JP2009534213A - カーボンナノチューブ強化ポリマー - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
a)水性媒質中でカーボンナノチューブと、少なくとも部分的に水溶性の第1ポリマー又は水溶性の界面活性剤である水溶性成分とを接触させるステップと、
b)ステップa)より得られた生成物と第2ポリマーの水性ラテックスとを混合するステップと、
c)こうして得られた混合物から水を除去するステップと、
d)ステップc)からの生成物を、第2ポリマーが流動する温度まで加熱するステップ、及び
e)ステップd)の生成物を所望の形態に固化させるステップ
によるカーボンナノチューブ強化ポリマーの調製方法に関する。
このような方法は、国際公開第2004/072159号パンフレットに記載されている。
この方法は、国際公開第02/076888号パンフレットに記載されている。この公報には、単一壁カーボンナノチューブ(SWNT)の膨張化の方法が記載されており、本質的に単一のチューブを含む安定な水性生成物を生じる。この公報では、水溶性ポリマー材料が、膨張化ナノチューブを得るために用いられている。この公報の内容は、本明細書において参照として援用される。この方法はまた、多壁CNT(MWNT)を用いる場合にも適用され得る。本発明の方法において、SWNTの使用が好ましい。
この第2ポリマーは、カーボンナノチューブ強化ポリマーのマトリックスを構成するポリマーであり、ここでは、カーボンナノチューブは十分に分散されている。当業者に公知のあらゆる水性ポリマーラテックスを用いることができる。第2ポリマーは、ポリアクリレート、スチレン系(コ)ポリマー、ブタジエン系(コ)ポリマー、ポリカーボネート、アクリロニトリル系(コ)ポリマー、(ハロゲン含有)ポリオレフィン(ポリエチレン又はポリプロピレン、ホモ及びコポリマー)、並びにポリアミドを含む群より選択されることが好ましい。第2ポリマーとしては、ポリスチレン、或いは、オレフィン若しくはスチレンと(メタ)アクリレート、無水マレイン酸、マレイミド、2−若しくは4−ビニルピリジン、アクリロニトリル、又は、別のビニル若しくはビニリデン型モノマーのいずれかとのコポリマーの使用がさらに好ましい。
この除去を達成するために当業者に利用可能な異なる物理的方法がある。これらの方法のうち、蒸発、凍結乾燥、又は気流乾燥によりステップc)を行うことが好ましい。
第2ポリマーが熱可塑性ポリマーである場合、本ステップd)における温度は、融点((半)結晶性第2ポリマーの場合)又はガラス転移温度(液晶第2ポリマーの場合)より10〜100℃高くなるように選択される。全ての場合において、当業者は、本ステップd)が行われる方法条件が、選択される第2ポリマーの性質に依存することが分かる。
本ステップe)は、固化されたポリマー目的物を形成するために、成型ステップ、ペレット成形ステップ、押出成形、射出成形若しくは圧縮成形ステップ、又は、任意の公知のステップであってもよい。
材料:CNT HIPCO NT(Carbon Nano Technology)(SWNT)及びSDS(Merck)をそのまま用いた。
PS1は、広い分子量分布を有するラテックスであり、一方、PS2は、狭い分子量分布を有する。
エマルジョン重合を無酸素雰囲気において行った。292gのスチレンを、728gの水、13gのSDS及び緩衝液としての1.1gのNaHCO3と混合した。温度を50℃に保った。反応を1gのSPS(過硫酸ナトリウム)により開始した。反応時間は2.5時間であった。
以下の条件としたことを除き、ラテックスPS1と同様の手順を適用した:200gのスチレン;695gの水;13.4gのSDS;1gのSPS。
低モル質量PSのPS2ラテックスへの取り込みは、以下の手順により達成した:130gのPS2ラテックスを直接624mgのSDSと混合し、その後715mgのPS基準(Mw=550g/mol)を取り込んだ。Ultraturrax(Ika、Labotechnic、Janke and Kunkel)を用いて、得られた分散物を最小速度(4000rpm)で3分間高剪断力に供した。
エマルジョン重合を無酸素雰囲気において行った(Arでの2.5時間の前脱気を含む)。まず、252.2gのスチレンを、715gの水、26gのSDS及び0.5gのNa2CO3と混合した。温度を50℃に保ち、そして、7mLの水に溶解させた0.7gのSPSの注入により反応を開始した。反応時間は2.5時間であった。得られたラテックスは、広い分子量分布を有していた。
PS5の合成の実験的手順は、PS4の合成に用いた手順と同様であった。脱気を5時間行った。252.04gのスチレンを、715gの水、25.97gのSDS及び0.45gのNa2CO3と混合した。温度を70℃に保った;反応時間は0.5時間であった。得られたラテックスは、狭い分子量分布を有していた。
材料:Carbon Nanotechnologyから購入したCNT−HiPCO NT(SWNT)、及びSDS(Merck)をそのまま用いた。CNT+SDSの水性生成物を上記のとおり調製した。
多壁ナノチューブ(MWNT)及び単一壁ナノチューブ(SWNT)の両方をこれらのナノコンポジットの調製に用いた。MWNTはNanocylより入手した(Nanocyl−3100);SWNTはCarbon Nanotechnologyより入手したHIPCO NTであった。用いたポリプロピレンは、Solvayから入手したPriex(登録商標)801(無水マレイン酸グラフトホモポリプロピレン)及びPriex(登録商標)701(コモノマーとして約5wt%のエチレンを有する無水マレイン酸グラフトコポリマーポリプロピレン)であり、両者は、20,000g/mol(GPCによる)未満のMwを有するPPの量は29wt%であった。
室温での電気伝導度測定を、2点又は4点構成のいずれかであるDC−Conductivity Keithley 6512 Programmable Electrometerを用いて行った。
20,000g/mol未満の分子量(媒質としてTHFを用いたGPC分析における約12.5分の溶出時間に相当)を有するポリマーの量の決定をWaters/GPC装置を用いて行った。
Claims (12)
- a)水性媒質中でカーボンナノチューブと、水溶性第1ポリマー又は水溶性界面活性剤である水溶性成分とを接触させるステップと、
b)ステップa)より得られた生成物と第2ポリマーの水性ラテックスとを混合するステップと、
c)前記ステップで得られた混合物から水を除去するステップと、
d)ステップc)からの生成物を、第2ポリマーが流動する温度まで加熱するステップと、
e)ステップd)の生成物を所望の形態に固化させるステップと
による、カーボンナノチューブ強化ポリマーの調製方法であって、
前記第2ポリマーは、低モル質量フラクション及び高モル質量フラクションの両方を有し、前記低モル質量フラクションは、500〜20,000g/molの重量平均分子量(Mw)を有し、前記高モル質量フラクションは、20,000〜5,000,000g/molのMwを有しており、且つ、前記低質量フラクションは、5wt%より多い量で前記第2ポリマー中に存在する、カーボンナノチューブ強化ポリマーの調製方法。 - 前記第2ポリマーが、異なるモノマー又は同じモノマーのいずれかをベースとする2つの混和性ポリマーの組成物であり、一方のポリマーは、前記低モル質量フラクションを形成し、他方のポリマーは、前記高モル質量フラクションを形成する、請求項1に記載の方法。
- 前記第2ポリマーが、低Mwポリマーと高Mwポリマーとの混合により得られる、請求項1〜2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2ポリマーが、低Mwポリマー(500〜20,000g/molのMwを有する)及び高Mwポリマー(20,000〜5,000,000g/molのMwを有する)の両方を含む広いモル質量分布を生じる重合条件を適用することにより得られる、請求項1〜2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2ポリマーが、スチレンと、(メタ)アクリレート、無水マレイン酸、マレイミド、2−若しくは4−ビニルピリジン、アクリロニトリル、又は別のビニル若しくはビニリデン型モノマーとのコポリマーである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記低モル質量フラクションが、少なくとも6.5wt%の量で前記第2ポリマー中に存在する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記低モル質量フラクションが、最大40wt%の量で前記第2ポリマー中に存在する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 単一壁カーボンナノチューブを用いる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法により得られる、カーボンナノチューブ強化ポリマー。
- 抵抗率が100Ω*cm未満である、請求項9に記載のカーボンナノチューブ強化ポリマー。
- 前記第2ポリマーの低モル質量部分と前記第2ポリマーの高モル質量部分の比が、0.065〜0.67である、請求項9〜10のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ強化ポリマー。
- 前記比が0.10〜0.25である、請求項11に記載のカーボンナノチューブ強化ポリマー。
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