로써, 간단한 공정으로 제조 가능하여 경제적이고, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적으며, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 뛰어나므로, 열 특성 제어소재가 사용되는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법
본 발명은 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 계면활성제로 표면이 기능화된 탄소나노물질이, 상기 계면활성제와 다른 전하를 띠는 계면활성제로 표면이 기능화된 상전이 물질 상에 정전기적 인력을 통하여 흡착된 구조를 갖는 상전이 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈로 인하여 태양열, 태양광 등 태양을 원천으로 하여 자연계에서 순환하는 친환경 에너지원이 화석연료의 대체 에너지원으로서 연구되고 있으며, 그 중 일부는 실용화 단계에 접어들고 있다. 그러나, 자연으로부터 얻는 대체 에너지의 생산량은 기후 조건에 따라 민감하게 달라지며 그 발생 빈도를 예측하기 어려워 효용도가 낮으므로 생산된 대체 에너지를 효과적으로 저장하는 매체가 요구되고 있다. 이를 위하여 최근 열 에너지를 저장 및 변환하여 활용하는 열 저장 및 열 변환소재에 대한 관심이 집중되고 있다. 열 특성 제어소재는 열의 활용 또는 열의 제어 형태에 따라 크게 열 저장 축열소재, 열 방출 나노소재, 열전 변환 화학소재, 열 저항 복합소재로 나눌 수 있다. 또한, 열 특성 제어소재는 유기 소재뿐만 아니라, 유기 소재 기반의 유·무기 복합체 소재까지 포함할 수 있으며, 나노 스케일의 구조 및 모폴로지 제어 기술을 포함하고 있다. 열 특성 제어소재는 에너지 관리 시스템으로 집적되어 적용이 가능하며, 특히 신성장 동력 및 녹색성장 사업으로 열 효율 향상을 통한 에너지 효율 향상에 부합하는 원천소재이다.
이와 더불어, 열 특성 제어소재는 열 저장과 열 방출 시점을 제어하여 전자기기들이 과열되는 것을 방지하는 용도로도 활용할 수 있다. 즉, 상전이 물질(phase change material)은 기기로부터의 발열을 잠열의 형태로 흡수하였다가 발산하여 일시적인 발열을 완충하는 전자기기 과열 제어소재로 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 상전이 물질을 특정 시스템에 적용하기 위해서는 액체 상태에서도 형상을 유지하도록 하는 캡슐화와 이에 의한 열적 성질의 변화에 대한 해석이 수행되어야 한다. 특히, 캡슐화에서 고려되어야 하는 중요한 요소는 제조 공정이 단순하여 경제적이어야 하면서, 상전이 물질과 화학적으로 반응하지 않고, 상전이 시 발생되는 부피 변화에 피로파괴가 일어나지 않도록 캡슐의 내구성이 뛰어나야 한다. 또한, 캡슐 소재의 양이 최소화되어 열흡수 활성물질인 상전이 물질의 함량이 최대화되어야 하며, 캡슐의 소재가 상전이 물질 자체의 낮은 열 전도성을 개선할 수 있어야 한다. 이를 위하여, 대한민국 공개특허 제2012-0031765호 및 제2011-0078514호는 상전이 물질을 고분자 중합체로 캡슐화한 다음, 캡슐의 내·외부, 또는 코어를 둘러싸고 있는 쉘에 금속입자를 분산시켜 캡슐의 내구성 및 열 전도성이 향상된 상전이 나노캡슐을 개시하였다.
그러나, 이러한 캡슐화 소재로서 고분자 중합체를 다량 사용하면 열 저장 활성물질인 상전이 물질의 함량이 적어지고, 열전도도가 낮아지게 된다. 또, 제조 공정이 복잡하여 제조 원가가 높아지는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 고분자 중합체를 이용한 캡슐화의 한계를 극복하여 상전이 물질의 열적 성질의 큰 변화 없이 지속적으로 사용 가능하고, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 내열성, 즉 형태 안정성이 높으며, 열 전도성이 우수한 열 특성 제어소재의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상전이 물질의 열적 성질의 변화가 적고, 열전도성이 우수하며, 상전이 물질의 전이온도 이상 고온에서의 형태 안정성이 우수한 상전이 복합체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 상전이 복합체의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 상전이 복합체를 포함하는 제품을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
상전이 물질을 함유하는 코어; 및
상기 코어 표면에 흡착된 하나 이상의 탄소나노물질을 포함하고,
상기 코어 및 탄소나노물질은, 표면에 서로 다른 전하를 갖는 관능기를 포함하는 상전이 복합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
상전이 물질 및 제1 계면활성제를 포함하는 제1 수분산과, 탄소나노물질 및 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수분산을 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 계면활성제는 서로 다른 전하를 갖는 이온성 계면활성제인 상전이 복합체의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
상기 상전이 복합체를 포함하는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 및 섬유 소재 중 어느 하나인 제품을 제공한다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는, 계면활성제로 표면이 기능화된 탄소나노물질이 상기 계면활성제와 다른 전하를 띠는 계면활성제로 표면이 기능화된 코어 표면에 정전기적 인력을 통하여 흡착된 구조를 가짐으로써, 간단한 공정으로 제조 가능하여 경제적이고, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적으며, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 뛰어나므로, 열 특성 제어소재가 사용되는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예에서 제조된 상전이 복합체의 제조원리를 도시한 이미지이다. 여기서, A 내지 C는 다음과 같다,
A: 표면이 제1 계면활성제로 둘러싸인 상전이 물질 입자의 라텍스,
B: 표면에 제2 계면활성제가 정렬된 탄소나노물질,
C: 상전이 물질 입자 표면에 탄소나노물질이 흡착된 상전이 복합체;
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에서 제조된 상전이 복합체의 주사전자현미경(SEM) 촬영한 이미지이다;
도 3은 본 발명에 따른 다른 일실시예에서, 본 발명에 따른 상전이 복합체를 압착하여 제조된 시트의 파단 단면을 주사전자현미경(SEM) 촬영한 이미지이다. 여기서, (a) 및 (b)는 다음과 같다,
(a): 본 발명에 따른 실시예 3의 상전이 복합체를 사용하여 압축 성형한 시트의 단면,
(b): 본 발명에 따른 실시예 6의 상전이 복합체를 사용하여 압축 성형한 시트의 단면;
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에서, 상전이 복합체의 구조에 따른 100℃에서의 형태 변화를 촬영한 이미지이다. 여기서, (a), (b), (c) 및 (d)는 다음과 같다,
(a): 상전이 물질인 스테아르산 입자의 형태,
(b): 스테아르산과 탄소나노물질이 균일하게 혼합된 입자의 형태,
(c): 본 발명에 따른 상전이 복합체(실시예 2)의 형태,
(d): 본 발명에 따른 상전이 복합체(실시예 5)의 형태.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서, "흡착"이란, 2 종의 물질이 물리적 또는 화학적인 힘에 의해 서로 붙어 있는 것을 의미하며, 상기 2종의 물질은 주위 온도환경에 따라 동일한 상(phase)이거나 또는 상이한 상(phase)을 가질 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 주위 환경의 온도가 상전이 물질의 녹는점 이하(스테아르산의 경우, 20 내지 25℃의 상온 조건)인 경우, 상전이 물질을 함유하는 고체상의 코어 표면에 고체상의 탄소나노물질이 붙어 있는 구조를 가질 수 있다. 또한, 주위 환경의 온도가 상전이 물질의 녹는점 이상(스테아르산의 경우, 71℃ 이상의 온도 조건)인 경우, 코어에 함유된 상전이 물질이 용융되어 액체상의 코어 표면을 고체상의 탄소나노물질이 둘러싸고 있는 구조를 가질 수 있다.
본 발명은 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
대체 에너지가 실용화되어 감에 따라 생산된 대체 에너지를 효과적으로 저장하는 매체가 요구되고 있다. 이에 따라 열 에너지를 저장 및 변환하여 활용하는 열 저장 및 열 변환소재에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그 중 상전이 물질(phase change material)은 열 에너지를 잠열 형태로 저장하여 공급과 사용의 시차를 완충하는 열 저장 매체 또는 과열 제어소재로 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 상전이 물질을 특정 시스템에 적용하기 위해서는 상전이 물질의 형상이 전이온도 이상에서도 변화하지 않아야 한다. 이를 위해서 상전이 물질을 내열성이 좋은 물질로 둘러싸 캡슐화할 필요가 있다. 캡슐화를 위해 고분자 물질이 많이 사용되나, 고분자 물질의 경우 제조공정이 복잡하고, 많은 양을 사용하여야 안정된 캡슐을 제조할 수 있으므로, 열저장 활성 물질인 상전이 물질의 함량이 감소하는 문제가 있다. 또 고분자 물질들은 열전도도가 낮아 열전도 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는, 계면활성제로 표면이 기능화된 탄소나노물질이 상기 계면활성제와 다른 전하를 띠는 계면활성제로 표면이 기능화된 코어 표면에 정전기적 인력을 통하여 흡착된 구조를 가짐으로써, 간단한 공정으로 제조 가능하여 경제적이고, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적으며, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 뛰어나므로, 열 특성 제어소재가 사용되는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은, 일실시예에서,
상전이 물질을 함유하는 코어; 및
상기 코어 표면에 흡착된 하나 이상의 탄소나노물질을 포함하고,
상기 코어 및 탄소나노물질은, 표면에 서로 다른 전하를 갖는 관능기를 포함하는 상전이 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 상전이 복합체는 상전이 물질로 구성된 코어 표면에 탄소나노물질이 흡착된 것으로서, 코어 표면에 탄소나노물질이 하나 이상 흡착되어 코어 표면의 일부 또는 전체를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 흡착은 코어와 탄소나노물질의 표면에 부착된 서로 다른 전하를 갖는 관능기들의 정전기적 인력에 의해 구현될 수 있다. 즉, 상기 상전이 복합체는 상전이 물질과 탄소나노물질이 표면에 서로 다른 전하를 띠는 관능기를 가짐으로써, 이들의 정전기적 인력에 의해 탄소나노물질이 코어 표면에 흡착된 구조를 가질 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 코어 표면에 설페이트기(-SO4 2-)과 같은 음이온성 관능기가 포함되어 있는 경우, 탄소나노물질은 코어의 음이온성 관능기와 다른 전하를 띠는 암모늄기(NR4 +, 이때, R은 서로 독립적으로 H 또는 C1-20의 알킬이다) 와 같은 양이온성 관능기를 포함할 수 있으며, 이들의 정전기적 인력에 의해 탄소나노물질이 코어 표면에 하나 이상 흡착될 수 있다.
이때, 상기 관능기는 양이온성 또는 음이온성을 가져 정전기적 인력을 구현할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 관능기로는 암모늄기(NR4 +, 이때, R은 서로 독립적으로 H 또는 C1-20의 알킬이다) 등을 포함하는 양이온성 관능기; 또는 카르복실기(-COO-), 설페이트기(-SO4 2-), 포스페이트기(-PO4 3-) 등을 포함하는 1종 이상의 음이온성 관능기일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노물질의 함량은 상전이 물질의 열적 성질에 큰 변화를 주지 않는 범위 내에서 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 탄소나노물질의 함량은 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 질량부일 수 있다. 보다 구체적으로, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 질량부; 0.1 내지 7.5 질량부; 0.5 내지 8 질량부; 0.5 내지 5 질량부; 0.75 내지 4 질량부; 0.75 내지 3.25 질량부; 또는 0.75 내지 5.5 질량부일 수 있다.
상기 상전이 복합체는 상기 함량 범위 내에서 탄소나노물질을 사용함으로써, 상전이 물질의 열적 성질의 변화를 최소화할 수 있으며, 상전이 복합체의 입자 형태를 안정적으로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조되는 상전이 복합체의 제조단가를 절감하는 효과가 뛰어나다.
나아가, 본 발명에 따른 상전이 복합체는,
잠열량 평가 시, 상전이 복합체의 융해열(heat of melting, ΔHm) 및 결정화열(heat of crystallization, ΔHc)이 하기 수학식 1 및 2의 조건을 만족시킬 수 있다:
[수학식 1]
(ΔHm1-ΔHm2)/ΔHm1 ≤ 0.065
[수학식 2]
(ΔHc1-ΔHc2)/ΔHc1 ≤ 0.09
여기서, ΔHm1은 상전이 물질의 융해열을 의미하고,
ΔHm2는 상전이 물질 100 질량부에 대하여 탄소나노물질을 1 내지 3 중량부 포함하는 상전이 복합체의 융해열을 의미하며,
ΔHc1은 상전이 물질의 결정화열을 의미하고,
ΔHc2는 상전이 물질 100 질량부에 대하여 탄소나노물질을 1 내지 3 중량부 포함하는 상전이 복합체의 결정화열을 의미한다.
구체적으로, 상기 상전이 복합체의 융해열은, 수학식 1의 조건을 0.065 이하; 0.06 이하; 0.055 이하; 0.05 이하; 0.0475 이하; 0.045 이하; 또는 0.042 이하로 만족시킬 수 있다.
또한, 상기 상전이 복합체의 결정화열은, 수학식 2의 조건은 0.09 이하; 0.085 이하; 0.0825 이하; 0.08 이하; 0.0775 이하; 0.075 이하로 만족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 물질 고유의 열적 성질의 변화가 현저히 적을 수 있다.
본 발명에 따른 상전이 복합체와; 상기 상전이 복합체에 포함된 순수한 상전이 물질; 및 상전이 물질과 탄소나노물질이 균일하게 혼합된 구조의 상전이 복합체의 열적 성질을 비교평가하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 상전이 복합체의 녹음열 및 결정화열은, 상전이 물질과 대비하여 약 2.67 내지 4.2%, 결정화열은 약 3.95 내지 7.45%의 열량 감소율을 갖는 것으로 확인되었다. 반면, 상전이 물질과 탄소나노물질이 균일하게 혼합된 구조의 상전이 복합체의 녹음열 및 결정화열은 각각 약 6.96 내지 10.87% 및 약 9.35 내지 12.38%의 열량 감소율을 갖는 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 물질을 함유하는 코어 표면에 탄소나노물질이 흡착된 구조를 가짐으로써 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적으므로 상기 수학식 1 및 2의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다(실험예 2 참조).
또한, 본 발명에 따른 상기 상전이 물질은, 열 에너지를 잠열의 형태로 저장한 후 발산하여 공급과 사용의 시차를 완충할 수 있는 유기 또는 무기성 물질일 수 있다. 상기 상전이 물질은, 상전이 복합체를 제품으로 적용 및 상용화하기 위하여, 상전이 시의 열용량이 크고, 일정한 온도에서 상전이가 일어나는 것일 수 있다. 무엇보다 상전이 물질의 상전이 온도가 상전이 복합체의 사용온도 범위와 일치하고, 상전이 복합체로의 제조 시 상전이 열용량의 변화가 적은 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 상전이 물질로는 상기 사항들을 고려하여 상업적으로 입수 가능한 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 상전이 물질로는, 10 내지 100℃ 범위에서 상전이 온도를 갖는 물질일 수 있다. 보다 구체적으로, 10 내지 100℃; 20 내지 90℃; 30 내지 90℃; 40 내지 90℃; 65 내지 75℃; 50 내지 80℃; 또는 55 내지 75℃ 범위에서 상전이 온도를 갖는 물질일 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상전이 물질로는, 나프탈렌(naphthalene), 바이페닐(biphenyl), 에리트리톨(erythritol), C12-22 지방산, C12-22의 지방 알코올, 파라핀, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 및 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol) 등일 수 있다. 상기 C12-22 지방산으로는, 예를 들면, 카프릴산(caprylic acid), 코코넛 지방산(coconut fatty acid), 라우릴산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid) 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 상전이 물질들은 단독으로 사용되거나, 또는 2종 이상을 병용하여 사용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 상기 탄소나노물질은, 상업적으로 입수 가능한 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 탄소나노물질로는, 탄소나노튜브(carbon nano tube), 그라파이트(graphite), 그라파이트 옥사이드(graphite oxide), 그래핀(graphene), 그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelet), 플러렌(fullerene), 탄소섬유(carbon fiber) 등을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는, 상전이 물질과 탄소나노물질의 표면에 포함된 서로 다른 전하를 띠는 관능기들의 정전기적 인력에 의해 탄소나노물질이 코어 표면에 흡착된 구조를 가짐으로써, 열전도도가 우수할 뿐만 아니라 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수하다.
일실시예에서, 본 발명에 따른 상전이 복합체의 형태 안정성을 평가하였다. 그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 상전이 복합체는 상전이 물질의 전이온도 이상인 100℃에서도 상전이 복합체의 입자 형태를 유지하고 있는 것으로 확인되었다. 이는 탄소나노물질이 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서도 상전이 물질의 표면에 흡착되어 본래의 입자 형태를 유지시킨다는 것을 의미한다(실험예 3 참조).
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상기 상전이 복합체는 탄소나노물질이 코어 표면에 흡착된 구조를 가짐으로써, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
상전이 물질 및 제1 계면활성제를 포함하는 제1 수분산과, 탄소나노물질 및 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수분산을 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 계면활성제는 서로 다른 전하를 갖는 이온성 계면활성제인 상전이 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 상전이 복합체의 제조방법은, 상전이 물질을 포함하는 제1 수분산과 탄소나노물질을 포함하는 제2 수분산을 혼합하여 상전이 복합체를 제조할 수 있다.
예를 들면, 상기 상전이 복합체의 제조방법은 상전이 물질과 이를 분산시키기 위한 제1 계면활성제를 포함하는 제1 수분산과, 탄소나노물질과 이를 분산시키기 위해 사용되고 상기 제1 계면활성제와는 다른 전하를 갖는 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수분산을 혼합하고, 교반한 후, 여과하여 얻어지는 여과물을 진공 조건 하에서 건조시켜 본 발명에 따른 상전이 복합체를 제조할 수 있다.
이때, 상기 제1 수분산의 제조는 다음과 같다. 먼저, 제1 계면활성제를 물에 용해시키고 상전이 물질을 첨가한 다음, 용액을 상전이 물질의 녹는점 이상의 온도로 가열하면서 교반하여 액상의 상전이 물질이 제1 계면활성제에 의해 안정화되어 분산된 라텍스를 제조할 수 있다. 그 후, 제조된 라텍스를 상온으로 냉각시켜, 상전이 물질의 표면에 제1 계면활성제가 정렬하여 둘러싸는 구조를 갖는 상전이 물질 입자의 수분산을 제조할 수 있다.
또한, 상기 제2 수분산의 제조는 다음과 같다. 탄소나노물질과 제2 계면활성제를 물에 첨가한 후, 탄소나노물질을 분산시키기 위하여 당업계에서 통상적으로 적용되는 초음파 조사 등의 방법을 사용하여 탄소나노물질이 제2 계면활성제에 의해 안정화되어 분산된 제2 수분산을 제조할 수 있다. 여기서, 제2 수분산에 분산된 탄소나노물질은, 상기 상전이 물질의 입자와 같이 표면에 제2 계면활성제가 정렬하여 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
나아가, 상기 제1 및 제2 계면활성제는, 상전이 물질과 탄소나노물질을 수 중 내에서 용이하게 분산시킬 수 있는 것이면, 특별히 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 제1 및 제 2 계면활성제는 서로 독립적으로 C1-20의 알킬암모늄염을 포함하는 양이온성 계면활성제; 또는 C10-18의 지방산 알칼리염, C10-18의 모노알킬황산알칼리염 및 모노알킬벤젠술폰산알칼리염 중 어느 하나 이상을 포함하는 음이온성 계면활성제일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 및 제2 계면활성제로는, 서로 독립적으로 데실트리메틸암모늄 클로라이드(decyltrimethylammonium chloride), 도데실트리메틸암모늄 클로라이드(dodecyltrimethylammonium chloride), 테트라데실트리메틸암모늄 클로라이드(tetradecyltrimethylammonium chloride), 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(hexadecyltrimethylammonium chloride), 데실트리메틸암모늄 브로마이드(decyltrimethylammonium bromide), 도데실트리메틸암모늄 브로마이드(dodecyltrimethylammonium bromide), 테트라데실트리메틸암모늄 브로마이드(tetradecyltrimethylammonium bromide) 및 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(hexadecyltrimethylammonium bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온 계면활성제; 또는 소듐 미리스테이트(sodium myristate), 소듐 팔미테이트(sodium palmitate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate), 소듐 올리에이트(sodium oleate), 소듐 도데실설페이트(sodium dodecylsulfate), 소듐 테트라데실설페이트(sodium tetradecylsulfate), 소듐 헥사데실설페이트(sodium hexadecylsulfate) 및 소듐 도데실벤젠술포네이트(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온 계면활성제일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제1 및 제2 계면활성제는, 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 전하를 띠도록, 제1 계면활성제가 양이온성 계면활성제인 경우에는 제2 계면활성제가 음이온성 계면활성제일 수 있으며; 제1 계면활성제가 음이온성 계면활성제인 경우에는 제2 계면활성제가 양이온성 계면활성제일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 계면활성제의 함량은, 상전이 물질의 열적 성질의 변화가 크지 않으면서 탄소나노물질을 상전이 물질을 포함하는 코어 표면에 용이하게 흡착시킬 수 있는 양이라면, 특별히 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 제1 계면활성제의 함량은, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부이고; 제2 계면활성제의 함량은, 탄소나노물질 100 질량부에 대하여 10 내지 500 중량부일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 계면활성제의 함량은 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부; 0.1 내지 7.5 질량부; 0.5 내지 8 질량부; 0.5 내지 5 질량부; 0.75 내지 4 질량부; 0.75 내지 3.25 질량부; 또는 0.75 내지 5.5 질량부일 수 있다.
또한, 상기 제2 계면활성제의 함량은 탄소나노물질 100 질량부에 대하여 10 내지 500 중량부; 50 내지 400 중량부; 50 내지 200 중량부; 100 내지 300 중량부; 80 내지 120 중량부; 80 내지 150 중량부; 10 내지 90 중량부; 10 내지 210 중량부; 165 내지 225 중량부; 150 내지 330 중량부; 270 내지 330 중량부; 210 내지 290 중량부; 50 내지 350 중량부; 또는 90 내지 310 중량부일 수 있다.
상기 제1 계면활성제는 상기 범위 내로 사용함으로써 상전이 물질의 수분산을 용이하게 제조할 수 있으며, 상전이 복합체에 함유되는 상전이 물질의 함량을 조절할 수 있으므로, 상전이 복합체의 열적 성질 변화를 제어할 수 있다. 아울러, 상기 제2 계면활성제는 상기 범위 내로 사용함으로써 그래핀 수분산을 용이하게 제조할 수 있으며, 제조되는 수분산의 안정성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 제1 수분산에 함유된 물의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 200 내지 2000 질량부일 수 있다. 구체적으로, 제2 수분산에 함유된 물의 함량은 상전이 물질 100 중량부에 대하여 200 내지 2000 질량부; 300 내지 1000 질량부; 400 내지 800 질량부; 250 내지 700 질량부; 500 내지 900 질량부; 600 내지 1500 질량부; 450 내지 700 질량부; 1100 내지 1800 질량부; 또는 650 내지 700 질량부 일 수 있다.
상기 제1 수분산에 함유된 물은 상기 범위 내로 사용함으로써 상전이 물질의 수분산을 용이하게 제조할 수 있으며, 많은 양의 물을 사용하여 발생되는 생산성 저하를 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
본 발명에 따른 상기 상전이 복합체를 포함하는 열 저장소재, 과열 제어소재, 전자제품 소재 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재 및 섬유 소재 중 어느 하나인 제품을 제공한다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 물질과 탄소나노물질의 표면에 포함된 서로 다른 전하를 띠는 관능기들의 정전기적 인력을 이용하여 탄소나노물질이 코어 표면에 흡착된 구조를 가짐으로써, 상전이 물질의 열 전도성을 향상시킬 수 있으며, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적고, 상전이 온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수하다. 따라서, 상기 상전이 복합체는 열 저장소재, 과열 제어소재, 전자제품 소재 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 그래핀(graphene)의 제조
흑연(평균 입도 280 μm)을 50 μm 정도의 입도를 갖도록 분쇄하고, 1100℃, 질소 분위기 하에서, 1분간 팽창시켰다. 그 후, 팽창된 흑연(10 g)을 교반기 및 온도계가 도입된 1000 mL 반응조에 발연질산(200 mL)과 함께 주입하고, 0℃를 유지하면서 교반하였다. 교반을 수행하면서 염소산 칼륨(85 g)을 1시간에 걸쳐 천천히 투입하고, 상온에서 24시간 교반하면서 팽창된 흑연을 산화시켰다. 산화된 흑연을 여과하고, 여액의 pH가 6이 될 때까지 증류수로 세척하였다. 세척된 산화흑연은 100℃, 진공 하에서 1일간 건조시키고, 건조된 산화흑연을 석영관에 투입하였다. 그런 다음, 질소 가스를 주입하고 1100℃의 전기로에서 1분간 열 처리하여 산화흑연이 열환원되고 각 층이 대부분 얇은 박판 형태로 박리된 그래핀(graphene)을 얻었다. 이때, 제조된 그래핀의 탄소/산소(C/O) 원자 조성비는 34.8/1이었으며, BET 법으로 측정된 표면적은 739 m2/g이었다.
실시예 1 내지 실시예 6.
상전이 물질인 스테아르산(stearic acid, 15 g)과 제1 계면활성제인 소듐 도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)를 증류수(100 g)에 가하였다. 그 후, 상기 혼합물을 90℃로 가열하여 스테아르산을 액상으로 녹이고, 800 rpm으로 3시간 동안 교반하여 액상의 스테아르산이 물에 분산된 라텍스를 제조하였다. 그런 다음, 상기 라텍스를 상온으로 냉각시켜 소듐 도데실설페이트가 표면을 둘러싼 스테아르산 입자의 제1 수분산을 제조하였다.
상기 제조예 1에서 제조된 그래핀을 동일량의 제2 계면활성제인 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)와 함께, 그래핀 중량대비 300배의 증류수에 가하고 1시간 동안 초음파 조사하여 분산시킴으로써 표면에 제2 계면활성제가 코팅된 그래핀의 제2 수분산을 제조하였다.
상기에서 제조된 제1 및 제2 수분산을 혼합하고 1시간 동안 교반한 후, 여과하고 50℃ 진공 하에서 1일 동안 건조시켜 상전이 복합체를 제조하였다. 이때, 제1 계면활성제, 그래핀 및 제2 계면활성제들은 상전이 물질의 질량(100 질량부)에 대하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 사용하였다.
표 1
제 1 계면 활성제 그래핀 제2 계면활성제
실시예 1 1 질량부 1 질량부 1 질량부
실시예 2 1 질량부 2 질량부 2 질량부
실시예 3 1 질량부 3 질량부 3 질량부
실시예 4 2 질량부 1 질량부 1 질량부
실시예 5 2 질량부 2 질량부 2 질량부
실시예 6 2 질량부 3 질량부 3 질량부
실시예 7 내지 실시예 12.
하기 표 2에 나타낸 바와 같이 상기 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 각각 상전이 복합체를 상온에서 5분간 100 MPa의 압력을 가하여 두께 1 mm의 시트를 제조하였다.
표 2
사용된 상전이 복합체
실시예 7 실시예 1의 상전이 복합체
실시예 8 실시예 2 의 상전이 복합체
실시예 9 실시예 3 의 상전이 복합체
실시예 10 실시예 4 의 상전이 복합체
실시예 11 실시예 5 의 상전이 복합체
실시예 12 실시예 6 의 상전이 복합체
비교예 1 내지 비교예 3.
상기 제조예 1에서 제조된 그래핀을 상전이 물질의 질량(100 질량부)에 대하여 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 아세톤(100 g)에 첨가하고, 1시간 동안 초음파 조사하여 분산시켰다. 그 후, 스테아르산(10 g)이 아세톤(250 g)에 용해된 용액에 상기 분산액을 가하고, 혼합액이 담긴 반응용기를 150℃의 열판에 놓은 다음, 혼합액이 끈끈해질 때까지 혼합액의 아세톤을 휘발시켰다. 이렇게 끈끈해진 혼합액을 다시 60℃의 진공오븐에 넣고 1일간 건조시켜 그래핀과 스테아르산이 균일하게 혼합된 상전이 복합체를 제조하였다.
표 3
그래핀 혼합량
비교예 1 1 중량부
비교예 2 2 중량부
비교예 3 3 중량부
실험예 1. 상전이 복합체의 구조 확인
본 발명에 따른 상전이 복합체의 구조를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 상기 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 상전이 복합체 입자의 형상을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영하였다. 다음으로, 상기 실시예 3 및 실시예 6의 상전이 복합체를 이용하여 제조한 실시예 9 및 실시예 12의 시트를 파단하고, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 파단된 단면을 촬영하였다. 촬영된 결과는 도 2 및 3에 나타내었다.
도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 입자의 형태를 가지며, 상전이 물질을 함유하는 코어 표면에 탄소나노물질이 흡착된 구조를 갖는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 도 2를 살펴보면, 상기 실시예 3의 상전이 복합체는 그래핀이 코어 표면에 흡착되어 둘러싼 형태의 입자인 것으로 확인되었으며, 그 평균 크기(d(0.5))는 약 27 μm인 것으로 확인되었다. 아울러, 실시예 4 내지 실시예 6의 상전이 복합체는 평균 크기(d(0.5))가 약 13 μm이었다.
또한, 도 3을 살펴보면, 상기 실시예 3 및 실시예 6의 상전이 복합체는 상전이 물질을 함유하는 코어의 표면에 그래핀이 흡착된 구조를 가지므로, 이를 사용하여 제조된 실시예 9 및 실시예 12의 시트의 파단면에는 코어의 파단면과 함께, 코어 표면에 흡착된 그래핀의 층상 구조가 확인되었다. 이와 더불어, 도 3에 강조 표시한 바와 같이 실시예 9에 포함된 코어의 파단면은 실시예 12에 포함된 코어의 파단면과 대비하여 그 크기가 큰 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 코어 표면에 그래핀이 흡착된 입자 구조를 가지며, 상전이 복합체의 제조 시 상전이 물질과 혼합되는 제1 계면활성제의 함량이 증가할수록 라텍스의 크기가 감소하여 상전이 복합체에서의 코어의 크기가 작아지는 것을 알 수 있다.
실험예 2. 상전이 복합체의 열적 성질 평가
본 발명에 따른 상전이 복합체에 함유된 상전이 물질의 구조에 따른 열적 성질의 변화를 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
시차주사열량계(Differential scanning calorimetry, DSC, 모델명: Q20, 제조사: TA Instrument)를 이용하여 상기 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 상전이 복합체와 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 상전이 복합체를 대상으로 잠열량을 측정하였다. 구체적으로, 10 mg의 상전이 복합체를 10 ℃/min의 속도로 100℃까지 승온시키면서 녹는점(Tm) 및 녹음열(ΔHm)을 측정하였다. 이어서 10 ℃/min로 냉각하면서 상전이 복합체의 결정화온도(Tc) 및 결정화열(ΔHc)을 측정하였다. 대조군으로서 상전이 물질인 순수한 스테아르산도 함께 측정하였다. 이렇게 측정된 결과로부터 상전이 복합체의 구조에 따라 변화되는 상전이 복합체의 열량 변화량을 도출하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
표 4
Tm [℃] ΔHm [J/g] 열량 변화량(감소율)[J/g(%)] Tc [℃] ΔHc [J/g] 열량 변화량(감소율)[J/g(%)]
대조군 71.5 195.3 - 65.3 194.7 -
실시예 1 72.2 189.6 -5.7(2.92) 65.1 184.7 -10.0(5.14)
실시예 2 71.9 188.2 -7.1(3.64) 63.4 182.4 -12.3(6.32)
실시예 3 71.6 187.1 -8.2(4.20) 63.0 180.2 -14.5(7.45)
실시예 4 71.1 190.1 -5.2(2.67) 65.5 187.0 -7.7(3.95)
실시예 5 72.2 188.3 -7.3(3.58) 65.0 185.6 -9.1(4.67)
실시예 6 71.6 187.2 -8.1(4.15) 61.6 184.9 -9.8(5.03)
비교예 1 72.1 181.7 -13.6(6.96) 65.3 176.5 -18.2(9.35)
비교예 2 71.7 176.1 -19.2(9.83) 62.7 172.5 -22.2(11.40)
비교예 3 71.8 174.1 -21.2(10.86) 64.9 170.6 -24.1(12.38)
표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 물질을 함유하는 코어 표면에 소량의 탄소나노물질이 흡착된 구조를 가짐으로써, 대조군 대비 녹음열과 결정화열의 감소가 크지 않음을 알 수 있다.
구체적으로, 상전이 물질의 용융과 관련된 녹음열의 경우 실시예 1 내지 6의 상전이 복합체는 상전이 물질과 대비하여 2.67 내지 4.2%의 열량 감소율을 갖는 반면 비교예 1 내지 3의 상전이 복합체는 6.96 내지 10.87%의 열량 감소율을 갖는 것으로 확인되었다.
또한, 상전이 물질의 결정화와 관련된 결정화열을 살펴보면, 실시예 1 내지 6의 상전이 복합체는 상전이 물질과 대비하여 3.95 내지 7.45%의 열량 감소율을 갖는 반면 비교예 1 내지 3의 상전이 복합체는 9.35 내지 12.38%의 열량 감소율을 갖는 것을 나타났다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 물질을 함유하는 코어 표면에 소량의 탄소나노물질이 흡착된 구조를 가짐으로써 상전이 물질의 녹음열과 결정화열의 감소가 현저히 적으므로, 상전이 복합체의 열적 성질이 우수한 것을 알 수 있다.
실험예 3. 상전이 복합체의 형태 안정성 평가
본 발명에 따른 상전이 복합체의 상전이 온도 이상의 온도에서의 형태 안정성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
순수한 스테아르산과, 비교예 2, 실시예 2 및 실시예 5에서 제조된 상전이 복합체를 각 0.5 g씩 측량하여 100℃의 열판(15 cm X 15 cm)에 놓고, 30분간 형태 변화를 육안으로 관측하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 상전이 복합체들은 상전이 온도 이상인 100℃에서 형태 안정성이 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 도 4를 살펴보면 (a) 대조군인 순수한 스테아르산은 녹는점이 약 71℃이므로 모두 용해되어 액상인 것으로 확인되었다. 또한, 스테아르산과 그래핀이 균일하게 혼합된 (b) 비교예 2에서 제조된 상전이 복합체 역시 스테아르산이 용해되어 그래핀과 섞여 있는 것으로 확인되었다.
반면, 스테아르산의 표면에 그래핀이 흡착되어 있는 구조의 (c) 실시예 2 및 (d) 실시예 5의 상전이 복합체는 입자의 형태를 유지하는 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상전이 복합체는 상전이 온도 이상인 약 100℃의 온도에서도 탄소나노물질이 상전이 물질의 표면에 흡착되어 본래의 입자 형태를 유지하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상전이 복합체는, 계면활성제로 표면이 기능화된 탄소나노물질이, 상기 계면활성제와 다른 전하를 띠는 계면활성제로 표면이 기능화된 코어 표면에 정전기적 인력을 통하여 흡착된 구조를 가짐으로써, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적고, 상전이 물질의 전이온도 이상의 온도에서 형태 안정성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 뛰어나므로, 상전이 물질이 활용되는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 상전이 복합체는, 간단한 공정으로 제조 가능하여 경제적이고, 상전이 물질의 열적 성질 변화가 현저히 적으며, 상전이 물질의 전이온도 이상의 고온에서 형태 안정성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 뛰어나므로, 열 특성 제어소재가 사용되는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재, 섬유 소재 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 상전이 물질을 함유하는 코어; 및
    상기 코어 표면에 흡착된 하나 이상의 탄소나노물질을 포함하고,
    상기 코어 및 탄소나노물질은, 표면에 서로 다른 전하를 갖는 관능기를 포함하는 상전이 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상전이 복합체는, 코어 및 탄소나노물질의 표면에 포함된 관능기의 정전기적 인력에 의해 코어 표면에 탄소나노물질이 흡착된 구조를 갖는 상전이 복합체.
  3. 제1항에 있어서,
    관능기는, 암모늄기(NR4 +, 이때, R은 서로 독립적으로 H 또는 C1-20의 알킬이다)를 포함하는 양이온성 관능기; 또는 카르복실기(-COO-), 설페이트기(-SO4 2-) 및 포스페이트기(-PO4 3-) 중 어느 하나 이상을 포함하는 음이온성 관능기인 상전이 복합체.
  4. 제1항에 있어서,
    탄소나노물질의 함량은, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 질량부인 상전이 복합체.
  5. 제1항에 있어서,
    잠열량 평가 시, 상전이 복합체의 융해열(heat of melting, ΔHm) 및 결정화열(heat of crystallization, ΔHc)은, 하기 수학식 1 및 2의 조건을 만족하는 상전이 복합체:
    [수학식 1]
    (ΔHm1-ΔHm2)/ΔHm1 ≤ 0.065
    [수학식 2]
    (ΔHc1-ΔHc2)/ΔHc1 ≤ 0.09
    여기서, ΔHm1은 상전이 물질의 융해열을 의미하고,
    ΔHm2는 상전이 물질 100 질량부에 대하여 탄소나노물질을 1 내지 3 중량부 포함하는 상전이 복합체의 융해열을 의미하며,
    ΔHc1은 상전이 물질의 결정화열을 의미하고,
    ΔHc2는 상전이 물질 100 질량부에 대하여 탄소나노물질을 1 내지 3 중량부 포함하는 상전이 복합체의 결정화열을 의미한다.
  6. 제1항에 있어서,
    상전이 물질은, 10 내지 100℃ 범위에서 상전이 온도를 가져 상전이 시 열을 흡수 또는 발산하는 물질인 것을 특징으로 하는 상전이 복합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상전이 물질은, 나프탈렌(naphthalene), 바이페닐(biphenyl), 에리트리톨(erythritol), C12-22 지방산, C12-22의 지방 알코올, 파라핀, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 및 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 상전이 복합체.
  8. 제1항에 있어서,
    탄소나노물질은, 탄소나노튜브(carbon nano tube), 그라파이트(graphite), 그라파이트 옥사이드(graphite oxide), 그래핀(graphene), 그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelet), 플러렌(fullerene) 및 탄소섬유(carbon fiber)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 상전이 복합체.
  9. 상전이 물질 및 제1 계면활성제를 포함하는 제1 수분산과, 탄소나노물질 및 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수분산을 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 계면활성제는 서로 다른 전하를 갖는 이온성 계면활성제인 상전이 복합체의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 및 제2 계면활성제는, 서로 독립적으로 C1-20의 알킬암모늄염을 포함하는 양이온성 계면활성제; 또는
    C10-18의 지방산 알칼리염, C10-18의 모노알킬황산알칼리염 및 C10-18의 모노알킬벤젠술폰산알칼리염 중 어느 하나 이상을 포함하는 음이온성 계면활성제인 것을 특징으로 하는 상전이 복합체의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    제1 및 제2 계면활성제는, 서로 독립적으로 데실트리메틸암모늄 클로라이드(decyltrimethylammonium chloride), 도데실트리메틸암모늄 클로라이드(dodecyltrimethylammonium chloride), 테트라데실트리메틸암모늄 클로라이드(tetradecyltrimethylammonium chloride), 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(hexadecyltrimethylammonium chloride), 데실트리메틸암모늄 브로마이드(decyltrimethylammonium bromide), 도데실트리메틸암모늄 브로마이드(dodecyltrimethylammonium bromide), 테트라데실트리메틸암모늄 브로마이드(tetradecyltrimethylammonium bromide) 및 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(hexadecyltrimethylammonium bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온 계면활성제; 또는
    소듐 미리스테이트(sodium myristate), 소듐 팔미테이트(sodium palmitate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate), 소듐 올리에이트(sodium oleate), 소듐 도데실설페이트(sodium dodecylsulfate), 소듐 테트라데실설페이트(sodium tetradecylsulfate), 소듐 헥사데실설페이트(sodium hexadecylsulfate), 및 소듐 도데실벤젠술포네이트(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 상전이 복합체의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    제1 계면활성제의 함량은, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부이고;
    제2 계면활성제의 함량은, 탄소나노물질 100 질량부에 대하여 10 내지 500 중량부인 상전이 복합체의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    제1 수분산에 함유된 물의 함량은, 상전이 물질 100 질량부에 대하여 200 내지 2000 질량부 사용하는 복합체의 제조방법.
  14. 제1항에 따른 상전이 복합체를 포함하는 열 저장소재, 전자기기 과열 제어소재, 태양열 소재, 자동차 부품, 건축용 소재 및 섬유 소재 중 어느 하나인 제품.
PCT/KR2014/008594 2014-08-14 2014-09-16 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법 WO2016024658A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140105869A KR101584450B1 (ko) 2014-08-14 2014-08-14 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법
KR10-2014-0105869 2014-08-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016024658A1 true WO2016024658A1 (ko) 2016-02-18

Family

ID=55169906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/008594 WO2016024658A1 (ko) 2014-08-14 2014-09-16 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101584450B1 (ko)
WO (1) WO2016024658A1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106833541A (zh) * 2017-02-21 2017-06-13 东南大学 一种改性石墨烯相变微胶囊及其制备方法
CN108322140A (zh) * 2018-03-13 2018-07-24 中国地质大学（武汉） 石墨烯储热型热光伏智能综合发电系统及装置
CN111082185A (zh) * 2019-12-09 2020-04-28 全球能源互联网欧洲研究院 复合二元相变材料及其在电池热管理系统中的应用
CN112536004A (zh) * 2020-12-03 2021-03-23 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶材料及其制备方法
WO2021097663A1 (zh) * 2019-11-19 2021-05-27 南京先进生物材料与过程装备研究院有限公司 一种纳米胶囊化二元复合相变材料
CN113621349A (zh) * 2021-08-17 2021-11-09 广东工业大学 一种用于太阳光光热转化的相变凝胶及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102061617B1 (ko) 2017-10-27 2020-01-02 한국과학기술원 그래핀 플레이크로 패시베이션된 콜로이드 양자점 복합체 및 그 제조 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080272331A1 (en) * 2006-08-21 2008-11-06 Mohapatra Satish C Hybrid nanoparticles
KR20130096899A (ko) * 2012-02-23 2013-09-02 현대자동차주식회사 탄소나노튜브가 코팅된 상전이 물질을 함유하는 마이크로 캡슐과 탄소섬유를 함유한 전자파차폐용 고분자 복합재 및 그 제조방법
KR20130097479A (ko) * 2012-02-24 2013-09-03 삼성전자주식회사 저항발열 조성물, 및 이를 이용한 발열 복합체 및 그 제조방법, 가열장치 및 정착장치
CN103285793A (zh) * 2013-06-14 2013-09-11 复旦大学 一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法
KR20130116992A (ko) * 2012-04-17 2013-10-25 현대자동차주식회사 고방열 열제어 복합재 및 그 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101054370B1 (ko) 2009-12-31 2011-08-04 연세대학교 산학협력단 쉘에 금속나노입자가 고정된 상전이 나노캡슐 및 그 제조방법
KR101233610B1 (ko) 2010-09-27 2013-02-14 연세대학교 산학협력단 단일공정을 통한 캡슐의 내·외부에 금속입자가 고정된 상전이 나노복합캡슐 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080272331A1 (en) * 2006-08-21 2008-11-06 Mohapatra Satish C Hybrid nanoparticles
KR20130096899A (ko) * 2012-02-23 2013-09-02 현대자동차주식회사 탄소나노튜브가 코팅된 상전이 물질을 함유하는 마이크로 캡슐과 탄소섬유를 함유한 전자파차폐용 고분자 복합재 및 그 제조방법
KR20130097479A (ko) * 2012-02-24 2013-09-03 삼성전자주식회사 저항발열 조성물, 및 이를 이용한 발열 복합체 및 그 제조방법, 가열장치 및 정착장치
KR20130116992A (ko) * 2012-04-17 2013-10-25 현대자동차주식회사 고방열 열제어 복합재 및 그 제조방법
CN103285793A (zh) * 2013-06-14 2013-09-11 复旦大学 一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106833541A (zh) * 2017-02-21 2017-06-13 东南大学 一种改性石墨烯相变微胶囊及其制备方法
CN108322140A (zh) * 2018-03-13 2018-07-24 中国地质大学（武汉） 石墨烯储热型热光伏智能综合发电系统及装置
WO2021097663A1 (zh) * 2019-11-19 2021-05-27 南京先进生物材料与过程装备研究院有限公司 一种纳米胶囊化二元复合相变材料
CN111082185A (zh) * 2019-12-09 2020-04-28 全球能源互联网欧洲研究院 复合二元相变材料及其在电池热管理系统中的应用
CN111082185B (zh) * 2019-12-09 2023-08-29 全球能源互联网欧洲研究院 复合二元相变材料及其在电池热管理系统中的应用
CN112536004A (zh) * 2020-12-03 2021-03-23 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温弹性石墨烯气凝胶材料及其制备方法
CN113621349A (zh) * 2021-08-17 2021-11-09 广东工业大学 一种用于太阳光光热转化的相变凝胶及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101584450B1 (ko) 2016-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016024658A1 (ko) 탄소나노물질을 포함하는 상전이 복합체 및 이의 제조방법
Li et al. Processing, thermal conductivity and flame retardant properties of silicone rubber filled with different geometries of thermally conductive fillers: A comparative study
WO2012005556A2 (ko) 금속산화물 또는 금속간화합물 함유 탄소나노섬유, 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지
WO2021125798A1 (ko) 맥신 섬유 및 이의 제조방법
WO2015080502A1 (ko) 전고체 리튬 이차전지용 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 리튬 이차전지
WO2014104693A1 (ko) 그래핀, 그래핀 제조용 조성물 및 이를 이용한 그래핀의 제조 방법
WO2015008988A1 (ko) 담지촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 탄소나노구조체의 2차구조물
WO2015034317A1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
WO2016043396A1 (ko) 질소 도핑된 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 질소 도핑된 그래핀
WO2018182111A1 (ko) 탄소나노튜브 분산액 및 이의 제조방법
WO2014129749A1 (ko) Si/C 복합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질
WO2015057019A1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
WO2015182829A1 (ko) 그래핀-고분자 복합체 및 이의 제조방법
WO2024096397A1 (ko) 실리콘-그래핀 복합 음극재 및 그 제조방법
WO2015034318A1 (ko) 열전 재료
WO2020076132A1 (ko) 난연성이 우수한 열 경화성 발포폼의 제조방법 및 이를 이용한 열경화성 발포폼
WO2015016490A1 (ko) 세라믹이 코팅된 흑연의 제조방법
JP2003100149A (ja) シリコーン樹脂組成物およびそれを用いた低圧耐火ケーブル
WO2020122684A1 (ko) 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스
WO2016099155A1 (ko) 열전 파우더 및 이를 이용하여 제조된 열전 재료
WO2020256289A1 (ko) 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법
WO2015102157A1 (ko) 그래핀 제조용 조성물 및 이를 이용한 그래핀의 제조 방법
WO2021029480A1 (ko) 바인더 프리 자가지지형 전극 및 이의 제조방법
WO2015186959A1 (ko) 복합소재 및 이의 제조 방법
WO2020005014A1 (ko) 복합재

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14899638

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14899638

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1