요약
기후 변화와 에너지 비용 상승으로 인해 건축 자재의 효율성을 높이는 것은 매우 중요합니다. 본 발명은 PCM(상변화물질)과 CNT(탄소나노튜브)를 활용하여 에너지 효율을 극대화하는 시멘트질 모르타르 접착제를 개발하는 것을 목표로 합니다. PCM은 특정 온도 범위 내에서 열을 흡수하고 방출하여 에너지를 저장하고 재사용하는 역할을 하며, CNT는 강도와 내구성을 높이는 역할을 합니다. 이 기술은 주거용 및 상업용 건물의 에너지 효율을 향상시키고, 경제성과 환경 보호에 기여할 수 있습니다. 실험 결과, CNT가 포함된 샘플의 압축강도가 현저히 증가하였으며, CNT 함량이 증가할수록 모르타르 접착제의 압축강도도 증가함을 확인하였습니다.
기본 정보
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특허명: 마이크로캡슐화된 상변화물질 적용 조적벽돌 쌓기용 고축열 시멘트질 모르타르 접착제 및 이의 제조방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0163043
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등록번호: 10-2635893
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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현대 주거 및 상업용 건물의 경량화는 열저장 잠재력과 실내 열 쾌적성에 대한 문제를 야기함. 기후 변화와 에너지 비용 상승으로 인해 건축 자재의 효율성을 높이는 것이 중요함.
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1940년대부터 상변화물질(PCM)은 건축에서 사용되었으나, PCM을 벽돌이나 건축자재에 활용하는 과정에서 용해 및 냉동 과정의 체적 변화, 열 전달 속도 지연, 누출 문제 등의 기술적 문제점이 있었음.
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PCM을 건축 자재로 이용하여 축열 성능을 유지하고 강도를 높이는 기술 개발이 필요함.
기술의 필요성
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PCM을 통해 건축물의 에너지 효율을 높이고, 에너지 소비를 줄임으로써 경제성과 환경 보호에 기여할 수 있음.
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탄소나노튜브를 활용해 강도 저하 문제를 해결하고, 마이크로캡슐화된 PCM을 이용하여 축열 성능을 극대화할 수 있는 기술이 필요함.
구현방법
기술의 원리
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본 발명의 시멘트질 모르타르 접착제는 마이크로캡슐화된 상변화물질과 탄소나노튜브를 포함하여, 고강도와 우수한 축열 성능을 제공함.
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상변화물질은 특정 온도 범위 내에서 열을 흡수하고 방출함으로써 에너지를 저장하고 재사용하는 역할을 함. 탄소나노튜브는 강도와 내구성을 높이는 역할을 함.
구체적인 구현 방법
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1차로 시멘트와 잔골재를 혼합한 후, 2차로 마이크로캡슐화된 상변화물질과 탄소나노튜브 분산액, 유동화제(SP), 물을 첨가하여 배합함.
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전도성 나노소재를 극성 용매인 물에 분산시켜 사용하며, 혼합 비율은 바인더 중량 대비 상변화물질 0.1~15%, 탄소나노튜브 0.01~0.1%임.
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이 과정을 통해 접착제의 강도와 내구성을 유지하면서도 축열 성능을 극대화할 수 있음.
기술의 장점
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에너지 효율을 높이고 열 손실을 최소화하여 경제성을 향상시킬 수 있음.
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탄소나노튜브의 강도를 통해 기존의 강도 저하 문제를 해결함.
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마이크로캡슐화된 PCM을 사용하여 PCM의 누출을 방지하고 성능을 극대화함.
실험 및 결과
실험의 목적
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마이크로캡슐화된 PCM과 탄소나노튜브를 적용한 시멘트질 모르타르 접착제의 성능을 검증하기 위해 실험을 수행함.
실험 방법 및 과정
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PCM을 바인더 중량 대비 10%, 탄소나노튜브를 바인더 중량 대비 0.05%, 0.1%로 포함한 시멘트질 모르타르 접착제를 제조함.
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각 샘플을 만능 재료 시험기(UTM)을 통해 압축강도를 측정하여 비교함.
실험 결과
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탄소나노튜브가 포함된 샘플의 압축강도가 탄소나노튜브가 포함되지 않은 샘플에 비해 현저히 증가함을 확인함.
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CNT 함량이 증가할수록 모르타르 접착제의 압축강도 또한 증가함을 확인함.
발명의 활용 방안
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본 발명의 고축열 시멘트질 모르타르 접착제는 주거용 및 상업용 건물의 에너지 효율을 극대화하는 데 사용될 수 있음.
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상변화물질을 사용하여 열을 저장하고 방출함으로써 실내 온도를 조절할 수 있기에 에너지 비용 절감에 효과적임.
기대효과
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에너지 비용 절감을 통해 경제적 이익을 얻을 수 있음.
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건축물의 온실가스 배출을 줄여 환경 보호에 기여할 수 있음.
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탄소중립정책에 부합하는 친환경 기술로 주목받을 가능성이 높음.
시장 동향
PCM 건축자재 시장 동향
탄소나노튜브 건축재료 시장
에너지 효율 건축자재 시장 동향
에너지 효율 건축재료 및 친환경 건축자재 개발
상변화물질 마이크로캡슐
친환경 건축자재 시장 동향
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