JP6721692B2 - カーボンブラックを含有する熱伝導性ポリマー組成物 - Google Patents

Description

本開示は、ポリマー組成物、特に、改善した熱伝導性及び機械特性を示すプラスチックに関する。

改善された伝熱から利益を得ることができるポリマー系は、電子、機械、自動車、航空宇宙、及び工業的用途を含む様々な分野で使用される。例えば、導電性ポリマーは、ケーブルのコアから熱を消散するためにワイヤ及びケーブル外被において使用することができる。熱伝導性ポリマーはまた、効率的な伝熱を要求する用途で典型的に使用される低熱伝導性ポリマー又は金属のような材料と置き換えることができる。

１つの態様において、複合ポリマー組成物が提供され、その複合ポリマー組成物が、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、カーボンブラックは、１２０ｃｍ³／１００ｇ超かつ２００ｃｍ³／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ²未満の表面エネルギーと、６５％未満の比結晶化度と、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）とを有する。部分結晶化カーボンブラックは、７００℃超かつ１８００℃未満の温度でファーネスブラックを熱処理することで得ることができる。組成物は、コポリマー又はターポリマーを含むことができる。ポリマー組成物は、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンであることができる。カーボンブラックは、３５Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）と、１ｍＪ／ｍ²超の表面エネルギーとを有することができる。ポリマーは、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリエチレン（ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、 メタロセン中密度ポリエチレン（ｍＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリプロピレンのコポリマー、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルＥＰＤＭスチレン（ＡＥＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テトラエチレンヘキサプロピレンフッ化ビニリデンポリマー（ＴＨＶ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、コポリエステル、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）及びポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）から選択することができる。組成物はマスターバッチであることができる。組成物は、３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子、例えば、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、又はアルミナをさらに含むことができる。部分結晶化カーボンブラック：窒化ホウ素などの非炭素質粒子の容量比は、１：１〜１：１０であることができる。複合ポリマー組成物は、ポリマーマトリックスの熱伝導の少なくとも１．６倍、少なくとも１．７倍、又は２〜４倍の熱伝導率を有することができる。部分結晶化カーボンブラックは、未処理のカーボンブラックに対して、複合ポリマー組成物の熱伝導率を少なくとも１０％改善することができる。

別の態様において、ポリマー前駆体組成物が提供され、その組成物が、ポリマー化可能なモノマー又はオリゴマーを含むポリマー前駆体と、モノマー又はオリゴマー中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、カーボンブラックは、１２０ｃｍ³／１００ｇ超かつ２００ｃｍ³／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ²未満の表面エネルギーと、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）とを有する。ポリマー前駆体は、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンから選択されるポリマーの前駆体であることができる。ポリマー前駆体は、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリエチレン（ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、 メタロセン中密度ポリエチレン（ｍＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリプロピレンのコポリマー、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルＥＰＤＭスチレン（ＡＥＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テトラエチレンヘキサプロピレンフッ化ビニリデンポリマー（ＴＨＶ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、コポリエステル、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）及びポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）から選択されるポリマーの前駆体であることができる。ポリマー前駆体は、アクリル、エポキシ、シリコーン、フェノール、ポリイミド、プラスチゾル、及びポリ酢酸ビニルからなる群より選択されるポリマーの前駆体であることができる。ポリマー前駆体は、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンの前駆体を含むことができる。組成物は、３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子、例えば、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、又はアルミナをさらに含むことができる。部分結晶化カーボンブラック：窒化ホウ素などの非炭素質粒子の容量比は、１：１〜１：１０であることができる。ポリマー化した場合、ポリマー前駆体組成物は、ポリマー前駆体のポリマー化物の熱伝導率より少なくとも１．６倍、少なくとも１．７倍、又は２〜４倍の熱伝導率を有することができる。部分結晶化カーボンブラックは、未処理のカーボンブラックに対して、ポリマー前駆体組成物のポリマー化物の熱伝導率を少なくとも１０％改善することができる。

別の態様において、複合ポリマー組成物又はポリマー前駆体組成物は、２９Å、３０Å、３１Å若しくは３５Å超、及び／又は、６５Å、６０Å、５５Å、５０Å若しくは４５Å未満のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を有するカーボンブラックを含む。カーボンブラックの表面エネルギーは、４ｍＪ／ｍ²未満、３ｍＪ／ｍ²未満若しくは２ｍＪ／ｍ²未満、及び／又は０ｍＪ／ｍ²超であることができる。カーボンブラックは、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上又は６０％以上の比結晶化度を有することができる。カーボンブラックのＢＥＴ表面積は、４２５±２５ｍ²／ｇ未満、３００ｍ²／ｇ未満、２５０ｍ²／ｇ未満、４０〜４００ｍ²／ｇ、４６〜４００ｍ²／ｇ、４０〜３００ｍ²／ｇ、又は４０〜２００ｍ²／ｇであることができる。複合ポリマー組成物又はポリマー前駆体組成物は、ワイヤ及びケーブル外被、３Ｄ印刷製品、自動車部品、並びにＬＥＤケーシング及び固定冶具のような製品を作るために使用することができる。カーボンブラックは、実質的に多面体の一次粒子形状を示すことができ、４２５ｍｇ／ｇ未満、３５０ｍｇ／ｇ未満、３００ｍｇ／ｇ未満、２５０ｍｇ／ｇ未満、又は２００ｍｇ／ｇ未満のヨウ素価を有することができる。カーボンブラックは、未修飾のカーボンブラックであることができる。複合ポリマー組成物又はポリマー前駆体組成物は、部分的に結晶化していてもよいか又はしていなくてもよい第２のカーボンブラックを含むことができる。部分結晶化カーボンブラックは、ベースカーボンブラックのラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を５Å超、１０Å超、１５Å超、又は２０Å超増加することによって作ることができる。

ベースカーボンブラックの熱伝導率を部分結晶化カーボンブラック誘導体の２つの実施形態と比較した棒グラフである。 第２のベースカーボンブラックの熱伝導率を部分結晶化カーボンブラック誘導体の３つの実施形態と比較した棒グラフである。 第３のベースカーボンブラックの熱伝導率を部分結晶化カーボンブラック誘導体の実施形態と比較した棒グラフである。 第４のベースカーボンブラックの熱伝導率を部分結晶化カーボンブラック誘導体の実施形態と比較した棒グラフである。 第５のベースカーボンブラックの熱伝導率を部分結晶化カーボンブラック誘導体の実施形態と比較した棒グラフである。 それぞれが異なる充填材を含む３つのポリマー複合体の熱伝導率を図示したグラフを提供する。 図６のポリマー複合体、並びに、両方が窒化ホウ素及びカーボンブラック粒子を含む２つの比較例の熱伝導率を図示したグラフを提供する。 図７のポリマー複合体、並びに、高熱伝導性粒子及び部分結晶化カーボンブラック粒子を含むポリマー複合体の第３の実施形態の熱伝導率を図示したグラフを提供する。

１つの態様において、少なくとも１つのポリマーと、少なくとも１つの部分結晶化カーボンブラックとを含むポリマー系が提供される。部分的に結晶化した（部分的に黒鉛化した）カーボンブラックは、それらの対応するベースカーボンブラックより高い結晶化度及び低い表面エネルギーを有し、以下で説明するように、低結晶形態のカーボンブラックに比べ、改善した伝熱能力を提供することができる。本明細書で示されるように、部分結晶化カーボンブラックはまた、従来のカーボンブラックを使用する同様の系と比べた場合、それらを分散したポリマー前駆体のレオロジーを改善することができる。本明細書で説明されるポリマー系は、部分結晶化カーボンブラックが伝熱効率を改善するために分散することができる任意の合成ポリマーであることができる。また、本発明者らは、過剰に結晶化されたカーボンブラックは、低結晶カーボンブラックにより示される促進した熱伝導特性を提供しないことを発見した。すなわち、不十分な黒鉛化及び過剰な黒鉛化の両方は、本明細書に開示される実施形態に係るカーボンブラックにより示される熱伝導率の利益を提供しない。

ポリマー組成物は、硬化ポリマー及びプレポリマー組成物の両方を含む。本明細書で使用される場合、「ポリマー」又は「ポリマーマトリックス」は、ポリマー化された後はポリマー組成物の形態であり、そして、物品、例えばプラスチック品を製造するためのマスターバッチ、化合物又はその他のものとして使用するのに適することができる。本明細書で使用される場合、「プレポリマー」は、まだポリマー化していないモノマー又はオリゴマーからなるポリマー組成物である。ポリマーは、当業者に公知な方法、例えば、熱、放射線、溶媒蒸発、化学触媒作用又は加硫により硬化するポリマーであることができる。ポリマーは、１つ、２つ、３つ又は複数成分のプレポリマー系に基づくことができる。「ポリマー複合体（ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」又は「ポリマー複合体（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」は、少なくとも１つのポリマーと、第２の異なる成分とを含む材料である。複合体の第２の成分は、粒子、繊維、顔料又は第２のポリマーであることができ、第２のポリマーは第１のポリマーと異なり、均一に混合されない。

幾つかの実施形態において、１つ又は複数のポリマーは、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーであることができる。ポリマー系はプラスチックであることができる。これらのプラスチック系は、成形、押出、コーティング、圧延、又は他の方法でポリマー成分にされたものから選択することができる。さらに、ポリマー群は、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、及び／又は１つ、２つ、３つ若しくはそれ以上の異なる繰り返し単位を含有するポリマーであることができる。さらに、ポリマー群は、任意のタイプのポリマー群、例えば、ランダムポリマー、交互ポリマー、グラフトポリマー、ブロックポリマー、星形ポリマー、及び／又はくし形ポリマーであることができる。ポリマー群は、１つ又は複数のポリブレンドであることができる。ポリマー群は、相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）、同時相互貫入ポリマーネットワーク（ＳＩＮ）、又は相互貫入エラストマーネットワーク（ＩＥＮ）であることができる。

ポリマーの具体例としては、限定されないが、直鎖状高分子、例えば、ポリエチレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリカプロラクタム（ナイロン）、ポリイソプレンなどが挙げられる。使用するのに適したポリマーの他の一般的な分類としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ電解質、ポリエステル、ポリエーテル、エポキシ、ポリ無水物、（ポリヒドロキシ）ベンゼン、ポリイミド、硫黄含有ポリマー（例えば、ポリスルフィド、（ポリフェニレン）スルフィド、及びポリスルホン）、ポリオレフィン、ポリメチルベンゼン、ポリスチレン及びスチレンコポリマー（ＡＢＳ含有）、アセタールポリマー、アクリルポリマー、アクリロニトリルポリマー及びコポリマー、ハロゲン含有ポリオレフィン（例えば、ポリ塩化ビニル及びポリ塩化ビニリデン）、フルオロポリマー、アイオノマーポリマー、１つ又は複数のケトン基を含有するポリマー、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、１つ又は複数のオレフィン二重結合を含有するポリマー（例えば、ポリブタジエン及びポリジシクロペンタジエン）、ポリオレフィンコポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリシロキサン、ポリ（ビニルアルコール）、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。幾つかの実施形態において、ポリマーは、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエステル、又はそれらの混合物である。特に適切なポリマーとしては、ポリオレフィン及びポリアミドが挙げられる。

幾つかの実施形態において、ポリマーは、例えば、ポリオレフィン、ビニルハライドポリマー、ビニリデンハライドポリマー、ペルフルオロ化ポリマー、スチレンポリマー、アミドポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエーテル、ポリケトン、ポリアセタール、ビニルアルコールポリマー、又はポリウレタンであることができる。有用なポリマー又は樹脂としては、ＰＥＴ又はポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ＰＢＴ又はポリブチレンテレフタレート及びＰＢＴ合金、ポリプロピレン、ポリウレタン、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ＡＢＳ又はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー、ＰＶＣ又はポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリカーボネート、ＰＰ／ＰＳ又はポリプロピレンポリスチレン合金、ナイロン、ポリアセタール、ＳＡＮ又はスチレンアクリロニトリル、アクリル、セルロース、ポリカーボネート合金、並びにＰＰ又はポリプロピレン合金が挙げられる。これらの材料の他の組み合わせを使用することができる。

様々なポリマーを部分結晶化カーボンブラックと組み合わせて複合ポリマーを形成することができる。複合ポリマーとしては、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリエチレン（ＰＥ、例えば、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、メタロセン中密度ポリエチレン（ｍＬＬＤＰＥ））、ポリプロピレン、ポリプロピレンのコポリマー、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプロピレンジエンターポリマー（例えばＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルＥＰＤＭスチレン（ＡＥＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ、例えば、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１１、ＰＡ１２及びＰＡ４６）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テトラエチレンヘキサプロピレンフッ化ビニリデンポリマー（ＴＨＶ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、コポリエステル、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、及びポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）を挙げることができる。具体的な配合物としては、ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＣ／ＰＢＴ、ＰＰ／ＥＰＤＭ、ＰＰ／ＥＰＲ、ＰＰ／ＰＥ、ＰＡ／ＰＰＯ、及びＰＰＯ／ＰＥが挙げられる。ポリマー組成物は、所望の全体の特性、例えば、漆黒性、伝導率、硬さ、剛性、平滑性、及び引張特性を得るために最適化することができる。上述のリストは、排他的であることを意味するのではなく、使用することができる様々な材料の単なる例示を意味するものである。これらのポリマー材料のうち１つ又は複数を含有するポリマーの配合物であって、説明したポリマーが主成分又は微量成分のいずれかとして存在する配合物をまた使用することができる。ポリマーの具体的なタイプは、所望の用途に依存する場合がある。ポリマーの具体例は、以下でより詳細に説明される。

一般的に、ｔｈｅ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＫＩＲＫ−ＯＴＨＭＥＲ（１９８２）のＶｏｌｕｍｅ１８の３２８〜８８７頁、Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ’９８のＢ−３〜Ｂ−２１０頁、及び、Ｃ．Ａ．Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌａｎｃａｓｔｅｒ，Ｐａ．による“Ｐｏｌｙｍｅｒｓ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”（１９８９）に記載されるポリマー群は、全てが参照することにより本明細書に全体として組み込まれ、１つ又は複数のポリマーとして使用することができる。ポリマーは、多くの方法で調製することができ、そのような方法は当業者に公知である。上記のＫＩＲＫ−ＯＴＨＭＥＲセクション、Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ，及びＣ．Ａ．Ｄａｎｉｅｌｓの文献は、これらのポリマーを調製することができる方法を提供している。

本開示のポリマー組成物はまた、それらの公知の目的及び量のために、適切な添加剤を含むことができる。例えば、組成物はまた、架橋剤、加硫剤、安定剤、顔料、染料、着色剤、金属不活性剤、油増量剤、潤滑剤、及び／又は無機充填材などの添加剤と、本明細書の他の箇所で議論した他の添加剤とを含むことができる。幾つかの実施形態において、複合体はまた、熱伝導率を増加するための追加の粒状物を含むことができる。多くの実施形態において、カーボンブラックは粒状物のみであり、ポリマー複合体は他の粒状物を含まないことができる。幾つかの実施形態において、カーボンブラックは、ポリマー複合体中で５０ｗｔ％超、７５ｗｔ％超、又は９５ｗｔ％超の粒状材料を含むことができる。

商業的に利用可能な混合機を使用する、様々な成分を共に混合するような従来技術を使用して、ポリマー組成物を調製することができる。組成物は、当技術分野で周知のプロセスのようなバッチ式又は連続式混合プロセスにより調製することができる。例えば、不連続密閉式混合機、連続密閉式混合機、往復単一スクリュー押出機、ツイン及びシングルスクリュー押出機などの設備を使用して、配合物の成分を混合することができる。カーボンブラックは、多成分ポリマー系の成分の１つ又は複数に加えることができ、成分のそれぞれにおいて同一又は異なる濃度で組み込むことができる。例えば、２成分エポキシ系において、カーボンブラックをエポキシ樹脂、架橋剤、又はその両方の中に混合することができる。コポリマー及びターポリマーについては、部分結晶化カーボンブラックは、プレポリマー成分の１つ、複数又は全ての中に組み込むことができる。幾つかの例において、各成分中の部分結晶化カーボンブラックの濃度を変更して、様々な成分の粘度に適合することを補助することができ、又は他の方法で成分の混合を改善することができる。部分結晶化カーボンブラックはまた、ポリマー配合物中で使用することができる。本明細書で使用される場合、ポリマー配合物は、２つ以上の異なるポリマーの均一な混合物であり、コポリマー又はターポリマーとは異なる。部分結晶化カーボンブラックは、硬化の前にポリマー配合物中に直接導入することができ、第２のポリマー前駆体との配合の前にポリマー前駆体の１つ又は複数に導入することができる。部分結晶化カーボンブラックはまた、硬化の前に同様又は異なるポリマー系の中にその後混合するためのキャリアとして使用されるマスターバッチの中に組み込むことができる。マスターバッチ中で、部分結晶化カーボンブラックの濃度は、得られる複合ポリマー組成物より極めて多い（例えば、２倍以上、３倍以上、４倍以上、又は２〜１０倍、例えば３〜８倍又は２〜６倍）ことができる。自動車用途についての物品としてそのような材料を製造する将来の使用のために、部分結晶化カーボンブラックを含む複合ポリマー組成物を混合して、ペレット状に形成することができる。

部分結晶化カーボンブラックは、粒子を完全に結晶化させることなく、（例えば、炉、熱、ランプ、プラズマ又はアセチレン分解プロセスで作られる）ベース（未処理）カーボンブラックの結晶化度を増加させることで形成することができる。ベースファーネスブラックは、１６〜２１Åの範囲の典型的なラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を有する天然結晶化度を示す。ある実施形態において、ベースカーボンブラックは、ベースカーボンブラックの制御された熱処理により部分的に結晶化される。カーボンブラックは、それがカーボンブラック粒子の形態、表面エネルギー、及び結晶化度を変える二次（一次粒子の製造後）熱処理にさらされる場合に、「熱処理又は熱加工される」、又は「熱的に処理又は加工される」。カーボンブラック粒子の結晶化はまた、一次粒子の形状を変えることができ、例えば、実質的に球状から、より（しかし必ずしも完全でない）多面体形状に変えることができる。

部分結晶化カーボンブラックは、容易に利用可能なベースカーボンブラックから形成することができる。用いることができる適切なベースカーボンブラックとしては、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２Ｒ、及びＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ５００のカーボンブラック、並びに、キャボットコーポレーションから全て利用可能なＲｅｇａｌ（登録商標）、Ｂｌａｃｋ Ｐｅａｒｌｓ（登録商標）、Ｓｐｈｅｒｏｎ（登録商標）、ＣＳＸ（商標）、Ｖｕｌｃａｎ（登録商標）及びＳｔｅｒｌｉｎｇ（登録商標）の名の下で販売される他のカーボンブラックが挙げられる。他のカーボンブラック、例えば、ＡｋｚｏＮｏｂｅｌにより供給されるＫＥＴＪＥＮ（登録商標）ＥＣ３００及びＫＥＴＪＥＮ（登録商標）ＥＣ６００のカーボンブラック；Ｅｖｏｎｉｋにより供給されるＰＲＩＮＴＥＸ（登録商標）ＸＥカーボンブラック；ＴＩＭＣＡＬにより供給されるＥｎｓａｃｏ（登録商標）３５０カーボンブラック；Ｂｉｒｌａ Ｃａｒｂｏｎから入手可能なＲａｖｅｎ（登録商標）、ＸＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｕｌｔｒａ（登録商標）、他のカーボンブラック；Ｏｒｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｃａｒｂｏｎｓ；Ｓ．Ａから入所可能なＣｏｒａｘ（登録商標）、Ｄｕｒｅｘ（登録商標）、Ｅｃｏｒａｘ（登録商標）、Ｓａｂｌｅ（商標）及びＰｕｒｅｘ（登録商標）商標及びＣＫライン；Ｕｎｉｐｅｔｒｏｌ ＲＰＡ（Ｕｎｉｐｅｔｒｏｌ Ｇｒｏｕｐ）により供給されるＳ．Ａ．，及びＣｈｅｚａｃａｒｂ（登録商標）Ｂカーボンブラックをまた、ベースカーボンブラックとして利用することができる。

結晶化度の１つの測定は、ラマン微結晶平面寸法である。Ｌ_a（結晶平面寸法）のラマン測定は、Ｇｒｕｂｅｒらの「Ｒａｍａｎ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｈｅａｔ−Ｔｒｅａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋｓ，”Ｃａｒｂｏｎ Ｖｏｌ．３２（７），ｐｐ．１３７７ １３８２，１９９４」に基づき、これは参照することにより本明細書に組み込まれる。カーボンのラマンスペクトルは、それぞれ「Ｄ」バンド及び「Ｇ」バンドとして示される約１３４０ｃｍ^-1及び１５８０ｃｍ^-1での２つの主要な「共鳴」バンドを含む。一般的に、Ｄバンドは不規則ｓｐ²カーボンに起因し、Ｇバンドは黒鉛又は「規則」ｓｐ²カーボンに起因すると考えられる。経験的なアプローチを使用して、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定されるＬ_a及びＧ／Ｄバンド比は高く相関しており、回帰分析により経験的関係：Ｌ_a＝４３．５×（Ｇバンド領域／Ｄバンド領域）が与えられ、Ｌ_aはオングストロームで計算される。したがって、より高いＬ_a値は、より規則的な結晶構造に対応する。結晶化度はまた、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定することができる。

１つの製造方法において、熱処理されたカーボンブラックは、管炉中で又は他の適切なヒーター中で調製することができる。炉は、電気的に又は化石燃料の燃焼により加熱することができる。カーボンブラック層（ｂｅｄ）の温度は、カーボンブラックの全てが同一の反応条件にさらされることを保証するように、全体を通じて一貫している場合がある。カーボンブラック層は静止していることがあり又は流動層であることがある。試料は、例えば以下で提供されるように、所望の部分結晶化度に達するがそれを超えないのに十分な時間の間、特定の温度にさらすことができる。試料は、不活性環境において熱的に処理することができ、窒素のような不活性ガスは、カーボンブラックを通じて又はカーボンブラック上を通り、カーボンブラックから失われる任意の揮発物の除去を助けることができる。様々な時間間隔を試すことにより、オペレータは、試料を分析することができ、カーボンブラックの結晶化度レベルを正確に決定することができる。当業者は、そのような処理の後にカーボンブラックをサンプリングすることができ、ラマン微結晶化度を分析し、それに応じて、例えば標的レベルの結晶化度又は表面エネルギーを達成するためのプロセスを調整する。特定のベースカーボンブラックについて時間温度プロファイルが決定された後、その特定のベースカーボンブラック上で、そのプロファイルを繰り返して、例えば、所望の結晶化度、表面エネルギー、表面積及びＯＡＮ構造を有する部分結晶化カーボンブラックを複製することができる。熱処理の他の方法は当業者に公知であり、そして、同様に較正することができる。

様々な実施形態において、カーボンブラック粒子は、６００℃以上、７００℃以上、８００℃以上、１０００℃以上、１１００℃以上、１２００℃以上、１３００℃以上、１４００℃以上、１５００℃以上、又は１６００℃以上の温度にさらすことができる。他の実施形態において、カーボンブラック粒子は、６００℃未満、８００℃未満、１０００℃未満、１１００℃未満、１２００℃未満、１３００℃未満、１４００℃未満、１５００℃未満、１６００℃未満、１７００℃未満、又は１８００℃未満の温度にさらすことができる。処理のための具体的な温度範囲としては、１０００〜１８００℃、１１００〜１７００℃、１１００〜１６００℃、１１００〜１５００℃、１１００〜１４００℃、及び１１００〜１３００℃が挙げられる。その処理は、窒素のような不活性中で行うことができる。選択した温度での材料の滞留時間は、ミリ秒程度に短いか、又は３０分間以上、１時間、２時間又は２時間超であることができる。幾つかの実施形態において、滞留時間は、１０時間未満、３時間未満、２時間未満、９０分間未満、１時間未満、又は３０分間未満に制限することができる。温度を一定に保つことができ、又は代替的な実施形態において、滞留時間の間に温度を上下に傾斜をつけることができる。

幾つかの実施形態において、部分結晶化カーボンブラックは、２０Å以上、２３Å以上、２４Å以上、２５Å以上、２６Å以上、２７Å以上、２８Å以上、２９Å以上、３０Å以上、３５Å以上、又は４０Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を有することができる。幾つかの場合において、部分結晶化カーボンブラックは、１００Å以下、７５Å以下、５０Å以下、４０Å以下、３５Å以下、又は３０Å以下のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を有する。ラマン分光法により測定される結晶化度はまた、粒子の比結晶化度を使用して表すことができ、幾つかの場合において、比結晶化度は、２５超、３０超、３５超、３７超、４０超、４２超、又は５０超であることができる。同一又は異なる例では、６５未満、６０未満、５５未満、５０未満、４５未満、４２未満、４０未満、３８未満、３５未満、３２未満、又は２７未満の比結晶化度を示すことができる。

部分結晶化は、ベースカーボンブラックの天然ラマン微結晶平面寸法を、２Å以上、４Å以上、６Å以上、８Å以上、１０Å以上、１２Å以上、１４Å以上、１６Å以上、１８Å以上、２０Å以上、２２Å以上又は２４Å以上増加させること、及び／又は天然ラマン微結晶平面寸法を、３５Å以下、３０Å以下、２５Å以下、２０Å以下、１５Å以下又は１０Å以下増加させることを含むことができる。同様に、ベースカーボンブラックの天然ラマン微結晶平面寸法を、１０％超、２０％超、３０％超、５０％超、７５％超、１００％超、１２０％超又は１５０％超増加させることができる。幾つかの実施形態において、ベースカーボンブラックのラマン微結晶平面寸法の増加は、１０％未満、２０％未満、３０％未満、５０％未満、７５％未満、１００％未満、１２０％未満又は１５０％未満に限定されることができる。結晶化の量は、様々な時間間隔においてカーボンブラックの試料を取り出し、ラマン微結晶平面寸法を測定することで確認することができる。

ベースカーボンブラックの処理により、ラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）を、５Å超、１０Å超、１５Å超、２０Å超又は２５Å超増加させることができ、表面エネルギーを減少させ、一方で、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）表面積の減少を２５％以下、例えば１０％以下限定することができ、又はベースカーボンブラックのＢＥＴ表面積に対して１〜２５％、５〜２５％、１０〜２５％、１〜１０％又は５〜１０％減少させることができる。同様に、ベースカーボンブラックと比較した場合に部分結晶化カーボンブラックが５％未満、１０％未満又は２５％未満減少したＯＡＮ構造を有するように、ＯＡＮ構造を保つことができる。

カーボンブラック粒子の表面エネルギー（ＳＥ）は、重量計器を使用して水蒸気吸着を測定することで決定することができる。カーボンブラックの試料は、湿気のあるチャンバー中の微量てんびん上に乗せられ、一連の相対湿度のステップ変化で平衡させる。質量変化を記録する。相対湿度の関数とした平衡質量の増加を使用して、蒸気吸着等温線がもたらされる。試料のための拡散圧力（ｍＪ／ｍ²）は、π_e／ＢＥＴとして計算され、式中において、
であって、Ｒは理想気体定数、Ｔは温度、Γは吸着した水のモル数、ｐ０は蒸気圧、ｐは各増加ステップにおける蒸気の部分圧力である、拡散圧力は、固形物の表面エネルギーに関連し、固形物の疎水／親水特性の指標であり、より低い表面エネルギー（ＳＥ）はより高い疎水性に対応している。

幾つかの実施形態において、部分結晶化カーボンブラックは、１０ｍＪ／ｍ²以下、９ｍＪ／ｍ²以下、８ｍＪ／ｍ²以下、７ｍＪ／ｍ²以下、６ｍＪ／ｍ²以下、５ｍＪ／ｍ²以下、又は３ｍＪ／ｍ²以下の表面エネルギー（ＳＥ）を有する。同一及び他の実施形態において、部分結晶化カーボンブラックは、０ｍＪ／ｍ²超、１ｍＪ／ｍ²超、２ｍＪ／ｍ²超、３ｍＪ／ｍ²超、４ｍＪ／ｍ²超、５ｍＪ／ｍ²超、６ｍＪ／ｍ²超、７ｍＪ／ｍ²超、ｍＪ／ｍ²超８、又は９ｍＪ／ｍ²超の表面エネルギー（ＳＥ）を有する。

カーボンブラックの表面積を測定する１つの方法は、ブルナウアー−エメット−テラー（ＡＳＴＭ６５５６によるＢＥＴ）法である。本明細書で使用される部分結晶化カーボンブラックの異なる実施形態では、１００ｍ²／ｇ以上、例えば１００〜６００ｍ²／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有することができる。他の場合において、部分結晶化カーボンブラックは、２００ｍ²／ｇ以上、３００ｍ²／ｇ以上、４００ｍ²／ｇ以上、５００ｍ²／ｇ以上又は６００ｍ²／ｇ以上のＢＥＴを有する。幾つかの実施形態において、部分結晶化カーボンブラックのＢＥＴは、１２００ｍ²／ｇ未満、１０００ｍ²／ｇ未満、８００ｍ²／ｇ未満、７００ｍ²／ｇ未満、６００ｍ²／ｇ未満、又は５００ｍ²／ｇ未満である。特定のある実施形態において、ＢＥＴ表面積は、４０〜４００ｍ²／ｇ、４６〜３５０ｍ²／ｇ、４０〜３００ｍ²／ｇ、又は４０〜２００ｍ²／ｇの範囲であることができる。別の実施形態において、ＢＥＴ表面積は４２５±２５ｍ²／ｇ未満である。

カーボンブラックの表面積を特徴づける他の方法は、統計的厚さ比表面積（ＡＳＴＭ Ｄ６５５６に従ったＳＴＳＡ）を使用することである。本明細書で説明するカーボンブラックの多くのＳＴＳＡは、１００ｍ²／ｇ以上、例えば、１００〜６００ｍ²／ｇの範囲であることができる。他の場合において、部分結晶化カーボンブラックは、２００ｍ²／ｇ以上、３００ｍ²／ｇ以上、４００ｍ²／ｇ以上、５００ｍ²／ｇ以上、又は６００ｍ²／ｇ以上のＳＴＳＡを有する。幾つかの実施形態において、部分結晶化カーボンブラックのＳＴＳＡは、１２００ｍ²／ｇ未満、１０００ｍ²／ｇ未満、８００ｍ²／ｇ未満、７００ｍ²／ｇ未満、６００ｍ²／ｇ未満、又は５００ｍ²／ｇ未満である。

熱処理は、部分結晶化を提供する１つの方法ではあるが、具体的な温度、滞留時間、及び炉形状は、所望のレベルの結晶化度、構造、表面積及び表面エネルギーに達するように調整されることが必要である場合がある。例えば、制限された時間（例えば、１０時間未満、２時間未満又は１時間未満）で、１１００〜１８００℃の範囲の温度においてベースカーボンブラックを加熱することで調製される部分結晶化カーボンブラックは、１００〜１１００ｍ²／ｇの範囲のＢＥＴ表面積（ＡＳＴＭ６５５６）と、１つ又は複数の他の特性、例えば、１０ｍＪ／ｍ²以下（例えば、９ｍＪ／ｍ²以下、６ｍＪ／ｍ²以下、又は３ｍＪ／ｍ²以下）の表面エネルギー（ＳＥ）、２２Å以上かつ６０Å未満の（例えば、２２〜６０Å、２５Å以上、又は２５〜５０Åなど）のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_a）、又はそれらの組み合わせとを有する熱的に処理されたカーボンブラックを作り出すことができる。

多くの実施形態において、部分結晶化カーボンブラックの構造は、特定の範囲内で制御することができる。構造は、当業者に公知であり、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に記載される吸油価（ＯＡＮ）を使用して測定することができる。例えば、ＯＡＮは、１２０ｃｍ³／１００ｇ超、１４０ｃｍ³／１００ｇ超、又は１６０ｃｍ³／１００ｇ超であることができる。他の実施形態において、２００ｃｍ³／１００ｇ未満、１８０ｃｍ³／１００ｇ未満、又は１６０ｃｍ³／１００ｇ未満であることができる。ある実施形態において、ＯＡＮは、１２０ｃｍ³／１００ｇ超かつ２００ｃｍ³／１００ｇ未満であることができる。実験データは、ベースカーボンブラックのＯＡＮが低すぎると、部分的な結晶化が熱伝導率に改善を提供しないことを示している。

１つの熱処理の実施形態において、部分結晶化の前のカーボンブラック（ベースカーボンブラック）は、１０ｍＪ／ｍ²超の表面エネルギー及び５０ｍ²／ｇ以上のＢＥＴ表面積（ＡＳＴＭ６５５６）を有する。例えば、ＢＥＴ表面積は、１００ｍ²／ｇ以上、２００ｍ²／ｇ以上、３００ｍ²／ｇ以上、５００ｍ²／ｇ以上、１０００ｍ²／ｇ以上、１２００ｍ²／ｇ以上、１３００ｍ²／ｇ以上、１４００ｍ²／ｇ以上、又は１５００ｍ²／ｇ以上であることができる。同一又は異なる実施形態において、ＢＥＴ表面積は、１５０ｍ²／ｇ以下、３００ｍ²／ｇ以下、５００ｍ²／ｇ以下、１０００ｍ²／ｇ以下、１５００ｍ²／ｇ以下、又は２１００ｍ²／ｇ以下であることができる。ベースカーボンブラックは、幾つかの場合において、１０ｍＪ／ｍ²超の表面エネルギー及び２００〜１５００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積、例えば、３００〜１５００ｍ²／ｇ、５００〜１５００ｍ²／ｇ、１０００〜１５００ｍ²／ｇ、３００〜１０００ｍ²／ｇ、５００〜１０００ｍ²／ｇ、３００〜５００ｍ²／ｇ、又は２００〜５００ｍ²／ｇを有する。ＢＥＴ表面積の同一の範囲は、これらのベースカーボンブラックから作られた部分結晶化カーボンブラックにおいて維持することができるが、表面エネルギーは、典型的に、ベースカーボンブラックより低い。ベースカーボンブラックはファーネスブラックであることができる。

特定のある例において、部分結晶化カーボンブラックは、１２５〜１７５ｍ²／ｇ、例えば、約１３８〜１６９ｍ²／ｇの範囲内、例えば１３０ｍ²／ｇ、１３５ｍ²／ｇ、１３８ｍ²／ｇ、１４２ｍ²／ｇ、１４７ｍ²／ｇ、１５０ｍ²／ｇ、１５５ｍ²／ｇ、１６０ｍ²／ｇ、１６５ｍ²／ｇ又は１６９ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積；１３５〜１４２ｍ²／ｇの範囲内、例えば、１３６ｍ²／ｇ、１３７ｍ²／ｇ、１３８ｍ²／ｇ、１３９ｍ²／ｇ、１４０ｍ²／ｇ又は１４１ｍ²／ｇの外面積（ＳＴＳＡ）；０．４４〜０．４９ｍｌ／ｇ、例えば、０．４５ｍｌ／ｇ、０．４６ｍｌ／ｇ、０．４７ｍｌ／ｇ又は０．４８ｍｌ／ｇの全体孔体積；２８．４〜３４．６Å、例えば、２９．０Å、２９．５Å、３０．０Å、３０．５Å、３１．０Å、３１．５Å、３２．０Å、３２．５Å、３３．０Å、３３．５Å又は３４．０Åのラマン結晶度（Ｌ_a）；並びに、４．９〜６．３ｍＪ／ｍ²、例えば、５．２ｍＪ／ｍ²、５．５ｍＪ／ｍ²、５．８ｍＪ／ｍ²又は６．１ｍＪ／ｍ²の表面エネルギー（ＳＥ）を有する。

部分結晶化カーボンブラックのＡＳＴＭ Ｄ１５１０に係るヨウ素価は、例えば、４５０ｍｇ／ｇ未満、４２５ｍｇ／ｇ未満、４００ｍｇ／ｇ未満、３５０ｍｇ／ｇ未満、３００ｍｇ／ｇ未満、２５０ｍｇ／ｇ未満、２００ｍｇ／ｇ未満であることができる。同一又は他の実施形態において、ヨウ素価は、５０ｍｇ／ｇ超、１００ｍｇ／ｇ超、１５０ｍｇ／ｇ超、２００ｍｇ／ｇ超、２５０ｍｇ／ｇ超又は３００ｍｇ／ｇ超であることができる。

本明細書で説明する部分結晶化カーボンブラックは、典型的に未修飾であり、これは、これらが有機処理を含まないことを意味する。本明細書で使用される場合、未修飾のカーボンブラックは、それに化学的に結合した有機基を有さないカーボンブラックである。

利用するポリマー系、特定の最終用途、混合技術、発生した粘度、最終製品の所望の特性、及び他の事項に適した任意の量でカーボンブラックを提供することができる。部分結晶化カーボンブラックは、全体濃度中で、約１２〜約２８ｗｔ％、好ましくは１５〜２５ｗｔ％、例えば、１２〜２０ｗｔ％、１５〜２３ｗｔ％、又は１７〜２８ｗｔ％の一般的な範囲内で、系中に存在することができる。日常の実験により決定する場合、他の充填レベルを使用することができる。充填レベルが極めて高いと、得られるポリマー組成物が物品を形成するには極めて高い粘度になり、充填レベルが低いと、十分な熱伝導率が提供されない。カーボンブラックの全体量を１つの成分のみに加えることができ、又は、用いるポリマー系を作り上げる複数又は全ての成分の間に分割することができる。２つの、３つ又は４つ以上の異なるカーボンブラックの混合物をまた使用することができる。

本明細書で説明する部分結晶化カーボンブラックは、同一のポリマー系において、対応するベースカーボンブラックと比べた場合、改善した熱伝導率、並びに改善したレオロジーを提供することができる。例えば、ポリマー前駆体中での部分結晶化カーボンブラックの使用は、粘度の増加なく高い充填量を可能とし、又は代替的に、同様の充填量及びより低い粘度を可能とすることができる。例えば１２〜２８ｗｔ％の濃度でポリマー系中において使用される場合、２１Å未満のラマン微結晶化度（Ｌ_a）を示す対応するベースカーボンブラックと比較すると、部分結晶化カーボンブラックは、対応するベースブラックに比べて熱伝導率を５％超、１０％超、１５％超又は２０％超改善することができる。同一の濃度において、バージンポリマーに対して１．６倍超、例えば、バージンポリマーに対して１．７〜３倍、又は２〜４倍、熱伝導率を改善することができる。同一の濃度において、ポリマー前駆体のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を、５０％超、１００％超又は１５０％超改善することができる。熱伝導率及び粘度のこれらの改善は、独立して又は連動して得ることができる。例えば、１対１対応でベースカーボンブラックを部分結晶化カーボンブラックに置換すると、改善した粘度及び改善した熱伝導率の両方を示すポリマー組成物を提供することができる。代替的に、ベースカーボンブラックを部分結晶化カーボンブラックに置換することは、ポリマー組成物に加えられるカーボンブラックの量が、カーボンブラックのより効率的なグラムあたりの伝熱と、組成物中のカーボンブラックのより高い充填量とに起因して、流れ特性の損失はないが、熱伝導率の実質的利得を含み増加させることができることを意味する。別の態様において、ポリマー組成物中での部分結晶化カーボンブラックの使用は、ポリマー組成物中での熱伝導率の損失なく、低減した量のカーボンブラックの使用を可能とする。

幾つかの実施形態において、ポリマー系は、ポリマーと、部分結晶化カーボンブラックとからなるか、又はそれらから本質的になる。他の実施形態において、複合ポリマー組成物のポリマー成分は、ポリマー系の５０ｗｔ％超、７５ｗｔ％超、又は８５ｗｔ％超を占める。別の実施形態において、ポリマー系は、ポリマーと、部分結晶化カーボンブラックと、窒化ホウ素（ＢＮ）とからなるか、又はそれらから本質的になる。

カーボンブラック及びポリマー成分以外の成分は、本明細書で説明するポリマー中に存在することができ、及び／又はその調製において利用することができる。これらの成分（「添加剤」とも称される）の性質、量及び／又は割合は、典型的に、利用するポリマー系、最終用途、処理条件、特性、例えば、前駆体配合物の粘度、及び他の事項に依存する。多くの場合において、利用するポリマー系の一部として添加剤が提供され、及び／又は、配合プロセス中、硬化の前若しくは間、又は別の適切な時間に、適切な位置において添加剤を追加することができる。量は、しばしば、選択するポリマー系により事前に決められる。これは、特に棚システムで当てはまる。他の場合において、適切な添加剤量は、経験に基づいて及び／又は日常の実験により決定することができる。追加の成分の例としては、限定されないが、硬化剤、レオロジー改質剤、ワックス、反応性希釈剤、増量剤、顔料、充填材、触媒、ＵＶ及び熱安定剤、接着促進剤、例えば、シラン、界面活性剤、粘着付与剤、溶媒、及びその他が挙げられ、本明細書の他の箇所で議論した他の添加剤を含む。

幾つかの実施形態において、組成物は、伝熱を促進するための第２種の粒子を含むことができる。例えば、部分結晶化カーボンブラックに加えて、組成物は、高熱伝導性（ＨＴＣ）粒子を含むことができる。ＨＴＣ粒子は、セラミックスのような非導電材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、及び窒化ホウ素（ＢＮ）を含む。導電性ＨＴＣ粒子としては、元素表からの金属、例えば、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステン、銀及び金が挙げられる。他のＨＴＣ粒子は、鉱物、例えば、ダイヤモンド、コランダム、ヘマタイト、スピネル、及び黄鉄鉱を含むことができる。ＨＴＣ粒子の特定の形状は、伝熱を改善することができ、粒子は、球、円筒（ロッド）、立方体、刃形、又はプレートレットの形態であることができる。ＨＴＣ粒子はまた、不規則な形状であることができる。幾つかの実施形態において、これらのＨＴＣ粒子は、３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を示す非炭素質粒子を含む。部分結晶化カーボンブラックと併用することができるＨＴＣ粒子の具体例としては、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＡｌ₃Ｏ₂が挙げられる。幾つかの場合において、ＢＮのようなＨＴＣ粒子と部分結晶化カーボンブラックとの組み合わせは、全体が等量の充填量（質量又は容量）のＢＮのみより効率的な伝熱を提供することを示している。例えば、ＢＮのようなＨＴＣ粒子と部分結晶化カーボンブラックとの組み合わせは、ＢＮ及び部分結晶化カーボンブラックがない同一のポリマー組成物に比べて、ポリマー組成物の熱伝導率を１．５倍、２倍、３倍、４倍以上、例えば、１．５〜６倍又は２〜４倍増加させることができる。

本明細書で説明され複合ポリマー及びポリマー前駆体を形成するために、適切な順序で、初期材料の複数又は全ての同時混合を含む適切な混合技術を使用して成分が混合される。

本明細書で使用される場合、ポリマー前駆体は、まだポリマー化していないが、架橋又は他のポリマー化プロセスを通じてポリマーにすることができるモノマー又はオリゴマーである。本明細書において、カーボンブラック複合体を形成するために使用されるポリマー前駆体は、カーボンブラックが前駆体全体にわたって均一に分散することができるのに十分に流体である。１つの例において、部分結晶化カーボンブラックは、熱硬化性のポリマー前駆体のようなポリマー前駆体と組み合わせられる。当技術分野で知られているように、適切な条件下（例えば、特定の温度、圧力、硬化時間、硬化剤の存在、及び／又は他のパラメータ）において、ポリマー前駆体が硬化される（ポリマー化される）。前駆体は、本明細書で説明される導電性材料又はそれらの成分を形成するために用いられる完全なポリマー系であることができる。様々な実施形態において、部分結晶化カーボンブラックは、集合体又は凝集体の形態で分散することができる。

多成分系（すなわち、２つ以上の成分で作られた系）において、カーボンブラックの全体量は、成分の複数又は全ての間で分割することができる。各成分の量の比は、例えば、成分の相対容量によって決めることができる。幾つかの多成分系において、しばしば、処理、例えば混合を容易にするために成分の粘度を適合することが試みられる。そのような場合において、カーボンブラックを、同様の粘度をもたらすために選択された量の２つ以上の前駆体成分に加えることができる。そのような量は、日常の実験で決定されるか又は配合する者の経験に基づいて決定することができる。

各ポリマー前駆体成分中のカーボンブラックの比はまた、当技術分野で知られているように、使用される硬化剤の性質、所望の硬化時間、最終製品の特性などの因子によって決定することができる。カーボンブラック：ポリマー前駆体の重量比は、例えば、１：１〜１：１０、例えば１：２〜１：８又は１：４〜１：６であることができる。他の適切な比を選択することができる。例示の２つの２成分の配合物において、典型的に架橋剤に加えられるより少ない（５０ｗｔ％未満、例えば４０ｗｔ％未満、３０ｗｔ％未満、又は２５ｗｔ％未満、例えば、約４５〜約１５ｗｔ％、４０〜約２０ｗｔ％、又は３５〜約２５ｗｔ％の範囲の）量で、カーボンブラックが両成分に加えられる。

固体の成分をポリマー前駆体と混合することについて、様々な混合技術が公知である。例えば、乾燥粉末混合を、固体形状のポリマー前駆体と共に用いることができる。最終用途に応じて、得られる混合物を液体と組み合わせてスラリー又はペーストを形成することができる。

しかしながら、十分に低い粘度を示す前駆体を用いて、前駆体中にカーボンブラックと、任意選択で他の添加剤とを分散させることで、好適に混合を得ることができる。多くの場合において、カーボンブラックと、任意選択で他の添加剤とは、当技術分野で知られているように、適切な混合設備、例えば、３ロールミル、シグマブレード混合機、高せん断混合機、又は他の物を使用して分散させることができる。混合操作は、手動又は機械によって行うことができる。

プロセスを容易にするために、共溶媒及び／又は分散剤を加えることができる。特定の実施形態において、分散体は、更なる共溶媒及び／又は分散財の非存在下で、すなわち、初期の配合レシピの一部でない共溶媒及び／又は分散剤を加えることなく形成される。他の場合において、本明細書で説明されるようなカーボンブラックを使用することで、元のレシピ（例えば、未処理のカーボンブラックを使用する配合のためのレシピ）で要求される溶媒及び／又は分散剤の量が低減される。

混合物中で達成されるカーボンブラックの分布は、目視により又は適切な量的若しくは質的分析技術により評価することができる。均一又は実質的に均一な分布は、最終製品の導電率、熱伝導率、機械的強度、及び／又は他の特性を促進すると考えられる。

多くの場合において、カーボンブラック及びポリマー前駆体を含む組成物は粘弾性であり、すなわち、変形を受けた際に粘性及び弾性の両方の特性を示す。適用された応力の下で粘性材料はせん断流に耐え、時間と共に線形にひずむのに対して、弾性材料は、引き延ばされ応力が取り除かれた後に元の状態に即座に戻る際にひずむ。粘弾性材料は、両方の特性の要素を有し、時間依存性ひずみを示す。

粘弾性は、典型的に、動的機械分析を使用し、小さい振動応力を適用し、得られるひずみを測定することで調べられる。純弾性材料を用いると、一方によりもたらされる他方の反応が即座であるように、応力及びひずみが対応しているが、純粘性材料においては、ひずみが応力に対して９０°位相が遅れる。粘弾性材料は、中間の挙動を示し、ひずみの幾らかの遅れを示すと考えられる。

複素動的弾性率Ｇは、一般的に、振動応力とひずみの間の関係：Ｇ＝Ｇ’＋ｉＧ”（複素動的弾性率の実数部Ｇ’は貯蔵弾性率であり、虚数部のＧ”は損失弾性率であり、ｉ²＝−１である）を示すために使用される。

σ₀及びε₀がそれぞれ応力及びひずみの振幅である場合、δはその２つの間の位相シフトであり、Ｇ’＝（σ₀／ε₀）ｃｏｓδ、Ｇ”＝（σ₀／ε₀）ｓｉｎδである。

動的機械分析（ＤＭＡ）を行い、弾性率（又は貯蔵弾性率Ｇ’）と、粘性弾性率（又は損失弾性率Ｇ”）と、温度、周波数又は時間の関数とした減衰係数（ｔａｎδ）とを決定することに関する技術は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ４０６５、Ｄ４４４０及びＤ５２７９において説明される。

多くの場合において、カーボンブラック又は他の固体成分を粘弾性組成物と組み合わせることは、その貯蔵弾性率を増加させる傾向にある。しかしながら、過剰な増加は、組成物の混合及び／又は操作、例えば、その適用を、難しくさせるか又は不可能にさせる場合がある。実際に、これは、加えることができるカーボンブラックの量を制限し、したがって、熱伝導率及び／又は第１の場所でカーボンブラックを加えることで求められる他の効果を抑制する。しかしながら、本明細書で説明されるカーボンブラック、例えば部分結晶化カーボンブラックは、貯蔵弾性率の増加を緩和することができることを発見した。例えば、２成分エポキシ系の成分に加えられる部分結晶化カーボンブラックは、ベースカーボンブラックであるカーボンブラックについて以外は組成物と同一（同一の成分及び量）である比較の配合物に比べて、組成物の貯蔵弾性率を約１桁分下げることができる。部分結晶化カーボンブラックを使用して達成可能なより低い粘度によって、配合物のレオロジー的柔軟性（ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）が促進される。

如何なる特定の解釈によって束縛されることを望むわけではないが、粒子−ポリマー適合性及び粒子−粒子結合力は、両方ともポリマー前駆体中のカーボンブラックの分散に影響を与えることができると考えられる。ベースカーボンブラック粒子の下地の構造及び形態は、その部分的に結晶化した形態と比較して本質的に変化しないが、未処理のカーボンブラックと部分結晶化カーボンブラックとは、分散させた場合に異なって挙動すると考えられる。したがって、部分結晶化カーボン粒子の表面は（未処理のカーボンブラックに対して）ポリマーにより適合し、分散を容易にすることができる。粒子−粒子の結合力の減少はまた、分散の促進をもたらす。その結果、部分結晶化カーボンブラックを含有するポリマー組成物を、未処理のカーボンブラックを含有するものより極めて低い粘度に配合することができる。次いで、配合する者は、カーボンブラックの充填及び／又は他の添加剤の充填を増加するための柔軟性を有することができる。別のアプローチにおいて、（変化のない充填量において）より低い粘性の組成物の混合、操作及び／又は適用により、その使用を容易にすることができる。

粘弾性組成物は、当技術分野で公知の技術を用いて、所望の最終用途、例えば基材に適用することができる。粘弾性組成物の適用は、手動又は自動であることができ、押出、塗装、スプレー、ブラッシング、浸漬、又は別の適切な方法により行うことができる。他の場合において、組成物は成形されるか又は押し出される。

熱伝導性ポリマーを製造するために、カーボンブラックを含有する組成物は、当技術分野で知られているように、又は、日常の実験及び／若しくは同様の配合物での経験により決定されるように、適切な条件（温度、傾斜及び浸漬手順、時間、圧力、放射、特定の硬化剤、必要に応じて特殊な特定の雰囲気など）下で硬化される。商業的な系を用いると、例えば、硬化は典型的に製造者により提供される指示に従って行われる。当技術分野で知られているように、硬化条件は、用いる特定のポリマー系に大きく依存し、熱硬化は共通の要求である。

ポリマー系において１つ又は複数のポリマーを硬化することで、ポリマー−カーボンブラック複合体として考えることができる熱伝導性材料が製造される。多くの実施形態において、材料は、良好な熱伝導率並びに良好な機械的及びレオロジー特性を示す。

例１：粘度
ポリマー前駆体中で部分結晶化カーボンブラックを使用するレオロジー効果を評価するために、複数のポリマー前駆体の試料を、ベースカーボンブラック及び部分結晶化カーボンブラックの両方を使用して調製した。これらは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリアミド−６（ＰＡ）を含んでいた。カーボンブラックのそれぞれを表１に特定した。カーボンブラックが表２において特定されるラマンＬ_aを得るまで、表中に示される温度で不活性雰囲気においてカーボンブラックを熱処理した。カーボンブラックのそれぞれについて分析した特性を表２に示した。「ＮＡ」という文字は、値が測定されなかったことを意味し、「ＮＤ」は、値が検出限界未満であったことを意味する。ＡＳＴＭ Ｄ１５１０に従ってヨウ素価を決定し、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６に従ってＢＥＴ表面積を決定し、ＡＳＴＭ ２４１４に従ってＯＡＮ構造を決定し、表面エネルギー（ＳＥ）、ラマン結晶度（Ｌ_a）及び比結晶化度を、上述した方法に従って決定した。ポリマー複合体のメルトフローインデックスを、ＩＳＯ１１３３に従って、示した荷重及び温度で測定した。

ＨＤＰＥ樹脂は、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ製のＬｕｐｏｌｅｎ（商標）４２６１Ａ ＩＭ樹脂であり、１９０℃の温度及び２．１６ｋｇの荷重で１５ｇ／１０分間のＭＦＩを示す。複合ＨＤＰＥ試料についてのメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）を、１９０℃及び２１．６ｋｇで１０分間測定した。１．６６４Ｌのバッチ式バンバリー混合機を使用して、以下の条件の下においてカーボンブラックを混合した。
チャンバー冷却温度：４０℃
ロータ冷却温度：４０℃
混合時間ポストフラックス：９０秒間
ラム圧力：４．２ｂａｒｓ
ロータ速度：１８０ＲＰＭ

ポリスチレン（ＰＳ）樹脂は、Ｐｏｌｉｍｅｒｉ製のＥｄｉｓｔｉｒ（商標）Ｎ１８４０樹脂であった。それは、２００℃で５ｋｇの荷重において１０ｇ／１０分間のＭＦＩを有していた。複合ＰＳ試料についてメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を、１０ｋｇ及び２００℃において１０分間測定した。１．６６４Ｌのバッチ式バンバリー混合機を使用して、以下の条件の下においてカーボンブラックを混合した。
チャンバー冷却温度：２０℃
ロータ冷却温度：２０℃
混合時間ポストフラックス：９０秒間
ラム圧力：４．２ｂａｒｓ
ロータ速度：１８０ＲＰＭ

ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂は、Ｃｈｉｍｅｉ Ａｓａｈｉ製のＷｏｎｄｅｒｌｉｔｅ（商標）ＰＣ−１２２樹脂であった。それは、３００℃で１．２ｋｇの荷重において２２ｇ／１０分間のＭＦＩを有していた。複合ＰＣ試料についてのメルトフローインデックスを、１０ｋｇ及び２６０℃で１０分間測定した。ポリカーボネートポリマーを、以下の条件で中程度のせん断スクリュープロファイルでＡＰＶツインスクリュー押出機において調製した。
スクリュー速度：３００ＲＰＭ
出力：１２ｋｇ／時間
ホッパーから型までの温度（℃）：１７５−２３０−２３０−２６０−２６０−２６０−２６０−２４０

ポリアミド−６（ＰＡ）は、Ｄｕｐｏｎｔ製のＺｙｔｅｌ（商標）ＳＴ７３０１ＮＣ樹脂であった。複合ＰＡ試料についてのメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を、１０ｋｇ及び２７５℃で１０分間測定した。ＰＡポリマーを、以下の条件で中程度のせん断スクリュープロファイルでＡＰＶツインスクリュー押出機において調製した。
スクリュー速度：３００ＲＰＭ
出力：１２ｋｇ／時間
ホッパーから型までの温度（℃）：１７５−２３０−２３０−２６０−２６０−２６０−２６０−２４０

ポリマー複合体のそれぞれについてのメルトフローインデックスの結果を表３に提供し、その結果は、同一の充填量において、部分結晶化カーボンブラックを含む複合体試料は、試料を形成するものである親又はベースカーボンブラックより、極めて有意に高いＭＦＩを提供したことを示している。これらの改善がカーボンブラックの構造又は表面積を大きく変えることなく得られたことに注目すべきである。

例２：熱伝導率の測定
部分結晶化カーボンブラックを含有する複合ポリマーの熱伝導率（ＴＣ）を評価するために、一連のＨＤＰＥ複合体試料を、２５℃においてＮＥＴＺＳＣＨ（登録商標）ＬＦＡ４６７光フラッシュ装置を使用して試験した。試料は、ベースカーボンブラックと、部分結晶化カーボンブラックとの両方を含んでおり、複合ポリマーを表１において上で説明したように製造した。熱伝導率の測定のための試験試料を、電気加熱プレスを使用して押出して、２．５４ｃｍのディスクを作った。型は３１６ステンレス鋼プレートで作られ、４つの１インチ穴と、３１６ステンレス鋼のカバープレートとを備えていた。各試料の１ｇを測って各円形の穴中に配置した。ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）パラアラミドシートを各型の頂部及び底部上に配置した。プレスを３６５°Ｆに設定し、型を５分間加温するためにプレス上に配置し、次いで、閉鎖して、５分間２３ｐｓｉに加圧した。プレスを開けることで圧力を解放し、熱型を取り除き、１０分間水冷プレス上に配置した。

測定のための試料サイズは、２５ｍｍ直径、約１ｍｍ厚の円形ディスクであった。キャリパー測定ツールを使用して３つの厚さの値の平均を取ることで、標本の厚さを測定した。試料を薄層のグラファイトスプレー潤滑剤でコーティングして、測定前に乾燥させた。試料を試料ホルダー中に設置して、２５℃で４分間平衡化した。平衡化時間の後、各試料を、キセノンランプから生じる高強度かつ短時間の放射エネルギーでパルス化した。パルスのエネルギーを標本の前面で吸収し、ＩＲ検出器によって標本の後面上の温度上昇を測定した。測定した試料の厚さと、最小値に達するために温度について要求される時間とから、熱拡散率値を計算した。事前に決定した比熱テーブル（Ｐｙｒｏｃｅｒａｍ９ＸＸ）で標準的な参照材料を測定して、実験値を計算するためのＰｒｏｔｅｕｓ６２ ＬＦＡ分析ソフトウェアを使用することで、各試料の比熱を計算した。熱伝導率は以下の式１．０：ｋ＝ρ＊ｃｐ＊α（式中、ｋは熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、ρは試料の密度（ｇ／ｍ³）、ｃｐは試料の比熱容量（Ｊ／ｇ／Ｋ）、αは試料の熱拡散率（ｍ²／秒））を使用して計算した。

熱伝導率の結果を表４及び図１〜５に示した。図１は、ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ５００タイプのカーボンブラック（ＣＢ１）と、２つのその部分結晶化誘導体ＣＢ２及びＣＢ１３とにより与えられた相対的な熱伝導率を示す棒グラフである。ＣＢ２についての結果は、ベースカーボンブラックより有意に高い熱伝導率を示している。ＣＢ２より高温で熱処理した試料ＣＢ１３についての結果は、ベースカーボンブラックＣＢ１と同一の熱伝導率を示している。この劣化した熱伝導率は、ＣＢ１３は９５ÅのラマンＬ_a及び６８の比結晶化度を有するようにカーボンブラックを過剰に結晶化したことによる、低下した粒子分散の結果であると考えられる。

図２は、ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ７２タイプのカーボンブラック（ＣＢ３）と、３つのその部分結晶化誘導体とにより与えられた相対的な熱伝導率を示す棒グラフである。部分結晶化誘導体ＣＢ４、ＣＢ１４及びＣＢ１５のそれぞれは、ベースカーボンブラックより有意に高い熱伝導率を示した。これらの３つの部分結晶化カーボンブラックは、それぞれ３９．５Å、３９．５Å及び４１．６ÅのラマンＬ_a測定値を有していたことに注目すべきである。

図３は、ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ２００タイプのカーボンブラック（ＣＢ５）と、その部分結晶化誘導体ＣＢ６とにより与えられた相対的な熱伝導率を示す棒グラフである。ＣＢ６は、そのベースカーボンブラック（ＣＢ５）に比べて大きく改善した熱伝導率を提供し、２９Å（１１Åの増加）のラマンＬ_aを有していた。

図４は、ＲＥＧＡＬ８５タイプのカーボンブラック（ＣＢ９）と、その部分結晶化誘導体ＣＢ１０とにより与えられた相対的な熱伝導率を示す棒グラフである。部分結晶化誘導体は、そのベースカーボンブラックＣＢ９と同一の熱伝導率を示した。部分結晶化しているが、ベースカーボンブラック（ＣＢ９）及び部分結晶化カーボンブラック（ＣＢ１０）の両方の低構造（３６ｃｍ³／１００ｇのＯＡＮ）のため、熱伝導率がベースカーボンブラックに対して改善されなかったと考えられる。

図５は、ＣＳＸ９９タイプのカーボンブラック（ＣＢ１１）と、その部分結晶化誘導体ＣＢ１２とにより与えられた相対的な熱伝導率を示す棒グラフである。部分結晶化カーボンブラックの熱伝導率は、それを誘導することで得られるベースカーボンブラック（ＣＢ１１）の熱伝導率よりわずかに低かった。ＣＢ１２は部分的に結晶化したが、その劣化した熱伝導率分布は、２４Åの比較的低いラマンＬ_aの結果であったと考えられる。

全体として、これらの結果は、ベースカーボンブラックに代わり部分結晶化カーボンブラックを用いることでポリマー複合体の熱伝導率が有意に改善できることを示している。これらのデータはまた、ラマンＬ_aが２４Å超かつ９５Å未満である場合、及び部分結晶化カーボンブラックのＯＡＮ構造が３６ｃｍ³／１００ｇより大きい場合に、最適な熱伝導率の結果が得られることを示している。

上述したように、部分結晶化カーボンブラックはまた、ポリマー前駆体のレオロジーに悪影響を与えることなく、ベースカーボンブラックより高い充填量であることができる。これらのより高い充填量は、より高い熱伝導率と組み合わさって、レオロジー特性の損失なく、有意により高い熱伝導率を有するポリマー複合体を提供することができる。代替的に、（ベースカーボンブラックに比べ）より低いカーボンブラック充填量を、ポリマー複合体の熱伝導率の損失なく使用することができる。

例３：熱伝導率の測定
別の一連の実験において、２つの異なるタイプの充填材を含んで製造された複合体試料において熱伝導率を測定した。結果を以下の表５に提供する。充填材濃度を容量パーセントとして与えた。Ｌｙｏｎｄｅｌｌ Ｂａｓｅｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能な同一なポリオレフィン樹脂Ｌｕｐｏｌｅｎ４２６１Ａ ＩＭ ＨＤＰＥと、全ての試料を組み合わせた。このポリオレフィンは１５ｇ／１０分間（＠１９０℃及び２１．６ｋｇ）のメルトフローインデックスを有する。試料「ＢＮＩ」は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎから入手可能なＰＣＴＰ３０Ｄグレードの窒化ホウ素の高熱伝導率（ＨＴＣ）粒子である。これらのＢＮ粒子は、１８０μｍのＤ₅₀を有するプレートレットであり、熱処理はされていなく、３０〜１３０の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）と、１．７４の反射率と、３〜４の誘電率とを有する。各複合体は、以下で説明するように複合した。

成形実験手順
３５ｒｐｍで１５分間１７０℃の温度で、粒子及びポリマー樹脂を６０ｃｃのＢｒａｂｅｎｄｅｒ混合機（０．７充填比）で混合することで各複合体を複合した。次いで、各バッチを混合チャンバーから取り除き、室温に冷却した。混合物が室温に到達した後、８００ｒｐｍで駆動しポリマー複合体を粉砕して粉末にするＲｅｔｓｃｈ ＳＭ３００グラインダー中に混合物を導入した。得られたポリマー複合体粉末を収集して、３６５°Ｆで５分間、加熱したプレスで圧縮体を成形した。型解放工程を容易にするために、Ｋｅｖｌａｒシートをステンレス鋼型とポリマー複合体との間に配置した。次いで、得られたポリマー複合体成形体を水冷プレスに１０分間配置した。最終的に得られたのは、熱伝導率測定に適した１組の２５ｍｍ（直径）／１ｍｍ（厚さ）のディスクであった。

熱伝導率実験手順
２５℃でＮＥＴＺＳＣＨ ＬＦＡ４６７熱伝導率メータで、熱伝導率について全ての試料を測定した。測定のための試料サイズは、２５ｍｍ直径、約１ｍｍ厚さの円形ディスクであった。キャリパー測定ツールから３つの厚さの値の平均を取ることで標本の厚さを測定した。試料を薄層のグラファイトスプレー潤滑剤でコーティングして、測定前に乾燥させた。次いで、試料を設備の試料ホルダー中に設置して２５℃で４分間平衡化した。平衡化時間の後、各試料を、キセノンランプから生じる高強度かつ短時間の放射エネルギーでパルス化した。パルスのエネルギーを各標本の前面で吸収し、ＩＲ検出器によって標本の後面上の温度上昇を測定した。測定した試料の厚さと、最小値に達するために温度について要求される時間とから、熱拡散率値を計算した。事前に決定した比熱テーブル（Ｐｙｒｏｃｅｒａｍ９）で標準的な参照材料を測定して、実験値を計算するためのＰｒｏｔｅｕｓ６２ ＬＦＡ分析ソフトウェアを使用することで、各試料の比熱を計算した。熱伝導率は以下の式：ｋ＝ρ＊ｃｐ＊α（式中、ｋは熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）。ρは試料の密度（ｇ／ｍ³）、ｃｐは試料の比熱容量（Ｊ／ｇ／Ｋ）、αは試料の熱拡散率（ｍ²／秒））を使用して計算した。結果は以下の表５に提供される。

図６は、ＢＮのみ、熱処理カーボンブラックのみ、又は未処理のカーボンブラックのみのいずれかを含む複合体の熱伝導率の図示的表示を提供している。結果は、ＢＮの優れた伝熱特性を示しているだけでなく、部分結晶化カーボンブラック（ＣＢ２）はその親材料ＣＢ１より有意に良好に機能することも示している。

図７は、２つの異なる粒子タイプを含む複合体の幾つかを追加している。ＣＢ１及びＢＮ１の組み合わせ並びにＣＢ１６及びＢＮ１の組み合わせをプロットした。そのプロットから、これらのカーボンブラック及び窒化ホウ素の組み合わせが、ＢＮ自体と比較した際に熱伝導率を実際に低減したことを理解することができる。試された粒子比のそれぞれ（２０＋２．５、２０＋５、及び２０＋１０）は、ただの２０容量％のＢＮより低い熱伝導率を提供した。これは、窒化ホウ素と組み合わせると、これらのカーボンブラックが、窒化ホウ素のみを含みカーボンブラックを含まない複合体と比較して、複合体の熱伝導率を低減することを意味する。

図８は、ＢＮ及び部分結晶化カーボンブラックの混合物を含むポリマー複合体を加えたものである。この場合において、カーボンブラックＣＢ２の追加により、ＢＮのみのものに対して熱伝導率が改善された。ＢＮ１−ＣＢ２の組み合わせは、各成分の粒子が自然に提供する熱伝導率の寄与を加算することで期待される熱伝導率よりも、ポリマー複合体において良好な熱伝導率を提供する。ＢＮ１−ＣＢ２の組み合わせは、等量の容量パーセントの純ＢＮに寄与するのに比べ、大きく熱伝導率に寄与する。例えば、２５％超の全体粒状物容量において、傾向線は、ＢＮ１−ＣＢ２の組み合わせが等量のＢＮ１のみより良好な熱伝導率を提供することを示している。したがって、複合体中のＢＮの一部を部分結晶化カーボンブラックで置き換えることで、熱伝導率を実際に増加させつつコストを低減することができる。これは、３０容量％、２５容量％及び２２．５容量％の全体粒状物充填量において２：１、４：１及び８：１のＢＮ：ＣＢの比（容量）について示される。

例４
ポリマーとしてＤｕｐｏｎｔ製のＺｙｔｅｌ ＳＴ７３０１ＮＣポリアミド−６を使用して、以下の表６に挙げた組成に従って、複合体を調製した。ＢＮ２は、３Ｍから入手可能なプレートレット１５／４００窒化ホウ素である。２７ｍｍのスクリュー直径及び４０．５の長さ／直径比を有し、水浴で冷却された、Ｂａｋｅｒ ＰｅｒｋｉｎｓによりサポートされるＡＰＶツインスクリュー押出機において複合体を混合した。＃２スクリューを使用し、押出機を３００ｒｐｍで、２つのストランドについて８ｋｇ／時間の出力率で操作した。領域２、３及び９を２５０℃、領域４を２６０℃、そして領域５〜８を２７０℃で維持した。溶融ダイを２６０〜２７２℃の範囲にした。ベントポート１を大気圧に開けて、ベントポート２を閉じ、ベントポート３を真空下で維持した。トルクが安定しなかった３０容量％のＢＮ１を用いた試料を除き、トルクを３３〜４０％の範囲にした。熱伝導率及び体積抵抗率を例３で説明したように測定し、また、それらを以下の表６に示した。ＡＳＴＭ Ｄ１２３８（２７５℃／２．１６ｋｇのニートポリマーを除き、全ての試料について２７５℃／５ｋｇ）に従ってメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を測定した。

また、２０容量％のＢＮ１及び５容量％のＣＢ２を使用して、例３のＨＤＰＥと例４の混合方法を使用して、複合体を製造し、１．１１６±０．０３０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を達成した。これは、例３の方法を使用して製造された同一の複合体の熱伝導率より低かった。如何なる特定の理論に束縛されるわけではないが、例４においてツインスクリュー押出機により付加されたより高いせん断が窒化ホウ素プレートレットの幾らかを砕くことができ、例３においてより低いせん断のＢｒａｂｅｎｄｅｒ混合機を使用して製造された複合体と比較して熱伝導率を低減したと考えられる。

本発明の幾つかの実施形態が説明され、本明細書内で示されてきたが、当業者は、機能を発揮させる及び／若しくは結果を得るための様々な他の手段及び／若しくは構造、並びに／又は、本明細書で説明される利点の１つ又は複数を容易に想定することができ、そのような変更及び／又は変形のそれぞれは、本発明の範囲内にあると認められる。より一般的には、当業者は、本明細書で説明した全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成が例示であることと、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成が、本発明の教示を使用する具体的な１つ又は複数の用途に依存することとを容易に認識することができる。当業者は、ただの日常の実験を使用して、本明細書で説明した本発明の具体的な実施形態に対して多くの同等な実施形態を認識するか又は解明することができる。したがって、前述した実施形態は例のみを目的として示されていることと、添付の特許請求の範囲及びその同等物の範囲内で、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載されたものと別の方法で本発明を実施することができることとが理解されるべきである。本発明は、本明細書で説明したそれぞれの個々の特徴、系、物品、材料、キット、及び／又は方法を対象としている。また、そのような特徴、系、物品、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾しない場合、２つ以上のそのような特徴、系、物品、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせを、本発明の範囲内に含めることができる。

辞書の規定、参照することにより組み込まれた文献での規定、及び／又は規定した用語の通常の意味を管理するために、本明細書で規定されそして使用されたような全ての規定が理解されるべきである。

反対のことが明確に示唆されていない限り、規定されていない「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」という冠詞は、本明細書で使用される場合、本明細書及び請求項において「少なくとも１つの」を意味することが理解されるべきである。

「及び／又は」という語句は、本明細書で使用される場合、結合した要素の「いずれか又は両方」を意味し、すなわち、ある場合では結合して示される要素と、別の場合では結合せずに示される要素とを意味することが理解されるべきである。反対のことが明確に示唆されていない限り、具体的に特定された要素に関連するか又は関連しないかにかかわらず、「及び／又は」節により具体的に特定された要素以外の他の要素を任意選択で存在させることができる。

本出願で引用されるか又は参照された全ての参照、特許及び特許出願、並びに文献は参照することにより、その全体が本明細書内に組み込まれる。
本発明の実施形態としては、以下の実施形態を挙げることができる。
（付記１）
ポリマーマトリックスと、
前記ポリマーマトリックス中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、前記カーボンブラックが、１２０ｃｍ ^３ ／１００ｇ超かつ２００ｃｍ ^３ ／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ ^２ 未満の表面エネルギーと、６５％未満の比結晶化度と、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ _ａ ）とを有する、複合ポリマー組成物。
（付記２）
前記複合ポリマー組成物がプラスチック組成物である、付記１に記載の複合ポリマー組成物。
（付記３）
前記カーボンブラックが、７００℃超かつ１８００℃未満の温度でファーネスブラックを熱処理することによって形成されている、付記１に記載の複合ポリマー組成物。
（付記４）
前記ポリマーマトリックスがコポリマー又はターポリマーを含む、付記１〜３のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記５）
前記ポリマーマトリックスが、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンを含む、付記１〜４のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記６）
前記部分結晶化カーボンブラックが、３５Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ _ａ ）と、１ｍＪ／ｍ ^２ 超の表面エネルギーとを有する、付記１〜５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記７）
前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリエチレン（ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、 メタロセン中密度ポリエチレン（ｍＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリプロピレンのコポリマー、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルＥＰＤＭスチレン（ＡＥＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テトラエチレンヘキサプロピレンフッ化ビニリデンポリマー（ＴＨＶ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、コポリエステル、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、アクリル、エポキシ、シリコーン、フェノール樹脂、ポリイミド、プラスチゾル、及びポリ酢酸ビニルから選択される、付記１〜６のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記８）
３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子をさらに含む、付記１〜７のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記９）
前記非炭素質粒子が、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＡｌ _３ Ｏ _２ から選択される、付記８に記載の複合ポリマー組成物。
（付記１０）
前記非炭素質粒子がＢＮを含む、付記９に記載の複合ポリマー組成物。
（付記１１）
部分結晶化カーボンブラック：ＢＮの容量比が１：１〜１：１０の範囲である、付記１０に記載の複合ポリマー組成物。
（付記１２）
前記複合ポリマー組成物の熱伝導率が、前記ポリマーマトリックスの熱伝導率より少なくとも１．６倍大きい、付記１〜１１のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記１３）
前記複合ポリマー組成物の熱伝導率が、前記ポリマーマトリックスの熱伝導率より少なくとも１．７倍大きい、付記１〜１２のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記１４）
前記複合ポリマー組成物の熱伝導率が、前記ポリマーマトリックスの熱伝導率より２〜４倍大きい、付記１〜１３のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記１５）
前記部分結晶化カーボンブラックが、未処理のカーボンブラックに対して、前記複合ポリマー組成物の熱伝導率を少なくとも１０％改善している、付記１〜１４のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記１６）
付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物を含むマスターバッチ。
（付記１７）
ポリマー化可能なモノマー又はオリゴマーを含むポリマー前駆体と、
前記モノマー又はオリゴマー中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、前記カーボンブラックが、１２０ｃｍ ^３ ／１００ｇ超かつ２００ｃｍ ^３ ／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ ^２ 未満の表面エネルギーと、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ _ａ ）とを有する、ポリマー前駆体組成物。
（付記１８）
前記ポリマー前駆体が、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリエチレン（ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、 メタロセン中密度ポリエチレン（ｍＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリプロピレンのコポリマー、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルＥＰＤＭスチレン（ＡＥＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テトラエチレンヘキサプロピレンフッ化ビニリデンポリマー（ＴＨＶ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、コポリエステル、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、アクリル、エポキシ、シリコーン、フェノール樹脂、ポリイミド、プラスチゾル、及びポリ酢酸ビニルから選択されるポリマーの前駆体を含む、付記１７に記載のポリマー前駆体組成物。
（付記１９）
前記前駆体が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンの前駆体を含む、付記１７又は１８に記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２０）
３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子をさらに含む、付記１７〜１９のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２１）
前記非炭素質粒子が、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＡｌ _３ Ｏ _２ から選択される、付記２０に記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２２）
前記非炭素質粒子がＢＮを含む、付記２１に記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２３）
部分結晶化カーボンブラック：ＢＮの容量比が１：１〜１：１０の範囲である、付記２１に記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２４）
ポリマー化した場合に、ポリマー化したポリマー前駆体組成物の熱伝導率が、前記ポリマー前駆体のポリマー化物の熱伝導率より少なくとも１．６倍大きい、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２５）
ポリマー化した場合に、ポリマー化したポリマー前駆体組成物の熱伝導率が、前記ポリマー前駆体のポリマー化物の熱伝導率より少なくとも１．７倍大きい、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２６）
ポリマー化した場合に、ポリマー化したポリマー前駆体組成物の熱伝導率が、前記ポリマー前駆体のポリマー化物の熱伝導率より２〜４倍大きい、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２７）
前記部分結晶化カーボンブラックが、未処理のカーボンブラックに対して、前記ポリマー前駆体組成物のポリマー化物の熱伝導率を少なくとも１０％改善している、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記２８）
付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物を含む製品であって、ワイヤ及びケーブル外被、３Ｄ印刷製品、自動車部品、並びにＬＥＤケーシング及び固定治具から選択される、製品。
（付記２９）
前記カーボンブラックの比結晶化度が３５％以上である、付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記３０）
前記カーボンブラックの比結晶化度が３５％以上である、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記３１）
前記カーボンブラックが、４２５ｍ ^２ ／ｇ未満のＢＥＴ表面積を有する、付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記３２）
前記カーボンブラックが、４２５ｍ ^２ ／ｇの未満ＢＥＴ表面積を有する、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記３３）
前記カーボンブラックが、４２５ｍｇ／ｇ未満のヨウ素価を有する、付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記３４）
前記カーボンブラックが、４２５ｍｇ／ｇ未満のヨウ素価を有する、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記３５）
第２のカーボンブラックをさらに含む、付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記３６）
第２のカーボンブラックをさらに含む、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。
（付記３７）
前記部分結晶化カーボンブラックが、ベースカーボンブラックのラマン微結晶平面寸法（Ｌ _ａ ）を５Å超増加させることで作られた、付記１〜１５のいずれか１つに記載の複合ポリマー組成物。
（付記３８）
前記部分結晶化カーボンブラックが、ベースカーボンブラックのラマン微結晶平面寸法（Ｌ _ａ ）を５Å超増加させることで作られた、付記１７〜２３のいずれか１つに記載のポリマー前駆体組成物。

Claims (19)

1. ポリマーマトリックスと、
   前記ポリマーマトリックス中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、前記カーボンブラックが、１２０ｃｍ^３／１００ｇ超かつ２００ｃｍ^３／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ^２未満の表面エネルギーと、６５％未満の比結晶化度と、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_ａ）とを有する、複合ポリマー組成物。
2. 前記複合ポリマー組成物がプラスチック組成物である、請求項１に記載の複合ポリマー組成物。
3. 前記カーボンブラックが、７００℃超かつ１８００℃未満の温度でファーネスブラックを熱処理することによって形成されている、請求項１に記載の複合ポリマー組成物。
4. 前記ポリマーマトリックスがコポリマー又はターポリマーを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物。
5. 前記ポリマーマトリックスが、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物。
6. ３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物。
7. 前記非炭素質粒子が、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＡｌ_２Ｏ_３から選択される、請求項６に記載の複合ポリマー組成物。
8. 前記非炭素質粒子がＢＮを含み、部分結晶化カーボンブラック：ＢＮの容量比が１：１〜１：１０の範囲である、請求項７に記載の複合ポリマー組成物。
9. 前記複合ポリマー組成物の熱伝導率が、前記ポリマーマトリックスの熱伝導率より少なくとも１．６倍大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物。
10. 前記部分結晶化カーボンブラックが、未処理のカーボンブラックに対して、前記複合ポリマー組成物の熱伝導率を少なくとも１０％改善している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物を含むマスターバッチ。
12. ポリマー化可能なモノマー又はオリゴマーを含むポリマー前駆体と、
    前記モノマー又はオリゴマー中に１２〜２８ｗｔ％の濃度で分散した部分結晶化カーボンブラックとを含み、前記カーボンブラックが、１２０ｃｍ^３／１００ｇ超かつ２００ｃｍ^３／１００ｇ未満のＯＡＮ構造と、８ｍＪ／ｍ^２未満の表面エネルギーと、６５％未満の比結晶化度と、２８Å以上のラマン微結晶平面寸法（Ｌ_ａ）とを有する、ポリマー前駆体組成物。
13. 前記前駆体が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、及び／又はポリアミンの前駆体を含む、請求項１２に記載のポリマー前駆体組成物。
14. ３０Ｗ／ｍＫ超の熱伝導率を有する非炭素質粒子をさらに含む、請求項１２又は１３に記載のポリマー前駆体組成物。
15. 前記非炭素質粒子が、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＡｌ_２Ｏ_３から選択される、請求項１４に記載のポリマー前駆体組成物。
16. 前記非炭素質粒子がＢＮを含み、部分結晶化カーボンブラック：ＢＮの容量比が１：１〜１：１０の範囲である、請求項１５に記載のポリマー前駆体組成物。
17. ポリマー化した場合に、ポリマー化したポリマー前駆体組成物の熱伝導率が、前記ポリマー前駆体のポリマー化物の熱伝導率より少なくとも１．６倍大きい、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のポリマー前駆体組成物。
18. 前記部分結晶化カーボンブラックが、未処理のカーボンブラックに対して、前記ポリマー前駆体組成物のポリマー化物の熱伝導率を少なくとも１０％改善している、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のポリマー前駆体組成物。
19. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合ポリマー組成物を含む製品であって、ワイヤ及びケーブル外被、３Ｄ印刷製品、自動車部品、並びにＬＥＤケーシング及び固定治具から選択される、製品。