KR20140009408A

KR20140009408A - 낮은 열 전도성 충전제를 포함하는 열 전도성 및 전기 절연성 폴리머 조성물 및 그들의 용도

Info

Publication number: KR20140009408A
Application number: KR1020137025177A
Authority: KR
Inventors: 마크 반 데르 미; 로이 아이’아비; 데니스 카를릭; 프란시스커스 페트러스 마리아 머크스; 밍쳉 구오; 시앙핑 조우
Original assignee: 사빅 이노베이티브 플라스틱스 아이피 비.브이.
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR101731974B1; EP2678383A1; US8552101B2; CN103391965A; CN103391965B; US20120228542A1; EP2678383B1; WO2012114309A1

Abstract

본 명세서는 a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머; b. 10 내지 30 W/mK의 고유 열 전도도 (intrinsic thermal conductivity)를 갖는 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제; c. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제; 및 d. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제를 포함하는 조성물을 개시하며; 상기 조성물은 아래와 같은 특징을 갖는 조성물인 것이다: i. 1.0W/mK 이상의 열 전도도; ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률(volume resistivity). 또한 본 명세서는 물품 및 그 것을 위한 사용 방법을 개시한다.

Description

낮은 열 전도성 충전제를 포함하는 열 전도성 및 전기 절연성 폴리머 조성물 및 그들의 용도{THERMALLY CONDUCTIVE AND ELECTRICALLY INSULATIVE POLYMER COMPOSITIONS CONTAINING A LOW THERMALLY CONDUCTIVE FILLER AND USES THEREOF}

본 명세서는 그 전체가 인용 문헌으로 통합된 것으로서 2011년 2월 25일에 제출된 미국 가출원 No. 61/446,666 우선권의 이익을 주장한다.

열 전도성이나, 전기 절연성인 폴리머(polymer) 복합체(composites)에 대한 필요가 존재한다. 폴리머는 전기적 및 열적 절연체이므로, 열 전도성 충전제가 열 전도성을 제공하기 위해 추가되어야 한다. 폴리머 복합체를 통한 효과적인 열 전달에 적합한 열 전도성을 달성하기 위해 고부피량(high volume contents)의 충전제가 요구된다. 이러한 적용(applications)에 있어서 전기 전도성 충전제의 사용은, 전기 전도성이 열 전도성이 비하여 현저하게 더 낮은 충전제의 로딩(loadings)에서 달성되기 때문에 저부피량으로 제한된다. 그러므로, 높은 열 전도성을 갖는 전형적으로 소위 세라믹 충전제라 불리는 것이 이러한 폴리머 조성물에 추가된다. 현재 열 전도성 복합체를 위해 사용될 수 있는 세라믹 충전제 종류의 개수는, 대부분의 세라믹 충전제가 열적 절연성이거나 또는 상대적으로 낮은 열 전도성을 가지기 때문에 상대적으로 제한된다. 따라서, 높은 열 전도성을 갖는 세라믹 충전제는 전형적으로 사용하기에 비싸고 기계적, 플로우(flow) 및 열 안정성과 같은 다른 성질들을 조절하기 위한 디자인 자유도(design freedom)는 제한된다. 본 기술분야에서 상기 열 전도성이지만 전기 절연성인 성질을 달성하게 하는 향상된 충전제 또는 그들의 조합물에 대한 필요가 존재한다. 게다가, 본 기술분야에서는 덜 비싼 충전제에 대한 필요도 존재한다.

일 측면에 있어서, 본 명세서에 기재된 것은:

a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머;

b. 10 내지 30 W/mK의 고유 열 전도도 (intrinsic thermal conductivity)를 갖는 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제;

c. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제; 및

d. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제를 포함하는 조성물이며,

상기 조성물은 아래와 같은 특징을 갖는 것이다:

i. 1.0W/mK 이상의 열 전도도;

ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률(volume resistivity).

일 측면에 있어서, 본 명세서에 기재된 것은 조성물로부터 만들어진 물품(article)이다.

다른 일 측면에 있어서, 본 명세서에 기재된 것은 열가소성 폴리머 조성물을 지속된 시간동안 상승된 외부 온도와 접촉시키는 것을 포함하는 높은 열 전도도 적용에서 열가소성 폴리머 조성물을 사용하는 방법이며, 상기 열가소성 폴리머 조성물은 (1) 1.0W/mK 이상의 열 전도도, 및 (2) 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 가지는 조성물을 필요로 하는 적용에 있어서 사용된다.

폴리머 복합체에서 높은 열 전도도를 달성하기 위해, 열 전도성 충전제의 고부피량이 일반적으로 요구된다. 전기 절연성이고 열 전도성 모두인 충전제의 개수가 제한된다는 사실은 열 전도성, 전기 절연성 폴리머 복합체의 개발을 복잡하게 한다. 그러나, 본 발명의 수지(resin) 조성물을 사용할 때에는, 조성물이 열 전도성 복합체의 개발을 위한 낮은 열 전도도를 갖는 세라믹 충전제의 사용을 개시하고 있기 때문에, 세라믹 충전제의 더 넓은 다양성이 열 전도성, 전기 절연성 폴리머 복합체의 개발을 위해 이용 가능하게 된다. 낮고 높은 열 전도도를 갖는 본 명세서에 개시된 충전제들은 개개의 충전제를 단독으로 사용해서는 달성될 수 없는, 예상 밖의 높은 열 전도도를 갖는 전기 절연성 복합체를 야기한다.

추가적인 이점들이 하기의 상세한 설명에서 그 일부가 제시 될 것이며, 일부는 상세한 설명으로부터 자명할 것이고, 또는 하기에 기재된 측면의 실행으로 인해서 얻어질 수 있다. 아래 기재된 이점들은 첨부된 청구항에서 특히 지적된 조합물 및 구성요소의 방법에 의해서 얻어지고 실현될 것이다. 상기 일반적 상세한 설명 및 하기의 상세한 설명 모두 예시적이고 오직 설명하기 위한 것이며 제한적이지 않다는 것이 이해되어야 한다.

도 1은 표 1에 따른 데이터에 대한 열 전도도(TC) 대 vol% ZnS의 그래프이다.
도 2는 표 2에 따른 데이터에 대한 TC 대 vol% ZnS의 그래프이다.
도 3는 표 3에 따른 데이터에 대한 TC 대 vol% TiO₂의 그래프이다.
도 4는 표 4에 따른 데이터에 대한 TC 대 vol% TiO₂의 그래프이다.
도 5는 표 5에 따른 데이터에 대한 TC 대 vol% MgO의 그래프이다.
도 6는 표 6에 따른 데이터에 대한 TC 대 vol% CaCO₃의 그래프이다.

본 명세서의 화합물, 조성물, 물품, 장치, 및/또는 방법이 개시되고 기재되기 전에, 하기 기재된 측면들은, 물론 변화할 수 있는 그러한, 특정한 합성 방법에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한 본 명세서에 사용된 용어들은 오직 특정한 측면을 기재하는 목적을 위한 것이며 제한하기 위한 의도는 아니라는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서는 본 명세서에 개시된 방법 및 조성물의 생산물(products)이거나, 그것의 제조에 사용될 수 있거나, 그것과 함께 사용될 수 있거나, 그것을 위해 사용될 수 있는 물질(materials), 화합물, 조성물, 및 성분(components)을 개시한다. 이러한 물질 및 다른 물질은 본 명세서에 개시되고, 이러한 물질의 조합물, 아집단(subsets), 상호작용(interactions), 그룹(groups), 등등이 개시되었을 때 반면 이러한 화합물의 치환물 및 집단적 조합물(collective combinations) 및 각각의 다양한 개체(individual)의 특정한 참조 문헌(reference)은 명쾌하게 개시되지 않았다는 것은 이해되어야 하고, 각각은 분명히 본 명세서에 기재되고 고려되었다. 따라서, 만약 충전제의 클래스 A, B, 및 C가 개시되었을 뿐 아니라 첨가제의 클래스 D, E, 및 F도 개시되었고 예시 조합물 A-D가 개시되었다면, 각각이 개별적으로 인용되지 않았더라도, 각각은 개별적 및 집합적으로 고려된다. 따라서, 이 예시에서, 각각의 조합물인 A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F는 분명히 고려되었으며 A, B, 및 C; D, E, 및 F; 및 예시 조합물 A-D의 개시로부터 개시되었음이 고려되어야만 한다. 마찬가지로, 이 들의 임의의 아집단 또는 조합물은 또한 분명히 고려되고 개시되었다. 따라서, 예를 들어, A-E, B-F, 및 C-E의 아-그룹(sub-group)은 분명히 고려되었고 A, B, 및 C; D, E, 및 F; 및 예시 조합물 A-D의 개시로부터 개시되었음이 고려되어야만 한다. 이 컨셉(concept)은 본 명세서에 포함된, 그러나 그에 제한되지는 않는, 조성물, 및 개시된 조성물을 사용하고 만드는 방법의 단계(steps)를 포함하는 본 명세서의 모든 측면에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 추가적인 단계의 다양성이 있다면 이는 이러한 추가적인 각각의 단계가 임의의 특정한 구현예 또는 개시된 방법의 구현예의 조합물과 함께 수행될 수 있다는 것, 및 이러한 각각의 조합물은 분명히 고려되고 개시된 것으로 고려되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서 및 청구항에서 다음과 같은 의미를 가지는 것으로 정의되는 몇 가지 용어에 대한 설명:

본 명세서 및 첨부된 청구항에서 쓰인, 단수형은 문맥에서 다른 것으로 분명히 지시되지 않는 한 복수형 대상을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, 열 절연성 충전제에 대한 설명은 열 절연성 충전제의 혼합물을 포함한다.

"선택적" 또는 "선택적으로"는 계속적으로 기재되는 사건 또는 상황이 일어나거나 또는 일어나지 않을 수 있다는 것을 의미하고, 그 기재는 사건 또는 상황이 일어나는 경우 및 그렇지 않는 경우를 포함하는 것을 의미한다.

범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로까지 로서 나타낼 수 있다. 이러한 범위가 나타났을 때, 다른 측면은 그 하나의 특정한 값으로부터 및/또는 다른 특정한 값으로까지를 포함한다. 이와 유사하게, 선행사 "약"의 사용으로 값이 근사치(approximations)로 표현된 때에는, 그 특정한 값이 또 다른 측면을 형성한다는 것이 이해될 것이다. 또한 범위의 각 끝점은 그 다른 끝점과 관련하여, 및 그 다른 끝점과는 별도로 관련하여 모두 중요하다는 것이 이해되어야 한다.

조성물 또는 물품에 있는 특정한 구성요소 또는 성분의 중량부 또는 부피부에 대한 상세한 설명 및 마지막 청구항에서의 언급은 각각 중량부 또는 부피부가 나타난 조성물 또는 물품에서 구성요소 또는 성분과 다른 구성요소 또는 성분 간의 각각 무게 또는 부피의 관계를 나타낸다. 따라서, 성분 X를 2중량부, 성분 Y를 5중량부 포함하는 조성물에서, X 및 Y는 2:5 의 중량비로 나타나고, 조성물에 추가적인 성분이 포함되었는지 여부와 상관 없이 이러한 비율로 나타난다. 이러한 예시는 부피부(parts by volume)에서도 동등하게 적용된다.

분명히 그 반대라고 명시되지 않는 한, 성분의 중량 퍼센트 또는 부피 퍼센트는 각각, 그 성분이 포함되어 있는 조성물 또는 제형의 총 중량 또는 부피를 기준으로 한다.

본 명세서에서 사용된 것으로서, 성분의 고유 열 전도도는 "Thermal conductivity of Nonmetallic Solids," Y.S. Touloukian, R.W. Powell, C.Y. Ho, 및 P.G. Klemans, IFI/Plenum: New York-Washington, 1970 또는 "Thermal Conductivity - Theory, Properties and Applications," T.M. Tritt, Ed., Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 2004와 같은 문헌에 기재된 나타내는 값(indicative value)을 기준으로 한다. 본 명세서에서 사용된 것으로서, 조성물의 열 전도도는 관통면(샘플의 두께) 방향으로 ASTM E1461에 따라서 실험된다. 일부 충전제의 이방성 특성 때문에, 이방성 충전제를 사용했을 때 ASTM E1461으로 측정된 관통면(through-plane) 열 전도도는 샘플 제제(preparation)에 의존한다. 본 명세서에 기재된 모든 샘플은 12.7mm의 직경과 3mm의 두께를 갖는 디스크에서 압축성형에 의해 제조된다.

본 명세서에서 사용된 체적 저항률은 -60℃에서 냉동-균열(cold-fracture)에 뒤이어 양 끝에 샘플 막대기(bar)를 표시하는 것에 의해 측정된다. 균열된 표면은 은 페인트로 처리되고 건조된다. 상기 막대기를 통한 저항은 체적 저항률(in Ω.m)을 산출하기 위해 멀티-미터로 측정되고, 하기로부터 계산된다: 체적 저항률 = (R*A/L), 상기 R은 전기적 저항(in Ω), A는 시료 표면 면적, L은 시료 길이(전기적 거리)이다.

일 측면에서, 본 발명의 조성물에 사용된 열 가소성 폴리머는 유기 폴리머이다. 이러한 측면에서, 유기 폴리머는 열 가소성 수지의 블렌드(blends)또는 매우 다양한 열 가소성 수지로부터 선택된다. 열 가소성 폴리머는 또한 하나 이상의 열 경화성 수지를 갖는 하나 이상의 열 가소성 수지의 블렌드를 포함한다. 열 가소성 폴리머는 또한 하나 이상의 앞서 말한 유기 폴리머를 포함하는 조합물 또는 터폴리머, 코폴리머, 폴리머의 블렌드 일 수 있다. 일 측면에서, 유기 폴리머의 예시는 고밀도폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(linear low-density polyethylene, LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 중밀도폴리에틸렌(mid-density polyethylene, MDPE), 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌, 말레익 안하이드라이드 기능성 폴리에틸렌(maleic anhydride functionalized polyethylene), 말레익 안하이드라이드 기능성 엘라스토머릭 에틸렌 코폴리머(ExxonMobil로부터 얻은 EXXELOR VA1801 및 VA1803와 같은), 에틸렌-부텐 코폴리머, 에틸렌-옥텐 코폴리머, 에틸렌-메틸 아크릴레이트, 에틸렌-에틸 아크릴레이트, 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 코폴리머와 같은 에틸렌-아크릴레이트 코폴리머, 글리시딜 메타크릴레이트 기능성 에틸렌-아크릴레이트 터폴리머, 안하이드라이드 기능성 에틸렌-아크릴레이트 폴리머, 안하이드라이드 기능성 에틸렌-아크릴레이트 폴리머, 안하이드라이드 기능성 에틸렌-옥텐 및 안하이드라이드 기능성 에틸렌-부텐 코폴리머, 폴리프로필렌(PP), 말레익 안하이드라이드 기능성 폴리프로필렌, 글리시딜 메타아크릴레이트 변형 폴리프로필렌, 폴리아세탈, 폴리아크릴계(polyacrylics), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리벤족사졸(polybenzoxazoles), 폴리옥사디아졸(polyoxadiazoles), 폴리벤조티아지노페노티아진, 폴리벤조티아졸, 폴리피라지노퀴녹살린, 폴리피로멜리티미드(polypyromellitimides), 폴리퀴녹살린, 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazoles), 폴리옥시인돌, 폴리옥소이소인돌린, 폴리디옥소이소인돌린, 폴리트리아진, 폴리피리다진, 폴리피페라진, 폴리피리딘, 폴리피페리딘, 폴리트리아졸, 폴리피라졸, 폴리피롤리딘, 폴리카르보란, 폴리옥사바이사이클로노난, 폴리디벤조퓨란, 폴리프탈라이드, 폴리아세탈, 폴리안하이드라이드, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 티오에테르, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 에스테르, 폴리설포네이트, 폴리설파이드, 폴리티오에스테르, 폴리설폰, 폴리설폰아미드, 폴리우레아(polyureas), 폴리포스파젠, 폴리실라잔, 폴리우레탄, 또는 그밖에 유사한 것 또는 앞서 기재된 하나 이상의 유기 폴리머를 포함하는 조합물을 포함하는 폴리에틸렌(PE)이다.

열 가소성 수지의 블렌드의 특정한 비-제한적 예시는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/나일론, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르/폴리올레핀, 및 앞서 기재된 하나 이상의 열 가소성 수지의 블렌드를 포함하는 조합물을 포함한다.

일 구현예에서, 전도성 조성물로 사용될 수 있는 유기 폴리머는 폴리아릴렌 에테르이다. 폴리(아릴렌 에테르) 폴리머라는 용어는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 및 폴리(아릴렌 에테르) 코폴리머; 그라프트 코폴리머(graft copolymers); 폴리(아릴렌 에테르) 이오노머; 및 폴리(아릴렌 에테르)들을 갖는 알케닐 방향족 화합물의 블록 코폴리머(block copolymers), 비닐 방향족 화합물, 및 폴리(아릴렌 에테르), 및 기타 같은 종류의 것; 및 앞서 기재된 하나 이상의 것을 포함하는 조합물을 포함한다. 폴리(아릴렌 에테르) 폴리머 그 자체는 화학식(I)의 구조적 유닛을 갖는 복수개의 폴리머 전구체를 포함하는 폴리머이다:

(I)

상기 각 구조적 유닛에서, 각 Q¹ 은 독립적으로 수소, 할로겐, 1차 또는 2차 저급 알킬(예를 들어, 7 탄소 원자 이하를 포함하는 알킬), 페닐, 할로알킬, 아미노알킬, 하이드로카보녹시(hydrocarbonoxy), 둘 이상의 탄소 원자가 할로겐 및 산소 원자와 분리된 할로하이드로카보녹시, 또는 그밖에 유사한 것이며; 각 Q² 는 독립적으로 수소, 할로겐, 1차 또는 2차 저급 알킬(예를 들어, 7 탄소 원자 이하를 포함하는 알킬), 페닐, 할로알킬, 아미노알킬, 하이드로카보녹시(hydrocarbonoxy), 둘 이상의 탄소 원자가 할로겐 및 산소 원자와 분리된 할로하이드로카보녹시, 또는 그밖에 유사한 것이다. 바람직하게는, 각 Q¹은 알킬 또는 페닐, 특히 C₁ _-4 알킬이고, 각 Q²는 수소이다.

호모폴리머 및 코폴리머 폴리(아릴렌 에테르)들 모두는 본 명세서에 포함된다. 바람직한 호모폴리머는 2,6-디메틸페닐렌 에테르 유닛을 포함하는 것들이다. 적절한 코폴리머는, 예를 들어, 2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌 에테르 유닛 또는 2,6-디메틸페놀과 2,3,6-트리메틸페놀의 코폴리머화(copolymerization)로부터 유래된 코폴리머와 결합하는 이러한 유닛을 포함하는 임의의(random)코폴리머를 포함한다. 또한 본 명세서에 포함된 것은 더 높은 분자량 폴리머를 만들기 위해 낮은 분자량 폴리카보네이트, 퀴논, 헤테로사이클, 및 포르말(formals)과 같은 커플링 제제(agents)가 두 개의 폴리(아릴렌 에테르) 체인의 수소 그룹과 반응이 일어나는 커플링 된 폴리(아릴렌 에테르)뿐만 아니라 비닐 모노머 또는 폴리스티렌 과 같은 폴리머를 그라프팅하는 것에 의해 제조된 모이에티들을 포함하는 폴리(아릴렌 에테르)이다. 폴리(아릴렌 에테르)들은 하나 이상의 상기의 것들을 포함하는 조합물을 더 포함할 수 있다.

폴리(아릴렌 에테르)는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정된 것으로서 약 3,000 내지 약 30,000 g/몰의 수 평균 분자량 및 약 30,000 내지 60,000 g/몰의 중량 평균 분자량을 갖는다. 폴리(아릴렌 에테르)는 25℃의 클로로포름에서 측정된 것으로서 약 0.10 내지 약 0.60 데시리터 퍼 그람(dl/g)의 고유 점도를 가질 수 있다. 또한 조합물에서 낮은 고유 점도 폴리(아릴렌 에테르)와 높은 고유 점도 폴리(아릴렌 에테르)를 사용하는 것이 가능하다. 두 개의 고유 점도들이 사용된 경우, 정확한 비율을 결정하는 것은 어느 정도 사용된 폴리(아릴렌 에테르)의 정확한 고유 점도와 목적하는 궁극적인 물리적 성질에 의존할 것이다.

폴리(아릴렌 에테르)는 2,6-크실레놀 또는 2,3,6-트리메틸페놀과 같은 하나이상의 모노하이드록시아로마틱 화합물의 산화적 커플링에 의해 전형적으로 제조된다. 촉매 시스템은 일반적으로 이러한 커플링을 위해 사용된다: 그들은 전형적으로 흔히 다양한 다른 물질과 결합하는 구리, 망간, 또는 코발트 화합물과 같은 하나 이상의 중금속 화합물을 포함한다.

많은 목적에 특별히 유용한 폴리(아릴렌 에테르)들은 하나 이상의 아미노알킬-함유 말단 그룹(aminoalkyl-containing end group)을 갖는 분자를 포함하는 것들이다. 아미노알킬 라디칼은 수소 그룹에 대한 오르토 자리(ortho position)에 위치한다. 이러한 말단 그룹을 포함하는 생산물은 산화적 커플링 반응 혼합물의 구성 성분(constituents)의 하나로서 디-엔-부틸아민 또는 디메틸아민과 같은 적절한 1차 또는 2차 모노아민을 통합하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 또한 종종 제공되는 것은 특히 구리-할로겐화물-2차 또는 3차 아민 시스템에서, 부산물 디페노퀴논이 존재하는 반응 혼합물로부터 전형적으로 얻을 수 있는, 4-하이드록시바이페닐 말단 그룹이다. 전형적으로 폴리머의 약 90% 중량만큼 구성하는, 폴리머 분자의 실질적인 비율은 하나 이상의 아미노알킬-함유 및 4-하이드록시바이페닐 말단 그룹을 포함할 수 있다.

다른 구현예에서, 전도성 조성물에서 사용된 유기 폴리머는 폴리카보네이트일 수 있다. 방향족 카보네이트 체인 유닛을 포함하는 폴리카보네이트는 화학식 (II)의 구조적 유닛을 가지는 조성물을 포함한다:

(II)

상기 R¹ 그룹은 방향족, 지방족 또는 지환족 라디칼이다. 바람직하게, R¹은 방향족 유기 라디칼이며, 더 바람직하게는, 화학식 (III)의 라디칼이다:

(III)

상기 각 A¹ 및 A²는 모노사이클릭 2가 아릴 라디칼이고 Y¹은 A²로부터 A¹을 분리시키는 제로(zero), 1, 또는 2개의 원자를 가지는 브릿징 라디칼(bridging radical)이다. 예시적인 구현예에서, 하나의 원자는 A²로부터 A¹을 분리시킨다. 이러한 타입의 라디칼의 설명에 도움이 되는 실제예는 -O-, -S-, -S(O)-, -S(O₂)-, -C(O)-, 메틸렌, 사이클로헥실-메틸렌, 2-[2,2,1]-바이사이클로헵틸리덴, 에틸리덴, 이소프로필리덴, 네오펜틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜타데실리덴, 사이클로도데실리덴, 아다만틸리덴, 또는 그 밖에 유사한 것이다. 다른 구현예에서, 비스페놀이 되는 설명에 도움이 되는 실제예에서 제로 원자는 A²로부터 A¹을 분리시킨다. 브릿징 라디칼 Y¹은 하이드로카본 그룹 또는 메틸렌, 사이클로헥실리덴 또는 이소프로필리덴과 같은 포화된 하이드로카본 그룹일 수 있다.

폴리카보네이트는 디하이드록시 화합물을 갖는 카보네이트 전구체의 쇼덴 바우만 계면 반응(Schotten-Bauman interfacial reaction)으로부터 생성될 수 있다. 전형적으로, 소디움 하이드로옥사이드, 포타슘 하이드로옥사이드, 칼슘 하이드로옥사이드, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 수용성 염기는 디하이드록시 화합물을 포함하는 벤젠, 톨루엔, 카본 디설파이드, 또는 디클로로메탄과 같은 유기(organic), 물에 혼합될 수 없는 용매와 혼합된다. 상 전이 제제는 일반적으로 반응을 가능하게 하기 위해 사용된다. 분자량 조절제(Molecular weight regulators)는 단독으로 또는 혼합물의 형태 어느 하나로 반응 혼합물에 추가될 수 있다. 곧 기재될 분지화제(Branching agents) 또한 단독으로 또는 혼합물의 형태로 첨가될 수있다.

폴리카보네이트는 A¹ 및 A²를 분리하는 유일한 하나의 원자인 디하이드록시 화합물과 같은 계면 반응 폴리머 전구체에 의해서 생성될 수 있다. 본 명세서에서 사용된, "디하이드록시 화합물"이라는 용어는, 예를 들어, 하기의 일반식(general formula) (IV)를 갖는 비스페놀 화합물을 포함한다:

(IV)

상기 R^a 및 R^b는 각각 독립적으로 수소, 할로겐 원자, 또는 1가 하이드로카본 그룹을 나타내고; p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며; 그리고 X^a는 화학식(V)의 그룹 중 하나를 나타낸다:

(V)

상기 R^c 및 R^d는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가 선형 또는 사이클릭 하이드로카본 그룹을 나타내고, R^e는 2가 하이드로카본 그룹이다.

화학식(IV)로 나타내 질 수 있는 비스페놀 화합물의 타입의 예시는 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 (또는 비스페놀-A), 2,2-비스(4-하이드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)n-부탄, 비스(4-하이드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시-t-부틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로포페닐)프로판, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 비스(하이드록시아릴)알칸 시리즈; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로펜탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥산, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 비스(하이드록시아릴)사이클로알칸 시리즈, 또는 앞서 기재된 비스페놀 화합물의 하나 이상을 포함하는 조합물을 포함한다.

화학식 (IV)로 나타낼 수 있는 다른 비스페놀 화합물은 X가 -O-, -S-, -SO- 또는 -SO_2- 인 것들을 포함한다. 이러한 비스페놀 화합물의 몇몇 예시들은 4,4'-디하이드록시 디페닐에테르, 4,4'-디하이드록시-3,3'-디메틸페닐에테르, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 비스(하이드록시아릴)에테르; 4,4'-디하이드록시 디페닐 설파이드, 4,4'-디하이드록시-3,3'-디메틸 디페닐 설파이드, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 비스(하이드록시 디아릴)설파이드; 4,4'-디하이드록시 디페닐 설폭사이드, 4,4'-디하이드록시-3,3'-디메틸 디페닐 설폭사이드, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 비스(하이드록시 디아릴)설폭사이드; 4,4'-디하이드록시 디페닐 설폰, 4,4'-디하이드록시-3,3'-디메틸 디페닐 설폰, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 비스(하이드록시 디아릴)설폰; 또는 앞서 기재된 하나 이상의 비스페놀 화합물을 포함하는 조합물을 포함한다.

폴리카보네이트의 중축합반응(polycondensation)에서 사용될 수 있는 다른 비스페놀 화합물은 화학식 (VI)으로 나타내어 진다

(VI)

상기 R^f는 할로겐 치환된 하이드로카본 그룹 또는 1내지 10개의 탄소 원자를 가지고 있는 하이드로카본의 할로겐 원자이고; n은 0내지 4의 값이다. N이 2이상일 때, R^f는 같거나 서로 다를 수 있다. 화학식 (V)로 나타내어 질 수 있는 비스페놀 화합물의 예시는 레조르시놀, 3-메틸 레조르신, 3-에틸 레조르신, 3-프로필 레조르신, 3-부틸 레조르신, 3-t-부틸 레조르신, 3-페닐 레조르신, 3-큐밀 레조르신, 2,3,4,6-테트라플로로 레조르신, 2,3,4,6-테트라브로모 레조르신, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 치환된 레조르시놀 화합물; 카테놀, 하이드로퀴논, 3-메틸 하이드로퀴논, 3-에틸 하이드로퀴논, 3-프로필 하이드로퀴논, 3-부틸 하이드로퀴논, 3-t-부틸 하이드로퀴논, 3-페닐 하이드로퀴논, 3-큐밀 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라메틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라-t-부틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라플로로 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라브로모 하이드로퀴논, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 치환된 하이드로퀴논; 또는 앞서 기재된 하나 이상의 비스페놀 화합물을 포함하는 조합물이다.

하기 화학식 (VII)로 나타내 지는 2,2, 2', 2'- 테트라하이드로-3, 3, 3', 3'- 테트라메틸-1, 1'-스피로비(spirobi)-[IH-인딘]-6, 6'- 디올과 같은 비스페놀 화합물도 또한 사용될 수 있다.

(VII)

일 측면에서, 비스페놀 화합물은 비스페놀 A이다.

전형적인 카보네이트 전구체는 카르보닐 할로겐화물, 예를 들어, 카르보닐 클로라이드(포스진), 및 카르보닐 브로마이드; 비스-할로포메이트(bis-haloformates), 예를 들어, 비스페놀 A, 하이드로퀴논 또는 그 밖의 유사한 것들과 같은 디하이드릭 페놀의 비스-할로포메이트, 및 에틸렌 글리콜 및 네오펜틸 글리콜과 같은 글리콜의 비스-할로포메이트; 및 디페닐 카보네이트, 디(톨릴) 카보네이트, 및 디(나프틸) 카보네이트와 같은 디아릴 카보네이트를 포함한다. 계면 반응을 위한 바람직한 카보네이트 전구체는 카르보닐 클로라이드이다.

또한 둘 이상의 서로 다른 디하이드릭 페놀 또는 글리콜 또는 하이드록시- 나 산-말단 폴리에스테르(acid-terminated polyester) 또는 2염기 산 또는 하이드록시산 또는 지방족 디액시드(aliphatic diacid)를 갖는 디하이드릭 페놀의 코폴리머의 중합반응으로부터 얻어지는 폴리카보네이트를 사용하는 것이 가능하며, 결국 카보네이트 코폴리머가 호모폴리머보다 사용을 위해 바람직하다. 일반적으로, 유용한 지방족 디액시드는 약 2 내지 약 40개의 탄소를 가지고 있다. 바람직한 지방족 디액시드는 도데칸디오익 산이다.

분지화된 폴리카보네이트(Branched polycarbonates)에 더하여 분지화된 폴리카보네이트 및 선형 폴리카보네이트의 블렌드는 또한 조성물에서 사용될 수 있다. 분지화된 폴리카보네이트는 중합 반응 동안 분지화제를 첨가하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이러한 분지화제는 하이드록시기, 카르복시기, 카르복실산 안하이드라이드, 할로포르밀기일 수 있는 셋 이상의 작용기를 포함하는 다관능성 유기 화합물(polyfunctional organic compounds), 및 앞서 기재된 하나 이상의 분지화제를 포함하는 조합물을 포함할 수 있다. 특정한 예시들은 트리멜리트 산, 무수 트리멜리트, 트리멜리틱 트리클로라이드, 트리스-p-하이드록시 페닐 에탄, 이사틴-비스-페놀, 트리스-페놀 TC (1,3,5-트리스 ((p-하이드록시페닐)이소프로필)벤젠), 트리스-페놀 PA (4(4(1,1-비스(p-하이드록시페닐)-에틸) α,α-디메틸 벤질)페놀), 4-클로로포르밀 프탈릭 안하이드라이드, 트리메식 산(trimesic acid), 벤조페논 테트라 카르복시산, 또는 그 밖에 유사한 것 또는 앞서 기재된 하나 이상의 분지화제를 포함하는 조합물을 포함한다. 분지화제는 주어진 층에서 폴리카보네이트의 총 중량을 기준으로, 약 0.05 내지 약 2.0 중량 퍼센트(wt%)의 수준으로 첨가될 수 있다.

일 구현예에서, 폴리카보네이트는 디하이드록시 화합물 및 카르보닉산 디에스테르 간의 용해 중축합 반응(melt polycondensation reaction)에 의해서 생성될 수 있다. 폴리카보네이트를 생성하는데 사용될 수 있는 카르보닉산 디에스테르의 예시들은 디페닐 카보네이트, 비스(2,4-디클로로페닐)카보네이트, 비스(2,4,6-트리클로로페닐) 카보네이트, 비스(2-시아노페닐)카보네이트, 비스(o-니트로페닐) 카보네이트, 디톨릴 카보네이트, m-크레실 카보네이트, 디나프틸 카보네이트, 비스(디페닐)카보네이트, 비스(메틸살리실)카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디사이클로헥실 카보네이트, 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 카보닉산 디에스테르를 포함하는 조합물이다. 바람직한 카보닉산 디에스테르는 디페닐 카보네이트 또는 비스(메틸살리실)카보네이트이다.

바람직하게는, 폴리카보네이트의 수평균 분자량은 약 3,000 내지 약 1,000,000 그람/몰 (g/몰) 이다. 이 범위 내에서, 약 10,000 이상의 수평균 분자량분 갖는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 약 20,000이상, 더욱 바람직하게는 25,000이상을 갖는 것이다. 또한 바람직하게 약 100,000이하의 수평균분자량, 더 바람직하게는 75,000 이하, 더욱 바람직 하게는 50,000이하, 가장 바람직하게는 35,000 g/몰 이하의 수평균 분자량이 바람직하다.

지환식(Cycloaliphatic)폴리에스테르는 또한 전도성 조성물에서 사용될 수 있으며 일반적으로 2염기 산(dibasic acid) 또는 유도체를 갖는 디올(diol)과 같은 유기 폴리머 전구체의 반응에 의해서 제조된다. 지환식 폴리에스테르 폴리머의 제조에 유용한 디올은 직쇄, 분지쇄(branched), 또는 지환식이며, 바람직하게 직쇄 또는 분지된 알칸 디올이고, 2 내지 12개의 탄소 원자를 포함할 수 있다.

디올의 적절한 예들은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 즉, 1,2- 및 1,3-프로필렌 글리콜; 부탄 디올, 즉, 1,3- 및 1,4-부탄 디올; 디에틸렌 글리콜, 2,2-디메틸-1,3-프로판 디올, 2-에틸, 2-메틸, 1,3-프로판 디올, 1,3- 및 1,5-펜탄 디올, 디프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,5-펜탄 디올, 1,6-헥산 디올, 1,4- 사이클로헥산 디메탄올 및 특히 그것의 시스-(cis-) 및 트랜스-아이소머(trans-isomers), 트리에틸렌 글리콜, 1,10-데칸 디올, 및 앞서 기재된 임의의 것의 혼합물을 포함한다. 특히 디메탄올 바이사이클로 옥탄, 디메탄올 데칼린, 지환식 디올 또는 그들의 화학적 등가물(equivalents)이 바람직하고, 특히 1,4-사이클로헥산 디메탄올 또는 그것의 화학적 등가물이 바람직하다. 만약 1,4-사이클로헥산 디메탄올이 디올 성분으로서 사용된다면, 일반적으로 약 1:4 내지 약 4:1의 몰비율인 시스- 대 트랜스-아이소머의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 범위에서, 약 1:3 의 시스- 대 트랜스-아이소머의 몰비율을 사용하는 것이 바람직하다.

지환식 폴리에스테르 폴리머의 제조에 유용한 디액시드는 각각이 포화된 고리에서 포화된 탄소에 부착되는 두 개의 카르복실기를 갖는 카르복실산을 포함하는 지방족 디액시드이다. 지환식 산의 적절한 예시는 노보넨(norbornene) 디카르복실산, 바이사이클로 옥탄 디카르복실산을 포함한다. 바람직한 지환식 디액시드는 1,4-사이클로헥산디카르복실산 및 트랜스-1,4-사이클로헥산디카르복실산 이다. 선형 지방족 디액시드는 또한 폴리에스테르가 지환식 고리를 갖는 하나 이상의 모노머를 가졌을 때 유용하다. 설명에 도움이 되는 선형 지방족 디액시드의 예시는 숙신산, 아디핀산, 디메틸 숙신산, 및 아젤라산이다. 디액시드 및 디올의 혼합물은 또한 지환식 폴리에스테르를 만드는데 사용될 수 있다.

사이클로헥산디카르복실산 및 그들의 화학적 등가물은, 예를 들어, 물 또는 아세트산과 같은 적절한 용매에서, 상온에서(room temperature), 대기압상태에서(atmospheric pressure), 탄소 또는 알루미나의 적절한 담체에 의해 지지되는 로듐과 같은 적절한 촉매를 사용하여 사이클로아로마틱 디액시드 및 이소프탈산, 테레프탈산 또는 나프탈레닉산과 같은 상응하는 유도체들의 수소화 반응을 통해 제조될 수 있다. 그들은 또한 비활성 액체 매질(inert liquid medium)의 사용으로 인해 제조될 수 있으며, 산은 적어도 반응 조건에서는 부분적으로 가용성이고 탄소 또는 실리카에서 팔라듐 또는 루테늄의 촉매가 사용된다.

전형적으로, 수소화반응 중에, 두 개 이상의 아이소머가 얻어지고 상기 카르복실산 그룹은 시스- 또는 트랜스-위치 어느 하나로 있을 수 있다. 시스- 및 트랜스-아이소머들은, 예를 들어, n-헵탄과 같은 용매가 있거나 또는 없는 상태에서의 결정화 또는 증류에 의해서 분리될 수 있다. 시스-아이소머가 더 잘 섞이는 경향이 있는 반면, 트랜스-아이소머는 더 높은 용해 및 결정화 온도를 가지며 일반적으로 바람직하다. 시스- 및 트랜스-아이소머의 혼합물 또한 사용될 수 있고, 이러한 혼합물이 사용되는 것이 바람직하며, 바람직하게는 시스- 및 트랜스-아이소머 혼합물의 총 중량을 기준으로 트랜스-아이소머는 적어도 약 75 wt%를 포함하게 되고 시스-아이소머는 그 나머지를 포함하게 될 것이다. 하나의 디액시드 보다 많은 것 또는 아이소머의 혼합물이 사용되었을 때, 코폴리에스테르 또는 두 개의 폴리에스테르의 혼합물은 지환식 폴리에스테르 수지로서 사용될 수 있다.

에스테르를 포함하는 이러한 디액시드의 화학적 등가물은 또한 지환식 폴리에스테르의 제조에서 사용될 수 있다. 디액시드의 화학적 등가물의 적절한 예시들은 예를 들어, 디알킬 에스테르, 디아릴 에스테르, 안하이드라이드, 액시드 클로라이드, 액시드 브로마이드 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 알킬 에스테르 또는 앞서 기재된 하나 이상의 화학적 등가물을 포함하는 조합물이다. 바람직한 화학적 등가물은 지환식 디액시드의 디알킬 에스테르를 포함하고 가장 바람직한 화학적 등가물은 산(acid)의 디메틸 에스테르, 특히 디메틸-트랜스-1,4-사이클로헥산디카르복실레이트를 포함한다.

디메틸-1,4-사이클로헥산디카르복실레이트는 시스- 및 트랜스-위치에서 카르복실산 그룹을 갖는 두 개의 아이소머가 얻어질 수 있는 디메틸테레프탈레이트의 고리 수소화 반응에 의해서 얻어질 수 있다. 아이소머는 분리될 수 있고, 트랜스-아이소머가 특히 바람직하다. 아이소머의 혼합물은 또한 상기에 기재된 것으로서 사용될 수 있다.

폴리에스테르 폴리머는 일반적으로 화학식(VIII)의 구조 단위(recurring units)을 갖고 디액시드 또는 디액시드 화학적 동등물 성분과 디올 또는 디올 화학적 동등물 성분과 같은 폴리머 전구체의 에스테르 교환 중합반응(ester interchange polymerization) 또는 축합반응을 통해서 얻어진다:

(VIII)

상기 R³는 2내지 12개의 탄소 원자를 포함하는 알킬 또는 사이클로알킬 라디칼을 나타내고 이는 2내지 12개의 탄소 원자를 포함하는 직쇄, 분지쇄, 또는 지환식 알칸 디올의 잔기 또는 그들의 화학적 등가물이며; R⁴는 적어도 하나의 R³ 또는 R⁴가 사이클로알킬 그룹이라는 단서를 달고, 디액시드로부터 유래된 탈카르복실화 잔기(decarboxylated residue)인 알킬 또는 지환식 라디칼이다.

바람직한 지환식 폴리에스테르는 화학식 (IX)의 구조단위를 갖는 폴리(1,4-사이클로헥산-디메한올-1,4-사이클로헥산이카르복실레이트)이다

(IX)

상기 화학식(VIII)에서, R³는 사이클로헥산 고리이고, 상기 R⁴는 사이클로헥산디카르복실레이트 또는 그들의 화학적 등가물로부터 유래된 사이클로헥산 고리이고 시스- 또는 트랜스-아이소머 또는 그들의 시스- 및 트랜스- 아이소머의 혼합물로부터 선택된 것이다. 지환식 폴리에스테르 폴리머는 일반적으로 최종 생성물의 총 중량을 기준으로 전형적으로 약 50 내지 400ppm의 적절한 양의 티타늄과 테트라(2-에틸 헥실)티타네이트와 같은 적절한 촉매의 존재 하에서 만들어질 수 있다. 폴리(1,4-사이클로헥산디메탄올-1,4-사이클로헥산디카르복실레이트)는 일반적으로 폴리카보네이트와 함께 적절한 블렌드를 형성한다. 방향족 폴리에스테르 또는 폴리아릴레이트는 또한 전도성 조성물에서 사용될 수 있다.

바람직하게, 코폴리에스테르카르보네이트 또는 폴리에스테르의 수평균 분자량은 약 3,000 내지 약 1,000,000 g/몰 이다. 이러한 범위 내에서, 바람직하게는 약 10,000이상, 더 바람직하게는 약 20,000이상, 더욱 바람직하게는 약 25,000 g/몰이상의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 또한 바람직한 것은 약 100,000이하의 수평균 분자량, 더 바람직하게는 75,000 이하, 더욱 바람직하게는 50,000이하, 가장 바람직하게는 35,000 g/몰이다.

다른 구현예에서, 유기 폴리머는 폴리스티렌을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "폴리스티렌"이라는 용어는 벌크(bulk), 서스펜션(suspension) 및 에멀젼(emulsion) 중합 반응(polymerization)에 의해서 제조된 폴리머로서, 화학식(X)의 모노머로부터 유래된 구조 유닛을 갖는 폴리머 전구체를 적어도 25%의 중량으로 포함하는 것을 포함한다:

(X)

상기 R⁵는 수소, 저급 알킬 또는 할로겐이고; Z¹은 비닐, 할로겐 또는 저급 알킬이고; p는 0내지 약 5이다. 이러한 유기 폴리머는 고무가 폴리부타디엔 또는 약 98 내지 약 70 wt% 스티렌 및 약 2 내지 약 30wt% 디에 모노머의 고무질 코폴리머(rubbery copolymer)인 것으로서 블렌드 및 그라프트를 포함하는 고무-변형 폴리스티렌(rubber-modified polystyrenes), 아크릴로니트릴, 부타디엔, 알파-메틸스티렌, 에틸비닐벤젠, 디비닐벤젠 및 말레익 안하이드라이드로 설명되는 하나 이상의 모노머를 갖는 스티렌의 랜덤 코폴리머, 비닐톨루엔, 클로로스티렌 및 스티렌의 호모폴리머를 포함한다. 폴리스티렌은 모든 비율에 있어서 폴리페닐렌 에테르에 혼합되며, 이러한 임의의 블렌드는 폴리머의 총중량을 기준으로 약 5 내지 약 95wt%, 가장 자주로는 약 25 내지 약 75wt%의 양으로 폴리스티렌을 포함한다.

또 다른 구현예에서, 폴리이미드는 전도성 조성물에서 유기 폴리머로서 사용될 수 있다. 유용한 열가소성 폴리이미드는 일반식(XI)를 갖는다

(XI)

상기 a는 약 10 이상, 더 바람직하게는 약 1000이상 이고; V는 링커가 합성 또는 폴리이미드의 사용을 지연시키지 않는 한, 제한이 없는 4가 링커(tetravalent linker)이다. 적절한 링커는 (a) 약 5 내지 약 50개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 포화된, 불포화된 또는 방향족 모노사이클릭 및 폴리사이클릭 그룹, (b) 1 내지 약 30개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비치환된, 선형 또는 분지된, 포화 또는 불포화된 알킬 그룹; 또는 그들의 조합물을 포함한다. 적절한 치환체(substitutions) 및/또는 링커들은 에테르, 에폭사이드, 아마이드, 에스테르 및 그들의 조합물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 바람직한 링커는 하기와 같은 화학식 (XII)의 4가 방향족 라디칼을 포함하나 이에 제한되지는 않는다

(XII)

상기 W는 화학식 -O-Z-O-의 그룹, 또는 퍼플루오로알킬렌 그룹을 포함하는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO₂ _-, -SO-, -C_yH_2y- (y 는 1내지 5 사이의 정수), 및 그들의 할로겐화된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 2가 모이에티(divalent moiety)이며 상기 -O- 또는 -O-Z-O- 그룹의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있는 것이고, Z는 화학식(XIII)의 2가 라디칼을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

(XIII)

화학식 (XI)에서 R은 (a) 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족 하이드로카본 라디칼 및 그들의 할로겐화된 유도체; (b) 약 2 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌 라디칼; (c) 약 3 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬렌 라디칼, 또는 (d) 일반식 (XIV)의 2가 라디칼과 같은 치환된 또는 비치환된 2가 유기 라디칼을 포함한다

(XIV)

상기 Q는 퍼플루오로알킬렌 그룹을 포함하는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO₂ _-, -SO-, -C_yH_2y- (y 는 1내지 5 사이의 정수), 및 그들의 할로겐화된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 2가 모이에티를 포함한다.

전도성 조성물에서 사용될 수 있는 바람직한 폴리이미드의 클래스는 폴리아미드이미드 및 폴리에테르이미드를 포함할 수 있으며, 특히 이러한 폴리에테르이미드들은 용융 가공가능한(melt processable)것이다.

바람직한 폴리에테르이미드 폴리머는 하나 이상, 바람직 하게는 약 10 내지 약 1000 또는 그 이상, 더 바람직하게는 약 10 내지 약 500 개의 화학식(XV)의 구조 유닛을 포함한다

(XV)

상기 T는 -O- 또는 화학식 -O-Z-O- 의 그룹이고 상기 -O- 또는 -O-Z-O- 그룹의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있는 것이며, 상기 Z는 위에 정의된 화학식 (XIII)의 2가 라디칼을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

일 구현예에서, 폴리에테르이미드는 상기에 기재된 에테르이미드 유닛 뿐 아니라, 화학식 (XVI)의 폴리이미드 구조 유닛을 더 포함하는 코폴리머 일 수 있다

(XVI)

상기 R은 이전에 화학식(XI)로 정의된 것이고 M은 화학식(XVII)의 라디칼을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

(XVII)

폴리에테르이미드는 화학식 (XIX)의 유기 디아민을 갖는 화학식 (XVIII)의 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)의 반응을 포함하는 임의의 방법에 의해서 제조될 수 있다

(XVIII)

H₂N-R-NH₂ (XIX)

상기 T 및 R은 상기에서 기재된 화학식 (XI) 및 (XIV)로서 정의된다.

화학식 (XVIII)의 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)들의 설명에 도움이 되는 예시는 2,2-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 설파이드 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)벤조피논 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드라이드; 2,2-비스[4-(2,3-디카르복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 설파이드 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)벤조피논 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐-2,2-프로판 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 설파이드 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)벤조피논 디안하이드라이드 및 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 설폰 디안하이드라이드에 더하여 그들의 다양한 혼합물을 포함한다.

비스(에테르 안하이드라이드)들은 디폴라(dipolar), 아프로틱(aprotic) 용매의 존재 하에서 디하이드릭 페놀 화합물의 금속 염을 갖는 니트로 치환된 페닐 디니트릴(dinitrile)의 반응 생성물의 가수분해(hydrolysis), 그 뒤를 이은 탈수 반응(dehydration)에 의해서 제조될 수 있다. 상기의 화학식(XVIII)에 포함되는 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)들의 바람직한 클래스는 상기 T가 화학식 (XX)이고 에테르 링키지(linkages)가 예를 들어, 바람직하게 3,3', 3,4', 4,3', 또는 4,4' 위치에 있는 화합물 및 그들의 혼합물을 포함하나 이에 제한되지는 않으며, 상기 Q는 상기에 정의되었다.

(XX)

임의의 디아미노 화합물은 폴리이미드 및/또는 폴리에테르이미드의 제조에 사용될 수 있다. 적절한 화합물의 예시는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 트리메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 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) 설파이드, 1,4-사이클로헥산 디아민, 비스-(4-아미노사이클로헥실)메탄, m-페닐렌 디아민, p-페닐렌 디아민, 2,4-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, m-크실릴렌(xylylene)디아민, p-크실릴렌(xylylene)디아민, 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-이소프로필벤젠, 비스(4-아미노페닐) 설파이드, 비스 (4-아미노페닐) 설폰, 비스 (4-아미노페닐) 에테르 및 1,3-비스 (3-아미노프로필) 테트라메틸디실록세인이다. 이러한 화합물의 혼합물 또한 존재할 수 있다. 바람직한 디아미노 화합물은 방향족 디아민, 특히 m- 및 p-페닐렌 디아민 및 그들의 혼합물이다.

예시적인 구현예에서, 폴리에테르이미드 수지는 화학식(XV)에 따른 구조 유닛을 포함하며 상기 각 R은 독립적으로 p-페닐렌 또는 m-페닐렌 또는 그들의 혼합물이며 T는 화학식(XXI)의 2가 라디칼이다

(XXI).

일반적으로, 반응은 약 100℃ 내지 약 250℃의 온도에서, 화학식(XIX)의 디아민 및 화학식(XVIII)의 안하이드라이드 간의 반응을 가져오기(effect) 위해 o-디클로로벤젠, m-크레졸/톨루엔, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 용매를 적용하는 것으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 폴리에테르이미드는 젓는 것과 동시에 시작 물질의 혼합물의 온도를 높이기 위해 가열하는 것에 의한 화학식(XVIII)의 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)들 및 화학식(XIX)의 디아민들의 용융 중합 반응(melt polymerization)에 의해서 제조될 수 있다. 일반적으로 용융 중합 반응은 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도를 사용한다. 연쇄 정지제(Chain stoppers) 및 분지화제는 또한 반응에서 사용될 수 있다. 폴리에테르이미드/폴리이미드 코폴리머가 사용되었을 때, 피로멜리틱 안하이드라이드(pyromellitic anhydride)와 같은 디안하이드라이드가 비스(에테르 안하이드라이드)를 갖는 조합물에서 사용된다. 폴리에테르이미드 폴리머는 선택적으로 디아민이 반응 혼합물에 약 0.2 이하의 몰 초과(molar excess), 바람직하게는 약 0.2 미만의 몰 초과로 존재하는 유기 디아민을 갖는 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)의 반응을 통해서 제조될 수 있다. 이러한 조건에서 폴리에테르이미드 수지는 빙초산에서(glacial acetic acid) 33 중량 퍼센트(wt%)의 브롬화수소산의 용액을 갖는 클로로포름 용액으로의 적정(titration)에서 나타나듯이, 약 그람 당 15 마이크로당량(microequivalents) (μeq/g) 미만의 산 적정 그룹(acid titratable groups), 바람직하게는 약 10 μeq/g 미만의 산 적정 그룹을 갖는다. 산-적정 그룹들은 본질적으로 폴리에테르이미드 수지에 있는 아민 말단-그룹(amine end-groups)에 기인한다.

일반적으로, 유용한 폴리에테르이미드들은 미국재료시험협회(American Society for Testing Materials, ASTM) D1238으로 295℃에서, 6.6 킬로그람(kg)중량을 사용하여 측정한 것으로서, 1분당 약 0.1 내지 약 10 그람(g/min)의 용융 지수(melt index)를 갖는다. 바람직한 구현에서, 폴리에테르이미드 수지는 폴리스티렌 표준(polystyrene standard)을 사용한 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정된 것으로서, 몰 당 약 10,000 내지 약 150,000 그람(g/몰)의 중량 평균 분자량을 갖는다. 이러한 폴리에테르이미드 폴리머는 전형적으로 25℃에서 m-크레졸에서 측정된 그람 당 약 0.2 데시리터 초과, 바람직 하게는 약 0.35 내지 약 0.7 dl/g의 고유 점도를 갖는다.

또 다른 구현예에서, 폴리아미드는 전도성 조성물에서 유기 폴리머로서 사용될 수 있다. 폴리아미드는 일반적으로 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 유기 락탐(lactams)의 중합 반응으로부터 유래된다. 바람직한 락탐은 화학식 (XXII)에 의해 나타내지고

(XXII)

상기 n은 약 3 내지 약 11이다. 매우 바람직한 락탐은 5와 같은 n을 가지는엡실론-카프로락탐이다.

폴리아미드는 또한 4 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 아미노산으로부터 합성될 수 있다. 바람직한 아미노산은 화학식(XXIII)에 의해 나타내지고

(XXIII)

상기 n 은 약 3 내지 약 11이다. 매우 바람직한 아미노산은 5와 같은 n을 가지는 엡실론-아미노카프산이다.

폴리아미드는 또한 2 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디아민 및 4 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디카르복실산으로부터 중합될 수 있다. 적절하고 바람직한 지방족 디카르복실산은 폴리에스테르의 합성에 대한 상기 기재된 것들과 동일한 것이다. 바람직한 지방족 디아민은 화학식 (XXIV)에 의해 나타내지고

(XXIV)

상기 n은 약 2 내지 약 12이다. 매우 바람직한 지방족 디아민은 헥사메틸렌디아민(H₂N(CH₂)₆NH₂)이다. 디카르복실산 대 디아민의 몰 비율은 약 0.66 대 약 1.5인 것이 바람직하다. 이러한 범위 내에서 약 0.81 이상의 몰 비율, 바람직 하게는 약 0.96 이상의 몰 비율을 가지는 것은 일반적으로 바람직하다. 또한 이러한 범위 내에서 약 1.22 이하, 바람직하게는 약 1.04 이하인 것이 바람직하다. 바람직한 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 4,6, 나일론 6,12, 나일론 10, 또는 그 밖의 유사한 것들, 또는 상기 하나 이상의 나일론을 포함하는 조합물이다.

폴리아미드에스테르의 합성은 또한 4 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 락톤 및 4 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 락탐으로부터 달성될 수 있다. 지방족 락톤은 폴리에스테르 합성에 대해 상기에서 기재된 것들과 동일하며, 지방족 락탐은 폴리아미드의 합성에 대해 상기에서 기재된 것들과 동일하다. 지방족 락톤 대 지방족 락탐의 비율은 락톤과 락탐의 상대적 반응성 뿐 아니라, 최종 코폴리머의 원하는 조성물에 따라서 폭넓게 변화할 수 있다. 지방족 락탐 대 지방족 락톤의 현재 바람직한 최초 몰 비율은 약 0.5 대 약 4이다. 이 범위 내에서 약 1이상의 몰 비율이 바람직하다. 또한 약 2 이상의 몰 비율도 바람직하다.

전도성 전구체 조성물은 촉매 또는 개시제(initiator)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 상응하는 열 중합반응에 적절한 임의의 공지된 촉매 또는 개시제가 사용될 수 있다. 대안적으로, 중합 반응은 촉매 또는 개시제 없이도 수행될 수 있다. 예를 들어, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디아민으로부터의 폴리아미드의 합성에서는, 촉매가 필요하지 않다.

락탐으로부터 폴리아미드의 합성을 위해, 적절한 촉매는 합성에서 사용되는 고리-열림(가수분해) 락탐(ring-opened (hydrolyzed) lactam)에 상응하는 오메가-아미노산 및 물을 포함한다. 다른 적절한 촉매는 금속 알루미늄 알킬레이트(metallic aluminum alkylates) (MAl(OR)₃H; 상기 M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, R은 C₁-C₁₂ 알킬이다), 소디움 디하이드로비스(2-메톡시에톡시)알루미네이트, 리튬 디하이드로비스(터트-부톡시)알루미네이트, 알루미늄 알킬레이트(Al(OR)₂R; 상기 R은 C₁-C₁₂ 알킬이다), N-소디움 카프로락탐, 엡실론-카프로락탐 (MgXC₆H₁₀NO, X=Br 또는 Cl)의 마그네슘 클로라이드 또는 브로마이드 염, 디알콕시 알루미늄 하이드라이드를 포함한다. 적절한 개시제는 이소프탈로이비스카프로락탐(isophthaloybiscaprolactam), N-아세탈카프로락탐, 이소시아네이트 엡실론-카프로락탐 어덕트(adducts), 알코올(ROH; 상기 R은 C₁-C₁₂ 알킬이다), 디올(HO-R-OH; 상기 R 은 R 은 C₁-C₁₂ 알킬렌이다), 오메가-아미노카프로산, 및 소디움 메톡사이드를 포함한다.

폴리아미드는 또한 PA4.T, PA6.T, 또는 PA9.T 폴리아미드와 같은 세미-방향족(semi-aromatic) 폴리아미드 일 수 있다. 본 명세서에서 사용된, "세미-방향족 폴리아미드"는 방향족 디카르복시산, 방향족 디아민, 또는 방향족 아미노카르복시산으로부터 유래된 방향족 또는 세미-방향족 유닛을 포함하는 폴리아미드 호모- 또는 코폴리머인 것으로 이해되고, 상기 유닛들의 함량은 적어도 50 몰%이다. 몇몇 케이스들에서 이러한 세미-방향족 폴리아미드는 더 좋은 가공성(processability)을 위해 작은 양의 지방족 폴리아미드와 배합된다. 그들은, 예를 들어, 상표명 Zytel HTN의 듀폰(DuPont, Wilmington, DE, USA); 상표명 아모델(Amodel)의 솔베이 어드밴스드 폴리머즈(Solvay Advanced Polymers); 또는 상표명 스타닐 포 티이(Stanyl For Tii)의 디에스엠(DSM, Sittard, The Netherlands)으로부터 상업적으로 이용 가능하다.

락톤 및 락탐으로부터 폴리아미드에스테르의 합성을 위해, 적절한 촉매는 화학식 LiAl(H)_x(R¹)_y 를 가지는 리튬 알루미늄 하이드라이드 촉매와 같은 금속 하이드라이드 화합물로서, 상기 x는 약 1 내지 약 4이고, y는 약 0 내지 약 3 이고, x+y는 4와 같고, R¹은 C₁-C₁₂ 알킬 및 C₁-C₁₂ 알콕시로 이루어진 군에서 선택된 것인 화합물을 포함하고; 매우 바람직한 촉매는 R²는 C₁-C₈ 알킬로 이루어진 군에서 선택된 것인 LiAl(H)(OR²)₃를 포함하고; 특히 바람직한 촉매는 LiAl(H)(OC(CH₃)₃)₃이다. 다른 적절한 촉매 및 개시제는 폴리(엡실론-카프로락탐) 및 폴리(엡실론-카프로락톤)의 중합 반응에서 상기에 기재된 것들을 포함한다.

본 발명의 실험에서 사용된 고분자 폴리에스테르는 폴리머릭 디올(polymeric diol) 또는 테레프탈산 및/또는 이소프탈산의 글리콜 에스테르이다. 그들은 상업적으로 광범위하게 이용 가능하며, 예를 들어, 사빅 이노바티브 플라스틱스(SABIC Innovative Plastics, Pittsfield, Mass., USA)의 상표 VALOX.RTM의 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 수지, 굿이어 다이어 앤드 러버 컴퍼니(Goodyear Tire and Rubber Company, USA,)의 상표명 VITUF의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 및 PCT (폴리사이클로헥실테레프탈레이트)가 있으며, 고-온도 폴리에스테르(high-temperature polyester)는 이스트먼 케미컬 코.( Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, USA ) 및 듀폰(DuPont, Wilmington, DE, USA )으로부터 상업적으로 이용 가능하다. 그렇지 않으면 그들은 글리콜과 이소프탈산 및/또는 프탈산의 에스테르의 알코올 분해반응 및 그 다음의 중합 반응에 의한 것, 유리산(free acids) 또는 그들의 할로겐화물 유도체를 갖는 글리콜을 가열하는 것, 및 비슷한 과정과 같은 공지된 기술로부터 손쉽게 제조될 수 있다. 이러한 것은 U.S. Pat. Nos. 2,465,319 및 3,047,539, 및 다른 곳에 기재되어 있다.

폴리에스테르의 글리콜 부분이 2 내지 10개의 원자를 포함할 수 있다 하더라도, 선형 메틸렌 사슬의 형성에서는 2 내지 4 개의 탄소 원자를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 폴리에스테르는 일반식 (XXV)의 반복 단위(repeating units)를 갖는 고분자 폴리머릭 글리콜 테레프탈레이트 또는 이소프탈레이트:

(XXV)

(상기 n은 2 내지 4의 정수이다), 이소프탈릭 유닛 30 몰 퍼센트 이하의 이소프탈산 및 테레프탈산의 코폴리에스테르를 포함하는 이러한 에스테르의 혼합물로 구성된 패밀리 일 것이다.

특히 바람직한 폴리에스테르는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)이다. 후자에 의해서 더 특별히 언급되는데 그 이유는 종종 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)에서는 필수적인, 증핵제(nucleating agents) 또는 긴 사이클(long cycles)의 필요 없이 사출 성형(injection molding)을 위해 사용될 수 있는 좋은 비율에서 결정화 하기 때문이다.

예시적으로, 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)와 같은 고분자 폴리에스테르는 30도씨의 60:40 페놀 테트라클로로에탄 혼합물에서 측정한 것으로서 약 0.7 데시리터/그람 이상 및, 바람직하게는, 0.8 데시리터/그람 이상의 고유 점도를 가질 것이다. 약 1.0 데시리터/그람 이상의 고유점도에서, 본 조성물의 강인성(toughness)의 향상(enhancement)이 추가적으로 존재한다.

본 조성물에 유용한 코폴리에스테르는 바람직하게는 테레프탈산, 이소프탈산, 또는 그들의 반응성 유도체, 또는 앞서 기재한 것의 임의의 조합물, 및 직쇄 또는 분지쇄 사슬 지방족 및/또는 사이클로지방족 글리콜일 수 있는 글리콜로부터 제조된다. 예시적으로, 글리콜은 에틸렌 글리콜; 1,4-부탄디올; 1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 1,9-노난디올; 1,10-데칸디올; 네오펜틸 글리콜; 1,4-사이클로헥산디올; 1,4-사이클로헥산 디메탄올; 앞서 기재된 임의의 것의 혼합물, 또는 그 밖의 유사한 것들일 것이다. 게다가, 코폴리에스테르의 산 성분에 대해 유용한 다른 디카르복시산은, 제한 없이, 화학식(XXVI)의 화합물 및, 나프탈렌 디카르복시산과 같은 방향족 디카르복시산을 포함한다

(XXVI)

상기 X는 1 내지 4개의 탄소 원자의 알킬리덴 또는 알킬렌, 카르보닐기, 설포닐기, 산소 또는 벤젠 고리 사이의 결합, 기타 같은 종류의 것, 및 수베르산, 세바스산, 아젤라산, 아디프산 및 기타 같은 종류의 것을 포함하는 사슬에서 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디카르복시산일 수 있다.

상기의 코폴리에스테르는 표준 절차(standard procedures)에 따른 에스테르 교환반응(ester interchange)에 의해서 제조될 수 있다. 이러한 코폴리에스테르는 바람직하게는 50% 이상의 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 유닛으로부터 유도될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 조성물에 유용한 것은 (i) 저분자량이 바람직한, 말단적-반응성(terminally-reactive)폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트), 및 (ii)상기에서 기재된 것으로서, 말단적-반응성 코폴리에스테르, 또는 (iii) 말단적-반응성 지방족 폴리에스테르, 또는 그들의 임의의 조합물의 블록으로부터 유래된 블록 코폴리머이다. 말단기들은 하이드록실기, 카르복실기, 카보알콕시기, 및 그들의 반응성 유도체를 포함하는 기타 같은 종류의 것을 포함할 수 있다.

일반적으로, 이러한 블록 코폴리머는 아연 아세테이트, 망간 아세테이트, 티타늄 에스테르 및 기타 같은 종류의 것과 같은 에스테르 교환반응을 위한 촉매의 존재 하에서 앞서 언급된 말단적-반응성 유닛의 반응에 의해서 제조될 수 있다. 초기 혼합(initial mixing) 후에 중합반응은 사슬 부분(chain segments)의 분배의 관점에서 최소 랜덤화(minimum randomization)의 블록 코폴리머를 형성하기 위해, 예를 들어, 220 내지 280 도씨., 예를 들어 0.1 내지 2 mm Hg의 고진공(high vacuum)표준 조건에서 수행된다. 이러한 블록 코폴리에스테르는 지금은 포기된 것으로서 본 명세서에 인용 문헌으로 통합되어진, 1976년 12월 20일에 출원된 U.S. 특허 출원 Ser. No. 752,325에 기재되어 있다.

바람직하게, 코폴리에스테르 유닛 (ii)은 지방족 글리콜 및 방향족 대 지방족 산의 몰 비율 농도가 1 대 9 내지 약 9 대1인, 특히 바람직한 범위는 약 3 대 7 내지 약 7 대 3인 방향족 및 지방족 2염기 산의 혼합물로부터 유래된다.

또한, 말단적-반응성 지방족 폴리에스테르 유닛 (iii)은, 하이드록시-함유 말단 그룹이 바람직함에도 불구하고, 지방족 디올 및 지방족 디카르복시산의 실질적으로 화학량적인(substantially stoichiometric) 양을 포함할 것이다.

게다가, 잘 알려진 절차에 의한 형성의 그들의 용이성을 위해, 방향족/지방족 코폴리에스테르 (ii) 및 지방족 폴리에스테르 (iii) 둘 다는 상업적으로 이용될 수 있다. 이러한 물질을 위한 하나의 소스는 그 화합물을 "루코플렉스(Rucoflex)"로서 지정하는 루코 디비전/후커 케이컬 컴퍼니(Ruco Division/Hooker Chemical Company, Hicksville, N.Y.)이다.

일반적으로, 본 발명에 유용한 블록 코폴리에스테르는 바람직하게는 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)의 부분의 95 내지 50 중량부를 포함한다. 이러한 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 블록은, 블록 코폴리에스테르 안으로의 통합 전에, 30 도씨.에서 페놀 테트라클로로에탄(tetrachlorethane)의 60:40 혼합물에서 측정한 것으로서, 바람직하게는 0.1 dl/g. 초과, 더 바람직 하게는, 0.1 내지 0.5 dl/g.의 고유 점도를 갖는다. 나머지, 블록 코폴리에스테르의 50 내지 5 중량부는 상기의 코폴리에스테르 (ii) 및 지방족 폴리에스테르 (iii)의 블록을 포함할 것이다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 것과 같이, 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 블록은, 예를 들어, 3개 이상의 에스테르-형성 그룹을 포함하는 분지화 성분의 사용에 의한 것과 같은 직쇄 사슬 또는 분지쇄 사슬 일 수 있다. 이것은, 예를 들어, 펜타에리트리톨, 트리메틸올프로판(trimethylolpropane), 및 기타 같은 종류의 것과 같은 폴리올, 또는 예를 들어 트리메틸 트리메시테이트, 및 기타 같은 종류의 것과 같은 다염기산 화합물(polybasic acid compound)일 수 있다. 분지화된 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 수지 및 그들의 제조는 본 명세서에 인용 문헌으로 통합된 보먼(Borman), U.S. Pat. No. 3,953,404에 기재되어 있다.

하나 이상의 낮은 열전도성 충전제가 사용될 수 있다. 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 10 내지 30 W/mK의 고유 열 전도도를 가지며, 일 측면에서, 10⁵ 옴.cm 이상의 저항률을 갖는다. 낮은 열 전도성 충전제의 예시들은 ZnS(황화 아연), CaO (산화 칼슘), MgO (산화 마그네슘), ZnO (산화 아연), 또는 TiO₂ (이산화 티타늄), 또는 그들의 조합물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

하나 이상의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제가 사용될 수 있다. 높은 열 전도성 충전제는 50 W/mK 이상의 고유 열전도도를 가지며, 일 측면에서, 10⁵ 옴.cm 이상의 저항률을 갖는다. 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 예시들은 AlN (질화 알루미늄), BN (질화 붕소), MgSiN₂ (질화 실리콘 마그네슘), SiC (탄화 규소), 세라믹-코팅된 그래파이트(Ceramic-coated graphite), 또는 그들의 조합물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

하나 이상의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제가 사용될 수 있다. 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 50 W/mK이상의 고유 열 전도도를 가지며, 일 측면에서, 1 옴.cm 이하의 저항률을 갖는다. 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 예시들은 그래파이트, 팽창 그래파이트(Expanded graphite), 그라핀(Graphene), 탄소 섬유, 탄소 나노튜브(CNT), 또는 그래파이트화 탄소 블랙(Graphitized carbon black), 또는 그들의 조합물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

다른 측면에서, 열가소성 폴리머는 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리페닐렌 설파이드, 폴리프로필렌, 코폴리머에 기반한 에틸렌 및 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 또는 그들의 조합물을 포함하고; 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 ZnS, TiO₂, MgO, ZnO, 또는 그들의 조합물을 포함하고; 높은 열 전도성, 전기 절연성 충진제는 AlN, BN, SiC, 또는 그들의 조합물을 포함하고; 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 그래파이트, 팽창 그래파이트, 또는 그들의 조합물을 포함한다.

일 측면에서, 열 가소성 폴리머는 전체 폴리머 조성물의 35 내지 80 부피%( volume %)의 양으로 존재한다. 다른 측면에서, 열 가소성 폴리머는 45 내지 70 부피%, 또는 55 내지 65 부피%이다. 일 측면에서, 충전제의 조합물은 20 내지 65 부피%로 존재한다. 전형적으로, 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 5-45 볼륨%, 다른 측면에서는 20 내지 40 볼륨%의 양으로 존재한다. 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 전형적으로 2-15 볼륨%, 다른 측면에서는 5-10 볼륨%의 양으로 존재한다. 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 전형적으로 2-15 볼륨%, 다른 측면에서는 10 내지 15 볼륨%의 양으로 존재한다.

낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 고유 열전도도는 10 내지 30 W/mK이다. 다른 측면에서 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 고유 열 전도도는 15 내지 30 W/mK 또는 15 내지 20 W/mK이다. 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 고유 열 전도도는 50 W/mK 이상이다. 다른 측면에서, 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 고유 열 전도도는 100 W/mK 이상이거나 또는 150 W/mK 이상 이다. 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제의 고유 열 전도도는 50 W/mK 이상이다. 다른 측면에서 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제의 고유 열 전도도는 100 W/mK 이상 또는 150 W/mK이상 이다.

본 발명에서 사용된 그래파이트는 합성적으로 생산되거나 자연적으로 생산될 수 있고, 또는 1 마이크론 보다 작은 두께를 갖는 팽창 그래파이트 또는 팽창할 수 있는 그래파이트일 수 있다. 일 측면에서, 그래파이트는 자연적으로 생산될 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 것으로서 자연적으로 생산된 그래파이트에는 세 종류가 있다. 이들은 편상 그래파이트(flake graphite), 토상 그래파이트(amorphous graphite) 및 크리스탈 인상 그래파이트(crystal vein graphite)이다. 일 측면에서, 그래파이트는 편상 그래파이트이며, 상기 편상 그래파이트는 전형적으로 직경이 10 내지 800 마이크로미터 크기의 범위인 분리 편상(discrete flakes), 1-150 마이크로미터의 두께, 80-99.9% 탄소 범위의 순도로서 발견된다. 다른 측면에서 그래파이트는 구형이다.

본 발명에서 사용된 질화 붕소는 전형적으로 완전한 h-BN 또는 터보스트래틱 질화 붕소 (t-BN)일 수 있는 6각형의 질화 붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)이다. BN 입자는 큰 크기의 단일 BN 크리스탈 파우더, 작은 크기의 BN 입자들의 덩어리(agglomerate), 그들의 혼합물, 뭉쳐진 구형 파우더, 또는 BN 섬유일 수 있다.일 측면에서, BN 평균 입자 크기 또는 직경에서 D50은 1 내지 500 마이크로미터의 범위 일 수 있다. 다른 측면에서는, 이 범위 내에서, 질화 붕소 입자들은 약 3 이상, 또는 약 5 마이크로미터 이상의 크기를 가진다. 여기에 나타내진 입자 크기는 단일BN 입자 또는 그 임의의 평면에서 그것의 덩어리를 의미한다. 일 측면에서, BN은 94% 내지 99.8% 범위의 BN 순도를 가진다. 일 측면에서, 98%가 넘는 BN 순도 및 3 내지 50 마이크로미터 범위의 평균 크기를 갖는 큰 단일 크리스탈 크기의 편상 BN이 사용된다.

열가소성 폴리머 수지 및 충전제뿐만 아니라, 본 발명의 조성물은 이러한 타입의 수지 조성물에 일반적으로 포함되는 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제의 혼합물도 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 조성물을 형성하기 위한 성분의 혼합과정 중에 적절한 시간에 혼합될 수 있다. 하나 이상의 첨가제는 열가소성 조성물 및 그것으로부터 만들어진 임의의 성형 물품(molded article)에 하나 이상의 선택된 특성을 부여하기 위해 열가소성 조성물에 포함된다. 본 발명에 포함될 수 있는 첨가제의 예시들은 열 안정제(heat stabilizers), 가공 안정제(process stabilizers), 산화방지제(antioxidants), 광 안정제(light stabilizers), 가소제(plasticizers), 대전 방지제(antistatic agents), 이형제(mold releasing agents), UV 흡수제(UV absorbers), 윤활제(lubricants), 안료(pigments), 염료(dyes), 착색제(colorants), 유동 촉진제(flow promoters), 난연제(flame retardants), 또는 앞서 기재된 하나 이상의 첨가제의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

적절한 열 안정제는, 예를 들어, 트리페닐 포스파이트, 트리스-(2,6-디메틸페닐)포스파이트, 트리스-(믹스드 모노-앤드 디노닐페닐)포스파이트(tris-(mixed mono-and di-nonylphenyl)phosphate) 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 유기 포스파이트; 디메틸벤젠 포스포네이트 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스포네이트, 트리메틸 포스페이트, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스페이트, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 열 한정제를 포함하는 조합물을 포함한다. 열 안정제는 일반적으로 모든 충진제를 제외한, 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 0.5 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 산화방지제는, 예를 들어, 트리스(노닐 페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 유기포스파이트; 알킬화된 모노페놀 또는 폴리페놀; 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)] 메탄, 또는 그밖에 유사한 것과 같은 것으로서, 디엔을 갖는 폴리페놀의 알킬화된 반응 생산물; 파라-크레졸 또는 디사이클로펜타디엔의 부틸화된 반응 생산물; 알킬화된 하이드로퀴논; 수산화된 티오디페닐 에테르; 알킬리덴-비스페놀; 벤질 화합물; 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피온산의 에스테르; 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(5-터트-부틸-4-하이드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르; 디스테아릴티오프로피오네이트, 디라우릴티오프로피오네이트, 디트리데실티오프로피오네이트, 옥타데실-3-(3,5-디-터트-부틸-l-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 펜타에리스리틸 -테트라키스 [3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 티오알킬 또는 티오아릴 화합물의 에스테르; 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오닉산의 아미드 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 산화방지제를 포함하는 조합물을 포함한다. 산화방지제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.5 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 광 안정제는, 예를 들어, 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-하이드록시-5-터트-옥틸페닐)-벤조트리아졸 및 2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 벤조트리아졸 또는 앞서 기재된 하나 이상의 광 안정제를 포함하는 조합물을 포함한다. 광 안정제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 가소제는, 예를 들어, 디옥틸-4,5-에폭시-헥사하이드로프탈레이트, 트리스-(옥톡시카르보닐에틸)이소시아누레이트, 트리스테아린, 에폭시화된 콩기름(soybean oil) 또는 그 밖의 유사한 것들과 같은 프탈산 에스테르 또는 앞서 기재된 하나 이상의 가소제를 포함하는 조합물을 포함한다. 가소제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 3.0 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 대전 방지제는, 예를 들어, 글리세롤 모노스테아레이트(monostearate), 소디움 스테아릴 설포네이트, 소디움 도데실벤젠설포네이트, 폴레에테르 블록 아미드, 또는 앞서 기재된 대전 방지제의 조합물을 포함하며, 이들은 예를 들어, 상표명 이르가스탯(Irgastat)의 BASF; 상표명 PEBAX의 알케마(Arkema); 및 상표명 펠레스탯(Pelestat)의 산요 케미컬 인더스트리즈(Sanyo Chemical industries) 로부터 상업적으로 이용 가능하게 얻을 수 있다. 일 구현예에서, 탄소 섬유, 탄소 나노섬유, 탄소나노튜브, 탄소 블랙, 또는 앞서 기재된 것의 모든 조합은 조성물을 정전기적으로 소산성(electrostatically dissipative)으로 만드는 화학적 대전 방지제를 포함하는 폴리머릭 수지(polymeric resin)에서 사용될 수 있다.

적절한 이형제는, 예를 들어, 금속 스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 밀납(beeswax), 몬탄 왁스(montan wax), 파라핀 왁스, 또는 그 밖에 유사한 것들 또는 앞서 기재된 하나 이상의 이형제를 포함하는 조합물을 포함한다. 이형제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 UV 흡수제는, 예를 들어, 하이드록시벤조페논; 하이드록시벤조트리아졸; 하이드록시벤조트리아진; 시아노아크릴레이트; 옥사닐라이드(oxanilides); 벤족사지논(benzoxazinones); 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸)-페놀(CYASORB™ 5411); 2-하이드록시-4-n-옥틸옥시벤조페논 (CYASORB™ 531); 2-[4,6-비스(2,4-디메틸페닐)-1,3,5-트리아진-2-일]-5-(옥틸옥시)-페놀 (CYASORB™ 1164); 2,2'-(1,4-페닐렌phenylene)비스(4H-3,1-벤족사진-4-원) (CYASORB™ UV- 3638); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]-2,2-비스[[(2-시아노-3, 3-비페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판 (UVINUL™ 3030); 2,2'-(1,4-페닐렌) 비스(4H-3,1-벤족사진-4-원); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시oxy]-2,2-비스[[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판; 입자 크키가 100 나노미터 미만인 산화 티타늄, 산화 세륨 및 산화 아연과 같은 나노-크기 무기 물질; 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 UV 흡수제를 포함하는 조합물을 포함한다. UV 흡수제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 3.0 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 윤활제는 예를 들어, 메틸 스테아레이트 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 알킬 스테아릴 에스테르와 같은 지방산 에스테르; 폴리에틸렌 글리콜 폴리머, 폴리프로필렌 글리콜 폴리머, 및 그들의 코폴리머로서 예를 들어, 적절한 용매 안에서 메틸 스테아레이트 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 글리콜 코폴리머와 같은 것을 포함하는 친수성 및 소수성 계면활성제 및 메틸 스테아레이트의 혼합물; 또는 앞서 기재된 하나 이상의 윤활제를 포함하는 조합물을 포함한다. 윤활제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 안료는 예를 들어, 산화 아연, 이산화 티타늄, 산화 철 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 혼합된 금속 산화물(mixed metal oxides) 또는 금속 산화물과 같은 무기 안료; 황화 아연(zinc sulfides) 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 황화물(sulfides); 알루미네이트(aluminates); 소디움 설포-실리케이트; 설페이트(sulfates) 및 크로메이트(chromates); 아연 페라이트(zinc ferrites); 울트라마린 블루(ultramarine blue); 피그먼트 브라운 24(Pigment Brown 24); 피그먼트 레드 101; 피그먼트 옐로 119; 아조스(azos), 디-아조스, 퀴나크리돈(quinacridones), 페릴렌(perylenes); 나프탈렌 테트라카르복시산, 플라반트론(flavanthrones), 이소인돌리논, 테트라클로로이소인돌리논, 안트라퀴논(anthraquinones), 안탄트론(anthanthrones), 디옥사진(dioxazines), 프탈로시아닌(phthalocyanines), 및 아조 레이크(azo lakes)와 같은 유기 안료; 피그먼트 블루 60, 피그먼트 레드 112, 피그먼트 레드 149, 피그먼트 레드 177, 피그먼트 레드 179, 피그먼트 레드 202, 피그먼트 바이올렛 29, 피그먼트 블루 15, 피그먼트 그린 7, 피그먼트 옐로 147 및 피그먼트 옐로 150, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 안료를 포함하는 조합물을 포함한다. 안료는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 염료는, 예를 들어, 쿠마린 460(블루), 쿠마린 6(그린), 나일 레드(nile red) 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 유기 염료; 란탄족 복합체(lanthanide complexes); 하이드로카본 및 치환된 하이드로카본 염료; 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본; 신틸레이션 염료(scintillation)(바람직 하게는 옥사졸 및 옥사디아졸); 아릴- 또는 헤테로아릴-치환 폴리(2-8 올레핀); 카보시아닌 염료; 프탈로시아닌 염료 및 안료; 옥사진 염료; 카보스티릴(carbostyryl) 염료; 포르피린 염료; 아크리딘 염료; 안트라퀴논 염료; 아릴메탄 염료; 아조 염료; 디아조늄 염료; 니트로 염료; 퀴논 이민 염료; 테트라졸륨 염료; 티아졸 염료; 페릴렌 염료; 페리논(perinone) 염료; 비스-벤족사졸릴티오펜(BBOT); 및 크산텐 염료(xanthene dyes); 적외선 파장 근처를 흡수하고 가시광선 파장 근처를 발산하는 안티-스트로크 쉬프트 염료(anti- stokes shift dyes), 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 형광단(fluorophores); 5-아미노-9-디에틸이미노벤조(a)페녹사조니움 퍼클로레이트(5-amino-9-diethyliminobenzo(a)phenoxazonium perchlorate)와 같은 발광 염료(luminescent dyes); 7-아미노-4-메틸카보 스티릴; 7-아미노-4-메틸쿠마린; 3-(2'-벤지미다졸릴)-7-N,N-디에틸아미노쿠마린; 3-(2'-벤조티아졸릴)-7-디에틸아미노쿠마린; 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸; 2-(4-바이페닐)-6-페닐벤족사졸-1,3; 2,5-비스-(4-바이페닐릴)-1,3,4-옥사디아졸; 2,5-비스-(4-바이페닐릴)-옥사졸; 4,4'-비스-(2-부틸옥틸옥시)-p-쿼터페닐; p-비스(o-메틸스티릴)-벤젠; 5,9-디아미노벤조(a)페녹사조니움 퍼클로레이트; 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란; 1,1'-디에틸-2,2'-카보시아닌 아이오다이드; 3,3'-디에틸-4,4',5,5'-디벤조티아트리카보시아닌 아이오다이드; 7-디에틸아미노-4-메틸쿠마린; 7-디에틸아미노-4-트리플루오로메틸쿠마린; 2,2'-디메틸-p-쿼터페닐; 2,2-디메틸-p-터페닐; 7-에틸아미노-6-메틸-4-트리플루오로메틸쿠마린; 7-에틸아미노-4-트리플루오로메틸쿠마린; 나일 레드; 로다민 700; 옥사진 750; 로다민 800; IR 125; IR 144; IR 140; IR 132; IR 26; IR5; 디페닐헥사트리엔; 디페닐부타디엔; 테트라페닐부타디엔; 나프탈렌; 안트라센; 9,10-디페닐안트라센; 피렌(pyrene); 크리센(chrysene); 루부렌(rubrene); 코로넨(coronene); 페난트렌(phenanthrene) 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 염료를 포함하는 조합물을 포함한다. 염료는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 착색제는, 예를 들어 이산화 티타늄, 안트라퀴논, 페릴렌, 페리논, 인단트론, 퀴나크리돈, 크산텐, 옥사진, 옥사졸린, 티오크산텐, 인디고이드, 티오인디고이드, 나프탈리미드, 시아닌, 크산텐, 메틴(methines), 락톤, 쿠마린, 비스-벤조옥사졸릴티오펜(BBOT), 나프탈렌테트라카르복실릭 유도체, 모노아조 및 디스아조 안료, 트리아릴메탄, 아미노케톤, 비스(스티릴)바이페닐 유도체, 및 기타 같은 종류의 것 뿐 아니라, 앞서 기재된 하나 이상의 착색제를 포함하는 조합물을 포함한다. 조합물은 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부의 양으로 사용된다.

적절한 발포제(blowing agents)는 예를 들어, 저 비등 할로하이드로카본(low boiling halohydrocarbons) 및 이산화탄소를 발생시키는 것들; 상온에서는 고체이고 그들의 분해 온도(decomposition temperature) 보다 높게 온도가 가열되면, 질소, 이산화 탄소, 암모니아 기체와 같은, 아조다이카본아미드(azodicarbonamide), 아조다이카본아미드의 금속 염, 4,4' 옥시비스(벤젠설포닐하이드라지드), 소디움 바이카보네이트, 암모니움 카보네이트와 같은, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 기체를 발생시키는 발포제, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 발포제를 포함하는 조합물을 포함한다. 발포제는 일반적으로 모든 충전제를 제외한 총 조성물의 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부의 양으로 사용된다.

추가적으로, 저분자 하이드로카본 수지 또는 수지상 폴리올(dendritic polyols)(퍼스톱(Perstop)의 볼토른(Boltorn)과 같은) 또는 수지상 폴리에스테르아미드(DSM의 하이브레인(Hybrane)과 같은)과 같은 것으로서 유동(flow) 및 다른 성질을 향상시키는 물질들이 조성물에 첨가될 수 있다. 특히 유용한 저분자 하이드로카본 수지의 클래스는 석유 크랙킹으로부터 얻어진 불포화된 C₅ 내지 C₉ 모노머로부터 유래된 석유 C₅ 내지 C₉ 공급원료(feedstock)으로부터 유래된 것들이다. 비-제한 예시들은(Non-limiting examples) 예를 들어 펜텐, 헥센, 헵텐 및 기타 같은 종류의 것들과 같은 올레핀; 예를 들어 펜타디엔, 헥사디엔 및 같은 종류의 것들과 같은 디올레핀; 예를 들어 사이클로펜텐, 사이클로펜타디엔, 사이클로헥센, 사이클로헥사디엔, 메틸 사이클로펜타디엔 및 기타 같은 종류의 것들과 같은 사이클릭 올레핀 및 디올레핀; 예를 들어 디사이클로펜타디엔, 메틸아시클로펜타디엔 다이머 및 기타 같은 종류의 것들과 같은 사이클릭 디올레핀 디엔; 예를 들어 비닐톨루엔, 인딘, 메틸인딘 및 기타 같은 종류의 것들과 같은 방향족 하이드로카본을 포함한다. 수지는 추가적으로 부분적 또는 완전하게 수소화된 것일 수 있다.

난연제의 예시들은, 할로겐화 된 난연제, BC58 및 BC52와 같은 유사 테트라브로모 비스페놀 A 올리고머(like tretabromo bisphenol A oligomers), 브롬화된 폴리스티렌 또는 폴리(디브로모-스티렌), 브롬화된 에폭시, 데카브로모디페닐렌옥사이드, 펜타브롬펜질 아크릴레이트 모노머, 펜타브로모벤질 아크릴레이트 폴리머, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드, 비스(펜타브로모벤질)에탄, Mg(OH)₂ 및 Al(OH)₃ 와 같은 금속 하이드록사이드, 멜라민 시아누레이트, 레드 포스포러스(red phosphorus)와 같은 포스퍼 기반 FR 시스템, 멜라민 폴리포스페이트, 포스페이트 에스테르, 금속 포스피네이트, 암모니움 폴리포스페이트, 팽창 가능한 그래파이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로부탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로옥탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 디페닐설폰 설포네이트 및 소디움- 또는 포타슘-2,4,6,-트리클로로벤조네이트 및 N-(p-톨릴설포닐)-p-톨루엔설피미드 포타늄 염, N-(N'-벤질아미노카르보닐) 설파닐이미드 포타슘 염, 또는 앞서 기재된 하나 이상의 것을 포함하는 조합물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 충전제 및 첨가제들은 총 조성물의 0.1 내지 약 40%의 중량 퍼센트 범위의 양으로 첨가될 수 있다.

본 발명의 열가소성 조성물은 열가소성 수지에 하나 이상의 충전제를 분산시키는 본 기술 분야에서 공지된 임의의 방법을 이용하여 손쉽게 형성될 수 있다. 열 전도성 및 전기 절연성 조성물 또는 복합체는 일반적으로 용융 압출 공정(melt compounding process) 또는 용액 블렌딩 공정에 의해서 가공될 수 있다.

성형 가능한 조성물(moldable composition)의 용융 블렌딩은 전단력, 신장력(extensional force), 압축력(compressive force), 초음파 에너지, 전자기적 에너지, 열 에너지 또는 앞서 기재된 하나 이상의 힘 또는 에너지의 형태를 포함하는 조합물을 포함하며 앞서 기재된 힘 또는 에너지의 형태가 단일 스르류(single screw), 다중 스크류, 치합형 동방향 회전 또는 역방향 회전 스크류(intermeshing co-rotating or counter rotating screws), 비-치합형(non-intermeshing) 동방향 회전 또는 역방향 회전 스크류, 왕복 스크류(reciprocating screws), 핀을 갖는 스크류, 스크린을 갖는 스크류, 핀을 갖는 배럴(barrels), 롤(rolls), 램(rams), 나선형 로터(helical rotrs), 또는 앞서 기재된 하나 이상의 것을 포함하는 조합물에 의해 가해지는 가공 장치(processing equipment)에서 수행된다.

앞서 기재된 힘들이 포함된 용융 블렌딩은 단일 또는 다중 스크류 압출기, 부스 니더(Buss kneader), 헨셸(Henschel), 헬리콘, 로스 믹서(Ross mixer), 밴버리(Banbury), 롤 밀(roll mills), 사출 성형기(injection molding machines)와 같은 성형기, 진공 성형기(vacuum forming machines), 블로우 성형기(blow molding machine), 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 기계 또는 앞서 기재된 하나 이상의 기계를 포함하는 조합물에서 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 파우더 형태, 펠렛 형태, 시트 형태(sheet form), 또는 그 밖에 유사한 형태의 유기 폴리머는 압출기 또는 부스 니더와 같은 용융 블렌딩 장치 안으로 공급되에 앞서서, 헨셸 또는 롤 밀에서 충전제와 함께 1차 건조 혼합(first dry blended) 될 수 있다. 마스터배치(masterbatch)의 형태로 충진제를 용융 블렌딩 장치로 도입하는 것이 바람직하다. 이러한 공정에서, 마스터배치는 유기 폴리머가 도입되는 지점의 용융 블렌딩 장치 다운스트림으로 도입될 수 있다.

용융 블렌드는 만약 수지가 세미-크리스탈라인(semi-crystalline) 유기 폴리머라면 유기 폴리머의 적어도 일부가 용융 온도와 대략 동일하거나 그보다 큰 온도에 도달한 것이며, 또는 만약 수지가 블렌딩 공정 동안 무정형 수지(amorphous resin)인 경우에는 유동점(예를 들어, 유리 전이 온도)과 대략 비슷하거나 그보다 큰 온도에 도달한 것이다. 건조 블렌드(dry blend)는, 수지가 세미-크리스탈라인 유기 폴리머이면 유기 폴리머의 전체 질량(entire mass)이 용융 온도와 대략 동일하거나 그보다 작은 온도에 있는 것이며, 유기 폴리머가 무정형 수지이면 유동점과 동일하거나 그 보다 작은 온도에 있는 것이며, 상기 유기 폴리머는 블렌딩 공정 동안 실질적으로 모든 액체-유사 유체(liquid-like fluid)로부터 자유로운 것이다. 본 명세서에서 정의된, 용액 블렌드는, 예를 들어, 블렌딩 공정 동안 용매 또는 비-용매와 같은 액체-유사 유체로 유기 폴리머가 현탁된 것이다.

유기 폴리머 및 충전제를 포함하는 성형 가능한 조성물은 다중 블렌딩 및 바람직 하다면 형성 단계(forming steps)의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 성형 가능한 조성물은 첫 번째로 압출되고 펠렛(pellets)으로 형성될 수 있다. 그런뒤 펠렛은 모든 바람직한 형태 또는 생산물로 형성될 수 있는 성형 기계 속으로 공급될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더(melt blender )에서 나온 성형 가능한 조성물은 시트 또는 스트랜드(strands)의 형태로 될 수 있고 풀림(annealing), 단축 또는 2축 연신(biaxial orientation)과 같은 후-압출 공정(post-extrusion processes)의 대상이 될 수 있다.

일 측면에서, 충전제는 첫 번째로 앞서 기재된 임의의 첨가제와 함께 건조 블렌드될 수 있고, 그런 뒤 하나 또는 다중-공급장치(feeders)로부터 압출기로 공급될 수 있고, 또는 충전제는 하나 또는 다중-공급장치로부터 개별적으로 압출기로 공급될 수 있다. 유기 폴리머 수지 또는 임의의 폴리머 조합물은, 일 측면에서, 파우더 또는 펠렛 형태일 수 있고, 첫 번째로 서로 함께, 또는 앞서 기재된 충전제의 임의의 조합물과 함께 건조 블렌드 될 수 있고, 그런 뒤 하나 또는 다중-공급장치로부터 압출기로 공급될 수 있다. 본 발명에서 사용된 충전제는 또한 첫 번째로 마스터배치 속으로 가공되고, 그런 뒤 압출기에 공급될 수 있다.

유기 폴리머, 충전제, 마스터배치 또는 폴리머의 모든 조합물, 충전제 브렌드의 공급은 스로트 호퍼(throat hopper) 또는 압출기에 있는 모든 사이드 공급장치(side feeders)로부터 압출기로 공급될 수 있다.

본 발명에서 사용된 압출기는 단일 스크류(single screw), 다중 스크류, 치합형 동방향 회전 또는 역방향 회전 스크류(intermeshing co-rotating or counter rotating screws), 비-치합형(non-intermeshing) 동방향 회전 또는 역방향 회전 스크류, 왕복 스크류(reciprocating screws), 핀을 갖는 스크류, 스크린을 갖는 스크류, 핀을 갖는 배럴(barrels), 롤(rolls), 램(rams), 나선형 로터(helical rotrs), 또는 앞서 기재된 하나 이상의 것을 포함하는 조합물을 가질 수 있다. 복합체의 용융블렌딩은 전단력, 신장력(extensional force), 압축력(compressive force), 초음파 에너지, 전자기적 에너지, 열 에너지 또는 앞서 기재된 하나 이상의 힘 또는 에너지의 형태를 포함하는 조합물을 포함한다.

압출 공정(compounding) 동안 압출기에서 배럴 온도는, 수지가 세미-크리스탈라인 유기 폴리머인 경우 유기 폴리머의 적어도 일부가 대략 용융 온도보다 동일하거나 그 보다 큰 온도에 도달한 것인 온도, 또는 수지가 무정형 수지이면 유동점(예를 들어, 유리 전이 온도)과 동일하거나 그 보다 작은 온도로 맞춰질 수 있다.

용액 블렌딩(Solution blending)은 또한 성형 가능한 조성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 용액 블렌딩은 또한 충진제와 유기폴리머의 균질화(homogenization)를 촉진하기 위해 전단, 압축, 초음파 진동, 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 추가 에너지를 사용할 수 있다. 일 구현예에서, 유체에 현탁된 유기 폴리머는 앞서 기재된 임의의 충전제와 함께 초음파 발생장치(ultrasonic sonicator)로 도입될 수 있다. 상기 혼합물은 충전제가 유기 폴리머 안으로 분산되는데 유효한 시간 주기(time period)동안 초음파 발생장치에 의해 블렌드된 용액일 수 있다. 충전제화 함께 있는 유기 폴리머는 그 뒤에, 건조될 수 있고, 압출될 수 있고 바람직 하다면 성형될 수 있다.

유기 폴리머, 충전제, 및 선택적인 첨가제를 포함하는 성형 가능한 조성물은 다중 블렌딩 및 바람직 하다면 형성 단계의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 성형 가능한 조성물은 첫 번째로 압출될 수 있고 펠렛으로 형성될 수 있다. 상기 펠렛은 그런 뒤 모든 바람직한 형태 또는 생산물로 형성될 수 있는 성형 기계 속으로 공급될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더(melt blender)에서 나온 성형 가능한 조성물은 시트 또는 스트랜드(strands)의 형태로 될 수 있고 풀림(annealing), 단축 또는 2축 연신(biaxial orientation)과 같은 후-압출 공정(post-extrusion processes)의 대상이 될 수 있다.

폴리머릭 조성물(polymeric compositions)은 본 기술분야에 공지된 기술들을 사용하여 성형 가능한 원료 물질 (stock material) 또는 성형 가능한 물품으로 형성될 수 있다.

폴리머릭 조성물 및 성형 가능한 복합체는 열 전도성이나 전기 절연성인 성질을 나타낸다. 일 측면에서, 조성물은 하기의 특징을 가지는 것이다: (i) 열 전도도가 1.0W/mK이상; 및 (ii) 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률(volume resistivity).

일 측면에서, 본 명세서의 본 발명은 낮은 열 전도성 충전제의 상당량을 사용하는 것에 의해, 그리고 개개의 성분의 열전도도에 기초하여 예상되는 열 전도도를 뛰어넘는 최종 조성물 열 전도도를 달성하는 것에 의해 높은 열전도성 조성물의 놀라운 결과를 달성한다. 이는 조성물의 대단히 높은 열 전도도를 이끄는 서로 다른 충전제들 간에 예상치 못한 시너지(synergetic) 효과를 의미한다. 게다가, 동시에, 조성물은 높은 수준의 체적 저항률(즉, 조성물이 전기적으로 절연성이다)을 유지한다. 전형적으로 본 발명의 충전에 조합물은, 용융 공정(melt processing)을 가능하게 하는 비교적 낮은 경도(hardness)를 갖는다. 게다가, 본 발명의 충전제 조합물은, 낮은 열 전도성 충전제가 높은 열 전도성 충전제와 비교하여 비교적 낮은-비용이기 때문에 전형적으로 낮은 비용-구조(cost-structrue)를 갖는다. 결과적으로 본 발명의 조성물은 현재 상업적인 조성물 보다 더 낮은-비용 구조 및/또는 더 좋은 가공성(마모가 덜 되는)에서 높은 열 전도도를 가진다.

본 발명의 조성물은 제조물(article of manufacture)로서 형성될 수 있다. 일 측면에서 상기 물품은 성형품(molded article)일 수 있다. 일 측면에서, 본 명세서의 상기 조성물 및 물품은 전기적 절연 처리가 필요한 열기(heat) 또는 열(thermal) 방출 관리 적용물(applications)에서 사용될 수 있다. 그 예들은, 매우 문제가 있는(부식성인) 환경을 위한 열 교환기의 제조, 배터리 캐싱, 태양 전지 백 시트(back sheets), 코일 또는 캐싱(casing)과 같은 전자 제품의 캡슐화(encapsulation), 전자 회로, 전기 모터, LED-램프, 램프, 프로세서(processors)와 같은 배터리 및 태양 전지, 소비자 전자 제품(consumer electrical appliances), 컴퓨터에서의 전자부품을 위한 열 제거원(heat sinks)을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

실시예

하기 실시예는 본 명세서에 기재되고 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치, 및/또는 방법이 어떻게 만들어지고 평가되는지를 완벽하게 개시하고 기술하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 제공하기 위하여 제시된 것이며, 순수하게 예시적인 의도이고 발명자가 그들의 발명으로 간주하는 것의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 숫자(예를 들어, 양, 온도, 등)에 대한 정확성을 보장하려는 노력들이 있어왔으나 몇몇 에러 및 편차가 고려되어야 한다. 다르게 나타내지 않는 한, 부분(parts)은 부피부(parts by volume)이고, 온도는 그 ℃ 또는 주위 온도(ambient emperature)이고, 압력은 대기압 또는 그 근처이다. 몇몇 충전제의 이방성(anisotropic) 성질 때문에, 이방성 충전제를 사용하였을 때, ASTM E1461으로 측정된 관통면 열 전도도는 샘플 제제에 의존한다. 본 명세서에 기재된 모든 샘플은 직경 12.7 mm 및 두께 3mm를 갖는 디스크로 압축 성형하여 제조된다.

하기에 따르는 본 명세서에서 사용된 약어들은 다음과 같다:

HDPE는 고 밀도 폴리에틸렌이다.

BN은 질화 붕소이다.

ZnS는 황화 아연(zinc sulphide)이다.

TiO₂는 이산화 티타늄이다.

MgO는 산화 마그네슘이다.

CaCO₃는 탄산 칼슘이다.

TC는 조성물의 열 전도도이다.

실시예 1

HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), ZnS (Sachtolith (서브-μm 입자들의 덩어리), Sachtleben), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 1에 제시된 비율로서 조성물로제조하였다. HDPE, ZnS, BN, 및 그래파이트를 고체상태에서 미리 혼합하고 그 뒤에 롤러 로터(Roller rotors)가 있는 배치-믹서(batch-mixer)를 갖춘 것으로서, 65 cm³의 총 내부 용적을 갖는 Thermo Scientific Haake Polylab OS 시스템에서 200℃에서 80rpm으로 용융-압출 하였다. 조성물을 Dr Collin 프레스를 이용하여 240℃ 및 100 바(bar)에서 10x5x3 cm의 플라크로 압축 성형하였다. 원통-형상 샘플들을(두께 3mm, 직경 12.7mm) 플라크로부터 잘라내었고, 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.

실험(Run) #	폴리머	ZnS (vol%)	BN (vol%)	그래파이트 (vol%)	TC (W/mK)	체적 저항률(Ω.cm)
1	HDPE	35	0	15	2.72	>10⁷
2	HDPE	26	9	15	3.29	>10⁷
3	HDPE	18	18	15	3.28	>10⁷
4	HDPE	0	35	15	3.31	>10⁷

표 1 및 도 1은 ZnS 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 15 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 ZnS 및 BN 함량은 35 vol% ZnS(= 0 vol% BN) 내지 0 vol% ZnS(= 35 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다.

실험 1은 오직 ZnS 및 그래파이트만을 포함한 복합체가 비교적 낮은 열 전도도를 가진다는 것을 나타낸다. 높은 열 전도성 BN에 의한 낮은 열 전도성 ZnS의 부분적 대체에서, 0 vol% ZnS 및 35 vol% BN에서 최대 열 전도도를 가지는 복합체의 열 전도도에서의 선형 증가를 예상하였다. 그러나, 열 전도도의 예기치 않고 현저한 증가는 이미 실험 2에서 보여진 대로, 작은 양의 ZnS를 BN으로 대체하는 것에 의해서 달성 되었다. 사실, 실험 2는 이러한 조성물에서 세가지 서로 다른 충전제의 시너지 효과의 존재를 나타내는 것으로서, 그래파이트 및 높은 BN 함량(실험 3 및 4)을 포함하는 복합체의 열 전도도만큼 높은 열 전도도를 나타낸다. 이러한 결과는 ZnS와 같은 낮은 열 전도성 충전제가 높은 열 전도도를 갖는 복합체를 생산하는데 사용될 수 있다는 것이며, 다시 말해서, 많은 양의 높은 열 전도성 충전제는 복합체의 열 전도도를 유지하면서 낮은 열 전도성 충전제로 대체될 수 있다는 것을 의미한다.

비교예(Comparative Example) 2

실시예 1의 과정과 비슷하게, HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), ZnS (Sachtolith (서브-μm 입자들의 덩어리), Sachtleben), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 2에 제시된 비율로서 조성물로 제조하였고 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 2 및 도 2에 나타내었다.

실험 #	폴리머	ZnS (vol%)	BN (vol%)	그래파이트 (vol%)	TC (W/mK)	체적 저항률 (Ω.cm)
5	HDPE	50	0	0	1.99	>10⁷
6	HDPE	38	13	0	1.97	>10⁷
7	HDPE	25	25	0	2.22	>10⁷
8	HDPE	0	50	0	2.58	>10⁷

표 2 및 도 2은 ZnS 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 0 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 ZnS 및 BN 함량은 50 vol% ZnS(= 0 vol% BN) 내지 0 vol% ZnS(= 50 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다.

실험 5는 오직 ZnS를 포함하는 복합체는 비교적 낮은 열 전도도를 갖는다는 것을 나타낸다. 실시예 1에서 나타난 결과와 달리, 그래파이트가 없는 상태에서 BN에 의한 ZnS의 부분적 대체는 오직 열 전도도에서(실험 6-8) 선형 증가만을 초래한다. 이러한 결과는, 예를 들어, 그래파이트와 같은 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 존재는 관찰된 시너지 효과를 얻는다는 것을 나타낸다.

실시예3

실시예 1의 과정과 비슷하게, HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), TiO₂ (Tiona RL-91 (서브-μm 입자들의 덩어리), Millennium), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 3에 제시된 비율로서 조성물로 제조하였고 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 3 및 도 3에 나타내었다.

실험 #	폴리머	TiO₂ (vol%)	BN (vol%)	그래파이트 (vol%)	TC (W/mK)	체적저항률 (Ω.cm)
9	HDPE	35	0	15	2.57	>10⁷
10	HDPE	26	9	15	3.14	>10⁷
11	HDPE	18	18	15	3.08	>10⁷
12	HDPE	0	35	15	3.31	>10⁷

표 3 및 도 3은 Ti0₂ 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 15 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 Ti0₂ 및 BN 함량은 35 vol% Ti0₂ (= 0 vol% BN) 내지 0 vol% Ti0₂ (= 35 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다.

실험 9는 오직 Ti0₂ 및 그래파이트만을 포함한 복합체는 비교적 낮은 열 전도도를 가진다는 것을 나타낸다. 높은 열 전도성 BN에 의한 낮은 열 전도성 Ti0₂의 부분적 대체에서, 0 vol% Ti0₂ 및 35 vol% BN에서 최대 열 전도도를 가지는 복합체의 열 전도도에서의 선형 증가를 예상하였다. 그러나, 열 전도도의 예기치 않고 현저한 증가는 이미 실험 10에서 보여진 대로, 작은 양의 Ti0₂를 BN으로 대체하는 것에 의해서 달성 되었다. 사실, 실험 10의 조성물은 그래파이트 및 높은 BN 함량(실험 11 및 12)을 포함하는 복합체의 열 전도도만큼 높은 열 전도도를 나타낸다. 실시예 1과 유사하게, 그 결과는 이러한 조성물에서 세가지 서로 다른 충전제의 시너지 효과의 존재를 나타내며 Ti0₂와 같은 낮은 열 전도성 충전제가 높은 열 전도도를 갖는 복합체를 생산하는데 사용될 수 있다는 것이며, 다시 말해서, 많은 양의 높은 열 전도성 충전제는 복합체의 열 전도도를 유지하면서 낮은 열 전도성 충전제로 대체될 수 있다는 것을 의미한다.

비교예 4

실시예 1의 과정과 비슷하게, HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), TiO₂ (Tiona RL-91 (서브-μm 입자들의 덩어리), Millennium), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 4에 제시된 비율로서 조성물로 제조하였고 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 4 및 도 4에 나타내었다.

실험 #	폴리머	TiO₂ (vol%)	BN (vol%)	그래파이트 (vol%)	TC (W/mK)	체적 저항률 (Ω.cm)
13	HDPE	50	0	0	1.58	>10⁷
14	HDPE	38	13	0	1.79	>10⁷
15	HDPE	25	25	0	2.24	>10⁷
16	HDPE	0	50	0	2.58	>10⁷

표 4 및 도 4은 Ti0₂ 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 0 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 Ti0₂ 및 BN 함량은 50 vol% Ti0₂ (= 0 vol% BN) 내지 0 vol% Ti0₂ (= 50 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다.

실험 13는 오직 Ti0₂ 를 포함하는 복합체는 비교적 낮은 열 전도도를 갖는다는 것을 나타낸다. 실시예 3에서 나타난 결과와 달리, 그래파이트가 없는 상태에서 BN에 의한 Ti0₂ 의 부분적 대체는 오직 열 전도도에서(실험 14-16) 선형 증가만을 초래한다. 이러한 결과는, 예를 들어, 그래파이트와 같은 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제의 존재는 관찰된 시너지 효과를 얻는다는 것을 나타낸다.

실시예 5

실시예 1의 과정과 비슷하게, HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), MgO (Maglite DE (서브-μm 입자들의 덩어리), Promecome), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 5에 제시된 비율로서 조성물로 제조하였고 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 5 및 도 5에 나타내었다.

실험 #	폴리머	MgO (vol%)	BN (vol%)	그래파이트 (vol%)	TC (W/mK)	체적저항률 (Ω.cm)
17	HDPE	35	0	15	2.64	>10⁷
18	HDPE	26	9	15	3.29	>10⁷
19	HDPE	18	18	15	3.28	>10⁷
20	HDPE	0	35	15	3.31	>10⁷

표 5 및 도 5은 MgO 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 15 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 Ti0₂ 및 BN 함량은 35 vol% Ti0₂ (= 0 vol% BN) 내지 0 vol% Ti0₂ (= 35 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다.

실험 17는 오직 MgO 및 그래파이트만을 포함한 복합체는 비교적 낮은 열 전도도를 가진다는 것을 나타낸다. 높은 열 전도성 BN에 의한 낮은 열 전도성 MgO의 부분적 대체에서, 0 vol% Ti0₂ 및 35 vol% BN에서 최대 열 전도도를 가지는 복합체의 열 전도도에서의 선형 증가를 예상하였다. 그러나, 열 전도도의 예기치 않고 현저한 증가는 이미 실험 18에서 보여진 대로, 작은 양의 MgO 를 BN으로 대체하는 것에 의해서 달성 되었다. 사실, 실험 18의 조성물은 그래파이트 및 높은 BN 함량(실험 19 및 20)을 포함하는 복합체의 열 전도도만큼 높은 열 전도도를 나타낸다. 실시예 1과 유사하게, 그 결과는 이러한 조성물에서 세가지 서로 다른 충전제의 시너지 효과의 존재를 나타내며 MgO 와 같은 낮은 열 전도성 충전제가 높은 열 전도도를 갖는 복합체를 생산하는데 사용될 수 있다는 것이며, 다시 말해서, 많은 양의 높은 열 전도성 충전제는 복합체의 열 전도도를 유지하면서 낮은 열 전도성 충전제로 대체될 수 있다는 것을 의미한다.

비교예 6

실시예 1의 과정과 비슷하게, HDPE (Hostalen GC-7260, Basell), CaCO₃ (Millicarb (D₅₀ ~2.5 μm), Omya), BN (Coolflow CF300 (플레이틀릿(platelets)/덩어리, D₅₀ = 15-25 μm), Momentive Performance Materials) 및 그래파이트(Thermocarb TC300 (D₉₀ ~ 200 μm의 플레이틀릿), Asbury Graphite)을 하기 표 6에 제시된 비율로서 조성물로 제조하였고 샘플 조성물의 관통면 열 전도도를 ASTM E1461에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 6 및 도 6에 나타내었다.

실험 #	폴리머	CaCO₃ (vol%)	BN (vol%)	Graphite (vol%)	TC (W/mK)	체적 저항률 (Ω.cm)
21	HDPE	35	0	15	2.19	>10⁷
22	HDPE	26	9	15	2.47	>10⁷
23	HDPE	18	18	15	2.81	>10⁷
24	HDPE	0	35	15	3.31	>10⁷

표 6 및 도 6은 CaCO₃ 및 BN 부피 함량이 변하는, 50 vol%의 총 충전제 함량 및 15 vol%의 그래파이트를 포함하는 열 전도성 복합체의 열 전도도를 나타낸다. 이는 충전제의 총 부피 함량은 50 vol%로 일정하고 상대적인 Ti0₂ 및 BN 함량은 35 vol% Ti0₂ (= 0 vol% BN) 내지 0 vol% Ti0₂ (= 35 vol% BN)로 변화한다는 것을 의미한다. CaCO₃는 10 W/mK 미만의 고유 열 전도도를 가지고 있기 때문에, 열 절연성 충전제의 그룹에 속한다.

실험 21는 오직 CaCO₃ 및 그래파이트를 포함하는 복합체는 비교적 낮은 열 전도도를 갖는다는 것을 나타낸다. 실시예 1, 3 및 5에서 나타난 결과와 달리, 그래파이트가 15 vol% 존재하는 상태에서 BN에 의한 CaCO₃ 의 부분적 대체는 오직 열 전도도에서(실험 22-24) 선형 증가만을 초래한다. 이러한 결과는 본 명세서에 기재된 세가지-성분 시스템의 유리한 효과가 낮은 열 전도성 충전제 대신에 열 절연성 충전제를 사용하였을 때에는 관찰되지 않는다는 것을 나타낸다.

일 구현예에서, 조성물은 a. 35 내지 80 vol% 의 열가소성 폴리머; b. 5 내지 45 vol% 의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서, 10 내지 30 W/mK의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서, 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; 및 d. 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제로서, 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; 를 포함하며, 상기 조성물은: i. 1.0 W/mK 이상의 열 전도도; 및 ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 특징으로 하는 것이다.

일 구현예에서, 상기 조성물은 a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머; b. 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서, ZnS, CaO, MgO, ZnO, TiO₂, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; c. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; d. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제로서 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; 를 포함하며 상기 조성물은: i. 1.0 W/mK 이상의 열 전도도; 및 ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 특징으로 하는 것이다.

일 구현예에서, 상기 조성물은 a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머; b. 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서, ZnS, CaO, MgO, ZnO, TiO₂, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; c. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소 마그네슘(magnesium silicon nitride), 탄화 규소, 세라믹-코팅된 그래파이트, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; d. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제로서 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제; 를 포함하며 상기 조성물은: i. 1.0 W/mK 이상의 열 전도도; 및 ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 특징으로 하는 것이다.

일 구현예에서, 상기 조성물은 a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머; b. 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서, ZnS, CaO, MgO, ZnO, TiO₂, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; c. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소 마그네슘(magnesium silicon nitride), 탄화 규소, 세라믹-코팅된 그래파이트, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; d. 2 내지 15 vol% 의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제로서 50 W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 충전제이고, 상기 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 그래파이트, 팽창 그래파이트, 그라핀(graphene), 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래파이트화 탄소 블랙, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 것인 충전제; 를 포함하며 상기 조성물은: i. 1.0 W/mK 이상의 열 전도도; 및 ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 특징으로 하는 것이다.

다른 구현예에서, 상기 조성물은 a. 35 내지 80 vol% 의 열 가소성 폴리머로서 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 에틸렌 기반 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 설파이드, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 열 가소성 폴리머; b. 5 sowl 45 vol% 의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제로서 ZnS, MgO, TiO₂, 또는 그들의 조합으로부터 선택된 충전제; c. 2 내지 15 vol% 의 질화 붕소; 및 d. 2 내지 15 vol% 의 그래파이트를 포함한다. 일 구현예에서, 상기 조성물은: i. 1.0 W/mK 이상의 열 전도도; 및 ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 특징으로 하는 것이다.

본 명세서 전체에 걸쳐, 다양한 공보(publications)들이 인용되었다. 이러한 공보의 명세서 전부는 본 명세서에 기재된 화합물, 조성물 및 방법을 보다 완벽히 기술하기 위해 본 명세서 내에 인용문헌으로 통합되었다.

다양한 변형 및 변화가 본 명세서에 기재된 화합물, 조성물 및 방법을 위해 만들어 질 수 있다. 본 명세서에 기재된 화합물, 조성물 및 방법의 다른 측면들은 본 명세서에 개시된 화합물, 조성물 및 방법의 실행(practice) 및 상세한 설명의 고려 사항(consideration)으로부터 명백할 것이다. 상세한 설명 및 실시예들은 예시적으로서 고려된다는 것이 의도된다.

Claims

조성물로서,
a. 35 내지 80 vol%의 열 가소성 폴리머;
b. 10 내지 30 W/mK의 고유 열 전도도 (intrinsic thermal conductivity)를 갖는 5 내지 45 vol%의 낮은 열 전도성, 전기 절연성 충전제;
c. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제; 및
d. 50W/mK 이상의 고유 열 전도도를 갖는 2 내지 15 vol%의 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제를 포함하며;
상기 조성물은 아래와 같은 특징을 갖는 조성물:
i. 1.0W/mK 이상의 열 전도도;
ii. 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률(volume resistivity).
제1항에 있어서,
상기 열가소성 폴리머는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 및 에틸렌 기반 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열 가소성 폴리머는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 및 에틸렌 기반 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 설파이드, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 낮은 열 전도성 충전제는 ZnS, CaO, MgO, ZnO, TiO₂, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 낮은 열 전도성 충전제는 ZnS, TiO₂ _,MgO, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 AlN(질화 알루미늄), BN(질화 붕소), MgSiN₂(질화 규소 마그네슘), SiC(탄화 규소), 세라믹-코팅된 그래파이트, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 질화 붕소, 탄화 규소, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 그래파이트, 팽창 그래파이트, 그라핀, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래파이트화 탄소 블랙, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 그래파이트, 팽창 그래파이트, 또는 그들의 조합을 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 가소성 폴리머는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 및 에틸렌 기반 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 설파이드, 또는 그들의 조합을 포함하고; 낮은 열 전도성 충전제는 ZnS, TiO_2,MgO, 또는 그들의 조합을 포함하고; 높은 열 전도성, 전기 절연성 충전제는 질화 붕소를 포함하고; 높은 열 전도성, 전기 전도성 충전제는 그래파이트를 포함하는 것인 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 형성된 물품.
제11항에 있어서, 상기 물품은 성형품인 것인 물품.
높은 열 전도도 적용에서 열가소성 폴리머 조성물을 사용하는 방법으로서, 상기 방법은 제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 따른 열 가소성 폴리머 조성물을 지속된 시간동안 상승된 외부 온도와 접촉시키는 것을 포함하며, 상기 열 가소성 조성물은 (1) 1.0W/mK 이상의 열 전도도, 및 (2) 10⁷ 옴.cm 이상의 체적 저항률을 가지는 조성물을 필요로 하는 적용에 있어서 사용되는 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 폴리머 조성물은 물품의 형태인 것인 방법.
제14항에 있어서, 상기 물품은 성형품인 것인 방법.