導電性組成物及びその製造法
【課題】 機械的特性を保持しながら、適当な静電気消散及び電磁遮蔽をもたらす導電性ポリマー組成物の提供。
【解決手段】 組成物の製造方法は、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンド操作ことを含んでいる。組成物の製造方法は、ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、水を上記メルトブレンド中にブレンドし、上記メルトブレンドから水を除去することを含んでいる。
【解決手段】 組成物の製造方法は、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンド操作ことを含んでいる。組成物の製造方法は、ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、水を上記メルトブレンド中にブレンドし、上記メルトブレンドから水を除去することを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー樹脂から製造される物品は、静電気消散又は電磁遮蔽（シールド）が重要な要件である包装用フィルム、チップキャリア、コンピューター、プリンター及びコピー機部品のような資材取扱及び電子機器に広く利用されている。静電気消散（以後、ＥＳＤとする）は、直接接触又は誘導された静電場による電位の異なる物体間での静電荷の移動と定義される。電磁遮蔽（以後、ＥＭ遮蔽とする）の有効性は、シールドに入射する電磁場のうちシールドを通って伝送される割合の比（単位デシベル）と定義される。電子機器が小型化・高速化されるにつれて、その静電荷に対する感受性が高まり、従って改良された静電気消散特性が得られるように改質されたポリマー樹脂を利用するのが一般に望ましい。同様に、ポリマー樹脂の有益な機械的特性の幾つか又は全てを保持しながら、電磁遮蔽性を向上させることができるようにポリマー樹脂を改質するのが望ましい。
【特許文献１】米国特許第３８５２１１３号明細書
【特許文献２】米国特許第４００５０５３号明細書
【特許文献３】米国特許第４５６５６８４号明細書
【特許文献４】米国特許第４５７２８１３号明細書
【特許文献５】米国特許第４６６３２３０号明細書
【特許文献６】米国特許第４７４９４５１号明細書
【特許文献７】米国特許第４８１６２８９号明細書
【特許文献８】米国特許第４８７６０７８号明細書
【特許文献９】米国特許第５０２４８１８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５０３６５８０号明細書
【特許文献１１】米国特許第５１６５９０９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５２５６３３５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５３００５５３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５３５４６０７号明細書
【特許文献１５】米国特許第５４４５３２７号明細書
【特許文献１６】米国特許第５４８４８３７号明細書
【特許文献１７】米国特許第５５５６８９２号明細書
【特許文献１８】米国特許第５５８９１５２号明細書
【特許文献１９】米国特許第５５９１３１２号明細書
【特許文献２０】米国特許第５５９１３８２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５５９１８３２号明細書
【特許文献２２】米国特許第５６４１４５５号明細書
【特許文献２３】米国特許第５６４３５０２号明細書
【特許文献２４】米国特許第５６４３９９０号明細書
【特許文献２５】米国特許第５６５４３５７号明細書
【特許文献２６】米国特許第５７１８９９５号明細書
【特許文献２７】米国特許第５７４４２３５号明細書
【特許文献２８】米国特許第５８３０３２６号明細書
【特許文献２９】米国特許第５８７２１７７号明細書
【特許文献３０】米国特許第５９１９４２９号明細書
【特許文献３１】米国特許第６１８３７１４号明細書
【特許文献３２】米国特許第６３４４５１３号明細書
【特許文献３３】米国特許第５６５１９２２号明細書
【特許文献３４】欧州特許出願公開第０１９８５５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気的特性を改良し、ＥＳＤ及びＥＭ遮蔽を達成するために、２マイクロメートルより大きい直径を有するピッチ及びポリアクリロニトリルから得られたグラファイト繊維のような導電性充填材をポリマー樹脂に配合することが多い。しかし、これらのグラファイト繊維は大きさが大きいため、かかる繊維を配合すると一般に衝撃のような機械的特性が低下する。加えて、これら炭素繊維の不完全な分散により、この組成物から得られる物品内の不均一性が助長される。従って、当技術分野では、適切なＥＳＤ及びＥＭ遮蔽を提供しつつ、機械的特性を保持することができる導電性ポリマー組成物に対するニーズが残されている。また、組成物から得られる物品における不均一性を最小にするようにして導電性充填材を分散させることができる方法に対するニーズも残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
組成物の製造方法は、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでいる。
【０００５】
組成物の製造方法は、ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、このメルトブレンドを、カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチとブレンドし、このメルトブレンド中に水をブレンドし、このメルトブレンドから水を除去することを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書には、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び任意成分としての可塑剤を含んでなる組成物を、この組成物が約１０ｅ８Ω−ｃｍ以下のバルク体積抵抗率(bulk volume resistivity)を有しつつ、約５キロジュール／平方メートル以上の衝撃特性とクラスＡの表面仕上げとを示すように製造する方法が開示されている。一つの実施形態において、この方法は、約１０８Ω／平方（Ω／ｓｑ）以上の表面抵抗率を有し、かつ約１０ｅ８Ω−ｃｍ以下のバルク体積抵抗率を有しつつ、約５キロジュール／平方メートル以上の衝撃特性とクラスＡの表面仕上げとを示す組成物の製造に利用することができる。別の実施形態において、本方法は、相互に垂直な方向において均一な電気伝導率を有し、従って組成物のバルクのいたるところで電気伝導率の不均一性を最小にする組成物の製造に使用することができる。
【０００７】
かかる組成物は、静電気の消散から保護する必要があるコンピューター、電子機器物品、半導体部品、回路基板などに有利に利用することができる。また、所望であれば静電塗装することができる自動車の内装及び外装部品用の自動車用ボディーパネルにも有利に使用できる。
【０００８】
導電性組成物中に使用するポリマー樹脂は、広範囲の熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂のブレンド、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドから選択することができる。また、ポリマー樹脂はポリマーのブレンド、コポリマー、ターポリマー、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せでもよい。熱可塑性樹脂の具体的な非限定例としては、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、及びこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せがある。
【０００９】
熱可塑性樹脂のブレンドの具体的な非限定例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレンエーテル／ポリオレフィン、及びこれらの熱可塑性樹脂のブレンドを１種以上含む組合せがある。
【００１０】
ポリマー樹脂は一般に約５〜約９９．９９９重量％（ｗｔ％）の量で使用する。この範囲内で、一般に、組成物の総重量の約１０ｗｔ％以上、好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約５０ｗｔ％以上の量でポリマー樹脂又は樹脂ブレンドを使用するのが望ましい。また、ポリマー樹脂又は樹脂ブレンドは一般に、組成物の総重量の約９９．９９ｗｔ％以下、好ましくは約９９．５ｗｔ％以下、さらに好ましくは約９９．３ｗｔ％以下の量で使用する。
【００１１】
組成物中に利用するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、嵩高球又はカーボンナノファイバーでよい。組成物中に使用する単層カーボンナノチューブは、グラファイトのレーザー蒸着又はカーボンアーク合成によって製造することができる。これらのＳＷＮＴは一般に外径が約０．７〜約２．４ナノメートル（ｎｍ）の単一の壁をもっている。アスペクト比が約５以上、好ましくは約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上のＳＷＮＴを一般に組成物中に利用する。このＳＷＮＴは一般にそれぞれのチューブの各末端に半球形のキャップを有する閉鎖構造であるが、単一の開放末端又は両方の開放末端を有するＳＷＮＴも使用できると考えられる。このＳＷＮＴは一般に中空の中央部分をもっているが、無定形炭素で充填されていてもよい。
【００１２】
一つの実施形態において、ＳＷＮＴはロープ様集合体の形態で存在し得る。これらの集合体は一般に「ロープ」といわれ、個々のカーボンナノチューブ間のＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌ力の結果として形成される。ロープ内の個々のナノチューブは互いに対して滑るように動きロープ内部で自身で再配列して自由エネルギーを最小にすることができる。一般に１０〜１０５個のナノチューブを有するロープを組成物中に使用することができる。この範囲内で、一般に、約１００個以上、好ましくは約５００個以上のナノチューブを有するロープが望ましい。また、約１０４個以下のナノチューブ、好ましくは約５０００個以下のナノチューブを有するロープが望ましい。一般に、組成物中のロープはアスペクト比が約５以上、好ましくは約１０以上、好ましくは約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上、最も好ましくは約２０００以上であるのが望ましい。一般に、ＳＷＮＴは固有熱伝導率が２０００Ｗ／ｍ−Ｋ以上で、固有電気伝導率が１０４ジーメンス／センチメートル（Ｓ／ｃｍ）であるのが望ましい。また、一般に、ＳＷＮＴは引張強さが８０ギガパスカル（ＧＰａ）以上で、剛性が約０．５テラパスカル（ＴＰａ）であるのが望ましい。
【００１３】
別の実施形態において、ＳＷＮＴは金属ナノチューブと半導体ナノチューブの混合物からなっていてもよい。金属ナノチューブは金属に似た電気的特性を示すものであり、半導体ナノチューブは電気的に半導体であるものである。一般に、グラフェンシートを巻き取る様式により各種螺旋構造のナノチューブが生成する。ジグザグ及びアームチェアナノチューブは２つの可能なアキラルな立体構造を構成し、その他全ての立体構造はキラルナノチューブを生成する。組成物中に利用するＳＷＮＴの量を最小にするためには、一般に、金属ナノチューブが組成物中に使用するＳＷＮＴの合計量のできるだけ大きい割合を構成するのが望ましい。一般に、組成物中に使用するＳＷＮＴが、ＳＷＮＴの総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約２０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらにさらに好ましくは約５０ｗｔ％以上、最も好ましくは約９９．９ｗｔ％以上の量で金属ナノチューブを含むのが望ましい。特定の状況によっては、一般に、組成物中に使用するＳＷＮＴが、ＳＷＮＴの総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約２０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらにさらに好ましくは約５０ｗｔ％以上、最も好ましくは約９９．９ｗｔ％以上の量で半導体ナノチューブを含むのが望ましいことがある。
【００１４】
さらに別の実施形態において、本組成物中に使用するＳＷＮＴは不純物を含んでいてもよい。不純物は一般に、ＳＷＮＴの合成に使用した触媒の結果として、また合成の他の非ＳＷＮＴ炭素質副生物から得られる。触媒不純物は一般に、コバルト、鉄、イットリウム、カドミウム、銅、ニッケルのような金属、酸化第二鉄、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素などの金属の酸化物、又はこれらの不純物を１種以上含む組合せである。この反応の炭素質副生物は一般に、すす、無定形炭素、コーク、多層ナノチューブ、非晶質ナノチューブ、非晶質ナノファイバーなど、又はこれらの炭素質副生物を１種以上含む組合せである。
【００１５】
一般に、本組成物中に使用するＳＷＮＴは約１〜約８０ｗｔ％の量の不純物を含み得る。この範囲内で、ＳＷＮＴは、このＳＷＮＴの総重量の約５ｗｔ％以上、好ましくは約７ｗｔ％以上、さらに好ましくは約８ｗｔ％以上の不純物含量を有し得る。また、この範囲内で、ＳＷＮＴの総重量の約５０ｗｔ％以下、好ましくは約４５ｗｔ％以下、さらに好ましくは約４０ｗｔ％以下の不純物含量が望ましい。
【００１６】
組成物中に利用するカーボンナノチューブはまた、ポリマー樹脂との相溶性を改良し混合を容易にするために官能基で誘導体化してもよい。ＳＷＮＴは側壁、半球形末端キャップ、又は側壁と半球形末端キャップの両方で官能化することができる。次式（Ｉ）を有する官能化ＳＷＮＴを本組成物中に使用することができる。
【００１７】
【化１】
式中、ｎは整数であり、Ｌは０．１ｎ未満の数であり、ｍは０．５ｎ未満の数であり、各Ｒは同じであり、ＳＯ３Ｈ、ＣＯＯＨ、ＮＨ２、ＯＨ、Ｒ’ＣＨＯＨ、ＣＨＯ、ＣＮ、ＣＯＣｌ、ＣＯＳＨ、ＳＨ、ＣＯＯＲ’、ＳＲ’、ＳｉＲ３’、Ｓｉ−（ＯＲ’）ｙ−Ｒ’（３−ｙ）、Ｒ”、ＡｌＲ２’、ハロゲン化物、エチレン性不飽和官能性、エポキシド官能性などから選択され、ｙは３以下の整数であり、Ｒ’は水素、アルキル、アリール、シクロアルキル、又はアラルキル、シクロアリール、ポリ（アルキルエーテル）などであり、Ｒ”はフルオロアルキル、フルオロアリール、フルオロシクロアルキル、フルオロアラルキル、シクロアリールであり、Ｘはハロゲン化物であり、Ｚはカルボキシレート、トリフルオロアセテートなどである。これらの組成物は、各Ｒが同じであるという点で均一である。
【００１８】
不均一に置換されたカーボンナノチューブも組成物中に使用することができる。これらには上記式（Ｉ）の組成物が含まれ、式中のｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ及びＳＷＮＴ自体は上で定義した通りであり、ただし各Ｒは酸素を含有しないか、又は、各Ｒが酸素含有基であるにしても、ＣＯＯＨは存在しない。
【００１９】
また、本発明には、次式（II）を有する官能化ナノチューブも包含される。
【００２０】
【化２】
式中、ｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ’及びＲは上記と同じ意味を有する。炭素原子Ｃｎはカーボンナノチューブの表面炭素である。均一又は不均一に置換されたカーボンナノチューブの両方で、表面原子Ｃｎが反応する。カーボンナノチューブの表面層の殆どの炭素原子は基底面(basal plane)炭素である。基底面炭素は化学攻撃に対して比較的不活性である。例えばグラファイト面がＳＷＮＴの周りに充分に広がっていない欠陥部位には、グラファイト面の縁部炭素原子と類似の炭素原子がある。この縁部炭素は反応性であり、炭素原子価を満たすために幾らかのヘテロ原子又は基を含有しなければならない。
【００２１】
上記の置換されたカーボンナノチューブは有利なことにさらに官能化することができる。かかる組成物には次式（III）の組成物が含まれる。
【００２２】
【化３】
式中、炭素はカーボンナノチューブの表面炭素であり、ｎ、Ｌ及びｍは上記の通りであり、ＡはＯＹ、ＮＨＹ、−ＣＲ’２−ＯＹ、Ｎ’Ｙ、Ｃ’Ｙ、及び次式の基から選択される。
【００２３】
【化４】
式中、Ｙはタンパク質、ペプチド、酵素、抗体、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、抗原、又は酵素 基質、酵素阻害剤若しくは酵素基質の遷移状態アナログの適当な官能基であるか、或いはＲ’ＯＨ、Ｒ’ＮＨ２、Ｒ’ＳＨ、Ｒ’ＣＨＯ、Ｒ’ＣＮ、Ｒ’Ｘ、Ｒ’ＳｉＲ’３、ＲＳｉ−（ＯＲ’）ｙ−Ｒ’（３−ｙ）、Ｒ’Ｓｉ−（Ｏ−ＳｉＲ’２）−ＯＲ’、Ｒ’−Ｒ”、Ｒ’−Ｎ−ＣＯ、（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｗ−Ｙ、−（Ｃ３Ｈ６Ｏ）ｗ−Ｈ、−（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｗ−Ｒ’、−（Ｃ３Ｈ６Ｏ）ｗ−Ｒ’及びＲ’から選択され、ｗは１より大きく２００未満の整数である。
【００２４】
構造（II）の官能性カーボンナノチューブはまた官能化して次式（IV）を有する組成物を製造することができる。
【００２５】
【化５】
式中、ｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ’及びＡは上記定義の通りである。炭素原子ＣｎはＳＷＮＴの表面炭素である。
【００２６】
本発明の組成物はまた、ある種の環状化合物が吸着したカーボンナノチューブも包含する。これらには、次式（Ｖ）の物質が包含される。
【００２７】
【化６】
式中、ｎは整数であり、Ｌは０．１ｎ未満の数であり、ｍは０．５ｎ未満の数であり、ａはゼロ又は１０未満の数であり、Ｘは多核芳香族、多異核芳香族又は金属多異核芳香族部分であり、Ｒは上記定義の通りである。好ましい環状化合物は、Ｃｏｔｔｏｎ及びＷｉｌｋｉｎｓｏｎ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙの７６頁に記載されているような平面状の大環状化合物である。吸着に関してさらに好ましい環状化合物はポルフィリン及びフタロシアニン類である。
【００２８】
吸着される環状化合物は官能化されていてもよい。かかる組成物には、次式（VI）の化合物が包含される。
【００２９】
【化７】
式中、ｍ、ｎ、Ｌ、ａ、Ｘ及びＡは上記定義の通りであり、炭素はカーボンナノチューブの表面にある。
【００３０】
特定の理論に縛られることはないが、改質された表面特性によりカーボンナノチューブのポリマー樹脂との相溶性が高くなり、又は、修飾官能基（特にヒドロキシル又はアミン基）が末端基として直接ポリマー樹脂に結合するので、官能化されたカーボンナノチューブはより良好にポリマー樹脂に分散する。こうして、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテルイミドなどのポリマー樹脂が直接カーボンナノチューブに結合し、その結果カーボンナノチューブが改良された粘着性をもってより容易に分散する。
【００３１】
官能基は一般に、カーボンナノチューブの表面を酸化するのに充分な時間そのカーボンナノチューブを強い酸化剤と接触させ、さらにその酸化された表面に官能基を付加するのに適した反応体とカーボンナノチューブを接触させることによってカーボンナノチューブの外面上に導入することができる。好ましい酸化剤はアルカリ金属塩素酸塩の強酸溶液からなる。好ましいアルカリ金属塩素酸塩は塩素酸ナトリウム又は塩素酸カリウムである。使用する好ましい強酸は硫酸である。酸化に充分な時間は約０．５〜約２４時間である。
【００３２】
約３．５〜約２０００ナノメートル（ｎｍ）の直径と約５以上のアスペクト比を有する気相成長炭素繊維又は小さいグラファイト系若しくは一部グラファイト系炭素繊維（同様に気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）ともいわれる）も使用できる。ＶＧＣＦを使用する場合、約３．５〜約５００ｎｍの直径が好ましく、約３．５〜約１００ｎｍの直径がさらに好ましく、約３．５〜約５０ｎｍの直径が最も好ましい。また、平均アスペクト比が約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上であるのが好ましい。
【００３３】
カーボンナノチューブは一般に、望ましい場合組成物の総重量の約０．０００１〜約５０ｗｔ％の量で使用する。この範囲内で、カーボンナノチューブは一般に、組成物の総重量の約０．２５ｗｔ％以上、好ましくは約０．５ｗｔ％以上、さらに好ましくは約１ｗｔ％以上の量で使用する。また、カーボンナノチューブは一般に、組成物の総重量の約３０ｗｔ％以下、好ましくは約１０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約５ｗｔ％以下の量で使用する。
【００３４】
カーボンブラック、導電性金属充填材、固体の非金属導電性充填材など、又はこれらのものを１種以上含む組合せのような他の導電性充填材も場合によっては本組成物中に使用できる。好ましいカーボンブラックは、約２００ｎｍ未満、好ましくは約１００ｎｍ未満、さらに好ましくは約５０ｎｍ未満の平均粒径を有するものである。また、好ましい導電性カーボンブラックは、約２００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）より大きく、好ましくは約４００ｍ２／ｇより大きく、さらにさらに好ましくは約１０００ｍ２／ｇより大きい表面積を有し得る。好ましい導電性カーボンブラックは、約４０立方センチメートル／１００グラム（ｃｍ３／１００ｇ）より大きく、好ましくは約１００ｃｍ３／１００ｇより大きく、さらに好ましくは約１５０ｃｍ３／１００ｇより大きい細孔容積（フタル酸ジブチル吸収）を有し得る。代表的なカーボンブラックとして、Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商標名ＣＯＮＤＵＣＴＥＸ（登録商標）で市販されているカーボンブラック、Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商標名Ｓ．Ｃ．Ｆ．（Ｓｕｐｅｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）及びＥ．Ｃ．Ｆ．（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）で入手可能なアセチレンブラック、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．から商標名ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ７２及びＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳで入手可能なカーボンブラック、並びにＡｋｚｏ Ｃｏ．Ｌｔｄから商標名ＫＥＴＪＥＮ ＢＬＡＣＫ ＥＣ ３００及びＥＣ ６００で市販されているカーボンブラックがある。好ましい導電性カーボンブラックは組成物の総重量を基準にして約２〜約２５ｗｔ％の量で使用できる。
【００３５】
また場合により、固体の導電性金属充填材を本導電性組成物中に使用してもよい。これらは、これらをポリマー樹脂中に配合する際及びそれから完成品を製造する際に使用する条件下で融解しない導電性金属又は合金でよい。アルミニウム、銅、マグネシウム、クロム、スズ、ニッケル、銀、鉄、チタン、及びこれらの金属のいずれか１種を含む混合物のような金属を導電性充填材としてポリマー樹脂中に配合することができる。物理的混合物及びステンレススチール、青銅などの真の合金も導電性充填材粒子として機能し得る。加えて、これらの金属のホウ化物、炭化物などの二、三の金属間化学化合物（例えば、二ホウ化チタン）も導電性充填材粒子として機能し得る。また場合により、スズ酸化物、酸化インジウムスズなどの固体の非金属導電性充填材粒子を添加してポリマー樹脂を導電性にすることもできる。これらの固体金属及び非金属導電性充填材は当技術分野で広く知られている粉末、引き伸ばしたワイヤ(drawn wire)、ストランド、繊維、チューブ、ナノチューブ、フレーク、積層体、小板、楕円体、ディスク、及びその他の市販幾何学形状の形態で存在し得る。
【００３６】
場合により、その表面のかなりの部分が固体導電性金属のコヒーレントな層で被覆されている非導電性非金属充填材も本導電性組成物中に使用できる。これらの非導電性非金属充填材は一般に基質といわれ、固体導電性金属の層で被覆された基質を「金属被覆された充填材」という。アルミニウム、銅、マグネシウム、クロム、スズ、ニッケル、銀、鉄、チタン、及びこれらの金属のいずれか１種を含む混合物のような典型的な導電性金属を用いて基質を被覆することができる。基質の例は当技術分野で周知であり、例えば「Ｐｌａｓｔｉｃ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、５ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ」、Ｈａｎｓ Ｚｗｅｉｆｅｌ編、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ刊、Ｍｕｎｉｃｈ、２００１年に記載されているものがある。かかる基質の非限定例としては、溶融シリカ及び結晶質シリカのようなシリカ粉末、窒化ホウ素粉末、ケイ酸ホウ素粉末、アルミナ、酸化マグネシウム（即ちマグネシア）、ウォラストナイト、例えば表面処理したウォラストナイト、硫酸カルシウム（その無水物、二水和物又は三水和物）、炭酸カルシウム、例えばチョーク、石灰石、大理石及び合成沈降炭酸カルシウム（一般に、粉砕微粒子の形態）、タルク、例えば繊維状、モジュール状、針状、及びラメラ状タルク、ガラス球（中空及び固体の両方）、カオリン、例えばハード、ソフト、カ焼カオリン、及びポリマーマトリックス樹脂との相溶性を促進することが当技術分野で公知の各種コーティングを含むカオリン、雲母、長石、ケイ酸塩球、煙塵、セノスフェア、フィライト、アルミノケイ酸塩（アルモスフェア）、天然珪砂、石英、石英岩、パーライト、トリポリ石、ケイ藻土、合成シリカ、並びにこれらのいずれかを含む混合物がある。以上の基質は全て、導電性組成物中に使用するために金属材料の層で被覆することができる。
【００３７】
固体金属及び非金属導電性充填材粒子は、その正確な大きさ、形状及び組成に関わりなく、所望の場合組成物の総重量の約０．０００１〜約５０ｗｔ％の充填量でポリマー樹脂中に分散させることができる。この範囲内で、固体金属及び非金属導電性充填材粒子は、一般に組成物の総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約１．５ｗｔ％以上、さらに好ましくは約２ｗｔ％以上の量が望ましい。この固体金属及び非金属導電性充填材粒子の充填量は、組成物の総重量の４０ｗｔ％以下、好ましくは約３０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約２５ｗｔ％以下でよい。
【００３８】
組成物中に使用する可塑剤は一般に、ポリマー樹脂をカーボンナノチューブとブレンドする際に組成物の粘度を低下するために利用される。本明細書中で定義される可塑剤は、ポリマー樹脂をカーボンナノチューブとブレンドする際に溶融粘度の低下を促進することができる低分子量の有機又は無機化学種である。一つの実施形態において、可塑剤は実際にポリマー樹脂を溶解し得る。かかる可塑剤の適切な例は、溶媒、例えばアルコール、アセトン、トルエン、メチルエチルケトン、液体二酸化炭素、液体 窒素、水、モノマー、例えばスチレン、アクリレートなどである。別の実施形態において、可塑剤はポリマー樹脂を部分的にのみ溶媒和し得る。かかる可塑剤の適切な例はフタル酸ジブチル、レゾルシノールジホスフェート、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンなどである。さらに別の実施形態において、可塑剤は、ブレンド工程中ポリマー樹脂を部分的にも全体的にも溶媒和することなくポリマー樹脂の懸濁を促進し得る。
【００３９】
ポリマー樹脂をカーボンナノチューブ及び可塑剤とブレンドする処理は任意所望の温度で実施することができる。一般に、ブレンド操作は、半結晶性のポリマー樹脂の融解温度又は非晶質ポリマー樹脂のガラス転移温度付近以上の温度で実施するのが好ましい。一つの代表的な実施形態において、可塑剤はブレンド工程中組成物に一時的に加えることができる。その後この可塑剤はブレンド工程中又はブレンド工程後組成物から除去することができる。別の実施形態において、可塑剤は組成物に永久的に添加してもよい。
【００４０】
一般に、ポリマー樹脂は、可塑剤、カーボンナノチューブ並びにその他場合により所望とされる導電性充填材、例えばカーボンブラック、固体金属及び非金属導電性充填材粒子と共に、幾つかの異なる手段、例えば限定されることはないが溶融ブレンディング、溶液ブレンディングなど、又はこれらのブレンド操作法の１種以上を含む組合せで加工処理することができる。組成物の溶融混合は、剪断力、延伸力、圧縮力、超音波エネルギー、電磁エネルギー、熱エネルギー又はこれらの力若しくはエネルギーの形態を１種以上含む組合せを利用し、単一のスクリュー、複数のスクリュー、噛合型同方向回転若しくは異方向回転スクリュー、非噛合型同方向回転若しくは異方向回転スクリュー、往復運動スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、螺旋ローター又はこれらの１種以上を含む組合せにより上述の力を作用させる加工処理装置で実施される。
【００４１】
上述の力を利用する溶融混合は、限定されることはないが、単軸式若しくは多軸式押出機、Ｂｕｓｓ混練機、Ｈｅｎｓｃｈｅｌ、ヘリコーン、Ｒｏｓｓミキサー、Ｂａｎｂｕｒｙ、ロールミル、射出成形機、真空成形機、ブロー成形機などの成形機、又はこれらの機械を１以上含む組合せのような機械で実施できる。一般に、組成物の溶融又は溶液混合中、組成物１キログラム当たり約０．０１〜約１０キロワット−時（ｋｗｈｒ／ｋｇ）の特定のエネルギーを付与するのが望ましい。この範囲内で、約０．０５ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、好ましくは約０．０８ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、さらに好ましくは約０．０９ｋｗｈｒ／ｋｇ以上の特定のエネルギーが一般に組成物のブレンド操作に望ましい。また、組成物のブレンド操作にとって、約９ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、好ましくは約８ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、さらに好ましくは約７ｋｗｈｒ／ｋｇ以下の特定のエネルギーの量が望ましい。
【００４２】
一つの実施形態において、粉末形態、ペレット形態、シート形態などのポリマー樹脂は、最初にＨｅｎｓｃｈｅｌ又はＷａｒｉｎｇブレンダーでカーボンナノチューブ及び所望により他の任意の充填材とドライブレンドした後に、押出機又はＢｕｓｓ混練機のような溶融混合装置に供給することができる。その後溶融混合装置に可塑剤を添加する。別の実施形態においては、粉末形態、ペレット形態、シート形態などのポリマー樹脂を、最初にＨｅｎｓｃｈｅｌ又はＷａｒｉｎｇブレンダーでカーボンナノチューブ及び可塑剤とブレンドした後、押出機又はＢｕｓｓ混練機のような溶融混合装置に供給してもよい。溶融混合に好ましい装置は二軸式押出機又はＢｕｓｓ混練機である。
【００４３】
上述したように、ブレンド操作中に可塑剤を使用するとブレンドの粘度が低下し、そのため可塑剤を利用しない組成物と比較して剪断力の低減が促進される。剪断力が低減するとカーボンナノチューブのアスペクト比の保存が促進される。また、組成物の電気的特性における異方性の低下も促進される。異方性の低下に際し、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が、約０．２５以上、好ましくは約０．４以上、好ましくは約０．５以上、さらに好ましくはほぼ１に等しいのが好ましい。本明細書中で定義される流れ方向とは、加工処理工程中の組成物の流れの方向である。
【００４４】
また、この比が、組成物の表面上で所与の点から約１２平方インチ、好ましくは約１０平方インチ以下、さらに好ましくは約５平方インチ以下の領域内で約０．２５以上であるのが好ましい。さらに、組成物が約３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、好ましくは約２ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、さらには約１ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するときに約０．２５以上の比を有するのが望ましい。ここで、重量％は組成物の総重量を基準にしている。
【００４５】
組成物の溶融粘度は、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブからなる組成物の溶融粘度の約５％以上、好ましくは約１５％以上、さらに好ましくは約２５％以上低下させるのが一般に望ましい。一般に、溶融混合操作中の溶融粘度は約６０パスカル−秒（Ｐａ−ｓ）以下、好ましくは約５５Ｐａ−ｓ以下、好ましくは約５０Ｐａ−ｓ以下、さらに好ましくは約４０Ｐａ−ｓ以下であるのが望ましい。
【００４６】
一般に溶融混合装置の剪断力はカーボンナノチューブのポリマー樹脂中への全体的な分散を起こすのが望ましいが、溶融混合工程中カーボンナノチューブのアスペクト比を保存することも望ましい。そのために、カーボンナノチューブをマスターバッチの形態で溶融混合装置中に導入するのが望ましいことがある。かかる工程において、マスターバッチはポリマー樹脂の下流で溶融混合装置に導入するとよい。本明細書中で定義されるメルトブレンドとは、ブレンド工程中に、ポリマー樹脂が半結晶性ポリマー樹脂である場合はその樹脂の少なくとも一部分がほぼ融解温度以上の温度、又は樹脂が非晶質樹脂である場合は流動点（例えば、ガラス転移温度）に達しているものである。ドライブレンドとは、ポリマー樹脂の全体が、樹脂が半結晶性ポリマー樹脂である場合はほぼ融解温度以下の温度、又はポリマー樹脂が非晶質樹脂である場合は流動点以下の温度にあるものであって、ポリマー樹脂はブレンド工程中液体様流体を実質的に含まない。本明細書中で定義される溶液ブレンドとは、ポリマー樹脂がブレンド工程中例えば溶媒又は非溶媒のような液体様流体中に懸濁しているものである。
【００４７】
マスターバッチを使用する場合、カーボンナノチューブはマスターバッチ中に約１〜約５０ｗｔ％の量で存在し得る。この範囲内で、一般にカーボンナノチューブを、マスターバッチの総重量の約１．５ｗｔ％以上、好ましくは約２ｗｔ％以上、さらに好ましくは約２．５ｗｔ％以上の量で使用するのが望ましい。また、カーボンナノチューブは、マスターバッチの総重量の約３０ｗｔ％以下、好ましくは約１０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約５ｗｔ％以下の量であるのが望ましい。
【００４８】
ポリマーブレンドにマスターバッチを使用する一つの実施形態において、組成物の連続相を形成するポリマー樹脂と同じポリマー樹脂を含むマスターバッチが望ましいことがある。この特徴により、組成物に必要な体積及び表面抵抗率を付与するカーボンナノチューブを連続相のみが保持することになるので、カーボンナノチューブの使用量を実質的に低減することができる。ポリマーブレンドにマスターバッチを使用するさらに別の実施形態においては、組成物中に使用するポリマー樹脂とは化学的に異なるポリマー樹脂を含むマスターバッチが望ましいことがある。この場合、マスターバッチのポリマー樹脂はブレンド中の連続相を形成する。
【００４９】
ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含む本組成物は所望により複数のブレンド操作及び成形工程にかけることができる。例えば、本組成物を最初に押し出し、ペレットに成形してもよい。このペレットはその後成形機に供給することができ、そこでコンピューターのハウジング、静電塗装することができる自動車用パネルなどの他の望ましい形状に成形することができる。また、単一のメルトブレンダーから出て来た本組成物をシート又はストランドに成形し、アニーリング、一軸又は二軸配向のような押出後工程にかけてもよい。
【００５０】
上記組成物は広範囲の商業用途に使用することができる。例えば、静電気消散から保護する必要があるコンピューター、電子機器物品、半導体部品、回路基板などの電子部品を包装するフィルムとして有利に利用することができる。また、コンピューターの外側に位置する個人用その他のエレクトロニクスに対して電磁遮蔽を提供し、並びに内部コンピューター部品を他の外部電磁干渉から保護するためにコンピューターその他の電子機器物品の内部で使用することもできる。また、これらは、所望により静電塗装することができる自動車の内装及び外装部品用の自動車用ボディーパネルに有利に使用することもできる。
【実施例】
【００５１】
代表例であって限定する意味のない以下の実施例で、本明細書に記載した導電性組成物の様々な実施形態の幾つかの組成と製造法を例示する。
【００５２】
実施例１
この実施例は、低めの溶融粘度を有するポリマー樹脂を高めの溶融粘度を有するポリマー樹脂に添加した効果を立証するために実施した。３００℃で高めの溶融粘度を有するポリマー樹脂は、ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリカーボネート樹脂ＰＣ１３５であった。低めの溶融粘度を有する樹脂は同様にＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリカーボネート樹脂ＭＬ５２２１であった。図１に、多めの量のＭＬ５２２１をＰＣ１３５に添加したときの３００℃におけるブレンドの溶融粘度の低下を示す。溶融粘度はＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓレオメーターで測定した。図２には、それぞれ０ｗｔ％、１０ｗｔ％及び２０ｗｔ％のＭＬ５２２１を有するＰＣ１３５ポリカーボネートの試料に対して測定した電気抵抗率を示す。Ｈｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃ．から取得したＶＧＣＦを、マスターバッチの形態でポリマー樹脂に添加した。このマスターバッチは１５ｗｔ％のＶＧＣＦを含有していた。ＶＧＣＦの平均繊維径は走査電子顕微鏡によって測定して１５．２ナノメートルであった。電気抵抗率は、３０トンのＥｎｇｅｌ射出成形機で犬の骨(dog-bone)試料を射出成形することによって測定した。次に試料の首部に沿って鋭いナイフにより２インチの距離離して切り目を入れ、液体窒素下で破断した。破断面を周囲条件下で乾燥し、銀導電性塗料で塗装した。この銀塗料を乾燥させた後、電圧計を用いて試料の両末端に１ボルトの電位をかけることによって抵抗率の測定を行った。その結果を図２に示す。図から分かるように、低い溶融粘度のポリカーボネートを多めに添加して溶融粘度を低下させると、電気抵抗率が低下する。これは、ポリマー樹脂の低めの溶融粘度が電気伝導率を改良するのに実質的な役割を果たしていることを示している。このように、加工処理中の粘度が低下すると組成物の電気伝導率が改良される。
【００５３】
また、加工処理中の電気伝導率における異方性を検討した。組成物はＨｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから取得したＶＧＣＦを２．５ｗｔ％含有していた。３０トンの射出成形機で６”×２．５”の大きさの長方形のプラークを射出成形した。６”の辺が流れ方向に平行であった。図３に示すように、流れ方向に平行に５つの試料をスライスし、流れ方向に垂直に５つの試料をスライスした。射出成形したスライスの両末端から０．５インチの距離で試料に切り目を入れた。上記のようにして試料を破断し、銀塗料を塗った後、上記と同様にして電気伝導率を測定した。流れ方向に平行な方向で測定した抵抗率を、流れ方向に垂直な方向で測定した抵抗率で割り、その比を図４に示すようにＭＬ５２２１（低溶融粘度ポリカーボネート）の重量％に対してプロットした。図で、ρ平行は流れ方向に平行に測定した抵抗率を示し、ρ垂直は流れ方向に垂直に測定した抵抗率を示す。１の値は射出成形機内の流れに起因する異方性がないことを示し、０又は無限大の値は試料内に大量の等方性があることを示す。図４で分かるように、ＭＬ５２２１の重量％が０から１５ｗｔ％まで増大するにつれて、抵抗率の比が０．１２から約０．２９まで上昇しており、ブレンド操作中のメルトの低めの粘度により、試片全体にわたるカーボンナノチューブのより均一な分布が得られることを示している。この結果異方性の量が低くなる。またこれは、カーボンナノチューブのアスペクト比のより良好な保存を反映している可能性がある。
【００５４】
実施例２
この実験では、溶融混合中に５ｗｔ％の量の可塑剤をポリマー樹脂に添加した。可塑剤はレゾルシノールジホスフェート（ＲＤＰ）であり、ポリマー樹脂はＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ３１５）であった。ＶＧＣＦはマスターバッチ形態で押出機のバレル＃７に添加した。ＰＢＴ−ＶＧＣＦマスターバッチは１５ｗｔ％のＶＧＣＦを含有しており、Ｈｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販されていた。ＲＤＰは３０ｍｍのＷｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ二軸式押出機にバレル＃３で添加した。この二軸式押出機のバレルの総数は１０であり、バレル温度は約２６０℃に維持した。スクリュースピードは４００ｒｐｍであった。押出物をペレット化し、上記のように犬の骨型試料に射出成形した。試料を上記と同様にして調製した。電気抵抗率の測定値を図５に示す。図から分かるように、５ｗｔ％のＲＤＰを含有する組成物は、同じ重量％のカーボンナノチューブを有するが可塑剤を含まない組成物より抵抗率が低い。
【００５５】
実施例３
この実施例では、異なる溶融粘度を有するナイロン６，６をカーボンナノチューブとブレンドして電気抵抗率を確かめた。これらの実験のうちの一つでは、押出中に水を組成物に添加した。この水を押出工程中に除去して、水を実質的に含まない導電性ナイロン６，６を得た。ナイロン６，６とＶＧＣＦを含有する組成物に水を一時的に添加すると、押出中の溶融粘度が低下し、従って組成物の他の物理的特性を変えることなく材料の電気伝導率の増大が促進されることが分かるであろう。
【００５６】
これらの実験に使用したナイロン６，６はＤｕ Ｐｏｎｔから取得した。図６は、３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するナイロン６，６の溶融粘度を示すグラフである。図６から分かるように、高い分子量を有するナイロン６，６は６０Ｐａ−ｓ（パスカル−秒）の溶融粘度を有しているが、枝分かれナイロン６，６は約５２Ｐａ−ｓの低めの溶融粘度を有する。ステアリン酸カルシウムを高分子量ナイロン６，６に添加して分子量、従って溶融粘度を低下させた。ステアリン酸カルシウムは０．１ｗｔ％の量で添加した。ステアリン酸カルシウムを含有するナイロン６，６の溶融粘度は２３Ｐａ−ｓであった。
【００５７】
図７は、カーボンナノチューブの重量％に対して試料のバルク抵抗率を示すグラフである。図から分かるように、電気抵抗率は、高分子量のナイロン６，６を有する組成物で最高である。ステアリン酸カルシウムを有する組成物は一般に、低分子量のナイロン６，６を有する組成物より低い抵抗率を示すが、これは、図６から分かるように後者が低めの溶融粘度を有するからである。しかし、水を一時的に導入した組成物は、これが高分子量ナイロン６，６と同じ溶融粘度を有するにも関わらず、低めの電気伝導率を有している。従って、溶融混合中一時的に水を組成物中に導入することによって、組成物の他の有利な特性を維持しつつ電気抵抗率を低下させることができる。
【００５８】
以上の実験から、ブレンド操作中の溶融粘度が低下した組成物は有利なことに低下した電気抵抗率を有することが分かる。この現象を利用して、組成物中のカーボンナノチューブの重量割合を低下させることにより、コストを下げると共に組成物の特性を改良することができる。組成物の異方性を低減することにより、特性の変動を低下させることができる。例えば、異方性がある場合、静電塗装中、塗面に斑点があるように見える。異方性を低減することにより、より滑らかな塗面を達成することができる。
【００５９】
異方性を低減する際には、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を、約０．１５以上、好ましくは約０．２５以上、好ましくは約０．５以上、さらに好ましくはほぼ１に等しくするのが好ましい。また、この比を、組成物の表面上の所与の点から約１２平方インチ、好ましくは約１０平方インチ以下、さらに好ましくは約５平方インチ以下の領域内で約０．２５以上とするのが好ましい。さらに、組成物が約３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、好ましくは約２ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、さらには約１ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するときに約０．２５以上の比を有するのが望ましく、ここで重量％は組成物の総重量を基準にしている。
【００６０】
本発明を代表的な実施形態に関して説明して来たが、当業者には了解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更をなすことができ、またその要素を等価物で置き換えることができる。加えて、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実施する上で考えられる最良の態様として開示した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に入る全ての実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）を高溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ１３５）とブレンドしたときの溶融粘度の低下のグラフ表示である。
【図２】図２は、１０及び２０ｗｔ％の低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）を含有するブレンドに対するバルク電気抵抗率の低下を示すグラフ表示である。
【図３】図３は、流れ方向に平行な抵抗率（ρ平行）及び流れ方向に垂直な抵抗率（ρ垂直）の測定法を示す概略図である。
【図４】図４は、流れ方向に平行な抵抗率と流れ方向に垂直な抵抗率との比の増加を低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）の重量％に対して示すグラフ表示である。
【図５】図５は、５ｗｔ％のレゾルシノールジホスフェート（ＲＤＰ）を有するＰＢＴ試料に対するバルク電気抵抗率の低下のグラフ表示である。
【図６】図６は、異なるナイロン６，６試料に対する溶融粘度のグラフ表示である。
【図７】図７は、ステアリン酸カルシウム及び水で処理したナイロン６，６試料に対するバルク電気抵抗率の低下を示すグラフ表示である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー樹脂から製造される物品は、静電気消散又は電磁遮蔽（シールド）が重要な要件である包装用フィルム、チップキャリア、コンピューター、プリンター及びコピー機部品のような資材取扱及び電子機器に広く利用されている。静電気消散（以後、ＥＳＤとする）は、直接接触又は誘導された静電場による電位の異なる物体間での静電荷の移動と定義される。電磁遮蔽（以後、ＥＭ遮蔽とする）の有効性は、シールドに入射する電磁場のうちシールドを通って伝送される割合の比（単位デシベル）と定義される。電子機器が小型化・高速化されるにつれて、その静電荷に対する感受性が高まり、従って改良された静電気消散特性が得られるように改質されたポリマー樹脂を利用するのが一般に望ましい。同様に、ポリマー樹脂の有益な機械的特性の幾つか又は全てを保持しながら、電磁遮蔽性を向上させることができるようにポリマー樹脂を改質するのが望ましい。
【特許文献１】米国特許第３８５２１１３号明細書
【特許文献２】米国特許第４００５０５３号明細書
【特許文献３】米国特許第４５６５６８４号明細書
【特許文献４】米国特許第４５７２８１３号明細書
【特許文献５】米国特許第４６６３２３０号明細書
【特許文献６】米国特許第４７４９４５１号明細書
【特許文献７】米国特許第４８１６２８９号明細書
【特許文献８】米国特許第４８７６０７８号明細書
【特許文献９】米国特許第５０２４８１８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５０３６５８０号明細書
【特許文献１１】米国特許第５１６５９０９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５２５６３３５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５３００５５３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５３５４６０７号明細書
【特許文献１５】米国特許第５４４５３２７号明細書
【特許文献１６】米国特許第５４８４８３７号明細書
【特許文献１７】米国特許第５５５６８９２号明細書
【特許文献１８】米国特許第５５８９１５２号明細書
【特許文献１９】米国特許第５５９１３１２号明細書
【特許文献２０】米国特許第５５９１３８２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５５９１８３２号明細書
【特許文献２２】米国特許第５６４１４５５号明細書
【特許文献２３】米国特許第５６４３５０２号明細書
【特許文献２４】米国特許第５６４３９９０号明細書
【特許文献２５】米国特許第５６５４３５７号明細書
【特許文献２６】米国特許第５７１８９９５号明細書
【特許文献２７】米国特許第５７４４２３５号明細書
【特許文献２８】米国特許第５８３０３２６号明細書
【特許文献２９】米国特許第５８７２１７７号明細書
【特許文献３０】米国特許第５９１９４２９号明細書
【特許文献３１】米国特許第６１８３７１４号明細書
【特許文献３２】米国特許第６３４４５１３号明細書
【特許文献３３】米国特許第５６５１９２２号明細書
【特許文献３４】欧州特許出願公開第０１９８５５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気的特性を改良し、ＥＳＤ及びＥＭ遮蔽を達成するために、２マイクロメートルより大きい直径を有するピッチ及びポリアクリロニトリルから得られたグラファイト繊維のような導電性充填材をポリマー樹脂に配合することが多い。しかし、これらのグラファイト繊維は大きさが大きいため、かかる繊維を配合すると一般に衝撃のような機械的特性が低下する。加えて、これら炭素繊維の不完全な分散により、この組成物から得られる物品内の不均一性が助長される。従って、当技術分野では、適切なＥＳＤ及びＥＭ遮蔽を提供しつつ、機械的特性を保持することができる導電性ポリマー組成物に対するニーズが残されている。また、組成物から得られる物品における不均一性を最小にするようにして導電性充填材を分散させることができる方法に対するニーズも残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
組成物の製造方法は、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでいる。
【０００５】
組成物の製造方法は、ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、このメルトブレンドを、カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチとブレンドし、このメルトブレンド中に水をブレンドし、このメルトブレンドから水を除去することを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書には、ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び任意成分としての可塑剤を含んでなる組成物を、この組成物が約１０ｅ８Ω−ｃｍ以下のバルク体積抵抗率(bulk volume resistivity)を有しつつ、約５キロジュール／平方メートル以上の衝撃特性とクラスＡの表面仕上げとを示すように製造する方法が開示されている。一つの実施形態において、この方法は、約１０８Ω／平方（Ω／ｓｑ）以上の表面抵抗率を有し、かつ約１０ｅ８Ω−ｃｍ以下のバルク体積抵抗率を有しつつ、約５キロジュール／平方メートル以上の衝撃特性とクラスＡの表面仕上げとを示す組成物の製造に利用することができる。別の実施形態において、本方法は、相互に垂直な方向において均一な電気伝導率を有し、従って組成物のバルクのいたるところで電気伝導率の不均一性を最小にする組成物の製造に使用することができる。
【０００７】
かかる組成物は、静電気の消散から保護する必要があるコンピューター、電子機器物品、半導体部品、回路基板などに有利に利用することができる。また、所望であれば静電塗装することができる自動車の内装及び外装部品用の自動車用ボディーパネルにも有利に使用できる。
【０００８】
導電性組成物中に使用するポリマー樹脂は、広範囲の熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂のブレンド、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドから選択することができる。また、ポリマー樹脂はポリマーのブレンド、コポリマー、ターポリマー、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せでもよい。熱可塑性樹脂の具体的な非限定例としては、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、及びこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せがある。
【０００９】
熱可塑性樹脂のブレンドの具体的な非限定例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレンエーテル／ポリオレフィン、及びこれらの熱可塑性樹脂のブレンドを１種以上含む組合せがある。
【００１０】
ポリマー樹脂は一般に約５〜約９９．９９９重量％（ｗｔ％）の量で使用する。この範囲内で、一般に、組成物の総重量の約１０ｗｔ％以上、好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約５０ｗｔ％以上の量でポリマー樹脂又は樹脂ブレンドを使用するのが望ましい。また、ポリマー樹脂又は樹脂ブレンドは一般に、組成物の総重量の約９９．９９ｗｔ％以下、好ましくは約９９．５ｗｔ％以下、さらに好ましくは約９９．３ｗｔ％以下の量で使用する。
【００１１】
組成物中に利用するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、嵩高球又はカーボンナノファイバーでよい。組成物中に使用する単層カーボンナノチューブは、グラファイトのレーザー蒸着又はカーボンアーク合成によって製造することができる。これらのＳＷＮＴは一般に外径が約０．７〜約２．４ナノメートル（ｎｍ）の単一の壁をもっている。アスペクト比が約５以上、好ましくは約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上のＳＷＮＴを一般に組成物中に利用する。このＳＷＮＴは一般にそれぞれのチューブの各末端に半球形のキャップを有する閉鎖構造であるが、単一の開放末端又は両方の開放末端を有するＳＷＮＴも使用できると考えられる。このＳＷＮＴは一般に中空の中央部分をもっているが、無定形炭素で充填されていてもよい。
【００１２】
一つの実施形態において、ＳＷＮＴはロープ様集合体の形態で存在し得る。これらの集合体は一般に「ロープ」といわれ、個々のカーボンナノチューブ間のＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌ力の結果として形成される。ロープ内の個々のナノチューブは互いに対して滑るように動きロープ内部で自身で再配列して自由エネルギーを最小にすることができる。一般に１０〜１０５個のナノチューブを有するロープを組成物中に使用することができる。この範囲内で、一般に、約１００個以上、好ましくは約５００個以上のナノチューブを有するロープが望ましい。また、約１０４個以下のナノチューブ、好ましくは約５０００個以下のナノチューブを有するロープが望ましい。一般に、組成物中のロープはアスペクト比が約５以上、好ましくは約１０以上、好ましくは約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上、最も好ましくは約２０００以上であるのが望ましい。一般に、ＳＷＮＴは固有熱伝導率が２０００Ｗ／ｍ−Ｋ以上で、固有電気伝導率が１０４ジーメンス／センチメートル（Ｓ／ｃｍ）であるのが望ましい。また、一般に、ＳＷＮＴは引張強さが８０ギガパスカル（ＧＰａ）以上で、剛性が約０．５テラパスカル（ＴＰａ）であるのが望ましい。
【００１３】
別の実施形態において、ＳＷＮＴは金属ナノチューブと半導体ナノチューブの混合物からなっていてもよい。金属ナノチューブは金属に似た電気的特性を示すものであり、半導体ナノチューブは電気的に半導体であるものである。一般に、グラフェンシートを巻き取る様式により各種螺旋構造のナノチューブが生成する。ジグザグ及びアームチェアナノチューブは２つの可能なアキラルな立体構造を構成し、その他全ての立体構造はキラルナノチューブを生成する。組成物中に利用するＳＷＮＴの量を最小にするためには、一般に、金属ナノチューブが組成物中に使用するＳＷＮＴの合計量のできるだけ大きい割合を構成するのが望ましい。一般に、組成物中に使用するＳＷＮＴが、ＳＷＮＴの総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約２０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらにさらに好ましくは約５０ｗｔ％以上、最も好ましくは約９９．９ｗｔ％以上の量で金属ナノチューブを含むのが望ましい。特定の状況によっては、一般に、組成物中に使用するＳＷＮＴが、ＳＷＮＴの総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約２０ｗｔ％以上、さらに好ましくは約３０ｗｔ％以上、さらにさらに好ましくは約５０ｗｔ％以上、最も好ましくは約９９．９ｗｔ％以上の量で半導体ナノチューブを含むのが望ましいことがある。
【００１４】
さらに別の実施形態において、本組成物中に使用するＳＷＮＴは不純物を含んでいてもよい。不純物は一般に、ＳＷＮＴの合成に使用した触媒の結果として、また合成の他の非ＳＷＮＴ炭素質副生物から得られる。触媒不純物は一般に、コバルト、鉄、イットリウム、カドミウム、銅、ニッケルのような金属、酸化第二鉄、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素などの金属の酸化物、又はこれらの不純物を１種以上含む組合せである。この反応の炭素質副生物は一般に、すす、無定形炭素、コーク、多層ナノチューブ、非晶質ナノチューブ、非晶質ナノファイバーなど、又はこれらの炭素質副生物を１種以上含む組合せである。
【００１５】
一般に、本組成物中に使用するＳＷＮＴは約１〜約８０ｗｔ％の量の不純物を含み得る。この範囲内で、ＳＷＮＴは、このＳＷＮＴの総重量の約５ｗｔ％以上、好ましくは約７ｗｔ％以上、さらに好ましくは約８ｗｔ％以上の不純物含量を有し得る。また、この範囲内で、ＳＷＮＴの総重量の約５０ｗｔ％以下、好ましくは約４５ｗｔ％以下、さらに好ましくは約４０ｗｔ％以下の不純物含量が望ましい。
【００１６】
組成物中に利用するカーボンナノチューブはまた、ポリマー樹脂との相溶性を改良し混合を容易にするために官能基で誘導体化してもよい。ＳＷＮＴは側壁、半球形末端キャップ、又は側壁と半球形末端キャップの両方で官能化することができる。次式（Ｉ）を有する官能化ＳＷＮＴを本組成物中に使用することができる。
【００１７】
【化１】
式中、ｎは整数であり、Ｌは０．１ｎ未満の数であり、ｍは０．５ｎ未満の数であり、各Ｒは同じであり、ＳＯ３Ｈ、ＣＯＯＨ、ＮＨ２、ＯＨ、Ｒ’ＣＨＯＨ、ＣＨＯ、ＣＮ、ＣＯＣｌ、ＣＯＳＨ、ＳＨ、ＣＯＯＲ’、ＳＲ’、ＳｉＲ３’、Ｓｉ−（ＯＲ’）ｙ−Ｒ’（３−ｙ）、Ｒ”、ＡｌＲ２’、ハロゲン化物、エチレン性不飽和官能性、エポキシド官能性などから選択され、ｙは３以下の整数であり、Ｒ’は水素、アルキル、アリール、シクロアルキル、又はアラルキル、シクロアリール、ポリ（アルキルエーテル）などであり、Ｒ”はフルオロアルキル、フルオロアリール、フルオロシクロアルキル、フルオロアラルキル、シクロアリールであり、Ｘはハロゲン化物であり、Ｚはカルボキシレート、トリフルオロアセテートなどである。これらの組成物は、各Ｒが同じであるという点で均一である。
【００１８】
不均一に置換されたカーボンナノチューブも組成物中に使用することができる。これらには上記式（Ｉ）の組成物が含まれ、式中のｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ及びＳＷＮＴ自体は上で定義した通りであり、ただし各Ｒは酸素を含有しないか、又は、各Ｒが酸素含有基であるにしても、ＣＯＯＨは存在しない。
【００１９】
また、本発明には、次式（II）を有する官能化ナノチューブも包含される。
【００２０】
【化２】
式中、ｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ’及びＲは上記と同じ意味を有する。炭素原子Ｃｎはカーボンナノチューブの表面炭素である。均一又は不均一に置換されたカーボンナノチューブの両方で、表面原子Ｃｎが反応する。カーボンナノチューブの表面層の殆どの炭素原子は基底面(basal plane)炭素である。基底面炭素は化学攻撃に対して比較的不活性である。例えばグラファイト面がＳＷＮＴの周りに充分に広がっていない欠陥部位には、グラファイト面の縁部炭素原子と類似の炭素原子がある。この縁部炭素は反応性であり、炭素原子価を満たすために幾らかのヘテロ原子又は基を含有しなければならない。
【００２１】
上記の置換されたカーボンナノチューブは有利なことにさらに官能化することができる。かかる組成物には次式（III）の組成物が含まれる。
【００２２】
【化３】
式中、炭素はカーボンナノチューブの表面炭素であり、ｎ、Ｌ及びｍは上記の通りであり、ＡはＯＹ、ＮＨＹ、−ＣＲ’２−ＯＹ、Ｎ’Ｙ、Ｃ’Ｙ、及び次式の基から選択される。
【００２３】
【化４】
式中、Ｙはタンパク質、ペプチド、酵素、抗体、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、抗原、又は酵素 基質、酵素阻害剤若しくは酵素基質の遷移状態アナログの適当な官能基であるか、或いはＲ’ＯＨ、Ｒ’ＮＨ２、Ｒ’ＳＨ、Ｒ’ＣＨＯ、Ｒ’ＣＮ、Ｒ’Ｘ、Ｒ’ＳｉＲ’３、ＲＳｉ−（ＯＲ’）ｙ−Ｒ’（３−ｙ）、Ｒ’Ｓｉ−（Ｏ−ＳｉＲ’２）−ＯＲ’、Ｒ’−Ｒ”、Ｒ’−Ｎ−ＣＯ、（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｗ−Ｙ、−（Ｃ３Ｈ６Ｏ）ｗ−Ｈ、−（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｗ−Ｒ’、−（Ｃ３Ｈ６Ｏ）ｗ−Ｒ’及びＲ’から選択され、ｗは１より大きく２００未満の整数である。
【００２４】
構造（II）の官能性カーボンナノチューブはまた官能化して次式（IV）を有する組成物を製造することができる。
【００２５】
【化５】
式中、ｎ、Ｌ、ｍ、Ｒ’及びＡは上記定義の通りである。炭素原子ＣｎはＳＷＮＴの表面炭素である。
【００２６】
本発明の組成物はまた、ある種の環状化合物が吸着したカーボンナノチューブも包含する。これらには、次式（Ｖ）の物質が包含される。
【００２７】
【化６】
式中、ｎは整数であり、Ｌは０．１ｎ未満の数であり、ｍは０．５ｎ未満の数であり、ａはゼロ又は１０未満の数であり、Ｘは多核芳香族、多異核芳香族又は金属多異核芳香族部分であり、Ｒは上記定義の通りである。好ましい環状化合物は、Ｃｏｔｔｏｎ及びＷｉｌｋｉｎｓｏｎ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙの７６頁に記載されているような平面状の大環状化合物である。吸着に関してさらに好ましい環状化合物はポルフィリン及びフタロシアニン類である。
【００２８】
吸着される環状化合物は官能化されていてもよい。かかる組成物には、次式（VI）の化合物が包含される。
【００２９】
【化７】
式中、ｍ、ｎ、Ｌ、ａ、Ｘ及びＡは上記定義の通りであり、炭素はカーボンナノチューブの表面にある。
【００３０】
特定の理論に縛られることはないが、改質された表面特性によりカーボンナノチューブのポリマー樹脂との相溶性が高くなり、又は、修飾官能基（特にヒドロキシル又はアミン基）が末端基として直接ポリマー樹脂に結合するので、官能化されたカーボンナノチューブはより良好にポリマー樹脂に分散する。こうして、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテルイミドなどのポリマー樹脂が直接カーボンナノチューブに結合し、その結果カーボンナノチューブが改良された粘着性をもってより容易に分散する。
【００３１】
官能基は一般に、カーボンナノチューブの表面を酸化するのに充分な時間そのカーボンナノチューブを強い酸化剤と接触させ、さらにその酸化された表面に官能基を付加するのに適した反応体とカーボンナノチューブを接触させることによってカーボンナノチューブの外面上に導入することができる。好ましい酸化剤はアルカリ金属塩素酸塩の強酸溶液からなる。好ましいアルカリ金属塩素酸塩は塩素酸ナトリウム又は塩素酸カリウムである。使用する好ましい強酸は硫酸である。酸化に充分な時間は約０．５〜約２４時間である。
【００３２】
約３．５〜約２０００ナノメートル（ｎｍ）の直径と約５以上のアスペクト比を有する気相成長炭素繊維又は小さいグラファイト系若しくは一部グラファイト系炭素繊維（同様に気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）ともいわれる）も使用できる。ＶＧＣＦを使用する場合、約３．５〜約５００ｎｍの直径が好ましく、約３．５〜約１００ｎｍの直径がさらに好ましく、約３．５〜約５０ｎｍの直径が最も好ましい。また、平均アスペクト比が約１００以上、さらに好ましくは約１０００以上であるのが好ましい。
【００３３】
カーボンナノチューブは一般に、望ましい場合組成物の総重量の約０．０００１〜約５０ｗｔ％の量で使用する。この範囲内で、カーボンナノチューブは一般に、組成物の総重量の約０．２５ｗｔ％以上、好ましくは約０．５ｗｔ％以上、さらに好ましくは約１ｗｔ％以上の量で使用する。また、カーボンナノチューブは一般に、組成物の総重量の約３０ｗｔ％以下、好ましくは約１０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約５ｗｔ％以下の量で使用する。
【００３４】
カーボンブラック、導電性金属充填材、固体の非金属導電性充填材など、又はこれらのものを１種以上含む組合せのような他の導電性充填材も場合によっては本組成物中に使用できる。好ましいカーボンブラックは、約２００ｎｍ未満、好ましくは約１００ｎｍ未満、さらに好ましくは約５０ｎｍ未満の平均粒径を有するものである。また、好ましい導電性カーボンブラックは、約２００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）より大きく、好ましくは約４００ｍ２／ｇより大きく、さらにさらに好ましくは約１０００ｍ２／ｇより大きい表面積を有し得る。好ましい導電性カーボンブラックは、約４０立方センチメートル／１００グラム（ｃｍ３／１００ｇ）より大きく、好ましくは約１００ｃｍ３／１００ｇより大きく、さらに好ましくは約１５０ｃｍ３／１００ｇより大きい細孔容積（フタル酸ジブチル吸収）を有し得る。代表的なカーボンブラックとして、Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商標名ＣＯＮＤＵＣＴＥＸ（登録商標）で市販されているカーボンブラック、Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商標名Ｓ．Ｃ．Ｆ．（Ｓｕｐｅｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）及びＥ．Ｃ．Ｆ．（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）で入手可能なアセチレンブラック、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．から商標名ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ７２及びＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳで入手可能なカーボンブラック、並びにＡｋｚｏ Ｃｏ．Ｌｔｄから商標名ＫＥＴＪＥＮ ＢＬＡＣＫ ＥＣ ３００及びＥＣ ６００で市販されているカーボンブラックがある。好ましい導電性カーボンブラックは組成物の総重量を基準にして約２〜約２５ｗｔ％の量で使用できる。
【００３５】
また場合により、固体の導電性金属充填材を本導電性組成物中に使用してもよい。これらは、これらをポリマー樹脂中に配合する際及びそれから完成品を製造する際に使用する条件下で融解しない導電性金属又は合金でよい。アルミニウム、銅、マグネシウム、クロム、スズ、ニッケル、銀、鉄、チタン、及びこれらの金属のいずれか１種を含む混合物のような金属を導電性充填材としてポリマー樹脂中に配合することができる。物理的混合物及びステンレススチール、青銅などの真の合金も導電性充填材粒子として機能し得る。加えて、これらの金属のホウ化物、炭化物などの二、三の金属間化学化合物（例えば、二ホウ化チタン）も導電性充填材粒子として機能し得る。また場合により、スズ酸化物、酸化インジウムスズなどの固体の非金属導電性充填材粒子を添加してポリマー樹脂を導電性にすることもできる。これらの固体金属及び非金属導電性充填材は当技術分野で広く知られている粉末、引き伸ばしたワイヤ(drawn wire)、ストランド、繊維、チューブ、ナノチューブ、フレーク、積層体、小板、楕円体、ディスク、及びその他の市販幾何学形状の形態で存在し得る。
【００３６】
場合により、その表面のかなりの部分が固体導電性金属のコヒーレントな層で被覆されている非導電性非金属充填材も本導電性組成物中に使用できる。これらの非導電性非金属充填材は一般に基質といわれ、固体導電性金属の層で被覆された基質を「金属被覆された充填材」という。アルミニウム、銅、マグネシウム、クロム、スズ、ニッケル、銀、鉄、チタン、及びこれらの金属のいずれか１種を含む混合物のような典型的な導電性金属を用いて基質を被覆することができる。基質の例は当技術分野で周知であり、例えば「Ｐｌａｓｔｉｃ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、５ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ」、Ｈａｎｓ Ｚｗｅｉｆｅｌ編、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ刊、Ｍｕｎｉｃｈ、２００１年に記載されているものがある。かかる基質の非限定例としては、溶融シリカ及び結晶質シリカのようなシリカ粉末、窒化ホウ素粉末、ケイ酸ホウ素粉末、アルミナ、酸化マグネシウム（即ちマグネシア）、ウォラストナイト、例えば表面処理したウォラストナイト、硫酸カルシウム（その無水物、二水和物又は三水和物）、炭酸カルシウム、例えばチョーク、石灰石、大理石及び合成沈降炭酸カルシウム（一般に、粉砕微粒子の形態）、タルク、例えば繊維状、モジュール状、針状、及びラメラ状タルク、ガラス球（中空及び固体の両方）、カオリン、例えばハード、ソフト、カ焼カオリン、及びポリマーマトリックス樹脂との相溶性を促進することが当技術分野で公知の各種コーティングを含むカオリン、雲母、長石、ケイ酸塩球、煙塵、セノスフェア、フィライト、アルミノケイ酸塩（アルモスフェア）、天然珪砂、石英、石英岩、パーライト、トリポリ石、ケイ藻土、合成シリカ、並びにこれらのいずれかを含む混合物がある。以上の基質は全て、導電性組成物中に使用するために金属材料の層で被覆することができる。
【００３７】
固体金属及び非金属導電性充填材粒子は、その正確な大きさ、形状及び組成に関わりなく、所望の場合組成物の総重量の約０．０００１〜約５０ｗｔ％の充填量でポリマー樹脂中に分散させることができる。この範囲内で、固体金属及び非金属導電性充填材粒子は、一般に組成物の総重量の約１ｗｔ％以上、好ましくは約１．５ｗｔ％以上、さらに好ましくは約２ｗｔ％以上の量が望ましい。この固体金属及び非金属導電性充填材粒子の充填量は、組成物の総重量の４０ｗｔ％以下、好ましくは約３０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約２５ｗｔ％以下でよい。
【００３８】
組成物中に使用する可塑剤は一般に、ポリマー樹脂をカーボンナノチューブとブレンドする際に組成物の粘度を低下するために利用される。本明細書中で定義される可塑剤は、ポリマー樹脂をカーボンナノチューブとブレンドする際に溶融粘度の低下を促進することができる低分子量の有機又は無機化学種である。一つの実施形態において、可塑剤は実際にポリマー樹脂を溶解し得る。かかる可塑剤の適切な例は、溶媒、例えばアルコール、アセトン、トルエン、メチルエチルケトン、液体二酸化炭素、液体 窒素、水、モノマー、例えばスチレン、アクリレートなどである。別の実施形態において、可塑剤はポリマー樹脂を部分的にのみ溶媒和し得る。かかる可塑剤の適切な例はフタル酸ジブチル、レゾルシノールジホスフェート、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンなどである。さらに別の実施形態において、可塑剤は、ブレンド工程中ポリマー樹脂を部分的にも全体的にも溶媒和することなくポリマー樹脂の懸濁を促進し得る。
【００３９】
ポリマー樹脂をカーボンナノチューブ及び可塑剤とブレンドする処理は任意所望の温度で実施することができる。一般に、ブレンド操作は、半結晶性のポリマー樹脂の融解温度又は非晶質ポリマー樹脂のガラス転移温度付近以上の温度で実施するのが好ましい。一つの代表的な実施形態において、可塑剤はブレンド工程中組成物に一時的に加えることができる。その後この可塑剤はブレンド工程中又はブレンド工程後組成物から除去することができる。別の実施形態において、可塑剤は組成物に永久的に添加してもよい。
【００４０】
一般に、ポリマー樹脂は、可塑剤、カーボンナノチューブ並びにその他場合により所望とされる導電性充填材、例えばカーボンブラック、固体金属及び非金属導電性充填材粒子と共に、幾つかの異なる手段、例えば限定されることはないが溶融ブレンディング、溶液ブレンディングなど、又はこれらのブレンド操作法の１種以上を含む組合せで加工処理することができる。組成物の溶融混合は、剪断力、延伸力、圧縮力、超音波エネルギー、電磁エネルギー、熱エネルギー又はこれらの力若しくはエネルギーの形態を１種以上含む組合せを利用し、単一のスクリュー、複数のスクリュー、噛合型同方向回転若しくは異方向回転スクリュー、非噛合型同方向回転若しくは異方向回転スクリュー、往復運動スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、螺旋ローター又はこれらの１種以上を含む組合せにより上述の力を作用させる加工処理装置で実施される。
【００４１】
上述の力を利用する溶融混合は、限定されることはないが、単軸式若しくは多軸式押出機、Ｂｕｓｓ混練機、Ｈｅｎｓｃｈｅｌ、ヘリコーン、Ｒｏｓｓミキサー、Ｂａｎｂｕｒｙ、ロールミル、射出成形機、真空成形機、ブロー成形機などの成形機、又はこれらの機械を１以上含む組合せのような機械で実施できる。一般に、組成物の溶融又は溶液混合中、組成物１キログラム当たり約０．０１〜約１０キロワット−時（ｋｗｈｒ／ｋｇ）の特定のエネルギーを付与するのが望ましい。この範囲内で、約０．０５ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、好ましくは約０．０８ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、さらに好ましくは約０．０９ｋｗｈｒ／ｋｇ以上の特定のエネルギーが一般に組成物のブレンド操作に望ましい。また、組成物のブレンド操作にとって、約９ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、好ましくは約８ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、さらに好ましくは約７ｋｗｈｒ／ｋｇ以下の特定のエネルギーの量が望ましい。
【００４２】
一つの実施形態において、粉末形態、ペレット形態、シート形態などのポリマー樹脂は、最初にＨｅｎｓｃｈｅｌ又はＷａｒｉｎｇブレンダーでカーボンナノチューブ及び所望により他の任意の充填材とドライブレンドした後に、押出機又はＢｕｓｓ混練機のような溶融混合装置に供給することができる。その後溶融混合装置に可塑剤を添加する。別の実施形態においては、粉末形態、ペレット形態、シート形態などのポリマー樹脂を、最初にＨｅｎｓｃｈｅｌ又はＷａｒｉｎｇブレンダーでカーボンナノチューブ及び可塑剤とブレンドした後、押出機又はＢｕｓｓ混練機のような溶融混合装置に供給してもよい。溶融混合に好ましい装置は二軸式押出機又はＢｕｓｓ混練機である。
【００４３】
上述したように、ブレンド操作中に可塑剤を使用するとブレンドの粘度が低下し、そのため可塑剤を利用しない組成物と比較して剪断力の低減が促進される。剪断力が低減するとカーボンナノチューブのアスペクト比の保存が促進される。また、組成物の電気的特性における異方性の低下も促進される。異方性の低下に際し、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が、約０．２５以上、好ましくは約０．４以上、好ましくは約０．５以上、さらに好ましくはほぼ１に等しいのが好ましい。本明細書中で定義される流れ方向とは、加工処理工程中の組成物の流れの方向である。
【００４４】
また、この比が、組成物の表面上で所与の点から約１２平方インチ、好ましくは約１０平方インチ以下、さらに好ましくは約５平方インチ以下の領域内で約０．２５以上であるのが好ましい。さらに、組成物が約３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、好ましくは約２ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、さらには約１ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するときに約０．２５以上の比を有するのが望ましい。ここで、重量％は組成物の総重量を基準にしている。
【００４５】
組成物の溶融粘度は、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブからなる組成物の溶融粘度の約５％以上、好ましくは約１５％以上、さらに好ましくは約２５％以上低下させるのが一般に望ましい。一般に、溶融混合操作中の溶融粘度は約６０パスカル−秒（Ｐａ−ｓ）以下、好ましくは約５５Ｐａ−ｓ以下、好ましくは約５０Ｐａ−ｓ以下、さらに好ましくは約４０Ｐａ−ｓ以下であるのが望ましい。
【００４６】
一般に溶融混合装置の剪断力はカーボンナノチューブのポリマー樹脂中への全体的な分散を起こすのが望ましいが、溶融混合工程中カーボンナノチューブのアスペクト比を保存することも望ましい。そのために、カーボンナノチューブをマスターバッチの形態で溶融混合装置中に導入するのが望ましいことがある。かかる工程において、マスターバッチはポリマー樹脂の下流で溶融混合装置に導入するとよい。本明細書中で定義されるメルトブレンドとは、ブレンド工程中に、ポリマー樹脂が半結晶性ポリマー樹脂である場合はその樹脂の少なくとも一部分がほぼ融解温度以上の温度、又は樹脂が非晶質樹脂である場合は流動点（例えば、ガラス転移温度）に達しているものである。ドライブレンドとは、ポリマー樹脂の全体が、樹脂が半結晶性ポリマー樹脂である場合はほぼ融解温度以下の温度、又はポリマー樹脂が非晶質樹脂である場合は流動点以下の温度にあるものであって、ポリマー樹脂はブレンド工程中液体様流体を実質的に含まない。本明細書中で定義される溶液ブレンドとは、ポリマー樹脂がブレンド工程中例えば溶媒又は非溶媒のような液体様流体中に懸濁しているものである。
【００４７】
マスターバッチを使用する場合、カーボンナノチューブはマスターバッチ中に約１〜約５０ｗｔ％の量で存在し得る。この範囲内で、一般にカーボンナノチューブを、マスターバッチの総重量の約１．５ｗｔ％以上、好ましくは約２ｗｔ％以上、さらに好ましくは約２．５ｗｔ％以上の量で使用するのが望ましい。また、カーボンナノチューブは、マスターバッチの総重量の約３０ｗｔ％以下、好ましくは約１０ｗｔ％以下、さらに好ましくは約５ｗｔ％以下の量であるのが望ましい。
【００４８】
ポリマーブレンドにマスターバッチを使用する一つの実施形態において、組成物の連続相を形成するポリマー樹脂と同じポリマー樹脂を含むマスターバッチが望ましいことがある。この特徴により、組成物に必要な体積及び表面抵抗率を付与するカーボンナノチューブを連続相のみが保持することになるので、カーボンナノチューブの使用量を実質的に低減することができる。ポリマーブレンドにマスターバッチを使用するさらに別の実施形態においては、組成物中に使用するポリマー樹脂とは化学的に異なるポリマー樹脂を含むマスターバッチが望ましいことがある。この場合、マスターバッチのポリマー樹脂はブレンド中の連続相を形成する。
【００４９】
ポリマー樹脂及びカーボンナノチューブを含む本組成物は所望により複数のブレンド操作及び成形工程にかけることができる。例えば、本組成物を最初に押し出し、ペレットに成形してもよい。このペレットはその後成形機に供給することができ、そこでコンピューターのハウジング、静電塗装することができる自動車用パネルなどの他の望ましい形状に成形することができる。また、単一のメルトブレンダーから出て来た本組成物をシート又はストランドに成形し、アニーリング、一軸又は二軸配向のような押出後工程にかけてもよい。
【００５０】
上記組成物は広範囲の商業用途に使用することができる。例えば、静電気消散から保護する必要があるコンピューター、電子機器物品、半導体部品、回路基板などの電子部品を包装するフィルムとして有利に利用することができる。また、コンピューターの外側に位置する個人用その他のエレクトロニクスに対して電磁遮蔽を提供し、並びに内部コンピューター部品を他の外部電磁干渉から保護するためにコンピューターその他の電子機器物品の内部で使用することもできる。また、これらは、所望により静電塗装することができる自動車の内装及び外装部品用の自動車用ボディーパネルに有利に使用することもできる。
【実施例】
【００５１】
代表例であって限定する意味のない以下の実施例で、本明細書に記載した導電性組成物の様々な実施形態の幾つかの組成と製造法を例示する。
【００５２】
実施例１
この実施例は、低めの溶融粘度を有するポリマー樹脂を高めの溶融粘度を有するポリマー樹脂に添加した効果を立証するために実施した。３００℃で高めの溶融粘度を有するポリマー樹脂は、ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリカーボネート樹脂ＰＣ１３５であった。低めの溶融粘度を有する樹脂は同様にＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリカーボネート樹脂ＭＬ５２２１であった。図１に、多めの量のＭＬ５２２１をＰＣ１３５に添加したときの３００℃におけるブレンドの溶融粘度の低下を示す。溶融粘度はＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓレオメーターで測定した。図２には、それぞれ０ｗｔ％、１０ｗｔ％及び２０ｗｔ％のＭＬ５２２１を有するＰＣ１３５ポリカーボネートの試料に対して測定した電気抵抗率を示す。Ｈｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃ．から取得したＶＧＣＦを、マスターバッチの形態でポリマー樹脂に添加した。このマスターバッチは１５ｗｔ％のＶＧＣＦを含有していた。ＶＧＣＦの平均繊維径は走査電子顕微鏡によって測定して１５．２ナノメートルであった。電気抵抗率は、３０トンのＥｎｇｅｌ射出成形機で犬の骨(dog-bone)試料を射出成形することによって測定した。次に試料の首部に沿って鋭いナイフにより２インチの距離離して切り目を入れ、液体窒素下で破断した。破断面を周囲条件下で乾燥し、銀導電性塗料で塗装した。この銀塗料を乾燥させた後、電圧計を用いて試料の両末端に１ボルトの電位をかけることによって抵抗率の測定を行った。その結果を図２に示す。図から分かるように、低い溶融粘度のポリカーボネートを多めに添加して溶融粘度を低下させると、電気抵抗率が低下する。これは、ポリマー樹脂の低めの溶融粘度が電気伝導率を改良するのに実質的な役割を果たしていることを示している。このように、加工処理中の粘度が低下すると組成物の電気伝導率が改良される。
【００５３】
また、加工処理中の電気伝導率における異方性を検討した。組成物はＨｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから取得したＶＧＣＦを２．５ｗｔ％含有していた。３０トンの射出成形機で６”×２．５”の大きさの長方形のプラークを射出成形した。６”の辺が流れ方向に平行であった。図３に示すように、流れ方向に平行に５つの試料をスライスし、流れ方向に垂直に５つの試料をスライスした。射出成形したスライスの両末端から０．５インチの距離で試料に切り目を入れた。上記のようにして試料を破断し、銀塗料を塗った後、上記と同様にして電気伝導率を測定した。流れ方向に平行な方向で測定した抵抗率を、流れ方向に垂直な方向で測定した抵抗率で割り、その比を図４に示すようにＭＬ５２２１（低溶融粘度ポリカーボネート）の重量％に対してプロットした。図で、ρ平行は流れ方向に平行に測定した抵抗率を示し、ρ垂直は流れ方向に垂直に測定した抵抗率を示す。１の値は射出成形機内の流れに起因する異方性がないことを示し、０又は無限大の値は試料内に大量の等方性があることを示す。図４で分かるように、ＭＬ５２２１の重量％が０から１５ｗｔ％まで増大するにつれて、抵抗率の比が０．１２から約０．２９まで上昇しており、ブレンド操作中のメルトの低めの粘度により、試片全体にわたるカーボンナノチューブのより均一な分布が得られることを示している。この結果異方性の量が低くなる。またこれは、カーボンナノチューブのアスペクト比のより良好な保存を反映している可能性がある。
【００５４】
実施例２
この実験では、溶融混合中に５ｗｔ％の量の可塑剤をポリマー樹脂に添加した。可塑剤はレゾルシノールジホスフェート（ＲＤＰ）であり、ポリマー樹脂はＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されているポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ３１５）であった。ＶＧＣＦはマスターバッチ形態で押出機のバレル＃７に添加した。ＰＢＴ−ＶＧＣＦマスターバッチは１５ｗｔ％のＶＧＣＦを含有しており、Ｈｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販されていた。ＲＤＰは３０ｍｍのＷｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ二軸式押出機にバレル＃３で添加した。この二軸式押出機のバレルの総数は１０であり、バレル温度は約２６０℃に維持した。スクリュースピードは４００ｒｐｍであった。押出物をペレット化し、上記のように犬の骨型試料に射出成形した。試料を上記と同様にして調製した。電気抵抗率の測定値を図５に示す。図から分かるように、５ｗｔ％のＲＤＰを含有する組成物は、同じ重量％のカーボンナノチューブを有するが可塑剤を含まない組成物より抵抗率が低い。
【００５５】
実施例３
この実施例では、異なる溶融粘度を有するナイロン６，６をカーボンナノチューブとブレンドして電気抵抗率を確かめた。これらの実験のうちの一つでは、押出中に水を組成物に添加した。この水を押出工程中に除去して、水を実質的に含まない導電性ナイロン６，６を得た。ナイロン６，６とＶＧＣＦを含有する組成物に水を一時的に添加すると、押出中の溶融粘度が低下し、従って組成物の他の物理的特性を変えることなく材料の電気伝導率の増大が促進されることが分かるであろう。
【００５６】
これらの実験に使用したナイロン６，６はＤｕ Ｐｏｎｔから取得した。図６は、３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するナイロン６，６の溶融粘度を示すグラフである。図６から分かるように、高い分子量を有するナイロン６，６は６０Ｐａ−ｓ（パスカル−秒）の溶融粘度を有しているが、枝分かれナイロン６，６は約５２Ｐａ−ｓの低めの溶融粘度を有する。ステアリン酸カルシウムを高分子量ナイロン６，６に添加して分子量、従って溶融粘度を低下させた。ステアリン酸カルシウムは０．１ｗｔ％の量で添加した。ステアリン酸カルシウムを含有するナイロン６，６の溶融粘度は２３Ｐａ−ｓであった。
【００５７】
図７は、カーボンナノチューブの重量％に対して試料のバルク抵抗率を示すグラフである。図から分かるように、電気抵抗率は、高分子量のナイロン６，６を有する組成物で最高である。ステアリン酸カルシウムを有する組成物は一般に、低分子量のナイロン６，６を有する組成物より低い抵抗率を示すが、これは、図６から分かるように後者が低めの溶融粘度を有するからである。しかし、水を一時的に導入した組成物は、これが高分子量ナイロン６，６と同じ溶融粘度を有するにも関わらず、低めの電気伝導率を有している。従って、溶融混合中一時的に水を組成物中に導入することによって、組成物の他の有利な特性を維持しつつ電気抵抗率を低下させることができる。
【００５８】
以上の実験から、ブレンド操作中の溶融粘度が低下した組成物は有利なことに低下した電気抵抗率を有することが分かる。この現象を利用して、組成物中のカーボンナノチューブの重量割合を低下させることにより、コストを下げると共に組成物の特性を改良することができる。組成物の異方性を低減することにより、特性の変動を低下させることができる。例えば、異方性がある場合、静電塗装中、塗面に斑点があるように見える。異方性を低減することにより、より滑らかな塗面を達成することができる。
【００５９】
異方性を低減する際には、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を、約０．１５以上、好ましくは約０．２５以上、好ましくは約０．５以上、さらに好ましくはほぼ１に等しくするのが好ましい。また、この比を、組成物の表面上の所与の点から約１２平方インチ、好ましくは約１０平方インチ以下、さらに好ましくは約５平方インチ以下の領域内で約０．２５以上とするのが好ましい。さらに、組成物が約３ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、好ましくは約２ｗｔ％以下のカーボンナノチューブ、さらには約１ｗｔ％以下のカーボンナノチューブを含有するときに約０．２５以上の比を有するのが望ましく、ここで重量％は組成物の総重量を基準にしている。
【００６０】
本発明を代表的な実施形態に関して説明して来たが、当業者には了解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更をなすことができ、またその要素を等価物で置き換えることができる。加えて、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実施する上で考えられる最良の態様として開示した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に入る全ての実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）を高溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ１３５）とブレンドしたときの溶融粘度の低下のグラフ表示である。
【図２】図２は、１０及び２０ｗｔ％の低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）を含有するブレンドに対するバルク電気抵抗率の低下を示すグラフ表示である。
【図３】図３は、流れ方向に平行な抵抗率（ρ平行）及び流れ方向に垂直な抵抗率（ρ垂直）の測定法を示す概略図である。
【図４】図４は、流れ方向に平行な抵抗率と流れ方向に垂直な抵抗率との比の増加を低溶融粘度ポリカーボネート（ＰＣ５２２１）の重量％に対して示すグラフ表示である。
【図５】図５は、５ｗｔ％のレゾルシノールジホスフェート（ＲＤＰ）を有するＰＢＴ試料に対するバルク電気抵抗率の低下のグラフ表示である。
【図６】図６は、異なるナイロン６，６試料に対する溶融粘度のグラフ表示である。
【図７】図７は、ステアリン酸カルシウム及び水で処理したナイロン６，６試料に対するバルク電気抵抗率の低下を示すグラフ表示である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項２】
ポリマー樹脂が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリマー樹脂が、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ポリマー樹脂が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、又はポリフェニレンエーテル／ポリオレフィンである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球(bulky ball)、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
組成物がさらに導電性充填材を含有しており、導電性充填材がカーボンブラック、導電性金属充填材、固体非金属導電性充填材、又はこれらの導電性充填材を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
可塑剤がポリマー樹脂を溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
可塑剤がポリマー樹脂を部分的に溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ブレンドすることが、ポリマー樹脂をそのガラス転移温度より高い温度、又はその融解温度より高い温度に加熱することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも約５％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも約１０％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法で得られる物品。
【請求項１４】
ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、
カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、
水を上記メルトブレンド中にブレンドし、
上記メルトブレンドから水を除去する
ことを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項１５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
組成物の、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が約０．１５以上である、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
組成物の、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が約０．２５以上である、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
請求項１４記載の方法で得られる物品。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項２】
ポリマー樹脂が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリマー樹脂が、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ポリマー樹脂が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、又はポリフェニレンエーテル／ポリオレフィンである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球(bulky ball)、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
組成物がさらに導電性充填材を含有しており、導電性充填材がカーボンブラック、導電性金属充填材、固体非金属導電性充填材、又はこれらの導電性充填材を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
可塑剤がポリマー樹脂を溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
可塑剤がポリマー樹脂を部分的に溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ブレンドすることが、ポリマー樹脂をそのガラス転移温度より高い温度、又はその融解温度より高い温度に加熱することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも５％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法で得られる物品。
【請求項１３】
ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、
カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、
水を上記メルトブレンド中にブレンドし、
上記メルトブレンドから水を除去する
ことを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項１】
ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項２】
ポリマー樹脂が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリマー樹脂が、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ポリマー樹脂が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、又はポリフェニレンエーテル／ポリオレフィンである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球(bulky ball)、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
組成物がさらに導電性充填材を含有しており、導電性充填材がカーボンブラック、導電性金属充填材、固体非金属導電性充填材、又はこれらの導電性充填材を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
可塑剤がポリマー樹脂を溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
可塑剤がポリマー樹脂を部分的に溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ブレンドすることが、ポリマー樹脂をそのガラス転移温度より高い温度、又はその融解温度より高い温度に加熱することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも約５％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を約０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも約１０％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法で得られる物品。
【請求項１４】
ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、
カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、
水を上記メルトブレンド中にブレンドし、
上記メルトブレンドから水を除去する
ことを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項１５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
組成物の、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が約０．１５以上である、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
組成物の、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比が約０．２５以上である、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
請求項１４記載の方法で得られる物品。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー樹脂、カーボンナノチューブ及び可塑剤を、流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を０．１５以上に維持するのに有効な粘度でブレンドすることを含んでなる、組成物の製造方法。
【請求項２】
ポリマー樹脂が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のブレンドである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリマー樹脂が、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、又はこれらのポリマー樹脂を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ポリマー樹脂が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、又はポリフェニレンエーテル／ポリオレフィンである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、嵩高球(bulky ball)、又はこれらのカーボンナノチューブを１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
組成物がさらに導電性充填材を含有しており、導電性充填材がカーボンブラック、導電性金属充填材、固体非金属導電性充填材、又はこれらの導電性充填材を１種以上含む組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
可塑剤がポリマー樹脂を溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
可塑剤がポリマー樹脂を部分的に溶解することができる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ブレンドすることが、ポリマー樹脂をそのガラス転移温度より高い温度、又はその融解温度より高い温度に加熱することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
さらに、組成物を射出成形することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
流れ方向に平行な方向での抵抗率と流れ方向に垂直な方向での抵抗率との比を０．１５以上に維持するのに有効な粘度が、ポリマー樹脂とカーボンナノチューブのみからなる組成物の粘度よりも５％以上低い、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法で得られる物品。
【請求項１３】
ポリフェニレンエーテル樹脂をポリアミド樹脂とブレンドしてメルトブレンドを形成し、
カーボンナノチューブを含むナイロンマスターバッチを上記メルトブレンドとブレンドし、
水を上記メルトブレンド中にブレンドし、
上記メルトブレンドから水を除去する
ことを含んでなる、組成物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５２６６８５（Ｐ２００６−５２６６８５Ａ）
【公表日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０９１０７（Ｐ２００６−５０９１０７）
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２００８２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４８２７３
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２００８２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４８２７３
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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