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Polymer(Korea), Vol.45, No.5, 734-741, September, 2021
DOI10.7317/pk.2021.45.5.734  Export Citation
친수성/소수성 단량체 공중합을 통한 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 기반 열방성 스마트 윈도우 소재의 전이온도 조절
Control of Phase Transition Temperature of Poly(N-isopropylacrylamide) Based Polymers for Thermotropic Smart Window by Copolymerization with Hydrophilic/Hydrophobic Comonomers
권미정, 김도완1, †, 윤진환†
  • 부산대학교 교육대학원 화학교육전공, 대학원 화학소재학과, 플라스틱 정보 및 에너지 소재 연구소, 태양광에너지지속가능활용 연구센터
  • 1한국화학연구원 바이오화학소재연구단
Meejeong Kwon, Dowan Kim1, †, and Jinhwan Yoon†
  • Graduate Department of Chemical Materials, Institute for Plastic Information and Energy Materials, and Graduate School of Chemistry Education, Pusan National University, 2 Busandaehak-ro 63 beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Korea
  • 1Research Center for Bio-based Chemistry, Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), 460-30, Jongga-ro, Jung-gu, Ulsan 44429, Korea
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초록
열방성 고분자를 이용한 스마트 윈도우는 수용액 내에서의 상전이에 따른 광산란을 통해 태양광의 투광도를 조절할 수 있다. 주로 활용되었던 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 계열의 열방성 고분자는 고정된 상전이 온도(32 °C)로 인해, 다양한 기후에 적용할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 N-이소프로필 아크릴아마이드와 친수성 혹은 소수성 단량체와의 공중합을 통해 고분자의 화학적 조성과 상전이 온도와의 상관관계가 규명되었다. 소수성인 N,N'-디에틸아크릴아미드와의 공중합은 고분자와 용매인 물과의 상호작용을 약화시켜 상전이 온도를 낮추는 결과를 보였다. 반대로 친수성의 N-바이닐피롤리돈과의 공중합을 통해 강화된 고분자-용매의 상호작용은 상전이 온도를 상승시켰다. 상전이 온도는 공중합체의 조성에 따라 24-48 oC 구간 내에서 조절할 수 있었다. 합성된 공중합체를 이용하여 제작된 스마트 윈도우는 다양한 지역의 기후에 따라 맞춤형 작동이 가능함을 확인하였다.
Smart windows fabricated with thermotropic polymers can adaptively control the transmittance of the sunlight that enters the room, thereby reducing energy consumption for air conditioning. However, it is difficult to apply to various climatic environments for thermotropic smart windows based in poly(N-isopropylacryamide) (PNIPAm) due to the fixed transition temperature of 32 ℃. In this study, the transition temperature of PNIPAm based polymers could be controlled by copolymerization with the hydrophobic N,N'-diethylacrylamide or the hydrophilic N-vinylpyrrolidone comonomers. We found that the transition temperature shifts to lower or higher temperatures ranging from 24-48 ℃ depending on the composition of copolymers through the controlof the interaction between copolymer and water. We further fabricated the smart window with prepared copolymers and confirmed that the optical transition of the windows occurs at various temperatures.
Keywords:smart windows;solar control;thermotropic polymers;poly(N-isopropylacryamide);lower critical solution temperature
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