KR20190047717A - A method of coating an electrically conductive substrate, and a related electrodepositable composition comprising graphene carbon particles - Google Patents
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Abstract
전기전도성 기판이 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 전착성 조성물에 함침되는 방법이 개시되되, 상기 기판은 상기 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고, 전류가 상기 전극 사이를 지날 때 상기 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 코팅이 도포된다. 상기 전착성 조성물은 수성 매질, 이온성 수지, 및 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 고체 입자를 포함한다. 또한, 상기 고체 입자는 리튬-함유 입자를 포함한다.A method is disclosed in which an electrically conductive substrate is impregnated with an electrodepositable composition comprising graphene carbon particles wherein the substrate acts as an electrode in an electrical circuit comprising an electrode impregnated with the composition and a counter electrode, A coating is applied over or on at least a portion of the substrate. The electrodepositable composition comprises an aqueous medium, an ionic resin, and solid particles comprising graphenic carbon particles. In addition, the solid particles include lithium-containing particles.
Description
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본원은, 현재 미국 특허 제9,150,736호인 미국 특허출원 제13/686,003호(출원일: 2012년 11월 27일)의 계속출원인 미국 특허출원 제14/867,307호(출원일: 2015년 9월 28일)의 일부계속출원이다. 또한, 본은, 현재 미국 특허 제9,150,736호인 미국 특허출원 제13/686,003호(출원일: 2012년 11월 27일)의 일부계속출원인 미국 특허출원 제14/831,047호(출원일: 2015년 8월 20일)의 일부계속출원이다. 또한, 본원은, 미국 특허출원 제13/249,315호(출원일: 2011년 9월 30일)(현재 미국 특허 제8,486,363호(발행일: 2013년 7월 16일))의 일부계속출원 및 미국 특허출원 제13/309,894호(출원일: 2011년 12월 2일)(현재 미국 특허 제8,486,364호(발행일: 2013년 7월 16일)(13/249,315의 일부계속출원))의 일부계속출원 둘 다인 국내진입 단계의 PCT 국제특허출원 제PCT/US2012/057811호(출원일: 2012년 9월 28일)인 미국 특허출원 제14/348,280호(출원일: 2014년 3월 28일)(현재 미국 특허 제9,221,688호(발행일: 2015년 12월 29일))의 일부계속출원인 미국 특허출원 제14/530,007호(출원일: 2014년 10월 31일)의 일부계속출원이다. 이들 특허출원 및 특허는 모두 본원에 참고로 포함된다.This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 14 / 867,307, filed September 28, 2015, filed on November 27, 2012, Continued application. The present application is also related to U.S. Patent No. 14 / 831,047, filed by U.S. Patent No. 9,150,736, and U.S. Patent Application No. 13 / 686,003 filed on November 27, 2012, filed on August 20, ). This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 249,315 filed on September 30, 2011 (now U.S. Patent No. 8,486,363, issued July 16, 2013) 13 / 309,894 (filed on December 2, 2011) (now part of U.S. Patent No. 8,486,364 issued on July 16, 2013, part of 13 / 249,315) U.S. Patent Application No. 14 / 348,280 filed on Mar. 28, 2014 (filed on September 28, 2012), filed on March 28, 2014 (now U.S. Patent No. 9,221,688, : December 29, 2015), which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 14 / 530,007 filed on October 31, 2014. These patent applications and patents are all incorporated herein by reference.
기술분야Technical field
본 발명은, 그래핀성 탄소 입자 및 수지를 포함하는 조성물의 전착(electrodeposition)에 의한 전기전도성 기판의 코팅에 관한 것이다.The present invention relates to the coating of an electrically conductive substrate by electrodeposition of a composition comprising graphene carbon particles and a resin.
코팅 도포 방법으로서 전착은, 인가된 전위의 영향 하에 조성물을 전기전도성 기판 상에 증착시킴을 수반한다. 코팅은 기판이 조성물에 함침될 때 증착되되, 상기 기판은 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고, 전류가 상기 전극 사이를 지날 때 코팅이 기판에 도포된다.Electrodeposition as a coating application process entails depositing a composition on an electrically conductive substrate under the influence of an applied potential. The coating is deposited as the substrate is impregnated into the composition, wherein the substrate acts as an electrode in an electrical circuit comprising an electrode impregnated with the composition and a counter electrode, and the coating is applied to the substrate as current passes between the electrodes.
종종, 전착 공정에 사용되는 조성물은 수성 매질에 분산된 수지 상을 포함한다. 기판을 함침시키는 조성물은 색채를 제공하는 안료, 다른 충전제 및 첨가제를 포함할 수 있고, 주로 연속적인 수지성 필름의 전착 때문에, 전착된 코팅이 역사적으로 추구하는 특성, 예컨대 우수한 부식 저항성을 갖는다. 따라서, 기판을 함침시키는 조성물의 수지 함량은 안료 및 다른 충전제의 양에 비해 상대적으로 높다. 예를 들어, 이러한 조성물은 일반적으로 수지 상 1 중량부에 대해 0.02 내지 1 중량부의 안료를 포함한다.Often, the composition used in the electrodeposition process comprises a resinous phase dispersed in an aqueous medium. The composition for impregnating the substrate may comprise pigments, other fillers and additives that provide color, and because of the electrodeposition of mainly continuous resinous films, electrodeposited coatings have historically pursued properties, such as good corrosion resistance. Thus, the resin content of the composition impregnating the substrate is relatively high relative to the amount of pigment and other filler. For example, such compositions generally comprise from 0.02 to 1 part by weight of pigment relative to 1 part by weight of resin phase.
리튬 이온 배터리는 음극, 양극, 세퍼레이터(separator) 및 전해질로 구성된다. 상기 음극은 상부에 증착된 리튬-함유 활성 물질, 예컨대 LiFePO4를 갖는 금속(종종 알루미늄) 호일(foil) 기판이다. 상기 리튬-함유 활성 물질은, 유기 용매(예컨대 n-메틸-2-피롤리돈) 중에 리튬-함유 활성 물질, 전도성 탄소 및 결합제(예컨대 폴리비닐리덴 다이플루오라이드)를 함유하는 슬러리로부터 슬롯 다이(slot die) 코팅기 또는 롤 코팅기를 통해 기판 상에 침착된다. 이러한 슬러리에서, 리튬-함유 활성 물질 및 전도성 탄소의 양의 합은 결합제의 양에 비해 높은데, 전형적으로 적어도 9 중량부 대 1 중량부이다. 그러나, 이러한 용매-계 슬러리의 사용은 환경적으로 바람직하지 않다.Lithium ion batteries consist of a cathode, an anode, a separator and an electrolyte. The negative electrode is a lithium deposited on top - a metal (often aluminum) foil (foil) substrate having a containing the active substance, e.g., LiFePO 4. The lithium-containing active material can be removed from a slurry containing a lithium-containing active material, a conductive carbon and a binder (e.g., polyvinylidene difluoride) in an organic solvent (e.g., n- slot die coater or roll coater. In such a slurry, the sum of the amounts of lithium-containing active material and conductive carbon is higher than the amount of binder, typically at least 9 parts by weight to 1 part by weight. However, the use of such solvent-based slurries is not environmentally desirable.
결과적으로, 금속 호일 상에 리튬-함유 조성물을 증착시키기 위한 대안적인 방법 및 조성물이 필요하다. 본 발명은 전술한 관점에서 이루어졌다.As a result, there is a need for alternative methods and compositions for depositing lithium-containing compositions on metal foil. The present invention has been made in view of the foregoing.
본 발명의 양상은 전기전도성 기판을 전착성 조성물에 함침시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하되, 상기 기판은 상기 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고, 전류가 상기 전극 사이를 지날 때 상기 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 코팅이 도포되고, 여기서 상기 전착성 조성물은 (a) 수성 매질; (b) 이온성 수지; 및 (c) 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하고, 상기 조성물은 4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다.An aspect of the invention provides a method comprising impregnating an electrically conductive substrate with an electrodepositable composition wherein the substrate acts as an electrode in an electrical circuit comprising an electrode impregnated with the composition and a counter electrode, A coating is applied over or on at least a portion of the substrate as it passes between the electrodes, wherein the electrodepositable composition comprises: (a) an aqueous medium; (b) an ionic resin; And (c) solid particles comprising graphene carbon particles, wherein the composition has a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 4: 1.
본 발명의 또 다른 양상은 (a) 수성 매질; (b) 이온성 수지; 및 (c) (i) 그래핀성 탄소 입자 및 (ii) 리튬-함유 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하는 전착성 조성물을 제공하되, 상기 조성물은 4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다.Yet another aspect of the present invention is a process for the preparation of (a) an aqueous medium; (b) an ionic resin; And (c) solid particles comprising (i) graphene carbon particles and (ii) lithium-containing particles, wherein the composition comprises a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 4: 1 .
본 발명의 추가적 양상은 기판 상에 전착된 리튬 이온 배터리 전극 코팅을 제공하되, 상기 전착된 코팅은 (a) 경화된 이온성 수지; 및 (b) (i) 그래핀성 탄소 입자 및 (ii) 리튬-함유 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하고, 상기 조성물은 4:1 이상의 고체 입자 대 경화된 이온성 수지의 중량비를 갖는다.A further aspect of the invention provides an electrodeposited lithium ion battery electrode coating on a substrate, wherein the electrodeposited coating comprises: (a) a cured ionic resin; And (b) solid particles comprising (i) graphene carbon particles and (ii) lithium-containing particles, wherein the composition has a weight ratio of solid particles to a cured ionic resin of at least 4: 1.
본 상세한 설명을 위해, 본 발명은 다양한 대안적인 변수 및 연속 단계를 추정할 수 있다. 또한, 조작 실시예 이외의 곳에서 또는 달리 지시되지 않는다면, 명세서 및 청구범위에 사용된 성분의 양을 표현하는 모든 수치는, 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 달리 기재되지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 기술된 수치 값은 본 발명에 의해 수득되고자 하는 목적 특성에 따라 변할 수 있다. 적어도, 청구범위의 범주에 대한 균등론의 원칙의 적용을 제한하지 않고, 각각의 수치 값은 적어도, 보고된 유효 숫자의 자리수에 비추어 통상의 반올림 기법을 적용하여 이해되어야 한다.For purposes of this specification, the present invention is capable of estimating various alternative parameters and sequential steps. It is also to be understood that all values expressing quantities of ingredients used in the specification and claims are to be modified in all instances by the term " about " unless otherwise indicated in the operating examples or otherwise indicated. Accordingly, unless otherwise stated, the numerical values set forth in the following specification and attached claims are subject to variation depending upon the intended characteristics to be obtained by the present invention. At the very least, and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalents to the scope of the claims, each numerical value should at least be understood by applying ordinary rounding techniques in light of the number of significant digits reported.
본 발명에 넓은 범위를 나타내는 수치 범위 및 변수는 근사값이지만, 특정 실시예에 사용된 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록한다. 그러나, 본원의 임의의 수치 값은 이들 개별적인 시험 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필수적으로 생성되는 특정 오차를 포함한다.Numerical ranges and variables representing a broad scope of the invention are approximations, but numerical values used in specific embodiments are recorded as precisely as possible. However, any numerical value herein includes certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in these individual test measurements.
또한, 본원에 언급된 임의의 수치 범위는 이에 포함된 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는, 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이(및 이들을 포함함), 즉 1 또는 1 초과의 최소값과 10 또는 10 미만의 최대값을 갖는 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 의도된다.It is also to be understood that any numerical range recited herein is intended to include all sub-ranges subsumed therein. For example, a range of " 1 to 10 " means that all sub-ranges with a minimum value of 1 and a maximum value of 10 (and including them), i.e., a minimum value of 1 or more and a maximum value of 10 or less, Are intended to be included.
본원에서, 단수의 사용은, 달리 기재되지 않는 한, 복수를 포함한다. 또한, 본원에서, "또는"의 사용은, "및/또는"이 특정 실시예에서는 명백하게 사용됨에도 불구하고, 달리 기판되지 않는 한, "및/또는"을 의미한다.In this application, the use of the singular includes the plural unless otherwise stated. Also, in this application, the use of " or " means " and / or " unless " and / or "
지시된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시양태는 전기전도성 기판을 전착성 조성물에 함침시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본원에 기재된 방법에서 사용하기 위해 적합한 전기전도성 기판은 금속 기판 및 전기전도성 복합 물질, 예컨대 충분한 양의 전도성 충전제, 예컨대 전도성 탄소 입자, 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 풀러렌, 그래핀 등을 함유하는 중합체성 물질을 포함한다. 적합한 금속 기판은 비제한적으로 철 및 비-철 금속을 포함한다. 적합한 철 금속은 철, 강 및 이들의 합금을 포함한다. 유용한 강 물질의 비제한적인 예는 냉간압연된 강, 아연 도금된(아연 코팅된) 강, 전기 아연 도금된 강, 스테인리스 강, 픽클링된 강(pickled steel), 갈바닐(GALVANNEAL), 갈바륨(GALVALUME), 강 위에 코팅된 갈반(GALVAN) 아연-알루미늄 합금, 및 이들의 조합을 포함한다. 유용한 비-철 금속은 알루미늄, 구리, 망간, 니켈, 아연, 마그네슘 및 이들의 합금을 포함한다. 또한, 철 및 비-철 금속의 조합 또는 복합물이 사용될 수 있다.As indicated, certain embodiments of the present invention are directed to a method comprising impregnating an electroconductive substrate with an electrodepositable composition. An electrically conductive substrate suitable for use in the methods described herein includes a metal substrate and an electrically conductive composite material, such as a polymeric material containing a sufficient amount of a conductive filler such as conductive carbon particles, carbon nanotubes, carbon fibers, fullerenes, ≪ / RTI > Suitable metal substrates include, but are not limited to, iron and non-ferrous metals. Suitable ferrous metals include iron, steel and alloys thereof. Non-limiting examples of useful steel materials include cold rolled steel, galvanized (zinc coated) steel, electrogalvanized steel, stainless steel, pickled steel, GALVANNEAL, GALVALUME), galvanized (GALVAN) zinc-aluminum alloys coated on steel, and combinations thereof. Useful non-ferrous metals include aluminum, copper, manganese, nickel, zinc, magnesium and alloys thereof. In addition, a combination or composite of iron and non-ferrous metals may be used.
특정 실시양태에서, 기판은 시트, 코일 또는 호일의 형태로 구현된다. 본원에 사용된 용어 "호일"은 얇고 유연한 금속 시트를 지칭한다. 호일은 연속 시트일 수 있거나 구멍나거나 망-유사 구조 또는 스크린-유사 구조 등을 가질 수 있다. 이러한 호일은 예를 들어 알루미늄, 철, 구리, 망간, 니켈, 이들의 조합 및/또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 호일(예컨대 알루미늄을 포함하는 호일)의 두께는 8 mil(203.2 μm) 이하, 예컨대 4 mil(101.6 μm) 이하, 2 mil(50.8 μm) 이하, 또는 일부 경우에 1 mil(25.4 μm) 이하이고/이거나 0.1 mil(2.54 μm) 이상, 예컨대 0.2 mil(5.08 μm) 이상, 0.4 mil(10.2 μm) 이상 또는 0.5 mil(12.7 μm) 이상이다.In certain embodiments, the substrate is embodied in the form of a sheet, coil, or foil. The term " foil " as used herein refers to a thin and flexible metal sheet. The foil may be a continuous sheet or may have a pore, a net-like structure, or a screen-like structure. Such foils may be composed of, for example, aluminum, iron, copper, manganese, nickel, combinations thereof and / or alloys thereof. In certain embodiments, the thickness of the foil (e.g., foil comprising aluminum) is less than or equal to 8 mils (203.2 m), such as less than 4 mils (101.6 m), less than 2 mils (50.8 m) or less, or 0.1 mil (2.54 μm) or greater, such as 0.2 mil (5.08 μm) or greater, 0.4 mil (10.2 μm) or greater, or 0.5 mil (12.7 μm) or greater.
본 발명의 방법은 전기전도성 기판을 전착성 조성물에 함침시키는 단계를 포함하되, 상기 기판은 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고, 전류가 상기 전극 사이를 지날 때 상기 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 코팅이 도포된다. 본원에 사용된 용어 "~ 상에 또는 그 위에"는 코팅이 기판 표면의 적어도 일부 상에 직접 도포될 수 있거나 코팅이 기판 표면의 적어도 일부에 미리 도포된 임의의 코팅 또는 전처리 물질 위에 도포될 수 있음을 의미한다.The method includes impregnating an electrically conductive substrate with an electrodepositable composition, wherein the substrate acts as an electrode in an electrical circuit comprising an electrode impregnated with the composition and a counter electrode, wherein when the electrical current passes between the electrodes A coating is applied over or onto at least a portion of the substrate. As used herein, the term " on or on, " the coating may be applied directly onto at least a portion of the substrate surface, or the coating may be applied over any coating or pretreatment material previously applied to at least a portion of the substrate surface .
본원에 사용된 용어 "전착성 조성물"은 전착성인 성분을 포함하는 조성물을 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "전착성"은 인가된 전위의 영향 하에 전기전도성 기판 상에 증착될 수 있음을 의미한다. The term " electrodepositable composition " as used herein refers to a composition comprising an electrodepositable component. The term " electrodepositable " as used herein means that it can be deposited on an electrically conductive substrate under the influence of an applied potential.
본 발명의 방법에서 사용된 전착성 조성물은 수성 매질을 포함한다. 본원에 사용된 용어 "수성 매질"은 물로만 이루어지거나 불활성 유기 공용매와 조합하여 대부분 물을 포함하는 매질을 지칭한다. 특정 실시양태에서, 유기 공용매는 물에 적어도 부분적으로 불용성이다. 이러한 용매의 예는 함산소 유기 용매, 예컨대 알킬 기에 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는, 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 다이프로필렌 글리콜의 모노알킬 에터, 예컨대 이들 글리콜의 모노에틸 및 모노부틸 에터를 포함한다. 적어도 부분적으로 수-혼화성인 기타 용매의 예는 알코올, 예컨대 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 및 다이아세톤 알코올을 포함한다. 적어도 부분적으로 수-혼화성인 기타 용매는 유착성(coalescing) 용매, 예컨대 트라이에틸 포스페이트, 트라이아세틴, 다이프로필렌 다이아세테이트 등을 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 유기 공용매는 특정 실시양태에서 조성물의 물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만, 20 중량% 미만, 또는 일부 경우에 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만의 양으로 사용된다.The electrodepositable composition used in the process of the present invention comprises an aqueous medium. The term " aqueous medium " as used herein refers to a medium comprising mostly water in combination with an inert organic co-solvent alone or with water. In certain embodiments, the organic co-solvent is at least partially insoluble in water. Examples of such solvents include oxygen-containing organic solvents, such as monoalkyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol and dipropylene glycol containing from 1 to 10 carbon atoms in the alkyl group, such as monoethyl and monobutyl Ether. Examples of other solvents which are at least partially water-miscible include alcohols such as ethanol, isopropanol, butanol and diacetone alcohol. Other solvents that are at least partially water-miscible may include coalescing solvents such as triethyl phosphate, triacetin, dipropylene diacetate, and the like. When used, the organic co-solvent is used in an amount of less than 25 wt%, less than 20 wt%, or in some cases less than 10 wt%, such as less than 5 wt%, based on the total weight of water of the composition in certain embodiments.
특정 실시양태에서, 수성 매질은 조성물의 총 중량을 기준으로 75 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상, 예컨대 75 내지 99.5 중량%, 90 내지 99 중량%, 또는 일부 경우에 95 내지 99 중량%의 양으로 본 발명의 방법에 사용되는 조성물에 존재한다. 다시 말해서, 본 발명의 방법에 사용되는 조성물은 하기에 추가로 기재되는 바와 같이 비교적 낮은 총 고체 함량을 가질 수 있다.In certain embodiments, the aqueous medium is present in an amount of at least 75 wt%, at least 90 wt%, or at least 95 wt%, such as from 75 to 99.5 wt%, from 90 to 99 wt%, or in some cases from 95 to 99 wt% By weight of the composition of the present invention. In other words, the composition used in the process of the present invention may have a relatively low total solids content, as further described below.
본 발명의 방법에 사용되는 전착성 조성물은 이온성 수지를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "이온성 수지"는 음으로 하전된 이온을 갖는 수지 및 양으로 하전된 이온을 갖는 수지를 포함하는 전하를 갖는 임의의 수지를 지칭한다. 따라서, 적합한 이온성 수지는 음이온성 수지 및 양이온성 수지를 포함한다.The electrodepositable composition used in the method of the present invention comprises an ionic resin. The term " ionic resin " as used herein refers to any resin having a charge comprising a resin having a negatively charged ion and a resin having a positively charged ion. Thus, suitable ionic resins include anionic resins and cationic resins.
본 발명의 특정 실시양태에서, 이온성 수지는 음이온성 염 기-함유 수지를 포함한다. 적합한 음이온성 수지는 음성 전하를 제공하는 적어도 부분적으로 중화된 음이온성 기, 예컨대 산 기, 예컨대 카복시산 기를 함유하는 수지를 포함한다. 따라서, 적합한 음이온성 수지의 비제한적인 예는 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지를 포함한다.In certain embodiments of the present invention, the ionic resin comprises an anionic salt group-containing resin. Suitable anionic resins include resins that contain at least partially neutralized anionic groups, such as acid groups, such as carboxylic acid groups, that provide negative charge. Thus, non-limiting examples of suitable anionic resins include base-neutralized carboxylic acid group-containing resins.
특정 실시양태에서, 음이온성 수지는 수용성 음이온성 수지를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "수용성 수지"는 본질적으로 불균일하게 블렌딩되고/되거나 물에 분자적으로 또는 이온적으로 분산되어 트루 용액(true solution)을 형성할 수 있는 수지를 의미한다. 문헌[R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, (12th Ed. 1993) at page 586]을 참조한다. 특정 실시양태에서, 수용성 음이온성 수지는 셀룰로스 유도체를 포함하고, 예컨대 이는 카복시메틸셀룰로스 및 이의 염이다. CMC는 안하이드로글루코스 고리 상의 하이드록시 기의 일부가 카복시메틸 기로 치환된 셀룰로스계 에터이다. 카복시메틸 치환도는 0.4 내지 3 범위일 수 있다. CMC가 장쇄 중합체이기 때문에, 수용액에서 이의 점도는, 중량 평균을 기준으로 50,000 내지 2,000,000에서 변할 수 있는 이의 분자량에 좌우된다. 특정 실시양태에서, 카복시메틸셀룰로스는 50,000 이상, 예컨대 100,000 이상 또는 일부 경우에 200,000 이상, 예컨대 50,000 내지 1,000,000, 100,000 내지 500,000 또는 200,000 내지 300,000의 중량 평균 분자량을 갖는다. 치환도 및 수용액의 점도 둘 다는 ASTM D 1439-03을 통해 결정될 수 있다. 분자량은 전형적으로 표준 CMC 용액의 점도로부터 추정된다. 한 방법에 따라, CMC의 분자량은 문헌[Kulicke, Polymer Vol. 37 No. 13, pp. 2723-2731, 1996]에 기재된 바와 같이 하기 수학식 1에 의해 점도를 사용하여 추정될 수 있다:In certain embodiments, the anionic resin comprises a water soluble anionic resin. The term " water-soluble resin " as used herein means a resin that is essentially non-uniformly blended and / or dispersible molecularly or ionically in water to form a true solution. [R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, (12th Ed., 1993) at page 586. In certain embodiments, the water-soluble anionic resin comprises a cellulose derivative, such as carboxymethylcellulose and its salts. CMC is a cellulose ether in which a part of the hydroxy groups on the anhydroglucose ring are substituted with carboxymethyl groups. The carboxymethyl substitution degree may range from 0.4 to 3. Because CMC is a long chain polymer, its viscosity in an aqueous solution depends on its molecular weight, which can vary from 50,000 to 2,000,000 based on the weight average. In certain embodiments, carboxymethylcellulose has a weight average molecular weight of 50,000 or more, such as 100,000 or more, or in some cases, 200,000 or more, such as 50,000 to 1,000,000, 100,000 to 500,000 or 200,000 to 300,000. Both the degree of substitution and the viscosity of the aqueous solution can be determined through ASTM D 1439-03. The molecular weight is typically estimated from the viscosity of a standard CMC solution. According to one method, the molecular weight of CMC is determined according to the method described in Kulicke, Polymer Vol. 37 No. 13, pp. 2723-2731, 1996, which is hereby incorporated by reference in its entirety: < RTI ID = 0.0 >
[수학식 1][Equation 1]
상기 식에서, η는 점도이고, c는 CMC 농도이고, MW는 분자량이다.In the above equation,? Is viscosity, c is concentration of CMC, and Mw is molecular weight.
본 발명의 특정 실시양태에서, 수용성 음이온성 수지, 예컨대 셀룰로스 유도체, 예컨대 카복시메틸셀룰로스는 조성물의 수지 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 예컨대 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 또는 일부 경우에 90 중량% 이상의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 수용성 음이온성 수지, 예컨대 셀룰로스 유도체, 예컨대 카복시메틸셀룰로스는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 예컨대 1 내지 20 중량%, 1 내지 15 중량%, 5 내지 15 중량%, 또는 일부 경우에 1 내지 3 중량%의 양으로 존재한다. 본원에 사용된 용어 "고체의 총 중량"은 조성물의 총 비휘발물 함량, 즉, 가열시 휘발되지 않고 물 및 유기 용매를 배제한 조성물의 물질의 함량을 지칭한다.In certain embodiments of the invention, the water-soluble anionic resin, such as a cellulose derivative, such as carboxymethylcellulose, is present in an amount of at least 50 wt%, such as at least 60 wt%, at least 70 wt% %, Or in some cases, 90 wt% or more. In certain embodiments, a water soluble anionic resin, such as a cellulose derivative, such as carboxymethylcellulose, is present in an amount of up to 20% by weight, up to 15% by weight, up to 10% by weight, up to 5% by weight, To 20% by weight, 1 to 15% by weight, 5 to 15% by weight, or in some cases 1 to 3% by weight. As used herein, the term " total weight of solids " refers to the total nonvolatile content of the composition, i. E., The amount of material in the composition that is not volatilized upon heating and excludes water and organic solvents.
특정 실시양태에서, 수용성 음이온성 수지에 더하여, 조성물은 또한 수-분산성 음이온성 수지를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "수-분산성 수지"는 미분된 입자로서 물에 걸쳐 분포될 수 있는 수지를 의미한다. 문헌[Hawley's at page 435]을 참조한다.In certain embodiments, in addition to the water-soluble anionic resin, the composition may also include a water-dispersible anionic resin. &Quot; Water-dispersible resin " as used herein means a resin that can be distributed throughout water as finely divided particles. See Hawley's at page 435.
수용성 음이온성 수지와 조합하여 본원에 기재된 조성물에서 사용하기에 적합한 수-분산성 음이온성 수지의 예는 건성 오일 또는 반건성 지방산 에스터와 다이카복시산 또는 무수물의 반응 생성물 또는 부가물; 및 지방산 에스터, 불포화 산 또는 무수물, 및 폴리올과 추가로 반응하는 임의의 추가적 불포화 변성 물질의 반응 생성물을 포함한다. 또한, 불포화 카복시산의 하이드록시-알킬 에스터, 불포화 카복시산 및 하나 이상의 다른 에틸성 불포화 단량체의 혼성중합체가 적합하다.Examples of water-dispersible anionic resins suitable for use in the compositions described herein in combination with a water-soluble anionic resin include reaction products or adducts of a dry oil or semi-dry fatty acid ester with a dicarboxylic acid or anhydride; And reaction products of fatty acid esters, unsaturated acids or anhydrides, and any further unsaturated modified materials which further react with the polyol. Also suitable are copolymers of hydroxy-alkyl esters of unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acids and one or more other ethylenically unsaturated monomers.
다른 적합한 수-분산성 음이온성 수지는 알키드 수지 및 아민-알데하이드 수지의 혼합물, 수지성 폴리올의 혼합된 에스터, 인산염 폴리에폭사이드 또는 인산염 아크릴 수지, 예컨대 EP 0469491 B1의 2면 56행 내지 3면 56행, 미국 특허출원공개 제2009-0045071호의 [0004] 내지 [0015], 및 미국 특허출원 제13/232,093호의 [0014] 내지 [0040](이의 인용부는 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것이다. 또한, 하나 이상의 펜던트 카바메이트 작용기를 포함하는 수지, 예컨대 미국 특허 제6,165,338호에 기재된 것이 적합하다.Other suitable water-dispersible anionic resins include mixtures of alkyd resins and amine-aldehyde resins, mixed esters of resinous polyols, phosphate polyepoxides or phosphate acrylic resins, such as those described in EP 0469491 B1, 56, US Patent Application Publication Nos. 2009-0045071 and [0015], and U.S. Patent Application No. 13 / 232,093 [0014] to [0040] (the disclosures of which are incorporated herein by reference). Also suitable are resins comprising at least one pendant carbamate functionality, such as those described in U.S. Patent No. 6,165,338.
특정 실시양태에서, 조성물은 수용성 음이온성 수지, 예컨대 셀룰로스 유도체, 예컨대 카복시메틸셀룰로스, 및 상기 셀룰로스 유도체와 상이한 수-분산성 음이온성 수지를 포함하는 음이온성 수지 조성물을 포함하되, 상기 수-분산성 음이온성 수지는 조성물의 음이온성 수지의 총 중량을 기준으로 50 중량% 미만, 예컨대 40 중량% 미만, 30 중량% 미만, 20 중량% 미만, 또는 일부 경우에 10 중량% 미만의 양으로 조성물에 존재한다.In certain embodiments, the composition comprises an anionic resin composition comprising a water-soluble anionic resin, such as a cellulose derivative, such as carboxymethylcellulose, and a water-dispersible anionic resin different from the cellulose derivative, wherein the water- The anionic resin is present in the composition in an amount of less than 50% by weight, such as less than 40% by weight, less than 30% by weight, less than 20% by weight, or in some cases less than 10% by weight, based on the total weight of the anionic resin of the composition. do.
이해되는 바와 같이, 음이온성 수지를 수성 매질에 가용화시키거나 분산시키도록 조정함에 있어서, 이는 종종 적어도 부분적으로 염기로 중화된다. 적합한 염기는 유기 및 무기 염기 둘 다를 포함한다. 적합한 염기의 예시적 예는 암모니아, 모노알킬아민, 다이알킬아민 또는 트라이알킬아민, 예컨대 에틸아민, 프로필렌아민, 다이메틸아민, 다이부틸아민 및 사이클로헥실아민; 모노알칸올아민, 다이알칸올아민 또는 트라이알칸올아민, 예컨대 에탄올아민, 다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 프로판올아민, 이소프로판올아민, 다이이소프로판올아민, 다이메틸에탄올아민 및 다이에틸에탄올아민; 모폴린, 예를 들어 N-메틸모폴린 또는 N-에틸모폴린이다. 적합한 무기 염기의 예는 알칼리 금속의 수산화물, 탄산염, 중탄산염 및 아세트산염 염기를 포함하고, 이의 구체적 예는 수산화 칼륨, 수산화 리튬 및 수산화 나트륨을 포함한다. 결과적으로, 특정 실시양태에서, 조성물은 셀룰로스 유도체의 알칼리 염, 예컨대 나트륨 카복시메틸셀룰로스, 칼륨 카복시메틸셀룰로스 및/또는 리튬 카복시메틸셀룰로스를 포함한다. 특정 실시양태에서, 수지는 적어도 부분적으로, 예를 들어 20 내지 200%, 40 내지 150%, 예컨대 60 내지 120% 중화된다.As will be appreciated, in adjusting the anionic resin to solubilize or disperse the aqueous medium, it is often at least partially neutralized with a base. Suitable bases include both organic and inorganic bases. Illustrative examples of suitable bases include ammonia, monoalkylamines, dialkylamines or trialkylamines such as ethylamine, propylenamine, dimethylamine, dibutylamine and cyclohexylamine; Monoalkanolamines, dialkanolamines or trialkanolamines such as ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, diisopropanolamine, dimethylethanolamine and diethylethanolamine; Morpholine, for example N-methylmorpholine or N-ethylmorpholine. Examples of suitable inorganic bases include hydroxides, carbonates, bicarbonates and acetate bases of alkali metals, and specific examples thereof include potassium hydroxide, lithium hydroxide and sodium hydroxide. Consequently, in certain embodiments, the composition comprises an alkali salt of a cellulose derivative, such as sodium carboxymethylcellulose, potassium carboxymethylcellulose, and / or lithium carboxymethylcellulose. In certain embodiments, the resin is at least partially neutralized, for example, 20 to 200%, 40 to 150%, such as 60 to 120%.
특정 실시양태에서, 상기에 기재된 수-분산성 음이온성 수지는 활성 수소-함유, 음이온성 염 기-함유 수지를 포함하고, 조성물은 활성 수소 기에 반응성인 반응성 기를 포함하는 경화제를 추가로 포함한다. 본원에 사용된 용어 "활성 수소-함유, 음이온성 염 기-함유 수지"는 활성 수소 작용기 및 적어도 부분적으로 중화된 음이온성 기를 포함하는 수지를 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "활성 수소 작용기"는 문헌[JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, Vol. 49, page 3181 (1927)]에 기재된 제레비티노프(Zerewitinoff) 시험에 의해 결정되는 이소시아네이트에 반응성인 기를 지칭하고 예를 들어 하이드록시 기, 일차 또는 이차 아민 기 및 티올 기를 포함한다. 특정 실시양태에서, 활성 수소 작용기는 하이드록시 기, 일차 아민 기 및/또는 이차 아민 기이다.In certain embodiments, the water-dispersible anionic resin described above comprises an active hydrogen-containing, anionic salt group-containing resin, and the composition further comprises a curing agent comprising a reactive group reactive with active hydrogen groups. The term " active hydrogen-containing, anionic salt group-containing resin " as used herein refers to a resin comprising an active hydrogen functional group and an at least partially neutralized anionic group. The term " active hydrogen functionality ", as used herein, is defined in JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, Vol. 49, page 3181 (1927), and includes, for example, a hydroxy group, a primary or secondary amine group, and a thiol group. The term " isocyanate-reactive group " In certain embodiments, the active hydrogen functionality is a hydroxy group, a primary amine group, and / or a secondary amine group.
활성 수소-함유, 음이온성 염 기-함유 수지를 포함하는 전착성 조성물에서 사용하기에 적합한 경화제는 비제한적으로 아미노플라스트 수지 및 페놀플라스트 수지를 포함한다. 적합한 아미노플라스트 수지는 알데하이드(예를 들어 폼알데하이드, 아세트알데하이드, 크로톤알데하이드 및 벤즈알데하이드)와 아미노 또는 아미도 기-함유 물질(예컨대 우레아, 멜라민 및 벤조구아나민)의 축합 생성물이다. 알코올 및 폼알데하이드와 멜라민, 우레아 및 벤조구아나민의 반응으로부터 수득된 생성물이 종종 사용된다. 유용한 아미노플라스트 수지의 비제한적인 예시적 예는 상표 사이멜(CYMEL) 하에 사이텍 인더스트리즈(Cytec Industries)로부터 입수가능한 것 및 레지멘(RESIMENE) 하에 솔루티아 인코포레이티드(Solutia Inc.)로부터 입수가능한 것이다. 구체적인 예는 사이멜 1130 및 1156 및 레지멘 750 및 753이다.Suitable curing agents for use in the electrodepositable compositions comprising active hydrogen-containing, anionic salt group-containing resins include, but are not limited to, aminoplast resins and phenolic plast resins. Suitable aminoplast resins are the condensation products of aldehydes (e.g., formaldehyde, acetaldehyde, crotonaldehyde, and benzaldehyde) with amino or amido group-containing materials such as urea, melamine and benzoguanamine. The products obtained from the reaction of alcohols and formaldehyde with melamine, urea and benzoguanamine are often used. Non-limiting illustrative examples of useful aminoplast resins are available from Cytec Industries under the trademark CYMEL and from Solutia Inc. under RESIMENE < RTI ID = 0.0 > Is available. Specific examples are Cymel 1130 and 1156 and Regimens 750 and 753.
본 발명의 다른 실시양태에서, 이온성 수지는 양이온성 염 기-함유 수지를 포함한다. 적합한 양이온성 염 기-함유 수지는 양성 전하를 제공하는 적어도 부분적으로 중화된 양이온성 기, 예컨대 설포늄 기 및 아민 기를 함유하는 수지를 포함한다.In another embodiment of the present invention, the ionic resin comprises a cationic salt group-containing resin. Suitable cationic salt group-containing resins include resins containing at least partially neutralized cationic groups, such as sulfonium groups and amine groups, that provide a positive charge.
특정 실시양태에서, 양이온성 수지는 수용성 양이온성 수지를 포함한다. 특정 실시양태에서, 수용성 양이온성 수지는 선형이거나 분지형일 수 있는 폴리(C2-4)-알킬렌이민을 포함하고, 이의 구체적 예는 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함한다. 이해되는 바와 같이, PEI는 에틸렌아민의 개환 중합에 의해 제조된다. 다른 적합한 수용성 양이온성 수지는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(아크릴아미드-코-다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드) 및 폴리(2-메타크릴옥시에틸트라이메틸암모늄 클로라이드)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 수용성 양이온성 수지(예컨대 전술된 것)는 5,000 이상, 예컨대 10,000 이상 또는 일부 경우에 5,000 내지 50,000, 또는 일부 경우에 10,000 내지 25,000의 중량 평균 분자량을 갖는다.In certain embodiments, the cationic resin comprises a water-soluble cationic resin. In certain embodiments, the water-soluble cationic resin comprises poly (C 2-4 ) -alkyleneimine, which may be linear or branched, and specific examples thereof include polyethyleneimine (PEI). As will be appreciated, PEI is produced by ring opening polymerization of ethyleneamine. Other suitable water-soluble cationic resins include poly (allylamine hydrochloride), poly (acrylamide-co-diallyl dimethylammonium chloride) and poly (2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride). In certain embodiments, the water-soluble cationic resin (such as those described above) has a weight average molecular weight of greater than or equal to 5,000, such as greater than or equal to 10,000, or in some cases, from 5,000 to 50,000, or in some cases, from 10,000 to 25,000.
특정 실시양태에서, 수용성 양이온성 수지, 예컨대 PEI는 조성물의 수지의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 예컨대 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 또는 일부 경우에 90 중량% 이상의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 수용성 양이온성 수지, 예컨대 PEI는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 예컨대 1 내지 20 중량%, 1 내지 15 중량%, 5 내지 15 중량%, 또는 일부 경우에 1 내지 3 중량%의 양으로 존재한다.In certain embodiments, the water-soluble cationic resin, such as PEI, is present in an amount of at least 50 wt%, such as at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, or in some cases at least 90 wt% Or more. In certain embodiments, the water-soluble cationic resin, such as PEI, is present in the composition in an amount of 20 wt% or less, 15 wt% or less, 10 wt% or less, 5 wt% or less, such as 1 to 20 wt% By weight to 15% by weight, 5 to 15% by weight, or in some cases 1 to 3% by weight.
특정 실시양태에서, 수용성 양이온성 수지에 더하여, 조성물은 또한 수-분산성 양이온성 수지를 포함한다. 본원에 기재된 조성물에서 사용하기에 적합한 수-분산성 양이온성 수지의 예는 활성 수소-함유, 양이온성 염 기-함유 수지이다. 본원에 사용된 용어 "활성 수소-함유, 양이온성 염 기-함유 수지"는 활성 수소 작용기 및 적어도 부분적으로 중화된 양이온성 기를 포함하는 수지를 지칭한다. 본 발명의 활성 수소-함유, 양이온성 염 기-함유 수지로서 적합한 수지의 예는 비제한적으로 특히 알키드 수지, 아크릴 수지, 폴리에폭사이드, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리에터 및 폴리에스터를 포함한다.In certain embodiments, in addition to the water-soluble cationic resin, the composition also includes a water-dispersible cationic resin. Examples of water-dispersible cationic resins suitable for use in the compositions described herein are active hydrogen-containing, cationic salt group-containing resins. The term " active hydrogen-containing, cationic salt group-containing resin " as used herein refers to a resin comprising an active hydrogen functional group and an at least partially neutralized cationic group. Examples of suitable resins for the active hydrogen-containing, cationic salt group-containing resin of the present invention include, but are not limited to, alkyd resins, acrylic resins, polyepoxides, polyamides, polyurethanes, polyureas, polyethers, and poly Ester.
적합한 활성 수소-함유, 양이온성 염 기-함유 수지의 보다 구체적 예는 폴리에폭사이드-아민 부가물, 예컨대 폴리페놀(예컨대 비스페놀 A)의 폴리글리시딜 에터 및 일차 및/또는 이차 아민의 부가물, 예컨대 미국 특허 제4,031,050호 3단 27행 내지 5단 50행, 미국 특허 제4,452,963호 5단 58행 내지 6단 66행, 및 미국 특히 제6,017,432호 2단 66행 내지 6단 26행(이 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 폴리에폭사이드와 반응하는 아민의 일부는 미국 특허 제4,104,147호 6단 23행 내지 7단 23행(이의 인용부는 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 폴리아민의 케타민이다. 또한, 겔화되지 않은 폴리에폭사이드-폴리옥시알킬렌폴리아민 수지가 적합하고, 예컨대 미국 특허 제4,432,850호 2단 60행 내지 5단 58행(이의 인용부는 본원에 참고로 포함됨)에 기재되어 있다. 또한, 양이온성 아크릴 수지, 예컨대 미국 특허 제3,455,806호 2단 18행 내지 3단 61행 및 미국 특허 제3,928,157호 2단 29행 내지 3단 21행(이 둘의 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것이 사용될 수 있다.More specific examples of suitable active hydrogen-containing, cationic salt group-containing resins include polyepoxide-amine adducts such as the polyglycidylether of polyphenols (such as bisphenol A) and the addition of primary and / or secondary amines Water, such as U.S. Pat. No. 4,031,050 at line 3, line 27 to line 5, line 50, US Pat. No. 4,452,963 at line 5, line 58 through line 6, and line 6 at point 6, line 26, Part of which is incorporated herein by reference). In certain embodiments, some of the amines that react with the polyepoxide are ketamine of the polyamines described in U.S. Patent No. 4,104,147 at line 6, line 23 to line 7, line 23, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Also, non-gelled polyepoxide-polyoxyalkylene polyamine resins are suitable and are described, for example, in U.S. Patent No. 4,432,850 at line 2, line 60 to line 5, line 58, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Also, cationic acrylic resins, such as those disclosed in U.S. Patent No. 3,455,806 at line 2, line 18 to line 3, line 61, and US Pat. No. 3,928,157 at line 2, line 29 to line 3, line 21, both of which are incorporated herein by reference May be used.
아민 염 기-함유 수지 외에, 사차 암모늄 염 기-함유 수지가 또한 본원에 기재된 조성물에서 양이온성 염 기-함유 수지로서 사용될 수 있다. 이들 수지의 예는 유기 폴리에폭사이드와 삼차 아민 산 염의 반응으로부터 형성된 것이다. 이러한 수지는 미국 특허 제3,962,165호 2단 3행 내지 11단 7행, 미국 특허 제3,975,346호 1단 62행 내지 17단 25행 및 미국 특허 제4,001,156호 1단 37행 내지 16단 7행(이들 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재되어 있다. 다른 적합한 양이온성 수지의 예는 삼원 설포늄 염 기-함유 수지, 예컨대 미국 특허 제3,793,278호 1단 32행 내지 5단 20행(이 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것을 포함한다. 또한, 에스터 교환반응 메커니즘을 통해 경화하는 양이온성 수지, 예컨대 유럽 특허출원 제12463 B1호 2면 1행 내지 6면 25행(이 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것이 또한 사용될 수 있다.In addition to the amine salt group-containing resin, a quaternary ammonium salt group-containing resin may also be used as the cationic salt group-containing resin in the compositions described herein. Examples of these resins are formed from the reaction of an organic polyepoxide with a tertiary amine acid salt. These resins are described in U.S. Patent No. 3,962,165 at line 2, line 3 to line 11, line 7 at US Patent No. 3,975,346 at line 1, line 62 to line 17, and line US Patent No. 4,001,156 at line 1, line 37 to line 7, Are incorporated herein by reference). Examples of other suitable cationic resins include ternary sulfonium salt group-containing resins, such as those described in US Pat. No. 3,793,278 at line 1, line 32 to line 5, line 20, the disclosure of which is incorporated herein by reference. It is also possible to use cationic resins which cure through an ester exchange reaction mechanism, such as those described in European Patent Application No. 12463 B1, page 2, line 1 to page 6, line 25 (this part is incorporated herein by reference).
다른 적합한 양이온성 염 기-함유 수지는 광분해 저항성 전착성 코팅 조성물을 형성할 수 있는 것을 포함한다. 이러한 수지는 미국 특허출원공개 제2003/0054193 A1호 [0064] 내지 [0088](이 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 펜던트 및/또는 말단 아미노 기로부터 유도된 양이온성 아민 염 기를 포함하는 수지를 포함한다. 또한, 하나 초과의 방향족 기가 결합하는 지방족 탄소 원자를 본질적으로 미함유하는 다가 페놀의 폴리글리시딜 에터로부터 유도된 활성 수소-함유, 양이온성 염 기-함유 수지가 적합하고, 이는 US 2003/0054193 A1 [00961 내지 [0123](이 부분은 본원에 참고로 포함됨)에 기재되어 있다.Other suitable cationic salt group-containing resins include those capable of forming a photodegradation resistant electrodepositable coating composition. Such a resin may be a resin comprising a cationic amine salt group derived from the pendant and / or terminal amino groups described in U.S. Patent Application Publication Nos. 2003/0054193 Al [0064] to [0088] (this part is incorporated herein by reference) . Also suitable are active hydrogen-containing, cationic salt group-containing resins derived from polyglycidyl ethers of polyhydric phenols essentially free of aliphatic carbon atoms to which more than one aromatic group is attached, as disclosed in US 2003/0054193 A1 [00961 to < RTI ID = 0.0 > (0121) < / RTI >
특정 실시양태에서, 조성물은 수용성 양이온성 수지, 예컨대 PEI, 및 PEI와 상이한 수-분산성 양이온성 수지를 포함하는 양이온성 수지 조성물을 포함하되, 수-분산성 양이온성 수지는 조성물의 양이온성 수지의 총 중량을 기준으로 50 중량% 미만, 예컨대 40 중량% 미만, 30 중량% 미만, 20 중량% 미만, 또는 일부 경우에 10 중량% 미만의 양으로 존재한다.In certain embodiments, the composition comprises a cationic resin composition comprising a water-soluble cationic resin, such as PEI, and a water-dispersible cationic resin different from PEI, wherein the water-dispersible cationic resin is a cationic resin Is present in an amount of less than 50 wt%, such as less than 40 wt%, less than 30 wt%, less than 20 wt%, or in some cases less than 10 wt%, based on the total weight of the composition.
이해되는 바와 같이, 양이온성 수지를 수성 매질에 가용화시키거나 분산시키도록 조정함에 있어서, 수지는 적어도 부분적으로 예를 들어 산으로 처리함으로써 중화된다. 적합한 산의 비제한적인 예는 무기 산, 예컨대 인산 및 설팜산, 뿐만 아니라 유기 산, 예컨대, 아세트산 및 락트산이다. 산 이외에, 염, 예컨대 다이메틸하이드록시에틸암모늄 다이하이드로젠포스페이트 및 암모늄 다이하이드로젠포스페이트가 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 양이온성 수지는 총 이론적 중화 당량의 50% 이상 또는 일부 경우에 70% 이상의 정도로 중화된다. 가용화 또는 분산의 단계는 중화되거나 부분적으로 중화된 수지를 물과 합함으로써 달성될 수 있다.As will be appreciated, in adjusting the cationic resin to solubilize or disperse the aqueous medium, the resin is neutralized at least partially by treatment with, for example, an acid. Non-limiting examples of suitable acids are inorganic acids such as phosphoric and sulfamic acids, as well as organic acids such as acetic acid and lactic acid. In addition to acids, salts such as dimethylhydroxyethylammonium dihydrogenphosphate and ammonium dihydrogenphosphate may be used. In certain embodiments, the cationic resin is neutralized to at least 50%, or in some cases at least 70%, of the total theoretical neutralization equivalents. The step of solubilization or dispersion can be achieved by combining the neutralized or partially neutralized resin with water.
특정 실시양태에서, 조성물은 상기에 기재된 양이온성 염 기-함유 수지의 활성 수소 기와 반응하는 경화제를 추가로 포함한다. 적합한 경화제의 비제한적인 예는 적어도 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하는 폴리이소시아네이트, 아미노플라스트 수지 및 페놀 수지, 예컨대 페놀폼알데하이드 축합물(이의 알릴 에터 유도체를 포함함)이다.In certain embodiments, the composition further comprises a curing agent that reacts with the active hydrogen groups of the cationic salt group-containing resin described above. Non-limiting examples of suitable hardeners are polyisocyanates, aminoplast resins and phenolic resins, such as phenol formaldehyde condensates (including allyl ether derivatives thereof), which include at least partially blocked polyisocyanates.
특정 실시양태에서, 조성물은 경화제와 활성 수소-함유 수지 사이의 반응에 촉매작용하는 촉매를 포함할 수 있다. 적합한 경화 촉매는 비제한적으로 유기 주석 화합물(예를 들어 다이부틸주석 옥사이드 및 다이옥틸주석 옥사이드) 및 이의 염(예를 들어 다이부틸주석 다이아세테이트); 다른 금속 산화물(예를 들어 세륨, 지르코늄 및 비스무트의 산화물) 및 이의 염(예를 들어 비스무트 설파메이트 및 비스무트 락테이트)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 경화 촉매는 미국 특허 제7,842,762호 1단 53행 내지 4단 18행 및 16단 62행 내지 19단 8행(이들의 인용부는 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 환형 구아니딘을 포함한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 유기 주석 화합물을 포함하지 않는다.In certain embodiments, the composition may comprise a catalyst that catalyzes the reaction between the curing agent and the active hydrogen-containing resin. Suitable curing catalysts include, but are not limited to, organotin compounds (e.g., dibutyltin oxide and dioctyltin oxide) and salts thereof (e.g., dibutyltin diacetate); Other metal oxides (e.g., oxides of cerium, zirconium and bismuth) and salts thereof (e.g., bismuth sulfamate and bismuth lactate). In certain embodiments, the curing catalyst comprises a cyclic guanidine as described in U.S. Patent No. 7,842,762 at line 1, line 53 to line 4, line 18, and line 16 at line 62 to line 19 at line 8, the disclosures of which are incorporated herein by reference . In some embodiments, the composition does not include an organotin compound.
본 발명의 방법에 사용된 조성물은 추가로 고체 입자를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "고체 입자"는 이온성 수지와 화학적으로 상이한 별개의 삼차원 구조 모양의 고체를 지칭한다. 입자의 모양(또는 형태학)은 다를 수 있다. 예를 들어, 하기에 기재되는 시트 또는 플레이트-유사 그래핀성 탄소 입자가 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 구체 형태학을 갖는 고체 입자(예컨대 고체 비드, 마이크로비드 또는 중공 구체), 및 입방체 또는 침상체(연신되거나 섬유 모양)인 입자가 사용될 수 있다. 플레이트-유사 입자가 사용될 때, 이는 평면일 수 있거나 적어도 일부가 굽거나 말리거나 구겨지거나 찌그러질 수 있다. 또한, 특정 실시양태에서, 추가적 입자는 중공이거나 다공성이거나 보이드 프리(void free)이거나, 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어 다공성이거나 고체인 벽을 갖는 중공 중심)의 내부 구조를 가질 수 있다. 적합한 입자 특징에 대한 추가적 정보를 위해 문헌[H. Katz et al. (Ed.), Handbook of Fillers and Plastics (1987) at pages 9-10]을 참조한다.The composition used in the process of the present invention further comprises solid particles. The term " solid particles " as used herein refers to solids in the form of discrete three dimensional structures that are chemically distinct from ionic resins. The shape (or morphology) of the particles may be different. For example, the sheet or plate-like graphene carbon particles described below can be used. Also, solid particles (e.g., solid beads, microbeads or hollow spheres) generally having spherical morphology, and particles that are cubic or sidewall (stretched or fibrous) may be used. When plate-like particles are used, they can be planar or at least partially bent, curled, wrinkled or distorted. Further, in certain embodiments, the additional particles may be hollow, porous, void free, or any combination thereof (e.g., a hollow center with a wall that is porous or solid). For additional information on suitable particle characteristics, see [H. Katz et al. (Ed.), Handbook of Fillers and Plastics (1987) at pages 9-10.
특정 실시양태에서, 고체 입자는 그래핀성 탄소 입자를 포함한다. 그래핀성 탄소 입자는 임의의 적합한 양으로 전착성 조성물에 제공될 수 있다. 예를 들어, 그래핀성 탄소 입자 대 이온성 수지의 중량비는 전형적으로 0.05:1 내지 5:1 범위일 수 있다. 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자 대 이온성 수지의 중량비는 0.1:1 내지 2:1 또는 0.1:1 내지 1:1 범위일 수 있다.In certain embodiments, the solid particles comprise graphene carbon particles. The grafted carbon particles may be provided in the electrodepositable composition in any suitable amount. For example, the weight ratio of graphene carbon particles to ionic resin can typically range from 0.05: 1 to 5: 1. In certain embodiments, the weight ratio of graphene carbon particles to ionic resin may range from 0.1: 1 to 2: 1 or from 0.1: 1 to 1: 1.
본원에 사용된 용어 "그래핀성 탄소 입자"는 허니콤 결정 격자에 밀도 있게 패킹된 sp2-결합된 탄소 원자의 1-원자-두께의 평면 시트의 하나 이상의 층을 포함하는 구조를 갖는 탄소 입자를 의미한다. 적층된 층의 평균 수는 100 미만, 예를 들어 50 미만일 수 있다. 특정 실시양태에서, 적층된 층의 평균 수는 30 이하, 예컨대 20 이하, 10 이하, 또는 일부 경우에 5 이하이다. 그래핀성 탄소 입자는 실질적으로 평평할 수 있으나, 평면 시트의 적어도 일부는 실질적으로 굽거나 말리거나 구겨지거나 찌그러질 수 있다. 입자는 전형적으로 타원형 또는 등축형 형태학을 갖는다.As used herein, the term " graphene carbon particles " refers to carbon particles having a structure comprising at least one layer of a 1-atom-thick flat sheet of sp 2 -bonded carbon atoms densely packed in a honeycomb crystal lattice it means. The average number of laminated layers may be less than 100, for example less than 50. In certain embodiments, the average number of laminated layers is 30 or less, such as 20 or less, 10 or less, or in some cases 5 or less. The graphene carbon particles may be substantially flat, but at least a portion of the flat sheet may be substantially bent, curled, wrinkled, or squashed. Particles typically have an elliptical or equiaxed morphology.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는, 탄소 원자 층에 수직인 방향으로 측정된 10 nm 이하, 5 nm 이하, 또는 특정 실시양태에 4 nm 이하, 3 nm 이하, 2 nm 이하 또는 1 nm 이하, 예컨대 3.6 nm 이하의 두께를 갖는다. 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 1-원자 층-두께 내지 3-, 6-, 9-, 12-, 20- 또는 30-원자 층-두께 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 탄소 원자 층에 평행한 방향으로 측정된 50 nm 이상, 예컨대 100 nm 초과, 일부 경우에 100 nm 초과 내지 500 nm 이하, 또는 100 nm 초과 내지 200 nm 이하의 너비 및 길이를 갖는다. 그래핀성 탄소 입자는 3:1 초과, 예컨대 10:1 초과의 비교적 높은 종횡비(종횡비는 입자의 최장 치수 대 입자의 최단 치수의 비로서 정의됨)를 갖는 매우 얇은 플레이크, 플레이틀릿(platelet) 또는 시트의 형태로 제공될 수 있다.In certain embodiments, the graphene carbon particles have a thickness of less than or equal to 10 nm, less than or equal to 5 nm, or less than or equal to 4 nm, less than or equal to 3 nm, less than or equal to 2 nm, or less than or equal to 1 nm, For example, 3.6 nm or less. In certain embodiments, the graphene carbon particles can be 1-atom layer-thickness to 3-, 6-, 9-, 12-, 20- or 30-atom layer-thickness or more. In certain embodiments, the graphene carbon particles have a width greater than 50 nm, such as greater than 100 nm, in some cases greater than 100 nm and less than 500 nm, or greater than 100 nm and less than 200 nm, measured in a direction parallel to the carbon atom layer And a length. The graphene carbon particles have a very thin flake, platelet or sheet having a relatively high aspect ratio (defined as the ratio of the longest dimension of the particles to the shortest dimension of the particles) of greater than 3: 1, such as greater than 10: As shown in FIG.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 비교적 낮은 산소 함량을 갖는다. 예를 들어, 그래핀성 탄소 입자는, 5 이하 또는 2 nm 이하의 두께를 갖는 경우에도, 2 원자량% 이하, 예컨대 1.5 또는 1 원자량% 이하, 또는 0.6 원자량% 이하, 예컨대 약 0.5 원자량%의 산소 함량을 갖는다. 그래핀성 탄소 입자의 산소 함량은 X-선 광전자 분광법을 사용하여 결정될 수 있고, 예컨대 문헌[D. R. Dreyer et al., Chem. Soc. Rev. 39, 228-240 (2010)]에 기재되어 있다.In certain embodiments, graphene carbon particles have a relatively low oxygen content. For example, the graphene carbon particles have an oxygen content of not more than 2 atomic%, for example 1.5 or 1 atomic% or less, or 0.6 atomic% or less, for example about 0.5 atomic% Respectively. The oxygen content of the graphene carbon particles can be determined using X-ray photoelectron spectroscopy, for example as described in [D. R. Dreyer et al., Chem. Soc. Rev. 39, 228-240 (2010).
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 50 m2/g 이상, 예컨대 70 내지 1000 m2/g, 또는 일부 경우에 200 내지 1000 m2/g 또는 200 내지 400 m2/g의 B.E.T. 비표면적을 갖는다. 본원에 사용된 용어 "B.E.T. 비표면적"은 정기간행물["The Journal of the American Chemical Society", 60, 309 (1938)]에 기재된 브루나우어-에밋-텔러(Brunauer-Emmett-Teller) 방법을 기초로 한 ASTMD 3663-78 규범에 따라 질소 흡착에 의해 결정된 비표면적을 지칭한다.In certain embodiments, the graphene carbon particles have a BET specific surface area of greater than 50 m 2 / g, such as from 70 to 1000 m 2 / g, or in some cases from 200 to 1000 m 2 / g or from 200 to 400 m 2 / g . As used herein, the term " BET specific surface area " is based on the Brunauer-Emmett-Teller method described in the journal " The Journal of the American Chemical Society ", 60, 309 Quot; refers to the specific surface area determined by nitrogen adsorption according to the ASTM D 3663-78 standard.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 1:1 이상, 예를 들어 1.2:1 이상 또는 1.3:1의 라만 분광법 2D/G 피크 비를 갖는다. 본원에 사용된 용어 "2D/G 피크 비"는 2692 cm-1에서의 2D 피크의 강도 대 1,580 cm-1에서의 G 피크의 강도의 비를 지칭한다.In certain embodiments, the graphene carbon particles have a Raman spectroscopy 2D / G peak ratio of greater than 1: 1, for example greater than 1.2: 1, or 1.3: 1. As used herein, the term "2D / G peak ratio" refers to the ratio of the intensity of a 2D peak at 2692 cm -1 to the intensity of a G peak at 1,580 cm -1 .
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 비교적 낮은 벌크 밀도를 갖는다. 예를 들어, 그래핀성 탄소 입자는 0.2 g/cm3 미만, 예컨대 0.1 g/cm3 이하의 벌크 밀도(가공 밀도)를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 목적을 위해, 그래핀성 탄소 입자의 벌크 밀도는 0.4 g의 그래핀성 탄소 입자를 읽을 수 있는 눈금을 갖는 유리 계량 실린더에 둠으로써 측정된다. 실린더를 약 1 인치 들어올리고 실린더의 기저를 경질 표면 상에 부딪혀 100회 가볍게 두드려 그래핀성 탄소 입자를 실린더 내에 침전시켰다. 이어서, 입자의 부피를 측정하고, 0.4 g을 측정된 부피로 나누어 벌크 밀도를 계산하고, 여기서 벌크 밀도를 g/cm3 단위로 표현한다.In certain embodiments, graphene carbon particles have a relatively low bulk density. For example, the graphene carbon particles are characterized by having a bulk density (working density) of less than 0.2 g / cm 3 , for example less than 0.1 g / cm 3 . For the purposes of the present invention, the bulk density of graphene carbon particles is measured by placing 0.4 g of graphene carbon particles in a glass metering cylinder with a readable scale. The cylinder was lifted about 1 inch, the base of the cylinder hit the hard surface and patted 100 times to precipitate graphene carbon particles into the cylinder. The volume of the particles is then measured, and 0.4 g is divided by the measured volume to calculate the bulk density, where the bulk density is expressed in g / cm 3 .
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 압축된 밀도 및 치밀화율(percent densification)을 갖고, 이는 그래파이트 분말 및 특정 유형의 실질적으로 평평한 그래핀성 탄소 입자(예컨대 박리된 그래파이트로부터 형성된 것)의 압축된 밀도 및 치밀화율보다 낮다. 보다 낮은 압축된 밀도 및 보다 낮은 치밀화율은 각각 보다 높은 압축된 밀도 및 보다 높은 치밀화율을 나타내는 그래핀성 탄소 입자보다 양호한 분산 및/또는 유동학 특성에 기여하는 것으로 현재 생각된다. 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자의 압축된 밀도는 0.9 이하, 예컨대 0.8 미만, 0.7 미만, 예컨대 0.6 내지 0.7이다. 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자의 치밀화율은 40% 미만, 예컨대 30% 미만, 예컨대 25 내지 30%이다.In certain embodiments, graphene carbon particles have a compact density and a percent densification, which is a function of the density of the graphite powder and the specific density of substantially flat graphene carbon particles (e.g., formed from the peeled graphite) And the densification rate. It is presently believed that lower and / or lower densification rates contribute to better dispersion and / or rheological properties than grappling carbon particles, respectively, exhibiting higher compacted densities and higher densification rates. In certain embodiments, the compressed density of the graphene carbon particles is less than 0.9, such as less than 0.8, less than 0.7, such as 0.6 to 0.7. In certain embodiments, the densification rate of graphene carbon particles is less than 40%, such as less than 30%, such as 25-30%.
본 발명의 목적을 위해, 그래핀성 탄소 입자의 압축된 밀도는 압축 후에 주어진 질량의 입자의 측정된 두께로부터 계산된다. 구체적으로, 측정된 두께는 0.1 g의 그래핀성 탄소 입자를 15,000 Lb의 힘 하에 1.3 cm의 다이에서 45분 동안 냉압시켜 결정되되, 접촉 압력은 500 MPa이다. 이어서, 그래핀성 탄소 입자의 압축된 밀도는 하기 수학식 2에 따라 측정된 두께로부터 계산된다:For purposes of the present invention, the compressed density of the graphene carbon particles is calculated from the measured thickness of the particles of a given mass after compression. Specifically, the measured thickness is determined by cooling 0.1 g of graphene carbon particles under a force of 15,000 Lb for 45 minutes in a 1.3 cm die, with a contact pressure of 500 MPa. The compressed density of the graphene carbon particles is then calculated from the thickness measured according to the following equation:
[수학식 2]&Quot; (2) "
이어서, 그래핀성 탄소 입자의 치밀화율을 상기에 결정된 바와 같은 그래핀성 탄소 입자의 계산된 압축된 밀도 대 그래파이트의 밀도(2.2 g/cm3)의 비로서 결정한다.The densification rate of the graphene carbon particles is then determined as the ratio of the calculated compacted density of graphitic carbon particles to the density of graphite (2.2 g / cm 3 ) as determined above.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 혼합 직후 및 후속 시점에, 예컨대 10분, 20분, 30분 또는 40분에 측정된 100 μS 이상, 예컨대 120 μS 이상, 예컨대 140 μS 이상의 벌크 액체 전도도를 갖는다. 본 발명의 목적을 위해, 그래핀성 탄소 입자의 벌크 액체 전도도는 하기와 같이 결정된다. 먼저, 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve) 중의 그래핀성 탄소 입자의 0.5% 용액을 포함하는 샘플을 30분 동안 배쓰 초음파 발생장치를 사용하여 초음파 처리한다. 초음파 처리 직후에, 샘플을 표준 보정된 전해질 전도도 셀(K=1)에 둔다. 피셔 사이언티픽(Fisher Scientific) AB 30 도전율계를 샘플에 도입하여 샘플의 전도도를 측정한다. 전도도를 약 40분 동안 플롯팅한다.In certain embodiments, the graphene carbon particles have a bulk liquid conductivity of greater than or equal to 100 μS, eg, greater than or equal to 120 μS, eg, greater than or equal to 140 μS, measured at and immediately after mixing, eg, at 10, 20, 30, . For purposes of the present invention, the bulk liquid conductivity of graphene carbon particles is determined as follows. First, a sample containing 0.5% solution of graphene carbon particles in butyl cellosolve is sonicated for 30 minutes using a bath ultrasonic generator. Immediately after sonication, the sample is placed in a standard calibrated electrolyte conductivity cell (K = 1). A conductivity of the sample is measured by introducing a Fisher Scientific AB30 conductivity meter into the sample. Plot the conductivity for about 40 minutes.
특정 실시양태에 따라, 장거리 상호연결성으로 정의되는 퍼컬레이션(percolation)이 전도성 그래핀성 탄소 입자 사이에 발생한다. 이러한 퍼컬레이션은 코팅 조성물의 저항성을 감소시킬 수 있다. 전도성 그래핀성 입자는 입자가 연속적이거나 거의 연속적인 네트워크를 형성하도록 코팅 내에서 최소 부피를 점유할 수 있다. 이러한 경우, 그래핀성 탄소 입자의 종횡비는 퍼컬레이션에 필요한 최소 부피에 영향을 미칠 수 있다.According to certain embodiments, percolation, defined as long-distance interconnectivity, occurs between conductive graphene carbon particles. Such percation may reduce the resistance of the coating composition. Conductive graphene particles can occupy a minimum volume in the coating to form a continuous or nearly continuous network of particles. In such a case, the aspect ratio of the graphene carbon particles may affect the minimum volume required for the purgation.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자의 적어도 일부는 열적 공정에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라, 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자는 열적 대역, 예컨대 플라즈마에서 고온으로 가열된 탄소-함유 전구체 물질로부터 제조된다. 보다 완전히 하기에 기재되는 바와 같이, 탄소-함유 전구체 물질은 충분한 고온, 예를 들어 3,500℃ 초과로 가열되어 상기에 기재된 특징을 갖는 그래핀성 탄소 입자를 생성한다. 탄소-함유 전구체, 예컨대 기체 또는 액체 형태로 제공되는 탄화수소는 열적 대역에서 가열되어 열적 대역 또는 이의 다운스트림에서 그래핀성 탄소 입자를 생성한다. 예를 들어, 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자는 미국 특허 제8,486,363호 및 제8,486,364호에 개시된 시스템 및 방법에 의해 제조될 수 있다.In certain embodiments, at least a portion of the graphene carbon particles may be produced by a thermal process. According to embodiments of the present invention, thermally produced graphene carbon particles are prepared from a carbon-containing precursor material heated to a high temperature in a thermal zone, e.g., a plasma. As described more fully below, the carbon-containing precursor material is heated to a sufficiently high temperature, for example, above 3,500 DEG C to produce graphene carbon particles having the characteristics described above. Carbon-containing precursors, such as hydrocarbons provided in gas or liquid form, are heated in the thermal zone to produce graphene carbon particles in the thermal zone or downstream thereof. For example, thermally produced graphene carbon particles can be prepared by the systems and methods disclosed in U.S. Patent Nos. 8,486,363 and 8,486,364.
특정 실시양태에서, 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자는, (i) 2-탄소 단편 종(예컨대 n-프로판올, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 비닐 클로라이드, 1,2-다이클로로에탄, 알릴 알코올, 프로피온알데하이드 및/또는 비닐 브로마이드)을 형성할 수 있는 하나 이상의 탄화수소 전구체 물질을 상기 열적 대역(예컨대 플라즈마) 내로 도입하고, (ii) 상기 탄화수소를 열적 대역에서 가열하여 그래핀성 탄소 입자를 형성하는, 미국 특허 제8,486,363호 [0022] 내지 [0048]에 기재된 기기 및 방법을 사용함으로써 제조될 수 있다. 다른 실시양태에서, 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자는, (i) 메탄 전구체 물질(예컨대 95% 이상 또는 99% 이상의 순도를 갖는 50% 이상의 메탄, 또는 일부 경우에 기체 또는 액체 메탄을 포함하는 물질)을 열적 대역(예컨대 플라즈마) 내로 도입하고, (ii) 상기 메탄 전구체를 상기 열적 대역에서 가열하여 그래핀성 탄소 입자를 형성하는, 미국 특허 제8,486,364호 [0015] 내지 [0042]에 기재된 기기 및 방법을 사용함으로써 제조될 수 있다. 이러한 방법으로, 상기에 기재된 특징 중 적어도 일부, 또는 일부 경우에 모두를 갖는 그래핀성 탄소 입자를 제조할 수 있다.In certain embodiments, the thermally produced graphene carbon particles are prepared by a process comprising the steps of: (i) combining a 2-carbon fractional species, such as n-propanol, ethane, ethylene, acetylene, vinyl chloride, 1,2- dichloroethane, (Ii) introducing into the thermal zone (e.g., a plasma) one or more hydrocarbon precursor materials capable of forming carbon nanotubes (e.g., aldehydes and / or vinyl bromide) Can be produced by using the apparatuses and methods described in [8], [48], [S], 486, 363, and [0048] In another embodiment, the thermally produced graphene carbon particles are prepared by a process comprising: (i) providing a methane precursor material (e.g., greater than 95% or greater than 50% methane having a purity of greater than 99%, or, in some cases, ) And apparatuses and methods described in U.S. Patent Nos. 8,486,364 [0015] to [0042], wherein the methane precursor is introduced into a thermal zone (e.g., a plasma) . ≪ / RTI > In this way, grappling carbon particles having at least some, or in some cases all of the features described above, can be produced.
상기에 기재된 열적 생산 방법에 의해 그래핀성 탄소 입자를 생산하는 동안, 탄소-함유 전구체는 불활성 운반 기체에 접촉할 수 있는 공급 물질로서 제공된다. 탄소-함유 전구체 물질은 열적 대역에서, 예를 들어 플라즈마 시스템에 의해 가열될 수 있다. 특정 실시양태에서, 전구체 물질은 3,500℃ 이상의 온도, 예를 들어 3,500℃ 또는 4,000℃ 초과 내지 10,000℃ 또는 20,000℃ 이하의 온도로 가열된다. 열적 대역이 플라즈마 시스템에 의해 생성되지만, 임의의 다른 적합한 가열 시스템, 예컨대 다양한 유형의 퍼내스(전기 가열된 튜브 퍼내스 등)가 열적 대역을 생성하는 데 사용될 수 있음이 이해될 수 있다.During the production of the graphene carbon particles by the thermal production method described above, the carbon-containing precursor is provided as a feed material capable of contacting the inert carrier gas. The carbon-containing precursor material may be heated in a thermal zone, for example, by a plasma system. In certain embodiments, the precursor material is heated to a temperature of at least 3,500 DEG C, for example, at or above 3,500 DEG C or above 4,000 DEG C to 10,000 DEG C or 20,000 DEG C. It is to be understood that although the thermal zones are generated by the plasma system, any other suitable heating system, e.g., various types of furnace (electrically heated tube furnace, etc.), may be used to generate thermal bands.
기체 스트림은 하나 이상의 켄치 스트림 주입 포트를 통해 플라즈마 챔버 내로 주입되는 하나 이상의 켄치 스트림에 접촉할 수 있다. 켄치 스트림은 기체 스트림을 냉각시켜 그래핀성 탄소 입자의 형성을 용이하게 하거나 이의 입자 크기 또는 형태학을 조절할 수 있다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 기체 생성물 스트림을 켄치 스트림에 접촉 시킨 후에, 초미세 입자를 수렴 부재에 통과시킬 수 있다. 그래핀성 탄소 입자가 플라즈마 시스템을 퇴장한 후에, 이를 수집할 수 있다. 임의의 적합한 수단(예컨대, 백 필터(bag filter), 사이클론 세퍼레이터, 또는 기판 상에 증착)을 사용하여 그래핀성 탄소 입자를 기체 유량으로부터 분리할 수 있다.The gas stream may contact one or more quench streams injected into the plasma chamber through one or more quench stream injection ports. The quench stream can cool the gas stream to facilitate the formation of graphene carbon particles or to control its particle size or morphology. In certain embodiments of the present invention, after contacting the gaseous product stream with the quench stream, the ultrafine particles may be passed through the converging member. After the graphene carbon particles have exited the plasma system, they can be collected. Any suitable means (e.g., bag filter, cyclone separator, or deposition on a substrate) can be used to separate graphene carbon particles from the gas flow rate.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자의 적어도 일부는 상업적 공급원, 예를 들어 옹스트론(Angstron), 엑스지 사이언시즈(XG Sciences) 및 다른 상업적 공급원으로부터 수득될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 상업적으로 입수가능한 그래핀성 탄소 입자는 박리된 그래파이트를 포함할 수 있고 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자와 비교하여 상이한 특징, 예컨대 상이한 크기 분포, 두께, 종횡비, 구조적 형태학, 산소 함량 및 기저 평면/모서리에서 화학적 작용기를 가질 수 있다.In certain embodiments, at least some of the graphene carbon particles can be obtained from commercial sources, such as Angstron, XG Sciences and other commercial sources. In such embodiments, commercially available graphene carbon particles may comprise exfoliated graphite and may have different characteristics compared to thermally produced graphene carbon particles, such as different size distributions, thicknesses, aspect ratios, structural morphologies, oxygen content And chemical bases at the base plane / edge.
특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자는 작용화된다. 본원에서 사용된 "작용화된"은, 그래핀성 탄소 입자와 관련될 때, 그래핀성 탄소 입자에 대한 임의의 비-탄소 원자 또는 유기 기의 공유결합을 의미한다. 그래핀성 탄소 입자는 입자의 탄소 원자와 다른 화학적 잔기(예컨대 카복시산 기, 설폰산 기, 하이드록시 기, 할로겐 원자, 니트로 기, 아민 기, 지방족 탄화수소 기, 페닐 기 등) 사이의 공유결합의 형성을 통해 작용화될 수 있다. 예를 들어, 탄소-함유 물질에 의한 작용화는 그래핀성 탄소 입자 상에 카복시산 기의 형성을 야기할 수 있다. 또한, 그래핀성 탄소 입자는 다른 반응, 예컨대 다이엘스-앨더(Diels-Alder) 부가반응, 1,3-이극성 부가환화반응, 자유 라디칼 부가반응 또는 다이아조늄 부가반응에 의해 작용화될 수 있다. 특정 실시양태에서, 탄화수소 및 페닐 기는 추가로 작용화될 수 있다. 그래핀성 탄소 입자가 이미 일부 하이드록시 작용기를 갖는 경우, 작용기는 이들 작용기와 예를 들어 유기 이소시아네이트의 반응에 의해 변경되고 연장될 수 있다.In certain embodiments, graphene carbon particles are functionalized. As used herein, " functionalized " when referring to graphene carbon particles means a covalent bond of any non-carbon atom or organic group to graphene carbon particles. Graphene carbon particles are formed by the formation of covalent bonds between the carbon atoms of the particles and other chemical moieties such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, hydroxy groups, halogen atoms, nitro groups, amine groups, aliphatic hydrocarbon groups, Lt; / RTI > For example, functionalization by a carbon-containing material may cause formation of a carboxylic acid group on the graphene carbon particles. Further, the graphene carbon particles can be functionalized by other reactions such as a Diels-Alder addition reaction, a 1,3-dipolar addition cyclization reaction, a free radical addition reaction or a diazonium addition reaction. In certain embodiments, the hydrocarbon and phenyl groups may be further functionalized. If the grafted carbon particles already have some hydroxy functional groups, the functional groups can be modified and extended by the reaction of these functional groups with, for example, organic isocyanates.
특정 실시양태에서, 상이한 유형의 그래핀성 탄소 입자가 전착성 조성물에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시양태에 따라 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자가 상업적으로 입수가능한 그래핀성 탄소 입자와 합해질 때, 바이모달 분포, 트라이모달 분포 등의 그래핀성 탄소 입자 특징이 달성될 수 있다. 조성물에 함유된 그래핀성 탄소 입자는 멀티모달 입자 크기 분포, 종횡비 분포, 구조적 형태학, 모서리 작용성 차이, 산소 함량 등을 가질 수 있다.In certain embodiments, different types of grappling carbon particles may be used in the electrodepositable composition. For example, when thermally produced graphene carbon particles are combined with commercially available graphene carbon particles according to embodiments of the present invention, graphene carbon particle characteristics such as bimodal distribution, tri-modal distribution, etc., are achieved . The grafted carbon particles contained in the composition may have a multimodal particle size distribution, aspect ratio distribution, structural morphology, corrugatedness difference, oxygen content, and the like.
열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자 및 상업적으로 입수가능한 그래핀성 탄소 입자(예를 들어 박리된 그래파이트로부터 형성됨) 둘 다가 바이모달 그래핀성 입자 크기 분포를 생성하도록 사용된 본 발명의 실시양태에서, 상이한 유형의 그래핀성 탄소 입자의 상대적 양은 코팅의 목적하는 전도성 특성을 생성하도록 조절된다. 예를 들어, 그래핀성 탄소 입자의 총 중량을 기준으로 열적으로 제조된 그래핀성 입자는 1 내지 50 중량%를 차지할 수 있고, 상업적으로 입수가능한 그래핀성 탄소 입자는 50 내지 99 중량%를 차지할 수 있다. 특정 실시양태에서, 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자는 2 또는 4 내지 40 중량%, 또는 6 또는 8 내지 35 중량%, 또는 10 내지 30 중량%를 차지할 수 있다. 이러한 상대적 양의 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자 및 상업적으로 입수가능한 그래핀성 탄소 입자를 갖는 본 발명의 공동 분산액이 코팅, 잉크 또는 다른 물질에 혼입될 때, 이러한 물질은 이러한 유형의 그래핀성 탄소 입자의 혼합물을 비슷한 비로 함유하는 비슷한 물질과 비교하여 상당히 증가된 전기 전도성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 공동 분산액은 혼합물과 비교하여 10 또는 20% 이상만큼 전기 전도도를 증가시킬 수 있다. 특정 실시양태에서, 전기 전도도는 적어도 50, 70 또는 90% 이상만큼 증가될 수 있다.In embodiments of the present invention in which both thermally produced graphene carbon particles and commercially available graphene carbon particles (formed from exfoliated graphite) are used to produce a bimodal graphene particle size distribution, The relative amount of graphene carbon particles of the coating is adjusted to produce the desired conductive properties of the coating. For example, thermally prepared graphene particles based on the total weight of the graphene carbon particles may comprise from 1 to 50 wt%, and commercially available graphene carbon particles may comprise from 50 to 99 wt% . In certain embodiments, the thermally produced graphene carbon particles may comprise 2 or 4 to 40 weight percent, or 6 or 8 to 35 weight percent, or 10 to 30 weight percent. When such a co-dispersion of the present invention having relatively high amounts of thermally produced graphene carbon particles and commercially available graphene carbon particles is incorporated into a coating, ink or other material, Can exhibit significantly increased electrical conductivity compared to similar materials containing similar proportions. For example, the co-dispersion may increase the electrical conductivity by 10 or 20% or more as compared to the mixture. In certain embodiments, the electrical conductivity may be increased by at least 50, 70 or 90% or more.
본 발명의 특정 실시양태에서, 그래핀성 탄소 입자에 더하여, 고체 입자는 또한 리튬-함유 입자, 예컨대, Li, 및 Ni, Co, Fe, Mn, Al 및 P로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 혼합된 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 리튬-함유 입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiMnCo)O2 및/또는 Li(NiCoAl)O2를 포함할 수 있되, 전이금속의 상대적 양은 필요에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, Ni, Mn 및 Co는 언제나 1:1:1의 상대적 원자비로 존재하는 것은 아니며 일부 실시양태에서 추가적 니켈을 5:3:2 또는 8:2:2로 함유할 수 있다. 특정 실시양태에서, 이러한 리튬-함유 입자는 조성물 내로 혼입되기 전에 10 μm 이하, 5 μm 이하, 3 μm 이하, 1 μm 이하, 예컨대 10 내지 1,000 nm, 또는 일부 경우에 500 내지 1,000 nm 또는 600 내지 800 nm의 평균 입자 크기를 갖는다.In certain embodiments of the present invention, in addition to the graphene carbon particles, the solid particles may also be mixed with a lithium-containing particle, such as Li, and at least one element selected from Ni, Co, Fe, Mn, Metal oxides. For example, lithium-containing particles itdoe can include LiCoO 2, LiNiO 2, LiFePO 4 , LiCoPO 4, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, Li (NiMnCo) O 2 and / or Li (NiCoAl) O 2, The relative amount of transition metal may vary as needed. For example, Ni, Mn and Co are not always present in relative atomic ratios of 1: 1: 1, and in some embodiments may contain additional nickel in a ratio of 5: 3: 2 or 8: 2: 2. In certain embodiments, such lithium-containing particles have a particle size of less than or equal to 10 μm, less than or equal to 5 μm, less than or equal to 3 μm, less than or equal to 1 μm, such as less than or equal to 10 nm and less than or equal to 1,000 nm, nm. < / RTI >
특정 실시양태에서, 이러한 리튬-함유 고체 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 예컨대 85 중량% 이상, 또는 일부 경우에 90, 93 또는 96 중량% 이상의 양으로 존재한다. 고체 입자가 리튬-함유 입자 및 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 특정 실시양태에 따라, 리튬-함유 입자 및 그래핀성 탄소 입자의 총 합한 중량을 기준으로 이들의 상대적 중량%는 전형적으로 85 내지 99.5 중량%의 리튬-함유 입자 및 0.5 내지 15 중량%의 그래핀성 탄소 입자, 예를 들어 90 내지 99 중량% 리튬-함유 입자 및 1 내지 10 중량% 그래핀성 탄소 입자, 또는 92 내지 98 중량%의 리튬-함유 입자 및 2 내지 8 중량%의 그래핀성 탄소 입자이다.In certain embodiments, such lithium-containing solid particles are present in the composition in an amount of at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, such as at least 85 wt% In an amount of 90, 93 or 96 wt% or more. In accordance with certain embodiments in which the solid particles comprise lithium-containing particles and graphene carbon particles, their relative weight percent based on the total combined weight of the lithium-containing particles and the graphene carbon particles is typically 85 to 99.5 wt% By weight of lithium-containing particles and from 0.5 to 15% by weight of graphene carbon particles, for example from 90 to 99% by weight of lithium-containing particles and from 1 to 10% by weight of graphene carbon particles, or from 92 to 98% Particles and 2 to 8 wt% graphenic carbon particles.
고체 입자가 그래핀성 탄소 입자 및 리튬-함유 입자를 포함하는 전술된 실시양태를 포함하는 특정 실시양태에서, 조성물은 추가적 전기전도성 입자, 예컨대 전기전도성 탄소 입자를 포함할 수 있다. 적합한 전기전도성 입자는 전기전도성 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노튜브, 탄소 섬유, 풀러렌 등을 포함한다. 본원에서 사용하기에 적합한 상업적으로 입수가능한 전기전도성 카본 블랙의 예는 비제한적으로 캐보트 모노라치(Cabot Monarch, 상표) 1300, 캐보트 XC-72R, 캐보트 LiTX 50, 캐보트 LiTX 200, 캐보트 LiTX 300, 덴카 블랙(Denka Black) HS-100L, 블랙 펄즈(Black Pearls) 2000 및 벌칸(Vulcan) XC 72(캐보트 코포레이션에서 판매); 애치슨 일렉트로댁(Acheson Electrodag, 상표) 230(애시츤 콜로이즈 컴패니(Acheson Colloids Co.)에서 판매; 컬럼비안 레이븐(Columbian Raven, 상표) 3500(컬림비안 카본 컴패니(Columbian Carbon Co.)에서 판매); 및 프린텍스(Printex, 상표) XE 2, 프린텍스 200, 프린텍스 L 및 프린텍스 L6(데구사 코포레이션 피그먼츠 그룹(DeGussa Corporation, Pigments Group)에서 판매), 및 수퍼 피(Super P, 등록상표) 및 수퍼 피(등록상표) Li, 씨-너지(C-Nergy, 상표) 수퍼 C45 및 씨-너지(상표) 수퍼 C65(팀컬 리미티드(TIMCAL Ltd.)에서 판매)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 조성물에서 사용된 전기전도성 카본 블랙은 조성물 내로 혼입되기 전에 300 nm 미만, 예컨대 1 내지 200 nm, 10 내지 100 nm, 또는 일부 경우에 30 내지 50 nm의 평균 일차 입자 크기를 갖는다.In certain embodiments, wherein the solid particles comprise the above-described embodiment wherein the solid particles comprise graphene carbon particles and lithium-containing particles, the composition may comprise additional electroconductive particles, such as electrically conductive carbon particles. Suitable electrically conductive particles include electrically conductive carbon black, acetylene black, carbon nanotubes, carbon fibers, fullerenes, and the like. Examples of commercially available electrically conductive carbon blacks suitable for use herein include, but are not limited to, Cabot Monarch (TM) 1300, Cabot XC-72R, Cabot LiTX 50, Cabot LiTX 200, LiTX 300, Denka Black HS-100L, Black Pearls 2000 and Vulcan XC 72 (sold by Cabot Corporation); Acheson Electrodag 230 (sold by Acheson Colloids Co., Columbian Raven 3500, sold by Columbian Carbon Co.); And Printex (trade mark) XE 2, Printex 200, Printex L and Printex L6 (sold by DeGussa Corporation, Pigments Group), and Super P (registered trademark) And C-Nergy Super C45 and C-Nergy Super C65 (sold by TIMCAL Ltd.). In certain embodiments, The electrically conductive carbon black used in the compositions described herein has an average primary particle size of less than 300 nm, such as 1 to 200 nm, 10 to 100 nm, or in some cases 30 to 50 nm before incorporation into the composition.
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 전기전도성 입자는 비제한적으로 전기전도성 실리카, 예컨대 애로실(AEROSIL) 200(재팬 애로실 컴패니 리미티드(Japan Aerosil Co., Ltd.)에서 판매); 실로이드(SYLOID, 등록상표) 161, 실로이드(등록상표) 244, 실로이드(등록상표) 308, 실로이드(등록상표) 404 및 실로이드(등록상표) 978(모두 후지 데이비슨 컴패니 리미티드(Fuji Davison Co., Ltd.)로부터 입수가능); 금속 분말, 예컨대 알루미늄, 구리 또는 특수 강, 몰리브덴 다이설파이드, 산화 철(예를 들어 블랙 산화 철), 안티몬-도핑된 이산화 티타늄 및 니켈-도핑된 이산화 티타늄을 포함한다. 또한, 금속, 예컨대 코발트, 구리, 니켈, 철, 주석, 아연 및 이들의 조합으로 코팅된 입자가 적합하다. 전술된 금속으로 코팅될 수 있는 적합한 입자는 알루미나, 알루미늄, 방향족 폴리에스터, 질화 붕소, 크롬, 그래파이트, 철, 몰리브덴, 네오디뮴/철/붕소, 사마륨 코발트, 탄화 규소, 스테인리스 강, 이붕화 티타늄, 텅스텐, 탄화 텅스텐 및 지르코니아 입자를 포함한다. 이러한 금속-코팅된 입자는 어드밴스드 세라믹스 코포레이션(Advanced Ceramics Corp.)으로부터 상업적으로 입수가능하다. 사용될 수 있는 다른 금속-코팅된 입자는 예컨대 탄소, 구리, 니켈, 팔라듐, 규소, 은 및 티타늄 코팅으로 코팅된, 세라믹 마이크로벌룬, 절단된 유리 섬유, 그래파이트 분말 및 플레이크, 질화 붕소, 마이카 플레이크, 구리 분말 및 플레이크, 니켈 분말 및 플레이크, 알루미늄을 포함한다. 이들 입자는 전형적으로 유동층 화학 진공 증착 기술을 사용하여 금속-코팅된다. 이러한 금속-코팅된 입자는 파우더밋 인코포레이티드(Powdermet, Inc.)로부터 상업적으로 입수가능하다. 상이한 전기전도성 입자의 혼합물이 사용될 수 있다.Other electrically conductive particles suitable for use in the present invention include, but are not limited to, electrically conductive silicas such as AEROSIL 200 (sold by Japan Aerosil Co., Ltd.); Silloid TM 364 and Silylide TM 978 all available from Fuji Davison Inc. under the trade designation SYLOID® 161, Siloid® 244, Siloid® 308, Siloid® 404 and Siloid® 978 Co., Ltd.); Metal powders such as aluminum, copper or special steels, molybdenum disulfide, iron oxide (e.g., black iron oxide), antimony-doped titanium dioxide, and nickel-doped titanium dioxide. Also suitable are particles coated with metals such as cobalt, copper, nickel, iron, tin, zinc and combinations thereof. Suitable particles that can be coated with the above-described metals include alumina, aluminum, aromatic polyesters, boron nitride, chromium, graphite, iron, molybdenum, neodymium / iron / boron, samarium cobalt, silicon carbide, stainless steel, titanium diboride, tungsten , Tungsten carbide, and zirconia particles. These metal-coated particles are commercially available from Advanced Ceramics Corp. Other metal-coated particles that may be used include ceramic microballoons, cut glass fibers, graphite powders and flakes, boron nitride, mica flakes, copper coated with carbon, copper, nickel, palladium, Powders and flakes, nickel powders and flakes, aluminum. These particles are typically metal-coated using fluid bed chemical vapor deposition techniques. These metal-coated particles are commercially available from Powdermet, Inc. Mixtures of different electrically conductive particles may be used.
특정 실시양태에서, 전기전도성 입자는 조성물에서 리튬-함유 입자 대 그래핀성 탄소 입자 또는 다른 전기전도성 입자의 상대적 중량비가 3:1 이상, 4:1 이상, 5:1 이상, 8:1 이상, 10:1 이상, 또는 일부 경우에 15:1 이상, 30:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상이도록 하는 양으로 조성물에 존재한다. 특정 실시양태에서, 이러한 전기전도성 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 예컨대 1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5 중량%의 양으로 존재한다.In certain embodiments, the electrically conductive particles have a relative weight ratio of lithium-containing particles to graphene carbon particles or other electrically conductive particles in the composition of at least 3: 1, at least 4: 1, at least 5: 1, at least 8: : 1 or more, or in some cases 15: 1 or more, 30: 1 or more, 45: 1 or more, or 60: 1 or more. In certain embodiments, such electrically conductive particles are present in an amount of 20 wt% or less, 10 wt% or less, such as 1 to 10 wt% or 1 to 5 wt%, based on the total weight of the solids of the composition.
전술된 그래핀성 탄소 입자에 더하여, 다른 유형의 고체 입자가 전착성 물질에 포함될 수 있다. 이러한 고체 입자는 중합체성 및/또는 비-중합체성 무기 물질, 중합체성 및/또는 비-중합체성 유기 물질, 복합 물질, 뿐만 아니라 전술된 것의 임의의 혼합물일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "중합체"는 올리고머를 포괄하는 것으로 의미되고, 비제한적으로 단독중합체 및 공중합체를 포함한다.In addition to the graphene carbon particles described above, other types of solid particles may be included in the electrodepositable material. These solid particles may be polymeric and / or non-polymeric inorganic materials, polymeric and / or non-polymeric organic materials, composite materials, as well as any mixture of the foregoing. The term " polymer " as used herein is meant to encompass oligomers and includes, but is not limited to, homopolymers and copolymers.
본원에 사용된 용어 "중합체성 무기 물질"은 탄소 이외의 원소를 기반으로 하는 주쇄 반복 단위를 갖는 중합체성 물질을 의미한다. 또한, 본원에 사용된 용어 "중합체성 유기 물질"은 모두 탄소를 기반으로 한 주쇄 반복 단위를 갖는 합성 중합체성 물질, 반합성 중합체성 물질 및 천연 중합체성 물질을 의미한다.The term " polymeric inorganic material " as used herein means a polymeric material having a main chain repeat unit based on an element other than carbon. The term " polymeric organic material " as used herein also means synthetic polymeric materials, semisynthetic polymeric materials and natural polymeric materials having carbon backbone repeat units.
본원에 사용된 용어 "유기 물질"은 탄소가 전형적으로 그 자체에 및 수소에, 및 종종 다른 원소에도 결합하는 탄소-함유 화합물을 의미하고, 이원 화합물, 예컨대 탄소 산화물, 카비드, 탄소 이황화물 등; 삼원 화합물, 예컨대 금속 시아나이드, 금속 카본일, 포스겐, 카본일 설파이드 등; 탄소-함유 이온성 화합물, 예컨대 금속 탄산염, 예를 들어 탄산 칼슘 및 탄산 나트륨을 배제한다. 본원에 사용된 용어 "무기 물질"은 유기 물질이 아닌 임의의 물질을 의미한다.The term " organic material " as used herein means a carbon-containing compound in which carbon is typically bonded to itself and to hydrogen, and often also to other elements, and binary compounds such as carbon oxides, carbides, ; Ternary compounds such as metal cyanide, metal carbonyl, phosgene, carbonyl sulfide and the like; Carbon-containing ionic compounds such as metal carbonates such as calcium carbonate and sodium carbonate are excluded. The term " inorganic material " as used herein means any material that is not an organic material.
본원에 사용된 용어 "복합 물질"은 2개 이상의 상이한 물질의 조합을 의미한다. 복합 물질로부터 형성된 입자는 이의 표면 아래의 입자의 내부 부분의 경도와 상이한 표면 경도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 입자의 표면은 당분야에 공지된 기술을 사용하여 이의 표면 특징을 화학적으로 또는 물리적으로 변화시키는 것을 포함하는 당분야에 주지된 임의의 방법으로 변경될 수 있다.The term " composite material " as used herein means a combination of two or more different materials. The particles formed from the composite material may have different surface hardness from the hardness of the inner portion of the particles below the surface of the composite material. More specifically, the surface of the particles can be modified in any manner known in the art, including chemically or physically altering the surface characteristics thereof using techniques known in the art.
예를 들어, 입자는 하나 이상의 이차 물질로 코팅되거나 덮이거나 캡슐화된 일차 물질로부터 형성되어 보다 연질의 표면을 갖는 복합 입자를 형성할 수 있다. 특정 실시양태에서, 복합 물질로부터 형성된 입자는 상이한 형태의 일차 물질로 코팅되거나 덮이거나 캡슐화된 일차 물질로부터 형성될 수 있다.For example, the particles may be coated with one or more secondary materials, or formed from a coated or encapsulated primary material to form composite particles having a softer surface. In certain embodiments, the particles formed from the composite material may be coated with a different type of primary material or formed from a capped or encapsulated primary material.
지시된 바와 같이, 고체 입자는 임의의 다양한 무기 물질, 예컨대 세라믹 물질, 금속 물질, 및 전술된 것의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 세라믹 물질의 비제한적인 예는 금속 산화물, 혼합된 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 황화물, 금속 규산염, 금속 붕화물, 금속 탄산염, 및 전술된 것의 혼합물을 포함할 수 있다. 금속 질화물의 구체적 비제한적인 예는 질화 붕소이고; 금속 산화물의 구체적 비제한적인 예는 산화 아연이고; 적합한 혼합된 금속 산화물의 비제한적인 예는 규산 알루미늄 및 규산 마그네슘이고; 적합한 금속 황화물의 비제한적인 예는 이황화 몰리브덴, 이황화 탄탈럼, 이황화 텅스텐 및 황화 아연이고; 금속 규산염의 비제한적인 예는 규산 알루미늄 및 규산 마그네슘, 예컨대 버미큘라이트(vermiculite)이다.As indicated, the solid particles may comprise any of a variety of inorganic materials, such as ceramic materials, metallic materials, and mixtures of the foregoing. Non-limiting examples of such ceramic materials may include metal oxides, mixed metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal sulfides, metal silicates, metal borides, metal carbonates, and mixtures of the foregoing. Specific non-limiting examples of metal nitrides are boron nitride; A specific non-limiting example of the metal oxide is zinc oxide; Non-limiting examples of suitable mixed metal oxides are aluminum silicate and magnesium silicate; Non-limiting examples of suitable metal sulfides are molybdenum disulfide, tantalum disulfide, tungsten disulfide, and zinc sulfide; Non-limiting examples of metal silicates are aluminum silicate and magnesium silicate, such as vermiculite.
본 발명의 특정 실시양태에서, 고체 입자는 알루미늄, 바륨, 비스무트, 붕소, 카드뮴, 칼슘, 세륨, 코발트, 구리, 철, 란타넘, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 인, 셀레늄, 규소, 은, 황, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 이트륨, 아연 및 지르코늄(이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 인화물, 이들의 인산염, 이들의 셀렌화물, 이들의 황화물, 이들의 황산염, 및 이들의 혼합물을 포함함)으로부터 선택된 무기 물질을 포함한다. 전술된 무기 입자의 적합한 비제한적인 예는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세라, 지르코니아, 산화 비스무트, 산화 마그네슘, 산화 철, 규산 알루미늄, 탄화 붕소, 질소-도핑된 티타니아 및 셀렌화 카드뮴을 포함한다.In certain embodiments of the present invention, the solid particles are selected from the group consisting of aluminum, barium, bismuth, boron, cadmium, calcium, cerium, cobalt, copper, iron, lanthanum, magnesium, manganese, molybdenum, phosphorus, selenium, Tin, titanium, tungsten, vanadium, yttrium, zinc and zirconium (including oxides thereof, nitrides thereof, phosphides thereof, phosphates thereof, selenides thereof, sulfides thereof, sulfates thereof and mixtures thereof ). ≪ / RTI > Suitable non-limiting examples of the aforementioned inorganic particles include alumina, silica, titania, cera, zirconia, bismuth oxide, magnesium oxide, iron oxide, aluminum silicate, boron carbide, nitrogen-doped titania and cadmium selenide.
특정 실시양태에서, 본 발명에 사용된 고체 입자는 라멜라 구조를 갖는다. 라멜라 구조를 갖는 입자는 육방정계 배열의 원자 또는 입자의 시트 또는 플레이트로 구성된다. 라멜라 구조의 비제한적인 예는 육방정계 결정 구조이다. 라멜라 풀러렌 버키볼(buckyball) 구조를 갖는 무기 고체 입자가 또한 유용하다.In certain embodiments, the solid particles used in the present invention have a lamellar structure. Particles having a lamellar structure are composed of sheets or plates of atoms or particles of hexagonal arrangement. A non-limiting example of a lamellar structure is a hexagonal crystal structure. Inorganic solid particles having a lamellar fullerene buckyball structure are also useful.
라멜라 구조를 갖는 적합한 물질의 비제한적인 예는 질화 붕소, 그래파이트, 금속 다이칼코게나이드, 마이카, 테일(tale), 집섬(gypsum), 카올리나이트, 칼사이트, 요오드화 카드뮴, 황화 은 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 금속 다이칼코게나이드는 이황화 몰리브덴, 이셀렌화 몰리브덴, 이황화 탄탈럼, 이셀렌화 탄탈럼, 이황화 텅스텐, 이셀렌화 텅스텐 및 이들의 혼합물을 포함한다.Non-limiting examples of suitable materials having a lamellar structure include, but are not limited to, boron nitride, graphite, metaldicarcogenide, mica, tale, gypsum, kaolinite, calcite, cadmium iodide, . Suitable metal decahcogenides include molybdenum disulfide, molybdenum selenide, tantalum disulfide, tantalum selenide, tungsten disulfide, tungsten selenide, and mixtures thereof.
고체 입자는 비-중합체성 유기 물질로부터 형성될 수 있다. 본 발명에 유용한 비-중합체성 유기 물질의 비제한적인 예는 비제한적으로 스테아르산염(예컨대 스테아르산 아연 및 스테아르산 알루미늄), 다이아몬드, 카본 블랙 및 스테아라미드를 포함한다.The solid particles can be formed from non-polymeric organic materials. Non-limiting examples of non-polymeric organic materials useful in the present invention include, but are not limited to, stearates (such as zinc stearate and aluminum stearate), diamonds, carbon black, and stearamides.
특정 실시양태에서, 고체 입자는 유기 안료, 예컨대 아조 화합물(모노아조, 다이-아조, β-나프톨(Naphthol), 나프톨 AS, 아조 안료 레이크, 벤즈이미다졸론, 다이-아조 축합물, 금속 착체, 이소인돌린온, 이소인돌린), 및 다환형(프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 다이케토피롤로 피롤, 티오인디고, 안트라퀴논, 인단트론, 안트라피리미딘, 플라반트론, 피란트론, 안탄트론, 다이옥사진, 트라이아릴카보늄, 퀴노프탈론) 안료, 및 전술된 임의의 것의 혼합물을 포함한다.In certain embodiments, the solid particles comprise an organic pigment such as an azo compound (monoazo, di-azo, naphthol, naphthol AS, azo pigment lake, benzimidazolone, Isoindolinone, isoindoline, and isoindoline), and polycyclic (such as phthalocyanine, quinacridone, perylene, perinone, diketopyrrolopyrrole, thioindigo, anthraquinone, indanthrone, anthrapyrimidine, Trinone, anthanthrone, dioxazine, triarylcarbonium, quinophthalone) pigments, and mixtures of any of the foregoing.
특정 실시양태에서, 전술된 추가적 고체 입자는 조성물 내로 혼입되기 전에 100 μm 미만, 예컨대 조성물 내로 혼입되기 전에 50 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 특정 실시양태에서, 고체 입자는 조성물 내로 혼입되기 전에 1 내지 10,000 nm, 조성물 내로 혼입되기 전에 1 내지 1000 nm, 또는 조성물 내로 혼입되기 전에 1 내지 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는다.In certain embodiments, the above-described additional solid particles have an average particle size of less than 100 [mu] m prior to incorporation into the composition, e.g., less than 50 [mu] m before incorporation into the composition. In certain embodiments, the solid particles have an average particle size of from 1 to 10,000 nm before incorporation into the composition, from 1 to 1000 nm before incorporation into the composition, or from 1 to 100 nm before incorporation into the composition.
고체 입자의 평균 입자 크기가 약 1 μm 이상인 실시양태에서, 평균 입자 크기는 공지된 레이저 분산 기술에 따라 측정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 입자의 평균 입자 크기를, 633 nm의 파장의 헬륨-네온 레이저를 사용하는 호리바(Horiba) 모델 LA 900 레이저 회절 입자 크기 기기를 사용하여 측정하여 입자의 크기를 측정하고 입자가 구체 모양을 가짐을 추정할 수 있다(즉, "입자 크기"는 입자를 완전하게 감싸는 최소 구체를 지칭함).In embodiments where the average particle size of the solid particles is at least about 1 [mu] m, the average particle size can be measured according to known laser dispersion techniques. For example, the average particle size of such particles is measured using a Horiba model LA 900 laser diffraction particle size instrument using a helium-neon laser at a wavelength of 633 nm to measure the size of the particles, (I. E., &Quot; particle size " refers to the smallest sphere that completely encloses the particle).
고체 입자의 평균 입자 크기가 1 μm 이하인 실시양태에서, 평균 입자 크기는 투과 전자현미경(TEM) 이미지의 전자현미경 사진을 시각적으로 검사하고 이미지에서 입자의 직경을 측정하고 TEM 이미지의 배율을 기초로 평균 입자 크기를 계산하여 결정될 수 있다. 당업자는 이러한 TEM 이미지를 준비하는 방법을 이해할 것이다. 입자의 직경은 입자를 완전히 감싸는 최소 직경 구체를 지칭한다.In embodiments where the average particle size of the solid particles is less than or equal to 1 占 퐉, the average particle size is determined by visually inspecting an electron micrograph of a transmission electron microscope (TEM) image, measuring the diameter of the particles in the image, Can be determined by calculating the particle size. Those skilled in the art will understand how to prepare such a TEM image. The diameter of the particle refers to the smallest diameter sphere that completely encloses the particle.
특정 실시양태에서, 조성물은 다른 전형적인 성분, 예컨대 부식 억제제, 산화 방지제, 유동 조절제, 계면활성제 등을 포함한다.In certain embodiments, the composition includes other typical components such as corrosion inhibitors, antioxidants, flow control agents, surfactants, and the like.
전술된 전착성 조성물은 실시예에 기재되는 방법을 포함하는 임의의 바람직한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 고체 입자를 조성물의 도움으로 혼입시키는 것이 바람직할 수 있되, 여기서 고체 입자는 수성 매질에 예비-가용화된 수용성 이온성 수지와 혼합된다. 이러한 목적에 적합한 예시적 이온성 수지는 전술된 수용성 수지를 포함한다. 이러한 조성물의 고체 함량은 비교적 높을 수 있고, 예컨대 본 발명의 방법의 조성물의 총 고체 함량의 2배, 3배 또는 4배 이상일 수 있다. 조성물은 예컨대 초음파 처리에 의해 혼합되어 균질한 분산액을 제공할 수 있다. 이러한 초음파 처리는 15 내지 30분 이상이 걸릴 수 있다. 이어서, 생성된 조성물은 액체 담체(즉, 물 및 임의적으로 유기 용매)와 합해져 본 발명의 방법에서 사용하기 위한 최종 조성물을 제공할 수 있다.The above-described electrodepositable composition may be prepared by any desired method including the method described in the examples. For example, in some embodiments, it may be desirable to incorporate solid particles with the aid of a composition wherein the solid particles are mixed with a water-soluble ionic resin pre-solubilized in an aqueous medium. Exemplary ionic resins suitable for this purpose include the water-soluble resins described above. The solids content of such a composition may be relatively high, for example, it may be at least 2, 3 or 4 times the total solids content of the composition of the process of the present invention. The composition may be mixed, for example, by sonication to provide a homogeneous dispersion. Such ultrasonic treatment can take 15 to 30 minutes or more. The resulting composition may then be combined with a liquid carrier (i.e., water and optionally an organic solvent) to provide a final composition for use in the methods of the present invention.
본 발명의 방법의 실시양태에서, 기판은 4:1 이상, 예컨대 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상, 13:1 이상, 14:1 이상, 15:1 이상, 16:1 이상, 17:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는 조성물에 함침된다. 고체 입자는 0.05 내지 100 중량%, 예를 들어 0.1 내지 10 중량% 또는 0.1 내지 5 중량%의 그래핀성 탄소 입자를 포함할 수 있다.In an embodiment of the method of the present invention, the substrate is at least 4: 1, such as at least 5: 1, at least 6: 1, at least 7: 1, at least 8: Of the solid particles to the ionic resin of at least 12: 1, at least 13: 1, at least 14: 1, at least 15: 1, at least 16: 1, at least 17: 1. The solid particles may comprise from 0.05 to 100% by weight, for example from 0.1 to 10% by weight, or from 0.1 to 5% by weight of graphene carbon particles.
또한, 본 발명의 방법의 특정 실시양태에서, 기판은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 25 중량%, 예컨대 1 내지 10 중량%, 또는 일부 경우에 1 내지 5 중량%의 총 고체 함량을 갖는 조성물에 함침된다. 실제로, 이러한 조성물이 증점제의 사용 없이도 수성 매질 중의 고체 입자 및 이온성 수지의 안정한 분산액을 제공할 수 있음이 밝혀졌다. 본원에 사용된 용어 "안정한 분산액"은, 25℃의 온도에서 60일 이상 동안 유지될 때 겔화되지 않고 응집되지 않고 침전하지 않거나, 약간의 침전이 발생한 경우 침전물이 교반시 재분산될 수 있는 분산액을 지칭한다.In addition, in certain embodiments of the method of the present invention, the substrate comprises a composition having a total solids content of from 0.5 to 25% by weight, such as from 1 to 10% by weight, or in some cases from 1 to 5% . In fact, it has been found that such compositions can provide stable dispersions of solid particles and ionic resins in an aqueous medium without the use of thickeners. The term " stable dispersion ", as used herein, refers to a dispersion that is not gelled, does not agglomerate and does not precipitate when held at a temperature of 25 DEG C for at least 60 days, or that when the precipitate is slightly precipitated, Quot;
또한, 상기 조성물이 본 발명의 방법에서 사용될 때, 심지어 배쓰에서 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비가 전술된 범위 내에 있을 때에도, 적합한 필름 두께 및 허용가능한 공극률의 단단한 균일 코팅이 제공될 수 있고, 이는 리튬 이온 배터리용 음극으로서 사용될 수 있는 코팅된 기판을 제조하는 데 전술된 방법이 특히 적합하도록 만든다는 것이 밝혀졌다.In addition, when the composition is used in the method of the present invention, even when the weight ratio of solid particles to ionic resin in the bath is within the aforementioned range, a firm uniform coating of suitable film thickness and acceptable porosity can be provided, It has been found that the above-described method makes it particularly suitable for producing a coated substrate which can be used as a cathode for a lithium ion battery.
본 발명의 방법에서, 코팅은 전착 공정을 통해 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 도포된다. 이러한 공정에서, 전극 및 상대 전극(예컨대 음이온성 전착에서 음극)을 포함하는 전기 회로에서 전극(예컨대 음이온성 전착에서 양극)으로서 작용하는 전기전도성 기판(예컨대 전술된 임의의 것)은 전술된 유형의 조성물에 함침된다. 전류가 전극 사이를 지나 기판 상에 코팅의 증착을 야기한다. 인가된 전압은 변할 수 있고 예를 들어 1 V만큼 낮은 V 내지 수천 V만큼 높은 V일 수 있으나, 종종 50 내지 500 V이다. 전류 밀도는 종종 1 ft2 당 0.5 내지 15 A이다. 특정 실시양태에서, 조성물에서 기판의 체류 시간은 30 내지 180초이다.In the method of the present invention, the coating is applied over or onto at least a portion of the substrate through an electrodeposition process. In such a process, an electrically conductive substrate (such as any of the ones described above) that acts as an electrode (e.g., an anode in anionic electrodeposition) in an electrical circuit comprising an electrode and a counter electrode (e.g., a negative electrode in anionic electrodeposition) The composition is impregnated. Current causes deposition of a coating on the substrate across the electrodes. The applied voltage may be variable and may be, for example, as low as 1 V, or as high as V through thousands of volts, but often between 50 and 500 volts. The current density is often 0.5 to 15 A per ft 2 . In certain embodiments, the residence time of the substrate in the composition is from 30 to 180 seconds.
전기코팅 후에, 기판은 배쓰로부터 제거되고, 특정 실시양태에서 조성물의 세부사항 및 최종 사용자의 선호에 따라 오븐에서 베이킹될 수 있다. 예를 들어, 코팅된 기판은 225℉ 이하, 예컨대 200℉ 이하의 온도에서 10 내지 60분 동안 베이킹될 수 있다. 다른 경우에, 전기코팅 후에 및 배쓰로부터 기판의 제거 후에(및 다시 조성물의 세부사항 및 최종 사용자의 선호에 따라), 코팅된 기판은 간단히 주위 조건 하에 건조될 수 있다. 본원에 사용된 "주위 조건"은 10 내지 100%의 상대습도 및 -10 내지 120℃, 예컨대 5 내지 80℃, 일부 경우에 10 내지 60℃, 또는 또 다른 경우에 15 내지 40℃ 범위의 온도를 갖는 대기를 지칭한다.After electrocoating, the substrate is removed from the bath and, in certain embodiments, can be baked in an oven according to the details of the composition and the end user's preference. For example, the coated substrate may be baked for 10 to 60 minutes at a temperature of 225 ℉ or less, such as 200 ℉ or less. In other cases, after the electrocoating and after removal of the substrate from the bath (and again according to the details of the composition and the preferences of the end user), the coated substrate may simply be dried under ambient conditions. As used herein, " ambient conditions " means a temperature of 10 to 100% relative humidity and a temperature in the range of -10 to 120 캜, such as 5 to 80 캜, in some cases 10 to 60 캜, Quot;
전술된 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 일부 양상에서, 본 발명은 전기전도성 기판을 전착성 조성물에 함침시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이되, 상기 기판은 상기 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고, 전류가 상기 전극 사이를 지날 때 상기 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 코팅이 도포되고, 상기 전착성 조성물은 (a) 수성 매질; (b) 이온성 수지; 및 (c) 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하되, 상기 조성물은 4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다. 또한, 본 발명은 본 문단에서 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 기판은 알루미늄, 철, 구리, 망간, 니켈, 이들의 조합 및/또는 이들의 합금을 포함하는 호일이되, 임의의 이들 호일은 8 mil(203.2 μm) 이하, 예컨대 4 mil(101.6 μm) 이하, 2 mil(50.8 μm) 이하, 또는 일부 경우에 1 mil(25.4 μm) 이하이고/이거나 0.1 mil(2.54 μm) 이상, 예컨대 0.2 mil(5.08 μm) 이상, 0.4 mil(10.2 μm) 이상 또는 0.5 mil(12.7 μm) 이상인 두께를 가질 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 수성 매질은 물만으로 이루어지거나 불활성 유기 공용매(예컨대 적어도 부분적으로 물에 가용성인 유기 공용매, 예컨대 함산소 유기 용매, 예컨대 알킬 기에 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 또는 다이프로필렌 글리콜의 모노알킬 에터, 예컨대 이들 글리콜 또는 알코올(예컨대 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 및 다이아세톤 알코올)의 모노에틸 또는 모노부틸 에터)와 조합하여 대부분 물을 포함한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 유기 공용매는 전착성 조성물의 물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만, 20 중량% 미만, 또는 일부 경우에 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 수성 매질은 조성물의 총 중량을 기준으로 75 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상, 예컨대 75 내지 99.5 중량%, 90 내지 99 중량%, 또는 일부 경우에 95 내지 99 중량%의 양으로 전착성 조성물에 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 이온성 수지는 음이온성 수지, 예컨대 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지를 포함하고, 예컨대 여기서 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지는 수용성이고, 예컨대 여기서 수용성 수지는 셀룰로스 유도체, 예컨대 카복시메틸셀룰로스(예컨대 50,000 이상, 100,000 이상, 200,000 이상, 예컨대 50,000 내지 1,000,000, 100,000 내지 500,000 또는 200,000 내지 300,000의 중량 평균 분자량을 갖는 카복시메틸셀룰로스)의 알칼리 염을 포함한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 수용성 수지는 50 중량% 이상, 예컨대 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 조성물에 존재하되, 중량%는 조성물의 수지의 총 중량을 기준으로 한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 수용성 수지는 20 중량% 이하, 예컨대 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량%, 예컨대 1 내지 20 중량%, 1 내지 15 중량%, 5 내지 15 중량% 또는 1 내지 3 중량%의 양으로 조성물에 존재하되, 중량%는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 고체 입자는 리튬-함유 입자, 예컨대 Li, 및 Ni, Co, Fe, Mn, Al 및 P로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 혼합된 금속 산화물을 포함하는 리튬-함유 입자를 포함한다. 예를 들어, 리튬-함유 입자는 LiCoO2, LiMO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiMnCo)O2 및/또는 Li(NiCoAl)O2를 포함할 수 있되, 전이금속의 상대적 양은 필요에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, Ni, Mn 및 Co는 언제나 1:1:1의 상대적 원자비로 존재하는 것은 아니며 추가적 니켈을 5:3:2 또는 8:2:2로 함유할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 리튬-함유 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 고체 입자는 전기전도성 입자, 예컨대 그래핀성 탄소 입자, 또는 다른 전기전도성 탄소 입자(예컨대 전기전도성 카본 블랙)와 조합된 그래핀성 탄소 입자를 포함한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 조성물에서 리튬-함유 입자 대 전기전도성 그래핀성 탄소 입자의 상대적 중량비는 3:1 이상, 4:1 이상, 5:1 이상, 8:1 이상, 10:1 이상, 15:1 이상, 30:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상이다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 전기전도성 그래핀성 탄소 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 예컨대 1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5 중량%의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 전착성 조성물은 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상, 13:1 이상, 14:1 이상, 15:1 이상, 16:1 이상 또는 17:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다. 예를 들어, 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비는 45:1 이상 또는 60:1 이상일 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 방법에 관한 것으로서, 여기서 전착성 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 25 중량%, 예컨대 1 내지 10 중량%, 예컨대 1 내지 5 중량%의 총 고체 함량을 갖는다.As will be appreciated from the foregoing description, in some aspects, the present invention relates to a method comprising impregnating an electroconductive substrate with an electrodepositable composition, wherein the substrate comprises an electrode and a counter electrode impregnated in the composition Wherein a coating is applied on or on at least a portion of the substrate when an electric current passes between the electrodes, the electrodepositable composition comprising: (a) an aqueous medium; (b) an ionic resin; And (c) solid particles comprising graphene carbon particles, wherein the composition has a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 4: 1. The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the substrate is a foil comprising aluminum, iron, copper, manganese, nickel, combinations thereof and / or alloys thereof, For example less than or equal to 8 mils (203.2 m), such as less than 4 mils (101.6 m), less than 2 mils (50.8 m), or in some cases less than or equal to 1 mil (25.4 m) (5.08 μm) or greater, 0.4 mil (10.2 μm) or greater, or 0.5 mil (12.7 μm) or greater. The present invention also relates to any method as set forth in this paragraph, wherein the aqueous medium comprises water alone or an inert organic co-solvent such as an organic co-solvent that is at least partially water soluble, such as an oxygen- Monoalkyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol or dipropylene glycol containing from 1 to 10 carbon atoms such as monoethyl or monobutyl (meth) acrylates of these glycols or alcohols (such as ethanol, isopropanol, butanol and diacetone alcohol) Ether) in combination with water. The present invention also relates to any of the methods described herein wherein the organic co-solvent is less than 25%, less than 20%, or in some cases less than 10% by weight, based on the total weight of water of the electrodepositable composition, And is present in an amount of less than 5% by weight. The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the aqueous medium comprises at least 75 wt%, at least 90 wt%, or at least 95 wt%, such as from 75 to 99.5 wt%, 90 wt% To 99% by weight, or in some cases 95 to 99% by weight, based on the total weight of the composition. The present invention also relates to any method as set forth in this paragraph, wherein the ionic resin comprises an anionic resin, such as a base-neutralized carboxylic acid group-containing resin, wherein the ionic resin comprises a base- Containing resin is water-soluble, for example, the water-soluble resin is a cellulose derivative such as carboxymethylcellulose (e.g., carboxymethyl cellulose having a weight average molecular weight of 50,000 or more, 100,000 or more, 200,000 or more, such as 50,000 to 1,000,000, 100,000 to 500,000 or 200,000 to 300,000 ). ≪ / RTI > The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the water soluble resin is present in the composition in an amount of at least 50 wt%, such as at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, or at least 90 wt% Wt%, based on the total weight of the resin of the composition. The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the water soluble resin comprises up to 20 wt%, such as up to 15 wt%, up to 10 wt%, up to 5 wt%, such as from 1 to 20 wt% % By weight, 5 to 15% by weight, or 1 to 3% by weight, based on the total weight of the solids of the composition. The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the solid particles are mixed with a lithium-containing particle, such as Li, and at least one element selected from Ni, Co, Fe, Mn, And lithium-containing particles containing a metal oxide. For example, lithium-containing particles itdoe can include LiCoO 2, LiMO 2, LiFePO 4 , LiCoPO 4, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, Li (NiMnCo) O 2 and / or Li (NiCoAl) O 2, The relative amount of transition metal may vary as needed. For example, Ni, Mn and Co are not always present in relative atomic ratios of 1: 1: 1 and may contain additional nickel in 5: 3: 2 or 8: 2: 2. The present invention also relates to any of the methods set forth herein, wherein the lithium-containing particles are present in an amount of at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt% , 85 wt% or more, or 90 wt% or more. The present invention also relates to any of the methods described herein, wherein the solid particles are selected from the group consisting of electrically conductive particles such as graphene carbon particles, or graphene carbon particles in combination with other electrically conductive carbon particles (e.g., electrically conductive carbon black) . The present invention also relates to any method as set forth in this paragraph, wherein the relative weight ratio of lithium-containing particles to electrically conductive graphene carbon particles in the composition is at least 3: 1, at least 4: 1, at least 5: : 1 or more, 10: 1 or more, 15: 1 or more, 30: 1 or more, 45: 1 or more, or 60: The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the electrically conductive graphene carbon particles are present in an amount of 20 wt% or less, 10 wt% or less, such as 1 to 10 wt% 1 to 5% by weight. The present invention also relates to any method as set forth in this paragraph, wherein the electrodepositable composition comprises at least 5: 1, at least 6: 1, at least 7: 1, at least 8: 1, at least 9: , At least 11: 1, at least 12: 1, at least 13: 1, at least 14: 1, at least 15: 1, at least 16: 1 or at least 17: For example, the weight ratio of solid particles to ionic resin may be greater than 45: 1 or greater than 60: 1. The present invention also relates to any method as set forth in the present paragraph wherein the electrodepositable composition comprises from 0.5 to 25% by weight, such as from 1 to 10% by weight, such as from 1 to 5% by weight, based on the total weight of the composition, .
또한, 전술된 설명에 의해 이해되는 바와 같이, 일부 양상에서, 본 발명은 (a) 수성 매질; (b) 이온성 수지; 및 (c) (i) 그래핀성 탄소 입자 및 (ii) 리튬-함유 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하는 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서, 상기 조성물은 4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 조성물은 4:1 이상, 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상, 13:1 이상, 14:1 이상, 15:1 이상, 16:1 이상, 17:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 수성 매질은 물만으로 이루어지거나 불활성 유기 공용매(예컨대 적어도 부분적으로 물에 가용성인 유기 공용매, 예컨대 함산소 유기 용매, 예컨대 알킬 기에 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 또는 다이프로필렌 글리콜의 모노알킬 에터, 예컨대 이들 글리콜 또는 알코올(예컨대 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 및 다이아세톤 알코올)의 모노에틸 또는 모노부틸 에터)와 조합하여 대부분 물을 포함한다. 다른 적어도 부분적으로 수-혼화성 용매는 유착성 용매, 예컨대 트라이에틸 포스페이트, 트라이아세틴, 다이프로필렌 다이아세테이트 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 유기 공용매는 전착성 조성물의 물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 미만, 20 중량% 미만, 또는 일부 경우에 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 수성 매질은 조성물의 총 중량을 기준으로 75 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상, 예컨대 75 내지 99.5 중량%, 90 내지 99 중량%, 또는 일부 경우에 95 내지 99 중량%의 양으로 전착성 조성물에 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 이온성 수지는 음이온성 수지, 예컨대 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지를 포함하고, 예컨대 여기서 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지는 수용성이고, 예컨대 여기서 수용성 수지는 셀룰로스 유도체, 예컨대 카복시메틸셀룰로스(예컨대 50,000 이상, 100,000 이상, 200,000 이상, 예컨대 50,000 내지 1,000,000, 100,000 내지 500,000 또는 200,000 내지 300,000의 중량 평균 분자량을 갖는 카복시메틸셀룰로스)의 알칼리 염을 포함한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 수용성 수지는 50 중량% 이상, 예컨대 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 조성물에 존재하되, 중량%는 조성물의 수지의 총 중량을 기준으로 한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 수용성 수지는 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 예컨대 1 내지 20 중량%, 1 내지 15 중량%, 5 내지 15 중량% 또는 1 내지 3 중량%의 양으로 조성물에 존재하되, 중량%는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 리튬-함유 입자는 Li, 및 Ni, Co, Fe, Mn, Al 및 P로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 혼합된 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 리튬-함유 입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiMnCo)O2 및/또는 Li(NiCoAl)O2를 포함할 수 있되, 전이금속의 상대적 양은 필요에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, Ni, Mn 및 Co는 언제나 1:1:1 또는 3:3:3의 비로 존재하는 것은 아니며 추가적 니켈을 5:3:2 또는 8:2:2로 함유할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 리튬-함유 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 조성물에서 리튬-함유 입자 대 그래핀성 탄소 입자의 상대적 중량비는 3:1 이상, 4:1 이상, 5:1 이상, 8:1 이상, 10:1 이상, 15:1 이상, 30:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상이다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 그래핀성 탄소 입자는 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 10 중량%, 예컨대 1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5 중량%의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 조성물에 관한 것으로서, 여기서 전착성 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 25 중량%, 예컨대 1 내지 10 중량%, 예컨대 1 내지 5 중량%의 총 고체 함량을 갖는다.Also, as will be appreciated by the foregoing description, in some aspects, the present invention provides a method of making an aqueous dispersion comprising (a) an aqueous medium; (b) an ionic resin; And (c) solid particles comprising (i) graphene carbon particles, and (ii) lithium-containing particles, wherein said composition comprises at least 4: 1 solid particles versus ionic resin Weight ratio. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions disclosed herein wherein the composition has a ratio of at least 4: 1, at least 5: 1, at least 6: 1, at least 7: 1, at least 8: At least 10: 1, at least 11: 1, at least 12: 1, at least 13: 1, at least 14: 1, at least 15: 1, at least 16: 1, at least 17: 1, at least 45: Weight ratio of solid particles to ionic resin. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions described herein wherein the aqueous medium comprises water alone or an inert organic co-solvent such as an organic co-solvent that is at least partially water soluble, such as an oxygen- Monoalkyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol or dipropylene glycol containing from 1 to 10 carbon atoms in the alkyl group, such as monoethyl of these glycols or alcohols (such as ethanol, isopropanol, butanol and diacetone alcohol) ≪ / RTI > monobutyl ether). Other at least partially water-miscible solvents may include coalescing solvents such as triethyl phosphate, triacetin, di-propylene diacetate, and the like. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions provided herein wherein the organic co-solvent is less than 25% by weight, less than 20% by weight, or in some cases less than 10% by weight based on the total weight of water of the electrodepositable composition , Such as less than 5% by weight. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions presented herein wherein the aqueous medium comprises at least 75 wt%, at least 90 wt%, or at least 95 wt%, such as from 75 to 99.5 wt%, based on the total weight of the composition, , 90 to 99 wt%, or in some cases 95 to 99 wt%, based on the total weight of the composition. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions presented in this paragraph, wherein the ionic resin comprises an anionic resin, such as a base-neutralized carboxylic acid group-containing resin, such as a base-neutralized carboxylic acid The gas-containing resin is water-soluble, for example, the water-soluble resin is a cellulose derivative such as carboxymethylcellulose (for example, carboxy methyl cellulose having a weight average molecular weight of 50,000 or more, 100,000 or more, 200,000 or more, such as 50,000 to 1,000,000, 100,000 to 500,000 or 200,000 to 300,000 Methylcellulose). ≪ / RTI > The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions disclosed herein wherein the water soluble resin is present in an amount of at least 50 wt%, such as at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, or at least 90 wt% By wt., Based on the total weight of the resin of the composition. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions provided herein, wherein the water soluble resin comprises up to 20% by weight, up to 15% by weight, up to 10% by weight, up to 5% by weight, such as from 1 to 20% To 15% by weight, 5 to 15% by weight or 1 to 3% by weight, based on the total weight of the solids of the composition. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions presented in this paragraph wherein the lithium-containing particles comprise Li and a mixed metal oxide comprising at least one element selected from Ni, Co, Fe, Mn, Al and P . For example, lithium-containing particles itdoe can include LiCoO 2, LiNiO 2, LiFePO 4 , LiCoPO 4, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, Li (NiMnCo) O 2 and / or Li (NiCoAl) O 2, The relative amount of transition metal may vary as needed. For example, Ni, Mn and Co are not always present in a ratio of 1: 1: 1 or 3: 3: 3 and may contain additional nickel in a ratio of 5: 3: 2 or 8: 2: 2. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions described herein wherein the lithium-containing particles are present in an amount of at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt% % Or more, 85 wt% or more, or 90 wt% or more. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions described herein wherein the relative weight ratio of lithium-containing particles to graftable carbon particles in the composition is at least 3: 1, at least 4: 1, at least 5: 1, at least 8: : 1 or more, 10: 1 or more, 15: 1 or more, 30: 1 or more, 45: 1 or more, or 60: The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions described herein wherein the graphene carbon particles are present in an amount of up to 20 wt%, such as 10 wt%, such as 1 to 10 wt% or 1 By weight to 5% by weight. The present invention also relates to any of the electrodepositable compositions disclosed herein wherein the electrodepositable composition comprises from 0.5 to 25% by weight, such as from 1 to 10% by weight, such as from 1 to 5% by weight, based on the total weight of the composition Have a total solids content.
또한, 전술된 설명에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명은 또한 기판 상에 전착된 리튬 이온 배터리 전극 코팅에 관한 것으로서, 여기서 상기 전착된 코팅은 (a) 경화된 이온성 수지; 및 (b) (i) 그래핀성 탄소 입자 및 (ii) 리튬-함유 입자를 포함하는 고체 입자를 포함하되, 상기 코팅은 4:1 이상의 고체 입자 대 경화된 이온성 수지의 중량비를 갖는다.Further, as will be understood from the foregoing description, the present invention also relates to a lithium ion battery electrode coating deposited on a substrate, wherein the electrodeposited coating comprises: (a) a cured ionic resin; And (b) solid particles comprising (i) graphene carbon particles and (ii) lithium-containing particles, wherein the coating has a weight ratio of solid particles to a cured ionic resin of at least 4: 1.
또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 상기 코팅은 4:1 이상, 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상, 13:1 이상, 14:1 이상, 15:1 이상, 16:1 이상, 17:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는다.The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein wherein said coating has a thickness of at least 4: 1, at least 5: 1, at least 6: 1, at least 7: 1, at least 8: Or more, 10: 1 or more, 11: 1 or more, 12: 1 or more, 13: 1 or more, 14: 1 or more, 15: 1 or more, 16: 1 or more, 17: By weight of the solid particles to the ionic resin.
또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 수용성 수지는 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 예컨대 1 내지 20 중량%, 1 내지 15 중량%, 5 내지 15 중량 또는 1 내지 3 중량%의 양으로 코팅에 존재하되, 중량%는 코팅의 고체의 총 중량을 기준으로 한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 리튬-함유 입자는 Li, 및 Ni, Co, Fe, Mn, Al 및 P로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 혼합된 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 리튬-함유 입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiMnCo)O2 및/또는 Li(NiCoAl)O2를 포함할 수 있되, 전이금속의 상대적 양은 필요에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, Ni, Mn 및 Co는 언제나 1:1:1 또는 3:3:3의 비로 존재하는 것은 아니며 추가적 니켈을 5:3:2 또는 8:2:2로 함유할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 리튬-함유 입자는 코팅의 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 존재한다.The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein, wherein the water soluble resin comprises up to 20 wt%, up to 15 wt%, up to 10 wt%, up to 5 wt%, such as from 1 to 20 wt% To 15% by weight, 5 to 15% by weight or 1 to 3% by weight, based on the total weight of the solids of the coating. The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein, wherein the lithium-containing particles comprise Li and a mixed metal oxide comprising at least one element selected from Ni, Co, Fe, Mn, . For example, lithium-containing particles itdoe can include LiCoO 2, LiNiO 2, LiFePO 4 , LiCoPO 4, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, Li (NiMnCo) O 2 and / or Li (NiCoAl) O 2, The relative amount of transition metal may vary as needed. For example, Ni, Mn and Co, for example, are not always present in a ratio of 1: 1: 1 or 3: 3: 3 and may contain additional nickel in a ratio of 5: 3: 2 or 8: 2: 2 have. The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein wherein the lithium-containing particles are present in an amount of at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt% % Or more, 85 wt% or more, or 90 wt% or more.
또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 코팅에서 리튬-함유 입자 대 그래핀성 탄소 입자의 상대적 중량비는 3:1 이상, 4:1 이상, 5:1 이상, 8:1 이상, 10:1 이상, 15:1 이상, 30:1 이상, 45:1 이상 또는 60:1 이상이다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 그래핀성 탄소 입자는 코팅의 고체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 예컨대 1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5 중량%의 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 본 문단에 제시된 임의의 전착성 코팅에 관한 것으로서, 여기서 전착성 코팅은 코팅의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 25 중량%, 예컨대 1 내지 10 중량%, 예컨대 1 내지 5 중량%의 총 고체 함량을 갖는다.The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein wherein the relative weight ratio of lithium-containing particles to graftable carbon particles in the coating is at least 3: 1, at least 4: 1, at least 5: 1, at least 8: : 1 or more, 10: 1 or more, 15: 1 or more, 30: 1 or more, 45: 1 or more, or 60: The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein wherein the graphene carbon particles are present in an amount of up to 20% by weight, up to 10% by weight, such as from 1 to 10% by weight, based on the total weight of the solids of the coating, 1 to 5% by weight. The present invention also relates to any of the electrodepositable coatings described herein, wherein the electrodepositable coating comprises from 0.5 to 25% by weight, such as from 1 to 10% by weight, such as from 1 to 5% by weight, based on the total weight of the coating Have a total solids content.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이나, 이는 본 발명을 그 세부사항으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.The following examples illustrate the invention, but are not to be construed as limiting the invention to its details.
실시예Example 1 One
나트륨 카복시메틸셀룰로스(SCMC, 시그마-알드리치 컴패니 엘엘씨(Sigma-Aldrich Co. LLC)로부터 상업적으로 입수가능함)(1.0 g)를 탈이온수(180 g)에 용해시켰다. 공급업자의 분석 인증서에 따라, 상기 물질은 0.86의 치환도를 가졌고, 470 cps의 점도를 수중 CMC의 2 중량% 용액을 사용하여 측정하였다. 공급업자의 제품 데이터 시트에 따라, 점도를 하기 파라미터를 사용하는 브룩필드(Brookfield) 모델 LVF 점도계에 의해 측정하였다: 스핀들: #3; 속도: 60 rpm; 온도: 25℃; 용기: 120 ml 폴리보틀; 및 증배율: 20. 이들 파라미터로부터 계산된 전단 속도는 12.6 sec- 1이다. 점도 추정을 전단 희박 없이 공급업자에 의해 측정하고, 2 중량% 농도에서 470 cps의 점도는 상기 수학식을 사용하여 267,500의 계산된 분자량을 추산하였다. 이어서, 미국 특허 제8,486,364호에 기재된 방법에 따라 메탄을 전구체 물질로서 사용하여 플라즈마 반응기의 열적 대역에서 생산된 열적으로 제조된 그래핀성(TPG) 탄소 입자(4.2 g)를 첨가한 후에, 혼합물을 25분 동안 초음파 처리했다. 이어서, LiFePO4(LFP, 포스테크 리튬 인코포레이티드(Phostech Lithium Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한 라이프 파워(Life Power, 등록상표) P2)(14.75 g)를 4개의 동등한 분획에 각각 첨가한 후에, 5분 동안 초음파 처리하였다. 최종적으로, 추가적 10분의 초음파 처리를 수행하여 균질 분산액을 보장하였다. 이어서, 이를 탈이온수(600 g)으로 희석하여 18의 고체 입자(TPG+LFP) 대 이온성 수지(SCMC)의 중량비를 갖는 2.5% 고체 전착 배쓰를 제조하였다. 전착에 의해 코팅을 수행하기 위해, 알루미늄 호일을 전극으로서 와이어링하고 열전대 및 가열/냉각 코일(이는 또한 상대 전극으로서 작용함)을 함유하는 교반 중인 90℉ 배쓰에 둔 후에, 전압을 150 V로 켜고 1.5 A로 전류를 설정하였다. 전압을 180초 후에 끈 후에, 코팅된 샘플을 배쓰로부터 제거하고 기건하였다. 생성된 코팅은 16 μm의 두께를 가졌다.Sodium carboxymethylcellulose (SCMC, commercially available from Sigma-Aldrich Co. LLC) (1.0 g) was dissolved in deionized water (180 g). According to the supplier's analytical certificate, the material had a degree of substitution of 0.86 and a viscosity of 470 cps was measured using a 2 wt% solution of CMC in water. According to the supplier's product data sheet, the viscosity was measured by a Brookfield model LVF viscometer using the following parameters: Spindle: # 3; Speed: 60 rpm; Temperature: 25 占 폚; Container: 120 ml poly bottle; Is 1 - 20. The shear rate calculated from these parameters is 12.6 sec: and a multiplication factor. The viscosity estimate was measured by the supplier without shear lean, and a viscosity of 470 cps at a concentration of 2 wt% estimated the calculated molecular weight of 267,500 using the above equation. Subsequently, after adding thermally prepared graphene (TPG) carbon particles (4.2 g) produced in the thermal zone of the plasma reactor using methane as the precursor material according to the method described in U.S. Patent No. 8,486,364, the mixture was mixed with 25 Min. Subsequently, LiPePO 4 (Life Power, R. P2, commercially available from Phostech Lithium Inc.) (14.75 g) was added to each of four equivalent fractions , And sonicated for 5 minutes. Finally, an additional 10 minutes of sonication was performed to ensure a homogeneous dispersion. This was then diluted with deionized water (600 g) to produce a 2.5% solid electroplating bath having a weight ratio of 18 solid particles (TPG + LFP) to ionic resin (SCMC). To carry out the coating by electrodeposition, the aluminum foil was wired as an electrode and placed in a stirred 90 ° F bath containing a thermocouple and a heating / cooling coil (which also served as a counter electrode), then the voltage was turned on at 150 V A current of 1.5 A was set. After the voltage was turned off after 180 seconds, the coated sample was removed from the bath and allowed to dry. The resulting coating had a thickness of 16 [mu] m.
실시예Example 2 2
열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자를 하기 절차에 의해 작용화시킨 것을 제외하고 코팅을 실시예 1과 동일한 절차에 따라 제조하였다. 말레산 무수물(1.5 g)을 아로마틱 150 용매(423 g)에 용해시키고, 플라즈마에 의해 생성된 TPG(7.5 g)를 첨가하였다. 혼합물을 1시간 동안 초음파 처리한 후에, 180℃로 질소 하에 교반하면서 가열하고 4시간 동안 유지하였다. 혼합물을 냉각하고 여과하고, 생성물을 아세톤으로 완전히 세척하고 건조하였다. 생성물을 100 메쉬 스크린을 통해 스크리닝하였다. 이어서, 제파민(Jeffamine) M-2005(14 g)를 톨루엔(300 g)에 용해시키고, TPG 생성물(7 g)을 교반하면서 첨가하고, 혼합물을 1시간 동안 초음파 처리하였다. 혼합물을 추가적 톨루엔(300 g)과 함께 반응 플라스크에 옮기고 질소 하에 교반하면서 100℃로 가열하고 2시간 동안 유지하였다. 냉각 후에, 혼합물을 여과하고 톨루엔으로 세척한 후에, 아세톤으로 세척하고 아세톤에 재분산시킨 후에, 여과하고 아세톤으로 세척하고 건조하였다. 생성물을 100 메쉬의 스크린을 통해 스크리닝하였다. 이어서, 작용화된 그래핀성 탄소 입자를 실시예 1에 기재된 방법과 유사한 방법으로 리튬-함유 입자 및 이온성 수지와 합하고 전착시켰다. 코팅은 35 μm의 두께를 가졌다.The coating was prepared according to the same procedure as in Example 1, except that thermally prepared graphene carbon particles were functionalized by the following procedure. Maleic anhydride (1.5 g) was dissolved in Aromatic 150 solvent (423 g) and TPG (7.5 g) produced by plasma was added. The mixture was sonicated for 1 hour and then heated to 180 < 0 > C with stirring under nitrogen and held for 4 hours. The mixture was cooled and filtered, and the product was washed thoroughly with acetone and dried. The product was screened through a 100 mesh screen. Then Jeffamine M-2005 (14 g) was dissolved in toluene (300 g) and the TPG product (7 g) was added with stirring, and the mixture was sonicated for 1 hour. The mixture was transferred to a reaction flask with additional toluene (300 g) and heated to 100 < 0 > C with stirring under nitrogen and held for 2 hours. After cooling, the mixture was filtered and washed with toluene, washed with acetone and redispersed in acetone, then filtered, washed with acetone and dried. The product was screened through a 100 mesh screen. The functionalized graphene carbon particles were then combined with the lithium-containing particles and the ionic resin and electrodeposited in a similar manner to that described in Example 1. [ The coating had a thickness of 35 [mu] m.
상기 설명에서 개시된 개념을 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 것이다. 이러한 변형은 청구범위가 그들의 언어에 의해 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 하기 청구범위에 포함되는 것으로 간주된다. 따라서, 본원에 상세하게 기재된 특정 실시양태는 단지 예시적인 것이며, 첨부된 청구범위의 전체 범위 및 이의 모든 등가물로 주어지는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.Those skilled in the art will readily appreciate that the invention can be modified without departing from the concepts disclosed in the foregoing description. Such variations are considered to be within the scope of the following claims, unless the claims are explicitly stated otherwise by their language. Accordingly, the specific embodiments described in detail herein are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention, which is given by the full scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (20)
상기 기판이 상기 조성물에 함침된 전극 및 상대 전극을 포함하는 전기 회로에서 전극으로서 작용하고,
전류가 상기 전극 사이를 지날 때 기판의 적어도 일부 상에 또는 그 위에 코팅이 도포되고,
상기 전착성 조성물이
(a) 수성 매질;
(b) 이온성 수지; 및
(c) 그래핀성 탄소 입자를 포함하는 고체 입자
를 포함하되,
상기 조성물이 4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는, 방법.A method comprising impregnating an electroconductive substrate with an electrodepositable composition,
Said substrate acting as an electrode in an electric circuit comprising an electrode impregnated with said composition and a counter electrode,
A coating is applied over or on at least a portion of the substrate as current passes between the electrodes,
The electrodepositable composition
(a) an aqueous medium;
(b) an ionic resin; And
(c) solid particles comprising graphene carbon particles
, ≪ / RTI &
Wherein the composition has a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 4: 1.
그래핀성 탄소 입자가 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자를 포함하는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein graphene carbon particles comprise thermally produced graphene carbon particles.
열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자가 3,500℃ 초과의 온도의 열적 대역에서 제조되고, 3:1 초과의 평균 종횡비를 갖는, 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the thermally produced graphene carbon particles are prepared in a thermal zone at a temperature in excess of 3,500 DEG C and have an average aspect ratio of greater than 3: 1.
열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자가 70 m2/g 초과의 B.E.T. 비표면적을 갖는, 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the thermally produced graphene carbon particles have a BET specific surface area of greater than 70 m 2 / g.
열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자의 적어도 일부가 굽거나 말리거나 구겨지거나 찌그러진 시트를 포함하는, 방법.3. The method of claim 2,
Wherein at least a portion of the thermally produced graphene carbon particles comprises a curved, curled, wrinkled, or distorted sheet.
조성물이 0.1:1 내지 2:1의 그래핀성 탄소 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein the composition has a weight ratio of graftable carbon particles to ionic resin of from 0.1: 1 to 2: 1.
이온성 수지가 음이온성 수지를 포함하는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein the ionic resin comprises an anionic resin.
음이온성 수지가 수용성 염기-중화된 카복시산 기-함유 수지를 포함하는, 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the anionic resin comprises a water-soluble base-neutralized carboxylic acid group-containing resin.
수용성 수지가 카복시메틸셀룰로스의 알칼리 염을 포함하는 셀룰로스 유도체를 포함하는, 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the water-soluble resin comprises a cellulose derivative comprising an alkali salt of carboxymethylcellulose.
고체 입자가 리튬-함유 입자를 추가로 포함하는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein the solid particles further comprise lithium-containing particles.
리튬-함유 입자가 Li, 및 Ni, Co, Fe, Mn, Al 및 P로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 혼합된 금속 산화물을 포함하는, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the lithium-containing particle comprises Li, and a mixed metal oxide comprising at least one element selected from Ni, Co, Fe, Mn, Al and P.
리튬-함유 입자가 조성물의 고체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상의 양으로 존재하는, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the lithium-containing particles are present in an amount of at least 50 wt% based on the total weight of the solids of the composition.
조성물의 리튬-함유 입자 대 그래핀성 탄소 입자의 상대적 중량비가 3:1 이상인, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the relative weight ratio of lithium-containing particles to graphene carbon particles of the composition is at least 3: 1.
조성물이 8:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein the composition has a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 8: 1.
조성물이 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%의 총 고체 함량을 갖는, 방법.The method according to claim 1,
Wherein the composition has a total solids content of from 1 to 5% by weight based on the total weight of the composition.
(b) 이온성 수지; 및
(c) (i) 그래핀성 탄소 입자, 및
(ii) 리튬-함유 입자
를 포함하는 고체 입자
를 포함하는 전착성 조성물로서,
4:1 이상의 고체 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는 조성물.(a) an aqueous medium;
(b) an ionic resin; And
(c) (i) graphene carbon particles, and
(ii) lithium-containing particles
≪ / RTI >
Wherein the electrodepositable composition comprises:
A composition having a weight ratio of solid particles to ionic resin of at least 4: 1.
그래핀성 탄소 입자가 열적으로 제조된 그래핀성 탄소 입자를 포함하는, 전착성 조성물.17. The method of claim 16,
An electrodepositable composition comprising graphene carbon particles thermally produced graphene carbon particles.
0.1:1 내지 2:1의 그래핀성 탄소 입자 대 이온성 수지의 중량비를 갖는 전착성 조성물.17. The method of claim 16,
Wherein the weight ratio of the graphene carbon particles to the ionic resin is from 0.1: 1 to 2: 1.
(b) (i) 그래핀성 탄소 입자, 및
(ii) 리튬-함유 입자
를 포함하는 고체 입자
를 포함하는, 기판 상에 전착된 리튬 이온 배터리 전극 코팅으로서,
4:1 이상의 고체 입자 대 경화된 이온성 수지의 중량비를 갖는 리튬 이온 배터리 전극 코팅.(a) a cured ionic resin; And
(b) (i) graphene carbon particles, and
(ii) lithium-containing particles
≪ / RTI >
A lithium ion battery electrode coating electrodeposited on a substrate,
A lithium ion battery electrode coating having a weight ratio of solid particles to a cured ionic resin of at least 4: 1.
그래핀성 탄소 입자가 고체 입자의 총 중량의 10 중량% 이하를 차지하는, 리튬 이온 배터리 전극 코팅.20. The method of claim 19,
Wherein the graphene carbon particles account for less than 10 weight percent of the total weight of the solid particles.
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