KOREAN JOURNAL OF PACKAGING SCIENCE & TECHNOLOGY (한국포장학회지)

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A Study on the Thermal Properties of Binary Eutectic Mixed PCM Using Polyethylene Glycol and 1,4-Butanediol

Polyethylene glycol과 1,4-Butanediol을 활용한 이원 공융혼합 PCM의 열적 특성에 관한 연구

  • Jooyoung Park (Department of Packaging & Logistics, Yonsei University) ;
  • Kitae Park (Department of Packaging & Logistics, Yonsei University) ;
  • Jongchul Seo (Department of Packaging & Logistics, Yonsei University)
  • 박주영 (연세대학교 패키징 및 물류학과) ;
  • 박기태 (연세대학교 패키징 및 물류학과) ;
  • 서종철 (연세대학교 패키징 및 물류학과)
  • Received : 2024.04.05
  • Accepted : 2024.05.03
  • Published : 2024.08.31
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Abstract

Current cold chain logistics relying on organic or eutectic materials within the 2~8℃ range as secondary fluids often face limitations in heat storage capacity, necessitating high energy consumption and large volume capacity. An effective approach to address this challenge is by incorporating polymers to enhance the heat storage capacity of eutectic materials. In this study, we investigated the impact of polyethylene glycols (PEGs) on phase change materials using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimeter (DSC), analyses of endothermic and exothermic phase change processes, and an accelerated thermal cycling test. Our findings indicate that the introduction of PEGs into the phase change materials can lead to improvements in latent heat, thermal conductivity, and 2~8℃ retention time. This enhancement is attributed to the high latent heat and thermal conductivity of the polymer, along with its ability to inhibit crystal formation in the eutectic mixture.

본 연구에서는 PCM 공융혼합물의 열 저장 용량 향상에 대한 고분자 물질의 적용 가능성을 평가하기 위해 PEG와 BDO의 다양한 함량을 조사하여 이들의 열적 특성과 열 안정성을 평가하였다. FT-IR의 결과에서 BDO의 OH기와 PEG600의 Ether기가 수소결합을 형성하며 고정되는 효과로 인해 혼합물이 더욱 높은 안정성을 띄는 것을 확인하였고, XRD 분석을 통해 PEG와 BDO 혼합물의 결정화도가 증가하여 높은 열 용량을 갖을 수 있다는 것을 확인하였다. 또한, DSC 결과와 온도-시간 그래프를 비교하여 고분자가 사용된 PEG600-BDO 혼합물은 상변화 온도의 변화 및 높은 온도 지속 시간이 관찰되었다. 이는 고분자를 이용하여 공융혼합물을 제조할 때 혼합물의 온도 유지 시간이 단일물질보다 개선되어 열 에너지 저장에 유리함을 알 수 있다. 그러나, 공융점 혼합물이 아닌 경우 PEG의 분자량 분포로 인한 넓은 온도 유지 구간과 과냉각 현상 등의 문제가 발생하였다. 공융점이 형성된 PEG600(68)-BDO(32)의 경우, 재사용성 실험에서 100회까지 잠열과 상변화온도의 변화 없이 우수한 재사용성을 나타내었다. 본 연구 결과를 통하여 공융혼합물 PCM의 열 저장 용량 및 열 안정성을 동시에 확보하기 위하여 고분자 물질의 사용 및 최적의 공융비율 확보가 중요함을 알 수 있다. 한편, 고분자 물질을 사용한 공융혼합물의 실제 사용을 위해 분자량 분포의 영향을 최소화하는 등의 연구를 통하여 넓은 온도의 공융온도 유지와 과냉각 현상 문제 해결이 필요하다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 2023년 정부(과학기술통신부)의 재원으로 한국연구재단(RS202300208596), 2021년 정부(국토교통부)의 재원으로 국토교통과학기술진흥원(RS2021KA163041)의 지원을 받아 수행된 기초기초연구 사업 연구임.

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