KR101958364B1 - 전자 응용을 위한 폴리머 나노복합체 - Google Patents
전자 응용을 위한 폴리머 나노복합체 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101958364B1 KR101958364B1 KR1020157009706A KR20157009706A KR101958364B1 KR 101958364 B1 KR101958364 B1 KR 101958364B1 KR 1020157009706 A KR1020157009706 A KR 1020157009706A KR 20157009706 A KR20157009706 A KR 20157009706A KR 101958364 B1 KR101958364 B1 KR 101958364B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanocomposite
- dielectric
- polymer
- filler
- base
- Prior art date
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 266
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 84
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 76
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 72
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 48
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 43
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 38
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 34
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 30
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 29
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 21
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 18
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 16
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 15
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 9
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 9
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 4
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 131
- 229920004747 ULTEM® 1000 Polymers 0.000 description 67
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 48
- 239000002585 base Substances 0.000 description 37
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 24
- 229920004738 ULTEM® Polymers 0.000 description 21
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 16
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 15
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 14
- 229920006162 poly(etherimide sulfone) Polymers 0.000 description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N diphenyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 11
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 10
- 125000006158 tetracarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- KZTYYGOKRVBIMI-UHFFFAOYSA-N diphenyl sulfone Chemical compound C=1C=CC=CC=1S(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 KZTYYGOKRVBIMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 9
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 9
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 8
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 7
- 125000000732 arylene group Chemical group 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N m-cresol Chemical compound CC1=CC=CC(O)=C1 RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- YBRVSVVVWCFQMG-UHFFFAOYSA-N 4,4'-diaminodiphenylmethane Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1CC1=CC=C(N)C=C1 YBRVSVVVWCFQMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 4-Aminophenyl ether Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1 HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 5
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- NUIURNJTPRWVAP-UHFFFAOYSA-N 3,3'-Dimethylbenzidine Chemical compound C1=C(N)C(C)=CC(C=2C=C(C)C(N)=CC=2)=C1 NUIURNJTPRWVAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N Dapsone Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=C1 MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 4
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940106691 bisphenol a Drugs 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N diphenyl sulfide Chemical compound C=1C=CC=CC=1SC1=CC=CC=C1 LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 4
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 125000006551 perfluoro alkylene group Chemical group 0.000 description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N trimethylenediamine Chemical compound NCCCN XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 3
- RLYCRLGLCUXUPO-UHFFFAOYSA-N 2,6-diaminotoluene Chemical compound CC1=C(N)C=CC=C1N RLYCRLGLCUXUPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MRTAEHMRKDVKMS-UHFFFAOYSA-N 4-[4-[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]sulfanylphenoxy]phthalic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1OC(C=C1)=CC=C1SC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1 MRTAEHMRKDVKMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MQAHXEQUBNDFGI-UHFFFAOYSA-N 5-[4-[2-[4-[(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-yl)oxy]phenyl]propan-2-yl]phenoxy]-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(OC2=CC=C(C=C2)C(C)(C=2C=CC(OC=3C=C4C(=O)OC(=O)C4=CC=3)=CC=2)C)=C1 MQAHXEQUBNDFGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N benzidine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C=C1 HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N dimethylmethane Natural products CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000005227 gel permeation chromatography Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- KQSABULTKYLFEV-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,5-diamine Chemical compound C1=CC=C2C(N)=CC=CC2=C1N KQSABULTKYLFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 3
- 239000003444 phase transfer catalyst Substances 0.000 description 3
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 125000001989 1,3-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:1])=C([H])C([*:2])=C1[H] 0.000 description 2
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 description 2
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 1H-indene Chemical compound C1=CC=C2CC=CC2=C1 YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-tetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VOZKAJLKRJDJLL-UHFFFAOYSA-N 2,4-diaminotoluene Chemical compound CC1=CC=C(N)C=C1N VOZKAJLKRJDJLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JRBJSXQPQWSCCF-UHFFFAOYSA-N 3,3'-Dimethoxybenzidine Chemical compound C1=C(N)C(OC)=CC(C=2C=C(OC)C(N)=CC=2)=C1 JRBJSXQPQWSCCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPIOXOJERGNNMX-UHFFFAOYSA-N 3-(3-aminopropylsulfanyl)propan-1-amine Chemical compound NCCCSCCCN QPIOXOJERGNNMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQYOBFRCLOZCRC-UHFFFAOYSA-N 3-[4-[4-(2,3-dicarboxyphenoxy)benzoyl]phenoxy]phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(OC=2C=CC(=CC=2)C(=O)C=2C=CC(OC=3C(=C(C(O)=O)C=CC=3)C(O)=O)=CC=2)=C1C(O)=O WQYOBFRCLOZCRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPXCORHXFPYJEH-UHFFFAOYSA-N 3-[[3-aminopropyl(dimethyl)silyl]oxy-dimethylsilyl]propan-1-amine Chemical compound NCCC[Si](C)(C)O[Si](C)(C)CCCN GPXCORHXFPYJEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SOYBEXQHNURCGE-UHFFFAOYSA-N 3-ethoxypropan-1-amine Chemical compound CCOCCCN SOYBEXQHNURCGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEEIWUUBRYZFEH-UHFFFAOYSA-N 3-methoxyhexane-1,6-diamine Chemical compound NCCC(OC)CCCN YEEIWUUBRYZFEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ICNFHJVPAJKPHW-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Thiodianiline Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1SC1=CC=C(N)C=C1 ICNFHJVPAJKPHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BGTSPLFSRDIANU-UHFFFAOYSA-N 4-(4-amino-2-tert-butylphenoxy)-3-tert-butylaniline Chemical compound CC(C)(C)C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1C(C)(C)C BGTSPLFSRDIANU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZYEDGEXYGKWJPB-UHFFFAOYSA-N 4-[2-(4-aminophenyl)propan-2-yl]aniline Chemical compound C=1C=C(N)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(N)C=C1 ZYEDGEXYGKWJPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GAUNIEOSKKZOPV-UHFFFAOYSA-N 4-[4-[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)benzoyl]phenoxy]phthalic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1OC1=CC=C(C(=O)C=2C=CC(OC=3C=C(C(C(O)=O)=CC=3)C(O)=O)=CC=2)C=C1 GAUNIEOSKKZOPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BTTRMCQEPDPCPA-UHFFFAOYSA-N 4-chlorophthalic anhydride Chemical compound ClC1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 BTTRMCQEPDPCPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QQGYZOYWNCKGEK-UHFFFAOYSA-N 5-[(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-yl)oxy]-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(OC=2C=C3C(=O)OC(C3=CC=2)=O)=C1 QQGYZOYWNCKGEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHBXLZQQVCDGPA-UHFFFAOYSA-N 5-[(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-yl)sulfonyl]-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(S(=O)(=O)C=2C=C3C(=O)OC(C3=CC=2)=O)=C1 ZHBXLZQQVCDGPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KYNSBQPICQTCGU-UHFFFAOYSA-N Benzopyrane Chemical compound C1=CC=C2C=CCOC2=C1 KYNSBQPICQTCGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 2
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N Disodium Chemical class [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FDLQZKYLHJJBHD-UHFFFAOYSA-N [3-(aminomethyl)phenyl]methanamine Chemical compound NCC1=CC=CC(CN)=C1 FDLQZKYLHJJBHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISKQADXMHQSTHK-UHFFFAOYSA-N [4-(aminomethyl)phenyl]methanamine Chemical compound NCC1=CC=C(CN)C=C1 ISKQADXMHQSTHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 150000004984 aromatic diamines Chemical class 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKDNYTOXBCRNPV-UHFFFAOYSA-N bpda Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(C=2C=C3C(=O)OC(C3=CC=2)=O)=C1 WKDNYTOXBCRNPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 description 2
- VKIRRGRTJUUZHS-UHFFFAOYSA-N cyclohexane-1,4-diamine Chemical compound NC1CCC(N)CC1 VKIRRGRTJUUZHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Chemical group 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical group 0.000 description 2
- PWSKHLMYTZNYKO-UHFFFAOYSA-N heptane-1,7-diamine Chemical compound NCCCCCCCN PWSKHLMYTZNYKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 2
- 150000003949 imides Chemical group 0.000 description 2
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNVQYOQLKGNUBZ-UHFFFAOYSA-N octadecane-1,1-diamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(N)N YNVQYOQLKGNUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N phosphonic acid group Chemical group P(O)(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKJCHHZQLQNZHY-UHFFFAOYSA-N phthalimide Chemical compound C1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 XKJCHHZQLQNZHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N propylamine Chemical group CCCN WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N propylenediamine Chemical compound CC(N)CN AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229960001124 trientine Drugs 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- HNKAGMGMWTUBDS-UHFFFAOYSA-N 1,3-diethylcyclohex-4-ene-1,3-diamine Chemical compound C(C)C1(CC(CC=C1)(N)CC)N HNKAGMGMWTUBDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWGJDPKCLMLPJW-UHFFFAOYSA-N 1,8-diaminooctane Chemical compound NCCCCCCCCN PWGJDPKCLMLPJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-2-dichlorophosphoryloxybenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1OP(Cl)(Cl)=O VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HZAWPPRBCALFRN-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-4-[(4-methylphenyl)methyl]benzene Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1CC1=CC=C(C)C=C1 HZAWPPRBCALFRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XGKKWUNSNDTGDS-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethylheptane-1,7-diamine Chemical compound NCC(C)CCC(C)CCN XGKKWUNSNDTGDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YXOKJIRTNWHPFS-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethylhexane-1,6-diamine Chemical compound NCC(C)CCC(C)CN YXOKJIRTNWHPFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGJZJWVBRMAQBR-UHFFFAOYSA-N 2-methylheptane-1,7-diamine Chemical compound NCC(C)CCCCCN OGJZJWVBRMAQBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZXLYYQUMYFHCLQ-UHFFFAOYSA-N 2-methylisoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(C)C(=O)C2=C1 ZXLYYQUMYFHCLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NHJNWRVCOATWGF-UHFFFAOYSA-N 3-(3-amino-2-phenoxyphenyl)sulfonyl-2-phenoxyaniline Chemical compound NC1=CC=CC(S(=O)(=O)C=2C(=C(N)C=CC=2)OC=2C=CC=CC=2)=C1OC1=CC=CC=C1 NHJNWRVCOATWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUJGQJMITCJTFA-UHFFFAOYSA-N 3-[3-(2,3-dicarboxyphenoxy)phenoxy]phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(OC=2C=C(OC=3C(=C(C(O)=O)C=CC=3)C(O)=O)C=CC=2)=C1C(O)=O FUJGQJMITCJTFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ARNUDBXPYOXUQO-UHFFFAOYSA-N 3-[4-[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)benzoyl]phenoxy]phthalic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1OC1=CC=C(C(=O)C=2C=CC(OC=3C(=C(C(O)=O)C=CC=3)C(O)=O)=CC=2)C=C1 ARNUDBXPYOXUQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJKFFNHXRIKROE-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-4-(2-bromo-3,4-dicarboxyphenyl)phthalic acid Chemical compound BrC1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1Br QJKFFNHXRIKROE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UERPUZBSSSAZJE-UHFFFAOYSA-N 3-chlorophthalic anhydride Chemical compound ClC1=CC=CC2=C1C(=O)OC2=O UERPUZBSSSAZJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SGEWZUYVXQESSB-UHFFFAOYSA-N 3-methylheptane-1,7-diamine Chemical compound NCCC(C)CCCCN SGEWZUYVXQESSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DFOZLRWOCDRNDA-UHFFFAOYSA-N 4,5-dichloroisoindole-1,3-dione Chemical compound ClC1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1Cl DFOZLRWOCDRNDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUICOUMZLQSAPN-UHFFFAOYSA-N 4,6-diethyl-5-methylbenzene-1,3-diamine Chemical compound CCC1=C(C)C(CC)=C(N)C=C1N DUICOUMZLQSAPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUMHPTNJFWAWKI-UHFFFAOYSA-N 4-(3,4-dicarboxy-2-iodophenyl)-3-iodophthalic acid Chemical compound IC1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1I GUMHPTNJFWAWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CIWROGYDTTXAGN-UHFFFAOYSA-N 4-(3,4-dicarboxy-2-methylphenyl)-3-methylphthalic acid Chemical compound C1=CC(C(O)=O)=C(C(O)=O)C(C)=C1C1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1C CIWROGYDTTXAGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LXZARFIYWSFFJJ-UHFFFAOYSA-N 4-(3,4-dicarboxyphenyl)-1,4-diphenylcyclohexa-2,5-diene-1,2-dicarboxylic acid Chemical compound C1(=CC=CC=C1)C1(C=C(C(C=C1)(C(=O)O)C1=CC=CC=C1)C(=O)O)C1=CC(=C(C=C1)C(=O)O)C(=O)O LXZARFIYWSFFJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IIQAIDBVNYMGQT-UHFFFAOYSA-N 4-(4-benzoylphenoxy)phthalic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1OC1=CC=C(C(=O)C=2C=CC=CC=2)C=C1 IIQAIDBVNYMGQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DZIHTWJGPDVSGE-UHFFFAOYSA-N 4-[(4-aminocyclohexyl)methyl]cyclohexan-1-amine Chemical compound C1CC(N)CCC1CC1CCC(N)CC1 DZIHTWJGPDVSGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLLLOESJMWEAAO-UHFFFAOYSA-N 4-[3,4-dicarboxy-2-(trifluoromethyl)phenyl]-3-(trifluoromethyl)phthalic acid Chemical compound FC(F)(F)C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1C(F)(F)F JLLLOESJMWEAAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOVVHULZWVFIOX-UHFFFAOYSA-N 4-[3-(4-aminophenyl)phenyl]aniline Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 BOVVHULZWVFIOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CQMIJLIXKMKFQW-UHFFFAOYSA-N 4-phenylbenzene-1,2,3,5-tetracarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC(C(O)=O)=C1C1=CC=CC=C1 CQMIJLIXKMKFQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IPDXWXPSCKSIII-UHFFFAOYSA-N 4-propan-2-ylbenzene-1,3-diamine Chemical compound CC(C)C1=CC=C(N)C=C1N IPDXWXPSCKSIII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VQVIHDPBMFABCQ-UHFFFAOYSA-N 5-(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-carbonyl)-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(C(C=2C=C3C(=O)OC(=O)C3=CC=2)=O)=C1 VQVIHDPBMFABCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QHHKLPCQTTWFSS-UHFFFAOYSA-N 5-[2-(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-yl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-yl]-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(C(C=2C=C3C(=O)OC(=O)C3=CC=2)(C(F)(F)F)C(F)(F)F)=C1 QHHKLPCQTTWFSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BBTGUNMUUYNPLH-UHFFFAOYSA-N 5-[4-[(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-yl)oxy]phenoxy]-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(OC2=CC=C(C=C2)OC=2C=C3C(=O)OC(C3=CC=2)=O)=C1 BBTGUNMUUYNPLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002016 Aerosil® 200 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XKXFZMIYGKVLIL-UHFFFAOYSA-N NC1CCC(CC1)NC1=CC=C(C=C1)NC1CCC(CC1)N Chemical compound NC1CCC(CC1)NC1=CC=C(C=C1)NC1CCC(CC1)N XKXFZMIYGKVLIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGSAAFAGWBLRJW-UHFFFAOYSA-N NCCCCCC1=C(C=CC=C1)CCCCCN Chemical compound NCCCCCC1=C(C=CC=C1)CCCCCN QGSAAFAGWBLRJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNCKFEWZCFYSPD-UHFFFAOYSA-N OC(C(C(C1)(C(O)=O)C2=CC=CC=C2)C=CC1(C(F)(F)F)C(C=C1)=CC(C(O)=O)=C1C(O)=O)=O Chemical compound OC(C(C(C1)(C(O)=O)C2=CC=CC=C2)C=CC1(C(F)(F)F)C(C=C1)=CC(C(O)=O)=C1C(O)=O)=O HNCKFEWZCFYSPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical group O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000002029 aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- ULCOZKFWRBOCGG-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol 2-[2-(2-carboxybenzoyl)oxycarbonylbenzoyl]oxycarbonylbenzoic acid Chemical compound C(C=1C(C(=O)O)=CC=CC1)(=O)OC(C=1C(C(=O)OC(C=2C(C(=O)O)=CC=CC2)=O)=CC=CC1)=O.C1(O)=CC=C(O)C=C1 ULCOZKFWRBOCGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006085 branching agent Substances 0.000 description 1
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 125000002993 cycloalkylene group Chemical group 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 125000006159 dianhydride group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000004815 dispersion polymer Substances 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000009459 flexible packaging Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000004988 m-phenylenediamines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 125000002950 monocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- SXJVFQLYZSNZBT-UHFFFAOYSA-N nonane-1,9-diamine Chemical compound NCCCCCCCCCN SXJVFQLYZSNZBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKGDNXBDNLZSKC-UHFFFAOYSA-N oxido(phenyl)phosphanium Chemical compound O=[PH2]c1ccccc1 WKGDNXBDNLZSKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004989 p-phenylenediamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 125000000843 phenylene group Chemical group C1(=C(C=CC=C1)*)* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- HHJJPFYGIRKQOM-UHFFFAOYSA-N sodium;oxido-oxo-phenylphosphanium Chemical compound [Na+].[O-][P+](=O)C1=CC=CC=C1 HHJJPFYGIRKQOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000807 solvent casting Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N technetium atom Chemical compound [Tc] GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 125000004417 unsaturated alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ABDKAPXRBAPSQN-UHFFFAOYSA-N veratrole Chemical compound COC1=CC=CC=C1OC ABDKAPXRBAPSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
- H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
- C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
- C08J3/205—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
- C08J3/21—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase
- C08J3/215—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase at least one additive being also premixed with a liquid phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/0066—Use of inorganic compounding ingredients
- C08J9/0071—Nanosized fillers, i.e. having at least one dimension below 100 nanometers
- C08J9/008—Nanoparticles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
- D01F6/74—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polycondensates of cyclic compounds, e.g. polyimides, polybenzimidazoles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2101/00—Manufacture of cellular products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
- C08K2003/2241—Titanium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2244—Oxides; Hydroxides of metals of zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
Abstract
본원에는 폴리머 대비 증가된 또는 실질적으로 유지되는 에너지 밀도, 파괴 강도 및/또는 소실 계수를 가지면서 유전 상수 및 코로나 저항을 갖는 나노복합체 물질, 이의 장치 및 이의 방법이 개시된다.
Description
본 명세서는 전자 응용을 위한 폴리머 나노복합체에 관한 것이다.
에너지 밀도 및 코로나 저항(또는 전압 내구성)은 일반적으로 절연 및 커패시터 응용을 위해 타겟된 물질의 성능을 특성화하는데 사용되는 두 개의 주요한 특성이다. 이러한 유전체 디자인에서 공통된 문제는 에너지 밀도 및 전압 내구성 모두의 극대화를 포함한다. 플라스틱 재료의 경우 이러한 유전체 특성의 두 가지를 향상시키기 위해 사용된 방법 중 하나는 폴리머 매트릭스에 나노미터 크기의 무기 필러를 첨가하는 것을 포함한다. 폴리머는 상대적으로 높은 절연 파괴 강도를 가지나 상대적으로 낮은 유전 상수(DK)를 갖는다. 무기 필러는 높은 DK를 가지나 상대적으로 낮은 절연 파괴 강도를 갖는다. 연속 상과 같은 높은 파괴 강도 폴리머 및 분산된 상과 같은 높은 DK 필러를 포함하는 복합 폴리머 물질은 개선된 에너지 밀도 및/또는 코로나 저항을 필요로 하는 절연 응용을 위한 물질 설계에 대안을 제공할 수 있다.
유전 특성이 향상된 물질을 제조하기 위해 문헌에서 사용된 전통적인 접근법은 출발 폴리머의 에너지 밀도 및 전압 내구성 모두를 증가시키기 위한 노력으로 고 DK 필러를 폴리머에 첨가하는 것이다. 이러한 물질은 연간 약 4억 달러의 추정 시장을 갖는 커패시터 및/또는 슈퍼커패시터에서 유용할 수 있다. 현재까지 개발된 슈퍼커패시터는 일반적으로 높은 전력 밀도를 가지나, 많은 응용 분야에서 이용될 수 있는 충분한 에너지 밀도가 부족하다. 에너지 밀도의 부족은 슈퍼커패시터의 빠른 충전 및 방전을 야기할 수 있고 몇 초의 기간에 전력 출력을 제한할 수 있다. 종래 상업적인 배터리에 사용하기에 더욱 근접하도록 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 증가시키는데 강한 관심이 있다.
따라서, 폴리머에 대해 증가되거나 또는 실질적으로 유지되는 에너지 밀도, 파괴 강도 및 손실 계수(DF)를 가지면서 고 DK 및 코로나 저항을 갖는 나노복합체 물질, 이의 장치 및 이의 제조방법이 필요하다. 이러한 나노복합체 물질, 이러한 나노복합체를 이용한 장치, 및 제조방법이 본원에서 설명된다.
본 발명의 목적에 따라, 본원에서 구체화되고 넓게 설명되는 바와 같이, 본 명세서는 일 측면에서 나노복합체 물질에 관한 것으로, 구체적으로 폴리머에 대해 증가된 또는 실질적으로 유지된 에너지 밀도, 파괴 강도 및 손실 계수(DF)를 갖는 나노복합체 물질에 관한 것이다.
본원에는 나노복합체로서, 베이스 코로나 저항, 베이스 유전 상수(DK, dielectric constant) 값 K1, 베이스 에너지 밀도, 및 베이스 절연 파괴 강도를 나타내는 폴리머 물질을 포함하는 연속 폴리머 상(continuous polymer phase); 및 DK 값 K2를 나타내는 나노 입자 무기 필러 물질을 포함하는 분산된 입자 상(dispersed particulate phase)으로, 상기 나노 입자 무기 필러 물질은 연속 폴리머 상에 분산되고 상기 K2 값은 K1보다 높은, 분산된 입자 상;을 포함하고, 상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 높은 코로나 저항을 나타내는 나노복합체가 개시된다.
나노복합체는 필러 미첨가된 폴리머에 비해 높은 DK와 향상된 코로나 저항을 가질 수 있다. 나노복합체는 폴리머 물질에 비해 증가된 코로나 저항(또는 전압 내구성) 및 높은 DK를 가지고, 필러 미첨가된 폴리머와 유사하거나 다소 낮은 절연 파괴 강도 및 에너지 밀도를 가진다. 또한, 폴리머와 필러로부터 만들어진 이러한 나노복합체의 DF는 1% 이하일 수 있고 DK를 증가시키는 필러의 첨가로 인해 필러 미첨가된 폴리머에 비해 유사하거나 다소 증가될 수 있다.
또한 본원에는 이러한 나노복합체 물질로부터 제조되고 전자 응용 분야, 예컨대 커패시터 및 슈퍼커패시터에서 유전체 층으로 사용될 수 있는 박막이 개시된다. 이러한 응용 분야에서 사용되는 필름은 예를 들어 10 ㎛ 이하의 두께일 수 있고, 용액(용매 캐스트) 또는 용융(압출) 공정에 의해 제조될 수 있다.
또한 본원에는 나노복합체를 포함하는 제조자의 물품 또는 장치가 개시된다. 이러한 장치는 예를 들어, 커패시터 또는 슈퍼커패시터일 수 있다.
또한 본원에는 나노복합체를 제조하는 방법으로, a. 나노 입자 무기 필러 물질을 용매 내 분산; b. 폴리머 물질을 용매 내 용해시켜 시스템을 형성; 및 c. 형성된 시스템으로부터 나노복합체를 캐스팅하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다. 나노복합체는 본원에서 설명되는 임의의 나노복합체일 수 있다. 이러한 나노복합체를 제조하는 다른 방법은 혼합 장비, 예컨대 혼합기 및 압출기를 사용하는 것으로, 필러가 폴리머 용융물로 균일하게 분산되어 나노복합체를 형성한다. 이 경우, 폴리머 내 필러의 분산에 영향을 주기 위해 사용된 용매는 없다.
본 명세서의 일부에 통합되고 일부를 구성하는 첨부 도면은 몇몇 측면들을 설명하고 상세한 설명과 함께 본 명세서의 원리들을 설명해 준다.
도 1은 절연 파괴 강도 및 DK와 관련하여 다른 물질들의 관계를 나타낸다.
도 2는 다른 농도에서 다른 필러의 첨가에 의한 나노복합체의 DK 증가 모델링 결과를 나타낸다.
도 3A-3D는 ULTEM 1000에 대한 DK 및 DF를 나타낸다. 3A는 ULTEM 1000의 7개 샘플에 대한 DK를 나타낸다. 3B는 샘플 준비 동안 건조 조건의 함수로서 ULTEM 1000에 대한 DK를 나타낸다. 3C는 ULTEM 1000의 7개 샘플에 대한 DF를 나타낸다. 3D는 샘플 준비 동안 건조 조건의 함수로서 ULTEM 1000에 대한 DF를 나타낸다.
도 4는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 5A 및 5B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 6은 다른 주파수에 대한 ULTEM 1000의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 7A 및 7B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(2-4×2800 나노미터(nm) 위스커)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 8A 및 8B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(10 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 9A 및 9B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(40-40 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 10A 및 10B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(150 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 11은 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 12A 및 12B는 ULTEM 1000에서 필러로 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 13A 및 13B는 ULTEM 1000에서 필러로 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 파괴 강도 및 형태 계수(shape factor)를 나타낸다.
도 14는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3 또는 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 15A 및 15B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 16은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 17은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 18은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK의 함수로서 파괴 강도를 나타낸다.
도 19는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK의 함수로서 DF를 나타낸다.
도 20A 및 20B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 21A 및 21B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도 및 에너지 밀도를 나타낸다.
도 22A-22C는 ULTEM 1000 나노복합체 내 나노필러의 분산 이미지로 전자주사현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 22A는 ULTEM 1000 내 필러 Al2O3를 나타낸다. 22B는 ULTEM 1000 내 필러 TiO2를 나타낸다. 22C는 ULTEM 1000 내 필러 BaTiO3를 나타낸다.
도 23A 및 23B는 ULTEM 1000에서 필러로 15 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 24A 및 24B는 ULTEM 1000에서 필러로 80 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 25A 및 25B는 ULTEM 1000에서 필러로 15 또는 80 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 파괴 강도 및 에너지 밀도를 나타낸다.
도 26A 및 26B는 ULTEM 1000에서 필러로 3㎛ 석영을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 27A 및 27B는 ULTEM 1000에서 필러로 3㎛ 석영을 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도 및 와이블 확률지(weibull probability plot)를 나타낸다.
도 28은 ULTEM 1000의 와이블 확률지(weibull probability plot)를 나타낸다.
도 29A 및 29B는 ULTEM 1000 내 다른 습도 수준에서 건식 실리카(fumed silica)(평균 1차 입자 크기 12nm)를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도, DK 및 DF를 나타낸다.
도 30A 및 30B는 나노복합체 필름을 나타낸다. 30A는 콜로이달 실리카 및 ULTEM 1000으로부터 제조된 나노복합체 필름을 나타낸다. 30B는 3 마이크로미터(㎛) 석영 및 ULTEM 1000으로부터 제조된 나노복합체 필름을 나타낸다.
도 31A 및 31B는 ULTEM 1000에서 필러로 콜로이달 실리카를 이용한 나노복합체의 DK, DF 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 32A-32D는 ULTEM 1000에서 필러로 실리카를 이용한 나노복합체의 DK, DF, 에너지 밀도 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 33A-33D는 ULTEM 1000에서 필러로 실리카, TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK, DF, 에너지 밀도 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 34A 및 34B는 ULTEM 1000과 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 코로나 저항을 나타낸다.
도 35A 및 35B는 다른 인가 전압에서 ULTEM 1000의 코로나 저항 시험을 나타낸다.
도 36은 1300V에서 ULTEM 1000의 평균 수명을 나타낸다.
도 37은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 코로나 저항을 나타낸다.
본 발명의 추가적인 측면들은 하기에 따르는 설명에서 부분적으로 제시될 것이며, 부분적으로 본 설명으로부터 자명한 것이거나, 또는 발명의 실시에 의해서 습득될 수 있는 것이다. 본 발명의 장점들은 첨부된 청구항들에서 특히 언급되는 구성요소들 및 조합들의 수단들에 의해서 인식되고 달성될 것이다. 전술한 일반적 설명 및 하기의 상세한 설명들 모두는 오직 예시적이고 설명적인 것이며 청구되는 것으로서의 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 절연 파괴 강도 및 DK와 관련하여 다른 물질들의 관계를 나타낸다.
도 2는 다른 농도에서 다른 필러의 첨가에 의한 나노복합체의 DK 증가 모델링 결과를 나타낸다.
도 3A-3D는 ULTEM 1000에 대한 DK 및 DF를 나타낸다. 3A는 ULTEM 1000의 7개 샘플에 대한 DK를 나타낸다. 3B는 샘플 준비 동안 건조 조건의 함수로서 ULTEM 1000에 대한 DK를 나타낸다. 3C는 ULTEM 1000의 7개 샘플에 대한 DF를 나타낸다. 3D는 샘플 준비 동안 건조 조건의 함수로서 ULTEM 1000에 대한 DF를 나타낸다.
도 4는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 5A 및 5B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 6은 다른 주파수에 대한 ULTEM 1000의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 7A 및 7B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(2-4×2800 나노미터(nm) 위스커)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 8A 및 8B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(10 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 9A 및 9B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(40-40 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 10A 및 10B는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3(150 nm 구체)를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 11은 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 12A 및 12B는 ULTEM 1000에서 필러로 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 13A 및 13B는 ULTEM 1000에서 필러로 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 파괴 강도 및 형태 계수(shape factor)를 나타낸다.
도 14는 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3 또는 BaTiO3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 15A 및 15B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 16은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 17은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
도 18은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK의 함수로서 파괴 강도를 나타낸다.
도 19는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK의 함수로서 DF를 나타낸다.
도 20A 및 20B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 21A 및 21B는 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도 및 에너지 밀도를 나타낸다.
도 22A-22C는 ULTEM 1000 나노복합체 내 나노필러의 분산 이미지로 전자주사현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 22A는 ULTEM 1000 내 필러 Al2O3를 나타낸다. 22B는 ULTEM 1000 내 필러 TiO2를 나타낸다. 22C는 ULTEM 1000 내 필러 BaTiO3를 나타낸다.
도 23A 및 23B는 ULTEM 1000에서 필러로 15 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 24A 및 24B는 ULTEM 1000에서 필러로 80 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 25A 및 25B는 ULTEM 1000에서 필러로 15 또는 80 nm 실리카 건조 분말을 이용한 나노복합체의 파괴 강도 및 에너지 밀도를 나타낸다.
도 26A 및 26B는 ULTEM 1000에서 필러로 3㎛ 석영을 이용한 나노복합체의 DK 및 DF를 나타낸다.
도 27A 및 27B는 ULTEM 1000에서 필러로 3㎛ 석영을 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도 및 와이블 확률지(weibull probability plot)를 나타낸다.
도 28은 ULTEM 1000의 와이블 확률지(weibull probability plot)를 나타낸다.
도 29A 및 29B는 ULTEM 1000 내 다른 습도 수준에서 건식 실리카(fumed silica)(평균 1차 입자 크기 12nm)를 이용한 나노복합체의 절연 파괴 강도, DK 및 DF를 나타낸다.
도 30A 및 30B는 나노복합체 필름을 나타낸다. 30A는 콜로이달 실리카 및 ULTEM 1000으로부터 제조된 나노복합체 필름을 나타낸다. 30B는 3 마이크로미터(㎛) 석영 및 ULTEM 1000으로부터 제조된 나노복합체 필름을 나타낸다.
도 31A 및 31B는 ULTEM 1000에서 필러로 콜로이달 실리카를 이용한 나노복합체의 DK, DF 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 32A-32D는 ULTEM 1000에서 필러로 실리카를 이용한 나노복합체의 DK, DF, 에너지 밀도 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 33A-33D는 ULTEM 1000에서 필러로 실리카, TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 DK, DF, 에너지 밀도 및 절연 파괴 강도를 나타낸다.
도 34A 및 34B는 ULTEM 1000과 ULTEM 1000에서 필러로 Al2O3를 이용한 나노복합체의 코로나 저항을 나타낸다.
도 35A 및 35B는 다른 인가 전압에서 ULTEM 1000의 코로나 저항 시험을 나타낸다.
도 36은 1300V에서 ULTEM 1000의 평균 수명을 나타낸다.
도 37은 ULTEM 1000에서 필러로 TiO2, BaTiO3 또는 Al2O3를 이용한 나노복합체의 코로나 저항을 나타낸다.
본 발명의 추가적인 측면들은 하기에 따르는 설명에서 부분적으로 제시될 것이며, 부분적으로 본 설명으로부터 자명한 것이거나, 또는 발명의 실시에 의해서 습득될 수 있는 것이다. 본 발명의 장점들은 첨부된 청구항들에서 특히 언급되는 구성요소들 및 조합들의 수단들에 의해서 인식되고 달성될 것이다. 전술한 일반적 설명 및 하기의 상세한 설명들 모두는 오직 예시적이고 설명적인 것이며 청구되는 것으로서의 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 이하 본원에 포함된 발명의 상세한 설명과 실시예를 참조하여 더욱 쉽게 이해될 수 있다.
본 발명의 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치, 및/또는 방법이 개시되고 설명되기 전에, 이들은 달리 명시되지 않는 한 특정 합성 방법에, 또는 달리 명시되지 않는 한 특정 시약에 제한되지 않으며, 당연히 다양할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본원에서 사용된 용어들은 단지 특정 양태를 설명하기 위한 목적이며, 제한하려는 의도가 아니라는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 설명된 것과 유사하거나 동등한 어떤 방법 및 재료가 본 발명의 실시나 시험에서 사용될 수 있지만, 예가 되는 방법 및 재료가 이제 설명된다.
본원에 언급된 모든 간행물은 인용된 간행물과 관련된 방법 및/또는 재료를 개시하고 설명하기 위하여 참고자료로 본원에 포함된다.
A. 정의
달리 한정되지 않는다면, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해서 통상 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명된 것과 유사하거나 동등한 어떤 방법 및 재료가 본 발명의 실시나 시험에서 사용될 수 있지만, 예가 되는 방법 및 재료가 이제 설명된다.
본 명세서와 첨부된 청구항들에서 사용된, 단수형 "하나" 및 "그"는 문맥상 명백히 지시되는 아니라면 복수의 언급을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "나노복합체"는 2 이상의 나노복합체, 등의 혼합물을 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정 값에서부터, 및/또는 "약" 다른 특정 값까지로 본원에서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 경우, 다른 양태는 하나의 특정 값에서부터 및/또는 나머지 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 선행사 "약"을 사용하여 값들이 근사값으로 표현될 경우, 특정한 값은 다른 양태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 또한, 범위의 각각의 종점들은 나머지 종점과 관련하여 모두 유의하며, 나머지 종점에 독립적이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 많은 값들이 본원에 개시되며, 각 값은 그 값 자체에 더해 "약" 그 특정 값으로도 본원에 개시된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면, "약 10"도 또한 개시된다. 또한, 두 특정한 단위 사이의 각 단위가 또한 개시된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시되면, 11, 12, 13 및 14도 또한 개시된다.
본원에 사용된, 용어 "코로나 저항(corona resistance)" 및 "전압 내구성(voltage endurance)"은 상호교환적으로 사용되고 즉시, 완전한 파괴를 방지하기 위해 필드-강화된 이온화의 특정 레벨을 견딜 수 있는 절연 물질의 능력을 일컫는다. 코로나 저항 또는 전압 내구성은 전기장의 강도, 온도 및 주파수의 특정 조건 하에서 물질이 실패하는데 소요되는 시간의 관점에서 측정된다.
용어 "절연 파괴 강도(dielectric breakdown strength)" 및 "파괴 강도(breakdown strength)"는 상호교환적으로 사용되고 물질이 본질적으로 파괴, 예를 들어 절연 특성의 실패 없이 견딜 수 있는 최대 전계 강도를 일컫는다. 예를 들어, 전기적 절연체의 파괴 강도는 알려진 두께의 물질 샘플에 그것이 실패할 때까지 상승 전압을 인가하여 측정되고, 파괴에 필요한 전압과 파괴가 일어난 지점에서의 물질의 두께 사이의 비율로 계산되며, 밀리리터 당 킬로볼트(kV/mm) 또는 마이크로미터 당 볼트(V/㎛)로 표현된다.
본원에 사용된, 용어 "손실 계수(dissipation factor)" 또는 "DF" 등은 전기 에너지의 덜 사용 가능한 형태의 에너지, 예컨대 열(heat)로의 비가역적 변형을 일컫는다. 따라서, 큰 DFs를 갖는 유전체 물질은 감소된 에너지 저장 기능의 전자 장치를 생산한다.
본원에 사용된, 용어 "에너지 밀도(energy density)" 등은 단위 부피 당 공간 영역 또는 주어진 시스템에 저장된 에너지 양을 일컫는다. 예를 들어, 커패시터의 에너지 밀도는 커패시터의 단위 부피 당 저장할 수 있는 전기 에너지의 양이고, 이는 커패시터의 입방 센티미터(cc) 당 줄(Joule)로 측정된다. 절연 물질의 에너지 밀도는, 일반적으로 물질의 DK와 이의 절연 파괴 강도 제곱에 달려 있다.
본원에 사용된, 용어 "나노 입자 무기 필러 물질(nano particulate inorganic filler material)", "필러 물질" 또는 "필러"는 상호교환적으로 사용되고 물질, 예컨대 폴리머 물질에 매립되어 나노복합체를 형성할 수 있는 무기 물질을 일컫는다. 이 나노 입자 무기 필러 물질은 1 마이크로미터보다 낮은 평균 입자 크기(장축(또한 주축으로 알려진 것)에 따라 측정됨)를 가진다.
본원에 사용된, 용어 "인터페이스 변형제(interface modifier)" 등은 필러와 폴리머 사이의 상호 작용을 변화시키는 물질을 일컫는다. 예를 들어, 인터페이스 변형제는 필러를 폴리머와 더욱 양립할 수 있게 만들 수 있다. 그 결과, 절연 파괴 강도가 높은 값에서 유지될 수 있고, 예를 들어 인터페이스 변형제를 갖는 나노복합체는 인터페이스 변형제를 갖지 않는 나노복합체에 비해 폴리머의 절연 강도와 유사한 절연 강도를 가질 수 있다.
본원에 사용된, 용어 "선택적" 또는 "선택적으로"는 이어서 설명된 사건이나 환경이 일어날 수 있거나 일어나지 않을 수 있으며, 해당 설명은 상기 사건이나 환경이 일어나는 예들과 그것이 일어나지 않는 예들을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 조성물을 제조하는데 사용될 수 있는 성분뿐만 아니라 본원에 개시된 방법 안에서 사용될 수 있는 조성물 자체도 개시된다. 이들 및 다른 물질들이 본원에 개시되며, 이들 물질의 조합, 하위세트, 상호작용, 그룹 등이 개시된 경우, 이들 화합물의 각 다양한 개별적 및 집합적 조합과 순열의 구체적인 언급이 명백히 개시되지 않을 수 있지만, 각각은 본원에서 구체적으로 고려되고 설명되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 특정한 화합물이 개시되고 논의되며 화합물을 포함하는 많은 분자들에 대해 이루어질 수 있는 많은 변형이 논의될 경우, 구체적으로 달리 지시되지 않는다면 가능한 변형 및 화합물의 각각의 그리고 모든 조합과 순열이 구체적으로 고려된다. 그러므로, 분자 A, B 및 C의 부류뿐만 아니라 분자 D, E 및 F의 부류가 개시되고 조합 분자의 예로서, A-D가 개시된다면, 각각이 개별적으로 나열되지 않더라도 각각은 개별적으로 그리고 집합적으로 고려되며 조합 A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E 및 C-F가 고려되고 개시되는 것을 의미한다. 마찬가지로, 이들의 어떤 하위세트 또는 조합 또한 개시된다. 따라서, 예를 들어, A-E, B-F 및 C-E의 하위그룹이 고려되고 개시될 것이다. 이 개념은 제한은 아니지만, 본 발명의 조성물을 제조하고 사용하는 방법에서의 단계들을 포함하는 본 출원의 모든 양태들에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계들이 필요한 경우 이들 추가 단계들 각각이 본 발명의 방법의 어떤 특정 양태 또는 양태들의 조합과 함께 수행될 수 있다는 것이 이해된다.
본원에 개시된 각각의 물질은 상업적으로 사용 가능하거나 및/또는 이의 제조방법은 당업자에게 공지되어 있다.
본원에 개시된 조성물은 특정 기능을 갖는 것이 이해된다. 본원에는 개시된 기능을 수행하기 위한 특정 구조적 요건이 개시되고 개시된 구조와 관련하여 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조가 있고, 이러한 구조는 일반적으로 동일한 결과를 얻을 것이라는 것이 이해된다.
B. 조성물
본원에는 유전체 나노복합체로서, 베이스 코로나 저항, 베이스 DK 값 K1, 베이스 에너지 밀도, 및 베이스 절연 파괴 강도를 나타내는 폴리머 물질을 포함하는 연속 폴리머 상(continuous polymer phase); 및 DK 값 K2를 나타내는 나노 입자 무기 필러 물질을 포함하는 분산된 입자 상(dispersed particulate phase)으로, 상기 나노 입자 무기 필러 물질은 연속 폴리머 상에 분산되고 상기 K2 값은 K1보다 높은, 분산된 입자 상;을 포함하고, 상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 높은 코로나 저항을 나타내는 나노복합체가 개시된다.
일 측면에서, 필러는 연속 폴리머 상 내 균일하게 분산될 수 있다. 균일한 분산은 연속 폴리머 상 내 필러의 불균일한 분산을 갖는 나노복합체와 비교하여 나노복합체의 파괴 강도를 증가시킬 수 있다.
일 측면에서, 나노복합체는 에너지 밀도를 측정/계산하기 사용된 기술의 오차 내에서 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도보다 낮지 않은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도의 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%보다 낮지 않은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도의 65% 이상인 에너지 밀도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도의 75%, 85% 또는 90% 이상인 에너지 밀도를 나타낼 수 있다.
일 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도보다 낮지 않은 절연 파괴 강도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%보다 낮지 않은 절연 파괴 강도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 80% 이상인 절연 파괴 강도를 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 90% 이상인 절연 파괴 강도를 나타낼 수 있다.
일 측면에서, 나노복합체는 실질적으로 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 높은 코로나 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 3, 6, 9, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100배 이상 높은 코로나 저항을 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 6, 12 또는 50배 이상 높은 코로나 저항을 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 6배 이상 높은 코로나 저항을 나타낼 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 50배 이상 높은 코로나 저항을 나타낼 수 있다.
일 측면에서, K2는 K1보다 높을 수 있다. 예를 들어, K2는 실질적으로 K1보다 높을 수 있다. K2는 K1보다 예를 들어, 1.5, 2, 3, 5, 8, 11, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 100, 200, 300, 500, 1,000 또는 2,000배 이상 높을 수 있다. 또 다른 측면에서, K2는 K1보다 2 또는 30배 이상 높을 수 있다. 또 다른 측면에서, K2는 K1보다 30배 이상 높을 수 있다.
일 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 DK보다 높은 DK를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노복합체는 폴리머 물질의 DK보다 10%, 25%, 40%, 60%, 80%, 100%, 200%, 300%, 또는 500% 이상 높은 DK를 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체는 폴리머 물질의 DK보다 25%, 60%, 또는 300% 이상 높은 DK를 가질 수 있다.
일 측면에서, 폴리머 물질은 베이스 DF를 나타낸다. 나노복합체의 DF는 실질적으로 폴리머 물질의 베이스 DF와 유사할 수 있다. 일 측면에서, 나노복합체의 DF와 베이스 DF는 0.01%, 0.05%, 0.10%, 0.25%, 0.50%, 0.75% 또는 1.0%보다 낮을 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체의 DF와 베이스 DF는 1.0%보다 낮을 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체의 DF는 폴리머 물질의 베이스 DF보다 5, 4, 3, 2, 1, 0.5, 0.25 또는 0.10배 이상 높을 수 있다.
1. 모델링 나노복합체
나노복합체의 DK는 식(Ⅰ)에 의해 결정될 수 있다:
K는 나노복합체의 DK이고 K1은 폴리머의 DK이고, K2는 필러(즉, 나노입자)의 DK이고, q는 필러의 용적 분율이고, 및 n은 파라미터 관련 형상(구체의 경우 n=3)이다. 폴리머에 필러의 첨가는 보통 폴리머의 파괴 강도를 감소시키고 손실 계수를 증가시킨다. 따라서, 필러의 낮은 로딩(loading)을 이용한 나노복합체가 바람직하다. 따라서, q<<1일 경우, 하기 식 (Ⅱ)에 제공된 바와 같이 (1-q) → 1이다:
따라서, 폴리머보다 높은 DK를 갖는 필러의 첨가는 유익할 수 있다. K2>>K1일 경우, (K2-K1) → K2, 및 (K2-K1) > nK1이므로, 희석 시스템에 있어 높은 DK를 갖는 필러를 이용한 나노복합체의 DK는 하기 식(Ⅲ)으로 표시될 수 있다:
식 (Ⅲ)은 q가 약 0.20보다 작고 K2가 K1보다 30배 이상 높을 때 적용이 가능하다. 이러한 시스템에서 필러의 DK가 폴리머의 DK보다 30배 이상 높다면 나노복합체의 DK는 필러의 DK에 대해 독립적이다. 도 3은 필러의 DK가 폴리머의 DK보다 30배 이상 높다면 필러의 DK와 상관 없이 나노복합체의 DK는 희석 시스템에 대해 5.5와 같이 높다는 모델 예측을 나타낸다.
물질, 예컨대 나노복합체 또는 폴리머의 에너지 밀도는 식 (Ⅳ)로 결정될 수 있다:
D는 에너지 밀도이고, Dk는 매체에 대해 상대적인 DK이고, ε0는 자유 공간의 유전율(8.85 x 10-14 F/cm와 동등)이고 EBD는 절연 파괴 강도이다. ULTEM 1000의 EBD는 대략 600 V/㎛이고, 이의 DK는 대략 3.2이다. 이러한 값은 약 5J/cc와 동등한 ULTEM 1000의 에너지 밀도를 갖춘다.
실험적으로, 물질의 DK는 유전체 분광학을 이용하여 측정된 커패시턴스 및 물질의 표본 치수로부터 계산된다.
문헌 내 실험 결과는 유전체 물질의 파괴 강도를 물질의 DK 제곱근의 역수와 연관시킨다(Pushkar Jain, Student Member , IEEE, and Eugene J. Rymaszewski, Life Senior Member , IEEE, IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING, 25:3, (2002); J. McPherson, et al., Electron Devices Meeting, 2002. IEDM '02. Digest. International, 2002, 633 - 636 (2002).
2. 폴리머
폴리머 물질 또는 폴리머는 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 폴리머 물질은 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있다.
폴리머 물질은 5,000, 10,000, 20,000, 30,000, 50,000, 100,000 또는 1,000,000 이상의 평균 분자량(Mw)를 가질 수 있다. 폴리머 물질은 5,000, 10,000, 20,000, 30,000, 50,000, 100,000 또는 1,000,000보다 낮은 평균 분자량(Mw)를 가질 수 있다. 일 측면에서, 폴리머 물질은 약 20,000 내지 약 70,000의 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리머 물질은 약 20,000, 30,000, 40,000, 50,000, 60,000, 또는 70,000의 평균 분자량을 가질 수 있다.
폴리머 물질은 하나 이상의 용매, 예컨대 유기 용매에 가용성일 수 있다. 적합한 유기 용매는 이에 제한하는 것은 아니나, 아세톤, 톨루엔, 디클로로메탄, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 베라트롤, 아니솔, 클로로벤젠, 설포란, 오쏘디클로로벤젠(ODCB), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC), 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 또 다른 측면에서, 폴리머 물질은 NMP에 가용성이다. 일 측면에서, 필러는 폴리머 물질에 대해 적합한 용매 내 분산될 수 있다.
폴리머 물질 또는 폴리머는 이에 제한하는 것은 아니나, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리락티드, 예컨대 폴리락틱 애씨드(PLA) 및 폴리(락틱-co-글리콜릭 애씨드) PLGA, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리이미드, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 시아네이티드 폴리카보네이트, 시아네이티드 폴리에테르이미드, 시아네이티드 폴리설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 또는 폴리비닐 클로라이드를 포함한다. 또 다른 양태에서, 폴리머 물질은 폴리에테르이미드(PEI)를 포함할 수 있다.
a. 폴리에테르 이미드
일 측면에서, 폴리머 물질은 폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드 코폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머 물질은 (ⅰ) 폴리에테르이미드호모폴리머, 예를 들어 폴리에테르이미드, (ⅱ) 폴리에테르이미드 코-폴리머, 예를 들어 폴리에테르이미드설폰, 및 (ⅲ) 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 폴리에테르이미드는 폴리머로 알려져 있으며 ULTEMTM, EXTEMTM, 및 SiltemTM 브랜드(SABIC Innovative Plastics IP B.V.의 상표) 하의 SABIC Innovative Plastics에 의해 구입될 수 있다.
일 측면에서, 폴리에테르이미드는 식 (1)일 수 있다:
a는 1보다 크고, 예를 들어 10 내지 1,000 또는 이상, 더욱 구체적으로 10 내지 500이다. 일 실시예에서, n은 10-100. 10-75, 10-50 또는 10-25일 수 있다.
식 (1)에서 Ⅴ 기는 에테르 기(본원에 사용된 "폴리에테르이미드") 또는 에테르 기 및 아릴렌설폰 기의 조합("폴리에테르이미드설폰")을 포함하는 4가 연결기이다. 이러한 연결기는 이에 제한하는 것은 아니나 (a) 5 내지 50의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 포화된, 불포화된 또는 방향족 모노사이클릭 및 폴리사이클릭 기로, 임의로 에테르 기, 아릴렌설폰 기, 또는 에테르 기 및 아릴렌설폰 기의 조합으로 치환된 것; 및 (b) 1 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 선형 또는 분지형, 포화된 또는 불포화된 알킬 기이고 임의로 에테르 기 또는 에테르 기, 아릴렌설폰 기의 조합, 아릴렌설폰 기로 치환된 것; 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 적합한 추가적인 치환은 이에 제한하는 것은 아니나, 에테르, 아미드, 에스테르, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
식 (1)에서 R 기는 이에 제한하는 것은 아니나, 치환된 또는 비치환된 이가 유기 기 예컨대: (a) 6 내지 20의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 기 및 이들의 할로겐화 유도체; (b) 2 내지 20의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 또는 분지형 사슬 알킬렌 기; (c) 3 내지 20의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬렌 기, 또는 (d) 식 (2)의 이가 기를 포함한다:
Q1은 이에 제한하는 것은 아니나 이가 부분(divalent moiety) 예컨대 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수), 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함하고, 퍼플루오로알킬렌 기를 포함한다.
한 양태에서, 연결기 Ⅴ는 이에 제한하는 것은 아니나 식 (3)의 4가 방항족 기를 포함한다:
W는 -O-, -SO2-, 또는 식 -O-Z-O- 기를 포함하는 이가 부분(divalent moiety)이고 -O- 또는 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있으며, Z는 이에 제한하는 것은 아니나, 식 (4)의 이가 기를 포함한다:
Q는 이에 제한하는 것은 아니나, -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수), 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함하는 이가 부분(divalent moiety)을 포함하고, 퍼플루오로알킬렌 기를 포함한다.
한 양태에서, 폴리에테르이미드는 1보다 많은, 구체적으로 10 내지 1,000, 또는 더욱 구체적으로 10 내지 500의 식 (5)의 구조 단위를 포함한다:
T는 -O- 또는 식 -O-Z-O- 기이고 -O- 또는 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있고; Z는 상기 정의된 식 (3)의 이가 기이고; 및 R은 상기 정의된 식 (2)의 이가 기이다.
다른 측면에서, 폴리에테르이미드설폰은 에테르 기 및 설폰 기를 포함하는 폴리에테르이미드이고 식 (1)에서 R 기 및 연결기 Ⅴ의 50 몰% 이상은 이가 아릴렌설폰 기를 포함한다. 예를 들어, 모든 연결기 Ⅴ는 아릴렌설폰 기를 포함하고 R 기 모두는 이를 포함하지 않을 수 있다; 또는 모든 R 기는 아릴렌설폰 기를 포함하고 연결기 Ⅴ 모두는 이를 포함하지 않을 수 있다; 또는 아릴렌설폰 기를 포함하는 Ⅴ 및 R 기의 전체 몰 분획이 50 몰% 이상일 경우, 아릴렌설폰은 연결기 Ⅴ 및 R 기의 일부 분획에 존재할 수 있다.
더욱 상세하게는, 폴리에테르이미드설폰은 1보다 많은, 구체적으로 10 내지 1,000, 또는 더욱 구체적으로 10 내지 500의 식 (6)의 구조 단위를 포함할 수 있다:
Y는 -O-, -SO2-, 또는 식 -O-Z-O- 기이고 -O-, -SO2-, 또는 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있고, 식 (2)에서 Y 몰 + R 몰 합의 50 몰%보다 많은 양이 -SO2-기를 포함하는 경우, Z는 상기 정의된 식 (3)의 이가 기이고 R은 상기 정의된 식 (2)의 이가 기이다.
폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드설폰은 임의로 에테르 또는 에테르 및 설폰 기를 포함하지 않는 연결기 Ⅴ, 예를 들어 식 (7)의 연결기를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다:
이러한 연결기를 포함하는 이미드 단위는 일반적으로 단위 전체 수의 0 내지 10 몰%, 구체적으로 0 내지 5 몰% 범위의 양으로 존재한다. 한 양태에서, 폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드설폰에서 추가적인 연결기 Ⅴ는 존재하지 않는다.
다른 측면에서, 폴리에테르이미드는 10 내지 500의 식 (5)의 구조 단위를 포함하고 폴리에테르이미드설폰은 10 내지 500의 식 (6)의 구조 단위를 포함한다.
폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드설폰은 임의의 적합한 공정에 의해 제조될 수 있다. 한 양태에서, 폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드 코폴리머는 중축 중합 공정 및 할로-변위 중합 공정을 포함한다.
중축 방법은 니트로-변위 공정(식 (8)에서 X는 니트로)으로 불리우는 구조 (1)을 갖는 폴리에테르이미드를 제조하는 방법을 포함할 수 있다. 니트로-변위 공정의 일 실시예에서, N-메틸 프탈이미드는 99% 질산으로 질산화(nitrated)되어 N-메틸-4-니트로프탈이미드(4-NPI) 및 N-메틸-3-니트로프탈이미드(3-NPI)의 혼합물을 생성한다. 정제 후, 약 95 부의 4-NPI와 5 부의 3-NPI를 포함하는 혼합물을 상 전이 촉매의 존재 하에서 비스페놀-A(BPA)의 디소듐염과 톨루엔에서 반응시킨다. 이 반응은 니트로-변위 단계로 알려진 단계에서 BPA-비스이미드 및 NaNO2를 생성한다. 정제 후, BPA-비스이미드는 이미드 교환 반응에서 프탈산 무수물과 반응하여 BPA-디안하이드리드(BPADA)를 제공하고, 차례로 이미드화-중합 단계에서 오쏘-디클로로벤젠에서 디아민 예컨대 메타-페닐렌 디아민(MPD)와 반응하여 생성물 폴리에테르이미드를 제공한다.
또한 다른 디아민도 가능하다. 적합한 디아민의 예로는: m-페닐렌디아민; p-페닐렌디아민; 2,4-디아미노톨루엔; 2,6-디아미노톨루엔; m-자일릴렌디아민; p-자일릴렌디아민; 벤지딘; 3,3'-디메틸벤지딘; 3,3'-디메톡시벤지딘; 1,5-디아미노나프탈렌; 비스(4-아미노페닐)메탄; 비스(4-아미노페닐)프로판; 비스(4-아미노페닐)설피드; 비스(4-아미노페닐)설폰; 비스(4-아미노페닐)에테르; 4,4'-디아미노디페닐프로판; 4,4'-디아미노디페닐메탄(4,4'-메틸렌디아닐린); 4,4'-디아미노디페닐설피드; 4,4'-디아미노디페닐설폰; 4,4'-디아미노디페닐에테르(4,4'-옥시디아닐린); 1,5-디아미노나프탈렌; 3,3'디메틸벤지딘; 3-메틸헵타메틸렌디아민; 4,4-디메틸헵타메틸렌디아민; 2,2',3,3'-테트라하이드로-3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로비[1H-인덴]-6,6'-디아민; 3,3',4,4'-테트라하이드로-4,4,4',4'-테트라메틸-2,2'-스피로비[2H-1-벤조-피란]-7,7'-디아민; 1,1'-비스[1-아미노-2-메틸-4-페닐]사이클로헥산, 및 이들의 이성질체뿐만 아니라 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 혼합물(mixture) 및 블렌드(blend)를 포함한다. 한 양태에서, 디아민은 구체적으로 방향족 디아민, 특히 m- 및 p-페닐렌디아민 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 혼합물이다.
디아민과 사용될 수 있는 적합한 디안하이드리드는 이에 제한하는 것은 아니나, 2,2-비스[4-(3,4-디카복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐에테르디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐설피드디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)벤조페논디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐설폰디안하이드리드; 2,2-비스[4-(2,3-디카복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐에테르디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐설피드디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)벤조페논디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐설폰디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐-2,2-프로판 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐에테르디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐설피드 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)벤조페논디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐설폰 디안하이드리드; 1,3-비스(2,3-디카복시페녹시)벤젠 디안하이드리드; 1,4-비스(2,3-디카복시페녹시)벤젠 디안하이드리드; 1,3-비스(3,4-디카복시페녹시)벤젠 디안하이드리드; 1,4-비스(3,4-디카복시페녹시)벤젠 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐 테트라카복실릭디안하이드리드; 3,3',4,4'-벤조페논테트라카복실릭 디안하이드리드; 나프탈릭디안하이드리드, 예컨대 2,3,6,7-나프탈릭 디안하이드리드, 등; 3,3',4,4'-비페닐설포닉테트라카복실릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-비페닐에테르테트라카복실릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디메틸디페닐실란테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐설피드디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐설폰디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐프로판디안하이드리드; 3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 비스(프탈릭)페닐설파인옥사이드디안하이드리드; p-페닐렌-비스(트리페닐프탈릭)디안하이드리드; m-페닐렌-비스(트리페닐프탈릭)디안하이드리드; 비스(트리페닐프탈릭)-4,4'-디페닐에테르 디안하이드리드; 비스(트리페닐프탈릭)-4,4'-디페닐메탄 디안하이드리드; 2,2'-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판디안하이드리드; 4,4'-옥시디프탈릭 디안하이드리드; 피로멜리틱디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐설폰테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-비스페놀 A 디안하이드리드; 하이드로퀴논 디프탈릭 디안하이드리드; 6,6'-비스(3,4-디카복시페녹시)-2,2',3,3'-테트라하이드로-3,3,3',3'-테트라메틸- -1,1'-스피로비[1H-인덴]디안하이드리드; 7,7'-비스(3,4-디카복시페녹시)-3,3',4,4'-테트라하이드로-4,4,4',4'-테트라메틸- -2,2'-스피로비[2H-1-벤조피란]디안하이드리드; 1,1'-비스[1-(3,4-디카복시페녹시)-2-메틸-4-페닐]사이클로헥산 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐설폰테트라카복실릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐설피드테트라카복실릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐설폭사이드테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-옥시디프탈릭 디안하이드리드; 3,4'-옥시디프탈릭 디안하이드리드; 3,3'-옥시디프탈릭 디안하이드리드; 3,3'-벤조페논테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-카보닐디프탈릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐메탄테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2-비스(4-(3,3-디카복시페닐)프로판 디안하이드리드; 2,2-비스(4-(3,3-디카복시페닐)헥사플루오로프로판디안하이드리드; (3,3',4,4'-디페닐)페닐포스핀테트라카복실릭디안하이드리드; (3,3',4,4'-디페닐)페닐포스핀옥사이드테트라카복실릭디안하이드리드; 2,2'-디클로로-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-디메틸-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-디시아노-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-디브로모-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-디아이오도-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-디트리플루오로메틸-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1-메틸-4-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1-트리플루오로메틸-2-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1-트리플루오로메틸-3-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1-트리플루오로메틸-4-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1-페닐-4-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-비스페놀 A 디안하이드리드; 3,4'-비스페놀 A 디안하이드리드; 3,3'-비스페놀 A 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐설폭사이드테트라카복실릭 디안하이드리드; 4,4'-카보닐디프탈릭 디안하이드리드; 3,3',4,4'-디페닐메탄테트라카복실릭 디안하이드리드; 2,2'-비스(1,3-트리플루오로메틸-4-페닐)-3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드리드, 및 이들의 모든 이성질체, 뿐만 아니라 전술한 것의 조합들을 포함한다.
폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드설폰을 제조하기 위한 할로-변위 중합 방법은 이에 제한하는 것은 아니나, 식 (8)에 대한 비스(프탈이미드)의 반응을 포함한다:
R은 상기 설명된 바와 같고 X는 니트로 기 또는 할로겐이다. 비스-프탈이미드 (8)은, 예를 들어 식 (9)의 상응하는 무수물의 축합에 의해 형성될 수 있다:
X는 니트로 기 또는 할로겐이고, 식 (10)의 유기 디아민을 갖는다:
R은 상기 설명된 바와 같다.
식 (10)의 아민 화합물의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 트리메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 1,12-도데칸디아민, 1,18-옥타데칸디아민, 3-메틸헵타메틸렌디아민, 4,4-디메틸헵타메틸렌디아민, 4-메틸노나메틸렌디아민, 5-메틸노나메틸렌디아민, 2,5-디메틸헥사메틸렌디아민, 2,5-디메틸헵타메틸렌디아민, 2,2-디메틸프로필렌디아민, N-메틸-비스(3-아미노프로필)아민, 3-메톡시헥사메틸렌디아민, 1,2-비스(3-아미노프로폭시)에탄, 비스(3-아미노프로필)설피드, 1,4-사이클로헥산디아민, 비스-(4-아미노사이클로헥실)메탄, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,4-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민, 2-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌-디아민, 5-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌-디아민, 벤지딘, 3,3'-디메틸벤지딘, 3,3'-디메톡시벤지딘, 1,5-디아미노나프탈렌, 비스(4-아미노페닐)메탄, 비스(2-클로로-4-아미노-3,5-디에틸프로필)메탄, 비스(4-아미노페닐)프로판, 2,4-비스(b-아미노-t-부틸)톨루엔, 비스(p-b-아미노-t-부틸페닐)에테르, 비스(p-b-메틸-o-아미노페닐)벤젠, 비스(p-b-메틸-o-아미노펜틸)벤젠, 1,3-디아미노-4-이소프로필벤젠, 비스(4-아미노페닐)에테르 및 1,3-비스(3-아미노프로필)테트라메틸디실록산을 포함한다. 이러한 아민의 혼합물이 사용될 수 있다. 설폰 기를 포함하는 식 (10)의 아민 화합물의 예로는 이에 제한하는 것은 아니나, 디아미노디페닐설폰(DDS) 및 비스(아미노페녹시 페닐)설폰(BAPS)을 포함한다. 전술한 아민 중 임의를 포함하는 조합이 사용될 수 있다.
폴리에테르이미드는 상 전이 촉매의 존재 또는 부재 하에서, 식 HO-V-OH의 디하이드록시 치환된 방향족 탄화수소의 알칼리 금속염과 비스(프탈이미드) (8)의 반응에 의해 합성될 수 있고 V는 상기 설명된 바와 같다. 적합한 상 전이 촉매는 U.S. Patent No. 5,229,482에 개시되어 있고, 그것의 전체가 참조로 본원에 인용된다. 구체적으로, 디하이드록시 치환된 방향족 탄화수소 비스페놀 예컨대 비스페놀 A, 또는 비스페놀의 알칼리 금속염 및 다른 디하이드록시 치환된 방향족 탄화수소의 알칼리 금속염의 조합이 사용될 수 있다.
한 양태에서, 폴리에테르이미드는 식 (5)의 구조 단위를 포함하고 각 R은 독립적으로 p-페닐렌 또는 m-페닐렌 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 혼합물이고; T는 식 -O-Z-O- 기이고 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3' 위치에 있고, 및 Z는 2,2-디페닐렌프로판 기(비스페놀 A 기)이다. 또한, 폴리에테르이미드설폰은 식 (6)의 구조 단위를 포함하고 R 기의 50 몰% 이상이 식 (4)의 것이고 Q는 -SO2-이고 나머지 R 기는 독립적으로 p-페닐렌 또는 m-페닐렌 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합이고; T는 식 -O-Z-O- 기이고 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3' 위치에 있고, 및 Z는 2,2-디페닐렌프로판 기이다.
폴리에테르이미드 및 폴리에테르이미드설폰은 단독 또는 서로 및/또는 본 발명의 폴리머 성분 제조에서 개시된 다른 폴리머 물질과 조합하여 사용될 수 있다. 한 양태에서, 단지 폴리에테르이미드가 사용된다. 또 다른 양태에서, 폴리에테르이미드:폴리에테르이미드설폰의 중량비는 99:1 내지 50:50일 수 있다.
폴리에테르이미드는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정된 5,000 내지 100,000 (g/mole)의 중량 평균 분자량(Mw)를 가질 수 있다. 일부 양태에서, Mw는 10,000 내지 80,000일 수 있다. 본원에 사용된 분자량은 절대 중량 평균 분자량(Mw)으로 지칭된다.
폴리에테르이미드는 25℃에서 m-크레졸로 측정된 그람 당 0.2 데시리터 (dl/g) 이상의 고유점도를 가질 수 있다. 이 범위에서 고유점도는 25℃에서 m-크레졸로 측정된 0.35 내지 1.0 dl/g일 수 있다.
폴리에테르이미드는 ASTM 시험 D3418에 따라 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 측정된 180℃보다 높은, 구체적으로 200℃ 내지 500℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 폴리에테르이미드 및, 특히 폴리에테르이미드는 240 내지 350℃의 유리 전이 온도를 가진다.
폴리에테르이미드는 6.7 킬로그람(kg) 무게를 사용하여, 340 내지 370℃에서 미국 재료 시험 협회(ASTM) DI 238에 의해 측정된 분당 0.1 내지 10 그람(g/min)의 용융 지수를 가질 수 있다.
폴리에테르이미드, 예를 들어 식 (1)을 갖는 폴리에테르이미드를 제조하기 위한 다른 할로-변위 중합 공정은 클로로-변위 공정(식 (8)에서 X는 Cl)으로 불리우는 공정이다. 클로로-변위 공정은 하기와 같이 설명된다: 4-클로로 프탈산 무수물 및 메타-페닐렌 디아민이 소듐 페닐 포스피네이트 촉매의 촉매량의 존재 하에서 반응하여 메타-페닐렌 디아민의 비스클로로프탈이미드(CAS No. 148935-94-8)를 생성한다. 이후 비스클로로프탈이미드를 오쏘-디클로로벤젠 또는 아니솔 용매 중 촉매의 존재 하에서 BPA의 디소듐염과 클로로-변위 반응에 의해 중합을 실시한다. 또는 3-클로로- 및 4-클로로프탈산 무수물의 혼합물이 사용되어 이성질체 비스클로로프탈이미드의 혼합물을 생성할 수 있고 이는 상기 설명된 바와 같이 BPA 디소듐염과 클로로-변위에 의해 중합될 수 있다.
실록산 폴리에테르이미드는 블록 코폴리머의 전체 중량을 기준으로 0보다 높고 40 중량 퍼센트(wt%)보다 낮은 실록산 함량을 갖는 폴리실록산/폴리에테르이미드 블록 코폴리머를 포함할 수 있다. 블록 코폴리머는 식 (Ⅰ)의 실록산 블록을 포함한다:
R1 -6은 각각 독립적으로 5 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 포화된, 불포화된, 또는 방향족 모노사이클릭 기, 5 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 포화된, 불포화된, 또는 방향족 폴리사이클릭 기, 1 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된 알킬 기 및 2 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된 알케닐 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, V는 5 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 포화된, 불포화된, 또는 방향족 모노사이클릭 및 폴리사이클릭 기, 1 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된 알킬 기, 2 내지 30의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된 알케닐 기 및 전술한 연결기 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 4가 연결기이고, g는 1 내지 30과 같고, 및 d는 2 내지 20이다. 상업적으로 이용 가능한 실록산 폴리에테르이미드는 브랜드 SILTEMTM(SABIC Innovative Plastics IP B.V.의 상표) 하의 SABIC Innovative Plastics로부터 수득될 수 있다.
폴리에테르이미드 수지는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 제외할 수 있다. 하한 및/또는 상한은 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10000, 11000, 12000, 13000, 14000, 15000, 16000, 17000, 18000, 19000, 20000, 21000, 22000, 23000, 24000, 25000, 26000, 27000, 28000, 29000, 30000, 31000, 32000, 33000, 34000, 35000, 36000, 37000, 38000, 39000, 40000, 41000, 42000, 43000, 44000, 45000, 46000, 47000, 48000, 49000, 50000, 51000, 52000, 53000, 54000, 55000, 56000, 57000, 58000, 59000, 60000, 61000, 62000, 63000, 64000, 65000, 66000, 67000, 68000, 69000, 70000, 71000, 72000, 73000, 74000, 75000, 76000, 77000, 78000, 79000, 80000, 81000, 82000, 83000, 84000, 85000, 86000, 87000, 88000, 89000, 90000, 91000, 92000, 93000, 94000, 95000, 96000, 97000, 98000, 99000, 100000, 101000, 102000, 103000, 104000, 105000, 106000, 107000, 108000, 109000, 및 110000 달톤으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에테르이미드 수지는 5,000 내지 100,000 달톤, 5,000 내지 80,000 달톤, 또는 5,000 내지 70,000 달톤의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 1차 알킬 아민 변성 폴리에테르이미드는 처음의, 변성되지 않은 폴리에테르이미드보다 낮은 분자량 및 높은 용융 유동을 가질 것이다.
폴리에테르이미드 수지는 폴리에테르이미드, 예를 들어 US patents 3,875,116; 6,919,422 및 6,355,723에 설명된 것, 실리콘 폴리에테르이미드, 예를 들어 US patents 4,690,997; 4,808,686에 설명된 것, 폴리에테르이미드설폰 수지, US patent 7,041,773에 설명된 것 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 이러한 특허 각각은 전문이 본원에 인용된다.
폴리에테르이미드 수지는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 제외할 수 있다. 하한 및/또는 상한은 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300 및 310 섭씨온도로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에테르이미드 수지는 약 200 섭씨온도(℃)보다 높은 유리 전이 온도(Tg)를 가질 수 있다.
폴리에테르이미드 수지는 실질적으로 벤질기 포함 양성자가 존재하지 않을 수 있다(100만 당 100 중량부(ppm) 미만). 폴리에테르이미드 수지는 벤질기 포함 양성자가 존재하지 않을 수 있다. 폴리에테르이미드 수지는 100 ppm 미만의 벤질기 포함 양성자 함량을 가질 수 있다. 한 양태에서, 벤질기 포함 양성자의 양은 0 초과 내지 100 미만 ppm 범위이다. 다른 양태에서, 벤질기 포함 양성자의 양은 검출할 수 없는 것이다.
폴리에테르이미드 수지는 실질적으로 할로겐 원자가 존재하지 않을 수 있다(100 ppm 미만). 폴리에테르이미드 수지는 할로겐 원자가 존재하지 않을 수 있다. 폴리에테르이미드 수지는 100 ppm 미만의 할로겐 원자 함량을 가질 수 있다. 한 양태에서, 할로겐 원자의 양은 0 초과 내지 100 미만 ppm 범위이다. 다른 양태에서, 할로겐 원자의 양은 검출할 수 없는 것이다.
개시된 복합 재료에서 사용될 수 있는 적합한 폴리에테르이미드는 이에 제한하는 것은 아니나, ULTEMTM을 포함한다. ULTEMTM은 Saudi Basic Industries Corporation(SABIC)에 의해 판매되는 폴리에테르이미드(PEI)계의 폴리머이다. ULTEMTM은 높은 내열성, 높은 강도(strength) 및 강성(stiffness), 및 넓은 내약품성을 가질 수 있다. 달리 명시되지 않는 한 본원에 사용된 ULTEMTM은 상기 계에 포함된 임의 또는 전부의 ULTEMTM 폴리머를 말한다. 다른 측면에서, ULTEMTM은 ULTEMTM 1000이다. 일 측면에서, 폴리에테르이미드는 임의의 폴리카보네이트 물질 또는 물질들의 혼합물, 예를 들어, U.S. Patent Nos. US 4,548,997; US 4,629,759; US 4,816,527; US 6,310,145; 및 US 7,230,066에 나열된 것을 포함할 수 있고, 이들 모두는 다양한 폴리에테르이미드 조성물 및 방법을 개시하는 특정 목적을 위해 전문이 인용된다.
특정한 측면에서, 열가소성 폴리머는 식 (Ⅰ)의 유기 라디칼로 표시되는 구조 단위를 포함하는 구조를 갖는 폴리에테르이미드 폴리머이다:
식 (Ⅰ)에서 R은 치환된 또는 비치환된 이가 유기 라디칼 예컨대 (a) 약 6 내지 약 20의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼 및 이의 할로겐화 유도체; (b) 약 2 내지 약 20의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 또는 분지형 사슬 알킬렌 라디칼; (c) 약 3 내지 약 20의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬렌 라디칼, 또는 (d) 일반적인 식 (Ⅱ)의 이가 라디칼을 포함한다:
Q는 단일 결합, -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수), 및 이의 할로겐화 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 이가 부분(divalent moiety)을 포함하고, 퍼플루오로알킬렌 기를 포함하며; T는 -O- 또는 식 -O-Z-O- 기이고 -O- 또는 -O-Z-O- 기의 이가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있고, 및 Z는 이에 제한하는 것은 아니나, 식 (Ⅲ)의 이가 라디칼을 포함한다:
식 (Ⅰ)에 의해 포함되는 폴리에테르이미드는 약 40,000 이상의 Mw를 가진다.
다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 코폴리머일 수 있고, 상기 설명된 에테르이미드 단위에 더하여, 식 (Ⅳ)의 폴리이미드 구조 단위를 더 포함한다:
R은 상기 식 (Ⅰ)에 대해 정의된 바와 같고 M은 이에 제한하는 것은 아니나, 식 (Ⅴ)의 라디칼을 포함한다:
다른 측면에서, 열가소성 수지는 식으로 표시되는 구조를 갖는 폴리에테르이미드 폴리머이다:
폴리에테르이미드 폴리머는 20,000, 30,000, 40,000 달톤, 50,000 달톤, 60,000 달톤, 80,000 달톤, 또는 100,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 갖는다.
폴리에테르이미드 폴리머는 식 (Ⅵ)의 방향족 비스(에테르 무수물)의 반응을 포함하는 당업자에 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다:
식 (IⅩ)의 유기 디아민을 가지며:
T 및 R은 상기 식 (Ⅰ)에서 설명된 바와 같다.
예시적인, 식 (Ⅵ)의 방향족 비스(에테르 무수물)의 비제한적인 예로는 2,2-비스[4-(3,4-디카복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐 설피드 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)벤조페논 디안하이드리드; 4,4'-비스(3,4-디카복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드리드; 2,2-비스[4-(2,3-디카복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐 설피드 디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)벤조페논 디안하이드리드; 4,4'-비스(2,3-디카복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐-2,2-프로판 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐 설피드 디안하이드리드; 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)벤조페논 디안하이드리드 및 4-(2,3-디카복시페녹시)-4'-(3,4-디카복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드리드, 뿐만 아니라 이의 다양한 혼합물을 포함한다.
비스(에테르 무수물)은 쌍극성, 비양자성 용매의 존재 하에서 디하이드릭 페놀 화합물의 금속염과 니트로 치환된 페닐 디니트릴의 반응 생성물의 가수분해, 이어지는 탈수에 의해 제조될 수 있다. 상기 식 (Ⅵ)에 포함되는 방향족 비스(에테르 무수물)의 유용한 부류는 이에 제한하는 것은 아니나, T가 식 (VIII)인 화합물 및 이의 혼합물을 포함한다:
에테르 결합은 예를 들어, 유익하게는 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있고, 및 Q는 상기 정의된 바와 같다.
임의의 디아미노 화합물은 폴리이미드 및/또는 폴리에테르이미드의 제조에 사용될 수 있다. 예시적인, 식 (VII)의 적합한 디아미노 화합물의 비제한적인 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 트리메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 1,12-도데칸 디아민, 1,18-옥타데칸디아민, 3-메틸헵타메틸렌디아민, 4,4-디메틸헵타메틸렌디아민, 4-메틸노나메틸렌디아민, 5-메틸노나메틸렌 디아민, 2,5-디메틸헥사메틸렌디아민, 2,5-디메틸헵타메틸렌디아민, 2,2-디메틸프로필렌디아민, N-메틸-비스(3-아미노프로필)아민, 3-메톡시헥사메틸렌 디아민, 1,2-비스(3-아미노프로폭시)에탄, 비스(3-아미노프로필)설피드, 1,4-사이클로헥산 디아민, 비스-(4-아미노사이클로헥실)메탄, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,4-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민, 2-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌-디아민, 5-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌-디아민, 벤지딘, 3,3'-디메틸벤지딘, 3,3'-디메톡시벤지딘, 1,5-디아미노나프탈렌, 비스(4-아미노페닐)메탄, 비스(2-클로로-4-아미노-3,5-디에틸페닐)메탄, 비스(4-아미노페닐)프로판, 2,4-비스(b-아미노-t-부틸)톨루엔, 비스(p-b-아미노-t-부틸페닐)에테르, 비스(p-b-메틸-o-아미노페닐)벤젠, 비스(p-b-메틸-o-아미노펜틸)벤젠, 1,3-디아미노-4-이소프로필 벤젠, 비스(4-아미노페닐)설피드, 비스(4-아미노페닐)설폰, 비스(4-아미노페닐)에테르 및 1,3-비스(3-아미노프로필)테트라메틸디실록산을 포함한다. 또한 이러한 화합물의 혼합물이 존재할 수 있다. 유익한 디아미노 화합물은 방향족 디아민, 구체적으로 m- 및 p-페닐렌디아민 및 이의 혼합물을 포함한다.
다른 측면에서, 폴리에테르이미드 수지는 식 (Ⅰ)에 따른 구조 단위를 포함하고 각 R은 독립적으로 p-페닐렌 또는 m-페닐렌 또는 이의 혼합물이고 및 T는 식 (IX)의 이가 라디칼이다:
다양한 측면에서, 반응은 식 (VI)의 무수물 및 식 (VII)의 디아민 사이의 반응에 영향을 주기 위해, 약 100℃ 내지 약 250℃의 온도에서 용매 예컨대 o-디클로로벤젠, m-크레졸/톨루엔, 등을 사용하여 실시될 수 있다. 또는, 폴리에테르이미드는 시작 물질의 혼합물을 교반과 동시에 높은 온도로 가열하여 식 (VI)의 방향족 비스(에테르 무수물)과 식 (VII)의 디아민의 용융 중합에 의해 제조될 수 있다. 용융 중합은 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도를 사용할 수 있다. 또한 사슬 정지제(chain stopper) 및 분지화제가 반응에서 사용될 수 있다. 또한 폴리에테르이미드 폴리머는 선택적으로 유기 디아민과 방향족 비스(에테르 무수물)의 반응으로부터 제조될 수 있고 디아민은 반응 혼합물에 약 0.2 몰 과량(molar excess)보다 높지 않고, 및 유익하게는 약 0.2 몰 과량(molar excess)보다 낮게 존재한다. 이러한 조건 하에서 폴리에테르이미드 수지는 빙초산 중 33 중량 퍼센트(wt%) 브롬화수소산 용액을 이용하여 클로로포름 용액으로 적정에 의해 보여지는 바와 같이, 한 양태에서 그람 당 약 15 미세등가물(μeq/g)보다 낮은 산 적정 가능 기, 및 다른 양태에서 그람 당 약 10 μeq/g보다 낮은 산 적정 가능 기를 가진다. 산-적정 가능한 기는 근본적으로 폴리에테르이미드 수지에서 아민 말단-기로 인한 것이다.
다른 측면에서, 폴리에테르이미드 수지는 폴리스티렌 표준을 이용하여 겔 투과 크로마토그래피로 측정된, 몰 당 약 24,000 내지 약 150,000 그람(g/mole) 이상의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 20,000 달톤, 40,000 달톤, 50,000 달톤, 60,000 달톤, 80,000 달톤, 100,000 달톤, 또는 120,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 40,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 45,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 50,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 60,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 70,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 열가소성 수지는 100,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
다른 측면에서, 열가소성 수지는 40,000 달톤, 50,000 달톤, 60,000 달톤, 80,000 달톤, 또는 100,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에테르이미드 폴리머를 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 40,000 달톤 또는 50,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 40,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 50,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 60,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 70,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 폴리에테르이미드 폴리머는 100,000 달톤 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
일 측면에서, 폴리머 물질은 다음을 포함한다
n은 1보다 크고, 예를 들어 10보다 크다. 일 측면에서 n은 2-100, 2-75, 2-50 또는 2-25, 예를 들어 10-100, 10-75, 10-50 또는 10-25 사이이다. 다른 실시예에서, n은 38, 56 또는 65일 수 있다.
3. 필러
일 측면에서, 나노복합체 내 필러의 로딩(loading)은 낮거나 희석할 수 있다. 예를 들어, 나노복합체 내 필러의 로딩은 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% 또는 45% 부피보다 낮을 수 있다. 일 측면에서, 나노복합체 내 필러의 로딩은 20% 부피보다 낮을 수 있다. 또 다른 측면에서, 나노복합체 내 필러의 로딩은 5% 부피보다 낮을 수 있다. 일 측면에서, 필러의 로딩은 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40% 또는 45% 부피 이상일 수 있다. 예를 들어, 필러의 로딩은 5 부피% 이상 또는 20 부피% 이상일 수 있다. 다른 측면에서, 나노복합체 내 필러의 로딩은 5 부피% 이상일 수 있다.
일 측면에서, 필러는 제1 및 제2 필러를 포함할 수 있다. 제1 필러는 제2 필러와 상이할 수 있다. 제1 및 제2 필러가 본원의 다른 부분에서 설명된 필러에 대해 선택될 수 있다.
일 측면에서, 필러는 무기 필러일 수 있다. 필러는 예를 들어, 상업적으로 이용 가능한 무기 물질일 수 있다. 필러는 이에 제한하는 것은 아니나, 티타늄, 지르코늄, 실리콘, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈럼, 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐, 망간, 테크네튬, 레늄, 철, 오스뮴, 코발트, 니켈, 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 붕소, 갈륨, 인듐, 비소, 탈륨, 실리콘, 게르마늄, 주석, 납, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 알루미늄의 옥사이드 및 설피드, 및 단일 또는 혼합 칼코게나이드, 특히 이의 칼코게나이드를 포함한다. 일 측면에서, 필러는 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 바륨, 티타늄, 및 아연의 산화물일 수 있으며 이에 제한하지는 않으나, Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, ZnO, BaTiO3 또는 건식 실리카(fumed silica), 또는 이의 조합을 포함한다. 다른 측면에서, 필러는 TiO2, BaTiO3, Al2O3 또는 건식 실리카(fumed silica), 또는 이의 혼합물일 수 있다.
일 측면에서, 필러는 형태를 가질 수 있다. 형태는 이에 제한하는 것은 아니나, 구형, 비-구형, 수염, 막대, 삼각, 피라미드 및 돔을 포함한다. 다른 측면에서, 필러는 구형 형태를 가질 수 있다.
일 측면에서, 필러는 크기를 가질 수 있다. 크기는 이에 제한하는 것은 아니나, 5nm, 10nm, 20nm, 50nm, 100nm, 150nm, 200nm, 250nm, 300nm, 500nm, 750nm, 1μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm 및 5 μm 이상을 포함한다. 다른 크기는 이에 제한하는 것은 아니나, 5nm, 10nm, 20nm, 50nm, 100nm, 150nm, 200nm, 250nm, 300nm, 500nm, 750nm, 900nm, 1μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm 및 5 μm보다 작은 것을 포함한다. 다른 적합한 크기는 이에 제한하는 것은 아니나, 5nm, 10nm, 20nm, 50nm, 100nm, 150nm, 200nm, 250nm, 300nm, 500nm, 750nm, 900nm, 1μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm 및 5 μm를 포함한다. 다른 적합한 크기는 이에 제한하는 것은 아니나, 5nm-10nm, 10nm-20nm, 20nm-40nm, 40nm-60nm, 60nm-80nm, 80nm-100nm, 100nm-150nm, 150nm-200nm, 200nm-300nm, 300nm-500nm, 500nm-1μm, 1μm-2μm, 2μm-3μm, 3μm-5μm, 또는 이의 혼합물을 포함한다. 따라서, 크기는 또한 예를 들어, 10-200nm, 50nm-200nm, 및 100nm-200nm를 포함한다.
표 1은 비제한적인 예시적인 필러를 나타낸다.
표 1.
a. 인터페이스 변형제(interface modifier)
일 측면에서, 필러는 인터페이스 변형제로 변형될 수 있다. 인터페이스 변형제는 필러와 폴리머 물질 사이의 상호 작용을 변형할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 변형제는 필러와 폴리머 물질을 더욱 화학적으로 양립할 수 있게 만들 수 있다. 따라서, 인터페이스 변형제는 인터페이스 변형제가 부족한 나노복합체에 비해 나노복합체의 절연 파괴 강도를 증가시킬 수 있다. 일 측면에서, 인터페이스 변형제는 나노복합체 내 필러의 응집을 감소시킨다.
일 측면에서, 인터페이스 변형제는 필러와 폴리머 물질 사이의 상호 작용을 변화시키는 화학적 기일 수 있다. 적합한 인터페이스 변형제는 이에 제한하는 것은 아니나, 포스폰산(phosponic acid)을 포함한다. 예를 들어, 바륨 티타네이트는 Kim et al., (Adv. Mater. 19:7, 1001-1005 (2007))에 기재된 바와 같이 포스폰산으로 변형될 수 있고 이는 참조로 전문이 본원에 인용된다. 또한 실리카 필러는 Aliev et al. (J. Mater. Chem., 10, 2758-2764 (2000))에 기재된 알려진 실란 화학제를 사용하여 포스폰산 부분(phosphonic acid moieties)으로 변형될 수 있고 이는 참조로 전문이 본원에 인용된다.
4. 박막
일 측면에서, 박막은 나노복합체로부터 제조될 수 있다. 박막은 커패시터와 같은 전자 응용 분야에서 유전체 층으로 사용될 수 있다.
일 측면에서, 필름은 두께를 가질 수 있다. 두께는 예를 들어, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, 10 μm, 5 μm, 3 μm, 2 μm 또는 1 μm보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 박막의 두께는 10 μm보다 작을 수 있다.
필름은 당업계에 공지된 방법 예컨대 용액 또는 용매 캐스팅 또는 용융 또는 압출 공정에 따라 제조될 수 있다.
5. 제조자의 물품
또한 본원에는 임의의 나노복합체 물질 또는 본원의 다른 부분에서 설명된 박막을 포함하는 제조자의 물품 또는 장치가 개시된다, 일 측면에서, 물품은 커패시터 또는 슈퍼커패시터이다. 커패시터는 전극에 전기적 전하를 생성하는 전기 화학 셀 사용을 통해 전극 표면에 전기 에너지를 저장하는 장치이다. 때때로 이중층 커패시터 또는 전기 화학 이중층 커패시터라고 언급되는 슈퍼커패시터(울트라커패시터라고도 불리움)는 전극과 전해질 사이 전기 화학 인터페이스에 미세한 전하 분리에 의해 에너지를 생성하고 저장하는 타입의 저장 장치이다. 슈퍼커패시터는 일반적인 커패시터에 비해 중량 당 더 많은 에너지를 저장할 수 있고 많은 재충전 가능한 배터리에 비해 일반적으로 높은 전력 정격(power rating)으로 에너지를 전달한다. 슈퍼커패시터는 일반적으로 다공성 분리기에 의해 전기적 접촉으로부터 분리된 두 개의 다공성 전극을 포함한다. 분리기 및 전극은 전해액으로 함침될 수 있고, 이는 셀 방전으로부터 전자 전류를 방지하면서 이온 전류가 전극 사이에 흐를 수 있게 한다.
전위가 슈퍼커패시터 셀에 인가될 때, 양극으로 음이온(anion)의 끌림 및 음극으로 양이온(cation)의 끌림으로 인해 이온 전류가 흐른다. 전극 표면에 도달하면, 이온 전하는 고체 액체 인터페이스 영역에 전하층을 생성하기 위해 축적된다. 이는 전하 종의 흡수 및 용매 분자의 쌍극자의 재편성에 의해 달성된다. 흡수된 전하는 전극 전위를 생성하기 위해 고체 전극에서 반대 전하에 의해 상기 영역에 유지된다. 이 포텐셜은 전극 표면에 저장된 전하 종 또는 이온의 양과 함께 일반적으로 선형 방식으로 증가한다. 방전 동안, 슈퍼커패시터 전극 간에 존재하는 전극 포텐셜 또는 전압은 전극 전류 컬렉터 사이 외부 회로를 통해 전류가 흐르는 동안 음이온이 양극 표면으로부터 방전되고 양이온이 음극 표면으로부터 방전됨에 따라 이온 전류를 흐르게 한다.
슈퍼커패시터는 에너지 저장 용도의 광범위한 범위에서 사용될 수 있다. 더욱 전통적인 에너지 저장 장치를 넘어 슈퍼커패시터의 몇 가지 이점은 높은 전력 용량, 긴 수명, 넓은 열적 작동 범위, 낮은 중량, 유연한 패키징, 및 낮은 유지 보수를 포함한다. 슈퍼커패시터는 로드 크레인, 포크리프트, 및 전기 자동차를 포함하는 에너지 탈환 소스와 같이 짧은 로드 사이클, 높은 신뢰성 요구 사항을 갖는 임의의 응용물에 적합할 수 있다. 동력을 거의 순간적으로 흡수하고 방출하는 슈퍼커패시터의 능력을 활용할 수 있는 다른 응용물은 공장 동력 백업 및 전기 회사에 대한 동력 평준화를 포함한다. 예를 들어, 슈퍼커패시터의 뱅크는 동력 장애 및 백업 동력 발전기의 시동 사이 짧은 격차를 연결할 수 있다.
많은 커패시터는 높은 전력 밀도 그러나 빠른 충전 및 방전 속도를 야기할 수 있는 낮은 에너지 밀도를 가질 수 있고, 단 몇 초간 높은 전력 공급을 가능하게 한다. 따라서, 본원에 설명된 나노복합체는 전통적인 배터리의 에너지 밀도에 도달하거나 능가하도록 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 증가시킨다.
통상적인 슈퍼커패시터는 높은 표면적, 도전성 탄소, 예컨대 분리기 및 전류 컬렉터 전극 사이 게재된 활성 탄소를 이용할 수 있다.
일 측면에서. 물품 또는 장치는 절연체이다.
6. 방법
또한 본원에는 a. 나노 입자 무기 필러 물질을 용매 내 분산; b. 폴리머 물질을 용매 내 용해시켜 시스템을 형성; 및 c. 시스템으로부터 나노복합체 물질을 캐스팅하는 단계를 포함하는 나노복합체의 제조방법이 개시되고, 상기 나노복합체는 본원에 설명된 임의의 나노복합체이다.
일 측면에서 상기 용매는 유기 용매이다. 적합한 유기 용매는 이에 제한하는 것은 아니나, 아세톤, 톨루엔, 디클로로메탄, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라하이드로퓨란, 또는 이의 혼합물을 포함한다. 다른 측면에서, 폴리머 물질은 NMP에 가용성이다.
일 측면에서, 폴리머 물질은 분산물 내 용해된다. 다른 측면에서, 폴리머 물질은 분산물에 첨가되기 전에 용매 내 용해된다. 따라서, 예를 들어, 폴리머 물질은 NMP에 용해될 수 있고 이후 그 용액은 분산물에 첨가된다. 이는 폴리머가 시스템 내 분산되기보다는 용해되는 것을 확인하기 위한 것이다.
일 측면에서, 나노복합체는 분산물로부터의 캐스트일 수 있다. 일 측면에서, 방법은 캐스팅 또는 용융 기술에 의해 나노복합체로부터 박막을 제조하는 단계를 더 포함한다.
C. 실시예
하기의 실시예들은 당업자에게 본원에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되었는지의 완벽한 개시와 설명을 제공하기 위한 것이고, 오직 발명의 예시적인 것으로 의도되며 발명으로 여겨지는 것의 범위를 제한하기 위한 것으로 의도되지 않는다. 달리 표현되지 않는다면, 부분은 중량부, 온도는 ℃ 또는 주위 온도이고, 압력은 대기 또는 대기 근처 압력이다.
1. 물질 및 방법
본원에 설명된 DK 및 DF 측정은 Novocontrol 유전체 분광계에 의해 수행되었다. 절연 파괴 강도는 500V/초 램핑 속도로 Hipotronics 높은 전압 소스를 사용하여 측정되었다. 볼 전극과 판 전극이 사용되었다.
2. 실시예 1 - ULTEM 필름의 유전율 측정
NMP 중 ULTEM 1000 용액을 1시간 동안 90℃로 준비하였다. 필름은 이 용액으로부터 캐스트하였다. 필름은 하기와 같이 3개의 다른 조건을 이용하여 건조하였다: 진공 및 N2 기체 하에서 A) 150℃에서 3시간 동안 건조, B) 200℃에서 3시간 동안 건조, C) 200℃에서 12시간 동안 건조. 금은 필름 상에 스퍼터링하였다(25mA, 4분). 유전율 측정은 상온(rt) 및 1 kHz에서 실시되었다.
도 3A 및 3C에서 보여지는 바와 같이, 7개 샘플을 제조하여 시험하였다(샘플은 150℃에서 3시간 동안 건조시켰다). 평균 DK 값은 σrepeatability 4.63E-3 (0.119%) 및 σpart - to - part 6.61E-2 (1.69%)로 3.908이었다. 평균 손실 계수(DF) 값은 σr epeatabili ty 1.73E-5 (0.487%) 및 σpart - to - part 2.88E-4 (8.11%)로 0.00355였다.
도 3B 및 3D에서 보여지는 바와 같이 필름의 건조 차이는 DK 및 DF 값에 영향을 미쳤다. DK는 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 필름을 건조시킴으로써 3.91에서 3.25로 감소하였다(도 3B). DF는 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 필름을 건조시킴으로써 3.55E-3에서 1.76E-3로 감소하였다(도 3D). 200℃에서 ULTEM 필름을 건조시키는 것이 수용 가능한 것으로 결정되었다.
3. 실시예 2 - 알루미나 나노복합체
알루미나, 낮은 DK 필러를 이용한 나노복합체를 제조하고 시험하였다. ULTEM 1000이 나노복합체 내 폴리머 매트릭스로 사용되었다. 필러 없는 ULTEM 1000이 대조군으로 사용되었다. 표 2는 나노복합체 내 사용된 알루미나의 로딩 및 입자 크기를 나타낸다.
표 2.
샘플은 현탁액을 1시간 동안 초음파 처리하여 NMP 중 필러(즉, 알루미나)를 분산시켜 제조하였다. 이후 ULTEM 1000을 현탁액에 용해시키고 80℃에서 하룻밤 동안 교반하였다. 이후 필름을 1시간 동안 90℃에서 용액으로부터 캐스트하였다. 필름은 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 금은 필름 상에 스퍼터링하였다(25mA, 4분).
도 4는 ULTEM-알루미나 나노복합체의 파괴 강도를 나타낸다. ULTEM 1000은 마이크로미터 당 640 볼트(V/㎛)의 파괴 강도를 갖는다. 5 부피%의 구형 40-50nm 및 150 nm 알루미나 입자를 갖는 나노복합체는 ULTEM 1000과 유사한 파괴 강도를 갖는다. 구형 10nm 및 2-4x2800 nm 수염(whisker)을 갖는 나노복합체는 조사된 모든 필러 로딩에 대해 감소된 파괴 강도를 나타냈다. 표 2A는 형태 효과를 결정하는데 사용된 물질을 나타낸다.
표 2A
나노복합체의 DK는 필러로 알루미나를 첨가함으로써 증가되었다(도 5A 참조). DK는 필러 함량이 증가됨에 따라 더욱 증가되었다. 모든 DK 값은 전도 손실의 영향을 감산하도록 수정되었다. 또한 DF는 필러로 알루미나를 첨가함으로써 증가되었다(도 5B 참조). 150 nm 알루미나 입자를 포함하는 복합체는 최저의 DF 값을 유지하였다. 필러 없는 ULTEM 1000이 대조군으로 사용되었다(도 6 참조).
다양한 주파수에서 DK 및 DF 측정이 2-4x2800nm 수염(whisker)에 대해 실시되었다(도 7A 및 7B 참조). 다양한 주파수에서 DK 및 DF 측정이 10 nm 구형에 대해 실시되었다(도 8A 및 8B 참조).
다양한 주파수에서 DK 및 DF 측정이 40-50 nm 구형에 대해 실시되었다(도 9A 및 9B 참조). 다양한 주파수에서 DK 및 DF 측정이 150 nm 구형에 대해 실시되었다(도 10A 및 10B 참조). 결과는 큰 크기의 알루미나를 이용한 나노복합체는 DK 및 DF 값을 유지하는 것을 나타내며 단지 감마 상(또는 혼합된 상)이 작은 크기 입자에 대해 사용할 수 있는 반면 결정 상이 알파 상(큰 결정을 사용)인 것을 나타낸다.
결과는 5 부피%(vol% 또는 volume%) 로딩에서 40-50 nm 및 150 nm 알루미나 필러를 이용한 나노복합체에 대한 에너지 밀도가 폴리머(ULTEM 1000)에 비해 다소 높은 것을 나타낸다(도 11 참조). ULTEM 1000은 입방 센티미터 당 5.54 줄(J/cc)의 에너지 밀도를 갖는다. 알루미나를 갖는 나노복합체의 에너지 밀도는 표 3에서 보여진다.
표 3.
요약하면, 주축에 따라 측정된 200 nm(예를 들어, 10 nm 내지 200 nm) 이하의 평균 입자 크기를 갖는 무기 필러, 예컨대 40-50 nm 및 150 nm 알루미나 필러를 이용한 나노복합체는 높은 파괴 전계(breakdown field)를 유지하면서 우수한 유전 특성을 나타낸다. 10 nm 구형 및 2-4x2800 nm 수염형을 이용한 나노복합체는 낮은 파괴 전계를 갖는 낮은 DK를 나타낸다. 작은 크기의 필러(10 nm 및 2-4x2800 nm 수염형)을 이용한 나노복합체의 거동은 결정 상의 혼합물 및 필러의 넓은 영역에 의한 것일 수 있다. 큰 입자를 이용한 낮은 로딩에 대한 에너지 밀도는 ULTEM 1000과 유사한 값을 나타냈다. 파괴 강도 및 에너지 밀도 모두는 높은 로딩과 함께 감소되었다.
4. 실시예 3 - 바륨 티타네이트 나노복합체
바륨 티타네이트(BaTiO3), 높은 DK 필러를 이용한 나노복합체를 제조하고 시험하였다. ULTEM 1000이 나노복합체 내 폴리머 매트릭스로 사용되었다. 필러 없는 ULTEM 1000이 대조군으로 사용되었다. 표 4는 나노복합체 내 사용된 바륨 티타네이트의 로딩 및 입자 크기를 나타낸다.
표 4.
샘플은 현탁액을 1시간 동안 초음파 처리하여 NMP 중 필러(즉, 바륨 티타네이트)를 분산시켜 제조하였다. 이후 ULTEM을 현탁액에 용해시키고 80℃에서 하룻밤 동안 교반하였다. 이후 필름을 1시간 동안 90℃에서 용액으로부터 캐스트하였다. 필름은 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 금속화를 위해 금은 필름 상에 스퍼터링하였다(25mA, 4분).
바륨 티타네이트 입자 크기와 상관 없이 바륨 티타네이트를 이용한 나노복합체는 대조군에 비해 나노복합체 상의 DK를 증가시켰다(도 12A 참조). 바륨 티타네이트 입자 크기와 상관 없이 바륨 티타네이트를 이용한 나노복합체의 DF는 낮은 로딩에서 대조군과 유사하였다. 작은 크기의 바륨 티타네이트 입자(50nm 및 100nm)를 갖는 나노복합체에 대해 DF는 높은 로딩에서 증가된 반면 큰 입자(700nm)를 갖는 나노복합체에 대해 DF는 상당히 일정하게 유지되었다(도 12B 참조). 바륨 티타네이트를 이용한 나노복합체에 대한 모든 DF 값은 낮았다(<1%).
나노복합체의 파괴 강도는 대조군의 파괴 강도보다 낮았다(도 13A 참조). 나노복합체의 형상 계수는 필러의 크기에 의해 변하였다(도 13B 참조). 나노복합체의 절연 파괴 강도는 인터페이스 변형제 사용에 의해 증가할 것이다.
필러로 바륨 티타네이트를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도는 대조군의 에너지 밀도보다 낮았다(도 14 참조). 표 5는 필러로 바륨 티타네이트(BT)를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
표 5.
5. 실시예 4 - 티타니아 나노복합체
티타니아(TiO2), 중간 DK 필러를 이용한 나노복합체를 제조하고 시험하였다. ULTEM 1000이 나노복합체 내 폴리머 매트릭스로 사용되었다. 필러 없는 ULTEM 1000이 대조군으로 사용되었다. 표 6은 나노복합체 내 사용된 티타니아의 로딩 및 입자 크기를 나타낸다.
표 6.
샘플은 현탁액을 1시간 동안 초음파 처리하여 NMP 중 필러(즉, 티타니아)를 분산시켜 제조하였다. 이후 ULTEM을 현탁액에 용해시키고 80℃에서 하룻밤 동안 교반하였다. 이후 필름을 1시간 동안 90℃에서 용액으로부터 캐스트하였다. 필름은 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 금속화를 위해 금은 필름 상에 스퍼터링하였다(25mA, 4분).
티타니아 입자 크기에 상관 없이 티타니아를 이용한 나노복합체는 대조군에 비해 나노복합체 상의 DK를 증가시켰다(도 15A 참조). 티타니아 입자 크기에 상관 없이 티타니아를 이용한 나노복합체의 DF는 낮은 로딩에서 대조군과 유사하였다. 100 nm 티타니아 입자를 갖는 나노복합체에 대해 높은 로딩에서 DF가 증가된 반면 작고 큰 입자(20 nm, 50 nm 및 5 마이크로미터 (㎛))를 갖는 나노복합체에 대해 DF가 상당히 일정하게 유지되었다(도 15B 참조). 이러한 나노복합체에 대해 크기 의존성은 탐지되지 않았다.
나노복합체의 파괴 강도는 대조군의 파괴 강도보다 낮았다(도 16 참조). 50 nm 필러를 이용한 나노복합체는 모든 로딩에 대해 최대 파괴 강도를 나타냈다. 낮은 파괴 강도는 높은 전도 손실에 의한 것이었다.
필러로 티타니아를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도는 대조군의 에너지 밀도보다 낮았다(도 15 참조). 50 nm 필러를 이용한 나노복합체는 최고의 에너지 밀도를 나타냈다. 표 7은 필러로 티타니아를 이용한 나노복합체의 에너지 밀도를 나타낸다.
표 7.
6. 실시예 5 - 나노복합체의 비교
결과는 나노복합체가 DK 증가와 함께 파괴 강도 EBD를 감소시켰음을 나타낸다(도 18 참조). 그러나, DK가 증가할 때 EBD가 동질의 물질에 비해 나노복합체에 대해 더욱 빠르게 감소한다.
주파수 의존성 및 계면 효과는 DK 및 DF 관계에 영향을 준다. 일반적으로, DF는 DK가 증가함에 따라 증가한다(도 19 참조). 높은 DK 물질에서 높은 DF 값은 큰 쌍극자의 이완에 의한 것이다. 데이터는 10보다 훨씬 낮은 DK 값은 1% 미만의 DF 값을 갖는 것을 나타낸다.
필러의 DK가 폴리머의 DK보다 높아 나노복합체의 DK는 필러 함량 증가와 함께 증가한다(도 20A 참조). 또한 DF는 필러 함량 증가와 함께 증가한다(도 20B 참조).
1) 높은 지역 전기장 및 2) 부하가 많은 복합체에서 퍼컬레이션의 효과로 인해 파괴 강도는 필러 함량 증가와 함께 감소한다(도 21A 참조). 에너지 밀도는 파괴 강도에 크게 의존하며, 따라서 이는 또한 필러 함량 증가와 함께 감소한다(도 21B 참조).
ULTEM 1000 내 나노필러의 분산은 도 22A-22C에서 보여진다. 22A를 22C와 비교하여, 파괴 강도는 필러 분산의 질보다 필러의 DK에 의해 지배되는 것으로 보인다.
7. 실시예 6 - 실리카 나노복합체
실리카(SiO2)를 이용한 나노복합체를 제조하고 시험하였다. ULTEM 1000이 나노복합체 내 폴리머 매트릭스로 사용되었다. 필러 없는 ULTEM 1000이 대조군으로 사용되었다. 표 8은 나노복합체 내 사용된 실리카의 로딩 및 입자 크기를 나타낸다.
표 8.
샘플은 현탁액을 1시간 동안 초음파 처리하여 NMP 중 필러(즉, 실리카)를 분산시켜 제조하였다. 이후 ULTEM을 현탁액에 용해시키고 80℃에서 하룻밤 동안 교반하였다. 이후 필름을 1시간 동안 90℃에서 용액으로부터 캐스트하였다. 필름은 진공 및 N2 기체 하의 200℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 금속화를 위해 금은 필름 상에 스퍼터링하였다(25mA, 4분).
다른 크기의 실리카가 나노복합체의 DK를 평가하는데 사용되었다. 실리카는 NanoAmor (15nm, 80nm, 쿼츠), Evonik (건식 실리카) 및 Nissan Chemical Inc. (콜로이달 실리카)로부터 구입되었다.
다른 주파수에서 DK 및 DF가 필러로 15 nm 실리카를 이용한 나노복합체 내 시험되었고, 도 23A 및 23B를 참조한다. 높은 필러 로딩은 DF를 증가시켰다. 또한 이완 피크가 관찰되었다.
다른 주파수에서 DK 및 DF가 필러로 80 nm 실리카를 이용한 나노복합체 내 시험되었고, 도 24A 및 24B를 참조한다. 필러로 15 nm 실리카를 이용한 나노복합체에 비해 DF가 낮았다. 높은 로딩(25%)에 대해 이완 피크가 관찰되었다.
15nm 및 80nm 실리카 필러를 이용한 나노복합체에 대한 파괴 강도 및 에너지 밀도가 측정되었다; 도 25A 및 25B를 참조한다. 파괴 강도 및 에너지 밀도 모두 대조군(ULTEM 1000)보다 낮았다.
다른 주파수에서 DK 및 DF가 필러로 3 마이크론 쿼츠를 이용한 나노복합체 내 측정되었고, 도 26A 및 26B를 참조한다. DK는 시험된 주파수 범위에 걸쳐 일정하였다. 이러한 나노복합체에 대해 DF는 일반적으로 낮았다.
필러로 3 마이크론 쿼츠를 이용한 나노복합체의 파괴 강도는 대조군보다 낮았고, 도 27 A 및 B를 참조한다. 대조군의 파괴 강도는 67% 상대 습도에서 620 MV/m이었고, 도 28을 참조한다. 따라서, 시험 방법은 믿을 수 있다.
12 nm의 평균 일차 입자 크기를 갖는 aerosil 200 건식 실리카를 ULTEM 1000에 필러로 첨가하여 상기 설명된 나노복합체를 제조하였다. 실리카 필러의 형태는 삼차원으로 융합된 일차 입자, 사슬 유사 이차 입자(응집체), 이후 삼차 입자로 뭉쳐진 것이다. 건식 실리카의 표면적은 높다. DK, DF 및 파괴 강도가 다양한 습도 하에서 이러한 나노복합체에 대해 시험되었고, 도 29A 및 29B를 참조한다. 파괴 강도는 낮은 로딩에서 대조군과 유사하였다.
콜로이달 실리카를 이용한 나노복합체를 하기와 같이 제조하였다. pH 4-6에서 20-21 중량% 로딩으로 10-15nm 입자 크기의 안정한 콜라이달 분산물을 제조하기 위해 N,N-디메틸 아세트아미드(DMAc)를 사용하였다. ULTEM 1000은 DMAc에 용해될 수 있으나, 분산물은 ULTEM 1000이 분산물에 직접 첨가될 경우 폴리머의 용액보다 폴리머 분산을 촉진시킬 수 있는 제제를 포함한다. 그러므로, ULTEM 1000은 먼저 NMP 또는 DMAc에 용해시키고 이후 콜로이달 분산물과 혼합한다. 필름은 이 시스템으로부터 성공적으로 캐스트하였고, 도 30A 및 30B를 참조한다.
콜로이달 실리카 나노복합체에 대한 DK, DF 및 파괴 강도를 측정하였고, 도 31A 및 31B를 참조한다. DK 및 DF 모두 낮은 주파수에서 증가하였다. 파괴 강도는 대조군 및 필러로 건식 실리카를 이용한 나노복합체보다 낮았다. 낮은 파괴 강도는 필름의 전도 손실 및 필름 내 불균일한 형태로 인한 것일 수 있다.
시험된 모든 ULTEM-실리카 샘플에 대한 DK, DF, 에너지 밀도 및 파괴 강도의 요약은 도 32A-32D에서 보여진다. 결과는 건식 실리카 복합체가 높은 에너지 밀도, 낮은 DF, 높은 파괴 강도 및 우수한 DK를 갖는 것을 나타낸다.
모든 필러(실리카에 제한하는 것이 아님)를 이용한 나노복합체에 대한 DK, DF, 에너지 밀도 및 파괴 강도의 요약은 도 33A-33D에서 보여진다.
8. 실시예 7 - 나노복합체 내 코로나 저항
폴리머, 예컨대 폴리에테르이미드, 예컨대 ULTEM 1000은 높은 전압 하에서 상당히 빠르게 실패할 수 있고 코로나 하에서 안정하지 않다. 본원에 설명된 것과 같은 필러를 폴리머에 첨가하여 나노복합체를 형성함으로써, 코로나 저항이 증가될 수 있다. 필러는 차폐 층을 생성하여 가스 이온화(즉, 플라즈마)에 의해 생성된 이온 및 전자를 흩뿌리고 반사한다. 높은 전기 전도성은 코로나 효과 규모를 감소시킨다. 높은 열 전도성은 코로나 효과, 전기 손실에 의해 발생된 열을 소멸시킨다. 그러나, 필러 집합체는 파괴 강도의 감소를 야기할 수 있다.
나노복합체의 코로나 저항을 70MV/m, 3 킬로헤르츠(kKz) 교류(AC), 12.7 밀리미터 (mm) 볼 전극에서 시험하였다. 각 나노복합체의 8개 샘플을 시험하였다.
대조군(ULTEM 1000)에 대한 코로나 저항은 74 min이었다. 5 중량% 로딩에서 150 nm 알루미나 및 ULTEN 1000으로부터 제조된 나노복합체에 대한 코로나 저항은 614 min(코로나 저항 6.7 배 증가)의 코로나 저항을 가졌으며, 도 34A 및 34B를 참조한다.
전과 같이, ULTEM 1000이 코로나 저항 측정에서 폴리머 매트릭스로 사용되었다. 150 nm 알루미나, 50 nm 티타니아, 100 nm 바륨 티타네이트 필러를 갖는 나노복합체의 코로나 저항을 시험하였다. 코로나 저항이 측정된 나노복합체는 표 9에서 보여진다.
표 9.
먼저 Ultem 나노복합체 시험시 사용되는 샘플의 수 및 전압 레벨의 최적 조건을 결정하기 위해 충전되지 않은 Ultem 필름을 코로나 저항에 대해 평가하였다. 상업적인 13 ㎛ 두께 압출 Ultem 필름을 다음의 적용 필드를 사용하여 코로나 저항에 대해 평가하였다: 650 볼트 (V) (미터 당 50 메가볼트 (MV/m)), 975V (75MV/m), 1300V (100MV/m), 및 1725 V (125MV/m). 4, 8 및 16개 샘플을 시험한 결과를 조사하였다. 도 35A 및 35B는 전압의 함수로 Ultem 필름의 코로나 저항을 나타낸다. 내구 수명 시간은 적용된 전압에 비선형 의존성이다. 표 10은 충전되지 않은 Ultem 필름에 대한 코로나 저항 시험의 요약을 나타낸다. 데이터에서 보여지는 바와 같이, 전압이 증가함에 따라 Ultem 필름의 코로나 저항이 감소하였다. 1300V가 ULTEM 나노복합체의 코로나 저항을 측정하는데 적합한 전압인 것으로 결정되었다.
표 10.
1300V(최적 전압)에서 코로나 저항에 대해 시험된 샘플 수의 효과는 도 36에서 보여진다. 그룹 당 4개 샘플의 4개 그룹이 시험되었다(총 16개 측정). 이후 16개 측정은 16개 포인트의 한 그룹, 각 8개 포인트의 두 그룹, 및 각 4개 포인트의 네 그룹으로 분류하였다. 이후 세 경우에 대한 코로나 저항 라이프타임(분)의 평균 값을 산출하였다. 마지막으로, 세 경우에 대한 평균 사이의 최대 차이도 산출하였다. 나노복합체의 코로나 저항을 측정하는데 조성물 당 8개 샘플이 허용 가능한 절충안인 것으로 결정되었다(2개의 8-샘플 그룹의 평균 값은 단지 2분에 의해 차이가 있었다). 표 11은 16개 개별 측정의 요약을 나타낸다.
표 11.
Ultem의 코로나 저항은 필러 첨가에 의해 상당히 증가하고, 도 37을 참조한다. 5%(부피)에서 티타니아는 대조군보다 코로나 저항을 50배 증가시켰다. 필러의 유형은 나노복합체의 코로나 저항을 결정한다. 작은 크기의 필러는 큰 필러보다 그들의 패킹 밀도가 높아 전형적으로 코로나 저항을 증가시키는데 더욱 효과적이다.
나노복합체, 이를 제조하는 방법, 및 이를 포함하는 물품의 일부 실시예들이 하기에 제시된다.
실시예 1: 유전체 나노복합체로서, 베이스 코로나 저항, 베이스 유전 상수(DK, dielectric constant) 값 K1, 베이스 에너지 밀도, 및 베이스 절연 파괴 강도를 나타내는 폴리머 물질을 포함하는 연속 폴리머 상(continuous polymer phase); 및 DK 값 K2를 나타내는 나노 입자 무기 필러 물질을 포함하는 분산된 입자 상(dispersed particulate phase)으로, 상기 나노 입자 무기 필러 물질은 연속 폴리머 상에 분산되고 상기 K2 값은 K1보다 높은, 분산된 입자 상;을 포함하고, 상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 높은 코로나 저항을 나타내고; 상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도의 65% 이상인 에너지 밀도를 나타내고; 및 상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 80% 이상인 절연 파괴 강도를 나타내는 나노복합체.
실시예 2: 실시예 1의 유전체 나노복합체로서, DK 값 K2는 DK 값 K1보다 30배 이상 높은 나노복합체.
실시예 3: 실시예 1의 유전체 나노복합체로서, DK 값 K2는 DK 값 K1보다 2배 이상 높은 나노복합체.
실시예 4: 실시예 1-3 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 DK는 DK 값 K1보다 25% 이상 높은 나노복합체.
실시예 5: 실시예 1-4 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 DK는 DK 값 K1보다 60% 이상 높은 나노복합체.
실시예 6: 실시예 1-5 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 6배 이상 높은 나노복합체.
실시예 7: 실시예 1-6 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 12배 이상 높은 나노복합체.
실시예 8: 실시예 1-7 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 50배 이상 높은 나노복합체.
실시예 9: 실시예 1-8 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 에너지 밀도는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도 값의 75% 이상인 나노복합체.
실시예 10: 실시예 1-9 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 절연 파괴 강도는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 85% 이상인 나노복합체.
실시예 11: 실시예 1-10 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체의 손실 계수(DF, dissipation factor)는 1%보다 낮은 나노복합체.
실시예 12: 실시예 1-11 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체 내 나노 입자 무기 필러 물질의 로딩(loading)은 5 부피%보다 낮은 나노복합체.
실시예 13: 실시예 1-11 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노복합체 내 나노 입자 무기 필러 물질의 로딩(loading)은 5 부피% 이상인 나노복합체.
실시예 14: 실시예 1-13 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노 입자 무기 필러 물질은 Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, BaTiO3, 또는 건식 실리카(fumed silica); 또는 이들의 조합을 포함하는 나노복합체.
실시예 15: 실시예 1-14 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노 입자 무기 필러 물질은 장축을 따라 측정 시 1 ㎛보다 낮은 평균 크기를 갖는 나노복합체.
실시예 16: 실시예 1-154 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노 입자 무기 필러 물질은 장축을 따라 측정 시 900 nm보다 낮은 평균 크기를 갖는 나노복합체.
실시예 17: 실시예 1-16 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 나노 입자 무기 필러 물질은 장축을 따라 측정 시 10 내지 200 nm의 평균 크기를 갖는 나노복합체.
실시예 18: 실시예 1-17 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 폴리머 물질은 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리락티드, 폴리이미드, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 에스테르폴리카보네이트, 폴리설폰, 시아네이티드 폴리카보네이트, 시아네이티드 폴리에테르이미드, 시아네이티드 폴리설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 또는 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하는 나노복합체.
실시예 19: 실시예 1-18 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 폴리머 물질은 폴리락티드 애씨드(PLA) 및 폴리(락틱-코-글리콜릭 애씨드)PLGA, 또는 이들의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하는 나노복합체.
실시예 20: 실시예 1-17 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 폴리머 물질은 다음을 포함하는 나노복합체
상기 n은 10보다 크다.
실시예 21: 실시예 1-20 중 어느 하나의 유전체 나노복합체로서, 인터페이스 변경제(interface modifier)를 더 포함하는 나노복합체.
실시예 22: 실시예 1-21 중 어느 하나의 나노복합체를 포함하는 박막.
실시예 23: 실시예 1-21 중 어느 하나의 나노복합체를 포함하는 폼(foam).
실시예 24: 실시예 1-21 중 어느 하나의 나노복합체를 포함하는 섬유.
실시예 25: 실시예 1-21 중 어느 하나의 나노복합체를 포함하는 제조자의 물품.
실시예 26: 실시예 24의 제조자의 물품으로서, 물품은 막, 분리기, 커패시터, 또는 슈퍼커패시터인 물품.
실시예 27: 실시예 1-21 중 어느 하나의 유전체 나노복합체를 제조하는 방법으로서, 폴리머 물질을 포함하는 연속 상(continuous phase) 및 나노 입자 무기 필러를 포함하는 분산된 상(dispersed phase)을 갖는 나노복합체를 형성하는데 효과적인 조건 하에서 폴리머 물질 및 나노 입자 무기 필러를 블렌딩하는 단계를 포함하는 방법.
실시예 28: 실시예 27의 방법으로서, 나노복합체를 형성하는데 효과적인 블렌딩 조건은 (ⅰ) 제공된 나노 입자 무기 필러 물질을 용매 내 분산시키고, 및 (ⅱ) 폴리머 물질을 용매 내 용해시켜 용매 시스템을 형성하는 단계; 및 형성된 용매 시스템으로부터 나노복합체를 캐스팅하는 단계를 포함하는 방법.
실시예 29: 실시예 27의 방법으로서, 나노복합체를 형성하는데 효과적인 블렌딩 조건은 폴리머 물질 및 나노 입자 무기 필러 물질을 혼합기에 주입, 스크류 작용을 이용하여 폴리머 물질을 용융, 나노 입자 무기 필러 물질을 폴리머 물질에 분산시켜 균질 분산물을 형성, 및 나노복합체를 압출기 밖으로 펌핑하여 균질 분산물을 스트랜드(strand) 또는 필름으로 형성하는 단계를 포함하는 방법.
실시예 30: 실시예 29의 방법으로서, 혼합기는 단축- 또는 이축- 타입 압출기인 방법.
Claims (27)
- 유전체 나노복합체로서,
베이스 코로나 저항, 베이스 유전 상수(DK, dielectric constant) 값 K1, 베이스 에너지 밀도, 및 베이스 절연 파괴 강도를 나타내는 폴리머 물질을 포함하는 연속 폴리머 상(continuous polymer phase); 및
DK 값 K2를 나타내는 나노 입자 무기 필러 물질을 포함하는 분산된 입자 상(dispersed particulate phase)으로, 상기 나노 입자 무기 필러 물질은 연속 폴리머 상에 분산되고 상기 K2 값은 K1보다 높은, 분산된 입자 상;을 포함하고,
상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 높은 코로나 저항을 나타내고;
상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도의 65% 이상인 에너지 밀도를 나타내고; 및
상기 나노복합체는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 80% 이상인 절연 파괴 강도를 나타내며,
상기 나노 입자 무기 필러 물질은 Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, BaTiO3, 또는 건식 실리카(fumed silica); 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 폴리머 물질은 폴리에테르이미드를 포함하는 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 TiO2의 DK 값 K2는 DK 값 K1보다 30배 이상 높은 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, DK 값 K2는 DK 값 K1보다 2배 이상 높은 유전체 나노복합체.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 6배 이상 높은 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 12배 이상 높은 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 나노 입자 무기 필러 물질은 TiO2를 포함하고, 나노복합체의 코로나 저항은 폴리머 물질의 베이스 코로나 저항보다 50배 이상 높은 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체의 에너지 밀도는 폴리머 물질의 베이스 에너지 밀도 값의 75% 이상인 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체의 절연 파괴 강도는 폴리머 물질의 베이스 절연 파괴 강도의 85% 이상인 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체의 손실 계수(DF, dissipation factor)는 1%보다 낮은 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체 내 Al2O3의 로딩(loading)은 5 내지 20 부피%인 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 나노복합체 내 TiO2의 로딩(loading)은 5 내지 10 부피%인 유전체 나노복합체.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 Al2O3는 장축을 따라 측정 시 100 내지 200 nm의 평균 크기를 갖는 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 TiO2은 장축을 따라 측정 시 20 내지 100 nm의 평균 크기를 갖는 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 폴리머 물질은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리락티드, 폴리이미드, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 에스테르폴리카보네이트, 폴리설폰, 시아네이티드 폴리카보네이트, 시아네이티드 폴리에테르이미드, 시아네이티드 폴리설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 또는 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 혼합물 또는 코폴리머를 더 포함하는 유전체 나노복합체.
- 제 1항에 있어서, 폴리머 물질은 다음을 포함하는 유전체 나노복합체.
상기 n은 10보다 크다.
- 제 1항에 있어서, 인터페이스 변경제(interface modifier)를 더 포함하는 유전체 나노복합체.
- 제 1항 내지 제3항, 제6항 내지 제13항 및 제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 나노복합체를 포함하는 박막.
- 제 1항 내지 제3항, 제6항 내지 제13항 및 제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 나노복합체를 포함하는 폼(foam).
- 제 1항 내지 제3항, 제6항 내지 제13항 및 제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 나노복합체를 포함하는 섬유.
- 제 1항 내지 제3항, 제6항 내지 제13항 및 제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 나노복합체를 포함하는 물품.
- 제 23항에 있어서, 물품은 막, 분리기, 커패시터, 또는 슈퍼커패시터인 물품.
- 제 1항 내지 제3항, 제6항 내지 제13항 및 제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 유전체 나노복합체를 제조하는 방법으로서, 폴리머 물질을 포함하는 연속 상(continuous phase) 및 나노 입자 무기 필러를 포함하는 분산된 상(dispersed phase)을 갖는 나노복합체를 형성하는데 효과적인 조건 하에서 폴리머 물질 및 나노 입자 무기 필러를 블렌딩하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 25항에 있어서, 나노복합체를 형성하는데 효과적인 블렌딩 조건은 다음을 포함하는 방법:
(ⅰ) 제공된 나노 입자 무기 필러 물질을 용매 내 분산시키고, 및 (ⅱ) 폴리머 물질을 용매 내 용해시켜 용매 시스템을 형성하는 단계; 및
형성된 용매 시스템으로부터 나노복합체를 캐스팅하는 단계.
- 제 25항에 있어서, 나노복합체를 형성하는데 효과적인 블렌딩 조건은, 폴리머 물질 및 나노 입자 무기 필러 물질을 혼합기에 주입, 스크류 작용을 이용하여 폴리머 물질을 용융, 나노 입자 무기 필러 물질을 폴리머 물질에 분산시켜 균질 분산물을 형성, 및 나노복합체를 압출기 밖으로 펌핑하여 균질 분산물을 스트랜드(strand) 또는 필름으로 형성하는 단계를 포함하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/621,754 | 2012-09-17 | ||
| US13/621,754 US9070491B2 (en) | 2012-09-17 | 2012-09-17 | Polymer nanocomposites for electronic applications |
| PCT/US2013/060135 WO2014043691A1 (en) | 2012-09-17 | 2013-09-17 | Polymer nanocomposites for electronic applications |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150058361A KR20150058361A (ko) | 2015-05-28 |
| KR101958364B1 true KR101958364B1 (ko) | 2019-03-15 |
Family
ID=49263464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157009706A KR101958364B1 (ko) | 2012-09-17 | 2013-09-17 | 전자 응용을 위한 폴리머 나노복합체 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9070491B2 (ko) |
| EP (1) | EP2896052A1 (ko) |
| KR (1) | KR101958364B1 (ko) |
| CN (1) | CN104641424B (ko) |
| WO (1) | WO2014043691A1 (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070258190A1 (en) * | 2006-05-05 | 2007-11-08 | Irwin Patricia C | High temperature capacitors and method of manufacturing the same |
| US10832868B2 (en) | 2016-04-07 | 2020-11-10 | The Penn State Research Foundation | Thin film capacitors |
| CN109659135B (zh) * | 2018-11-29 | 2021-01-05 | 天津大学 | 基于苯偶姻提高电容器介质薄膜的直流击穿场强方法 |
| CN109593271B (zh) * | 2018-11-29 | 2021-07-06 | 天津大学 | 一种基于苯偶酰提高聚丙烯薄膜击穿场强的方法 |
| KR102472979B1 (ko) * | 2020-08-13 | 2022-12-01 | 한국화학연구원 | 코어-쉘 입자를 포함하는 복합체 및 이를 포함하는 복합필름의 제조방법 |
| CN116640320A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-08-25 | 智慧油服科技(成都)有限公司 | 防塌封堵剂及其制备方法 |
| CN117264418B (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 河南华佳新材料技术有限公司 | 一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050256240A1 (en) | 2002-10-04 | 2005-11-17 | Rensselaer Polytechnic Institute | Nanometric composites as improved dielectric structures |
| JP2006117935A (ja) | 2004-10-19 | 2006-05-11 | General Electric Co <Ge> | ポリエーテルイミド組成物、フィルム、方法及び物品 |
| JP2010278430A (ja) * | 2009-05-26 | 2010-12-09 | General Electric Co <Ge> | 高エネルギー密度コンデンサおよび他のデバイスのための複合構造 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3875116A (en) | 1970-12-29 | 1975-04-01 | Gen Electric | Polyetherimides |
| US4548997A (en) | 1982-04-05 | 1985-10-22 | General Electric Company | Polyetherimide-polycarbonate blends |
| US4690997A (en) | 1984-01-26 | 1987-09-01 | General Electric Company | Flame retardant wire coating compositions |
| US4629759A (en) | 1985-10-28 | 1986-12-16 | General Electric Company | Flame retardant polyetherimide-polycarbonate blends |
| US4808686A (en) | 1987-06-18 | 1989-02-28 | General Electric Company | Silicone-polyimides, and method for making |
| US4816527A (en) | 1987-08-20 | 1989-03-28 | General Electric Company | Polycarbonate-siloxane polyetherimide copolymer blends |
| US5229482A (en) | 1991-02-28 | 1993-07-20 | General Electric Company | Phase transfer catalyzed preparation of aromatic polyether polymers |
| WO1996042089A1 (en) | 1995-06-08 | 1996-12-27 | Weijun Yin | Pulsed voltage surge resistant magnet wire |
| US6310145B1 (en) | 1997-12-04 | 2001-10-30 | General Electric Company | Flame retardant polyetherimide resin composition with polycarbonate and polysiloxane |
| US6355723B1 (en) | 2000-06-22 | 2002-03-12 | General Electric Co. | Dark colored thermoplastic compositions, articles molded therefrom, and article preparation methods |
| US6919422B2 (en) | 2003-06-20 | 2005-07-19 | General Electric Company | Polyimide resin with reduced mold deposit |
| CN1902716B (zh) * | 2003-08-21 | 2010-11-03 | 伦塞勒高聚技术研究所 | 具有受控电特性的纳米组合物 |
| US7041773B2 (en) | 2003-09-26 | 2006-05-09 | General Electric Company | Polyimide sulfones, method and articles made therefrom |
| KR20060010321A (ko) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 고 유전 수지 조성물 |
| US7230066B2 (en) | 2004-12-16 | 2007-06-12 | General Electric Company | Polycarbonate—ultem block copolymers |
| CN101137701B (zh) * | 2005-04-18 | 2011-02-09 | 赢创罗姆有限公司 | 由含纳米级无机粒子的热塑性塑料构成的模塑材料和模制品、所述模塑材料和模制品的制备方法及其用途 |
| US7542265B2 (en) * | 2006-11-28 | 2009-06-02 | General Electric Company | High energy density capacitors and methods of manufacture |
| BR112012018898B1 (pt) | 2010-01-29 | 2019-11-26 | Prysmian S.P.A. | Cabo |
| WO2011095208A1 (en) | 2010-02-03 | 2011-08-11 | Abb Research Ltd | Electrical insulation system |
| DE102010019723A1 (de) | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektroisolationssystem für eine elektrische Hochspannungsrotationsmaschine |
-
2012
- 2012-09-17 US US13/621,754 patent/US9070491B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-09-17 CN CN201380048434.2A patent/CN104641424B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-09-17 KR KR1020157009706A patent/KR101958364B1/ko active IP Right Grant
- 2013-09-17 WO PCT/US2013/060135 patent/WO2014043691A1/en active Application Filing
- 2013-09-17 EP EP13770764.2A patent/EP2896052A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050256240A1 (en) | 2002-10-04 | 2005-11-17 | Rensselaer Polytechnic Institute | Nanometric composites as improved dielectric structures |
| JP2006117935A (ja) | 2004-10-19 | 2006-05-11 | General Electric Co <Ge> | ポリエーテルイミド組成物、フィルム、方法及び物品 |
| JP2010278430A (ja) * | 2009-05-26 | 2010-12-09 | General Electric Co <Ge> | 高エネルギー密度コンデンサおよび他のデバイスのための複合構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150058361A (ko) | 2015-05-28 |
| US9070491B2 (en) | 2015-06-30 |
| EP2896052A1 (en) | 2015-07-22 |
| CN104641424A (zh) | 2015-05-20 |
| WO2014043691A1 (en) | 2014-03-20 |
| CN104641424B (zh) | 2017-08-25 |
| US20140080935A1 (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101958364B1 (ko) | 전자 응용을 위한 폴리머 나노복합체 | |
| US10243187B2 (en) | Process of making battery separators via spinning | |
| Wang et al. | Progress on polymer composites with low dielectric constant and low dielectric loss for high-frequency signal transmission | |
| Dong et al. | Scalable Polyimide‐Organosilicate Hybrid Films for High‐Temperature Capacitive Energy Storage | |
| Tanaka et al. | Polymer nanocomposites as dielectrics and electrical insulation-perspectives for processing technologies, material characterization and future applications | |
| Yao et al. | Robust strong electrospun polyimide composite nanofibers from a ternary polyamic acid blend | |
| Xu et al. | High permittivity nanocomposites fabricated from electrospun polyimide/BaTiO3 hybrid nanofibers | |
| EP2501743B1 (en) | Wire wrap compositions and methods relating thereto | |
| KR20060120023A (ko) | 전도성 열가소성 조성물, 이의 제조 방법 및 이로부터수득한 제품 | |
| KR20060060682A (ko) | 탄소 나노튜브를 포함하는 전기 전도성 조성물 및 그의제조방법 | |
| Cai et al. | High‐temperature resistant polyimide‐based sandwich‐structured dielectric nanocomposite films with enhanced energy density and efficiency | |
| JP2017162840A (ja) | 高温溶融完全性セパレータ | |
| Yang et al. | Flexible h-BN/fluorinated poly (arylene ether nitrile) fibrous composite film with low dielectric constant and high thermal conductivity fabricated via coaxial electrospinning hot-pressing technique | |
| US20140030608A1 (en) | High temperature melt integrity separator | |
| Harami et al. | Mixed Matrix Membranes for Sustainable Electrical Energy‐Saving Applications | |
| JP2018032627A (ja) | 蓄電素子電極用ポリアミドイミド溶液、蓄電素子電極の製造方法および蓄電素子電極 | |
| Hu et al. | Effect of organic Na+‐montmorillonite on the dielectric and energy storage properties of polypropylene nanocomposites with polypropylene‐graft‐maleic anhydride as compatibilizer | |
| Zhu et al. | Progress of heat resistant dielectric polymer nanocomposites with high dielectric constant | |
| Wang et al. | Enhanced dielectric thermal stability and permittivity of flexible composite films based on BaTiO3 nanoparticles highly filled PVDF/PAN blend nanofibrous membranes | |
| Yang et al. | Preparation and properties of polyimide dielectric nanocomposites containing polyvinylpyrrolidone chemically functionalized barium titanate by in‐situ synthesis compounding | |
| US9691520B2 (en) | Method for preparing polymer-nanoparticles having core-shell structure by uniformly coating polymer on metal and inorganic particles, polymer-nanoparticles prepared thereby, and polymer-nanoparticle composite comprising same | |
| Bello et al. | Barium titanate‐based nanodielectrics of two chemically recyclable thermosets | |
| Zha et al. | High-temperature polyimide dielectric materials for energy storage | |
| CN115052930A (zh) | 树脂组合物、叠层体及其制造方法、电极、二次电池及双电层电容器 | |
| Darie-Nita et al. | Micro-and macrostructure of polyimide blends and composites: Methods of investigations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |