ES2854876T3

ES2854876T3 - Método de producción de una composición de resina conductora y composición de resina conductora

Info

Publication number: ES2854876T3
Application number: ES13751388T
Authority: ES
Inventors: Hisaki Asakawa; Masayuki Shibata; Noritaka Sakuta; Takuma Itoh
Original assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd
Current assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: WO2013125280A1; TWI561564B; MX360209B; EP2818496A1; JP2013201117A; MX2014008637A; CN104136504A; US9978475B2; JP5616943B2; BR112014017972A2; KR20140126292A; US20140361227A1; EP2818496A4; CN104136504B; BR112014017972A8; EP2818496B1; CA2861532A1; TW201339221A

Abstract

Un método para la producción de una composición de resina conductora, que contiene un nanotubo de carbono y una resina termoplástica, en donde el método comprende las siguientes etapas de (A) y (B): (A) una etapa de mezclado y dispersión del nanotubo de carbono y la resina termoplástica en forma de polvo o de pellas y, después de que el nanotubo de carbono y la resina termoplástica se mezclen y dispersen, adición de agua y/o etanol en una relación en masa de 100 a 800 partes en masa con respecto a 100 partes en masa del nanotubo de carbono a la mezcla dispersa del nanotubo de carbono y el polvo o las pellas de resina termoplástica y mezclado adicional, obteniendo, de ese modo, una mezcla de nanotubo de carbono y resina, y (B) una etapa de amasado de la mezcla de nanotubo de carbono y resina de la Etapa (A) en una extrusora en un estado de alta temperatura en el intervalo de 100 a 370 °C y retirada del agua, el etanol o la mezcla de los mismos, al tiempo que se amasa la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

Description

DESCRIPCIÓN

Método de producción de una composición de resina conductora y composición de resina conductora

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para la producción de una composición de resina conductora que tiene una conductividad y una propiedad antiestática superiores y a una composición de resina conductora.

Antecedentes de la técnica

Generalmente, un material de resina tiene una baja conductividad, estando la resistividad superficial del mismo en el intervalo de aproximadamente 1014 a 1016 Q/d; y, por tanto, este se clasifica en un material aislante. Debido a esto, se puede aplicar un material de resina para los usos en los que se requiere una propiedad de aislamiento eléctrico; sin embargo, por ejemplo, en los usos de un artículo moldeado, una película, una lámina y similares, que requieren una propiedad antiestática, resulta necesario proporcionar conductividad a la resina, de modo que se han llevado a cabo muchos estudios teniendo esto en cuenta.

Con el fin de proporcionar conductividad a un material de resina, es decir, con el fin de reducir adicionalmente la resistividad superficial del mismo, puede resultar eficaz dispersar en el material de resina un material conductor que incluya polvo de metal, fibra de metal, negro de carbono, grafito, fibra de carbono y nanotubo de carbono; sin embargo, dependiendo de la composición de la mezcla y el método para el mezclado y la dispersión de la misma, las características mecánicas originales que posee la propia resina a veces se ven deterioradas por los mismos. Por consiguiente, tanto las características eléctricas como las características mecánicas necesitan satisfacerse en un buen equilibrio, al tiempo que se proporciona al material de resina la conductividad.

En la situación mencionada anteriormente, en el Documento de patente 1, se desvela una composición de resina con la que se puede proporcionar una alta conductividad a un producto moldeado cuando la composición se prepara para que contenga de 0,1 a 50 partes en masa de fibrilla de carbono extremadamente fina formada por agregado de una sustancia fibrosa conductora y de 99,9 a 50 partes en masa de una resina sintética.

En el Documento de patente 2, se desvela una composición de resina que se obtiene mediante la adición de un nanotubo de carbono y un tensioactivo específico a una resina termoplástica hidrófoba. Además, se desvela, en el Documento de patente 3, un método en el que un nanotubo de carbono se pone en contacto con un polímero soluble en agua o con un tensioactivo en un medio acuoso, seguido del mezclado de los mismos con un látex de polímero y, a continuación, del secado para retirar el agua y, después de eso, del moldeo de la composición obtenida de ese modo.

Sin embargo, en todos los Documentos de patente 1 a 3, con el fin de proporcionar una alta conductividad a un producto moldeado de resina mediante la adición de un material conductor, resultó necesario aumentar la cantidad de adición del dicho material conductor. Si se aumenta la cantidad de adición del material conductor, existen problemas de deterioro de la procesabilidad del moldeo y de las propiedades físicas, incluyendo las características mecánicas que originalmente posee la propia resina. Además, si se aumenta la cantidad de adición del material conductor, la probabilidad de localizar el material conductor sobre la superficie del producto moldeado de resina se vuelve más alta; y, por tanto, por ejemplo, si el artículo es un material de envasado de un dispositivo electrónico o una parte del mismo, el material conductor sobre la superficie del producto moldeado se puede disminuir por la fricción del producto moldeado, causando de ese modo, debido a esta disminución del material conductor, problemas de contaminación del entorno y producción de daños mecánicos a las partes y similares del dispositivo eléctrico y electrónico o producción de un efecto eléctricamente dañino a las mismas. El documento US2004/026581 A1 desvela la introducción temporal de agua en una composición que comprende nilón 6,6 y nanotubos de carbono durante el mezclado en estado fundido.

Documento de patente 1: publicación de patente japonesa abierta a inspección pública n.° H03-74465 Documento de patente 2: publicación de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2008-231344 Documento de patente 3: publicación

de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2006-517996

Sumario de la invención

Problemas a resolver mediante la invención

En vista de la situación mencionada anteriormente, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar una composición de resina conductora que tenga una alta conductividad y una procesabilidad superior, incluyendo moldeabilidad, al tiempo que mantenga las propiedades físicas originales que posee la propia resina termoplástica mediante la adición de una pequeña cantidad de un nanotubo de carbono a la misma.

Medios para resolver los problemas

Los inventores de la presente invención llevaron a cabo una extensa investigación para resolver los problemas mencionados anteriormente y, como resultado, se halló que, si una mezcla de nanotubo de carbono y resina obtenida mediante el mezclado y la dispersión de un nanotubo de carbono, un disolvente y una resina termoplástica se somete a un tratamiento específico de amasado y dispersión, en donde el disolvente se retira, al tiempo que se amasa la mezcla, se podría obtener una composición de resina conductora que tuviera una alta conductividad y una moldeabilidad superior, al tiempo que mantuviera las propiedades físicas originales de la propia resina termoplástica, aunque la cantidad de adición del nanotubo de carbono fuera pequeña; y, basándose en este hallazgo, se podría lograr la presente invención. La invención se dirige hacia un método para la producción de una composición de resina conductora, que contiene un nanotubo de carbono y una resina termoplástica, tal como se especifica en las reivindicaciones adjuntas.

Es decir, la presente divulgación proporciona los siguientes puntos (1) a (7).

(1) Un método para la producción de una composición de resina conductora, es decir, un método para la producción de una composición de resina conductora que contiene un nanotubo de carbono y una resina termoplástica, en donde el método contiene las siguientes etapas de (A) y (B):

(A) una etapa de mezclado y dispersión del nanotubo de carbono, un disolvente y la resina termoplástica, obteniendo, de ese modo, una mezcla de nanotubo de carbono y resina, y

(B) una etapa de retirada del disolvente, al tiempo que se amasa la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

(2) El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con el punto (1) descrito anteriormente, en donde se mezclan el nanotubo de carbono y la resina termoplástica y, a continuación, se añade el disolvente a los mismos para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

(3) El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con el punto (1) o (2) descrito anteriormente, en donde la relación en masa del nanotubo de carbono respecto a la resina termoplástica en la mezcla de nanotubo de carbono y resina se encuentra en el intervalo de 0,1:100 a 100:100.

(4) El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con cualquiera de los puntos (1) a (3) descritos anteriormente, en donde el disolvente es agua y/o un alcohol.

(5) El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con cualquiera de los puntos (1) a (4) descritos anteriormente, en donde la mezcla de nanotubo de carbono y resina contiene, además, un tensioactivo.

(6) El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con el punto (5) descrito anteriormente, en donde la cantidad de tensioactivo es mayor de 0 partes en masa y 40 partes o menos en masa con respecto a 100 partes en masa del total del tensioactivo y el nanotubo de carbono en la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

(7) Una composición de resina conductora obtenida mediante el método de acuerdo con cualquiera de los puntos (1) a (6) descritos anteriormente.

Efecto de la invención

De acuerdo con la presente invención, mediante la adición de una pequeña cantidad de un nanotubo de carbono, se puede obtener una composición de resina conductora que tenga una alta conductividad y una procesabilidad superior, incluyendo moldeabilidad, al tiempo que mantenga las propiedades físicas originales que posee la propia resina termoplástica; y, por tanto, se pueden proporcionar, por ejemplo, un artículo moldeado, una película, una lámina y similares, que estén formados por la composición de resina conductora útil para la aplicación en la que se requiere conductividad.

Modos de llevar a cabo la invención

En primer lugar, se explicará el método para la producción de una composición de resina conductora de la presente invención.

Método para la producción de una composición de resina conductora

El método para la producción de una composición de resina conductora de la presente divulgación se caracteriza por que el método contiene las siguientes etapas de (A) y (B):

(A) una etapa de mezclado y dispersión del nanotubo de carbono, un disolvente y una resina termoplástica, obteniendo, de ese modo, una mezcla de nanotubo de carbono y resina, y

(B) una etapa de retirada del disolvente, al tiempo que se amasa la mezcla de nanotubo de carbono y resina (en lo sucesivo en el presente documento, esta etapa se denomina, a veces, "etapa de amasado con retirada de disolvente").

En el método para la producción de una composición de resina conductora de la presente divulgación, el método para la preparación de la mezcla de nanotubo de carbono y resina que comprende un nanotubo de carbono, una resina termoplástica y un disolvente no está particularmente restringido; sin embargo, por ejemplo, se pueden usar los siguientes métodos.

(a) Después de mezclar y dispersar un nanotubo de carbono y una resina termoplástica, se añade a los mismos un disolvente y, a continuación, se lleva a cabo adicionalmente el mezclado de los mismos.

(b) Después de mezclar un nanotubo de carbono y un disolvente, se añade a los mismos una resina termoplástica y, a continuación, se llevan a cabo adicionalmente el mezclado y la dispersión de los mismos.

(c) Un nanotubo de carbono, un disolvente y una resina termoplástica se mezclan y dispersan todos a la vez.

Entre los puntos (1) a (3), en vista del fácil mezclado y la alta dispersión mediante un dispersor que incluye un supermezclador y un mezclador Henschel, resulta preferible el método de preparación de (a).

En lo sucesivo en el presente documento, se explicarán las etapas incluidas en la presente invención.

Etapa de mezclado y dispersión:

En la etapa de mezclado y dispersión, se mezcla y se dispersa una resina termoplástica con un nanotubo de carbono y un disolvente en una relación en masa específica, obteniendo, de ese modo, la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

En la etapa de mezclado y dispersión, por ejemplo, resulta preferible que, después de mezclar y dispersar una resina termoplástica y un nanotubo de carbono para preparar un cuerpo disperso mixto de la resina termoplástica y el nanotubo de carbono, se añada un disolvente al cuerpo disperso mixto de la resina termoplástica y el nanotubo de carbono así preparado para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina. El método mencionado anteriormente se da en el caso de utilizar el método (a); sin embargo, incluso en los métodos (b) y (c), también se puede llevar a cabo el mezclado y la dispersión.

El método de mezclado y dispersión no está particularmente restringido, siempre que el mezclado y la dispersión se puedan realizar de manera uniforme; y, por tanto, un ejemplo ilustrativo del equipo del mismo incluye aquellos usados en los métodos conocidos hasta ahora, tales como, por ejemplo, un mezclador Henschel, un supermezclador, un homogeneizador ultrasónico, un mezclador en espiral, un mezclador planetario, un dispersor y un mezclador híbrido. Estos dispersores se pueden usar de manera individual o como una combinación de dos o más de los mismos. Especialmente en vista de la alta dispersabilidad del nanotubo de carbono en la resina termoplástica, así como la supresión de los daños al nanotubo de carbono, se usan preferentemente un mezclador Henschel, un supermezclador y un homogeneizador ultrasónico. Además, después de este tratamiento, la dispersión se puede intensificar adicionalmente mediante el uso de un molino de bolas, un molino de vibración, un molino de arena, un molino de rodillos o similares, siempre que este tratamiento se realice de tal manera que no se dañe el nanotubo de carbono.

A su vez, la temperatura de tratamiento, el tiempo de tratamiento y similares se pueden ajustar arbitrariamente.

Etapa de amasado con retirada de disolvente:

En la etapa de amasado con retirada de disolvente, se retira el disolvente, al tiempo que se amasa la mezcla de nanotubo de carbono y resina obtenida en la etapa de mezclado y dispersión, tal como se ha mencionado anteriormente. El método de amasado en el mismo no está particularmente restringido; y, por tanto, un ejemplo ilustrativo del equipo del mismo incluye aquellos usados en los métodos conocidos hasta ahora, tales como una extrusora, un mezclador de amasadora y un mezclador Bunbury.

La temperatura de tratamiento y la presión de tratamiento son diferentes dependiendo de la resina termoplástica, el disolvente y así sucesivamente a usar; y, por tanto, estos se pueden ajustar arbitrariamente. Sin embargo, tal como se mencionará más adelante, el tratamiento se realiza preferentemente en un estado de alta temperatura, de modo que la temperatura de tratamiento se encuentra preferentemente en el intervalo de 100 a 370 °C.

En esta etapa, después del tratamiento mencionado anteriormente, se obtendrá la composición de resina conductora finalmente granulada en pellas o copos.

Como alternativa, después de que un producto que contenga el nanotubo de carbono en alta concentración (mezcla madre) se mezcle con una resina de materia prima en una relación prescrita, la mezcla resultante se puede granular mediante el uso de una amasadora, tal como la extrusora y los rodillos, tal como se ha mencionado anteriormente.

En la presente invención, no resulta completamente evidente la razón por la que se potencia la dispersabilidad si el disolvente coexiste durante el tiempo de amasado de la resina con el nanotubo de carbono. Sin embargo, los inventores de la presente invención consideraron esto así tomando, por ejemplo, el caso en el que se usa agua como disolvente, porque se halló que la resina y el nanotubo de carbono se podían amasar fácil y eficazmente cuando la mezcla que contenía agua se amasaba en un sistema cerrado localmente en el estado de alta temperatura.

En la Tabla 1, se muestran la presión de vapor saturado y la cantidad de vapor saturado de agua en un sistema cerrado. Tal como se puede observar en la Tabla 1, si la presión de vapor saturado a 100 °C se considera de 0,1013 MPa (1 atmósfera), entonces esta es de aproximadamente 1,6212 MPa (16 atmósferas) a 200 °C y de aproximadamente 9,3219 MPa (92 atmósferas) a 300 °C, lo que sugiere que se amasa el nanotubo de carbono, al tiempo que se mantiene en el vapor de agua a alta presión. Al mismo tiempo, si la cantidad de vapor saturado a 100 °C se considera de 1, entonces esta es de aproximadamente 13 veces a 200 °C y de aproximadamente 60 veces a 300 °C, lo que sugiere que se amasa el nanotubo de carbono, al tiempo que se mantiene en el vapor de agua de alta densidad. Por consiguiente, los nanotubos de carbono que se agregan y enmarañan complicadamente se pueden desenmarañar mediante el movimiento molecular del vapor de agua de alta densidad a alta temperatura y alta presión en el elemento de procesamiento (sistema cerrado) de una máquina de procesamiento, tal como la extrusora mencionada anteriormente usada en el presente invención; y, encima de esto, los nanotubos de carbono desenmarañados se amasan con la resina fundida, de modo que estos se pueden dispersar fácilmente en la resina.

Además, se cree que, mediante la adición de un tensioactivo, se puede facilitar la penetración del vapor de agua en los nanotubos de carbono, potenciando adicionalmente, de ese modo, el efecto de dispersión.

[Tabla 1]

Tabla 1

La composición de resina de la presente invención se puede añadir arbitrariamente mediante diversos aditivos, tales como un estabilizante, un antioxidante, un plastificante, un absorbente de UV, un lubricante, una carga, un colorante y un retardante de llama.

La composición de resina de la presente invención se puede usar como artículo mediante moldeo mediante un método de moldeo conocido hasta ahora. El ejemplo ilustrativo del método de moldeo incluye moldeo por inyección, moldeo por extrusión y moldeo en prensa; y, además, se pueden usar las tecnologías de moldeo de materiales compuestos conocidas hasta ahora, tales como el moldeo por espuma, el moldeo de dos colores, el moldeo por inserción, el moldeo por extracción y el moldeo en molde. El ejemplo ilustrativo del artículo incluye un artículo moldeado por inyección, una lámina, una película sin estirar, una película estirada, artículos moldeados por extrusión, tales como una barra redonda y un artículo heterotípico extruido, una fibra y un filamento.

Como alternativa, también se puede usar la composición de resina de la presente invención, por ejemplo, como solución o solución suspendida de la misma; y, por tanto, esta se puede usar en un adhesivo, una pasta, una pintura y un material de recubrimiento.

Tal como se ha analizado anteriormente, de acuerdo con el método de producción de la presente invención, mediante un tratamiento específico para retirar un disolvente, al tiempo que se amasa la composición de nanotubo de carbono y resina que contiene el dicho disolvente, se puede obtener una composición de resina conductora que tenga una alta conductividad, al tiempo que mantenga las propiedades físicas originales que posee la propia resina termoplástica, y que tenga una procesabilidad superior, incluyendo moldeabilidad.

A continuación, se explicará la composición de resina conductora obtenida mediante el método de producción de la presente invención.

Composición de resina conductora

La composición de resina conductora obtenida mediante el método de producción de la presente invención es la que se obtiene mediante la retirada de un disolvente, al tiempo que se amasa la composición de nanotubo de carbono y resina que comprende un nanotubo de carbono, una resina termoplástica y el dicho disolvente.

Nanotubo de carbono:

El nanotubo de carbono a usar en la presente invención puede ser cualquiera de un nanotubo de carbono monocapa y un nanotubo de carbono multicapa; sin embargo, se usa preferentemente un nanotubo de carbono multicapa debido a la afinidad con una resina, una característica eléctrica y una característica mecánica.

El número de capas en el nanotubo de carbono multicapa se encuentra preferentemente en el intervalo de 20 a 50 capas. Resulta preferible el número de capas en el nanotubo de carbono multicapa dentro del intervalo mencionado anteriormente debido a que se puede obtener un buen equilibrio entre la conductividad y las características mecánicas del nanotubo de carbono, los efectos de mejora de las características de la resina, cuando este se mezcla con la resina, y el mantenimiento de las otras características originales que posee la propia resina.

Además, el diámetro del nanotubo de carbono se encuentra preferentemente en el intervalo de 10 a 30 nm.

En el nanotubo de carbono multicapa a usar en la presente invención, el contenido del nanotubo de carbono que tiene de 20 a 50 capas es, cuando se convierte en una composición de resina conductora, preferentemente el 50 % o más de la totalidad del nanotubo de carbono contenido en la dicha composición de resina conductora. La identificación de las capas se puede realizar de la siguiente manera. Una pieza superdelgada de la composición de resina conductora que contiene el nanotubo de carbono que tiene de 20 a 50 capas y el nanotubo de carbono distinto al anterior se observa mediante un microscopio electrónico de transmisión con el aumento de 200.000 para contar el número de nanotubos fibrosos que se pueden observar en el campo de visión del dicho microscopio electrónico de transmisión; y si el número de nanotubos de carbono que tienen de 20 a 50 capas en el campo de visión es del 50 % o más, entonces se considera que esta cumple la condición.

La estructura del grafito en una forma cilíndrica, que es característica del nanotubo de carbono, se puede examinar mediante un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución. Las capas de grafito son mejores cuando esta se puede observar más claramente en forma lineal mediante el microscopio electrónico de transmisión de alta resolución; sin embargo, esto se puede producir, aunque la capa de grafito esté arrugada. La capa de grafito arrugada, a veces, se define como nanofibra de carbono; en la presente invención, sin embargo, la nanofibra de carbono como esta está incluida en el nanotubo de carbono.

Generalmente, el nanotubo de carbono a usar en la presente invención se puede producir mediante un método de abrasión con láser, un método de descarga de arco, un método de CVD térmica, un método de CVD en plasma, un método de fase gaseosa, un método de flameado o similares; y no existe ninguna restricción particular en el mismo. Sin embargo, el método para producir el nanotubo de carbono mediante el método de CVD térmica mediante el uso de acetileno como materia prima y zeolita como vehículo de catalizador, que es el método indicado por Shinohara, et al., resulta particularmente preferible debido a que el nanotubo de carbono multicapa que tiene una alta pureza, así como una estructura de grafito superior, se puede obtener sin una purificación especial, aunque se observe en cierta medida una cubierta de carbono amorfa debido a la descomposición térmica del mismo (Chemical Physics Letters, páginas 117-124, 303 (1999)).

Como alternativa, también se puede usar el nanotubo de carbono que se trata previamente con un agente de acoplamiento. El agente de acoplamiento se puede ejemplificar mediante un compuesto de isocianato, un compuesto de silano orgánico, un compuesto de titanato orgánico, un compuesto de borano orgánico, un compuesto de epoxi y así sucesivamente.

Disolvente:

El disolvente a usar en la presente divulgación no está particularmente restringido, de modo que se puede usar cualquier disolvente, siempre que este se pueda retirar mediante evaporación del sistema durante el tiempo de amasado de la mezcla de nanotubo de carbono y resina y que este tenga tal punto de ebullición que no permanezca en la composición de resina a obtener. Específicamente, se usan preferentemente agua y un alcohol teniendo en cuenta los efectos en el entorno de trabajo, el coste, las propiedades de manipulación y así sucesivamente; y, en particular, se usa preferentemente agua. En caso de que se use un alcohol, resulta preferible el etanol. Como alternativa, se pueden usar agua y un alcohol en conjunto.

Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.

De acuerdo con la presente divulgación, la cantidad del disolvente no está particularmente limitada, siempre que la cantidad sea no menor que la cantidad necesaria para dispersar el nanotubo de carbono y no mayor que la cantidad de disolvente que se pueda retirar mediante el equipo de amasado. Específicamente, la relación en masa del nanotubo de carbono respecto al disolvente en la mezcla de nanotubo de carbono y resina se encuentra preferentemente en el intervalo de 100:100 a 100:1.000, más preferentemente en el intervalo de 100:100 a 100:900 o especial y preferentemente en el intervalo de 100:150 a 100:800.

Tensioactivo:

En la mezcla de nanotubo de carbono y resina usada en la presente invención, además, se puede añadir un tensioactivo. Mediante la adición del tensioactivo a la misma, un disolvente que contiene el dicho tensioactivo puede penetrar en el agregado de nanotubo de carbono enmarañado, dando lugar, de ese modo, al efecto potenciado para desenmarañar el nanotubo de carbono.

El tensioactivo anterior se puede ejemplificar mediante un tensioactivo iónico y un tensioactivo no iónico. El tensioactivo aniónico del tensioactivo iónico se puede ejemplificar mediante un tipo de éster de sulfato, un tipo de éster de fosfato, un tipo de éster de sulfonato y similares; y el tensioactivo catiónico del mismo se puede ejemplificar mediante una sal de amonio cuaternario y similares. El tensioactivo anfótero se puede ejemplificar mediante un tipo de betaína de alquilo, un tipo de betaína de amida, un tipo de óxido de amina y similares. Además, el tensioactivo no iónico se puede ejemplificar mediante un éster de ácido alifático, un éster de ácido alifático de sorbitán y similares.

La cantidad de composición del tensioactivo no está particularmente restringida, siempre que la cantidad se encuentre dentro del intervalo que no provoque el deterioro de las propiedades físicas de la composición de resina conductora a obtener; sin embargo, la cantidad del tensioactivo es preferentemente mayor de 0 partes en masa y 40 partes o menos en masa con respecto a 100 partes en masa del total del nanotubo de carbono y el tensioactivo en la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

Resina termoplástica:

La resina termoplástica a usar en la presente invención se puede ejemplificar mediante una resina de polietileno, una resina de polipropileno, una resina de poliestireno, una resina de poliestireno modificada con caucho, una resina de acrilonitrilo-estireno, una resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno, una resina de policarbonato, una resina de poliamida, una resina de tereftalato de polietileno, una resina de tereftalato de polibutileno, una resina de poliacetal, una resina de poliéter sulfona, una resina de poliéter imida, una resina de poliéter éter cetona, una resina acrílica y similares.

No existe ninguna restricción particular en cuanto a la forma de la resina termoplástica a usar en la presente invención; sin embargo, en caso de que se trate de una forma de polvo o una forma de pella, el diámetro de partícula de las mismas se encuentra preferentemente en el intervalo de 0,01 a 3 mm. Mediante el ajuste del diámetro de partícula de las mismas dentro del intervalo mencionado anteriormente, los nanotubos de carbono se pueden desenmarañar mediante la resina termoplástica fácilmente durante el tiempo de preparación de la mezcla de nanotubo de carbono y resina; y, además, el proceso de amasado se puede ejecutar más fácilmente.

En la composición de la mezcla de nanotubo de carbono y resina a usar en la presente invención, la relación en masa del nanotubo de carbono respecto a la resina termoplástica se encuentra preferentemente en el intervalo de 0,1:100 a 100:100, más preferentemente en el intervalo de 0,5:100 a 50:100, particularmente más preferentemente en el intervalo de 0,5:100 a 30:100 o como máximo preferentemente en el intervalo de 1:100 a 30:100. Si el nanotubo de carbono está presente con la relación en masa de 0,1:100 o más, la composición de resina conductora obtenida de ese modo puede tener una conductividad superior; y, por tanto, este intervalo de relación en masa resulta preferible. Por otro lado, si la dicha relación es de 100:100 o menos, la composición de resina conductora obtenida o la composición de resina conductora obtenida mediante la dilución de la mezcla madre de la misma con la resina puede asegurar las propiedades físicas originales que posee la propia resina; y, por tanto, este intervalo de relación en masa resulta preferible.

Ejemplos

En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle mediante Ejemplos; sin embargo, la presente invención no está restringida en modo alguno por estos Ejemplos.

A su vez, las "partes" y los "%" que aparecen en el siguiente contexto se basan, respectivamente, en la masa, a menos que se mencione específicamente lo contrario.

Las evaluaciones de la composición de resina conductora obtenida mediante los Ejemplos y los Ejemplos comparativos se llevaron a cabo mediante los métodos que se muestran a continuación.

(a) Resistividad superficial

Las pellas obtenidas mediante el uso de una extrusora se moldean por extrusión para obtener una lámina que tiene un espesor de aproximadamente 0,5 mm y un ancho de 50 mm mediante el uso de la extrusora equipada con un troquel de cinta (NV-20, fabricado por Marth Seiki Co., Ltd.); y la resistividad superficial de la misma se midió mediante el uso del dispositivo de ensayo de baja resistividad Loresta GP (fabricado por Mitsubishi Chemical Corp.) y el dispositivo de ensayo de alta resistividad Hiresta UP (fabricado por Mitsubishi Chemical Corp.).

(b) Estado de dispersión del nanotubo de carbono

Las pellas obtenidas mediante el uso de una extrusora se moldean en prensa para obtener una lámina (10 mm x 10 mm x 20 |jm); y se evaluó el estado de dispersión del nanotubo de carbono en la resina mediante el uso de un microscopio óptico. Las evaluaciones de A a E se realizaron de conformidad con los tamaños del agregado del mismo, tal como se muestra a continuación.

A: el tamaño del agregado es menor de 10 jm

B: el tamaño del agregado es menor de 20 jm

C: el tamaño del agregado es menor de 50 jm

D: el tamaño del agregado es menor de 100 jm

E: el tamaño del agregado es de 100 jm o más

(c) Módulo de flexión

De conformidad con la JIS K7171, mediante el uso de las pellas obtenidas mediante el uso de una extrusora, se preparó una mancuerna mediante el uso de una máquina de moldeo por inyección; y, a continuación, el módulo de flexión de la misma se midió mediante una máquina de ensayo de flexión.

(d) Alargamiento por tracción a la rotura

De conformidad con la JIS K7161, mediante el uso de las pellas obtenidas mediante el uso de una extrusora, se preparó una mancuerna mediante el uso de una máquina de moldeo por inyección; y, a continuación, el alargamiento por tracción a la rotura de la misma se midió mediante una máquina de ensayo de tracción.

Ejemplo 1

En un mezclador se colocaron 3 partes del nanotubo de carbono (VGCF-X, fabricado por Showa Denko KK) y 97 partes de polietileno de densidad baja que tenía un diámetro de partícula en el intervalo de 0,1 a 1 mm (Suntec F2270, fabricado por Ashahi Kasei Chemicals Corp.); y estas se mezclaron mediante agitación a 25 °C durante 3 minutos; y, a continuación, después de añadir 5 partes de agua al mezclador como disolvente, la mezcla resultante se agitó a 25 °C durante 2 minutos para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

La mezcla de nanotubo de carbono y resina así obtenida se amasó en estado fundido a la temperatura de tratamiento de 180 °C mediante el uso de la extrusora biaxial (TEX de 30 mm, fabricada por The Japan Steel Works, Ltd.), al tiempo que se retiraba el agua como disolvente mediante evaporación a través de la ventilación de la extrusora biaxial; de ese modo, se obtuvo la composición de resina conductora de la presente invención en forma de pellas. A partir de la composición de resina conductora así obtenida, se preparó una lámina que tenía un espesor de aproximadamente 0,5 mm para la evaluación de las propiedades físicas, incluyendo la resistividad superficial, mediante el uso de la extrusora mencionada anteriormente equipada con un troquel de cinta. Además, con el fin de evaluar la dispersabilidad del nanotubo de carbono en la composición de resina conductora, se preparó una lámina que tenía un espesor de aproximadamente 20 jm mediante el moldeo en prensa de la composición de resina conductora; y, a continuación, el estado agregado del nanotubo de carbono en la resina se observó mediante el uso de un microscopio óptico. Los resultados de la misma se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo 2

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, con la excepción de que la cantidad de agua se cambió a 10 partes, tal como se muestra en la Tabla 2, para obtener la composición de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de la composición de resina conductora así obtenida, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo 3

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, con la excepción de que la cantidad de agua se cambió a 5 partes y que se añadió, además, 0,1 partes de un tensioactivo (Hostapur SAS 93, fabricado por Clariant AG), para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

Posteriormente, de manera similar al Ejemplo 1, se preparó la composición de resina conductora en forma de pellas; y, mediante el uso de esta composición de resina conductora, se prepararon la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo 4 a Ejemplo 14

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 3, con la excepción de que las cantidades del nanotubo de carbono, el polietileno de densidad baja, el agua, el etanol y el tensioactivo se cambiaron a aquellas que se muestran en la Tabla 2, para obtener las respectivas composiciones de resina conductora en forma de pellas; y, de manera similar al Ejemplo 1, mediante el uso de cada una de estas composiciones de resina conductora, se prepararon la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo 15

En un mezclador se colocaron 4 partes del nanotubo de carbono (VGCF-X, fabricado por Showa Denko KK) y 96 partes de tereftalato de polietileno (PET) que tiene un diámetro de partícula en el intervalo de 0,05 a 1,1 mm (Unipet BK2180, fabricado por Nippon Unipet Co., Ltd.); y estas se mezclaron mediante agitación a 25 °C durante 3 minutos; y, a continuación, después de añadir 10 partes de agua al mezclador como disolvente, la mezcla resultante se agitó a 25 °C durante 2 minutos para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

Esta mezcla de nanotubo de carbono y resina se amasó en estado fundido a la temperatura de tratamiento de 270 °C mediante el uso de la extrusora biaxial (TEX de 30 mm, fabricada por The Japan Steel Works, Ltd.), al tiempo que se retiraba el agua como disolvente mediante evaporación a través de la ventilación de la extrusora biaxial; de ese modo, se obtuvo la composición de resina conductora de la presente invención en forma de pellas; y, de manera similar al Ejemplo 1, mediante el uso de esta composición de resina conductora, se prepararon la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo 16

En un mezclador se colocaron 3 partes del nanotubo de carbono (VGCF-X, fabricado por Showa Denko KK) y 97 partes de resina de policarbonato que tenía un diámetro de partícula en el intervalo de 0,2 a 1 mm (Panlite L1225WP, fabricada por Teijin Chemicals, Ltd.); y estas se mezclaron mediante agitación a 25 °C durante 3 minutos; y, a continuación, después de añadir 10 partes de agua al mezclador como disolvente, la mezcla resultante se agitó a 25 °C durante 2 minutos para obtener la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

Esta mezcla de nanotubo de carbono y resina se amasó en estado fundido a la temperatura de tratamiento de 290 °C mediante el uso de la extrusora biaxial (TEX de 30 mm, fabricada por The Japan Steel Works, Ltd.), al tiempo que se retiraba el agua como disolvente mediante evaporación a través de la ventilación de la extrusora biaxial; de ese modo, se obtuvo la composición de resina conductora de la presente invención en forma de pellas; y, de manera similar al Ejemplo 1, mediante el uso de esta composición de resina conductora, se prepararon la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo comparativo 1

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1, con la excepción de que la cantidad de agua se cambió a 0 partes, tal como se muestra en la Tabla 2, para obtener la composición de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de la composición de resina conductora así obtenida, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo comparativo 2 a Ejemplo comparativo 4

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 3, con la excepción de que las cantidades de agua y etanol se cambiaron a 0 partes y que la cantidad del tensioactivo se cambió tal como se muestra en la Tabla 2, para obtener las respectivas composiciones de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de las respectivas composiciones de resina conductora así obtenidas, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo comparativo 5

La mezcla de nanotubo de carbono y resina preparada en el Ejemplo 7 se secó a 90 °C durante 3 horas y, a continuación, se amasó en estado fundido en una máquina de extrusión para obtener la composición de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de las composiciones de resina conductora así obtenidas, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo comparativo 6

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 15, con la excepción de que la cantidad de agua se cambió a 0 partes, tal como se muestra en la Tabla 2, para obtener la composición de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de la composición de resina conductora así obtenida, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo comparativo 7

Se repitió el procedimiento del Ejemplo 16, con la excepción de que la cantidad de agua se cambió a 0 partes, tal como se muestra en la Tabla 2, para obtener la composición de resina conductora en forma de pellas. Además, mediante el uso de la composición de resina conductora así obtenida, la lámina para la evaluación de las propiedades físicas de la misma y la lámina para la evaluación de la dispersabilidad de la misma se prepararon de manera similar a la del Ejemplo 1. Los resultados de la evaluación de las mismas se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo de referencia 1 a Ejemplo de referencia 3

Se llevaron a cabo los mismos ensayos de evaluación de las propiedades físicas de los respectivos cuerpos individuales de tres resinas termoplásticas usadas en los Ejemplos y Ejemplos comparativos, en concreto, polietileno de densidad baja, tereftalato de polietileno y resina de policarbonato; y los resultados de los mismos se muestran como Ejemplos de referencia 1 a 3 en la Tabla 2.

[Tabla 2]

Aplicabilidad industrial

La composición de resina conductora de la presente invención se puede usar en forma de una pella, una mezcla madre, una solución o una solución suspendida. Específicamente, debido a que la composición de resina conductora tiene una alta conductividad y una procesabilidad superior, al tiempo que mantiene las propiedades físicas originales que posee la propia resina, esta se puede usar no solo en los usos que requieren la propiedad antiestática, incluyendo un artículo, una película y una lámina, sino también en los usos de un adhesivo, una pasta, una pintura y un material de recubrimiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para la producción de una composición de resina conductora, que contiene un nanotubo de carbono y una resina termoplástica, en donde el método comprende las siguientes etapas de (A) y (B):

(A) una etapa de mezclado y dispersión del nanotubo de carbono y la resina termoplástica en forma de polvo o de pellas y, después de que el nanotubo de carbono y la resina termoplástica se mezclen y dispersen, adición de agua y/o etanol en una relación en masa de 100 a 800 partes en masa con respecto a 100 partes en masa del nanotubo de carbono a la mezcla dispersa del nanotubo de carbono y el polvo o las pellas de resina termoplástica y mezclado adicional,

obteniendo, de ese modo, una mezcla de nanotubo de carbono y resina, y

(B) una etapa de amasado de la mezcla de nanotubo de carbono y resina de la Etapa (A) en una extrusora en un estado de alta temperatura en el intervalo de 100 a 370 °C y retirada del agua, el etanol o la mezcla de los mismos, al tiempo que se amasa la mezcla de nanotubo de carbono y resina.

2. El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación en masa del nanotubo de carbono respecto a la resina termoplástica en la mezcla de nanotubo de carbono y resina se encuentra en el intervalo de 0,1:100 a 100:100.

3. El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde, en la Etapa (A) se añade agua.

4. El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde, además, se añade un tensioactivo a la mezcla de nanotubo de carbono y resina en la Etapa (A).

5. El método para la producción de una composición de resina conductora de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la cantidad de tensioactivo es mayor de 0 partes en masa y 40 partes o menos en masa con respecto a 100 partes en masa del total del tensioactivo y el nanotubo de carbono en la mezcla de nanotubo de carbono y resina.