KR20240027790A

KR20240027790A - 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 폴리알킬렌 옥시드들

Info

Publication number: KR20240027790A
Application number: KR1020247003490A
Authority: KR
Inventors: 카트린 레만; 스테판 슈만; 발레리 라이히; 베레나 브로이어스; 요나스 회니히; 레아 무하여; 토르스텐 호벤; 페터 자이덴스티커
Original assignee: 에보니크 오퍼레이션즈 게엠베하
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-03-04
Also published as: EP4363374A1; TW202311355A; CN117597306A; CA3224256A1; WO2023275135A1

Abstract

본 발명은 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 함유하는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도; 분산제로서 상기 폴리알킬렌 옥시드들을 사용하는, 그래핀 물질을 분산시키기 위한 방법; 및 상기 분산제 및 그래핀 물질을 포함하는 조성물을 제공한다.

Description

그래핀 물질을 위한 분산제로서의 폴리알킬렌 옥시드들

본 발명은 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 폴리알킬렌 옥시드들에 관한 것이다.

그래핀 물질은 수많은 기술 분야에서 사용된다. 그래핀 및 그의 제조법, 특성 및 용도가 기술 문헌에 상세히 논의되어 있다 (참조: Roempp online, https://roempp.thieme.de/lexicon/RD-07-02758; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7714-7718; Mater. Today 2012, 15(3) 86-97).

그래핀 물질은 분말 형태로 상업적으로 입수가능하며, 예를 들어 2 내지 400 g/l의 범위의 매우 낮은 벌크 밀도를 종종 갖는다. 낮은 벌크 밀도와 함께, 그래핀 물질은 또한 중력-구동 유동에 의해 전달될 때 불량한 유동성을 갖고/거나 높은 분진 함량을 발생시킨다. 이는 취급 특성을 불량하게 하며 계량 및 투입 동안 문제를 야기하고, 또한 환경 보호 및 직업 안전의 측면에서 중요하게 고려되어야 한다. 고형분을 로딩하기 위한 폐쇄형 시스템도 마찬가지로 단지 제한된 유효성만을 갖는데, 그에 의해 직업 안전 이슈가 해결될 수 있다 하더라도, 분산 용기, 혼련기 또는 압출 라인에서의 그래핀 물질의 연속식 또는 반연속식 투입 동안 "브릿징"의 문제가 해결되지 않기 때문이다. 브릿징은 공급기를 막히게 하고, 따라서 개방하여 기계적으로 풀어 줄 필요성이 있을 수 있는 고형분의 불균일한 투입을 의미하는 것으로 이해되며, 이는 바람직하지 않다. 결과적으로 용적식 투입이 종종 전혀 실시가능하지 않으며, 중량식 투입은 저해된다.

불량한 취급은 또한 예를 들어 분말상 그래핀 물질을 방열 계면 물질 및 실란트 및 접착제를 위한 용매 및 단량체 수지에 혼입할 때에도 나타난다. 그래핀 물질의 액체 시스템으로의 혼입은 일반적으로 어려운 과제이다. 예를 들어 잘 충전된 실란트 및 접착제의 제조는 통상적으로 분말상 충전제를 적절한 시간에 그리고 적절한 기간에 걸쳐 혼입하는 것에 좌우된다. 혼합 공정에 작용하는 전단력이 충전제 응집체를 파괴하며, 그 결과 분산에 기여한다. 따라서, 달성될 수 있는 최대 충전제 수준이 그에 작용하는 전단력에 의해 실질적으로 결정된다. 용매 및 수지만으로는 새로 생성된 표면 및 관능기에 적절하게 부착되고 그를 안정화시킬 수 없으며, 이로 인해 분리 및 침강이 일어난다. 이는 제제의 추가의 가공 동안 사용가능한 안정한 분산액을 달성하지 못하게 할 수 있다. 더욱이, 우수한 계면 접촉을 달성하고 그 결과 사용 시에 강력한 접착 또는 그밖에 열 및 전기 전도성을 달성할 수 있도록 하기 위해서는, 용이하게 제어가능한 점도를 갖는 실란트 및 접착제의 정확하고 신뢰할 수 있는 투입이 중요하다. 접착제 또는 실란트의 품질 및 또한 달성되는 효과의 강도, 예를 들어 증가된 열 또는 전기 전도성은 충전제의 분산성 및 전체 제제의 특성 (예를 들어 점도)에 대한 그의 영향에 크게 좌우된다. 상기 고려사항은 또한 다른 액체 시스템에도 적용된다.

그러나, 그래핀 물질의 안정한 분산액의 제조에 문제가 있다. 그래핀 물질은 응집되는 경향이 있다. 이들 응집체는 결국 침강으로 이어지며, 이는 바람직하지 않다.

고체 및 액체 시스템에서의 그래핀 물질의 분산성을 개선시키기 위해, 분산제의 사용이 선행 기술에서 제안되었다.

예를 들어 WO 2012/059489 A1에는 전기 전도가 가능한 탄소 기재, 예컨대 카본 블랙, 탄소 섬유, 흑연, 그래핀 및/또는 CNT (탄소 나노튜브) 뿐만 아니라 비-금속 양이온을 갖는 염 또는 이러한 염과 금속 염의 상승작용적 혼합물을 포함하는, 특히 열가소성 물질 또는 열경화성 물질을 위한 중합체 조성물이 개시되어 있으며, 여기서 특별한 분산제와의 조합이 필수적이다. 이들 특별한 분산제는 에스테르 또는 아미드에 기반하는 분산제이다. 여기서, 분산제는 하기로부터 선택되는 것이 바람직하다:

c1) 중합에 의해 수득가능하며, 그의 알킬 라디칼이 1 내지 3개의 탄소 원자를 함유하는 것인 알킬 폴리아크릴레이트의 하기와의 에스테르교환에 의해 제조가능한 폴리아크릴산 에스테르:

a) 4 내지 50개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방족 알콜, 및/또는

b) 4 내지 50개의 탄소 원자를 갖는 불포화 지방족 알콜,

여기서 a) 및 b)는 에스테르 기의 30 내지 100%가 에스테르교환을 겪도록 하는 양으로 사용됨,

및/또는

c2) 하기의 부분적인 또는 완전한 반응에 의해 수득가능한 폴리에스테르-폴리아민 축합 생성물:

A) 적어도 4개의 아미노 기를 함유하는 1종 이상의 아미노-관능성 중합체와

B) 화학식 (I)/(Ia)의 1종 이상의 폴리에스테르

T-C(O)-[O-A-C(O)]_x-OH (I)

T-O-[C(O)-A-O-]_y-Z (Ia)

및

C) 화학식 (II)/(IIa)의 1종 이상의 폴리에테르

T-C(O)-B-Z (II)

T-O-B-Z (IIa)

여기서

T는 수소 라디칼 및/또는 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는, 임의로 치환된 선형 또는 분지형 아릴, 아릴알킬, 알킬 또는 알케닐 라디칼이고,

A는 선형, 분지형, 고리형 및 방향족 탄화수소의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 2가 라디칼이고,

Z는 술폰산, 황산, 포스폰산, 인산, 카르복실산, 이소시아네이트, 에폭시드, 특히 인산 및 (메트)아크릴산의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 라디칼이고,

B는 화학식 (III)의 라디칼이고:

-(C_lH_2lO)_a-(C_mH_2mO)_b-(C_nH_2nO)_c-(SO)_d- (III)

SO = -CH₂-CH(Ph)-O-이며, 여기서 Ph = 페닐 라디칼이고,

a,b,c는 독립적으로 0 내지 100의 값이며,

단, a + b + c의 합계가 ≥ 0, 바람직하게는 5 내지 35, 특히 10 내지 20이고, 단, a + b + c + d의 합계가 > 0이고,

d는 ≥ 0, 바람직하게는 1 내지 5이고,

l,m,n은 독립적으로 ≥ 2, 바람직하게는 2 내지 4이고,

x,y는 독립적으로 ≥ 2임.

상업적으로 입수가능한 제품 테고머(Tegomer)® DA 100 N (에보닉(Evonik)), 테고머® DA 102 (에보닉) 및 테고머® P121 (에보닉)이 분산제 c1)의 예로 기재되어 있다. 상업적으로 입수가능한 제품 테고머® DA 626 (에보닉)이 또한 분산제 c2)의 예로 언급되어 있다. 수많은 다양한 분산제가 이와 같이 개시되어 있으며, 이는 궁극적으로 수많은 다양한 탄소 기재를 분산시키는데 적합하다. 그래핀 물질과 적어도 하나의 방향족 라디칼을 함유하는 폴리알킬렌 옥시드들의 조합은 개시되지 않았다.

솔스퍼스(Solsperse)® 39000 (루브리졸(Lubrizol))과 같은, 다른 상업적으로 입수가능한 폴리에스테르-폴리아민 축합 생성물이 또한 선행 기술로부터 공지되어 있다. 솔스퍼스® 39000은 방향족 라디칼을 갖지 않는다.

EP 1078946 A1에는 알콕실화에 의해 수득된 스티렌 옥시드-함유 폴리알킬렌 옥시드 블록 공중합체 및 수성이며, 임의적으로 공용매를 함유하는 안료 페이스트, 수성 및 저용매 페인트 및 인쇄 잉크에서의 저-발포성 안료 습윤제로서의 그의 용도가 기재되어 있다. 수많은 무기 및 유기 안료가 안료로서 언급되어 있다. 수성 (기체) 카본 블랙 페이스트를 제조하기 위한 분산 첨가제가 특히 바람직할 것이다. 구체적으로, 상기 폴리알킬렌 옥시드들 이외에, 또한 카본 블랙 (레이븐(Raven)® 1170)을 포함하는 흑색 페이스트가 기재되어 있다. 그러나, 그래핀 물질에 관한 개시내용은 없다.

따라서, 선행 기술에 비해 적어도 하나의 이점을 갖는, 그래핀 물질을 위한 분산제가 여전히 요구되고 있다. 보다 구체적으로, 이들 분산제는 그래핀 물질의 높은 충전제 수준을 가능하게 하여야 하며, 또한 낮은 점도를 갖는 안정한 분산액을 가능하게 하여야 한다. 추가로, 분산제는 극성 및 비극성 둘 다의 연속 상, 바람직하게는 액체 상에서의 그래핀 물질의 분산을 가능하게 하여야 하며, 여기서 연속 상, 바람직하게는 액체 상은 보다 구체적으로 용매, 단량체, 올리고머 또는 중합체 조성물일 것이다.

본 발명에 이르러, 놀랍게도, 상기 목적이 그래핀 물질을 위한 분산제로서 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들을 사용함으로써 달성된다는 것이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 첫째로 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도를 제공한다.

추가로 본 발명은 그래핀 물질을 분산시키기 위한 방법으로서, 본 발명에 따라 사용되는 폴리알킬렌 옥시드들이 분산제로서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

또한 추가로 본 발명은 하기를 포함하거나 또는 하기로 이루어진 조성물을 제공한다:

(a) 연속 상,

(b) 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제, 및

(c) 그래핀 물질.

(i) 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제, 및

(j) 그래핀 물질.

본 발명의 대상의 유리한 구성이 청구범위, 실시예 및 상세한 설명으로부터 추론될 수 있다. 게다가, 본 발명의 대상에 관한 개시내용이 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위의 개별 특색의 모든 조합을 포함한다는 것이 명백하게 주지된다. 보다 특히, 본 발명의 한 대상의 실시양태가 또한 본 발명의 다른 대상의 실시양태에도 필요한 변경을 가하여 적용가능하다.

본 발명자들은 그래핀 물질을 위한 분산제로서 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들을 사용하면 많은 이점이 있다는 것을 규명하였다.

본 발명의 하나의 이점은, 특히 용매, 단량체, 올리고머 또는 중합체 조성물로 이루어진 군으로부터 선택된 극성 및 비극성 둘 다의 연속 상, 바람직하게는 액체 상에서의 그래핀 물질의 개선된 분산성이다. 대조적으로, 선행 기술로부터 공지되어 있는 그래핀 물질을 위한 분산제는 단지 매우 소수의 연속 상과 상용성을 보이며, 심지어 매우 높은 분산제 농도에서도 탈혼합을 겪거나 또는 비효율적으로 분산되는 경향이 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 높은 충전제 수준의 그래핀 물질을 갖는 분산액을 수득하는 것이 가능하다는 것이다. 높은 충전제 수준은 분산액의 전기 및 열 전도성을 달성할 수 있거나 또는 개선시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 추가의 이점은, 특히 그래핀 분말과 비교하여, 제제의 개선된 취급 및 투입이다.

또한 본 발명의 이점은, 특히 분말상 그래핀 물질과 비교하여, 취급에서의 개선된 안전성이다.

본 발명의 또 다른 이점은 그래핀 물질을 포함하는 조성물의 점도가 선택적으로 조정될 수 있다는 것이다. 이는 그래핀 물질을 분산시킬 때 점도가 통상적으로 급격히 증가하고 이로 인해 조성물이 고체화될 수 있으며, 그 결과 조성물이 사용할 수 없게 될 수 있기 때문이다. 다른 한편으로 매우 낮은 점도에서는, 분산 동안 표적화된 방식으로 전단 효과를 발생시키는 것이 가능하지 않다. 이로 인해 분산 공정이 비효율적으로 되고 그래핀 물질의 적절한 분산이 초래되지 않는다. 대조적으로, 본 발명에 따라 사용되는 폴리알킬렌 옥시드들은 점도 개질제로서 작용하며, 낮은 점도 및 높은 점도에서 효과적인 분산을 가능하게 하고 그래핀 물질의 안정한, 고로딩량의 분산액을 수득하도록 점도를 선택적으로 조정할 수 있게 한다.

본 발명의 추가의 이점은 본 발명에 따라 사용되는 폴리알킬렌 옥시드들이 그래핀 물질의 고유의 특성에 악영향을 미치지 않는다는 것이다. 접착제 및 실란트를 위한 열가소성, 열경화성 또는 엘라스토머 중합체 시스템으로의 분산액의 혼입이 상당히 용이해지거나 또는 심지어 애초에 가능하게 한다.

본 발명의 대상 및 그의 바람직한 실시양태가 하기에서 예로서 기재되나, 본 발명을 이들 예시적 실시양태로 제한하려는 어떠한 의도도 갖지 않는다. 범위, 화학식 또는 화합물 부류가 하기에서 특정되는 경우에, 이들은 명시적으로 언급된 상응하는 범위 또는 화합물의 군 뿐만 아니라, 개별 값 (범위) 또는 화합물을 배제시킴으로써 얻어질 수 있는 모든 하위범위 및 화합물의 하위군을 포함하도록 의도된다. 범위/하위범위 및/또는 군/하위군의 조합에 의해 얻어질 수 있는 임의의 실시양태는 본 발명의 개시 내용에 모두 포함되며, 명시적으로, 직접적으로 그리고 모호하지 않게 개시된 것으로 간주된다.

평균 값이 하기에서 언급되는 경우에, 달리 언급되지 않는 한, 이들 값은 수치 평균이다. 측정 값 또는 물질 특성이 하기에서 언급되는 경우에, 달리 언급되지 않는 한, 이들은 25℃ 및 바람직하게는 101325 Pa의 압력 (표준 압력)에서 측정된 측정 값 또는 물질 특성이다. 실온 (RT)은 25℃의 온도를 의미하는 것으로 이해된다.

X 및 Y가 수치 범위의 한계치를 나타내는 것인, "X부터 Y까지" 또는 "X 내지 Y"의 형태의 수치 범위가 하기에서 언급되는 경우에, 달리 언급되지 않는 한, 이는 "적어도 X부터 Y를 포함하여 최대 Y까지"라는 진술과 같은 의미이다. 따라서, 언급되는 범위는, 달리 언급되지 않는 한, 범위 한계치인 X 및 Y를 포함한다.

분자/분자 단편이 하나 이상의 입체중심을 갖거나 또는 대칭성으로 인한 이성질체로 구별될 수 있거나 또는 다른 효과, 예를 들어 회전 장애로 인한 이성질체로 구별될 수 있는 모든 경우에, 모든 가능한 이성질체가 본 발명에 의해 포함된다.

부분 단어 "폴리"는 적어도 2개의 단량체 단위로 구성된 화합물을 포괄한다.

화합물 또는 라디칼과 관련하여 부분 단어 "C_x-C_y"는 x 내지 y개의 탄소 원자를 갖는 화합물 또는 라디칼을 나타낸다. 따라서, 용어 "C₁-C₂₀ 오르가닐 라디칼"은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 오르가닐 라디칼, 즉, 유기 라디칼을 나타낸다. 용어 "C₁-C₈ 아실 라디칼"은 상응하게 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 아실 라디칼을 나타낸다. 용어 "C₁-C₈ 알킬 라디칼"은 상응하게 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타낸다. 용어 "C₆-C₁₃ 탄화수소 라디칼"은 상응하게 6 내지 13개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼을 나타낸다.

하기의 화학식은 반복 단위, 예를 들어 반복 단편, 블록 또는 단량체 단위로부터 결과적으로 구성될 수 있으며 소정의 몰 질량 분포를 가질 수 있는 화합물 또는 구조 단위를 기재한다. 이들 반복 단위의 빈도는 지수에 의해 지시된다. 상응하는 지수는, 달리 언급되지 않는 한, 모든 반복 단위에 대한 수치 평균 (수 평균)이다. 따라서, 이들 단위에 대해 화학식에 사용된 지수는, 달리 언급되지 않는 한, 통계적 평균 (수치 평균)으로 간주되어야 한다. 따라서, 사용된 지수 및 또한 언급된 지수의 값 범위는, 달리 언급되지 않는 한, 실제로 존재하는 구조 및/또는 그의 혼합물의 가능한 통계적 분포의 평균인 것으로 이해된다. 하기의 화학식에서 반복 단위는 임의의 목적하는 분포를 가질 수 있다. 반복 단위로부터 구성된 구조는 임의의 블록 수 및 임의의 순서를 갖는 블록형 구조를 가질 수 있거나 또는 이들은 무작위화된 분포를 따를 수 있고; 이들은 또한 교호하는 구조를 가질 수 있거나 또는 달리, 쇄가 존재하는 경우에, 쇄를 따라 구배를 이룰 수 있으며; 특히, 이들은 또한 상이한 분포를 갖는 기들이 서로 이어지는 것이 가능한 임의의 혼합 형태를 형성할 수도 있다. 구체적 실시양태는 해당 실시양태의 결과로서 통계적 분포에 대한 제한으로 이어질 수 있다. 이러한 제한에 의해 영향을 받지 않는 모든 영역에서는 통계적 분포의 변화가 없다.

본 발명은 첫째로 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도를 제공한다.

여기서, 복수형의 "폴리알킬렌 옥시드들"은 1종 또는 1종 초과의 폴리알킬렌 옥시드, 바람직하게는 1종 초과의 폴리알킬렌 옥시드를 나타낸다.

단수형의 "그래핀 물질"은 1종 이상의 그래핀 물질들, 바람직하게는 1종의 그래핀 물질을 나타낸다.

따라서, "그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도"는 "1종 이상의 그래핀 물질들을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 1종 이상의 폴리알킬렌 옥시드들의 용도"와 같은 의미이다.

따라서, "그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도"는 또한 "적어도 1종의 그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 적어도 1종의 폴리알킬렌 옥시드의 용도"와 같은 의미이다.

따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 하기에서 또한 분산제로도 지칭된다. 따라서, 분산제는 본 발명에 따라 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드들로 이루어진다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드들은 적어도 하나의 방향족 라디칼을 가져야 한다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 방향족 라디칼이 폴리알킬렌 옥시드들과 그래핀 물질의 상호작용을 개선시키는 것으로 추정된다.

적어도 하나의 방향족 라디칼이 페닐 라디칼인 것이 바람직하다.

최적의 효과를 달성하기 위해, 분산제의 총 질량을 기준으로 한 모든 방향족 라디칼의 질량 비율이 2% 내지 40%, 바람직하게는 5% 내지 25%, 특히 7% 내지 15%인 것이 추가로 바람직하다.

폴리알킬렌 옥시드들은 화학식 (A)의 단위를 함유한다:

여기서 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D는 각각 독립적으로 유기 라디칼 또는 수소 (H)이다. 유기 라디칼은 각각 독립적으로 선형 또는 분지형 또는 고리형, 포화 또는 불포화, 지방족 또는 방향족, 치환형 또는 비치환형, 또는 달리 가능한 경우에 그의 조합 (예를 들어 시클로지방족)일 수 있다. 여기서, 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 적어도 하나가 방향족 라디칼인 적어도 하나의 단위가 존재한다는 조건이 적용된다. 유기 라디칼은 바람직하게는 헤테로원자를 함유하지 않는 탄화수소 라디칼, 특히 헤테로원자를 함유하지 않는 C₁-C₈ 탄화수소 라디칼이다. 폴리알킬렌 옥시드들이 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 정확히 하나가 페닐 라디칼이고 나머지 3개의 라디칼이 수소 (H)인 단위를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 -O-CH₂-CHPh- 또는 화학식 -CH₂-CHPh-O-의 적어도 하나의 단위를 가지며, 여기서 Ph는 페닐 라디칼을 나타내는 것이 바람직하다.

폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 (B)의 화합물로부터 선택되는 것이 추가로 바람직하다:

여기서:

R¹은 각각의 경우에 독립적으로 n가 C₁-C₂₀ 오르가닐 라디칼의 군으로부터 선택되고,

R²는 각각의 경우에 독립적으로 C₁-C₈ 아실 라디칼, C₁-C₈ 알킬 라디칼 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,

SO = 스티렌 옥시드이고,

PO = 프로필렌 옥시드이고,

BO = 부틸렌 옥시드이고,

EO = 에틸렌 옥시드이고,

n = 1 내지 6, 바람직하게는 1 내지 4, 특히 1 내지 3이고,

a = 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 5, 특히 1 내지 3이고,

b = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 특히 0 내지 15이고,

c = 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5, 특히 0 내지 3이고,

d = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 특히 0 내지 15이다.

화학식 (B)에서 a+b+c+d ≥ 3인 것이 바람직하다.

예를 들어, 폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 (C)의 화합물로부터 선택되는 것이 바람직하다:

여기서:

R¹은 각각의 경우에 독립적으로 1가 C₆-C₁₃ 탄화수소 라디칼의 군으로부터 선택되고,

SO = 스티렌 옥시드이고,

PO = 프로필렌 옥시드이고,

BO = 부틸렌 옥시드이고,

EO = 에틸렌 옥시드이고,

a = 1 내지 1.9이고,

b = 0 내지 3이고,

c = 0 내지 3이고,

d = 3 내지 50이며,

단, d ≥ a+b+c이다.

화학식 (C)에서 a+b+c+d ≥ 3인 것이 바람직하다.

폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 (D)의 화합물로부터 선택되는 것이 추가로 바람직하다:

여기서:

SO = 스티렌 옥시드이고,

PO = 프로필렌 옥시드이고,

BO = 부틸렌 옥시드이고,

EO = 에틸렌 옥시드이고,

n = 1 내지 6, 바람직하게는 1 내지 4, 특히 1 내지 3이고,

a = 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 5, 특히 1 내지 3이고,

b = 0 내지 50, 바람직하게는 3 내지 20, 특히 3 내지 15이고,

c = 0이고,

d = 0이다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서 a+b+c+d ≥ 3, 바람직하게는 ≥ 4, 특히 ≥ 5인 것이 바람직하다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서, SO (스티렌 옥시드)는 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 정확히 하나가 페닐 라디칼이고 나머지 3개의 라디칼이 수소 (H)인 화학식 (A)의 단위를 나타낸다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서, EO (에틸렌 옥시드)는 모든 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D가 수소 (H)인 화학식 (A)의 단위를 나타낸다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서, PO (프로필렌 옥시드)는 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 정확히 하나가 메틸 라디칼이고 나머지 3개의 라디칼이 수소 (H)인 화학식 (A)의 단위를 나타낸다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서, BO (부틸렌 옥시드)는 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 정확히 하나가 에틸 라디칼이고 나머지 3개의 라디칼이 수소 (H)이거나 또는 달리 4개의 라디칼 R^A, R^B, R^C 및 R^D 중 정확히 2개가 메틸 라디칼이고 나머지 2개의 라디칼이 수소 (H)인 화학식 (A)의 단위를 나타낸다.

화학식 (B) 및 (C) 및 (D)의 화합물이 전형적으로 혼합물의 형태로 존재한다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게는 통상의 지식일 것이다. 분산제가 그래핀 물질 및 연속 상에 맞춰 선택적으로 조정될 수 있도록 하는 방식으로 소수성/친수성 균형을 상이한 알킬렌 옥시드 단량체 및 전체 중합체에서의 그의 비율을 통해 제어할 수 있다. 여기서 실질적으로 EO 단위는 친수성이고, PO, BO 및 SO 단위는 소수성이다.

알킬렌 옥시드 단위의 배열은 예를 들어 무작위로 또는 블록형으로 발생할 수 있다. 특히 바람직하게는, 알킬렌 옥시드 단위는 블록형으로 배열된다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 바람직하게는 블록 공중합체이다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 바람직하게는 블록 공중합체 폴리알킬렌 옥시드들이다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들이 스티렌 옥시드-기반 폴리알킬렌 옥시드 블록 공중합체인 것이 바람직하다. 여기서, 소수성 단위 예컨대 SO, PO 또는 BO 및 친수성 EO 단위가 별개의 블록을 형성하는 것이 바람직하다. 친수성 EO 단위가 R²에 부착되어 존재하는 블록을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, R²는 바람직하게는 수소 (H)이다. 소수성 단위 SO, PO 및 BO는 바람직하게는 EO 블록과 R¹ 사이에 존재한다. 따라서, 라디칼 R¹, SO, PO 및 BO 단위, 및 또한 알킬렌 옥시드 단위에 R¹을 연결하는 산소 원자(들)가 폴리알킬렌 옥시드에서 서로 인접해 있는 부분을 형성하고, 여기에 R²에 의해 종결된 EO 단위가 결과적으로 부착되는 것이 바람직하다. 따라서, 한 경우에는, 화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서 d ≥ a+b+c인 것이 바람직할 수 있고, 또 다른 경우에는 화학식 (B) 및 (C) 및 (D)에서 d < a+b+c인 것이 바람직할 수 있다. 첫번째 경우에서 폴리알킬렌 옥시드들은 보다 큰 소수성을 갖고, 두번째 경우에서 이들은 보다 큰 친수성을 갖는다.

R¹은 탄소 및 수소 원자 이외에, 예를 들어 N 및 O, 특히 N으로부터 선택된 헤테로원자를 또한 함유할 수 있다. 그러나, R¹이 SO 단위, PO 단위, BO 단위 및 EO 단위를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는, R¹은 헤테로원자를 함유하지 않는다. R¹은 바람직하게는 각각의 경우에 독립적으로 1가 C₆-C₁₃ 탄화수소 라디칼의 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, R¹은 각각의 경우에 독립적으로 선형 (즉, 비분지형) 또는 분지형 또는 고리형, 포화 또는 불포화, 지방족 또는 방향족, 또는 달리 가능한 경우에 그의 조합이다. 보다 바람직하게는, R¹은 각각의 경우에 독립적으로 선형 또는 분지형인 포화 지방족 라디칼이다. R¹이 6 내지 13개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 또는 시클로지방족 라디칼인 것이 보다 더 바람직하다. 보다 더 바람직하게는, R¹은, 특히 n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-노닐, n-데실, n-운데실 및 n-도데실로 이루어진 군으로부터 선택된 선형 지방족 라디칼이다. 화학식 (B) 및 (C) 및 (D)의 적합한 화합물 및 그의 합성이 EP 1 078 946 A1에 기재되어 있으며, 예를 들어 제품명 테고머® DA 646 하에 상업적으로 입수가능하다.

라디칼 R¹은 상응하는 히드록시-관능성 화합물 R¹(OH)_n으로부터 유래되며, 여기서 n은 화학식 (B) 및 (D)에서 정의된 바와 같다. 적합한 히드록시-관능성 화합물 R¹(OH)_n의 예가 실시예에서 주어진다 (표 1 참조). 추가의 적합한 히드록시-관능성 화합물 R¹(OH)_n은 당 및 당 알콜, 예를 들어 글루코스, 굴로스 및 소르비톨의 군으로부터 선택될 수 있다. 히드록시-관능성 화합물 R¹(OH)_n으로서 폴리글리세롤을 사용하는 것이 추가적으로 또한 가능하다.

R²가 SO 단위, PO 단위, BO 단위 및 EO 단위를 함유하지 않는 것이 바람직하다. R²는 바람직하게는 수소 (H)이다.

폴리알킬렌 옥시드들의 수-평균 분자량 (M_n)이 400 g/mol 내지 4000 g/mol, 바람직하게는 500 g/mol 내지 2500 g/mol, 특히 600 g/mol 내지 1500 g/mol인 것이 바람직하다. 수-평균 분자량 (M_n)은 바람직하게는 겔-투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해 결정된다.

폴리알킬렌 옥시드들은 산소 원자 뿐만 아니라, 다른 헤테로원자 예컨대 예를 들어 질소 원자를 함유할 수 있다. 그러나, 폴리알킬렌 옥시드들이 임의의 인 원자를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 폴리알킬렌 옥시드들이 임의의 황 원자를 함유하지 않는 것이 추가로 바람직하다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들이 산소 및 임의적으로 질소 원자 이외의 임의의 다른 헤테로원자를 함유하지 않는 것이 또한 바람직하다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 바람직하게는 탄소, 수소, 산소 및 임의적으로 질소 원자로만 구성된다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 바람직하게는 탄소, 수소, 산소 및 임의적으로 질소 원자로 이루어진다. 폴리알킬렌 옥시드들이 산소 원자 이외의 임의의 다른 헤테로원자를 함유하지 않는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 특히 바람직하게는 탄소, 수소 및 산소 원자로만 구성된다. 따라서, 폴리알킬렌 옥시드들은 특히 바람직하게는 탄소, 수소 및 산소 원자로 이루어진다.

그래핀 물질이 ISO-TS 80004-13에 따른 그래핀 물질, 바람직하게는 단일층 그래핀, 이중층 그래핀, 삼중층 그래핀, 소수-층 그래핀, 다층 그래핀, 1 내지 10개의 층의 그래핀, 에피택셜 그래핀, 박리 그래핀, 그래핀 나노리본, 그래핀 나노플레이트, 그래핀 나노플레이트렛, 그래핀 나노시트, 그래핀 마이크로시트, 그래핀 나노플레이크, 그래핀 양자점, 그래핀 옥시드, 그래핀 옥시드 나노시트, 다층 그래핀 옥시드 및 환원 그래핀 옥시드, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 그래핀 물질, 특히 바람직하게는 1 내지 10개의 그래핀 층을 갖는 그래핀 물질인 것이 추가로 바람직하다.

그래핀 물질이 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%, 특히 적어도 95%의 탄소 함량 (그래핀 물질의 총 질량을 기준으로 한 탄소의 질량에 의한 함량)을 갖는 것이 바람직하다.

그래핀 물질은 바람직하게는 단일층 또는 다층 그래핀 물질, 즉, 1개 이상의 그래핀 층을 포함하는 그래핀 물질이다. 다층 그래핀 물질로서, 2 내지 10개의 그래핀 층을 갖는 그래핀 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

그래핀 물질이 10 nm 미만, 바람직하게는 5 nm 미만, 특히 3 nm 미만의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

그래핀 물질이 0.01 g/cm³ 내지 0.10 g/cm³, 바람직하게는 0.01 g/cm³ 내지 0.08 g/cm³, 특히 0.01 g/cm³ 내지 0.05 g/cm³의 벌크 밀도를 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 그래핀 물질은 과립, 플레이크, 분말, 필름, 시트, 플레이트렛, 나노리본 및/또는 섬유의 형태로 존재한다.

그래핀 물질 및 그의 제조법, 특성 및 용도에 관한 추가의 세부사항을 또한 기술 문헌에서 찾아볼 수 있다 (참조: Roempp online, https://roempp.thieme.de/lexicon/RD-07-02758; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7714-7718; Mater. Today 2012, 15(3), 86-97).

그래핀 물질은 상기 언급된 폴리알킬렌 옥시드들의 보조 하에 액체 연속 상에 분산될 수 있다. 그래핀 물질이 폴리에테르, 특히 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르, 특히 폴리에스테르 폴리올, 폴리카르보네이트, 특히 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리부타디엔, 특히 폴리부타디엔 폴리올, 에폭시 수지, 폴리실록산, 실리콘 오일, 식물성 오일, 미네랄 오일, 합성 유기 오일, 실릴-개질된 중합체, 실릴-개질된 반응성 희석제, (메트)아크릴산, (메트)아크릴레이트, 시아노아크릴레이트, 디히드로레보글루코세논 (시렌(Cyrene)®), 디메틸포름아미드 (DMF), 유기 카르보네이트, 아세톤, 글리콜, 디메틸 술폭시드 (DMSO), 테트라히드로푸란 (THF), 메틸 에틸 케톤 (MEK), 아세테이트, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 알콜 및 이염기성 에스테르 (DBE)로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 주요 구성성분으로서 함유하는 액체 연속 상에 분산되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 식물성 오일은 아마인 오일, 대두 오일, 평지씨 오일, 피마자 오일, 에폭시화된 아마인 오일, 에폭시화된 대두 오일, 에폭시화된 평지씨 오일 및 에폭시화된 피마자 오일로 이루어진 군으로부터 선택된다.

실릴-개질된 중합체는 바람직하게는 트리에톡시실릴 및/또는 트리메톡시실릴 기를 갖는다. 중합체 백본이 폴리실록산 (실리콘), 폴리부타디엔 또는 폴리에테르 백본인 것이 바람직하다.

용어 "(메트)아크릴산"은 메타크릴산 및/또는 아크릴산을 나타낸다. 용어 "(메트)아크릴레이트"는 메타크릴산 에스테르 및/또는 아크릴산 에스테르를 나타낸다. (메트)아크릴레이트는 바람직하게는 n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 비닐 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 및 비닐 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.

유기 카르보네이트는 바람직하게는 디메틸 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 알릴 에틸 카르보네이트, 비닐렌 카르보네이트, 메틸 에틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 플루오로에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 메틸 프로필 카르보네이트, 에틸 프로필 카르보네이트, 메틸 이소프로필 카르보네이트, 디프로필 카르보네이트, 디부틸 카르보네이트 및 클로로에틸렌 카르보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.

글리콜은 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 테트라프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된다.

아세테이트는 바람직하게는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.

알콜은 바람직하게는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소아밀 알콜, 1-부탄올, 이소프로판올, 페녹시에탄올 및 2-(2-페녹시에톡시)에탄올로 이루어진 군으로부터 선택된다.

이염기성 에스테르 (DBE)는 바람직하게는 디메틸 숙시네이트 (DBE-4), 디메틸 글루타레이트 (DBE-5) 및 디메틸 아디페이트 (DBE-6)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 혼합물, 예를 들어 DBE-4와 DBE-5의 혼합물인 DBE-9가 전형적으로 사용된다.

연속 상이 프탈레이트, 시트레이트 및 아디페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 가소제를 주요 구성성분으로서 포함하는 것이 추가로 바람직하다.

연속 상이 베이킹 페인트, 예를 들어 실리콘-기재의 페인트를 주요 구성성분으로서 포함하는 것이 추가로 바람직하다.

연속 상이 불포화 폴리에스테르 수지 (UPES) 또는 비닐 에스테르 수지를 주요 구성성분으로서 포함하는 것이 추가로 바람직하다.

연속 상이 페놀계 수지 (UF, MUF) 또는 아미노 수지를 주요 구성성분으로서 포함하는 것이 추가로 바람직하다.

연속 상의 주요 구성성분은 그의 질량 비율 측면에서 연속 상의 우세한 구성성분을 의미하는 것으로 이해된다. 주요 구성성분의 질량 비율이, 연속 상의 총 질량을 기준으로 하여, 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 90%, 특히 100%인 것이 바람직하며, 여기서 상한치는 100%이다.

방법이 하기의 간접적으로 또는 직접적으로 연속적인 방법 단계, 바람직하게는 직접적으로 연속적인 방법 단계를 포함하는 것이 바람직하다:

a) 처음에 연속 상을 충전하는 단계;

b) 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제를 첨가하는 단계;

c) 그래핀 물질을 첨가하고 분산시키는 단계.

대안적으로, 방법이 하기의 간접적으로 또는 직접적으로 연속적인 방법 단계, 바람직하게는 직접적으로 연속적인 방법 단계를 포함하는 것이 바람직하다:

i) 처음에 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제를 충전하는 단계;

j) 그래핀 물질을 첨가하고 분산시키는 단계.

여기서, 용어 "분산제"는 상기 언급된 폴리알킬렌 옥시드들을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 분산제는 본 발명에 따라 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드들 중 1종 이상으로 이루어진다.

분산은 바람직하게는 전단 효과 하에 이루어진다. 이는 큰 에너지 투입을 달성한다. 이는 응집체가 파괴되고 박리되도록 하여, 새로운 불포화 표면을 생성한다. 이들 공격 지점, 즉, 히드록시, 카르복시, 알데히드, 케토, 에폭시 및 아미노 기와 같은 관능기, 및 공액계가 다양한 분산제 및 안정화제를 연결시키는데 적합하다. 이러한 계내 첨가가 분산을 매우 효과적으로 만들어, 보다 높은 충전제 수준 및 보다 안정한 분산액의 달성을 초래한다. 그러면 보다 높은 충전제 수준은 접착제 및 실란트 및 또한 방열 계면 물질과 같은 최종 용도의 제제에 있어서 조작의 여지를 보다 많이 남긴다.

본 발명에 따른 방법에서, 특히 단계 c) 및 j)에서, 다양한 분산 기술 및 장치, 예컨대 볼 밀, 용해기 (예를 들어 디스퍼마트(Dispermat)® 용해기), 3롤 밀, 울트라-투락스(Ultra-Turrax), 습식-제트 밀, 콘칭기 장치, 고전단 혼합기, 바람직하게는 고속 혼합기 및 써모믹서(Thermomixer)로 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하는 것이 가능하다. 분산은 또한 초음파처리에 의해 달성될 수 있다. 특히 바람직하게는, 분산은 디스퍼마트® 용해기 또는 볼 밀을 사용하여 달성된다.

동력/에너지가 0.1 min 내지 99 h의 기간, 바람직하게는 0.1 min 내지 2 h의 기간, 보다 바람직하게는 1 min 내지 15 min의 기간 동안 도입/적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법은 수행하기가 매우 용이하므로, 따라서 높은 질량 비율의 그래핀 물질을 갖는 조성물을 제조하기가 매우 용이하다는 이점을 갖는다.

(a) 연속 상,

(b) 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제, 및

(c) 그래핀 물질.

여기에서도, 분산제는 상기 언급된 적어도 1종의 폴리알킬렌 옥시드를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 분산제는 본 발명에 따라 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드들 중 1종 이상으로 이루어진다.

조성물의 질량을 기준으로 한 성분 (c)의 질량 비율이 0.1% 내지 90%, 바람직하게는 5% 내지 60%, 특히 25% 내지 40%인 것이 바람직하다. 따라서, 조성물의 질량으로 나눈 성분 (c)의 질량은 0.1% 내지 90%, 바람직하게는 5% 내지 60%, 특히 25% 내지 40%이다.

성분 (c)의 질량을 기준으로 한 성분 (b)의 질량 비율이 0.01% 내지 200%, 바람직하게는 30% 내지 150%, 특히 50% 내지 100%인 것이 바람직하다. 따라서, 성분 (c)의 질량으로 나눈 성분 (b)의 질량은 0.01% 내지 200%, 바람직하게는 30% 내지 150%, 특히 50% 내지 100%이다.

(i) 본 발명에 따른 용도에 상응하는 분산제, 및

(j) 그래핀 물질.

조성물의 질량을 기준으로 한 성분 (j)의 질량 비율이 0.1% 내지 90%, 바람직하게는 5% 내지 60%, 특히 25% 내지 40%인 것이 바람직하다. 따라서, 조성물의 질량으로 나눈 성분 (j)의 질량은 0.1% 내지 90%, 바람직하게는 5% 내지 60%, 특히 25% 내지 40%이다.

성분 (j)의 질량을 기준으로 한 성분 (i)의 질량 비율이 0.01% 내지 200%, 바람직하게는 30% 내지 150%, 특히 50% 내지 100%인 것이 바람직하다. 따라서, 성분 (j)의 질량으로 나눈 성분 (i)의 질량은 0.01% 내지 200%, 바람직하게는 30% 내지 150%, 특히 50% 내지 100%이다.

본 발명의 조성물은 추가의 첨가제, 예를 들어 바람직하게는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리아닐린, 탄소 나노튜브, 카본 블랙, 탄소 섬유, 금속 입자, 금속 섬유, 은 나노와이어, 흑연 (예를 들어 팽창 흑연) 및 산화망가니즈로 이루어진 군으로부터 선택된, 전기 전도성을 개선시키기 위한 충전제; 바람직하게는 hBN, AlN, Al₂O₃, SiO₂, ZnO, MgO, SiC, 나노다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택된, 열 전도성을 개선시키기 위한 충전제; 난연제; 충격 개질제; 착색 안료; UV 안정화제; 점도 개질제; 케이킹방지제; 탈포제; 이온성 액체; 습윤제; 및/또는 스크래치방지제를 포함할 수 있다.

성분 (a), (b) 및 (c)의 조합은 - 충전제 (c)의 높은 함량에서도 - 바람직하게는 낮은 점도를 갖는, 안정한 분산액을 제공한다.

상응하게, 성분 (i) 및 (j)의 조합도 마찬가지로 - 충전제 (j)의 높은 함량에서 - 바람직하게는 낮은 점도를 갖는, 안정한 분산액을 제공한다.

특히 페이스트 형태의, 본 발명의 조성물은 용도가 매우 다양하며, 예를 들어 자동차 부문, 열 교환기, 전자장치 적용분야, 열 관리, 대전방지 관리, 반도체 산업, 하우징, 캡슐화, 3D 프린팅, 사출-성형 부품, 호스 시스템, 멤브레인, 연료 전지, 케이블 시스템, 전자기 (EMV) 차폐, 배터리 시스템에서의 열 관리, 및 접착제 및 실란트 및 또한 포팅 배합물에 사용될 수 있다.

특히 페이스트 형태의, 본 발명의 조성물은 또한 하기 물질을 위한 첨가제로서 적합하다: 엘라스토머, 열경화성 물질, 열가소성 물질, 열가소성 엘라스토머.

특히 페이스트 형태의, 본 발명의 조성물은 하기 물질/용도를 위한 첨가제로서 특히 적합하다:

- 에폭시 수지, 페놀계 수지, 폴리우레탄, 실란-개질된 중합체 (실릴-개질된 중합체, SMP), 아크릴레이트, 반응성 핫 멜트를 포함하는 접착제 및 실란트 (특히 전기 및/또는 열 전도성을 위해),

- 실리콘 (RTV, HTV, LSR, HCR),

- 아크릴레이트,

- 폴리우레탄, 예를 들어 열가소성 폴리우레탄,

- 고무, 바람직하게는 SBR, BR, 천연 고무, 폴리부타디엔, 관능화된 폴리부타디엔,

- 열경화성 물질, 바람직하게는 폴리우레탄, 폴리에스테르 수지, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 실리콘 수지,

- 방열 계면 물질: 갭 충전제, 테이프, 그리스 및 상-변화 물질, 포팅재, 패키징재, 언더필, 캐스팅재, 코팅재, 보호 코팅재,

- 표준 열가소성 물질, 바람직하게는 PE, PP, PS, PVC, 알파-올레핀, 부타디엔 유도체, 베스테나머(Vestenamer)® (에보닉)로부터 선택된 열가소성 플라스틱 물질,

- 공업용 열가소성 물질, 바람직하게는 PET, PMMA, PC, POM, PA, PBT, PEBA, TPU, PU, TPE, 고성능 열가소성 물질, 바람직하게는 PPS, PEEK, PES, PI, PEI, 공중합체,

- 반완성 제품,

- 자동차 부문: 전기 구동장치, 배터리 시스템에서의 열 관리, 차량 및 외부 충전 인프라, 전자장치 및 전력용 전자장치, 연료 전지, 센서, 디스플레이, 콕피트, 인터랙티브 화면, EMV 차폐 (전자기 차폐),

- 전자장치 및 전력용 전자장치 (연결),

- 마이크로칩, 전자 부품, 디스플레이, 인디케이터의 연결 및 그로부터의 열의 소산,

- LED 헤드라이트/스폿라이트, LED, 화면 조명의 연결 및 그로부터의 열의 소산,

- 통신 시스템의 연결 및 그로부터의 열의 소산,

- 대전방지 및 기밀성이 요구되는 수소 기술 및 가스 시스템 (밀봉재, 연료 전지, 탱크, 커넥터, 플러그, 튜브/케이블),

- 전기 및 열 전도성, 및 또한 미끄럼 마찰의 감소를 위한 미네랄 오일, 실리콘 오일, 프로세스 오일, 식물성 오일, 개질된 식물성 오일, 모터, 유압식 기계 및 구동장치용 오일, 그리스, 겔, 상-변화 물질.

상기 언급된 용도/물질에서, 조성물은 바람직하게는 하기 효과 중 적어도 하나를 초래한다:

- (개선된) 전기 전도성,

- (개선된) 열 전도성,

- 감소된 마찰,

- 개선된 역학,

- 증가된 내스크래치성,

- 착색/안료,

- 방사선 (UV)의 흡수,

- 항박테리아/항바이러스 효과,

- 개선된 난연성,

- 감소된 기체 투과성.

실시예

관련 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 실행을 단지 설명하기 위해 제공된 실시예가 하기에 제시된다. 이들은 청구된 대상에 대해 어떠한 제한도 나타내지 않는다.

분산제 (분산 첨가제 또는 축약하여 "첨가제")

표 1에 제시된 화학량론에 상응하는 하기의 폴리알킬렌 옥시드들이 본 발명의 분산제로서 제조된다. 여기서, 수치 값은 출발 알콜에 대한 알킬렌 옥시드 (SO, PO, BO, EO)의 몰비를 지시한다. 따라서, 첨가제 4는, 각각의 경우에 1 mol의 헥산-1-올을 기준으로 하여, 1 mol의 SO, 2 mol의 BO, 8 mol의 PO 및 0 mol의 EO에 기반한다. 출발 알콜 및 상응하는 알킬렌 옥시드들은 EP 1078946 A1에 기재된 바와 같이 합성된다. 표 1의 첨가제의 라디칼 R¹은 각각 이용된 출발 알콜로부터 유래된다 (예를 들어 헥산-1-올은 R¹ = 헥실이도록 함). 표 1의 모든 첨가제에 하기와 같이 적용된다: R² = H.

표 1: 분산 첨가제 1 내지 18의 화학적 조성

본 발명에 따라 이용가능한 분산제는 첨가제 1 내지 16이다. 이들은 방향족 라디칼을 함유한다. 본 발명에 따라 이용가능한 것이 아닌 분산제는 첨가제 17 및 18 및 또한 솔스퍼스® 39000 (루브리졸) 및 테고머® DA 100 N (에보닉)이다. 이들은 임의의 방향족 라디칼을 함유하지 않는다.

충전제

그래핀:

사용된 그래핀 물질은 하기 특성을 갖는 그래핀이다: Dv50 = 20 μm (레이저 회절에 의해 결정됨), 표면 저항 ≤ 10 ohm/sq (필터 멤브레인으로부터의 25 μm 필름 상의 4-지점 샘플), 탭 밀도³ = 0.251 gcm^-3 (ASTM D7481에 따름).

카본 블랙:

본 발명에 따라 이용가능한 것이 아닌 충전제는 전기 전도성을 개선시키기 위해 사용될 수 있는 카본 블랙이다. 이는 ASTM D 2414에 따라 결정된 119 ml/100 g의 DBP 흡수량 (DBP = 디부틸 프탈레이트), ASTM D1513에 따라 결정된 300 g/dm³의 벌크 밀도, 325 메쉬 체에서의 250 ppm 미만의 체 잔류분 및 ASTM D3765에 따라 결정된 135 m²/g의 CTAB 표면적 (CTAB = 세틸트리메틸암모늄 브로마이드)을 갖는다.

디스퍼마트® 용해기를 사용하는 페이스트의 제조

페이스트는 일반적으로 적합한 분산 유닛으로서 용해기 (디스퍼마트® CV4-플러스 용해기, 브이엠에이-게츠만(VMA-Getzmann))의 보조 하에 불연속식으로 (배치식 작업) 제조된다. 페이스트는 40 mm의 직경을 갖는 용해기 디스크를 사용하여 250 ml 스테인레스 스틸 용기에서 제조된다. 250 ml 스테인레스 스틸 용기에 대해 100 g의 페이스트의 배치 크기가 선택된다. 스테인레스 스틸 용기에 특정한 실험에 따라 정의된 양의 연속 상 (예를 들어 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 메틸 메타크릴레이트, 폴리부타디엔디올 등)을 충전한다. 분산 첨가제를 사용하는 경우에는, 충전제의 사용량에 대비하여 정의된 양의 첨가제 (안료 대비 첨가제 = AoP [%])를 연속 상에 첨가한다. "안료" 및 "충전제"는 그래핀 물질 또는 카본 블랙을 의미하는 것으로 이해된다. 연속 상의 질량인 m _{연속 상} , 조성물의 총 질량인 m _전체 , 충전제의 질량인 m _충전제 , 첨가제의 질량인 m _첨가제 , 최대 충전제 수준인 충전제 수준 _max , 및 충전제의 질량에 의한 양 대비 첨가제의 질량인 AoP (안료 대비 첨가제) 사이에는 하기 관계가 적용된다:

연속 상 및 분산 첨가제를 함유하는 용기를 디스퍼마트® 용해기 어셈블리에 고정시키고, 교반기를 용해기 디스크가 연속 상에 존재하지만, 컵의 바닥에는 닿지 않도록 내린다. 분산 첨가제가 스테인레스 스틸 용기의 바닥으로 가라앉는 것을 방지하기 위해, 분산 첨가제를 750 rpm (rpm = 분당 회전수)에서 1분 동안 연속 상으로 교반한다. 충전제를 매우 서서히, 한 번에 조금씩 첨가한다. 첨가하는 동안에, 교반기는 분진 형성에 따라 750 rpm 내지 1000 rpm으로 설정된다. 대략 5분의 기간에 걸쳐 조금씩 첨가된다. 첨가가 끝나면, 이상적인 분산이 일어날 수 있도록 디스퍼마트® 용해기의 교반기의 회전 속도를 2000 rpm 내지 2500 rpm까지 높인다. 이러한 상태를 그래핀-기재 페이스트가 완전히 분산될 때까지 추가로 5분 동안 유지한다.

페이스트의 저장 안정성의 시각적 평가

2.5 cm의 기부 직경을 갖는 시험 튜브에 40 g의 페이스트를 충전하고, 실온에서 12 h 및 72 h 동안 저장한 후에, 이어서 조사한다. 추가의 샘플을 50℃에서 72 h 동안 저장한 후에, 이어서 조사한다. 조사는 시네레시스 및 페이스트의 외관과 관련하여 두 사람에 의한 육안의 시각적 조사를 포함한다. 금속 스패튤라 상에서의 페이스트의 흘러내림을 또한 조사한다. 하기 평가 기준이 사용된다: "불안정함" 또는 "안정함":

불안정함 (안정성: "없음"):

페이스트가 표면 상에서 적어도 2 mm의 투명한 세럼을 형성한다. 페이스트는 거칠어 보인다. 페이스트가 스패튤라에서 균질하게 흘러내리지 않는다.

안정함 (안정성: "있음"):

페이스트가 2 mm 미만의 투명한 세럼을 형성한다. 페이스트는 균질해 보이며 크림 같아 보인다. 페이스트가 스패튤라에서 균질하게 흘러내린다.

점도 (페이스트의 레올로지 조사)

페이스트의 점도를 레오미터 (피지카(Physica) MCR 301/안톤 파르(Anton Paar))를 사용하여 결정한다. 조사는 25 mm 일회용 측정 플레이트 (D-PP25/AL/S07 D: 25 mm 일회용 측정 플레이트/안톤 파르)에 연결된, 트랜스폰더가 구비되지 않은 D-CP/PP7 측정 샤프트 (안톤 파르)를 사용한다. 측정을 시작하기 전에, 제로 갭 (여기서: 0.5 mm)이 설정된다. 상기 갭 너비가 하기에서의 페이스트의 측정을 위해 사용된다. 이로써 측정을 위한 레오미터의 준비가 완료된다. 정의된 양의 페이스트를 레오미터 플레이트에 적용하고, 미리 설정된 0.5 mm의 측정 갭을 조정한다. 이어서, 가장자리에서의 초과량의 페이스트를 제거한다 ("샘플이 트리밍된다"). 이제부터 측정이 시작된다. 0.1 s^-1 내지 1000 s^-1의 전단 속도를 갖는 직선 경사가 실행된다. 하기 조건/파라미터가 이용된다:

그래프 평가를 위해, 점도를 전단 속도에 대해 플롯팅한다. 이어서, 예를 들어 첨가제가 사용된 그리고 사용되지 않은 페이스트의 곡선 추세가 비교된다. 또한, 단지 1 s^-1 및 10 s^-1의 전단 속도에서의 값을 비교하는 것도 통상적이다.

헤그만(Hegman) 입도계 시험

사용된 장비:

헤그만 입도계는 액체 연속 상에서의 입자 또는 응집체의 분산성을 결정하기 위해 사용된다. 이것이 실제 입자 크기 또는 입자 분포를 결정하지는 않는다.

입도계는 편평한 스틸 블록이며, 그의 표면으로 2개의 얕은 쐐기형 채널이 절삭되어 있다. 이들 채널은 입도계의 한쪽 단부에서의 최대 깊이에서부터 스틸 블록의 다른 쪽 단부에서의 영점까지 매끄럽게 이어진다. 쐐기 깊이는 측면에 각인된 척도로 확인할 수 있다. 헤그만 척도는 0 내지 8의 범위이며, 여기서 헤그만 수 (헤그만 값)가 보다 클수록 보다 작은 입자를 지시한다. 헤그만 수 및 μm의 하기 설정이 적용된다:

0 헤그만 = 100 μm

4 헤그만 = 50 μm

8 헤그만 = 0 μm

세정하여 건조시킨 입도계를 평평한 미끄럽지 않은 표면에 놓는다. 입도계의 채널에 가장 깊은 지점에서 조사하려는 페이스트를 충전한다. 페이스트는 요홈의 가장자리 위로 약간 흘러넘쳐야 한다. 닥터 블레이드를 채널의 가장 깊은 지점에서 입도계의 단변에 평행하게 위치시키고, 입도계 채널의 얕은 단부 쪽으로 수직으로 재빨리 끌어당긴다. 샘플을 제거하여 평활하게 한 직후에, 채널 안의 페이스트의 표면 구조가 보이도록 입도계를 들어 빛에 비춰서, 장변에 대해 직각으로 그리고 그의 표면에 대해 20° 내지 30°의 각도에서 조사한다. 상대적으로 다수의 입자 또는 입자의 스크래치 자국이 채널에서 처음으로 보이는 지점을 결정하고, 그와 연관된 척도 값 (헤그만 척도)을 확인한다.

요홈에서 조기에 와해가 발생하는 것 (높은 헤그만 수)은 페이스트가 예를 들어 잔류하는 응집체를 함유하거나 또는 충전제 (즉, 그래핀 물질 또는 카본 블랙)가 연속 상에 보다 불량하게 분산되어, 그 결과, 최종 용도에서의 불완전하게 분산된 그래핀의 상기 언급된 다른 단점과 함께 페이스트의 보다 큰 불안정성이 또한 예상될 수 있음을 의미한다.

입도계 시험은 추가의 과정에서 하기와 같이 평가된다:

그래핀 페이스트의 제조

하기 실시예에 따른 그래핀 페이스트의 제조는 하기와 같이 실시된다:

1. 250 ml 금속 컵에 연속 상을 충전한다.

2. 분산 첨가제 (100% AoP)를 첨가한다. 첨가제가 바닥으로 침강되지 않도록 스패튤라로 짧게 교반한다.

3. 디스퍼마트® 용해기를 사용하여 40 mm 분산 디스크로 750 rpm에서 대략 1분 동안 첨가제를 연속 상으로 교반한다.

4. 충전제를 서서히, 한 번에 조금씩 대략 5분의 기간에 걸쳐 750-1000 rpm에서 첨가한다.

5. 충전제의 첨가가 끝나면, 충전제가 완전히 분산될 때까지 2000-2500 rpm에서 추가로 5분 동안 교반한다.

실시예 1: 폴리에테르 폴리올을 기재로 하는 페이스트

폴리에테르 폴리올을 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 데스모펜(Desmophen)®1110 BD (코베스트로(Covestro))를 연속 상으로서 사용한다 (표 2 및 3 참조):

실시예 2: 폴리에스테르 폴리올을 기재로 하는 페이스트

폴리에스테르 폴리올을 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 디나콜(Dynacoll)® 7250 (에보닉)을 연속 상으로서 사용한다 (표 4 및 5 참조):

실시예 3: 폴리부타디엔 디올을 기재로 하는 페이스트

폴리부타디엔 디올을 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 폴리베스트(Polyvest)® HT (에보닉)를 연속 상으로서 사용한다 (표 6 및 7 참조):

실시예 4: 에폭시드를 기재로 하는 페이스트

에폭시드를 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 에피코트(Epikote)® 레진 828 (헥시온(Hexion))을 연속 상으로서 사용한다 (표 8 및 9 참조):

실시예 5: 메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 페이스트

메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 메라크릴(Meracryl)® MMA (롬(Roehm))를 연속 상으로서 사용한다 (표 10 및 11 참조):

실시예 6: 식물성 오일을 기재로 하는 페이스트

식물성 오일을 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 피마자 오일을 연속 상으로서 사용한다 (표 12 및 13 참조):

실시예 7: 실릴-개질된 중합체 (SMP)를 기재로 하는 페이스트

실릴-개질된 중합체 (SMP)를 기재로 하는 페이스트의 제조를 위해, 테고팩(Tegopac)® RDS 1을 연속 상으로서 사용한다 (표 14 및 15 참조):

본 발명에 따라 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드들 및 그래핀 물질의 조합만이 (연속 상에 상관없이) 높은 안정성, 낮은 점도를 갖는 조성물 및 헤그만 입도계 시험에서의 우수한 결과를 유도한다.

Claims

그래핀 물질을 위한 분산제로서의 적어도 하나의 방향족 라디칼을 갖는 폴리알킬렌 옥시드들의 용도.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 방향족 라디칼이 페닐 라디칼인 것을 특징으로 하는 용도.
제1항 또는 제2항에 있어서, 분산제의 총 질량을 기준으로 한 모든 방향족 라디칼의 질량 비율이 2% 내지 40%, 바람직하게는 5% 내지 25%, 특히 7% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 용도.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 -O-CH₂-CHPh- 또는 화학식 -CH₂-CHPh-O-의 적어도 하나의 단위를 가지며, 여기서 Ph는 페닐 라디칼을 나타내는 것을 특징으로 하는 용도.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리알킬렌 옥시드들이 화학식 (B)의 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 용도:

여기서:
R¹은 각각의 경우에 독립적으로 n가 C₁-C₂₀ 오르가닐 라디칼의 군으로부터 선택되고,
R²는 각각의 경우에 독립적으로 C₁-C₈ 아실 라디칼, C₁-C₈ 알킬 라디칼 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,
SO = 스티렌 옥시드이고,
PO = 프로필렌 옥시드이고,
BO = 부틸렌 옥시드이고,
EO = 에틸렌 옥시드이고,
n = 1 내지 6, 바람직하게는 1 내지 4, 특히 1 내지 3이고,
a = 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 5, 특히 1 내지 3이고,
b = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 특히 0 내지 15이고,
c = 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5, 특히 0 내지 3이고,
d = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 특히 0 내지 15이다.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리알킬렌 옥시드들이 산소 및 임의적으로 질소 원자 이외의 임의의 다른 헤테로원자를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 용도.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 그래핀 물질이 ISO-TS 80004-13에 따른 그래핀 물질, 바람직하게는 단일층 그래핀, 이중층 그래핀, 삼중층 그래핀, 소수개의 층 그래핀, 다층 그래핀, 1 내지 10개의 층의 그래핀, 에피택셜 그래핀, 박리 그래핀, 그래핀 나노리본, 그래핀 나노플레이트, 그래핀 나노플레이트렛, 그래핀 나노시트, 그래핀 마이크로시트, 그래핀 나노플레이크, 그래핀 양자점, 그래핀 옥시드, 그래핀 옥시드 나노시트, 다층 그래핀 옥시드 및 환원 그래핀 옥시드, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 그래핀 물질인 것을 특징으로 하는 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 그래핀 물질이 폴리에테르, 특히 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르, 특히 폴리에스테르 폴리올, 폴리카르보네이트, 특히 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리부타디엔, 특히 폴리부타디엔 폴리올, 에폭시 수지, 폴리실록산, 식물성 오일, 미네랄 오일, 합성 유기 오일, 실릴-개질된 중합체, 실릴-개질된 반응성 희석제, (메트)아크릴레이트, 시아노아크릴레이트, 디히드로레보글루코세논 (시렌(Cyrene)®), 디메틸포름아미드 (DMF), 유기 카르보네이트, 아세톤, 글리콜, 디메틸 술폭시드 (DMSO), 테트라히드로푸란 (THF), 아세테이트, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 알콜 및 이염기성 에스테르 (DBE)로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 주요 구성성분으로서 함유하는 액체 연속 상에 분산되는 것을 특징으로 하는 용도.
그래핀 물질을 분산시키기 위한 방법으로서, 폴리알킬렌 옥시드들이 분산제로서 이용되며, 여기서 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 조건이 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 하기의 간접적으로 또는 직접적으로 연속적인 방법 단계, 바람직하게는 직접적으로 연속적인 방법 단계를 포함하는 방법:
a) 처음에 연속 상, 바람직하게는 제8항에 따른 조건을 따르는 연속 상을 충전하는 단계,
b) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 조건을 따르는 분산제를 첨가하는 단계,
c) 그래핀 물질, 바람직하게는 제7항에 따른 조건을 따르는 그래핀 물질을 첨가하고 분산시키는 단계.
제9항에 있어서, 하기의 간접적으로 또는 직접적으로 연속적인 방법 단계, 바람직하게는 직접적으로 연속적인 방법 단계를 포함하는 방법:
i) 처음에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 조건을 따르는 분산제를 충전하는 단계,
j) 그래핀 물질, 바람직하게는 제7항에 따른 조건을 따르는 그래핀 물질을 첨가하고 분산시키는 단계.
하기를 포함하거나 또는 하기로 이루어진, 바람직하게는 제10항에 따른 방법에 의해 수득가능한 조성물:
(a) 연속 상, 바람직하게는 제8항에 따른 조건을 따르는 연속 상,
(b) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 조건을 따르는 분산제, 및
(c) 그래핀 물질, 바람직하게는 제7항에 따른 조건을 따르는 그래핀 물질.
하기를 포함하거나 또는 하기로 이루어진, 바람직하게는 제11항에 따른 방법에 의해 수득가능한 조성물:
(i) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 조건을 따르는 분산제, 및
(j) 그래핀 물질, 바람직하게는 제7항에 따른 조건을 따르는 그래핀 물질.
제12항 또는 제13항에 있어서, 조성물의 질량을 기준으로 한 성분 (c) 또는 (j)의 질량 비율이 0.1% 내지 90%, 바람직하게는 5% 내지 60%, 특히 25% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제12항 또는 제13항에 있어서, 각각 성분 (c) 또는 (j)의 질량을 기준으로 한 성분 (b) 또는 (i)의 질량 비율이 0.01% 내지 200%, 바람직하게는 30% 내지 150%, 특히 50% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 조성물.