KR102579195B1 - 열 전도성 충전제를 함유하는 조성물 - Google Patents

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Abstract

친전자체, 친핵체 및 열 전도성 충전제 패키지를 포함하는 조성물이 개시된다. 상기 충전제 패키지는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(volume resistivity)(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m이며 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 90부피%의 양으로 존재할 수 있는 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 포함할 수 있다. 상기 열 전도성 충전제 패키지는 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 10부피%의 양으로 존재할 수 있다. 본 발명은 또한 기판을 처리하는 방법 및 본원에 개시된 조성물로부터 형성된 층을 포함하는 기판에 관한 것이다.

Description

열 전도성 충전제를 함유하는 조성물
관련 출원에 대한 교차 참조
이 출원은 2018년 10월 12일에 출원된 "열 전도성 충전제를 함유하는 조성물"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제62/745,006호, 및 2019년 9월 2일에 출원된 "열 전도성 충전제를 함유하는 조성물"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제62/894,908호를 우선권으로 주장하며, 이들 각각은 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 열 전도성 충전제 성분을 함유하는 조성물, 예를 들어, 실란트, 접착제, 퍼티(putty) 및 코팅 조성물에 관한 것이다.
실란트 및 접착제를 포함하는 코팅 조성물은 다양한 기판을 처리하거나 둘 이상의 기판 재료를 함께 결합하기 위해 매우 다양한 적용에 사용된다.
본 발명은 열 전도성 충전제를 함유하는 1-성분 조성물 및 2-성분 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 친전자체; 친핵체; 및 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 포함하는 열 전도성 충전제 패키지로서, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(volume resistivity)(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m이며, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 90부피%의 양으로 존재하는, 열 전도성 충전제 패키지를 포함하는 조성물로서, 상기 열 전도성 충전제 패키지는 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 98부피%의 양으로 존재하는 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 기판 표면의 적어도 일부를 본 발명의 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 조성물로부터 형성된 층으로 적어도 부분적으로 코팅된 표면을 포함하는 기판에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 조성물로부터 형성된 열 전도성 부품에 관한 것이다.
본 발명은 또한 적어도 2개의 배터리 셀 및 본 발명의 조성물로부터 형성된 열 전도성 부품을 포함하는 배터리 팩(battery pack)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 조성물로부터 형성된 열 전도성 부품을 포함하는 회로 기판에 관한 것이다.
도 1은 배터리 팩에 활용되는 열 전도성 부재를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 25℃ 및 31.5%의 상대 습도에서 실시예 9 내지 13의 (A) 친전자체, (B) 친핵체 및 (C) 전체 조성물의 점도-전단응력 의존성을 예시한다.
본 상세한 설명의 목적을 위해, 본 발명은 달리 명확히 명시된 경우를 제외하고는 대안적인 변형 및 단계 순서를 가정할 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 임의의 작동 예에서 또는 달리 지시된 경우를 제외하고, 예를 들어, 명세서 및 청구범위에 사용된 성분의 양을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해해야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 다음 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 매개변수는 본 발명에 의해 수득되는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 적어도 청구항 범위에 대한 등가물 원칙의 적용을 제한하려는 시도가 아니라, 각 수치 매개변수는 적어도 보고된 유효 자릿수를 고려하여, 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 해석해야 한다.
본 발명의 넓은 범위를 설명하는 수치 범위 및 매개변수는 근사치임에도, 특정 실시예에 설명된 수치는 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나 모든 숫자 값에는 본질적으로 각각의 테스트 측정에서 발견된 표준 편차로 인해 발생하는 특정 오차가 포함된다.
또한, 본원에 인용된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이의 (및 이들을 포함하는) 모든 하위 범위, 즉 최소값이 1 이상이고 최대값이 10 이하인 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "포함하는(including)", "함유하는(containing)" 등의 용어는 본 출원의 맥락에서 "포함하는(comprising)"과 동의어로 이해되고, 따라서 개방형(open-ended)이며 추가의 설명되지 않거나 인용되지 않은 요소, 재료, 성분 또는 방법 단계의 존재를 배제하지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, "구성되는(consisting of)"은 본 출원의 맥락에서 임의의 특정되지 않은 요소, 성분 또는 방법 단계의 존재를 배제하는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "본질적으로 구성되는(consisting essentially of)"은 본 출원의 맥락에서 특정된 요소, 재료, 성분 또는 방법 단계 및 기술되는 것의 "기본 및 신규 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들"을 포함하는 것으로 이해된다.
본 출원에서, 특별히 달리 언급되지 않는 한, 단수의 사용은 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다. 예를 들어, 본원에서 단수형으로 친전자체, 친핵체, 촉매, 충전제 물질을 언급하지만, 이들 성분의 조합(즉, 복수)이 사용될 수 있다.
또한, 본 출원에서 "및/또는"이 특정 경우에 명시적으로 사용될 수 있음에도 "또는"의 사용은 특별히 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, "상에(on)", "상으로(onto)", "상에 적용된(applied on)", "상으로 적용된(applied onto)", "상에 형성된(formed on)", "상에 증착된(deposited on)", "상으로 증착된(deposited onto)" 등의 용어는 기판 표면에 형성, 중첩, 증착 또는 제공되지만 기판 표면과 반드시 접촉하는 것은 아닌 것을 의미한다. 예를 들어, 기판 표면 "상으로 적용된" 조성물은 상기 조성물과 상기 기판 표면 사이에 위치한 동일하거나 상이한 조성물의 하나 이상의 다른 개재 코팅 층 또는 필름의 존재를 배제하지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, "코팅 조성물"은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태에서 기판 표면의 적어도 일부 상에 필름, 층 등을 생성할 수 있는 조성물, 예를 들어, 용액, 혼합물 또는 분산액을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "실란트 조성물"은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태에서 대기 조건 및 미립자 문제, 예컨대 수분 및 온도를 견디고 미립자, 물, 연료 및 기타 액체 및 가스와 같은 물질의 전달을 적어도 부분적으로 차단하는 능력이 있는 코팅 조성물, 예를 들어, 용액, 혼합물 또는 분산액을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "갭(gap) 충전제 조성물"은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태에서 갭을 채우는 코팅 조성물, 예를 들어, 용액, 혼합물 또는 분산액을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "접착 조성물"은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태에서 하중 지지 조인트, 예컨대 분당 1㎜의 인장 속도(pull rate)로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D1002-10에 따라 측정했을 때 적어도 0.05MPa의 랩 전단 강도(lap shear strength)를 갖고/거나 적어도 0.001N/㎟의 맞대기 접합 시험 강도(butt joint test strength)(ASTM D2095에 따라 측정됨)를 갖는 하중 지지 조인트를 생성하는 코팅 조성물, 예를 들어, 용액, 혼합물 또는 분산액을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "1 성분" 또는 "1K"는 모든 성분이 미리 혼합 및 저장될 수 있고 반응성 성분이 주위 조건 또는 약간 온열 조건에서 쉽게 반응하지 않고 혼합 후 적어도 10일 동안 "작업 가능"하게 유지되지만, 대신 외부 에너지원에 의해, 압력하에 및/또는 높은 전단력하에 활성화에 의해서만 반응하는 조성물을 지칭한다. 경화 촉진에 사용될 수 있는 외부 에너지원은, 예를 들어, 방사선(즉, 자외선과 같은 화학 방사선) 및/또는 열을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "작업 가능"은 조성물의 점도가 수동 압력하에서 변형 및/또는 성형될 수 있는 점도이고 조성물이 그러한 점도보다 낮은 점도를 가질 수 있음을 의미한다.
본원에 추가로 정의된 바와 같이, 주위 조건은 일반적으로 실온 및 습도 조건 또는 조성물이 기판에 적용되는 영역에서 전형적으로 발견되는 온도 및 습도 조건, 예를 들어, 20℃ 내지 40℃ 및 20% 내지 80% 상대 습도를 지칭하는 반면, 약간 온열 조건은 주위 온도보다 약간 높지만 일반적으로 조성물의 경화 온도보다 낮은 온도이다(즉, 반응성 성분이 쉽게 반응하고 경화되는 온도 및 습도 조건, 예를 들어, 20% 내지 80% 상대 습도에서 40℃ 초과 및 220℃ 미만).
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "2-성분" 또는 "2K"는 반응성 성분의 적어도 일부가 쉽게 결합하여 상호작용을 형성하거나 반응하여 (물리적 또는 화학적으로) 결합을 형성하고, 혼합될 때 주위 조건 또는 약간 온열 조건에서와 같이 외부 에너지원으로부터 활성화 없이 적어도 부분적으로 경화되는 조성물을 지칭한다. 당해 분야의 기술자는 조성물의 두 성분이 서로 별도로 저장되고 조성물 적용 직전에 혼합된다는 것을 이해한다. 2-성분 조성물은 아래에 기술된 바와 같이 선택적으로 가열되거나 베이킹될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "경화하다" 또는 "경화"는 조성물을 형성하는 성분이 가교되어 필름, 층 또는 결합을 형성함을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "적어도 부분적으로 경화된"은 조성물을 형성하는 성분의 적어도 일부가 상호작용, 반응 및/또는 가교되어 필름, 층 또는 결합을 형성함을 의미한다. 1K 조성물의 경우, 이 조성물이 조성물 성분의 반응성 작용기의 반응을 유도하는 경화 조건에 적용될 때 상기 조성물은 적어도 부분적으로 경화되거나 경화된다. 2K 조성물의 경우, 이 조성물의 성분이 혼합되어 조성물 성분의 반응성 작용기의 반응으로 이어질 때 상기 조성물은 적어도 부분적으로 경화되거나 경화된다.
본원에 사용된 바와 같이, "에폭시 당량"은 에폭시 화합물의 이론적 분자량을 에폭시 화합물에 존재하는 에폭사이드 그룹의 수로 나눔으로써 결정된다. 올리고머성 또는 중합체성 에폭시 화합물의 경우, 에폭시 당량은 에폭시 화합물의 평균 분자량을 분자에 존재하는 평균 에폭사이드 그룹 수로 나눔으로써 결정된다.
본원에 사용된 바와 같이, "폴리티올 당량"은 폴리티올의 이론적 분자량을 폴리티올에 존재하는 티올 그룹의 수로 나눔으로써 결정된다. 올리고머성 또는 중합체성 티올 화합물의 경우, 티올 당량은 티올 화합물의 평균 분자량을 분자에 존재하는 평균 티올 그룹 수로 나눔으로써 결정된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "친전자체"는 결합 방지(anti-bonding) σ 또는 결합 방지 π 궤도를 포함하는 빈 궤도를 갖는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "친핵체"는 고립전자쌍(lone pair), σ 결합 또는 π 결합과 같은 친전자체의 빈 궤도에 공여할 수 있는 전자 쌍 또는 적어도 하나의 π 결합을 갖는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "일작용성"은 하나의 새로운 결합을 형성하기 위해 반응할 수만 있는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "다작용성"은 동일한 원자를 통해 및/또는 분자 내 원자의 여러 단일 반응을 통해 1개 초과의 새로운 결합을 형성하도록 1회 초과하여 반응할 수 있는 원자 또는 분자를 의미한다. 명확성을 위해 다작용성에는 이작용성이 포함된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "일작용성 친전자체"는 결합 방지 σ 또는 결합 방지 π 궤도를 포함하는 빈 궤도를 가지며 하나의 새로운 결합을 형성하도록 반응할 수 있는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "다작용성 친전자체"는 결합 방지 σ 또는 결합 방지 π 궤도를 포함하는 빈 궤도를 가지며 동일한 원자를 통해 및/또는 분자 내 원자의 여러 단일 반응을 통해 1회 초과하여 반응할 수 있는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "일작용성 친핵체"는 고립전자쌍, σ 결합 또는 π 결합과 같은 친전자체의 빈 궤도에 공여할 수 있는 전자 쌍 또는 적어도 하나의 π 결합을 갖고 하나의 새로운 결합을 형성하도록 반응할 수 있는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "다작용성 친핵체"는 고립전자쌍, σ 결합 또는 π 결합과 같은 친전자체의 빈 궤도에 공여할 수 있는 전자 쌍 또는 적어도 하나의 π 결합을 갖고 동일한 원자를 통해 및/또는 분자 내 원자의 여러 단일 반응을 통해 1회 초과하여 반응할 수 있는 원자 또는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "열 전도성 충전제" 또는 "TC" 충전제는 25℃에서 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K인 안료, 충전제 또는 무기 분말을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "비-열 전도성 충전제" 또는 "NTC 충전제"는 25℃에서 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 5W/m·K 미만인 안료, 충전제 또는 무기 분말을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "전기 절연성 충전제" 또는 "EI 충전제"는 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m인 안료, 충전제 또는 무기 분말을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "전기 전도성 충전제" 또는 "EC 충전제"는 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 10Ω·m 미만인 안료, 충전제 또는 무기 분말을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "촉매"는 화학 반응의 속도를 증가시키거나 화학 반응의 활성화 에너지를 감소시키는 물질을 의미한다. 촉매는 비반응성, 즉 그 자체가 어떠한 영구적인 화학적 변화도 수행하지 않거나, 또는 반응성, 즉 화학 반응이 가능하며 반응물의 부분 반응에서 완전한 반응까지 모든 수준의 반응을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "활성 촉매"는 촉매 효과를 갖기 위해 외부 에너지원에 의한 활성화가 필요하지 않는 분자 또는 화합물을 의미하며, 예를 들어, 상기 촉매는 "차단"되거나 "캡슐화"되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "잠재성 촉매" 또는 "차단된 촉매" 또는 "캡슐화된 촉매"는 촉매 효과를 갖기 전에 외부 에너지원에 의해 활성화되는 분자 또는 화합물을 의미한다. 예를 들어, 잠재성 촉매는 실온에서 고체 형태일 수 있으며 가열되고 녹을 때까지 촉매 효과가 없거나, 잠재성 촉매는 임의의 촉매 효과를 방지하는 두 번째 화합물과 가역적으로 반응할 수 있는데 이는 상기 가역적 반응이 열을 가하면 역전되고 상기 두 번째 화합물이 제거되어 상기 촉매가 반응을 촉매할 수 있을 때까지이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "촉진제"는 촉매를 촉진하지만 그 자체가 촉매가 아닌 물질을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "용매"는 ASTIM E1782에 따라 시차 주사 열량계로 측정했을 때 25℃에서 2mm Hg 이상과 같은 높은 수증기압을 갖고 수지의 점도를 낮추는 데 사용되지만 조성물 내 분자 또는 화합물의 작용기(들)와 반응할 수 있는 반응성 작용기를 갖지 않는 분자 또는 화합물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "반응성 희석제"는 ASTIM E1782에 따라 시차 주사 열량계로 측정했을 때 25℃에서 2mm Hg 이하와 같은 낮은 증기압을 갖고 수지의 점도를 낮추는 데 사용되지만 조성물 내 분자 또는 화합물의 작용기(들)와 반응할 수 있는 작용기를 적어도 하나 갖는 분자 또는 화합물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "가소제"는 조성물 내 분자 또는 화합물의 작용기(들)와 반응할 수 있는 작용기를 갖지 않고 점도를 낮추고, 유리전이온도(Tg)를 낮추고, 유연성을 부여하기 위해 조성물에 첨가되는 분자 또는 화합물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 각 성분의 부피 백분율은 아래 등식을 사용하여 계산된다:
여기서 상기 성분의 부피는 로 계산된다.
본 발명은 친전자체, 친핵체 및 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K인 제1 열 전도성(TC) 충전제를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1mm 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 10cP 내지 108cP이다.
본원에는 친전자체; 친핵체; 및 열 전도성(TC) 및 전기 절연성(EI) 충전제 입자를 포함하는 열 전도성 충전제 패키지를 포함하는 조성물을 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 조성물로서, 상기 TC/EI 충전제 입자는 ASTM D7984에 따라 측정된 열전도도가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m이며, 상기 TC/EI 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 70부피%의 양으로 존재하고; 상기 열 전도성 충전제 패키지는 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 99부피%의 양으로 존재하는 조성물이 개시된다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 상기 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1mm 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 10cP 내지 108cP일 수 있다. 상기 조성물은 실란트 조성물, 접착 조성물, 갭 충전 조성물, 퍼티, 3D-인쇄 가능한 조성물과 같은 코팅 조성물일 수 있거나 필름, 층 등 또는 부품, 예컨대 캐스팅, 성형, 압출 또는 기계 가공된 부품을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태로 사용될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 상기 조성물은 친핵체의 작용기(들)와 반응할 수 있는 작용기(들)를 포함하는 친전자체, 예컨대 에폭사이드 작용기, 카보네이트 작용기 및/또는 이소시아네이트 작용기와 같은 친전자성 모이어티를 포함한다. 본 발명의 조성물에 사용될 수 있는 적합한 친전자체는 에폭시 함유 화합물, 카보네이트 함유 화합물, 이소시아네이트 함유 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 친전자체는 일작용성 또는 다작용성일 수 있다.
본원에 개시된 조성물에 사용될 수 있는 적합한 에폭시 함유 화합물은 모노에폭사이드, 디에폭사이드 및/또는 폴리에폭사이드를 포함할 수 있다.
사용될 수 있는 적합한 모노에폭사이드는 알코올 및 페놀의 모노글리시딜 에테르, 예컨대 페닐 글리시딜 에테르, n-부틸 글리시딜 에테르, 크레실 글리시딜 에테르, 이소프로필 글리시딜 에테르, 글리시딜 베르사테이트, 예를 들어, Shell Chemical Co.에서 입수 가능한 CARDURA E, 및 모노카복실산의 글리시딜 에스테르, 예컨대 글리시딜 네오데카노에이트, Evonik에서 입수 가능한 Epodil 741, Evonik에서 입수 가능한 Epodil 746, CVC Thermoset Specialties에서 입수 가능한 ERISYS® GE-7, 및 상기한 것들의 임의의 혼합물을 포함한다.
적합한 폴리에폭사이드는 Epon® 828 및 1001 에폭시 수지와 같은 비스페놀 A의 폴리글리시딜 에테르, 및 Hexion Specialty Chemicals, Inc.에서 시판하는 Epon® 862와 같은 비스페놀 F 디에폭사이드를 포함한다. 다른 적합한 폴리에폭사이드는 다가 알코올의 폴리글리시딜 에테르, 폴리카복실산의 폴리글리시딜 에스테르, 올레핀계 불포화 지환족 화합물의 에폭시화로부터 유도된 폴리에폭사이드, 올레핀계 불포화 비방향족 사이클릭 화합물의 에폭시화로부터 유도된 폴리에폭사이드, 에폭시 분자에 옥시알킬렌 그룹을 함유하는 폴리에폭사이드 및 에폭시노볼락 수지를 포함한다. 또 다른 적합한 에폭시 함유 화합물은 에폭시화 비스페놀 A 노볼락, 에폭시화 페놀 노볼락, 에폭시화 크레실 노볼락 및 트리글리시딜 p-아미노페놀 비스말레이미드를 포함한다. 에폭시 함유 화합물은 또한 에폭시-이량체 산 부가물을 포함할 수 있다. 에폭시-이량체 산 부가물은 디에폭사이드 화합물(예컨대 비스페놀 A의 폴리글리시딜 에테르) 및 이량체 산(예컨대 C36 이량체 산)을 포함하는 반응물의 반응 생성물로서 형성될 수 있다. 에폭시 함유 화합물은 또한 카복실 말단 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 개질된 에폭시 함유 화합물을 포함할 수 있다. 에폭시 함유 화합물은 또한 에폭시화 피마자유를 포함할 수 있다. 에폭시 함유 화합물은 또한 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 에폭시 함유 아크릴을 포함할 수 있다. 에폭시 함유 화합물은 또한 에폭시 함유 폴리아크릴레이트와 같은 에폭시 함유 중합체를 포함할 수 있다.
에폭시 함유 화합물은 에폭시 부가물을 포함할 수 있다. 본 조성물은 하나 이상의 에폭시 부가물을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "에폭시 부가물"은 에폭사이드 작용기를 포함하지 않는 적어도 하나의 다른 화합물과 에폭시 화합물의 잔기를 포함하는 반응 생성물을 지칭한다. 예를 들어, 에폭시 부가물은 (1) 에폭시 화합물, 폴리올 및 무수물; (2) 에폭시 화합물, 폴리올 및 이산; 또는 (3) 에폭시 화합물, 폴리올, 무수물 및 이산을 포함하는 반응물의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
에폭시 부가물을 형성하기 위해 사용되는 에폭시 화합물은 본 조성물에 포함될 수 있는 위에 열거된 임의의 에폭시 함유 화합물을 포함할 수 있다.
에폭시 부가물을 형성하기 위해 사용되는 폴리올은 디올, 트리올, 테트라올 및 더 높은 작용성 폴리올을 포함할 수 있다. 이러한 폴리올의 조합도 사용될 수 있다. 폴리올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 등 및 이들의 혼합물로부터 유도된 폴리에테르 쇄를 기반으로 할 수 있다. 폴리올은 또한 카프로락톤의 개환 중합으로부터 유도된 폴리에스테르 쇄를 기반으로 할 수 있다(이하 폴리카프로락톤 기반 폴리올로 지칭됨). 적합한 폴리올은 또한 폴리에테르 폴리올, 폴리우레탄 폴리올, 폴리우레아 폴리올, 아크릴 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리부타디엔 폴리올, 수소화 폴리부타디엔 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리실록산 폴리올 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 폴리올에 상응하는 폴리아민도 사용될 수 있으며, 이 경우 카복실산 에스테르 대신 아미드가 이산 및 무수물로 형성될 것이다.
폴리올은 폴리카프로락톤 기반 폴리올을 포함할 수 있다. 폴리카프로락톤 기반 폴리올은 1차 하이드록실 그룹 말단의 디올, 트리올 또는 테트라올을 포함할 수 있다. 시판되는 폴리카프로락톤 기반 폴리올은, 예를 들어, Capa 2054, Capa 2077A, Capa 2085, Capa 2205, Capa 3031, Capa 3050, Capa 3091 및 Capa 4101과 같은 Perstorp Group의 상표명 Capa™로 판매되는 것들을 포함한다.
폴리올은 폴리테트라하이드로푸란 기반 폴리올을 포함할 수 있다. 폴리테트라하이드로푸란 기반 폴리올은 1차 하이드록실 그룹 말단의 디올, 트리올 또는 테트라올을 포함할 수 있다. 시판되는 폴리테트라하이드로푸란 기반 폴리올은 하이드록실 그룹이 반복되는 테트라메틸렌에테르 그룹에 의해 분리된 선형 디올의 블렌드인 Terathane® PTMEG 250 및 Terathane® PTMEG 650과 같은 상표명 Terathane®으로 판매되는 것들을 포함하며, Invista에서 입수 가능하다. 또한, Cognis Corporation에서 입수 가능한 상표명 Pripol®, Solvermol™ 및 Empol®로 판매되는 이량체 디올 기반 폴리올, 또는 BioBased Technologies에서 입수 가능한 4작용성 폴리올 Agrol 4.0과 같은 바이오 기반 폴리올도 사용될 수 있다.
에폭시 부가물을 형성하기 위해 사용될 수 있는 무수물은 당 업계에 공지된 임의의 적합한 산 무수물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무수물은 헥사하이드로프탈산 무수물 및 이의 유도체(예를 들어, 메틸 헥사하이드로프탈산 무수물); 프탈산 무수물 및 이의 유도체(예를 들어, 메틸 프탈산 무수물); 말레산 무수물; 석신산 무수물; 트리멜레트산 무수물; 피로멜레트산 이무수물(PMDA); 3,3',4,4'-옥시디프탈산 이무수물(ODPA); 3,3',4,4'-벤조페론 테트라카복실산 이무수물(BTDA); 및 4,4'-디프탈산 (헥사플루오로이소프로필리덴) 무수물(6FDA)을 포함할 수 있다.
에폭시 부가물을 형성하기 위해 사용되는 이산은 당 업계에 공지된 임의의 적합한 이산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이산은 프탈산 및 이의 유도체(예를 들어, 메틸 프탈산), 헥사하이드로프탈산 및 이의 유도체(예를 들어, 메틸 헥사하이드로프탈산), 말레산, 석신산, 아디프산 등을 포함할 수 있다.
에폭시 부가물은 디올, 일무수물 또는 이산 및 디에폭시 화합물을 포함할 수 있으며, 에폭시 부가물에서 디올, 일무수물 (또는 이산) 및 디에폭시 화합물의 몰 비는 0.5:0.8:1.0 내지 0.5:1.0:6.0으로 변할 수 있다.
에폭시 부가물은 트리올, 일무수물 또는 이산 및 디에폭시 화합물을 포함할 수 있으며, 에폭시 부가물에서 트리올, 일무수물 (또는 이산) 및 디에폭시 화합물의 몰 비는 0.5:0.8:1.0 내지 0.5:1.0:6.0으로 변할 수 있다.
에폭시 부가물은 테트라올, 일무수물 또는 이산 및 디에폭시 화합물을 포함할 수 있으며, 에폭시 부가물에서 테트라올, 일무수물 (또는 이산) 및 디에폭시 화합물의 몰 비는 0.5:0.8:1.0 내지 0.5:1.0:6.0으로 변할 수 있다.
에폭시 화합물은 적어도 90g/eq, 예컨대 적어도 140g/eq, 예컨대 적어도 188g/eq의 에폭시 당량을 가질 수 있고, 2,000g 이하, 예컨대 1,000g/eq 이하, 예컨대 500g/eq 이하의 에폭시 당량을 가질 수 있다. 에폭시 화합물은 90g/eq 내지 2,000g/eq, 예컨대 140g/eq 내지 1,000g/eq, 예컨대 188g/eq 내지 500g/eq의 에폭시 당량을 가질 수 있다.
에폭시 화합물은 에폭사이드 작용기(들)와 다른 하나 이상의 작용기를 가질 수 있다.
다른 예에서, 상기 조성물의 에폭시 함유 화합물은 탄성중합체성 입자를 더 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "탄성중합체성 입자"는 시차 주사 열량계(DSC) 또는 동적 기계적 분석(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)으로 측정했을 때 유리전이온도(Tg)가 -70℃ 내지 0℃인 입자를 지칭한다. 탄성중합체성 입자는 코팅 조성물로 도입하기 위해 에폭시 캐리어 수지에 포함될 수 있다. 탄성중합체성 입자는 에폭시 함유 화합물에서 에폭시로부터 상 분리될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "상 분리"는 에폭시 함유 화합물의 매트릭스 내에 별개의 도메인을 형성하는 것을 의미한다.
탄성중합체성 입자는 코어/쉘 구조를 가질 수 있다. 적합한 코어-쉘 탄성중합체성 입자는 아크릴 쉘 및 탄성중합체성 코어로 구성될 수 있다. 상기 코어는 천연 또는 합성 고무, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔, 폴리이소프렌, 클로로프렌, 아크릴로니트릴 부타디엔, 부틸 고무, 폴리실록산, 폴리설파이드, 에틸렌-비닐 아세테이트, 플루오로 탄성중합체, 폴리올레핀, 하이드로네이트화(hydronated) 스티렌-부타디엔 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 탄성중합체성 입자의 종류 및 농도는 입자 크기가 아래에 예시된 바와 같이 규정된 범위 내에 있는 한 제한되지 않는다.
탄성중합체성 입자의 평균 입자 크기는 업계에서 알려진 표준 기술로 측정했을 때, 예를 들어, 0.02μm 내지 5μm(20㎚ 내지 5,000㎚), 예컨대 20㎚ 내지 500㎚, 예컨대 50㎚ 내지 250㎚일 수 있으며, 고무 입자의 보고된 입자 크기는 Kanekea Texas Corporation에서 제공된 것이다. 본원에 개시된 입자 크기를 측정하는 적합한 방법은, 예를 들어, ISO 13320 및 ISO 22412에 따른 것 또는 투과 전자 현미경(TEM)으로 측정하는 것을 포함한다. TEM에 의해 입자 크기를 측정하는 적합한 방법은 입자가 팽창하지 않도록 선택된 용매에 탄성중합체성 입자를 현탁시킨 다음, 주위 조건에서 건조되도록 TEM 그리드 상으로 현탁액을 드롭 캐스팅(drop-casting)하는 것을 포함한다. 예를 들어, 코어-쉘 탄성중합체성 입자를 함유하는 에폭시 수지는 드롭 캐스팅을 위해 부틸 아세테이트로 희석될 수 있으며 측정은 200kV에서 작동하는 Tecnai T20 TEM에서 획득한 이미지에서 얻어지고 ImageJ 소프트웨어 또는 동등한 용매, 기기 및 소프트웨어를 사용하여 분석될 수 있다.
일 예에서, 평균 입자 크기가 50㎚ 내지 250㎚ 범위인 적합한 미세하게 분산된 코어-쉘 탄성중합체성 입자는 방향족 에폭사이드, 페놀계 노볼락 에폭시 수지, 비스페놀 A 및/또는 비스페놀 F 디에폭사이드, 및/또는 지환족 에폭사이드를 포함하는 지방족 에폭사이드와 같은 에폭시 수지에 고무 분산액의 총 중량을 기준으로 5중량% 내지 40중량%, 예컨대 20중량% 내지 35중량% 범위의 고무 입자 농도로 마스터 배치될 수 있다. 적합한 에폭시 수지는 또한 에폭시 수지의 혼합물을 포함할 수 있다. 사용될 때, 에폭시 캐리어 수지는 본 조성물에 존재하는 에폭시 함유 성분의 중량이 에폭시 캐리어 수지의 중량을 포함하도록 하는 본 발명의 에폭시 함유 성분일 수 있다.
본 조성물에 사용될 수 있는 폴리(부타디엔) 고무 입자를 사용하는 예시적인 비제한적 상업적 코어-쉘 탄성중합체성 입자 제품은 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분말(Dow Chemical에서 PARALOID™ EXL 2650A로 시판됨), 각각 Kaneka Texas Corporation에서 입수 가능한, 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 136으로 시판됨), Epon® 828 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(33중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 153으로 시판됨), Epiclon® EXA-835LV 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(33중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 139로 시판됨), 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(37중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 257로 시판됨), 및 Epon® 863 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(37중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 267로 시판됨), 및 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 폴리(부타디엔) 고무 분산액(40중량% 고무)(Kane Ace MX 150으로 시판됨), 및 아크릴 고무 분산액을 포함한다.
본 조성물에 사용될 수 있는 스티렌-부타디엔 고무 입자를 사용하는 예시적인 비제한적 상업적 코어-쉘 탄성중합체성 입자 제품은 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분말(Arkema에서 CLEARSTRENGTH® XT100으로 시판됨), 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분말(PARALOID™ EXL 2650J로 시판됨), 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(33중량% 코어-쉘 고무)(Olin™에서 Fortegra™ 352로 시판됨), 각각 Kaneka Texas Corporation에서 입수 가능한, 저점도 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(33중량% 고무)(Kane Ace MX 113으로 시판됨), 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘)(Kane Ace MX 125로 시판됨), 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 135로 시판됨), D.E.N.™-438 페놀성 노볼락 에폭시 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 215로 시판됨), Araldite® MY-721 다작용성 에폭시 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 416으로 시판됨), MY-0510 다작용성 에폭시 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 451로 시판됨), Synasia의 Syna Epoxy 21 Cyclo-aliphatic Epoxy 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 551로 시판됨), 및 폴리프로필렌 글리콜(MW 400) 중 코어-쉘 스티렌-부타디엔 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 715로 시판됨)를 포함한다. 기타 시판되는 코어-쉘 고무 입자 분산액은 Olin Corporation에서 입수 가능한 Fortegra 352(비스페놀 A 액체 에폭시 수지 중 33중량% 코어-쉘 고무 입자)를 포함한다. 다른 시판되는 코어-쉘 고무 입자 분산액은 Dow에서 시판하는 Paraloid™ EXL 2650A(코어-쉘 폴리(부타디엔)을 포함한다.
본 조성물에 사용될 수 있는 폴리실록산 고무 입자를 사용하는 예시적인 비제한적 상업적 코어-쉘 탄성중합체성 입자 제품은 코어-쉘 폴리실록산 고무 분말(Wacker에서 GENIOPERL® P52로 시판됨), 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중 코어-쉘 폴리실록산 고무 분산액(40중량% 코어-쉘 고무)(Evonick에서 ALBIDUR® EP2240A로 시판됨), 각각 Kaneka Texas Corporation에서 입수 가능한, jER™ 828 중 코어-쉘 폴리실록산 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 960으로 시판됨), Epon® 863 중 코어-쉘 폴리실록산 고무 분산액(25중량% 코어-쉘 고무)(Kane Ace MX 965로 시판됨)을 포함한다.
탄성중합체성 입자는 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 2중량%, 예컨대 적어도 3중량%, 예컨대 적어도 10중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 조성물의 총 중량을 기준으로 40중량% 이하, 예컨대 35중량% 이하, 예컨대 24중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 탄성중합체성 입자는 조성물의 총 중량을 기준으로 2중량% 내지 40중량%, 예컨대 3중량% 내지 35중량%, 예컨대 10중량% 내지 24중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 친전자체는 또한 이소시아네이트를 포함할 수 있다. 본 발명의 이소시아네이트는 하나 이상의 이소시아네이트 작용기(-N=C=O)를 함유하는 단량체 또는 중합체일 수 있다.
적합한 단량체성 이소시아네이트 함유 화합물은 p-톨릴 이소시아네이트, 헥실 이소시아네이트, 페닐 이소시아네이트, 이소시아네이트 에틸 아릴레이트, 메타 크릴로일옥시에틸 이소시아네이트, 3-(트리에티옥시실릴)프로필 이소시안트를 포함한다.
본원에 기술된 조성물에 사용될 수 있는 적합한 이소시아네이트 함유 화합물은 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리이소시아네이트는 C2-C20 선형, 분지형, 사이클릭, 지방족 및/또는 방향족 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다.
지방족 폴리이소시아네이트는 (i) 알킬렌 이소시아네이트, 예컨대 트리메틸렌 디이소시아네이트; 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트와 같은 테트라메틸렌 디이소시아네이트; 1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트와 같은 펜타메틸렌 디이소시아네이트; 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 이들의 혼합물과 같은 Demodur XP 2617(Covestro)로 시판되는 헥사메틸렌 디이소시아네이트("HDI"); 1,7-헵타메틸렌 디이소사이아네이트와 같은 헵타메틸렌 디이소시아네이트; 1,2-프로필렌 디이소시아네이트와 같은 프로필렌 디이소시아네이트; 1,2-부틸렌 디이소시아네이트, 2,3-부틸렌 디이소시아네이트, 1,3-부틸렌 디이소시아네이트 및 1,4-부틸렌 디이소시아네이트와 같은 부틸렌 디이소시아네이트; 에틸렌 디이소시아네이트; 1,10-데카메틸렌 디이소시아네이트와 같은 데카메틸렌 디이소시아네이트; 에틸리덴 디이소시아네이트; 및 부틸리덴 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 지방족 폴리이소시아네이트는 또한 (ii) 사이클로알킬렌 이소시아네이트, 예컨대 1,3-사이클로펜탄 디이소시아네이트와 같은 사이클로펜탄 디이소시아네이트; 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 1,2-사이클로헥산 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트("IPDI"), 메틸렌 비스(4-사이클로헥실이소시아네이트)("HMDI")와 같은 사이클로헥산 디이소시아네이트; 및 혼합 아르알킬 디이소시아네이트, 예컨대 메타-테트라메틸크실릴렌 디이소시아네이트(Allnex SA에서 TMXDI®로 시판됨)와 같은 테트라메틸크실릴 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 위에 언급된 폴리이소시아네이트의 이량체, 삼량체, 올리고머 및 중합체는 또한 1,6 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 사이클로트리머(cyclotrimer)(HDI의 이소시아네이트 삼량체로도 알려져 있으며, Desmoder N3300(Covestro)으로 시판됨)로 사용될 수 있다.
방향족 폴리이소시아네이트는 (i) 아릴렌 이소시아네이트, 예컨대 m-페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트 및 클로로페닐렌 2,4-디이소시아네이트와 같은 페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트 및 1,4-나프탈렌 디이소시아네이트와 같은 나프탈렌 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 방향족 폴리이소시아네이트는 또한 (ii) 알카릴렌 이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디페닐렌메탄 디이소시아네이트("MDI")와 같은 메틸렌 차단된 방향족 디이소시아네이트 및 3,3'-디메틸-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와 같은 알킬화 유사체, 및 중합체성 메틸렌디페닐 디이소시아네이트; 2,4-톨릴렌 또는 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트 또는 이들의 혼합물과 같은 톨루엔 디이소시아네이트("TDI"), 바이톨루엔 디이소시아네이트; 및 4,4-톨루이딘 디이소시아네이트; 크실렌 디이소시아네이트; 디아니시딘 디이소시아네이트; 크실릴렌 디이소시아네이트; 및 기타 알킬화 벤젠 디이소시아네이트를 포함한다.
폴리이소시아네이트는 또한 다음을 포함할 수 있다: 트리페닐 메탄-4,4',4"-트리이소시아네이트, 1,3,5-트리이소시아네이토 벤젠 및 2,4,6-트리이소시아네이토 톨루엔과 같은 트리이소시아네이트; 4,4'-디페닐디메틸 메탄-2,2',5,5'-테트라이소시아네이트와 같은 테트라이소시아네이트; 및 톨릴렌 디이소시아네이트 이량체 및 삼량체 등과 같은 중합화된 폴리이소시아네이트를 포함한다.
이소시아네이트 화합물은 이소시아네이트 작용기(들)와는 다른 적어도 하나의 작용기를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 친전자체는 또한 카보네이트 함유 화합물을 포함할 수 있다. 카보네이트 함유 화합물은 하나 이상의 카보네이트 작용기()를 함유하는 중합체일 수 있다.
본원에 기술된 조성물에 사용될 수 있는 적합한 일작용성 카보네이트 함유 화합물은 프로필렌 카보네이트, 글리세롤 카보네이트, 글리세롤 카보네이트 메타크릴레이트, 알릴 글리세롤 카보네이트, 프로필 카보네이트 트리에톡시실란, 페녹시카보닐옥시메틸 에틸렌 카보네이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
친전자체는 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 1부피%, 예컨대 적어도 3부피%, 예컨대 적어도 5부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 조성물의 총 부피를 기준으로 89부피% 이하, 예컨대 85부피% 이하, 예컨대 80부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 친전자체는 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 89부피%, 예컨대 3부피% 내지 85부피%, 예컨대 5부피% 내지 80부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명의 조성물은 또한 작용기(들) 친전자체와 반응할 수 있는 작용기(들), 예컨대 아민 작용기, 하이드록시 작용기, 티올 작용기, 카복시 작용기, 무수물 작용기 및 이들의 조합을 포함하는 활성 수소 작용기와 같은 친핵성 모이어티를 포함하는 친핵체를 포함한다. 본 발명의 조성물에 사용될 수 있는 적합한 친핵체는 아민, 티올, 폴리올, 카복실산, 무수물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 친핵체는 차단되거나 차단되지 않을 수 있고, 또는 캡슐화되거나 캡슐화되지 않을 수 있다. 친핵체는 일작용성, 이작용성 및/또는 다작용성일 수 있다.
본원에 개시된 조성물에 사용하기에 적합한 아민은 1차 및 2차 아민, 및 이들의 혼합물과 같은 다양한 공지된 아민으로부터 선택될 수 있다. 아민은 모노아민, 또는 디-, 트리- 또는 더 높은 작용성 아민과 같은 적어도 2개의 작용기를 갖는 폴리아민; 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 아민은 방향족 또는 지방족, 예컨대 지환족, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 적합한 아민의 비제한적인 예는 에틸 아민, 이성질체성 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 사이클로헥실아민, 에틸렌 디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 1,3-디아미노펜탄, 1,6-디아미노헥산, 2-메틸-1,5-펜탄 디아민, 2,5-디아미노-2,5-디메틸헥산, 2,2,4- 및/또는 2,4,4-트리메틸-1,6-디아미노헥산, 1,11-디아미노운데칸, 1,12-디아미노도데칸, 1,3- 및/또는 1,4-사이클로헥산 디아민, 1-아미노-3,3,5-트리메틸-5-아미노메틸-사이클로헥산, 2,4- 및/또는 2,6-헥사하이드로톨루오일렌 디아민, 2,4'- 및/또는 4,4'-디아미노-디사이클로헥실 메탄 및 3,3'-디알킬-4,4'-디아미노-디사이클로헥실 메탄(예컨대 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노-디사이클로헥실 메탄 및 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노-디사이클로헥실 메탄), 2,4- 및/또는 2,6-디아미노톨루엔 및 2,4'- 및/또는 4,4'-디아미노디페닐 메탄, 피페라진 또는 이의 부가물 또는 유도체, 또는 이의 혼합물과 같은 지방족 폴리아민을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
2차 아민의 비제한적인 예는 모노- 및 폴리-아크릴레이트 및 메타크릴레이트 개질된 아민; 말레산, 푸마르산 에스테르, 지방족 폴리아민 등과 같은 화합물의 유도체를 포함할 수 있는 폴리아스파르트산 에스테르; 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 2차 아민은 지환족 디아민과 같은 지방족 아민을 포함할 수 있다. 이러한 아민은 JEFFLINK 754와 같은 JEFFLINK의 명칭하에 Huntsman Corporation(텍사스주 휴스턴)에서, Baxxoder PC136으로서 BASF에서 시판된다.
아민은 아민 작용성 수지를 포함할 수 있다. 적합한 아민-작용성 수지는 당 업계에 공지된 다양한 종류로부터 선택될 수 있으며 비교적 점도가 낮은 것을 포함할 수 있다. 아민 작용성 수지는 유기산의 에스테르, 예를 들어, 이소시아네이트와 상용성인 아스파르트산 에스테르 기반 아민 작용성 반응성 수지일 수 있다. 이소시아네이트는 용매가 없을 수 있고/거나 아민 작용기 대 상기 에스테르의 몰 비가 1:1 이하이어서 반응시 과잉의 1차 아민이 남지 않는다. 이러한 폴리아스파르트산 에스테르의 비제한적인 예는 Covestro에서 상표명 DESMOPHEN NH1220으로 시판되는 디에틸 말레에이트 및 1,5-디아미노-2-메틸펜탄의 유도체, 및 Desmophen NH1420 (Covestro)으로 시판되는 디에틸 말레에이트 및 4,4'-메틸렌비스(사이클로헥산-1-아민)의 유도체를 포함할 수 있다. 아스파르테이트 그룹을 함유하는 다른 적합한 화합물도 사용될 수 있다.
아민은 폴리옥시알킬렌아민과 같으나 이에 제한되지 않는 고분자량 1차 아민을 포함할 수 있다. 적합한 폴리옥시알킬렌 아민은, 예를 들어, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물로부터 유도된 골격에 부착된 2개 이상의 1차 아미노 그룹을 함유할 수 있다. 이러한 아민의 비제한적인 예는 Huntsman Corporation에서 JEFFAMINE이라는 명칭으로 입수 가능한 것들을 포함할 수 있다. 이러한 아민은 분자량이 200 내지 7500 범위일 수 있고, JEFFAMINE D-230, D-400, D-2000, T-403, T-5000, XJS-616 및 ED600과 같으나 이에 제한되지 않는다. 다른 적합한 아민은 Evonik에서 입수 가능한 Ancamine® 시리즈와 같은 지방족 및 지환 족 폴리아민을 포함한다.
친핵체는 모노티올 또는 폴리티올 화합물을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "모노티올 화합물"은 하나의 티올 작용기(-SH)를 갖는 화학적 화합물을 의미하고, "폴리티올 화합물"은 적어도 2개의 티올 작용기(-SH)를 갖는 화학적 화합물을 의미하며, 상기 작용기는 친전자체와 반응하여 중합체성 매트릭스를 형성함으로써 본 발명의 조성물을 "경화"시키는데 사용될 수 있다.
모노티올 화합물은 t-도데칸 티올, n-도데실 머캅탄, p-톨루네티올, 퀴놀린 티올, 1-티오글리세롤, 머캅토석신산, 티오살리실산, 2-아미노에탄티올, 2-티오시토신 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
폴리티올 화합물은 적어도 2개의 티올 작용기를 포함하는 화합물을 포함한다. 폴리티올 화합물은 디티올, 트리티올, 테트라티올, 펜타티올, 헥사티올 또는 더 높은 작용성 폴리티올 화합물을 포함할 수 있다. 폴리티올 화합물은 3,6-디옥사-1,8-옥탄디티올(DMDO), 3-옥사-1,5-펜탄디티올, 1,2-에탄디티올, 1,3-프로판디티올, 1,2-프로판디티올, 1,4-부탄디티올, 1,3-부탄디티올, 2,3-부탄디티올, 1,5-펜탄디티올, 1,3-펜탄디티올, 1,6-헥산디티올, 1,3-디티오-3-메틸부탄, 에틸사이클로헥실디티올(ECHDT), 메틸사이클로헥실디티올, 메틸 치환된 디머캅토디에틸 설파이드, 디메틸 치환된 디머캅토디에틸 설파이드, 2,3-디머캅토-1-프로판올, 비스-(4-머캅토메틸페닐) 에테르, 2,2'-티오디에탄티올 및 글리콜디머캅토아세테이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® GDMA로 시판됨)와 같은 디티올 화합물을 포함할 수 있다. 폴리티올 화합물은 트리메틸올프로판 트리머캅토아세테이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® TMPMA로 시판됨), 트리메틸오프로판 트리스-3-머캅토프로피오네이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® TMPMP로 시판됨), 에톡실화 트리메틸프로판 트리스-3-머캅토프로피오네이트 중합체(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® ETTMP로 시판됨), 트리스[2-(3-머캅토프로피오닐옥시)에틸]이소시아누레이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® TEMPIC으로 시판됨)와 같은 트리티올 화합물을 포함할 수 있다. 폴리티올 화합물은 펜타에리트리톨 테트라머캅토아세테이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® PETMA로 시판됨), 펜타에리트리톨 테트라-3-머캅토프로피오네이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® PETMP로 시판됨) 및 폴리카프로락톤 테트라(3-머캅토프로피오네이트)(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® PCL4MP 1350으로 시판됨)와 같은 테트라티올 화합물을 포함할 수 있다. 더 높은 작용성 폴리티올 화합물은 디펜타에리트리톨 헥사-3-머캅토프로피오네이트(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG에서 THIOCURE® DiPETMP로 시판됨)를 포함할 수 있다. 폴리티올 화합물의 조합도 사용될 수 있다.
폴리티올 화합물은 머캅탄 말단 폴리설파이드를 포함할 수 있다. 시판되는 머캅탄 말단 폴리설파이드는 LP-3, LP-33, LP-23, LP-980, LP-2, LP-32, LP-12, LP-31, LP-55 및 LP-56을 포함하나 이에 제한되지 않는, Toray Fine Chemicals Co., Ltd.에서 상표명 THIOKOL® LP로 판매되는 것들을 포함한다. THIOKOL LP 머캅탄 말단 폴리설파이드는 일반 구조 HS-(C2H4-O-CH2-O-C2H4-S-S)nC2H4-O-CH2-O-C2H4-SH를 가지며, 여기서 n은 5 내지 50의 정수이다. 시판되는 다른 머캅탄 말단 폴리설파이드는 G 10, G 112, G 131, G 1, G 12, G 21, G 22, G44 및 G 4를 포함하나 이에 제한되지 않는, Akzo Nobel Chemicals International B.V.에서 상표명 THIOPLAST® G™로 판매되는 것들을 포함한다. THIOPLAST G 머캅탄 말단 폴리설파이드는 구조 HS-(R-S-S)n-R-SH의 이작용성 단위 및 구조 HS-(R-S-S)a-CH2-CH((S-S-R)c-SH)-CH2-(S-S-R)b-SH의 삼작용성 단위를 갖는 이작용성 및 삼작용성 머캅탄 작용성 폴리설파이드의 블렌드이며, 여기서 n은 7 내지 38의 정수이고, a + b + c = n이고 n은 7 내지 38의 정수이다.
폴리티올 화합물은 머캅탄 말단 폴리에테르를 포함할 수 있다. 시판되는 머캅탄 말단 폴리에테르는 Toray Fine Chemicals Co., Ltd.에서 입수 가능한 POLYTHIOL QE-340M을 포함한다.
폴리티올 화합물은 티올 당량이 적어도 80g/eq, 예컨대 적어도 100g/eq, 예컨대 적어도 125g/eq, 예컨대 적어도 400g/eq일 수 있고, 티올 당량이 4,000g/eq 이하, 예컨대 2,500g/eq 이하, 예컨대 2,000g/eq 이하, 예컨대 1,650g/eq 이하일 수 있다. 폴리티올 화합물은 티올 당량이 80g/eq 내지 4,000g/eq, 예컨대 100g/eq 내지 2,500g/eq, 예컨대 125g/eq 내지 2,000g/eq, 예컨대 400g/eq 내지 1,650g/eq일 수 있다.
본 발명에 유용한 적합한 폴리에테르는 화학식 Ⅰ에 따른 구조의 폴리티오에테르를 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서,
R1은 C2-6 n-알킬렌, C3-6 분지형 알킬렌, C6-8 사이클로알킬렌 또는 C6-10 알킬사이클로알킬렌 그룹, ―[(―CH2―)p―X―]q―(―CH2―)r― 또는 ―[(―CH2―)p―X―]q―(―CH2―)r―을 나타내고, 여기서 적어도 하나의 ―CH2― 단위는 메틸 그룹으로 치환되고,
R2는 C2-6 n-알킬렌, C2-6 분지형 알킬렌, C6-8 사이클로알킬렌 또는 C6-10 알킬사이클로알킬렌 그룹 또는 ―[(―CH2―)p―X―]q―(―CH2―)r―을 나타내고,
X는 O, S 및 -NR6-로 이루어진 군에서 선택된 하나를 나타내고,
R6은 H 또는 메틸을 나타내고,
m은 0 내지 10의 유리수이고,
n은 1 내지 60의 정수이고,
p는 2 내지 6의 정수이고,
q는 1 내지 5의 정수이고,
r은 2 내지 10의 정수이다.
본원에 개시된 조성물에 유용한 폴리티오에테르 중합체는 유리전이온도 Tg가 -50℃ 이하, 예컨대 -55℃ 이하, 예컨대 -60℃ 이하일 수 있다. 낮은 Tg는 우수한 저온 유연성을 나타내며, 이는 알려진 방법, 예를 들어, AMS(Aerospace Material Specification) 3267 §4.5.4.7, MIL-S(Military Specification)-8802E §3.3.12 및 MIL-S-29574에 설명된 방법 및 ASTM(American Society for Testing and Materials) D522-88 및 AMS 3277에 설명된 것과 유사한 방법에 의해 결정될 수 있다.
본원에 개시된 조성물에 유용한 폴리티오에테르는 수 평균 분자량이 적어도 500, 예컨대 적어도 1,000, 예컨대 적어도 2,000일 수 있고, 수 평균 분자량이 20,000 이하, 예컨대 10,000 이하, 예컨대 5,000 이하일 수 있다. 본원에 개시된 조성물에 유용한 폴리티오에테르는 THF 용매에서 폴리스티렌 표준 물질 및 waters Styragel 컬럼을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 수 평균 분자량이 500 내지 20,000, 예컨대 1,000 내지 10,000, 예컨대 2,000 내지 5,000일 수 있다.
본원에 개시된 조성물에 유용한 폴리티오에테르 중합체는 이작용성, 즉 2개의 말단 그룹을 갖는 선형 중합체, 또는 다작용성, 즉 3개 이상의 말단 그룹을 갖는 분지형 중합체일 수 있다. 상기 중합체를 제조하는데 사용되는 디티올(들) 및 디비닐 에테르(들)의 상대적인 양에 따라, 상기 중합체는 말단 티올 그룹(-SH) 또는 말단 비닐 그룹(-CH=CH2)을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 중합체는 캡핑되지 않을 수 있는데, 즉 더 이상 반응하지 않는 티올 또는 비닐 말단 그룹을 포함하거나, 또는 캡핑될 수 있는데, 즉 다른 화합물과 더 반응하는 티올 또는 비닐기를 포함한다. 폴리티오에테르를 캡핑하면 추가의 말단 작용기, 예를 들어, 하이드록실 또는 아민 그룹을 본 발명의 중합체에 도입하거나, 대안적으로 말단 알킬 그룹과 같은 추가 반응에 저항하는 말단 그룹을 도입할 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리티오에테르는 화학식 Ⅱ를 가질 수 있다:
[화학식 II]
상기 식에서,
A는 상기 화학식 Ⅰ의 구조를 나타내고,
y는 0 또는 1이고,
R3은 y=0일 때 단일 결합을 나타내고 y=1일 때 ―S―(CH2)2―[―O―R2―]m―O―를 나타내고,
R4는 y=0일 때 ―SH 또는 ―S―(―CH2―)2+s―O―R5를 나타내고 y=1일 때 ―CH2-CH2　또는 ―(CH2―)2―S―R5를 나타내고,
s는 0 내지 10의 정수이고,
R5는 비치환되거나 적어도 하나의 -OH 또는 -NHR7 그룹으로 치환된 C1-6 n-알킬을 나타내고,
R7은 H 또는 C1-6 n-알킬 그룹을 나타낸다.
따라서, 화학식 Ⅱ의 폴리티오에테르는 캡핑되지 않거나 캡핑될 수 있는 선형 이작용성 중합체이다. y=0일 때, 상기 중합체는 말단 티올 그룹 또는 이의 캡핑된 유도체를 포함한다. y=1일 때, 상기 중합체는 말단 비닐 그룹 또는 이의 캡핑된 유도체를 포함한다.
예를 들어, 상기 폴리티오에테르는 이작용성 티올 말단(캡핑되지 않은) 폴리티오에테르일 수 있다. 즉, 화학식 Ⅱ에서 y=0이고 R4는 -SH이다. 따라서, 상기 폴리티오에테르는 다음과 같은 구조를 가지고 있다:
전술한 중합체는 아래에 상세히 논의하는 바와 같이, 예를 들어, 디비닐 에테르 또는 이의 혼합물을 과량의 디티올 또는 이의 혼합물과 반응시킴으로써 생성된다.
전술한 폴리티오에테르의 다른 예에서, 화학식 Ⅱ에서 m=1이고 R2=n-부틸렌일 때, R1은 에틸렌 또는 n-프로필렌이 아니다. 예를 들어, m=1, p=2, q=2, r=2 및 R2=에틸렌일 때, X는 O가 아니다.
다른 예에서, 상기 폴리티오에테르는 말단 -SH 그룹이 ―S―(―CH2―)2+s―O―R5로 대체된 캡핑된 중합체일 수 있다. 이러한 캡은 아래에 상세히 논의하는 바와 같이, 말단 티올 그룹을 모노비닐 에테르와 같은 알킬 ω-알케닐 에테르와 반응시켜, 예를 들어, 반응 혼합물에 캡핑제 또는 이들의 혼합물을 포함시킴으로써 생성된다.
상기에서, R5는 비치환되거나 치환된 알킬 그룹, 예컨대 비치환되거나 적어도 하나의 -OH 또는 -NHR7 그룹으로 치환된 C1-6 n-알킬 그룹을 나타내고, R7은 H 또는 C1-6 n-알킬을 나타낸다. 예시적인 유용한 R5 그룹은 에틸, 프로필 및 부틸과 같은 알킬 그룹; 4-하이드록시부틸과 같은 하이드록실 치환된 그룹; 3-아미노프로필과 같은 아민 치환된 그룹 등을 포함한다.
폴리티오에테르는 또한 이작용성 비닐 말단(캡핑되지 않은) 폴리티오에테르를 포함한다. 즉, 화학식 Ⅱ에서 y=1이고 R4는 -CH=CH2이다. 이들 중합체는 아래에 상세히 논의하는 바와 같이, 예를 들어, 디티올 또는 이의 혼합물을 과량의 디비닐 에테르 또는 이의 혼합물과 반응시킴으로써 생성된다. 유사한 캡핑된 폴리티오에테르는 말단―(CH2―)2―S―R5를 포함한다.
전술한 폴리티오에테르는 2 작용가의 선형 중합체이다(이 합계 내에서 알킬 및 기타 비반응성 캡을 고려함). 더 높은 작용가의 폴리티오에테르도 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 중합체는 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이 다작용화제를 사용하여 제조된다. 본원에 사용된 용어 "다작용화제"는 말단 -SH 및/또는 -CH=CH2 그룹과 반응성인 2개 초과의 모이어티를 갖는 화합물을 나타낸다. 다작용화제는 3 내지 6개의 이러한 모이어티를 포함할 수 있으며, 따라서 "z가" 다작용화제로 표시되며, 여기서 z는 제제에 포함된 이러한 모이어티의 수(예를 들어, 3 내지 6)이고, 따라서 그 수는 다작용성 폴리티오에테르가 포함하는 개별 분지의 수이다. 다작용화제는 다음 식으로 나타낼 수 있다:
B―(R8)z
상기 식에서,
R8은 말단 -SH 또는 -CH=CH2와 반응성인 모이어티를 나타내고 동일하거나 상이할 수 있으며,
B는 다작용화제의 z가 잔기, 즉 제제의 반응성 모이어티 R7 이외의 부분이다.
따라서, 본 발명에 따른 다작용성 폴리티오에테르는 화학식 III을 가질 수 있다:
[화학식 III]
상기 식에서,
A는 상기 화학식 Ⅰ의 구조를 나타내고,
y는 0 또는 1이고,
R3은 y=0일 때 단일 결합을 나타내고 y=1일 때 ―S―(CH2)2―[―O―R2―]m―O―를 나타내고,
R4는 y=0일 때 -SH 또는 ―S―(―CH2―)2+s―O―R5를 나타내고 y=1일 때 ―CH2=CH2　또는 ―(CH2―)2―S―R5를 나타내고,
R5는 비치환되거나 적어도 하나의 -OH 또는 -NHR7 그룹으로 치환된 C1-6 n-알킬을 나타내고,
R7은 H 또는 C1-6 n-알킬 그룹을 나타내고,
z는 3 내지서 6의 정수이고,
B는 다작용화제의 z가 잔기를 나타낸다.
전술한 이작용성 폴리티오에테르와 마찬가지로, 본 발명의 전술한 다작용성 폴리티오에테르는 말단 -SH 또는 -CH=CH2 그룹을 포함할 수 있거나, 캡핑되어 말단 ―S―(―CH2―)2+s―O―R5　또는 ―(CH2―)2―S―R5　그룹을 포함할 수 있다. 부분적으로 캡핑된 다작용성 중합체, 즉 모든 분지가 아닌 일부 분지가 캡핑된 중합체도 본 발명의 범위 내에 있다.
특정 다작용화제는 삼작용화제, 즉 z=3인 화합물을 포함한다. 적합한 삼작용화제는 화학식 Ⅱ의 화합물과 반응성인 트리알릴시아누레이트(TAC)(R8=알릴) 및 화학식 Ⅲ의 화합물과 반응성인 1,2,3-프로판트리티올(R8=-SH)을 포함한다. 혼합된 작용가의 제제, 즉 티올 그룹 및 비닐 그룹 둘 다와 반응하는 모이어티(전형적으로 별개의 모이어티)를 포함하는 제제도 사용될 수 있다.
다른 유용한 다작용화제는 트리메틸올프로판 트리비닐 에테르, 및 미국 특허 제4,366,307호, 미국 특허 제4,609,762호 및 미국 특허 제5,225,472호에 기재된 폴리티올을 포함하고, 이들 각각의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 다작용화제의 혼합물도 사용될 수 있다.
3개 초과의 반응성 모이어티(즉, z>3)를 갖는 다작용화제는 "별(star)" 폴리티오에테르 및 과분지형 폴리티오에테르를 제공한다. 예를 들어, 2몰의 TAC를 1몰의 디티올과 반응시켜 평균 작용가가 4인 물질을 얻을 수 있다. 이 물질은 디비닐 에테르 및 디티올과 반응하여 중합체를 생성할 수 있는데, 이를 다시 삼작용화제와 혼합하여 평균 작용가가 3 내지 4인 중합체 블렌드를 얻는다.
전술한 바와 같은 폴리티오에테르는 광범위한 평균 작용가를 갖는다. 예를 들어, 삼작용화제는 2.05 내지 3.0, 예컨대 2.1 내지 2.6의 평균 작용가를 제공한다. 4작용성 이상의 다작용화제를 사용하면 더 넓은 범위의 평균 작용가를 얻을 수 있다. 작용가는 또한 당해 분야의 기술자에서 공지된 바와 같이 화학량론과 같은 인자에 의해 영향을 받을 것이다.
전술한 다작용성 폴리티오에테르를 제조하는 방법은 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,172,179호, 8:62-12:22에서 상세히 논의된다.
적합한 폴리올의 비제한적인 예는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리우레탄 폴리올, 폴리 비닐 알코올, 하이드록시 작용성 아크릴레이트를 함유하는 중합체, 하이드록시 작용성 메타크릴레이트를 함유하는 중합체, 알릴 알코올을 함유하는 중합체, 하이드록실 작용성 폴리부타디엔 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
친핵체는 적어도 하나의 카복실레이트 작용기를 함유하는 카복실산을 포함할 수 있다. 적합한 카복실산은 프탈산, 헥사하이드로프탈산, 말레산, 석신산, 아디프산, 또는 산 그룹을 함유하는 임의의 중합체를 포함한다.
친핵체는 적어도 하나의 무수물 작용기를 함유하는 무수물을 포함할 수 있다. 적합한 무수물 함유 화합물은 헥사하이드로프탈산 무수물, 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 석신산 무수물, 트리멜레트산 무수물, 피로멜리트산 이무수물, 3,3',4,4'-옥시디프탈산 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페론 테트라카복실산 이무수물, 4,4' 디프탈산 무수물, 또는 무수물 그룹을 함유하는 임의의 중합체를 포함한다.
친핵체는 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 1부피%, 예컨대 적어도 3부피%, 예컨대 적어도 5부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 조성물의 총 부피를 기준으로 89부피% 이하, 예컨대 85부피% 이하, 예컨대 80부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 친핵체는 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 89부피%, 예컨대 3부피% 내지 85부피%, 예컨대 5부피% 내지 80부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
친핵체는 친전자체 대 친핵체의 부피비가 적어도 1:100, 예컨대 적어도 1:90, 예컨대 적어도 1:29, 예컨대 적어도 1:16이 될 수 있고 1000:1 이하, 예컨대 90:1 이하, 예컨대 29:1 이하, 예컨대 16:1 이하가 될 수 있는 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 친핵체는 친전자체 대 친핵체의 부피비가 1:100 내지 1000:1, 예컨대 1:90 내지 90:1, 예컨대 1:29 내지 29:1, 예컨대 1:16 내지 16:1일 수 있는 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 조성물은 반응성 희석제를 포함할 수 있다. 반응성 희석제는 단량체 또는 중합체일 수 있으며, 일작용성, 이작용성 또는 다작용성일 수 있다. 반응성 희석제는 일부 경우에 친전자체 또는 친핵체일 수 있거나, 접착 촉진제 또는 표면 활성제일 수 있다. 반응성 희석제의 적합한 예에는 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(Hexion에서 Heloxy modifier BD로 입수 가능), 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 일작용성 지방족 희석제(Aditya Birla에서 입수 가능한 Epotec RD 108, RD 109, RD 188) 및 일작용성 방향족 반응성 희석제(Aditya Birla에서 입수 가능한 Epotec RD 104, RD 105 및 RD 136)를 포함한다. 반응성 희석제의 다른 적합한 예는 포화 에폭시화 오일, 불포화 오일, 예컨대 캐슈넛 오일, 해바라기 오일, 잇꽃 오일, 대두유, 아마인유, 피마자유, 오렌지 오일, 유채 기름, 톨유, 식물성 가공유, 가황 식물성 기름, 고 올레산 해바라기 기름 및 이들의 조합을 포함하는 견과류 오일 또는 종자 오일과 같은 다중 불포화 지방산의 글리세라이드를 포함한다. 본 발명의 반응성 희석제는 또한 1,2-부타디엔 또는 1,4-부타디엔의 단독중합체 또는 이들의 조합, 부타디엔과 아크릴 또는 올레핀 단량체의 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.
반응성 희석제는 비점이, 예를 들어, 100℃ 초과, 예컨대 130℃ 초과, 예컨대 150℃ 초과일 수 있고, 반응성 희석제는 비점이, 예를 들어, 425℃ 미만, 예컨대 390℃ 미만, 예컨대 360℃ 미만일 수 있다.
반응성 희석제는 혼합물의 점도를 낮출 수 있다. 본 발명에 따르면, 반응성 희석제는 ASTM D789에 따른 25℃에서의 점도가 1mPa·s 내지 4,000mPa·s, 예를 들어, 1mPa·s 내지 3,000mPa·s, 1mmPa·s 내지 2,000mPa·s, 1mPa·s 내지 1,000mPa·s, 1mPa·s 내지 100mPa·s 또는 2mPa·s 내지 30mPa·s일 수 있다.
본원에 개시된 조성물은 또한 열 전도성, 전기 절연성 충전제 물질(본원에서 "TC/EI 충전제 물질"로 지칭되고 아래에서 더 상세히 설명됨)의 입자를 포함하는 열 전도성 충전제 패키지를 포함한다. TC/EI 충전제 물질은 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있고 단일 유형의 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있거나 2가지 유형 이상의 TC/EI 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있다. 즉, 열 전도성 충전제 패키지는 제1 TC/EI 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있고, 제1 TC/EI 충전제 물질과 다른, 적어도 제2(즉, 제2, 제3, 제4 등) TC/EI 충전제 물질의 입자를 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 TC/EI 충전제 물질의 입자는 제2 TC/EI 충전제 물질의 입자의 평균 입자 크기보다 적어도 한 자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 2자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 3자릿수 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있고, 상기 입자 크기는, 예를 들어, 전술한 바와 같은 SEM을 사용하여 측정할 수 있다. 충전제 물질의 유형과 관련하여 본원에 사용된 "제1", "제2" 등은 편의를 위한 것일 뿐이며 충전제 패키지 등으로의 첨가 순서를 의미하지 않는다.
선택적으로, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 충전제 패키지는 또한 열 전도성, 전기 전도성 충전제 물질(본원에서 "TC/EC" 충전제 물질로 지칭됨)의 입자 및/또는 비-열 전도성, 전기 절연성 충전제 물질(본원에서는 "NTC/EI" 충전제 물질로 지칭됨) 입자를 포함할 수 있다. 상기 충전제 물질은 유기 또는 무기일 수 있다.
TC/EC 충전제 물질은 단일 유형의 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있거나 2가지 유형 이상의 열 전도성, 전기 전도성 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있다. 즉, 열 전도성 충전제 패키지는 제1 TC/EC 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있고, 제1 TC/EC 충전제 물질과 다른, 적어도 제2(즉, 제2, 제3, 제4 등) TC/EC 충전제 물질의 입자를 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 TC/EC 충전제 물질의 입자는 제2 TC/EC 충전제 물질의 입자의 평균 입자 크기보다 적어도 한 자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 2자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 3자릿수 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있고, 상기 입자 크기는, 예를 들어, 전술한 바와 같은 SEM을 사용하여 측정할 수 있다.
마찬가지로, NTC/EI 충전제 물질은 단일 유형의 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있거나 2가지 유형 이상의 NTC/EI 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있다. 즉, 열 전도성 충전제 패키지는 제1 NTC/EI 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있고, 제1 NTC/EI 충전제 물질과 다른, 적어도 제2(즉, 제2, 제3, 제4 등) NTC/EI 충전제 물질의 입자를 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 NTC/EI 충전제 물질의 입자는 제2 NTC/EI 충전제 물질의 입자의 평균 입자 크기보다 적어도 한 자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 2자릿수 더 큰, 예컨대 적어도 3자릿수 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있고, 상기 입자 크기는, 예를 들어, 전술한 바와 같은 SEM을 사용하여 측정할 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 보고된 모스 경도(Mohs hardness)가 적어도 1(모스 굳기계(Mohs Hardness Scale) 기준), 예컨대 적어도 2, 예컨대 적어도 3일 수 있으며 보고된 모스 경도가 10 이하, 예컨대 8 이하, 예컨대 7 이하일 수 있다. 열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 보고된 모스 경도가 1 내지 10, 예컨대 2 내지 8, 예컨대 3 내지 7일 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 제조업체에 의해보고된 바와 같이 적어도 한 치수가 적어도 0.01μm, 예컨대 적어도 2μm, 예컨대 적어도 10μm인 보고된 평균 입자 크기를 가질 수 있고, 제조업체에 의해 보고된 바와 같이 적어도 한 치수가 1000μm 이하, 예컨대 500μm 이하, 예컨대 300μm 이하, 예컨대 100μm 이하인 보고된 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 제조업체에 의해 보고된 바와 같이 적어도 한 치수가 0.01μm 내지 1000μm, 예컨대 0.1μm 내지 500μm, 예컨대 2μm 내지 300μm, 예컨대 10μm 내지 100μm의 보고된 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 평균 입자 크기를 측정하는 적합한 방법은 Quanta 250 FEG SEM과 같은 기기 또는 동등한 기기를 사용한 측정을 포함한다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 각각, 예를 들어, 판상, 구형 또는 모듈형 형상인 복수의 입자 및 이들의 응집체를 포함할 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 열 전도성일 수 있다. 열 전도성 충전제 물질의 입자는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 25℃에서 적어도 5W/m·K, 예컨대 적어도 18W/m·K, 예컨대 적어도 55W/m·K일 수 있으며, 열전도도가 25℃에서 3,000W/m·K 이하, 예컨대 1,400W/m·K 이하, 예컨대 450W/m·K 이하일 수 있다. 열 전도성 충전제 물질의 입자는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 25℃에서 5W/m·K 내지 3,000W/m·K, 예컨대 18W/m·K 내지 1,400W/m·K, 예컨대 55W/m·K 내지 450W/m·K일 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 비-열 전도성일 수 있다. 비-열 전도성 충전제 물질의 입자는 25℃에서 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨 가 5W/m·K 미만, 3W/m·K 이하, 예컨대 1W/m·K 이하, 예컨대 0.1W/m·K 이하. 예컨대 0.05W/m·K 이하일 수 있다. 열전도도는 위에서 설명된 대로 측정될 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 전기 절연성일 수 있다. 전기 절연성 충전제 물질의 입자는 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m, 예컨대 적어도 100Ω·m일 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지에 사용되는 충전제 물질의 입자는 전기 전도성일 수 있다. 전기 전도성 충전제 물질 입자는 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 10Ω·m 미만, 예컨대 1Ω·m 미만일 수 있다.
열 전도성 충전제 패키지는 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 10부피%, 예컨대 적어도 30부피%, 예컨대 적어도 50부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 조성물의 총 부피를 기준으로 98부피% 이하, 예컨대 80부피% 이하, 예컨대 70부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 열 전도성 충전제 패키지는 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 89부피%, 예컨대 30부피% 내지 80부피%, 예컨대 50부피% 내지 70부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 열 전도성 충전제 패키지는 TC/EI 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있다.
적합한 TC/EI 충전제 물질은 질화붕소(예를 들어, Saint-Gobain에서 CarboTherm으로, Momentive에서 CoolFlow 및 PolarTherm으로, 및 Panadyne에서 입수 가능한 육각형 질화붕소 분말로 시판됨), 질화규소 또는 질화알루미늄(예를 들어, Micron Metals Inc.에서 입수 가능한 질화알루미늄 분말로, 및 Toyal에서 Toyalnite로 시판됨) 비소화붕소, 금속 산화물, 예컨대 산화알루미늄(예를 들어, Micro Abrasives에서 Microgrit로, Nabaltec에서 Nabalox로, Evonik에서 Aeroxide로, 및 Imerys에서 Alodur로 시판됨), 산화마그네슘, 산화베릴륨, 이산화규소, 산화티탄, 산화아연, 산화니켈, 산화구리 또는 산화주석, 금속 수산화물, 예컨대 알루미늄 삼수화물, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘, 비소화물, 예컨대 비소화붕소, 탄화물, 예컨대 탄화규소, 광물, 예컨대 마노(agate) 및 에머리(emery), 세라믹, 예컨대 세라믹 미소구(예를 들어, Zeeospheres Ceramics 또는 3M에서 시판됨), 탄화규소 및 다이아몬드를 포함한다. 이들 충전제는 또한 Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.에서 입수 가능한 PYROKISUMA 5301K와 같이 표면 개질될 수 있다. 이들 열 전도성 충전제는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
TC/EI 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 90부피%, 예컨대 적어도 93부피%, 예컨대 적어도 95부피%의 양으로 존재할 수 있으며, 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 100부피% 이하, 예컨대 98부피% 이하, 예컨대 97부피% 이하의 양으로 존재할 수 있다. TC/EI 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 90부피% 내지 100부피%, 예컨대 93부피% 내지 98부피%, 예컨대 95부피% 내지 97부피%의 양으로 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 열 전도성 충전제 패키지는 TC/EC 충전제 물질의 입자를 포함할 수 있다.
적합한 TC/EC 충전제 물질은 금속, 예컨대 은, 아연, 구리, 금 또는 금속 코팅된 중공 입자, 탄소 화합물, 예컨대 흑연(Imerys에서 시판되는 Timrex 또는 Asbury Carbons에서 시판되는 ThermoCarb), 카본 블랙(예를 들어, Cabot Corporation에서 Vulcan으로 시판됨), 탄소 섬유(예를 들어, Zoltek에서 밀링된 탄소 섬유로 시판됨), 그래핀 및 그래핀계 탄소 입자(예를 들어, XG Sciences에서 시판되는 xGnP 그래핀 나노플레이트, 및/또는, 예를 들어, 아래에 설명된 그래핀 입자), 카보닐 철, 구리(예컨대 Sigma Aldrich에서 시판되는 구형(spheroidal) 분말), 아연(예컨대 Purity Zinc Metals에서 시판되는 Ultrapure 및 US Zinc에서 시판되는 Zinc Dust XL 및 XLP) 등을 포함한다. "그래핀계 탄소 입자"의 예는 벌집 모양의 결정 격자에 조밀하게 패킹된 sp2 결합된 탄소 원자의 하나의 원자 두께(one-atom-thick) 평면 시트의 하나 이상의 층을 포함하는 구조를 갖는 탄소 입자를 포함한다. 적층된 층의 평균 수는 100개 미만, 예를 들어, 50개 미만일 수 있다. 적층된 층의 평균 수는 30개 이하, 예컨대 20개 이하, 예컨대 10개 이하, 예컨대 5개 이하일 수 있다. 그래핀계 탄소 입자는 실질적으로 편평할 수 있다; 그러나, 상기 평면 시트의 적어도 일부는 실질적으로 만곡되거나, 말리거나, 접히거나, 구부러질 수 있다. 상기 입자는 일반적으로 구형 또는 등축 형태를 갖지 않는다. 적합한 그래핀계 탄소 입자는 미국 공개공보 제2012/0129980호, 단락 [0059]-[0065]에 기술되어 있으며, 그 인용된 부분은 본원에 참조로 포함된다. 다른 적합한 그래핀계 탄소 입자는 미국 특허 제9,562,175호, 6:6 내지 9:52에 기술되어 있으며, 그 인용된 부분은 본원에 참조로 포함된다.
TC/EC 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 30부피% 이하, 예컨대 10부피% 이하의 양으로 존재할 수 있으며, 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 1부피%, 예컨대 적어도 3부피%의 양으로 존재할 수 있다. TC/EC 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 30부피%, 예컨대 3부피% 내지 10부피%의 양으로 존재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 열 전도성 충전제 패키지는 NTC/EI 충전제 입자를 포함할 수 있다.
적합한 NTC/EI 충전제 물질은 운모, 실리카, 규회석(wallastonite), 탄산칼슘, 유리 미소구, 점토 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "운모"는 일반적으로 시트 실리케이트(엽상 규산염(phyllosilicate)) 광물을 지칭한다. 운모는 백운모(muscovite mica)를 포함할 수 있다. 백운모는 화학식 KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2 또는 (KF)2(Al2O3)3(SiO2)6(H2O)의 알루미늄 및 칼륨의 엽상 규산염 광물을 포함한다. 시판되는 예시적인 비제한적 백운모는 Pacer Minerals에서 입수 가능한 상표명 DakotaPURE™로 판매되는 제품, 예컨대 DakotaPURE™ 700, DakotaPURE™ 1500, DakotaPURE™ 2400, DakotaPURE™ 3000, DakotaPURE™ 3500 및 DakotaPURE™ 4000을 포함한다.
실리카(SiO2)는 3차원 구조를 형성하기 위해 화염으로 처리된 실리카를 포함하는 흄드 실리카(fumed silica)를 포함할 수 있다. 흄드 실리카는 처리되지 않거나, 예를 들어, 폴리디메틸실록산과 같은 실록산으로 표면 처리될 수 있다. 시판되는 예시적인 비제한적 흄드 실리카는 Evonik Industries에서 상표명 AEROSIL®로 판매되는 제품, 예컨대 AEROSIL® R 104, AEROSIL® R 106, AEROSIL® R 202, AEROSIL® R 208, AEROSIL® R 972, 및 Wacker Chemie AG에서 시판되는 상표명 HDK®로 판매되는 제품, 예컨대 HDK® H17 및 HDK® H18을 포함한다.
규회석은 소량의 철, 알루미늄, 마그네슘, 망간, 티타늄 및/또는 칼륨을 함유할 수 있는 칼슘 이노규산염(inosilicate) 광물(CaSiO3)을 포함한다. 규회석은 B.E.T. 표면적이 1.5 내지 2.1㎡/g, 예컨대 1.8㎡/g일 수 있고 중앙 입자 크기가 6μm 내지 10μm, 예컨대 8μm일 수 있다. 시판되는 규회석의 비제한적인 예는 NYCO Minerals, Inc.에서 입수 가능한 NYAD 400을 포함한다.
탄산칼슘(CaCO3)은 침강 탄산칼슘 또는 분쇄 탄산칼슘을 포함할 수 있다. 탄산칼슘은 표면 처리되지 않거나 스테아르산으로 표면 처리될 수 있다. 시판되는 침강 탄산칼슘의 비제한적인 예는 Specialty Minerals에서 입수 가능한 Ultra-Pflex®, Albafil® 및 Albacar HO®, 및 Solvay에서 입수 가능한 Winnofil® SPT를 포함한다. 시판되는 분쇄 탄산칼슘의 비제한적인 예는 IMERYS에서 입수 가능한 Duramite™ 및 Specialty Minerals에서 입수 가능한 Marblewhite®를 포함한다.
유용한 점토 광물은 탈크, 엽랍석(pyrophyllite), 아염소산염, 질석(vermiculite) 또는 이들의 조합과 같은 비이온성 판상 충전제를 포함한다.
유리 미소구는 중공 붕규산염 유리일 수 있다. 시판되는 유리 미소구의 비제한적인 예는 3M에서 입수 가능한 3M 글라스 버블 유형 VS, K 시리즈 및 S 시리즈를 포함한다.
NTC/EI 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 1부피% 이하, 예컨대 0.5부피% 이하의 양으로 존재할 수 있고, 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 0.1부피%, 예컨대 적어도 0.25부피%의 양으로 존재할 수 있다. NTC/EI 충전제 입자는 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 0.1부피% 내지 1부피%, 예컨대 0.25부피% 내지 0.5부피%의 양으로 존재할 수 있다.
친전자체와 친핵체의 반응을 촉매할 수 있는 임의의 촉매가 본 발명에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 적합한 촉매는, 예를 들어, 4차 아민, 3차 아민, 사이클릭 3차 아민, 또는 실온에서 에폭시 함유 화합물의 에폭사이드 그룹과 반응하여 3차 또는 4차 아민을 형성하는 2차 아민, 또는 폴리티올의 티올 그룹과 반응하여 티올레이트 이온을 형성하고 이는 에폭시 함유 화합물의 에폭사이드 그룹과 더 반응하여 3차 아민을 형성할 수 있는 2차 아민을 포함한다. 3차 아민의 예로서, 상기 촉매는 알칸올아민을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "알칸올아민"은 1차, 2차 또는 3차 하이드록실 그룹을 포함하는 알킬 그룹을 포함하는 적어도 하나의 알칸올 치환체에 결합된 질소 원자를 포함하는 화합물을 지칭한다. 상기 알칸올아민은 일반 구조 R1 nN(R2-OH)3-n을 가질 수 있으며, 여기서 R1은 수소 또는 알킬 그룹을 포함하고, R2는 알칸디일 그룹을 포함하고, n=0, 1 또는 2이다. n=2일 때, 2개의 R1 그룹이 존재할 것이고, 이들 그룹은 동일하거나 상이할 수 있다. n=0 또는 1일 때, 2 또는 3개의 R2-OH 그룹이 존재할 것이고, 이들 그룹은 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 알킬 그룹은 비치환되거나, 예를 들어, 에테르 그룹으로 치환될 수 있는 지방족 선형 또는 분지형 탄소 쇄를 포함한다. 적합한 알칸올아민은 에탄올아민, N-메틸에탄올아민, 1-아미노-2-프로판올 등과 같은 모노알칸올아민; 디에탄올아민, 디이소프로판올아민 등과 같은 디알칸올아민, 및 트리메탄올아민, 트리에탄올아민, 트리프로판올아민, 트리부탄올아민, 트리펜탄올아민, 트리헥산올아민, 트리이소프로판올아민 등과 같은 트리알칸올아민을 포함한다. 예로서, 사이클릭 3차 아민은 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄("DABCO"), 1,8-디아자바이사일로[5.4.0]운데크-7-엔("DBU"), 1,5-디아자바이사이클로[4.3.0]논-5-엔("DBN"), 1,5,7-트리아자바이사이클로[4.4.0]데크-5-엔("TBD") 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 4차 아민은 테트라부틸암모늄 브로마이드, 테트라부틸암모늄 클로라이드 및 벤질트리메틸암모늄 브로마이드를 포함할 수 있다.
적합한 촉매의 추가의 예는 루이스 산 촉매, 예컨대 비스무트(King Industries에서 시판되는 K-Kat 348), 아연(King Industries에서 시판되는 K-Kat XK-635 및 XK-672) 및 주석(Songwon의 디부틸주석 디라우레이트 또는 Kaneka에서 입수 가능한 디부틸주석 디아세틸아세토네이트)을 포함한다.
적합한 비차단된 촉매의 추가의 예는 피리딘, 이미다졸, 디메틸아미노피리딘, 1-메틸이미다졸, N,N'-카보닐디이미다졸, [2,2]바이피리딘, 2,4,6-트리스(디메틸아미노 메틸)페놀, 3,5-디메틸피라졸 및 이들의 조합을 포함한다.
상기 촉매는 차단된 촉매 또는 잠재성 촉매일 수 있다. 사용될 수 있는 잠재성 촉매는 구아니딘, 치환된 구아니딘, 치환된 우레아, 멜라민 수지, 구아나민 유도체, 열 활성화된 사이클릭 3차 아민, 방향족 아민 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다. 치환된 구아니딘의 예는 메틸구아니딘, 디메틸구아니딘, 트리메틸구아니딘, 테트라메틸구아니딘, 메틸이소바이구아니딘, 디메틸이소바이구아니딘, 테트라메틸이소바이구아니딘, 헥사메틸이소바이구아니딘, 헵타메틸이소바이구아니딘, 및 더욱 특히 시아노구아니딘(디시안디아미드)이다. 언급될 수 있는 적합한 구아나민 유도체의 대표적인 것은 알킬화 벤조구아나민 수지, 벤조구아나민 수지 또는 메톡시메틸에톡시메틸벤조구아나민이다. 또한, 촉매적으로 활성인 치환된 우레아도 사용될 수 있다. 적합한 촉매적으로 활성인 치환된 우레아는 p-클로로페닐-N,N-디메틸우레아, 4,4'-메틸렌비스(페닐디메틸 우레아), 1,1-디메틸우레아, N-3-(디메틸아미노)카보닐아미노메틸-3,5,5-트리메틸사이클로헥실-N,N-디메틸우레아, [1,1'-(4-메틸-m-페닐렌)비스(3,3-디메틸우레아), 3-페닐-1,1-디메틸우레아(페누론(fenuron)) 또는 3,4-디클로로페닐-N,N-디메틸우레아(디우론(Diuron)으로도 알려짐)를 포함한다.
상기 잠재성 촉매는 또한 (i) 에폭시 화합물 및 (ii) 아민 및/또는 알칼로이드를 포함하는 반응물의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, (b) 열 활성화된 잠재성 촉매는 (i) 에폭시 화합물 및 (ii) 아민을 포함하는 반응물의 반응 생성물, 또는 (i) 에폭시 화합물 및 (ii) 알칼로이드를 포함하는 반응물의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 이러한 열 활성화된 잠재성 경화 촉매는 미국 공개공보 제2014/0150970호의 단락 [0098] 내지 [0110]에 설명되어 있으며, 그 인용된 부분은 본원에 참조로 포함된다. (i) 에폭시 화합물 및 (ii) 아민 및/또는 알칼로이드를 포함하는 반응물의 반응 생성물을 포함하는 시판되는 이차(second-step) 촉매의 비제한적인 예는 Ajicure PN-23, Ajicure PN-H, Ajicure PN-31, Ajicure PN-40, Ajicure PN-50, Ajicure PN-23J, Ajicure PN-31J, Ajicure PN-40J, Ajicure MY-24 및 Ajicure MY-2를 포함하는, Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc.에서 상표명 Ajicure로 판매되는 제품을 포함한다.
상기 촉매는 친전자체, 친핵체 및 촉매의 총 중량을 기준으로 적어도 0.01부피%, 예컨대 적어도 0.02부피%, 예컨대 적어도 0.03부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 친전자체, 친핵체 및 촉매의 총 중량을 기준으로 30부피% 이하, 예컨대 20부피% 이하, 예컨대 10부피% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 상기 잠재성 촉매는 친전자체, 친핵체 및 촉매의 총 부피를 기준으로 0.01부피% 내지 30부피%, 예컨대 0.02부피% 내지 20부피%, 예컨대 0.03부피% 내지 10부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 조성물은 잠재성 촉매가 실질적으로 없거나, 본질적으로 없거나, 완전히 없을 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 잠재성 촉매가 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001중량% 미만의 양으로 존재한다면, 조성물은 잠재적 촉매가 "실질적으로 없다". 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 잠재성 촉매가 조성물의 총 중량을 기준으로 0.0005중량% 미만의 양으로 존재한다면, 조성물은 잠재성 촉매가 "본질적으로 없다". 본원에 사용된 바와 같이, 조성물에 잠재성 촉매가 존재하지 않으면, 즉 0.0000중량%인 조성물은 잠재성 촉매가 "완전히 없다".
본 조성물은 선택적으로 분산제를 더 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "분산제"는 열 전도성 충전제 입자를 적시고 응집체를 분해함으로써 열 전도성 충전제 입자의 분리를 개선하기 위해 조성물에 첨가될 수 있는 물질을 의미한다. 분산제는, 만약 존재한다면, 열 전도성 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 0.05부피%, 예컨대 적어도 0.2부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 열 전도성 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 20부피% 이하, 예컨대 10부피% 이하, 예컨대 3부피% 이하, 예컨대 1부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 분산제는, 만약 존재한다면, 열 전도성 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 0.05부피% 내지 20부피%, 예컨대 0.2부피% 내지 10부피%, 예컨대 0.2부피% 내지 3부피%, 예컨대 0.2부피% 내지 1부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 조성물에 사용하기에 적합한 분산제는 지방산, 인산 에스테르, 폴리우레탄, 폴리아민, 폴리아크릴레이트, 폴리알콕실레이트, 설포네이트, 폴리에테르 및 폴리에스테르, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 시판되는 분산제의 비제한적인 예는 BYK Company에서 입수 가능한 ANTI-TERRA-U100, DISPERBYK-102, DISPERBYK-103, DISPERBYK-111, DISPERBYK-171, DISPERBYK-2151, DISPERBYK-2059, DISPERBYK-2000, DISPERBYK-2117 및 DISPERBYK-2118; 및 The Lubrizol Corporation에서 입수 가능한 SOLSPERSE 24000SC, SOLSPERSE 16000 및 SOLSPERSE 8000 고분산제를 포함한다.
본 조성물은 선택적으로 레올로지 개질제, 점착 부여제, 촉진제, 열가소성 중합체, 틱소트로프, 표면 활성제, 착색제, 틴트 및/또는 기타 물질을 포함할 수 있다.
틱소트로프는 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 0.01부피%, 예컨대 적어도 0.2부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 일부 경우에 조성물의 총 부피를 기준으로 5부피% 이하, 예컨대 3부피% 이하, 예컨대 1부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 틱소트로프는 조성물의 총 부피를 기준으로 0.01부피% 내지 5부피%, 예컨대 0.2부피% 내지 3부피%, 예컨대 0.2부피% 내지 1부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 사용될 수 있는 유용한 틱소트로프는 폴리아미드, 폴리에테르 포스페이트, 산화된 폴리올레핀, 피마자 왁스 및 오가노클레이(organoclay)를 포함한다. 본 발명에 유용한 시판되는 틱소트로프는 King Industries에서 입수 가능한 Disparlon 6500, BYK Company에서 입수 가능한 Garamite 1958, Elementis에서 입수 가능한 Bentone SD2 및 Thxatrol@ST, 및 Palmer Holland에서 입수 가능한 Crayvallac SLX를 포함한다. 유용한 착색제 또는 틴트는 프탈로시아닌 블루를 포함할 수 있다.
본 조성물은 선택적으로 적어도 하나의 가소제를 포함할 수 있다. 가소제의 예는 디이소노닐프탈레이트(Exxon Mobil에서 입수 가능한 Jayflex™ DINP), 디이소데실프탈레이트(Exxon Mobil에서 입수 가능한 Jayflex™ DIDP) 및 알킬 벤질 프탈레이트(Valtris에서 입수 가능한 Santicizer 278); 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트(Emerald Performance Materials에서 입수 가능한 K-Flex®)와 같은 벤조에이트 기반 가소제; 및 테레프탈레이트 기반 디옥틸 테레프탈레이트(Eastman Chemical Company에서 입수 가능한 DEHT), 페놀의 알킬설폰산 에스테르(Borchers에서 입수 가능한 Mesamoll) 및 1,2-사이클로헥산 디카복실산 디이소노닐 에스테르(BASF에서 입수 가능한 Hexamoll DINCH)를 포함하는 기타 가소제를 포함한다. 이들 가소제는 폴리아크릴레이트와 같은 중합체일 수 있다.
가소제는 친전자체, 친핵체 및 가소제의 총 부피를 기준으로 적어도 0.5부피%, 예컨대 적어도 2부피%, 예컨대 적어도 3부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있으며, 친전자체, 친핵체 및 가소제의 총 부피를 기준으로 30부피% 이하, 예컨대 20부피% 이하, 예컨대 16부피% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 가소제는 친전자체, 친핵체 및 가소제의 총 중량을 기준으로 0.5부피% 내지 30부피%, 예컨대 2부피% 내지 20부피%, 예컨대 3부피% 내지 16부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 조성물은 또한 반응성 또는 비반응성 탄성중합체성 수지와 같은 적어도 하나의 탄성중합체를 포함할 수 있다. 시판되는 비반응성 탄성중합체의 예는 Evonik에서 입수 가능한 Polyvest® 폴리부타디엔을 포함한다. 반응성 탄성중합체의 예는 Emerald Performance Materials에서 입수 가능한 Hypro® ATBN 아민 작용성 부타디엔 공중합체를 포함한다.
탄성중합체는 친전자체, 친핵체 및 탄성중합체의 총 부피를 기준으로 적어도 2부피%, 예컨대 적어도 5부피%, 예컨대 적어도 6부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 친전자체, 친핵체 및 탄성중합체의 총 부피를 기준으로 40부피% 이하, 예컨대 30부피% 이하, 예컨대 22부피% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 가소제는 친전자체, 친핵체 및 탄성중합체의 총 부피를 기준으로 2부피% 내지 40부피%, 예컨대 5부피% 내지 30부피%, 예컨대 6부피% 내지 22부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 조성물은 또한 적어도 하나의 실란 말단 중합체를 포함할 수 있다. 실란 말단 중합체는 수분의 존재하에 가교될 수 있다. 상기 중합체는 알콕시실란 말단 폴리에테르, 알콕시일란 말단 폴리우레탄 또는 이들의 조합일 수 있다. 알콕시실란은 실란당 1개, 2개 또는 3개의 알콕시 그룹을 갖는 메톡시 또는 에톡시 실란일 수 있다. 알콕시실란 말단 중합체의 상업적 예는 SAX 350, SAX 400 및 SAX 750과 같은 Kaneka MS 중합체 또는 STP-E30과 같은 Wacker STP-E 시리즈를 포함한다.
실란 말단 중합체는, 만약 존재한다면, 친전자체, 친핵체 및 실란 말단 중합체의 총 부피를 기준으로 최대 70부피%, 예컨대 최대 50부피%, 예컨대 최대 25부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 실란 말단 중합체는 친전자체, 친핵체 및 실란 말단 중합체의 총 부피를 기준으로 0.1부피% 내지 70부피%, 예컨대 1부피% 내지 50부피%, 예컨대 5부피% 내지 25부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 조성물은 또한 용매를 포함할 수 있다. 적합한 용매는 톨루엔, 아세톤, 에틸 아세테이트, 크실렌 및 이들의 조합을 포함한다.
상기 용매는 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 1부피%, 예컨대 적어도 2부피%, 예컨대 적어도 5부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 60부피% 이하, 예컨대 40부피% 이하, 예컨대 20부피% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 상기 용매는 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 60부피%, 예컨대 2부피% 내지 40부피%, 예컨대 5부피% 내지 20부피%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 선택적으로 접착 촉진제, 항산화제, 물 제거제 등을 당해 분야의 기술자에게 공지된 양으로 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 본원에 개시된 조성물은 중합된 실록산 또는 폴리실록산을 포함하는 실리콘 함유 성분, 및 규소-산소 골격 쇄를 포함하는 실리콘 함유 올리고머 또는 중합체가 실질적으로 없거나, 본질적으로 없거나, 완전히 없을 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "실리콘"은 "실란"을 포함하지 않으며, 예를 들어, 본 조성물은 실란을 포함할 수 있지만 실리콘이 실질적으로 없거나, 본질적으로 없거나, 완전히 없을 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "실란"은 실릴 함유 및/또는 실란 함유 펜던트 또는 말단 그룹을 포함하는 중합체를 지칭한다. 예를 들어, 실란 또는 실릴 그룹은 Si 원자에 부착될 수 있다. 예를 들어, 실란 또는 실릴 그룹은 화학식 -Si(Y3-mAm)으로 표시될 수 있으며, 여기서 Y는 가수분해 및 축합 둘 다 가능한 작용기이고, A는 C1 내지 C4 탄화수소 그룹이고, m=0 내지 2이다.
본원에 개시된 1K 또는 2K 조성물의 총 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 적어도 10cP, 예컨대 적어도 103cP일 수 있고, 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 점도가 108cP 이하, 예컨대 105cP 이하일 수 있다. 상기 총 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 10cP 내지 108cP, 예컨대 103cP 내지 105cP일 수 있다. 추가로, 본원에 개시된 2K 조성물의 경우, 제1 성분(충전제 물질을 함유하거나 함유하지 않음) 및 제2 성분(충전제 물질을 함유하거나 함유하지 않음)은 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 적어도 10cP, 예컨대 적어도 103cP일 수 있고, 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 점도가 108cP 이하, 예컨대 105cP 이하일 수 있다. 상기 제1 성분(충전제 물질을 함유하거나 함유하지 않음) 및 상기 제2 성분(충전제 물질을 함유하거나 함유하지 않음)은 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 10cP 내지 108cP, 예컨대 103cP 내지 105cP일 수 있다.
본원에 개시된 조성물은 친전자체, 친핵체 및 열 전도성 충전제 패키지, 및 선택적으로 잠재성 촉매 및/또는 분산제 및/또는 전술한 임의의 첨가제를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 이들로 구성되는 1K 조성물일 수 있다.
본원에 개시된 조성물은 친전자체를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 제1 성분, 친핵체를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 제2 성분, 및 상기 제1 성분 및/또는 상기 제2 성분에 존재할 수 있는 열 전도성 충전제 패키지를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 이들로 구성되는 2K 조성물일 수 있고, 선택적으로 촉매 및/또는 분산제 및/또는 본원에 전술한 임의의 첨가제가 상기 제1 성분 및/또는 상기 제2 성분에 존재할 수 있다.
본원에 개시된 조성물은 친전자체를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 제1 성분, 친핵체를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 제2 성분, 및 열 전도성 충전제 패키지를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성되는 제3 성분을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 이들로 구성되는 3K 이상의 조성물일 수 있고, 선택적으로 촉매 및/또는 분산제 및/또는 본원에 전술한 임의의 첨가제가 상기 제1 성분 및/또는 상기 제2 성분 및/또는 상기 제3 성분에 존재할 수 있다.
놀랍게도, 본 발명의 코팅 조성물은 주위 조건에서 저장될 때 적어도 10일, 예컨대 적어도 20일, 예컨대 적어도 30일 동안 작동 가능한 것으로 밝혀졌다.
본 조성물은 조성물의 총 부피를 기준으로 적어도 40부피%, 예컨대 적어도 60부피%, 예컨대 적어도 80부피%의 총 고체 함량을 가질 수 있고, 조성물의 총 부피를 기준으로 100부피% 이하의 총 고체 함량을 가질 수 있다. 본 조성물은 조성물의 총 부피를 기준으로 40부피% 내지 100부피%, 예컨대 60부피% 내지 100부피%, 예컨대 80부피% 내지 100부피%의 총 고체 함량을 가질 수 있다. 본원에 사용된 "총 고체"는 조성물의 비휘발성 함량, 즉 105℃ 및 표준 대기압(101325Pa)으로 60분 동안 가열될 때 휘발하지 않는 물질을 지칭한다.
2K 조성물의 경우, 성분 중 하나는 충전제 물질이 실질적으로 없거나 본질적으로 없거나 완전히 없을 수 있으며, 3K 조성물의 경우 성분 중 하나 또는 2개가 충전제 물질이 실질적으로 없거나 본질적으로 없거나 완전히 없을 수 있다.
본 조성물은 저-VOC 조성물일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "저-VOC"는 조성물의 총 중량을 기준으로 7중량% 미만, 예컨대 3중량% 미만, 예컨대 2중량% 미만의 이론적 VOC 중량%를 갖는 조성물을 지칭한다. 이론적 휘발성 유기 함량( "VOC")은 105g/L 미만, 예컨대 75g/L 미만, 예컨대 30g/L 미만일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 이고, 이다.
본 발명의 조성물은 친전자체 및 친전자체와 반응하는 친핵체, 및 전술한 열 전도성 충전제 패키지를 포함하거나 본질적으로 구성되거나 구성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 친전자체 및 친전자체와 반응하는 친핵체, 제1 열 전도성 충전제 및 촉매로 "본질적으로 구성"되는 본 조성물은 다른 성분의 최대량이 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 5부피% 이하인 경우를 의미한다.
본 발명은 또한 친전자체, 친전자체와 반응하는 친핵체, 열 전도성 충전제 패키지, 및 선택적으로 촉매, 및 선택적으로 분산제, 및 사용되는 경우 전술한 임의의 선택적 추가 성분을 포함하거나, 일부 경우에는 이들로 구성되거나, 일부 경우에는 이들로 본질적으로 구성된 조성물의 제조 방법일 수 있는데, 상기 방법은 다작용성 친전자체, 다작용성 친전자체와 반응하는 친핵체, 열 전도성 충전제 패키지, 및 선택적으로 촉매, 및 선택적으로 분산제 및 사용되는 경우 선택적 성분(들)을 50℃ 미만의 온도, 예컨대 0℃ 내지 50℃, 예컨대 15℃ 내지 35℃, 예컨대 주위 온도에서 혼합하는 것을 포함하거나, 일부 경우에는 이것으로 구성되거나, 일부 경우에는 이것으로 본질적으로 구성된다.
전술한 조성물은 단독으로 또는 다수의 상이한 방식으로 증착될 수 있는 시스템의 일부로서 다수의 상이한 기판 상에 적용될 수 있다. 상기 시스템은 다수의 동일하거나 상이한 필름, 코팅 또는 층을 포함할 수 있다. 필름, 코팅 또는 층은 전형적으로 기판 표면의 적어도 일부 상에 증착된 조성물이 당해 분야의 기술자에게 공지된 방법에 의해(예를 들어, 주위 조건하에서 또는 열 가열에 대한 노출에 의해) 적어도 부분적으로 건조되거나 경화될 때 형성된다.
상기 조성물은 브러시, 롤러, 필름, 펠릿(pellet), 흙손(trowel), 스패튤라(spatula), 딥(dip), 스프레이 건(spray gun) 및 어플리케이터 건(applicator gun)을 포함하는 비제한적인 예의 임의의 수의 상이한 방식으로 기판 표면에 적용하여 기판 표면의 적어도 일부 상에 코팅을 형성할 수 있다.
대안적으로, 상기 조성물은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태에서 부품 또는 부재를 형성하기 위해 캐스팅, 압출, 성형 또는 기계 가공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 2K 조성물은 놀랍게도 압출, 분사(jetting) 및 결합제 분사와 같은 임의의 적절한 적층 제조 기술에 사용될 수 있다.
본 개시 내용은 비제한적인 예로서, 3차원 인쇄를 사용하는 사운드 댐핑 패드와 같은 구조적 물품의 제조에 관한 것이다. 3차원 물품은 본 발명의 조성물을 기판 상에 증착시킨 다음 아래의 증착된 부분 또는 층 위에 및/또는 사전 증착된 인접한 부분 또는 층 위에 상기 조성물의 추가 부분 또는 층을 증착시켜 물품의 연속적인 부분 또는 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 층은 인쇄된 물품을 만들기 위해 사전 증착된 층에 인접하여 연속적으로 증착될 수 있다. 상기 조성물의 제1 및 제2 성분은 혼합된 후 증착될 수 있거나, 상기 조성물의 제1 및 제2 성분은 별도로 증착될 수 있다. 별도로 증착될 때, 제1 및 제2 성분은 동시에, 순차적으로, 또는 동시에 및 순차적으로 증착될 수 있다.
"물품의 부분"이란 물품의 층과 같이 물품의 서브 유닛을 의미한다. 층은 연속적인 수평 평행 평면 상에 있을 수 있다. 상기 부분은 증착된 물질의 평행 평면일 수 있거나 분리된 액적으로서 또는 물질의 연속 스트림으로서 생성된 증착된 물질의 비드일 수 있다. 제1 및 제2 성분은 각각 니트(neat)로 제공될 수 있거나, 또한 아래에 기술된 바와 같이 용매(유기 및/또는 물) 및/또는 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 본 개시 내용에 의해 제공되는 제1 및 제2 성분은 실질적으로 용매가 없을 수 있다. 실질적으로 없는 것이란 제1 및 제2 성분이 5중량% 미만, 4중량% 미만, 2중량% 미만 또는 1중량% 미만의 용매를 포함하는 것을 의미하며, 여기서 중량%는 경우에 따라 제1 성분 또는 제2 성분의 총 중량을 기준으로 한다. 유사하게, 본 개시 내용에 의해 제공된 조성물은 용매가 실질적으로 없을 수 있는데, 예컨대 5중량% 미만, 4중량% 미만, 2중량% 미만 또는 1중량% 미만의 용매를 가질 수 있으며, 여기서 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
제1 및 제2 성분은 함께 혼합되고 이어서 물품의 부분을 형성하도록 반응하는 성분의 혼합물로서 증착될 수 있다. 예를 들어, 두 성분이 함께 혼합되고 상기 성분의 적어도 2개의 분리된 스트림이 정적 혼합기 및/또는 동적 혼합기와 같은 혼합기로 전달되어 단일 스트림을 생성하고 이어서 증착됨으로써 열경화성 수지를 형성하도록 반응하는 성분의 혼합물로서 증착될 수 있다. 상기 성분은 반응 혼합물을 포함하는 조성물이 증착될 때 적어도 부분적으로 반응할 수 있다. 증착된 반응 혼합물은 증착 후 적어도 부분적으로 반응할 수 있고, 또한 사전 증착된 부분 및/또는 물품의 아래 층 또는 위 층과 같은 물품의 후속 증착된 부분과 반응할 수 있다.
임의의 적절한 장비를 사용하여 2가지 이상의 성분을 증착할 수 있다. 적합한 증착 장비의 선택은 증착 부피, 조성물의 점도 및 제조되는 부품의 복잡성을 포함한 여러 요인에 따라 달라진다. 2가지 이상의 성분 각각을 독립적인 펌프에 도입하고 혼합기로 주입하여 두 성분을 조합하고 혼합할 수 있다. 노즐이 혼합기에 결합될 수 있고 혼합된 조성물은 압력하에서 밀거나 노즐을 통해 압출할 수 있다.
펌프는, 예를 들어, 양변위 펌프(positive displacement pump), 시린지 펌프(syringe pump), 피스톤 펌프(piston pump) 또는 추진 공동형 펌프(progressive cavity pump)일 수 있다. 두 성분을 전달하는 2개의 펌프는 병렬로 배치하거나 직렬로 배치할 수 있다. 적합한 펌프는 노즐 오리피스를 통해 액체 또는 점성 액체를 밀어낼 수 있다. 이 공정을 압출이라고도 한다. 2개의 펌프를 직렬로 사용하여 성분을 혼합기에 넣을 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 성분은 ViscoTec eco-DUO 450 정밀 도징 시스템(precision dosing system)과 같은 추진 공동형 2-성분 도징 시스템에 부착된 일회용 노즐을 통해 물질을 분배함으로써 증착될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 성분은 인라인 혼합된다. 2-성분 도징 시스템은, 예를 들어, 반응물을 일회용 정적 혼합기 디스펜서 또는 동적 혼합기에 개별적으로 도징하는 2개의 추진 공동형 펌프를 포함할 수 있다. 다른 적합한 펌프는 양변위 펌프, 시린지 펌프, 피스톤 펌프 및 추진 공동형 펌프를 포함한다. 분배시, 제1 및 제2 성분의 물질은 표면 상에 증착되어 베이스 상에 물질의 초기 층 및 연속 층을 제공할 수 있는 압출물을 형성한다. 증착 시스템은 베이스에 직각으로 배치될 수 있지만, 압출물 및 증착 시스템이 베이스에 평행한 압출물과 둔각을 형성하도록 임의의 적절한 각도로 설정하여 압출물을 형성할 수도 있다. 압출물은, 예를 들어, 정적 혼합기 또는 동적 혼합기에서 혼합된 조합된 성분, 즉 조성물을 지칭한다. 압출물은 노즐을 통과할 때 성형될 수 있다.
베이스, 증착 시스템, 또는 베이스와 증착 시스템 모두가 이동하여 3차원 물품을 만들 수 있다. 모션은 로봇 공학 및/또는 컴퓨터화 공작 기계 인터페이스와 같은 임의의 적절한 CAD/CAM 방법 및 장치를 사용하여 달성될 수 있는 미리 결정된 방식으로 이루어질 수 있다.
압출물은 초기 층 및 연속 층을 형성하기 위해 연속적으로 또는 간헐적으로 분배될 수 있다. 간헐적 증착의 경우, 도징 시스템은 릴레이 스위치와 접속하여 펌프, 예컨대 추진 공동형 펌프를 차단하고 반응성 물질의 흐름을 중지할 수 있다. 임의의 적절한 CAD/CAM 방법으로 편리하게 제어할 수 있는 전기 기계식 스위치와 같은 임의의 적절한 스위치를 사용할 수 있다.
증착 시스템은 인라인 정적 및/또는 동적 혼합기뿐만 아니라 적어도 두 성분을 유지하고 물질을 정적 및/또는 동적 혼합기로 공급하기 위한 별도의 가압 펌핑 구획(compartment)을 포함할 수 있다. 능동 혼합기와 같은 혼합기는 원뿔형 노즐 내에 고전단 블레이드가 있는 가변 속도 중앙 임펠러를 포함할 수 있다. 출구 오리피스 치수가, 예를 들어 0.2㎜ 내지 50㎜, 0.5㎜ 내지 40㎜, 1㎜ 내지 30㎜ 또는 5㎜ 내지 20㎜인 다양한 원뿔형 노즐이 사용될 수 있다.
예를 들어, 출구 오리피스 치수가 0.6㎜ 내지 2.5㎜이고 길이가 30㎜ 내지 150㎜인, 일정 범위의 정적 및/또는 동적 혼합 노즐이 사용될 수 있다. 예를 들어, 출구 오리피스 지름은 0.2㎜ 내지 4.0㎜, 0.4㎜ 내지 3.0㎜, 0.6㎜ 내지 2.5㎜, 0.8㎜ 내지 2㎜ 또는 1.0㎜ 내지 1.6㎜일 수 있다. 정적 혼합기 및/또는 동적은 길이가, 예를 들어, 10㎜ 내지 200㎜, 20㎜ 내지 175㎜, 30㎜ 내지 150㎜ 또는 50㎜ 내지 100mm일 수 있다. 혼합 노즐은 정적 및/또는 동적 혼합 섹션을 포함하고 정적 및/또는 동적 혼합 섹션에 결합된 분배 섹션을 포함할 수 있다. 정적 및/또는 동적 혼합 섹션은 제1 및 제2 성분을 조합하고 혼합하도록 구성될 수 있다. 분배 섹션은, 예를 들어, 상기 오리피스 지름 중 임의의 지름의 직선 튜브일 수 있다. 분배 섹션의 길이는 성분이 물품에 증착되기 전에 반응을 시작하고 점도를 형성할 수 있는 영역을 제공하도록 구성될 수 있다. 분배 섹션의 길이는, 예를 들어, 증착 속도, 제1 및 제2 성분의 반응 속도, 및 원하는 점도에 기초하여 선택될 수 있다.
제1 및 제2 성분은 정적 및/또는 동적 혼합 노즐에서 체류 시간이, 예를 들어, 0.25초 내지 5초, 0.3초 내지 4초, 0.5초 내지 3초 또는 1초 내지 3초일 수 있다. 경화 화학 및 경화 속도에 기초하여 다른 체류 시간을 적절하게 사용할 수 있다.
일반적으로, 적합한 체류 시간은 조성물의 겔 시간보다 짧다. 적합한 겔 시간은 10분 미만, 8분 미만, 6분 미만, 5분 미만, 4분 미만, 3분 미만, 2분 미만 또는 1분 미만일 수 있다. 조성물의 겔 시간은, 예를 들어, 0.5분 내지 10분, 1분 내지 7분, 2분 내지 6분 또는 3분 내지 5분일 수 있다.
본 개시 내용에 의해 제공된 조성물은 체적 유량(volume flow rate)이, 예를 들어, 0.1mL/분 내지 20,000mL/분, 예컨대 1mL/분 내지 12,000mL/분, 5mL/분 내지 8,000mL/분 또는 10mL/분 내지 6,000mL/분일 수 있다. 체적 유량은, 예를 들어, 조성물의 점도, 압출 압력, 노즐 지름, 및 제1 및 제2 성분의 반응 속도에 따라 달라질 수 있다.
조성물은, 예를 들어, 1㎜/초 내지 400㎜/초, 예컨대 5㎜/초 내지 300㎜/초, 10㎜/초 내지 200㎜/초 또는 15㎜/초 내지 150㎜/초의 인쇄 속도로 사용될 수 있다. 인쇄 속도는, 예를 들어, 조성물의 점도, 압출 압력, 노즐 지름 및 성분의 반응 속도에 따라 달라질 수 있다. 인쇄 속도는 조성물을 압출하는데 사용되는 노즐이 조성물이 증착되는 표면에 대해 이동하는 속도를 의미한다.
조성물은 겔 시간이, 예를 들어, 5분 미만, 4분 미만, 3분 미만, 2분 미만, 1분 미만, 45초 미만, 30초 미만, 15초 미만 또는 5초 미만일 수 있다. 조성물은 겔 시간이, 예를 들어, 0.1초 내지 5분, 0.2초 내지 3분, 0.5초 내지 2분, 1초 내지 1분 또는 2초 내지 40초일 수 있다. 겔 시간은 조성물을 혼합 후 더 이상 손으로 교반할 수 없을 때의 시간으로 간주된다.
정적 및/또는 동적 혼합 노즐은, 예를 들어, 제1 성분과 제2 성분 사이의 반응 속도 및/또는 제1 및 제2 성분의 점도를 제어하기 위해 가열 또는 냉각될 수 있다. 증착 노즐의 오리피스는 임의의 적절한 형상 및 치수일 수 있다. 시스템은 다중 증착 노즐을 포함할 수 있다. 노즐은 고정된 오리피스 치수 및 형상일 수 있거나, 노즐 오리피스는 제어 가능하게 조정될 수 있다. 혼합기 및/또는 노즐은 제1 성분과 제2 성분의 반응에 의해 생성된 발열을 제어하기 위해 냉각될 수 있다.
본 개시 내용에 의해 제공되는 방법은 제조된 부품 상에 조성물을 인쇄하는 것을 포함한다. 본 개시 내용에 의해 제공되는 방법은 부품을 직접 인쇄하는 것을 포함한다.
본 발명에서 제공하는 방법을 사용하여 부품을 제작할 수 있다. 전체 부분은 본원에 개시된 조성물 중 하나로부터 형성될 수 있고/거나, 부품의 하나 이상의 부분은 본원에 개시된 조성물 중 하나로부터 형성될 수 있고/거나, 부품의 하나 이상의 상이한 부분은 본원에 개시된 조성물을 사용하여 형성될 수 있고/거나, 부품의 하나 또는 표면은 본 개시 내용에 의해 제공되는 조성물로부터 형성될 수 있다. 또한, 부품의 내부 영역은 본 개시 내용에 의해 제공되는 조성물로부터 형성될 수 있다.
기판(들)에 적용된 후, 본 조성물은 경화될 수 있다. 예를 들어, 본 조성물은 실온 또는 약간 온열 조건에서 경화되도록 할 수 있고/거나, 조성물은 승온, 예컨대 180℃ 이하, 예컨대 130℃ 이하, 예컨대 110℃ 이하, 예컨대 100℃ 이하, 예컨대 90℃ 이하, 예컨대 80℃ 이하, 예컨대 70℃ 이하이나 주위 온도보다 높은 온도, 예컨대 40℃ 초과, 예컨대 50℃ 초과에서 기판(들) 상의 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키기에 충분한 임의의 원하는 시간(예를 들어, 5분 내지 1시간) 동안 베이킹 및/또는 경화에 의해 경화될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 조성물은 주위 조건에서 또는 주위 조건보다 약간 높은 조건에서 경화될 수 있다.
본 발명은 또한 기판 표면의 적어도 일부를 전술된 본 발명의 조성물 중 하나와 접촉시키는 단계를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성되는 기판 처리 방법에 관한 것이다. 상기 조성물은 주위 조건하에서 또는 외부 에너지원에 노출함으로써, 예를 들어, 기판을 180℃ 미만, 예컨대 130℃ 미만, 예컨대 90℃ 미만의 온도로 가열함으로써, 경화되어 기판 표면 상에 코팅, 층 또는 필름을 형성할 수 있다. 상기 코팅, 층 또는 필름은, 예를 들어, 실란트, 갭 충전제 또는 접착제일 수 있다.
본 발명은 또한 광범위한 잠재적 적용을 위해 두 기판 사이에 결합을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상기 기판 사이의 결합은 랩 전단 강도와 관련된 특정 기계적 특성을 제공한다. 상기 방법은 전술된 조성물을 제1 기판에 적용하는 단계; 상기 조성물이 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하도록 제2 기판을 상기 조성물과 접촉시키는 단계; 및 주위 조건하에서 또는 외부 에너지원에 노출함으로써, 예를 들어, 180℃ 미만, 예컨대 130℃ 미만, 예컨대 90℃ 미만의 온도로 가열함으로써 상기 조성물을 경화시키는 단계를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 결합되는 기판 물질 중 하나 또는 둘 모두에 적용되어 그 사이에 접착 결합을 형성할 수 있고 상기 기판은 정렬될 수 있으며 압력 및/또는 스페이서가 추가되어 접착 두께를 제어할 수 있다. 상기 조성물은 세정되거나 세정되지 않은(즉, 기름기를 포함하는 또는 기름진) 기판 표면에 적용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 개시 내용의 조성물은 또한 기판 또는 기판 표면 상에 실란트를 형성할 수 있다. 실란트 조성물은 비제한적인 예로서 자동차 본체 또는 자동차 프레임 또는 비행기의 구성 요소를 포함하는 기판 표면에 적용될 수 있다. 본 발명의 조성물에 의해 형성된 실란트는 충분한 소음 감쇠, 인장 강도 및 인장 신도를 제공한다. 실란트 조성물은 세정되거나 세정되지 않은(즉, 기름기를 포함하는 또는 기름진) 기판 표면에 적용될 수 있다. 또한, 전처리되고 전착성 코팅으로 코팅되고, 프라이머, 베이스코트 또는 탑코트와 같은 추가의 층으로 코팅된 기판에 적용될 수 있다. 코팅 조성물은 일단 기판에 적용되면 주위 조건에서 건조 또는 경화될 수 있거나, 코팅 조성물로 코팅된 기판은 선택적으로 후속적으로 오븐에서 베이킹되어 코팅 조성물을 경화시킬 수 있다.
상기 조성물은 다이 캐스터(die caster) 또는 주형에 주입되거나 그렇지 않으면 배치될 수 있고 주위 조건하에서 또는 외부 에너지원에 노출함으로써, 예를 들어, 180℃ 미만, 예컨대 130℃ 미만, 예컨대 90℃ 미만의 온도로 가열함으로써 적어도 부분적으로 건조 또는 경화되어 부품 또는 부재를 형성하고 선택적으로 특정 구성으로 가공될 수 있다.
본 발명의 조성물은 적어도 부분적으로 건조되거나 경화된 상태로 놀랍게도 다음 중 적어도 하나를 입증할 수 있다:
(a) C-Therm Technologies Ltd.의 TCi 열전도도 분석기로 MTPS(Modified Transient Plane Source) 방법을 사용하여 측정했을 때 적어도 0.5W/m·K의 열전도도(ASTM D7984에 따름);
(b) 16008B 저항 셀(Resistivity Cell)에 연결된 Keysight B2987A 전위계/고저항계에서 적어도 1×109Ω·m의 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨);
(c) 지름 1인치의 2개의 구리 전극에 연결된 유전체 미터(Sefetec RMG12AC-DC)에서 ASTM D149에 따라 측정된 적어도 1kV/㎜의 유전체 강도;
(d) 실온에서 유형 A 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 A 경도 5 내지 95;
(e) 실온에서 유형 D 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240 표준에 따라 측정된 5 내지 95, 예컨대 적어도 20, 예컨대 적어도 40, 예컨대 적어도 60의 쇼어 D 경도;
(f) 유형 OO 경도계(모델 AD-100-OO, Checkline)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 90 미만의 쇼어 OO 경도;
(g) 분당 1㎜의 인장 속도로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D412에 따라 측정했을 때 0.01MPa 내지 1,000MPa의 인장 강도;
(h) 1% 내지 300%의 연신율;
(i) 적어도 0.01MPa의 랩 전단 강도(분당 1㎜의 인장 속도로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D1002-10에 따라 측정됨);
(j) 0.001N/㎟ 내지 500N/㎟의 맞대기 접합 시험 강도(ASTM D2095에 따라 측정됨); 및/또는
(k) Oberst 테스트 방법을 사용하여 20℃ 및 200Hz, 4kg/㎡에서 적어도 0.1의 소음 감쇠 손실 계수(sound damping loss factor).
본 발명의 조성물에 의해 코팅될 수 있는 기판은 제한되지 않는다. 본 발명에 유용한 적합한 기판은 금속 또는 금속 합금과 같은 재료, 충전 및 비충전 열가소성 재료 또는 열경화성 재료를 포함하는 경질 플라스틱과 같은 중합체성 재료, 또는 복합 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 유용한 다른 적합한 기판은 유리 또는 목재와 같은 천연 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 적합한 기판은 철 금속, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 티타늄, 구리 및 기타 금속 및 합금 기판과 같은 경질 금속 기판을 포함한다. 본 발명의 실시에 사용되는 철 금속 기판은 철, 강철 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 유용한 강철 재료의 비제한적인 예는 냉간 압연 강철, 아연 도금(아연 코팅) 강철, 전기 아연 도금 강철, 스테인리스 강철, 산세 강철(pickled steel), GALVANNEAL과 같은 아연-철 합금 및 이들의 조합을 포함한다. 철 및 비철 금속의 조합 또는 복합물도 사용될 수 있다. 1XXX, 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX 또는 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금과 A356, 1XX.X, 2XX.X, 3XX.X, 4XX.X, 5XX.X, 6XX.X, 7XX.X 또는 8XX.X의 클래드 알루미늄 합금 및 캐스트 알루미늄 합금 시리즈도 기판으로 사용될 수 있다. AZ31B, AZ91C, AM60B 또는 EV31A 시리즈의 마그네슘 합금도 기판으로 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 기판은 또한 H 등급 변형을 포함하는 등급 1-36의 티타늄 및/또는 티타늄 합금을 포함할 수 있다. 기타 적합한 비철 금속은 구리와 마그네슘 및 이러한 재료의 합금을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 금속 기판은 차량 본체(예를 들어, 도어, 본체 패널, 트렁크 데크 리드, 루프 패널, 후드, 루프 및/또는 스트링거, 리벳, 랜딩 기어 부품 및/또는 항공기에 사용되는 스킨을 포함하나 이에 제한되지 않음), 차량 프레임, 차량 부품, 오토바이, 자동차 핸들(wheels), 및 산업 구조물 및 구성요소의 조립에 사용되는 것을 포함한다. 본원에 사용된 "차량" 또는 그 변형은 민간용, 상업용 및 군용 항공기, 및/또는 자동차, 오토바이 및/또는 트럭과 같은 육상 차량을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 금속 기판은 또한, 예를 들어, 금속 시트 또는 조립 부품의 형태일 수 있다. 또한, 기판은, 예를 들어, 미국 특허 제4,793,867호 및 제5,569,085호에 기술된 것과 같은 인산아연 전처리 용액을 포함하는 전처리 용액, 또는 예를 들어, 미국 특허 제7,749,368호 및 제8,673,091호에 기술된 것과 같은 지르코늄 함유 전처리 용액으로 전처리될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 기판은 플라스틱 또는 유리 섬유 복합재와 같은 복합 재료를 포함할 수 있다. 상기 기판은 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유 복합재일 수 있다. 본 발명의 조성물은 특히 자동차, 소형 및 대형 상용차, 해양 또는 항공 우주를 포함하는 다양한 산업 또는 운송 용도에 사용하기에 적합하다.
도 1은 배터리 팩(100)에서 갭 충전제로 사용된 열 전도성 부재를 예시하는 개략적인 사시도이다. 예시된 바와 같이, 열 전도성 물질(10)(본원에 기술된 조성물로부터 적어도 부분적으로 경화된 상태로 형성됨)은 인터커넥트(interconnect)(도시되지 않음)에 의해 직렬 또는 병렬로 상호연결된 두 배터리 셀/배터리 모듈(50) 사이에 위치한다. 열 전도성 물질(10)은 또한 냉각 핀(30) 및/또는 배터리 셀/배터리 모듈(50) 사이, 배터리 모듈(50) 사이, 냉각 플레이트(40)와 배터리 셀/배터리 모듈(50) 사이, 배터리 셀/배터리 모듈(50)과 배터리 박스(20)의 벽의 표면 사이에 위치할 수 있거나, 배터리 박스(20)의 벽의 표면의 적어도 일부 상에 코팅으로서 적용될 수 있다. 상기 배터리 팩은 액체 기반(예를 들어, 글리콜 용액) 또는 직접 냉매 기반일 수 있는 공기 또는 유체 회로를 포함하는 열 관리 시스템(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 양태를 상세하게 설명하였지만, 이러한 세부 사항에 대한 다양한 수정 및 대안이 본 개시 내용의 전체 교시의 관점에서 전개될 수 있다는 것을 당해 분야의 기술자는 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열은 첨부된 청구범위 및 그의 임의의 및 모든 등가물을 제공하는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것을 의미한다.
양태
따라서, 전술한 관점에서 본 발명은 그것에 제한되지 않고 특히 다음의 양태에 관한 것이다:
양태 1. 다작용성 친전자체;
다작용성 친핵체; 및
C-Therm Technologies Ltd.의 TCi 열전도도 분석기로 MTP(Modified Transient Plane Source) 방법을 사용하여 측정했을 때 열전도도(ASTM D7984에 따름)가 적어도 적어도 5W/m·K인 제1 열 전도성 충전제를 포함하는 조성물로서,
상기 친전자체, 상기 친핵체 및 상기 제1 열 전도성 충전제는 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 결합 점도가 10cP 내지 108cP인 조성물.
양태 2. 양태 1에 있어서, 상기 제1 열 전도성 충전제가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 2부피% 내지 85부피%의 양으로 상기 조성물에 존재하는 조성물.
양태 3. 양태 1 또는 양태 2에 있어서, 상기 제1 열 전도성 충전제의 입자 각각은 적어도 하나의 치수에서 평균 입자 크기가 SEM을 사용하여 측정했을 때 0.01μm 내지 500μm인 조성물.
양태 4. 상기 양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 제2 열 전도성 충전제를 더 포함하는 조성물.
양태 5. 상기 양태 4에 있어서, 상기 제2 열 전도성 충전제가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 0.9부피% 내지 42부피%의 양으로 상기 조성물에 존재하는 조성물.
양태 6. 상기 양태 4 또는 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 열 전도성 충전제는 평균 입자 크기가 상기 제2 열 전도성 충전제의 평균 입자 크기보다 적어도 10배 크고, 상기 입자 크기는 SEM을 사용하여 측정되고, 또는 상기 제2 열 전도성 충전제는 평균 입자 크기가 상기 제1 열 전도성 충전제의 평균 입자 크기보다 적어도 1배 크고, 상기 입자 크기는, 예를 들어, SEM을 사용하여 측정될 수 있는 조성물.
양태 7. 상기 양태 4 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 열 전도성 충전제의 입자 각각은 적어도 하나의 치수에서 평균 입자 크기가 SEM을 사용하여 측정했을 때 0.01μm 내지 500μm인 조성물.
양태 8. 친전자체;
친핵체; 및
열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 포함하는 열 전도성 충전제 패키지로서, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m이며, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 90부피%의 양으로 존재하는, 열 전도성 충전제 패키지를 포함하는 조성물로서,
상기 열 전도성 충전제 패키지는 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 98부피%의 양으로 존재하는 조성물.
양태 9. 양태 8에 있어서, 상기 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1㎜ 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 결합 점도가 10cP 내지 108cP인 조성물.
양태 10. 양태 8 또는 양태 9에 있어서, 상기 친전자체 및/또는 상기 친핵체가 일작용성인 조성물.
양태 11. 양태 8 또는 양태 9에 있어서, 상기 친전자체 및/또는 상기 친핵체가 다작용성인 조성물.
양태 12. 양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 친전자체가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 90부피%의 양으로 존재하는 조성물.
양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 친전자체가 에폭시 함유 화합물, 카보네이트 함유 화합물, 이소시아네이트 함유 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
양태 14. 양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 친전자체가 에폭사이드 작용기와 상이한 작용기를 적어도 하나 갖는 에폭시 함유 화합물을 포함하는 조성물.
양태 15. 양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 친전자체가 이소시아네이트 작용기와 상이한 작용기를 적어도 하나 갖는 이소시아네이트 함유 화합물을 포함하는 조성물.
양태 16. 양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 친핵체가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 90부피%의 양으로 상기 조성물에 존재하는 조성물.
양태 17. 양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 친핵체가 아민, 티올, 폴리올, 카복실산, 무수물 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
양태 18. 양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 친핵체가 차단되거나, 상기 친핵체가 차단되지 않거나, 상기 친핵체가 캡슐화되거나, 상기 친핵체가 캡슐화되지 않은 조성물.
양태 19. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 친전자체 대 친핵체의 부피비가 1:90 내지 90:1인 조성물.
양태 20. 양태 8 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 충전제 패키지가, 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 10Ω·m 미만인 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자를 더 포함하고, 상기 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 10부피% 이하의 양으로 존재하는 조성물.
양태 21. 양태 8 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자는 SEM을 사용하여 측정했을 때 적어도 하나의 치수에서 평균 입자 크기가 5μm 이하인 조성물.
양태 22. 양태 8 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 충전제 패키지가, 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 5W/m·K 미만이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m인 비-열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 더 포함하고, 상기 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 1부피% 이하의 양으로 존재하는 조성물
양태 23. 양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 전도성 충전제가, 모스 경도가 10 이하인 조성물.
양태 24. 양태 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 전도성 충전제가, 모스 경도가 2 내지 8, 예컨대 3 내지 7인 조성물.
양태 25. 양태 1 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 촉매를 더 포함하는 조성물.
양태 26. 양태 25에 있어서, 상기 촉매가 잠재성 촉매, 예컨대 차단되거나 캡슐화된 잠재성 촉매를 포함하는 조성물.
양태 27. 양태 25에 있어서, 상기 촉매가 활성 촉매를 포함하는 조성물.
양태 28. 양태 25 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 촉매가 친전자체, 친핵체 및 경화 촉매의 총 부피를 기준으로 0.05부피% 내지 16부피%의 양으로 존재하는 조성물.
양태 29. 양태 8 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 비-열 전도성 충전제를 더 포함하는 조성물.
양태 30. 양태 29에 있어서, 상기 비-열 전도성 충전제가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 40부피%의 양으로 상기 조성물에 존재하는 조성물.
양태 31. 양태 1 내지 30 중 어느 하나 있어서, 분산제를 더 포함하는 조성물.
양태 32. 양태 31에 있어서, 상기 분산제가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 0.01부피% 내지 88부피%의 양으로 존재하는 조성물.
양태 33. 양태 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 용매, 가소제, 접착 촉진제, 항산화제, 물 제거제, 틱소트로프, 착색제, 틴트, 탄성중합체, 점착 부여제, 열가소성 중합체, 분산제, 실란, 실란 말단 중합체, 실릴 말단 중합체, 촉진제 및/또는 반응성 희석제를 더 포함하는 조성물.
양태 34. 양태 1 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 100부피%의 총 고체 함량을 포함하는 조성물.
양태 35. 양태 1 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물은 휘발성 유기 함량이 실질적으로 없는 조성물.
양태 36. 양태 1 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물은 실리콘이 실질적으로 없는 조성물.
양태 37. 양태 1 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 1성분 조성물을 포함하는 조성물.
양태 38. 양태 1 내지 37 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 2-성분 조성물을 포함하는 조성물.
양태 39. 상기 양태 1 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 조성물이 갭 충전제 조성물, 실란트 조성물, 접착 조성물, 퍼티 및/또는 3차원 인쇄 가능한 조성물을 포함하는 조성물.
양태 40. 기판의 표면을 양태 1 내지 39 중 어느 하나의 조성물과 접촉시키는 단계;
선택적으로 상기 기판을 250℃ 이하의 온도에 노출하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
양태 41. 코팅된 기판으로서, 상기 코팅된 기판은 상기 양태 1 내지 39 중 어느 하나에 따른 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된, 코팅된 기판.
양태 42. 양태 40의 방법에 따라 처리된 기판.
양태 43. 양태 40 내지 양태 42 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅이 다음 중 적어도 하나를 갖는 기판:
(a) 적어도 0.5W/m·K의 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨);
(b) 적어도 1×109Ω·m의 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨);
(c) 지름 1인치의 2개의 구리 전극에 연결된 유전체 미터(Sefetec RMG12AC-DC)에서 ASTM D149에 따라 측정된 적어도 1kV/㎜의 유전체 강도;
(d) 실온에서 유형 A 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 A 경도 5 내지 95;
(e) 실온에서 유형 D 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240 표준에 따라 측정된 5 내지 95의 쇼어 D 경도;
(f) 유형 OO 경도계(모델 AD-100-OO, Checkline)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 90 미만의 쇼어 OO 경도;
(g) 적어도 0.5MPa의 랩 전단 강도(분당 1㎜의 인장 속도로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D1002-10에 따라 측정됨);
(h) 0.001N/㎟ 내지 500N/㎟의 맞대기 접합 시험 강도(ASTM D2095에 따라 측정됨);
(i) 분당 1㎜의 인장 속도로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D412에 따라 측정된 0.1MPa 내지 1,000MPa의 인장 강도;
(j) 1% 내지 300%의 연신율; 및/또는
(h) Oberst 테스트 방법을 사용하여 20℃ 및 200Hz, 4kg/㎡에서 적어도 0.1의 소음 감쇠 손실 계수.
양태 44. 양태 40 내지 43 중 어느 하나에 있어서, 양태 1 내지 39 중 어느 하나에 따른 조성물로부터 형성된 층과 기판 표면 사이에 위치되고/거나 양태 1 내지 39 중 어느 하나의 조성물로부터 형성된 조성물로부터 형성된 층 위에 위치된 필름, 제2 층 또는 코팅을 더 포함하는 기판.
양태 45. 양태 1 내지 39 중 어느 하나에 따른 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된 열 전도성 부품.
양태 46. 양태 1 내지 39 중 어느 하나에 따른 조성물로부터 형성된 열 전도성 부품.
양태 47. 양태 46에 있어서, 상기 부품이 3차원적으로 인쇄된 부품.
양태 48. 양태 40 내지 44 중 어느 하나의 기판을 포함하는 차량.
양태 49. 양태 46 또는 양태 47의 부품을 포함하는 차량.
양태 50. 적어도 2개의 배터리 셀; 및
상기 2개의 배터리 셀 사이에 위치된 상기 양태 1 내지 39 중 어느 하나의 조성물을 포함하는 배터리 팩.
양태 51. 양태 50에 있어서, 냉각 핀, 냉각 플레이트 및/또는 배터리 박스를 더 포함하는 배터리 팩.
양태 52. 회로 기판 내에 또는 회로 기판 상에 위치된 상기 양태 1 내지 39 중 어느 하나의 조성물을 포함하는 회로 기판.
양태 53. 양태 1 내지 39 중 어느 하나의 조성물을 압출하는 것을 포함하는 물품 형성방법.
양태 54. 양태 53에 있어서, 상기 압출이 3차원 인쇄를 포함하는 방법.
양태 55. 양태 53 또는 양태 54의 방법에 의해 형성된 물품.
본 발명을 예시하는 것은 하기 실시예지만, 본 발명을 세부 사항으로 제한하는 것으로 간주하여서는 안 된다. 달리 명시되지 않는 한, 하기 실시예 및 명세서 전체에서 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.
실시예
실시예 1 내지 8
Figure 112021052821757-pct00012
본 실시예에 사용된 바와 같이, "베이스"에 대한 언급은 상기 표에 나타낸 바와 같이 친전자체를 지칭하고 "베이스 팩"에 대한 언급은 친전자체와 충전제의 혼합물을 지칭한다. 본 실시예에 사용된 바와 같이, "경화제"에 대한 언급은 상기 표에 나타낸 바와 같이 친핵체를 지칭하고 "경화제 팩"에 대한 언급은 친전자체, 촉매 및 충전제의 혼합물을 지칭한다.
실시예 1 내지 4는 실험예였고 실시예 5 내지 8은 비교예였다. 실시예 1 내지 8의 조성물은 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 표 3에 나타낸 성분을 사용하여 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 먼저 실온에서 분당 2,350 회전("rpm")으로 1분 동안 촉매와 혼합하였다. 이어서 혼합물을 2,350rpm으로 추가 1분 동안 베이스 및 충전제(전도성 충전제 및 비전도성 충전제)와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 적어도 12시간 경화시켰다. 경화된 조성물은 열전도도 측정을 하기 전에 알루미늄 칭량 접시에서 제거하였다.
실시예 1 내지 8의 조성물은 C-Therm Technologies Ltd.의 TCi 열전도도 분석기로 MTPS(Modified Transient Plane Source) 방법을 사용하여 열전도도(ASTM D7984에 따름)에 대해 테스트하였다. 샘플 크기는 적어도 20㎜×20㎜, 두께 5㎜였고. 샘플이 평평한 프로브와 완전히 접촉하도록 500g의 로드를 샘플 맨 위에 추가하였다. 데이터는 표 3에 보고되어 있다.
표 3의 데이터는 높은 열전도도(TC)(0.5W/m·K 초과)의 경화된 조성물을 달성하는 데 있어서 열 전도성 충전제의 중요성을 보여준다. 실시예 5 내지 7은 비-열 전도성 충전제(UltraPlex 및 Aerosil R202)만을 포함하고, 적어도 부분적으로 경화되었을 때 낮은 TC(0.5W/m·K 미만)를 가졌고, 열 전도성 충전제(PTX60)를 단독으로 사용하거나(실시예 1) 비-열 전도성 충전제와 조합하여 사용하였을 때(실시예 2 내지 4) 반대로 높은 TC(0.5W/m·K 초과)를 달성하였다.
실시예 9 내지 13
Figure 112021052821757-pct00013
실시예 9 내지 13은 실험예이며, Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck Inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 표 4에 표시된 성분을 사용하여 제조하였다. 각 실시예는 베이스와 충전제를 2,350rpm으로 1분 동안 혼합하여 베이스 팩을 제조하고, 경화제, 촉매, 충전제를 2,350rpm으로 1분 동안 혼합하여 경화제 팩을 제조하였다. 실시예 9 내지 11의 경우, 베이스 팩 1.59부를 2,350rpm으로 1분 동안 경화제 팩 1부와 혼합한 반면, 실시예 12 및 13의 경우 베이스 팩 2.60부를 2,350rpm으로 1분 동안 경화제 팩 1부와 혼합하였다.
점도는 지름 25mm의 평행 판을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터를 사용하여 1,000의 전단응력에서 측정하였다. 간격은 1mm로 설정하였다. 전단응력 램프 속도: 50Pa/s(0 내지 3500 Pa). 데이터는 표 4에 보고되어 있다.
이어서, 조성물을 알루미늄 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고 실온에서 적어도 12시간 동안 경화시켰다. 경화된 조성물은 열전도도 및 경도 측정이 이루어지기 전에 알루미늄 칭량 접시에서 제거하였다.
실시예 9 내지 13의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기재된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 4에 보고되어 있다.
샘플을 적어도 3주 경화시킨 후, 실시예 9 내지 13의 조성물을 실온에서 유형 A 또는 유형 D 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240 표준에 따라 테스트하였다. 샘플 크기는 적어도 20㎜×20㎜이고 두께가 6㎜였다. 데이터는 표 4에 보고되어 있다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 조성물은 펌핑 가능한 레올로지를 가지며 경화된 조성물은 높은 TC(0.5W/m·K 초과) 및 조정 가능한 유연성을 가졌다. 구체적으로, 베이스 팩의 점도는 623 내지 2.2×107mPa·s, 경화제 팩의 점도는 5,791 내지 6.45×105mPa·s, 조성물의 점도는 1,203 내지 3.48×106mPa·s였다. 실시예 9 내지 13의 경화된 조성물은 경도가 22.6 내지 77(쇼어 D 경도) 또는 84 내지 85.3(쇼어 A 경도)이었다. 25℃에서 실시예 9 내지 13의 친전자체, 친핵체 및 이들의 혼합물의 점도-전단응력 의존성을 보여주는 도 2 참조.
실시예 14 내지 26
Figure 112021052821757-pct00014
본원에 사용된 용어 "하이브리드 충전제"는 제1 및 제2 등의 열 전도성 충전제를 갖는 조성물을 지칭한다. 실시예 14 내지 26은 실험예이며 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 표 5에 나타낸 성분을 사용하여 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 먼저 실온에서 2,350rpm으로 1분 동안 촉매와 혼합하였다. 이어서 혼합물을 2,350rpm으로 추가 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 그런 다음 조성물을 알루미늄 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고 실온에서 12시간 이상 경화시켰다. 경화된 조성물은 열전도도 측정이 이루어지기 전에 알루미늄 칭량 접시에서 제거하였다.
실시예 14 내지 27의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 5에 보고되어 있다.
표 5에 나타낸 바와 같이, 2개의 열 전도성 충전제를 함유하는 조성물은 열전도도가 0.5W/m·K 초과인 경화된 조성물을 형성하였다. 예를 들어, 아래에 나타낸 바와 같이, 충전제 2에 대한 충전제 1(즉, 제2 열 전도성 충전제에 대한 제1 열 전도성 충전제)의 크기 비율은 0.01 내지 100이고, 충전제 2에 대한 충전제 1의 부피비는 0.5 내지 10이었다. 구체적으로, 실시예 14는 충전제 1(NO 625-10)의 크기가 2.5μm이고 충전제 2(CTS7M)의 크기가 120μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 14 내지 16은 최종 조성물에서 충전제 2(CTS7M)에 대한 충전제 1(NO 625-10)의 부피비가 각각 2.0, 1.0, 0.5인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 17은 충전제 1(MgO)의 크기가 0.6μm이고 충전제 2(PTX60)의 크기가 60μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 18은 충전제 1(NO 625-10)의 크기가 2.5μm이고 충전제 2(PTX60)의 크기가 60μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 19 내지 23은 충전제 1(PT100)의 크기가 13μm이고 충전제 2(PTX60)의 크기가 60μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 충전제 2에 대한 충전제 1의 부피비는 실시예 19 내지 23에서 각각 0.5, 1.0, 2.0, 10이었다. 실시예 24는 충전제 1(PTX60)의 크기가 60μm이고 충전제 2(CTS25M)의 크기가 300μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 25는 충전제 1(PTX60)의 크기가 60μm이고 충전제 2(NO 625-10)의 크기가 2.5μm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 마지막으로, 실시예 26은 충전제 1(PTX60)의 크기가 60μm이고 충전제 2(Nabalox 105RA)의 크기가 80μm인 2-성분 충전제 시스템이었다.
실시예 27 및 28
Figure 112021052821757-pct00015
실시예 27 및 28은 실험예이며 표 6에 표시된 성분을 사용하여 제조하였다. 6.24g의 PETMP("경화제")를 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 0.06g의 Ancamine K54("촉매")와 2,350rpm으로 1분 동안 혼합하였다. 이어서 혼합물을 2,350rpm으로 1분 동안 Epon 813("베이스") 및 15.6g의 TFZ N15P(실시예 27) 또는 17g의 MgO(실시예 28)와 혼합하였다.
열전도도 측정을 위해, 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 적어도 12시간 동안 경화시켰다. 이어서 Al 접시를 경화된 조성물에서 제거하였다. 전기적 특성 측정을 위해, 4"×12" 강철 패널에 고정된 직조된 테프론 베이킹 시트 상에 1㎜ 두께의 드로다운 바를 사용하여 조성물을 인발하였다. 필름은 12시간 동안 경화시켜 테스트 전에 벗겨냈다.
체적 저항률 측정. 이 테스트는 16008B 저항 셀에 연결된 Keysight B2987A 전위계/고저항계에서 ASTM D257 표준에 따라 수행하였다. 샘플은 원형 측정 전극(유효 면적(EAR): 표면적 28.27㎠)의 상단 위와 16008B 저항 셀 내부를 구성하는 사각 금속판 아래로 미끄러졌다. 샘플 크기는 테스트 전극의 유효 면적을 덮기에 충분한 적어도 70㎜×70㎜였다. 샘플의 두께(STH)는 캘리퍼(Mitutoyo, Quickmike 시리즈 293-IP-54 ABSOLUTE Digimatic Micrometer)로 측정하였다. 저항 측정 중에 원하는 무게(1kg)를 샘플 상으로 적용하여 전극과 샘플 사이가 완전히 접촉되도록 하였다. 인가된 전압은 500볼트였고 기기가 저항 측정을 스테이킹(staking)을 중지하면 실온에서 체적 저항(Rv)을 기록하였다. 체적 저항률(ρv)은 ρv = Rv × EAR/STH로 구했다.
절연 강도 측정. 직류하에서 샘플의 항복 전압은 지름이 1인치인 2개의 구리 전극에 연결된 유전체 미터(Sefelec RMG12AC-DC)로 측정하였다. 누설 전류 제한은 0.2mA로 설정되었다. 샘플은 적어도 70㎜×70㎜였다. 샘플의 두께는 캘리퍼(Mitutoyo, Quickmike 시리즈 293-IP-54 ABSOLUTE Digimatic Micrometer)로 측정하였다. 각 샘플에 대해 최소 5개 위치의 절연 내력을 측정한 다음 평균을 내어 각 샘플의 절연 내력을 얻었다.
표 6의 데이터는 실시예 19 내지 28의 경화된 조성물이 열 전도성이 높고(TC가 0.5W/m·K 초과) 또한 전기적으로 절연됨을 보여 주었다. 구체적으로, 실시예 20 내지 27은 유전 강도가 9.87kV/㎜ 내지 14.86kV/mm이고 체적 저항률이 0.77×1015Ω-cm 내지 8.84×1015Ω-cm인 2-성분 충전제 시스템이었다. 실시예 28은 유전 강도가 10.41kV/㎜이고 체적 저항률이 8.25×1015Ω-cm인 단일 충전제 시스템이었고, 실시예 29는 유전 강도가 6.9kV/㎜이고 체적 저항률 8.18×1015Ω-cm인 단일 충전제 시스템이었다.
실시예 29 내지 32, 37 및 38
Figure 112021052821757-pct00016
실시예 29 내지 32, 37 및 38은 실험예이며 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck Inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 먼저 실온에서 2,350rpm으로 1분 동안 촉매와 혼합하였다. 이어서 혼합물을 2,350rpm으로 추가 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고 실온에서 적어도 12시간 동안 경화시켰다. 그런 다음 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 33 및 34
실시예 33 및 34는 실험예였다. 각 실시예에서 경화제는 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 실온에서 2,350rpm으로 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 60℃에서 12시간 이상 경화시켰다. 그런 다음 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 29 내지 38의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 실시예 29 내지 38로부터 제조된 경화된 조성물의 경도를 실시예 9 내지 13에 대해 기재된 바와 같이 시험하였다. 데이터는 표 7에 보고되어 있다.
표 7의 데이터는 다양한 에폭시 수지를 사용하여 본 발명의 조성물을 제조할 수 있음을 설명한다. 예를 들어, 베이스(에폭시)는 폴리설파이드 기반 에폭시 및 방향족 에폭시일 수 있다. 예를 들어, 경화제(hardener)(경화제(curative))는 테트라티올, 폴리티올 또는 아민일 수 있다.
구체적으로, 실시예 29 내지 31은 테트라티올 경화제(PETMP)와 함께 에폭시 말단 폴리설파이드(FLEP-60, ThioplastEPS80, ThioplastEPS25)를 사용하여 제조하였다. 이들 에폭시는 경화된 조성물의 경도에 영향을 미치는 상이한 분자량을 갖는다. 표 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 29의 경화된 조성물(쇼어 D 경도 57.3)은 실시예 30(쇼어 D 경도 24)보다 단단했다.
실시예 32는 Epon 828(방향족 에폭시) 및 QE-340M(폴리티올)으로부터 제조하였다. 실시예 33 및 34는 Epon 828 및 아미노 화합물(친핵체)(T403 및 D400)로부터 제조하였고 고온(60℃)에서 경화시켰다. 경화제로서 티올과 아미노 제제의 혼합물을 사용하여 실시예 35를 제조하였다. 실시예 36 내지 38은 Epon 813 및 티올(PETMP)로부터 제조하였다. PETMP에 대한 Epon 813의 비율은 실시예 36 내지 38에서 각각 1.33, 1.03 및 0.5이었다.
실시예 39 내지 44
Figure 112021052821757-pct00017
실시예 39 내지 44는 실험예이며 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 먼저 실온에서 분당 2,350회전("rpm")으로 1분 동안 촉매와 혼합하였다. 이어서, 혼합물을 2,350rpm에서 추가 1분 동안 베이스, 충전제 및 첨가제와 혼합하였다. 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 적어도 12시간 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 39 내지 44의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기재된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 8에 보고되어 있고 반응성 희석제(실시예 39), 가소제(실시예 40 내지 43) 및 실리콘 오일(실시예 44)을 포함하는 조성물의 열전도도를 예시한다.
실시예 45
Figure 112021052821757-pct00018
실험예 45는 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 경화제는 2,350rpm으로 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 적어도 24시간 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 45의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 9에 보고되어 있고 폴리우레탄 기반 조성물로부터 제조된 경화된 조성물의 열전도도를 예시한다.
실시예 46 및 47
Figure 112021052821757-pct00019
경화된 샘플은 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 2,350rpm으로 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 60℃에서 12시간 이상 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
점도는 지름 25㎜의 평행 판을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터를 사용하여 측정하였다. 간격은 1mm로 설정하였다. 전단응력 램프 속도: 50Pa/s(0 내지 3500Pa). 800Pa의 전단응력에서의 점도 데이터는 표 10에 보고되어 있다.
실시예 46 및 47의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 9에 보고되어 있으며 비충전 및 충전 시스템의 점도 차이를 보여준다.
실시예 48 및 49
Figure 112021052821757-pct00020
경화된 샘플은 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 2,350rpm으로 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 12시간 이상 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 48 및 49의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 실시예 48 및 49의 조성물의 체적 저항률은 실시예 20 내지 29에 대해 기재된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 11에 보고되어 있고, 전기 전도성 충전제와 열 전도성, 비-전기 전도성 충전제의 혼합물을 사용하여 제조된 경화된 조성물의 열 전도성 및 전기 절연 특성을 설명한다.
실시예 50 및 51
Figure 112021052821757-pct00021
경화된 샘플은 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 제조하였다. 각 실시예에서 경화제는 2,350rpm으로 1분 동안 충전제와 혼합하였다. 이어서 경화제와 촉매를 혼합물에 첨가하고 열 발생을 피하기 위해 1800rpm으로 15초 동안 혼합하였다. 각 샘플의 점도는 지름 25㎜의 평행 판을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터를 사용하여 실온에서 측정하였다. 간격은 1mm로 설정하였다. 전단응력 램프 속도: 50Pa/s(0 내지 3500Pa). 800Pa의 전단응력에서의 점도 데이터는 표 12에 보고되어 있다. 실시예 50에서 추가로 3g의 Aerosil R202를 추가하려고 시도했지만 샘플의 점도가 너무 높아서 달성할 수 없었다. 이어서, 30g의 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 120℃에서 0.5시간 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
실시예 50 및 51의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기재된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 12에 보고되어 있으며 단일 성분 시스템을 기반으로 하는 경화된 조성물의 열전도도를 보여 주며, 작은 크기의 구형 열 전도성 입자를 사용해도 저점도 시스템을 달성하기 위한 분산제의 중요성을 보여준다.
실시예 52 및 53
Figure 112021052821757-pct00022
경화된 샘플은 Speedmixer DAC 600FVZ(FlackTeck inc.에서 시판됨)를 사용하여 모든 비수동 혼합을 수행하여 다음 절차에 따라 준비하였다. 각 실시예에서 경화제는 2,350rpm으로 1분 동안 베이스 및 충전제와 혼합하였다. 이어서 조성물을 알루미늄(Al) 칭량 접시(Fisherbrand, 카탈로그 번호 08-732-101)로 옮기고, 실온에서 20시간 동안 경화시킨 다음 160F에서 추가로 4시간 동안 경화시켰다. 그런 다음 테스트 전에 경화된 샘플에서 Al 접시를 제거하였다.
ASTM D1002-10에 따라 1.2㎜ 두께의 Al6111-T4 알루미늄에 랩 접합 시편을 준비하였다. 접합하기 전에 알루미늄 기판을 아세톤으로 세척하였다.
실시예 52 및 53의 조성물의 열전도도는 실시예 1 내지 8에 대해 기술된 바와 같이 측정하였다. 데이터는 표 13에 보고되어 있고 경화된 조성물의 열전도도 및 약한 결합 강도를 설명하며 2K 시스템이 선택적으로 가열될 수 있음을 입증한다.

Claims (31)

  1. 에폭사이드 작용기, 이소시아네이트 작용기 및 이들 모두로부터 선택되는 제1 작용기를 포함하는, 친전자체;
    상기 제1 작용기와 반응할 수 있는 제2 작용기를 포함하는 친핵체로서, 상기 제2 작용기가 티올 작용기, 아민 작용기 및 하이드록시 작용기로부터 선택되는 하나 이상인, 친핵체; 및
    열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 포함하는 열 전도성 충전제 패키지로서, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(volume resistivity)(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m이며, 상기 열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 적어도 90부피%의 양으로 존재하는, 열 전도성 충전제 패키지
    를 포함하는 조성물로서,
    상기 열 전도성 충전제 패키지는 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 98부피%의 양으로 존재하고,
    상기 조성물은 지름 25㎜의 평행 판(1mm 간격)을 사용하여 25℃에서 Anton Paar MCR 301 회전 레오미터로 측정했을 때 800Pa의 전단응력에서 점도가 10cP 내지 108cP인, 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 친전자체가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 90부피%의 양으로 존재하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 친핵체가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 1부피% 내지 90부피%의 양으로 존재하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 친핵체가 차단되거나 캡슐화된 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 친핵체가 차단되지 않거나 캡슐화되지 않은 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충전제 패키지가, 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 적어도 5W/m·K이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 10Ω·m 미만인 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자를 더 포함하고, 상기 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 10부피% 이하의 양으로 존재하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열 전도성, 전기 전도성 충전제 입자가 적어도 하나의 치수에서 평균 입자 크기가 SEM을 사용하여 측정했을 때 5μm 이하인 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 충전제 패키지가, 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨)가 5W/m·K 미만이고 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨)이 적어도 10Ω·m인 비-열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자를 더 포함하고, 상기 비-열 전도성, 전기 절연성 충전제 입자는 상기 충전제 패키지의 총 부피를 기준으로 1부피% 이하의 양으로 존재하는 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 분산제를 더 포함하는 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분산제가 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 0.01부피% 내지 88부피%의 양으로 존재하는 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 촉매, 레올로지 개질제, 용매, 가소제, 접착 촉진제, 항산화제, 물 제거제(water scavenger), 틱소트로프(thixotrope), 착색제, 틴트(tint), 탄성중합체, 점착 부여제, 열가소성 중합체, 촉진제, 실릴 말단 중합체, 반응성 희석제, 실란, 실란 말단 중합체, 탄성중합체 입자 또는 이들의 조합을 더 포함하는 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 상기 조성물의 총 부피를 기준으로 10부피% 내지 100부피%의 총 고체 함량을 포함하는 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 실리콘이 실질적으로 없는 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 1-성분 조성물을 포함하되, 여기서 1-성분 조성물은 모든 성분이 미리 혼합 및 저장될 수 있고 반응성 성분이 주위 조건에서 반응하지 않고 혼합 후 적어도 10일 동안 작업 가능하게 유지되지만, 대신 외부 에너지원에 의한 활성화 후에만 반응하는 조성물을 지칭하는, 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 2-성분 조성물을 포함하되, 여기서 2-성분 조성물은 반응성 성분의 적어도 일부가 쉽게 결합하여 상호작용을 형성하거나 반응하여 결합을 형성하고, 혼합될 때 외부 에너지원으로부터 활성화 없이 적어도 부분적으로 경화되는 조성물을 지칭하는, 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 갭(gap) 충전제 조성물, 실란트 조성물, 접착 조성물, 퍼티(putty) 및/또는 3차원 인쇄 가능한 조성물을 포함하는 조성물.
  18. 기판의 표면을 제1항의 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    선택적으로, 상기 기판을 250℃ 이하의 온도에 노출하는 단계
    를 포함하는, 기판 처리 방법.
  19. 제1항의 조성물로부터 형성된 층으로 적어도 부분적으로 코팅된 표면을 포함하는 기판.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기판 표면과 제1항에 따른 조성물로부터 형성된 상기 층 사이에 위치하고/거나 제1항에 따른 조성물로부터 형성된 상기 층 상에 위치하는 코팅, 제2 층 또는 필름을 더 포함하는 기판.
  21. 제19항에 있어서, 적어도 부분적으로 경화된 상태로 제1항의 조성물로부터 형성된 상기 층이 다음 중 적어도 하나를 갖는 기판:
    (a) 적어도 0.5W/m·K의 열전도도(ASTM D7984에 따라 측정됨);
    (b) 적어도 1×109Ω·m의 체적 저항률(ASTM D257, C611 또는 B193에 따라 측정됨);
    (c) 지름 1인치의 2개의 구리 전극에 연결된 유전체 미터(dielectric meter)(Sefetec RMG12AC-DC)로 ASTM D149에 따라 측정된 적어도 1kV/㎜의 유전체 강도;
    (d) 실온에서 유형 A 경도계(durometer)(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 쇼어 A 경도 5 내지 95;
    (e) 실온에서 유형 D 경도계(모델 2000, Rex Gauge Company, Inc.)를 사용하여 ASTM D2240 표준에 따라 측정된 5 내지 95의 쇼어 D 경도;
    (f) 유형 OO 경도계(모델 AD-100-OO, Checkline)를 사용하여 ASTM D2240에 따라 측정된 90 미만의 쇼어 OO 경도;
    (g) 적어도 0.5MPa의 랩 전단 강도(lap shear strength)(분당 1㎜의 인장 속도(pull rate)로 인장 모드에서 Instron 5567 기계를 사용하여 ASTM D1002-10에 따라 측정됨); 및/또는
    (h) 0.001N/㎟ 내지 500N/㎟의 맞대기 접합 시험 강도(butt joint test strength)(ASTM D2095에 따라 측정됨).
  22. 제19항의 기판을 포함하는 차량(vehicle).
  23. 제19항의 기판을 포함하는 열 전도성 부품.
  24. 제23항에 있어서, 상기 부품이 3차원 부품을 포함하는 열 전도성 부품.
  25. 제23항의 열 전도성 부품을 포함하는 차량.
  26. 적어도 2개의 배터리 셀; 및
    상기 2개의 배터리 셀 사이에 위치하는 제1항의 조성물
    을 포함하는, 배터리 팩(battery pack).
  27. 제26항에 있어서, 냉각 핀(cooling fin), 냉각 플레이트(cooling plate) 및/또는 배터리 박스(battery box)를 더 포함하는 배터리 팩.
  28. 회로 기판(circuit board) 내에 또는 회로 기판 상에 위치된 제1항의 조성물을 포함하는 회로 기판.
  29. 제1항의 조성물을 기판 위로 압출하는 것을 포함하는 물품 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 압출이 3차원 인쇄를 포함하는, 물품 형성 방법.
  31. 제29항의 방법에 의해 형성된 물품.
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