제3장 온조(溫調) 수지 (Heatorage® / Comformer®) (1)

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제3장 온조(溫調) 수지 (Heatorage® / Comformer®)

1. 머리말

축열(蓄熱)이란, 주위로부터 열을 모음(흡열), 그리고 모은 열을 주위에 방출(방열) 현상이 있고, 이 흡열과 방열의 가역적인 기능을 가진 재료가 “축열재”이다. 측열은 “현열(顯熱) 축열”, “화학 축열”, 잠열(潜熱) 축열”의 3가지로 크게 나눌 수 있다. “현열 축열”은 물질 고유의 비열을 이용한 것으로, 축열 밀도는 3가지 중에 가장 낮다. 대표 예로서는, 구리나 알루미늄 등을 들 수 있다. “화학 축열”은, 매우 높은 축열 밀도를 갖는데, 열 이용을 하기 위해서는 적절히 반응을 제어하는 것이 중요하다. 대표 예로서는, 탄산 칼슘이나 수산화 마그네슘 등을 들 수 있다.

한편 “잠열 축열”은 고체와 액체 간 등 물질의 상태 변화 등의 상전이를 수반하는 열을 이용한 것으로, 이 상전이 온도 부근에 있어서, 축열 밀도가 높은 것이 특징이다. 상전이 온도는, 물질의 종류나 첨가제에 의해 조정하는 것이 가능하고, 사용 온도에 대한 설계가 용이한 것도 잠열 축열의 특징으로 된다. 본 장에서 소개하는 신규의 온조수지 (Heatorage® / Comformer®)는 잠열 축열 기능을 갖는 재료이다.

2. 축열재

2.1 잠열 축열재

상전이 재료(Phase Change Material: PCM)는 고체로부터 액체로의 상태 변화(융해)의 때에 주위로부터 열을 모으고(흡열), 반대로 액체로부터 고체로의 상태 변화(응고)의 때에는 주위에 열을 준다(방열). 주변 예로서 말하면, 물은 0℃에서 어는데, 0℃에서의 물과 얼음의 상태 변화 때에도 열의 출입(흡열과 방열)이 일어나고 있다. 이 상태변화(상전이)에 있어서 출입하는 결이 잠열이고, 이 현상을 이용한 재료가 잠열 축열재이다.

잠열 축열재료로서 일반적으로 잘 알려져 있는 재료로서는, 파라핀(장쇄 포화 탄화 수소 화합물), 장쇄 지방산 및 그 ester 등의 저분자 유기 화합물이나 황산 나트륨 수화물 등의 무기염의 수화물을 들 수 있다. 저분자 유기 화합물이나 유기염의 수화물은 그 분자 구조에 의해 상전이 온도(융해, 응고하는 온도)가 다르고, 잠열 축열재로서 사용온도에 따라 구별하여 사용하는 것이 용이하기 때문에, 최근에는 채용 사례가 늘어가고 있다. 하지만, 종래의 잠열 축열재는 흡열 시에 변화하기 때문에, 각종 용도에 이용하는 경우에는 액화한 잠열 축열재가 누설(漏洩)되지 않도록 하는 연구가 필요하다.

2.2 잠열 축열재의 건축재로의 이용

저분자 유기화합물이나 무기염의 수화물을 건축재(지붕, 바닥재 등)에 사용할 때에는, 플라스틱•알루미늄 용기 등에 봉입하여 사용하고 있다. 그렇지만, 플라스틱•알루미늄 용기 등에 봉입하였다고 해도, 용기 그 자체가 파손된 경우는, 내용물(잠열 축열재)가 누설되기 때문에, 잠재적인 리스크를 완전히 불식하는 것은 불가하다. 당연하겠지만, 시공하는 때에도, 용기가 파손되지 않도록 주의할 필요가 있고, 못질이나 구멍 가공이 곤란하기 때문에, 사용 장소가 한정되어 있다.

2.3 잠열 축열재의 섬유로의 적용

잠열 축열재를 섬유 용도에 사용하는 때에는, 저분자 유기 화합물을 마이크로 캡슐 안에 봉입한 후, 섬유나 생지에 부착, 함침하는 것으로, 온조성능을 부여가 시도되고 있다. 그렇지만 잠열 축열재에 한하지 않고, 마이크로 캡슐을 이용한 섬유로의 기능성 부여는, 세탁 내구성에 과제가 있는 것이 알려져 있다.