KR20230135680A - 발포성 실리콘 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포성 실리콘 조성물로서, (a) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산, (b) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 수소 원자를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산, (c) 성분 (b)의 존재 하에 가스상 수소를 발생시키는 다공형성제(porogenic agent)로서, (c1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 1개의 하이드록실 기를 함유하는 오르가노폴리실록산, 및 (c2) 물을 포함하는 다공 형성제, 및 (d) 하이드로실릴화 촉매를 포함하고, 단, 성분 (c2)에 의해 제공되는 하이드록실 기 대 성분 (c1)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 1:5 내지 20:1의 범위 이내인 발포성 실리콘 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 낮은 점성도 및 상대적으로 높은 가사 시간을 가지며, 이로부터 경화된 발포체는 밀도가 낮고 공극률이 균일하며, 셀 구조가 미세하다.

Description

발포성 실리콘 조성물 및 이의 용도
본 발명은 발포성 실리콘 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.
신에너지 자동차의 사고 중, 리튬-이온 배터리로 인한 화재 또는 폭발은 주요 안전 문제가 되었다. 이러한 사고를 줄이거나 아예 없애는 한 가지 방법은 액상 실리콘 고무를 배터리용 포팅 재료로 사용하여 화재나 폭발로부터 보호하기 위해 열 전도 또는 소실을 개선하는 것이다. 그러나 일반적으로 액상 실리콘 고무는 상대적으로 큰 비중을 가진다. 포팅 재료로 사용하면 배터리 팩의 무게가 증가하여 단위 부피당 비에너지가 감소하고 궁극적으로 에너지 밀도에 영향을 미친다.
액상 발포성 실리콘 고무는 배터리 팩의 무게를 줄이는 데 장점을 가진다. 그러나 배터리 포팅에 이들을 적용한 문헌은 거의 없다. 중국 공개 공보 CN106589954A는 밀도가 0.58~0.68g/cm3인 발포체로 경화되며, 신에너지 배터리 모듈의 포팅 보호에 사용할 수 있는, 주요 중합체로서 점성도가 300 내지 5,000 mPa·s인 α, ω-디하이드록시 폴리디메틸실록산, 수소-함유 실리콘 오일 및 다공형성제(porogenic agent)로서 점성도가 60~150mPa·s인 하이드록실-말단(terminated) 실리콘 오일을 포함하는 저-점성도, 난연성 및 실온-경화성 실리콘 조성물을 개시한다. 바람직한 특성을 갖는 발포체를 얻기 위해서는 플래니터리 믹서(planetary mixer)가 필요하지만, 균일한 공극률을 갖는 발포체를 얻기에는 여전히 어려움이 있고, 이러한 발포체를 제조하는 비용은 높다.
미국 공개 공보 US4189545A는 실시예 4에서 주요 중합체로서 점성도가 380cps인 비닐폴리디메틸실록산, 수소-함유 실리콘 오일 및 다공형성제로서 물을 포함하는 또 다른 실리콘 고무 발포체의 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 가사 시간(pot life)이 45초로 짧고 물은 실록산과 호환되지 않는다.
배터리용 포팅 재료는 일반적으로 유동성을 요구하기 때문에 점성도가 낮고 포팅작업이 용이하도록 가사시간이 상대적으로 길 것이 요구된다. 그러나 상대적으로 점성도가 낮고 가사 시간이 긴 발포성 조성물로부터 밀도가 낮고 공극률이 균일한 실리콘 발포체를 제조하는 것은 당업계에서 항상 도전 과제였었다. 점성도가 낮다는 것은 일반적으로 Si-H와 하이드록실 기의 반응으로 형성된 기포가 발포성 조성물에서 쉽게 빠져나간다는 것을 의미한다. 상대적으로 긴 가사 시간은 일반적으로 Si-H 기와 알케닐 기 사이의 반응이 너무 느리게 시작되어 발포 반응에 의해 생성된 기포를 포착하기 위한 네트워크 구조를 형성하지 못한다는 것을 의미한다. 그 결과 밀도가 더 높은 발포체가 얻어진다.
기존의 문제점을 고려하여, 본 발명은 다공형성제로서 물과 실란올의 주어진 비율을 사용함으로써 발포성 조성물의 상대적으로 낮은 점성도와 긴 가사 시간 및 파생된 발포체의 상대적으로 낮은 밀도 사이의 모순을 잘 해결한 발포성 실리콘 조성물을 제공한다.
본 발명의 제1 측면은 발포성 실리콘 조성물로서,
(a) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산,
(b) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 수소 원자를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산,
(c) 성분 (b)의 존재 하에 가스상 수소를 발생시키는 다공형성제로서,
(c1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 1개의 하이드록실 기를 함유하는 오르가노폴리실록산, 및
(c2) 물을 포함하는 다공 형성제, 및
(d) 하이드로실릴화 촉매를 포함하고,
단, 성분 (c2)에 의해 제공되는 하이드록실 기 대 성분 (c1)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 1:5 내지 20:1의 범위 이내인 발포성 실리콘 조성물을 제공한다.
성분 (a)
기본 중합체로서 오르가노폴리실록산 (a)은 잘 알려져 있다. 규소 원자에 결합된 적합한 알케닐 기는 2 내지 6개의 탄소 원자를 함유하며, 예를 들어 비닐, 알릴, 프로페닐, 부테닐, 헥세닐, 바람직하게는 비닐, 알릴 및 프로페닐, 더욱 바람직하게는 비닐이다. 오르가노폴리실록산 (a)의 나머지 규소 원자에 결합된 유기 기는 각각 독립적으로 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 지방족 불포화가 없는 1가 유기 기, 예를 들어 알킬, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 아릴 또는 알크아릴 예컨대 페닐, 톨릴, 자일릴, 메시틸, 에틸페닐, 벤질, 나프틸, 및 상기 기의 할로겐화 또는 유기-기-관능화 유도체, 예컨대 3,3,3-트리플루오로프로필, o- , p- 및 m-클로로페닐, 아미노프로필, 3-이소시아네이토프로필, 시아노에틸, 바람직하게는 메틸 및 페닐, 더욱 바람직하게는 메틸로부터 선택된다.
오르가노폴리실록산 (a)은 전형적으로 선형이다. 일부 예시적인 폴리오르가노실록산 (a)은 다음과 같은 화학식으로 기술될 수 있다:
R1R2 2SiO(R2 2SiO)m(R1R2SiO)nSiR2 2R1
여기서 R1은 각 경우에 독립적으로 상기와 같이 예시된 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기이고;
R2는 각 경우에 독립적으로 1가 유기 기, 특히 상기와 같이 예시된 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 지방족 불포화가 없는 1가 탄화수소기이고;
m은 양수이고, n은 0 또는 양수이며, m+n은 오르가노폴리실록산 (a)이 25℃에서 10 내지 5,000mPa·s, 예를 들어 50 내지 2,000 mPa·s의 동적 점성도(dynamic viscosity)를 갖도록 하는 것이다.
본 발명의 오르가노폴리실록산 (a)은 단일 알케닐-함유 오르가노폴리실록산일 수 있거나, 분자 구조(예를 들어, 치환기의 유형 및 수) 또는 점성도가 다른 상이한 알케닐-함유 오르가노폴리실록산의 혼합물일 수 있다. 오르가노폴리실록산 혼합물에 있어서, m+n은 평균값을 나타내고 m+n이 충족하는 점성도 범위는 혼합물의 점성도에 상대적이다.
일반적으로, 포팅 재료로 사용되는 발포성 실리콘 조성물은 더 낮은 점성도를 가질 것이 요구되며, 이에 상응하여 알케닐-함유 오르가노폴리실록산의 점성도는 일반적으로 낮다. 본 발명의 실시양태에서, 성분 (a)는 (a1) 25℃에서 동적 점성도가 10 내지 1,000 mPa·s, 예를 들어 100 내지 500 mPa·s인 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하는 제1 오르가노폴리실록산, (a2) 25℃에서 동적 점성도가 1,000 내지 50,000 mPa·s, 예를 들어 5,000 내지 20,000 mPa·s인 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하는 제2 오르가노폴리실록산을 포함한다. 상기 실시양태에 따르면, 성분 (a)는 바람직하게는 성분 (a)의 총 중량을 기준으로 80 중량% 이상의 성분 (a1)을 포함한다.
성분 (a)는 발포체 경도를 증진시키고 가교 위치를 증가시키기 위하여, 3 작용성 유닛, 예컨대 R1SiO3/2 및 R2SiO3/2, 및/또는 4작용성 유닛, 예컨대 SiO4/2를 함유하는, 분지형 또는 수지형(resinous) 폴리오르가노실록산을 더 포함할 수 있으며, 여기서 R1 및 R2는 상기 정의된 바와 같다. 본 발명의 실시양태에서, 성분 (a)는 R1R2 2SiO1/2 및 SiO4/2 유닛으로 필수적으로 구성된 오르가노폴리실록산을 포함하며, 여기서 R1 및 R2는 상기 정의된 바와 같다. 본 발명에서 "필수적으로"는 폴리오르가노실록산이 적어도 80 몰%, 예를 들어 적어도 90 몰%, 심지어 적어도 95 몰%의 상기 열거된 유닛을 함유하는 것을 의미한다.
본 발명에서, 성분 (a)는 조성물의 총 중량을 기준으로, 20 중량% 내지 80 중량%, 예를 들어 30 중량% 내지 70 중량%의 양으로 적합하게 사용된다.
성분 (b)
오르가노폴리실록산 (b)은 선형, 환형, 분지형 또는 수지형일 수 있다. 선형 또는 환형 폴리오르가노실록산 (b)은 전형적으로 R2 3SiO1/2, HR2SiO2/2, HR2 2SiO1/2 및 R2 2SiO2/2로부터 선택되는 유닛으로 구성되며, 여기서 R2는 상기 정의된 바와 같다. 분지형 또는 수지형 폴리오르가노실록산 (b)은 3작용성 유닛, 예컨대 HSiO3/2 및 R2SiO3/2, 및/또는 4작용성 유닛, 예컨대 SiO4/2를 더 포함할 수 있으며, 여기서 R2는 상기 정의된 바와 같다. 가교결합제로서 오르가노폴리실록산 (b)은 당업계에 잘 알려져 있으며, 전형적으로 규소 원자에 결합된 적어도 3개의 수소 원자를 갖는다. 가교결합제로서 오르가노폴리실록산은 바람직하게는 1.2 중량% 내지 1.7 중량%의 수소 함량을 가져서 2개의 경쟁 반응, 즉 Si-H 기와 알케닐 기 사이의 경화 반응 및 Si-H기와 하이드록실 기 사이의 발포 반응의 균형을 잘 맞춘다.
본 발명에서 성분 (b)는 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하는 사슬 연장제로서 이러한 오르가노폴리실록산을 더 포함할 수 있으며, 이는 전형적으로 HR2 2SiO(R2 2SiO)wSiR2 2H 의 화학식으로 기재될 수 있으며, 여기서 R2는 상기 정의된 바와 같고 w는 양수이다. 사슬 연장제로서의 오르가노폴리실록산은 25℃에서 10 내지 2,000mPa·s, 특히 50 내지 2,000mPa·s의 동적 점성도를 적절하게 갖는다. 사슬 연장제는 단일 수소-말단 오르가노폴리실록산일 수 있거나, 상이한 수소-말단 오르가노폴리실록산의 혼합물일 수 있다. 혼합물에 있어서, 전술한 점성도 범위는 혼합물의 전체 점성도를 나타낸다. 가교제로서의 오르가노폴리실록산 (b)은 사슬 연장제로서의 오르가노폴리실록산 (b)과 상이하다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 실시양태에서, 성분 (b)는 (b1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 3개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산, 및 (b2) 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함한다. 상기 실시양태에 따르면, 성분 (b1)은 바람직하게는 1.2 중량% 내지 1.7 중량%의 수소 함량을 갖고, 성분 (b2)는 바람직하게는 성분 (b2)의 총 중량을 기준으로, 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하고 25℃에서 동적 점성도가 10 내지 2,000mPa·s, 예를 들면 50 내지 2,000mPa·s, 특히 500 내지 2,000mPa·s인 오르가노폴리실록산을 80 중량% 이상으로 포함한다.
본 명세서에서, 성분 (b)에 의해 제공되는 Si-H 기 대 성분 (a)에 의해 제공되는 규소-결합된 알케닐 기의 몰수의 비는 바람직하게는 2:1 내지 15:1, 예를 들어 2:1 내지 12:1, 특히 2:1 내지 8:1이다.
성분 (b)는 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 내지 70 중량%, 예를 들어 30 중량% 내지 60 중량%의 양으로 적합하게 사용된다.
성분 (c)
성분 (c)는 가스상 수소를 발생시키는 성분 (b)로부터 Si-H 기와 반응하여 발포 작용에 영향을 미치지만 가교결합에는 기여하지 않는 다공형성제로서 사용된다. 성분 (c2)에 의해 제공되는 하이드록실 기 대 성분 (c1)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 바람직하게는 1:2 내지 10:1, 예를 들어 1:1 내지 8:1, 특히 2:1에서 6:1의 범위 이내이다.
일부 예시적인 폴리오르가노실록산 (c1)은 다음과 같은 화학식으로 기술될 수 있다:
R3R2 2SiO(R2 2SiO)p(R3R2SiO)qSiR2 2R3
여기서 R2는 상기 정의된 바와 같고;
R3는 각 경우에 독립적으로 하이드록실 기 또는 R2이고, 적어도 하나의 R3가 하이드록실 기이면 충분하고, 바람직하게는 사슬의 말단 규소 원자에 결합된 R3 둘 다 하이드록실 기이고;
p는 양수이고, q는 0 또는 양수이며, p+q는 25℃에서의 동적 점성도가 10 내지 1,000mPa·s, 예를 들어 50 내지 500 mPa·s인 오르가노폴리실록산 (c1)이 되도록 하는 것이다.
다음과 같은 화학식의 오르가노폴리실록산(c1)이 특히 바람직하다:
HO(Me2SiO)p(HOMeSiO)qOH, 여기서 p 및 q는 상기 정의된 바와 같다.
물 (c2)은 바람직하게는 조성물에서 물의 분산을 증진하기 위해 수성 에멀젼의 형태, 예컨대 수-중-유 실리콘 에멀젼 또는 유-중-수 실리콘 리버스 에멀젼을 포함하는 수성 실리콘 에멀젼의 형태로 도입된다. 수성 실리콘 에멀젼은 폴리실록산 오일상, 수상 및 유화제를 함유한다. 유화제는 비이온성 유화제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 또는 쯔비터이온성 계면활성제일 수 있으며, 바람직하게는 비이온성 계면활성제일 수 있다. 수성 실리콘 에멀젼은 당업자에게 잘 알려진 유화 공정에 의해 얻을 수 있다. 수성 실리콘 에멀젼의 점성도는 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 성분 (c2)는 25℃에서 동적 점성도가 1,000 내지 30,000 mPa·s인 폴리실록산의 수성 에멀젼이다.
성분 (c)는 일정량의 알칸올을 더 포함할 수 있으며, 이는 적어도 하나의 하이드록실기를 함유하는 유기 알코올일 수 있지만 하이드로실릴화 억제제로서 작용하는 알코올, 예를 들어 알키놀은 아니며, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 1가 알코올, 예컨대 에탄올, n-프로판올, 및 이소프로판올, n-부탄올, n-헥산올, n-옥탄올, 사이클로펜탄올, 사이클로헥산올, 사이클로헵탄올, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 폴리올, 예컨대 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 부틸렌 글리콜, 펜탄올 글리콜, 헵탄디올을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 성분 (c)는 알칸올이 없다.
본 발명에서, 성분 (c)는 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이하의 양으로 적합하게 사용된다. 성분 (c1)은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 1 중량% 내지 15 중량%, 예를 들어 2 중량% 내지 10 중량%의 양이고; 성분 (c2)는 바람직하게는 0.01 중량% 내지 1 중량%, 예를 들어 0.05 중량% 내지 0.5중량%의 양이다.
성분 (b)에 의해 제공되는 Si-H 기 대 성분 (c)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 바람직하게는 1:2 내지 15:1, 예를 들어 2:1 내지 12:1, 특히 2:1 내지 8:1이다.
성분 (d)
성분 (d)는 부가-경화 실리콘 조성물을 위하여 선행 기술에서 사용되는 다양한 하이드로실릴화 촉매, 바람직하게는 백금계 촉매, 예를 들어 클로로백금 산, 클로로백금산염, 백금의 올레핀 착물 및 백금의 알케닐실록산 착물일 수 있다. 백금계 촉매는 원하는 경화 속도와 경제성을 고려한 양으로 사용할 수 있으며, 이는 일반적으로 효과적인 하이드로실릴화 반응을 보장하는 데 필요한 최소 수준이다. 일반적으로, 발포성 실리콘 조성물에서 백금 금속의 중량은 0.1 내지 1,000ppm, 예를 들어 1 내지 200ppm이다.
성분 (e)
발포성 실리콘 조성물은 조성물의 가사 시간 및 경화 속도를 제어하기 위하여 억제제 (e)를 더 포함할 수 있다. 억제제는 당업계에서 사용되는 다양한 억제제, 예를 들어 알키놀, 예컨대 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 2-메틸-3-부틴-2-올; 폴리메틸비닐사이클로실록산, 예컨대 1,3,5,7-테트라비닐테트라메틸테트라사이클로-실록산, 알킬 말레에이트일 수 있다. 억제제의 양은 화학 구조 및 원하는 경화 속도에 따라 선택될 수 있다. 일반적으로, 조성물에서 억제제의 중량은 1 내지 50,000ppm, 예를 들어 10 내지 10,000ppm이다.
기타 광학 성분
실록산 조성물은 본 발명의효과를 손상시키지 않는 한 다른 성분, 예를 들어 충전제 (f), 희석제 (g), 착색 페이스트(h)를 적당량으로 더 포함할 수 있다.
충전제(f)의 예로는 탄산칼슘, 실리카, 실리카 미 분말, 규조토, 유기 몬모릴로나이트, 이산화 티타늄이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고 실리카가 특히 바람직하다. 실리카는 발연(fumed) 실리카, 침강성 실리카 및 이들의 혼합물을 포함한다. 실리카의 비표면적은 적합하게는 BET 방법에 의해 결정된 바와 같이 적어도 50 m2/g, 바람직하게는 100 내지 400 m2/g, 예를 들어 150 내지 350 m2/g 범위이다. 실리카는 친수성 또는 소수성일 수 있다.
언급되는 희석제(g)의 예는 25℃에서 10 내지 5,000mPa·s의 동적 점성도를 갖는 디메틸 실리콘 오일, 25℃에서 15 내지 300mPa·s의 동적 점성도를 갖는 MDT 실리콘 오일, 25℃에서 10 내지 100 mm2/s의 동점도(kinematic viscosity)를 갖는 미네랄 오일이다. 일반적으로, 희석제의 첨가는 조성물의 점성도를 낮추고 그의 유변학적 특성을 변화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 잠재적인 블리딩 문제의 관점에서, 본 발명의 발포성 실리콘 조성물은 희석제가 없는 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 발포성 실리콘 조성물은
(a) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐기를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산 20~80중량%,
(b1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 3개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산 1~8중량%,
(b2) 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산 20~70중량%,
(c1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 1개의 하이드록실 기를 함유하는 오르가노폴리실록산 1~15중량%,
(c2) 물 0.01~1중량%, 및
(d) 하이드로실릴화 촉매를 포함한다.
바람직하게는 본 발명의 발포성 실리콘 조성물은 성분 (b) 및 (c)가 동일한 패키지에 저장되지 않고 성분 (a), (b) 및 (d)가 동일한 패키지에 저장되지 않는 2개 이상의 개별 패키지로 저장된다.
본 발명의 발포성 실리콘 조성물은 실온 (23±2)℃에서 적절하게는 200 내지 10,000mPas, 예를 들어 500 내지 5,000mPa, 특히 500 내지 2,000mPa·s의 점성도를 갖는다. 여기서 점성도는 경화 전 조성물의 혼합 점성도를 의미한다. 조성물이 2개 이상의 개별 패키지에 저장되는 경우, 점성도는 또한 각 패키지의 점성도를 의미한다. 일반적으로 조성물의 점성도가 높을수록 얻어지는 발포체의 밀도가 낮아지는 경향이 있다. 점성도가 낮은 조성물로부터 밀도가 낮은 발포체를 형성하는 것은 기술적으로 어려운 일이다.
본 발명의 제2 측면은 본 발명의 제1 측면의 발포성 실리콘 조성물로부터 경화된 발포체를 제공한다.
이는 본 발명의 제1 측면에 기재된 조성물을 가교 또는 경화시키거나, 또는 상기 기재된 바와 같이 별도의 패키지를 혼합한 후 가교 또는 경화시킴으로써 얻어진다.
일반적으로 가교 또는 경화는 15~180℃의 온도에서 10분~72시간 동안 수행된다. 더 낮은 경화 온도와 짧은 경화 시간이 바람직하다. 경화반응과 발포반응이 동시에 일어나며 이 둘은 온도에 매우 민감하다는 점을 고려하여 15~60분간 20~80℃의 온도에서 경화하는 것, 예를 들어 실온에서 60분간 경화하는 것이 바람직하다. 여기서 "실온"은 명시되지 않는 한 (23±2)℃를 의미한다.
본 발명의 발포체는 0.3 내지 0.6g/cm3의 밀도 및 90% 초과의 클로즈드 셀 비율을 갖는다. 발포체 밀도의 결정은 표준 GB/T 6343-2009 셀룰러 플라스틱 및 고무 - 겉보기 밀도 결정에 따라 수행된다. 클로즈드 셀 비율의 결정은 표준 GB/T 10799-2008 경질 셀룰러 플라스틱 - 오픈 셀 및 클로즈드 셀의 부피 백분율 결정에 따라 수행된다.본 발명의 제3 측면은 본 발명의 제1 측면의 발포성 실리콘 조성물의 포팅 재료, 특히 배터리용 포팅 재료로서의 용도를 제공한다.
본 발명의 발포성 실리콘 조성물은 점성도가 낮고 유동성이 우수하며 가사 시간이 비교적 길어 포팅 작업이 용이하다. 얻어진 발포체는 고온 및 저온 저항성, 내후성 및 전기 절연성이 우수하고 작업 중에 배터리를 효과적으로 보호할 수 있으며 배터리의 열을 적시에 발산하는 데 도움을 줄 수 있다. 게다가, 셀의 존재는 열을 더욱 절연시키고 배터리의 안전성과 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 발포체는 밀도가 상대적으로 낮아 기존의 비중이 큰 유동성 실리콘 고무로 인한 배터리 팩의 에너지 밀도 저하를 효과적으로 해결하였다.
여기서 "점성도"는 명시되지 않는 한 당업계의 통상적인 방법에 따라 측정된다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더 예시될 뿐, 그의 범위를 제한하지 않는다. 하기 실시예에 명시된 조건이 없는 모든 실험 방법은 통상적인 방법 및 조건 또는 제품 사양에 따라 선택된다.
점성도 결정
성분 A 및 B의 점성도는 실온(23±2)℃에서 10rpm의 속도에서 No. 2 스핀들을 사용하여 브룩필드 점도계로 측정하였다.
가사 시간의 결정
가사 시간은 성분 A와 B의 혼합물이 혼합된 후 사용할 수 있는 시간의 창(window of time)을 의미한다. "사용할 수 있는"이라는 표현은 성분 A 및 B의 혼합물이 여전히 유동성이 좋은 슬러리이고 고체화가 시작하지 않은 상태를 의미한다. 본 발명의 가사시간은 (23±2)℃에서, 상대습도 50±10%에서 측정되었다.
발포체 밀도 결정
표준 GB/T 6343-2009에 따라 수행되었다.
다공성 상태
발포체의 단면은 전체 단면적에 걸친 기공의 균일성과 관련하여 육안으로 관찰되었다. 단면에 국부적으로 지나치게 큰 기공이 있거나 국부적으로 기공이 없는 경우에는 기공의 균질성을 "비균질(Inhomogeneous)"로 평가하였다. 이렇게 과도하게 큰 기공이 없고 단면에 균질하게 기공이 있는 경우 기공의 균질성을 “균질(Uniform)”로 평가하였다.
셀 크기
발포체 단면의 중앙부를 전자현미경으로 관찰하였다. 셀의 90% 이상이 최대 직경이 1 mm 이하인 것으로 관찰되는 경우 셀의 크기를 "미세 셀(fine cell)"로 평가하고, 그렇지 않으면 "거친 셀(coarse cell)"로 평가하였다.
실시예 및 비교예에 사용된 원료에 대한 상세한 내용은 다음과 같다.
a1: 25℃에서 약 20,000mPa·s의 동적 점성도 및 0.042mmol/g의 비닐 함량을 갖는 디메틸비닐실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
a2: 25℃에서 약 500mPa·s의 동적 점성도 및 0.17mmol/g의 비닐 함량을 갖는 디메틸비닐실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
a3: 25℃에서 약 200mPa·s의 동적 점성도 및 0.26mmol/g의 비닐 함량을 갖는 디메틸비닐실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
a4: 25℃에서 20,000~23,000mPa·s의 동적 점성도 및 0.24mmol/g의 비닐 함량을 갖는 다중 비닐을 갖는 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
b1: 25℃에서 약 20mPa·s의 동적 점성도 및 16.3mmol/g의 수소 함량을 갖는 다중 수소 원자를 갖는 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
b2: 25℃에서 약 1,000mPa·s의 동적 점성도 및 0.12mmol/g의 수소 함량을 갖는 디메틸하이드로실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
c1: 하이드록실 함량이 1.2중량%인 디메틸하이드록실실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
c2: 25℃에서 5,000~10,000 mPa·s의 동적 점성도 및 59.9 중량%의 하이드록실 함량을 갖는 폴리디메틸실록산의 수성 에멀젼, Wacker Chemicals에서 공급됨.
d: 백금계 촉매, WACKER® CATALYST EP, Wacker Chemicals에서 공급됨.
e: 억제제, WACKER® INHIBITOR PT 88, Wacker Chemicals에서 공급됨.
f: M 유닛 대 Q 유닛의 몰비가 0.7:1이고 비닐 함량이 0.78mmol/g인 비닐 MQ 수지, Wacker Chemicals에서 공급됨.
g: 25℃에서 약 100mPa·s의 동적 점성도를 갖는 트리메틸실록시-말단 폴리디메틸실록산, Wacker Chemicals에서 공급됨.
h: 색상 페이스트, ELASTOSIL® COLOR PASTE FL BLACK RAL 9005 F, Wacker Chemicals에서 공급됨.
실시예 1-3 및 비교예 1-2
표 1의 제조법에 따라 각 성분 A와 성분 B의 성분을 각각 잘 혼합하였다. 그런 다음 성분 A와 B를 각각 혼합하고 얻어진 혼합물을 실온에서 60분 동안 경화시켜 실리콘 발포체를 얻었다.
표 2는 각 실시예 및 비교예에서 얻어진 발포체의 조성물의 가사시간, 발포체 밀도, 다공성 상태 및 셀 크기를 나타내었다. 실시예 1 내지 3의 발포체는 물 및 하이드록시-말단 폴리디메틸실록산을 다공형성제로서 사용함으로써 저밀도, 균질한 다공성 및 미세 셀 구조를 갖는다. 비교예 1의 발포체는 하이드록시-말단 폴리디메틸실록산만을 다공형성제로서 사용함으로써 더 높은 밀도를 갖는다. 비교예 2의 발포체는 다공형성제로서 물만을 사용하여 더 높은 밀도, 불균질한 다공성 및 거친 셀 구조를 갖는다.
Figure pct00001
*: Si-Vi의 몰수는 성분 a1-a4 및 f 중에서 Si-Vi 기를 기준으로 계산된다.
Figure pct00002

Claims (14)

  1. 발포성 실리콘 조성물로서,
    (a) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산,
    (b) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 수소 원자를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산,
    (c) 성분 (b)의 존재 하에 가스상 수소를 발생시키는 다공형성제(porogenic agent)로서,
    (c1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 1개의 하이드록실 기를 함유하는 오르가노폴리실록산, 및
    (c2) 물을 포함하는 다공 형성제, 및
    (d) 하이드로실릴화 촉매를 포함하고,
    단, 성분 (c2)에 의해 제공되는 하이드록실 기 대 성분 (c1)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 1:5 내지 20:1의 범위 이내인 발포성 실리콘 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분 (c2)에 의해 제공되는 하이드록실 기 대 성분 (c1)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 1:2 내지 10:1 범위 이내인 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 (c)가 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이하의 양으로 사용되는 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 (b)에 의해 제공되는 Si-H 기 대 성분 (a)에 의해 제공되는 규소-결합된 알케닐 기의 몰수의 비는 2:1 내지 15:1인 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 (b)에 의해 제공되는 Si-H 기 대 성분 (c)에 의해 제공되는 하이드록실 기의 몰수의 비는 1:2 내지 15:1인 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 (c1)이 25℃에서 10 내지 1,000 mPa·s의 동적 점성도를 갖는 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 전 (23±2)℃에서 동적 점성도가 200 내지 10,000 mPa·s인 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 (a)가, 성분 (a)의 총 중량을 기준으로, 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐 기를 함유하고 25℃에서 동적 점성도가 10 내지 1,000 mPa·s 인 오르가노폴리실록산을 80 중량% 이상으로 포함하는 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 (b)가
    (b1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 3개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산, 및
    (b2) 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산을 포함하는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 성분 (b1)은 1.2 중량% 내지 1.7중량%의 수소 함량을 갖는 조성물.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 성분 (b2)가, 성분 (b2)의 총 중량을 기준으로, 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하고 25℃에서 동적 점성도가 10 내지 2,000mPa·s 인 오르가노폴리실록산을 80 중량% 이상으로 포함하는 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은
    (a) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 2개의 알케닐기를 함유하는 적어도 1개의 오르가노폴리실록산 20~80중량%,
    (b1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 3개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산 1~8중량%,
    (b2) 분자당 사슬의 양 말단에서 규소 원자에 결합된 2개의 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산 20~70중량%,
    (c1) 분자당 규소 원자에 결합된 적어도 1개의 하이드록실 기를 함유하는 오르가노폴리실록산 1~15중량%,
    (c2) 물 0.01~1중량%, 및
    (d) 하이드로실릴화 촉매를 포함하는 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 조성물로부터 경화된 발포체.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 조성물의 포팅 재료(potting material)로서의 용도.
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