KR20060008928A

KR20060008928A - 전기 전도성 조성물 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060008928A
Application number: KR1020057020433A
Authority: KR
Inventors: 다렌 카메론 클락; 마크 엘코비치; 서미아데브 거쉬; 스리니바산 라자고팔랜; 사이-페이 팅
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2006-01-27
Also published as: EP1631970A1; US20040211942A1; WO2004097852A1; JP2006526058A

Abstract

전기 전도성 조성물은 중합체성 수지; 및 단일 벽 탄소 나노튜브를 포함하며, 상기 조성물은 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드(Izod) 충격 강도를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 전기 전도성 조성물의 제조 방법은 중합체 수지와 단일 벽 탄소 나노튜브를 블렌딩함을 포함하며, 이때 상기 조성물은 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격 강도를 갖는다.

Description

전기 전도성 조성물 및 그의 제조 방법{ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITIONS AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}

본 내용은 전기 전도성 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 2003년 4월 28일자로 출원된 미국 특허 가 출원 제 60/465,994 호의 이점을 청구한다.

중합체성 수지로 제조된 제품들은 자재 관리 및 전자 장치, 예를 들어 정전기 소산 또는 전자기 차폐가 중요한 요건인 포장 필름, 칩 캐리어, 컴퓨터, 프린터 및 사진 복사기 소자에 흔히 사용된다. 정전기 소산(이후부터 ESD)은 직접 접촉 또는 유도된 정전 장에 의한 상이한 전위의 본체들 간의 정전하의 전달로서 정의된다. 전자기 차폐(이후부터 EM 차폐) 유효성은 투과되는 차폐물에 입사하는 전자기장의 비율에 대한 비(데시벨)로서 정의된다. 전자 장치들이 보다 작아지고 빨라짐에 따라, 정전하에 대한 그의 감도가 증가하며 따라서 일반적으로는 개선된 정전기 소산 성질을 제공하도록 개질된 중합체성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 유사한 방식으로, 중합체성 수지를 상기 수지의 유리한 기계적 성질의 일부를 유지 하는 동시에 개선된 전자기 차폐를 제공할 수 있도록 개질시키는 것이 바람직하다.

종종, 직경이 2 마이크로미터보다 큰 피치 및 폴리아크릴로나이트릴로부터 유도된 그라파이트 섬유와 같은 전도성 충전제들을 중합체성 수지에 혼입시켜 전기적 성질들을 개선시키고 ESD 및 EM 차폐를 달성한다. 그러나, 이들 그라파이트 섬유의 큰 크기로 인해, 상기와 같은 섬유의 혼입은 일반적으로 충격성 등의 기계적 성질의 감소를 야기한다. 따라서 당해 분야에는 적합한 ESD 및 EM 차폐를 제공하면서 기계적 성질을 유지시킬 수 있는 전도성 중합체 조성물에 대한 필요성이 여전하다.

도 1은 흑연 면을 둥글게 말아올려 나선 구조의 나노튜브를 생성시키는 다양한 방법들을 도시한다. 상기 나선 구조는 지그재그형이거나 안락의자형일 수 있다.

도 2는 SWNT 및 MWNT를 함유하는 스트랜드의 전기 전도성을 그래프로 나타낸다.

도 3은 반-결정성 중합체로부터 압출된 스트랜드의 전기 전도성을 그래프로 나타낸다.

도 4는 비결정성 중합체로부터 압출된 스트랜드의 전기 전도성을 그래프로 나타낸다.

도 5는 전도성 조성물로부터 취한 다양한 마이크로톰 절편 샘플의 현미경사 진을 도시한다.

도 6은 비 부피 저항(SVR)이 전기 전도성에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸다.

발명의 요약

전기 전도성 조성물은 중합체성 수지; 및 단일 벽 탄소 나노튜브를 포함하며, 여기에서 상기 조성물은 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드(Izod) 충격 강도를 갖는다.

하나의 실시태양에서, 전기 전도성 조성물은 중합체성 수지; 및 다중 벽 탄소 나노튜브를 포함하며, 여기에서 상기 다중 벽 탄소 나노튜브는 3.5 ㎚ 미만의 직경을 가지며, 상기 조성물은 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격 강도를 갖는다.

또 다른 실시태양에서, 전기 전도성 조성물의 제조 방법은 중합체성 수지 및 단일 벽 탄소 나노튜브를 블렌딩함을 포함하며, 여기에서 상기 조성물은 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격 강도를 갖는다.

또 다른 실시태양에서, 제품을 중합체성 수지 및 단일 벽 탄소 나노튜브를 포함하는 전기 전도성 조성물로부터 제조한다.

더욱 또 다른 실시태양에서, 제품을 중합체성 수지와 단일 벽 탄소 나노튜브를 블렌딩함을 포함하는 방법에 의해 제조한다.

본 발명에서는 약 5 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는, 중합체성 수지와 단일 벽 탄소 나노튜브를 포함하는 조성물을 개시한다. 본 발명에서는 또한 약 5 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는, 중합체성 수지와 단일 벽 탄소 나노튜브를 포함하는 조성물을 개시한다. 하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 약 5 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서, 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는 동시에 약 10¹² 오옴/스퀘어(ohm/sq) 이상의 표면 저항을 갖는다. 하나의 실시태양에서 상기 조성물은 약 5 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서, 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는 동시에 약 10⁸ 오옴/스퀘어(ohm/sq) 이상의 표면 저항을 갖는다. 하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 약 10 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물은 약 15 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는다. 상기와 같은 조성물은 유리하게는 정전기 소산으로부터 보호가 필요한 컴퓨터, 전자 상품, 반도체 소자, 회로 기판 등에 사용될 수 있다. 상기는 또한 유리하게는 경우에 따라 정전기에 의해 도색될 수 있는 자동차의 내장 및 외장 요소 모두에 대한 자동차 차체 패널에 사용될 수 있다.

본 발명에서는 또한 중합체성 수지 및 다중 벽 탄소 나노튜브를 포함하는 전기 전도성 조성물을 개시하며, 여기에서 상기 다중 벽 탄소 나노튜브는 3.5 ㎚ 미만의 직경을 가지며, 상기 조성물은 약 5 kJ/㎡ 이상의 충격 성질 및 A 등급 표면 마무리를 나타내면서 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 벌크 부피 저항을 갖는다. 상기 다중 벽 탄소 나노튜브는 바람직하게는 2, 3, 4 또는 5 개의 벽을 갖는다.

상기 전도성 조성물에 사용되는 중합체성 수지를 광범위하게 다양한 열가소성 수지, 열가소성 수지들의 블렌드, 및 열가소성 수지와 열경화성 수지의 블렌드로부터 선택할 수 있다. 상기 중합체성 수지는 또한 중합체, 공중합체, 3원 공중합체, 또는 상기 중합체성 수지들 중 하나 이상을 포함하는 조합들의 블렌드일 수 있다. 열가소성 수지의 구체적인 비 제한적 예로는 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리유레탄, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아릴렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 및 상기 중합체성 수지들 중 하나 이상을 포함하는 조합이 있다.

열가소성 수지들의 블렌드의 구체적인 비 제한적 예로는 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌/나일론, 폴리카보네이트/아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리스타이렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리에스터, 폴리페닐렌 에테르/폴리올레핀, 및 상기 열가소성 수지들의 블렌드들 중 하나 이상을 포함하는 조합이 있다.

중합체성 수지를 일반적으로는 약 5 내지 약 99.999 중량%의 양으로 사용한다. 상기 범위 내에서, 일반적으로는 상기 중합체성 수지 또는 수지 블렌드를 조성물 전체 중량의 약 10 중량% 이상, 바람직하게는 약 30 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 50 중량% 이상의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 또한 상기 중합체성 수지 또는 수지 블렌드를 일반적으로는 조성물 전체 중량의 약 99.99 중량% 이하, 바람직하게는 약 99.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 99.3 중량% 이하의 양으로 사용한다.

상기 조성물에 사용되는 단일 벽 탄소 나노튜브(SWNT)를 그라파이트의 레이저 증발 또는 탄소 아크 합성에 의해 제조할 수 있다. 상기 SWNT는 일반적으로는 약 0.7 내지 약 2.4 ㎚의 외경을 갖는 단일 벽을 갖는다. 일반적으로는 약 5 이상, 바람직하게는 약 100 이상, 보다 바람직하게는 약 1000 이상의 종횡비를 갖는 SWNT가 상기 조성물에 사용된다. 상기 SWNT가 일반적으로는 각 튜브의 각 단부에 반구형 캡을 갖는 폐쇄된 구조이지만, 한쪽 단부가 개방되거나 또는 양쪽 단부가 모두 개방된 SWNT도 또한 사용이 고려될 수 있다. 상기 SWNT는 일반적으로는 중공인 중심 부분을 포함하지만, 비결정성 탄소로 충전될 수도 있다.

하나의 실시태양에서, SWNT는 로프형 집합체의 형태로 존재할 수 있다. 이러한 집합체를 통상적으로 "로프"라 칭하며 이는 개별적인 탄소 나노튜브들 간의 반 데르 발스 력의 결과로서 형성된다. 상기 로프 중의 개별적인 나노튜브들은 자유 에너지를 최소화하기 위해서 서로에 대해 미끄러져 상기 로프 내에서 자체적으로 재배열될 수 있다. 일반적으로는 10 내지 10⁵ 나노튜브를 갖는 로프가 상기 조성물에 사용될 수 있다. 상기 범위 내에서 로프는 일반적으로는 약 100 개 이상, 바람직하게는 약 500 개 이상의 나노튜브를 갖는 것이 바람직하다. 약 10⁴ 개 이하, 바람직하게는 약 5,000 개 이하의 나노튜브를 갖는 로프가 또한 바람직하다. 일반적으로는 상기 조성물에서 로프는 약 5 이상, 바람직하게는 약 10 이상, 바람직하게는 약 100 이상, 보다 바람직하게는 약 1000 이상, 가장 바람직하게는 약 2000 이상의 종횡비를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로는 상기 SWNT가 2000 W/m-K 이상의 고유 열 전도성 및 10⁴ 지멘스/센티미터(S/㎝)의 고유 전기 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 일반적으로는 상기 SWNT는 80 기가파스칼(GPa) 이상의 인장 강도 및 약 0.5 타라파스칼(TPa)의 경도를 갖는 것이 바람직하다.

또 다른 실시태양에서, 상기 SWNT는 금속성 나노튜브와 반-전도성 나노튜브의 혼합물을 포함할 수 있다. 금속성 나노튜브는 금속과 유사한 전기적 특성들을 나타내는 것인 반면, 반-전도성 나노튜브는 전기적으로 반-전도성인 것이다. 일반적으로, 상기 흑연면을 둥글게 말아올리는 방식은 다양한 나선형 구조의 나노튜브를 생성시킨다. 이러한 구조뿐만 아니라 격자 벡터들을 도 1에 나타낸다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 정수 격자 벡터 m 및 n은 함께 가해지며, 생성되는 벡터의 머리와 꼬리는 최종 나노튜브 구조에서 서로의 상단에 놓인다. 지그재그 나노튜브는 (n,0) 격자 벡터값을 갖는 반면, 안락의자 나노튜브는 (n,n) 격자 벡터 값을 갖는다. 지그재그 및 안락의자 나노튜브는 2 개의 가능한 비키랄 형 증거를 구성하고, 모든 다른 (m,n) 격자 벡터값들은 키랄 나노튜브를 초래한다. 상기 조성물에 사용되는 SWNT의 양을 최소화하기 위해서, 일반적으로는 상기 조성물에 사용되는 SWNT의 총량의 큰 분획으로서 금속성 나노튜브 구성물을 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로는 상기 조성물에 사용되는 SWNT가 금속성 나노튜브를 상기 SWNT의 전체 중량의 약 1 중량% 이상, 바람직하게는 약 20 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 30 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 50 중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 99.9 중량% 이상의 양으로 포함하는 것이 바람직하다. 일부 상황에서, 일반적으로는 상기 조성물에 사용되는 SWNT가 반전도성 나노튜브를 상기 SWNT의 전체 중량의 1 중량% 이상, 바람직하게는 약 20 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 30 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 50 중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 99.9 중량% 이상의 양으로 포함하는 것이 바람직하다.

하나의 실시태양에서, 상기 조성물에 사용되는 SWNT는 어떠한 불순물도 함유하지 않을 수 있다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물에 사용되는 SWNT는 불순물을 포함할 수 있다. 불순물은 일반적으로는 상기 SWNT의 합성에 사용되는 촉매의 결과로서 뿐만 아니라 상기 합성의 다른 비-SWNT 탄소질 부산물로부터도 또한 얻어진다. 촉매 불순물은 일반적으로 금속, 예를 들어 코발트, 철, 이트륨, 카드뮴, 구리, 니켈, 금속 산화물, 예를 들어 산화 제 2 철, 산화 알루미늄, 이산화 규소 등, 또는 상기 불순물들 중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 상기 반응의 탄소질 불순물은 일반적으로는 그을음, 비결정성 탄소, 코크스, 다중 벽 나노튜브, 비결정성 나노튜브, 비결정성 나노섬유 등, 또는 상기 탄소질 부산물들 중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

일반적으로, 상기 조성물에 사용되는 SWNT는 약 1 내지 약 80 중량%의 불순물을 포함할 수 있다. 이 범위 내에서, 상기 SWNT는 그의 전체 중량의 약 5 중량% 이상, 바람직하게는 약 7 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 8 중량% 이상의 불순물 함량을 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 SWNT의 전체 중량의 약 50 중량% 이하, 바람직하게는 약 45 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 40 중량% 이하의 불순물 함량이 또한 바람직하다.

상기 조성물에 사용되는 SWNT를 또한 상기 중합체성 수지와의 혼화성을 개선시키고 상기 수지와의 혼합을 촉진시키기 위해 작용기들에 의해 유도체화할 수 있다. 상기 SWNT를 측벽이나 반구형 말단 캡 상에서, 또는 상기 측벽뿐만 아니라 반구형 말단 캡 모두 상에서 작용화시킬 수 있다. 하기 화학식 I를 갖는 작용화된 SWNT를 상기 조성물에 사용할 수 있다:

[C_nH_L]-R_m

상기 식에서,

n은 정수이고,

L은 0.1n 미만의 수이고,

m은 0.5n 미만의 수이고,

각각의 R은 동일하며, SO₃H, COOH, NH₂, OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, COSH, SH, COOR', SR', SiR₃', Si-(OR')_y-R'_(3-y), R", AlR₂', 할라이드, 에틸렌형 불포화 작용기, 에폭사이드 작용기 등으로부터 선택되고, 이때 y는 3 이하의 정수이고, R'는 수소, 알킬, 아릴, 사이클로알킬 또는 아르알킬, 사이클로아릴, 폴리(알킬에테르) 등이고, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로사이클로알킬, 플루오로아르알킬, 사이클로아릴이고, X는 할라이드이고, Z는 카복실레이트, 트라이플루오로아세테이트 등이다.

이들 조성물은 각각의 R이 동일할 때 균일하다.

불균일하게 치환된 SWNT도 또한 상기 조성물에 사용될 수 있다. 여기에는 n, L, m, R 및 SWNT 자체가 상기 정의한 바와 같으나, 단 각각의 R이 산소를 함유하지 않거나, 또는 각각의 R이 산소 함유 그룹인 경우 COOH가 존재하지 않는, 상기 나타낸 화학식 I의 조성물이 포함된다.

본 발명은 또한 하기 화학식 II를 갖는 작용화된 나노튜브를 포함한다:

[C_nH_L]-[R'-R]_m

상기 식에서,

n, L, m, R' 및 R은 상기와 동일한 의미를 갖는다.

탄소 원자 C_n는 SWNT의 표면 탄소이다. 상기 균일 및 불균일하게 치환된 SWNT에 서, 표면 원자 C_n이 반응한다. SWNT의 표면 층 중의 대부분의 탄소 원자들은 바닥 면 탄소들이다. 바닥 면 탄소들은 화학적 공격에 비교적 불활성이다. 예를 들어 그라파이트 면이 상기 SWNT 주위까지 완전히 연장되지 못하는 결함 부위에서, 그라파이트 면의 테두리 탄소 원자들과 유사한 탄소 원자들이 존재한다. 상기 테두리 탄소들은 반응성이며, 탄소 원자가를 만족시키기 위해서 일부 헤테로원자 또는 그룹을 함유해야 한다.

상술한 치환된 SWNT는 유리하게는 추가로 작용화될 수 있다. 상기와 같은 조성물은 하기 화학식 III의 조성물을 포함한다:

[C_nH_L]-A_m

상기 식에서,

탄소들은 SWNT의 표면 탄소이고,

n, L 및 m은 상술한 바와 같고,

A는 OY, NHY, -CR'₂-OY, N'Y, C'Y,

중에서 선택되고, 이때

Y는 단백질, 펩타이드, 효소, 항체, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 항원, 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 동족체의 적합한 작용기 이거나, 또는 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' 및 R' 중에서 선택되며, 이때 w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다.

상기 화학식 II의 작용성 SWNT를 또한 작용화시켜 하기 화학식 IV의 조성물을 생성시킬 수 있다:

[C_nH_L]-[R'-A]_m

상기 식에서,

n, L, m, R' 및 A는 상기 정의한 바와 같다.

탄소 원자 C_n은 상기 SWNT의 표면 탄소이다.

본 발명의 조성물은 또한 몇몇 환상 화합물이 흡착된 SWNT를 포함한다. 여기에는 하기 화학식 V의 물질의 조성물이 포함된다:

[C_nH_L]-[X-R_a]_m

상기 식에서,

n은 정수이고,

L은 0.1n 미만의 수이고,

m은 0.5n 미만이고,

a는 0 또는 10 미만의 수이고,

X는 다핵성 방향족, 다핵성헤테로 방향족 또는 금속다핵성헤테로 방향족 잔기이고,

R은 상기 인용된 바와 같다.

바람직한 환상 화합물은 문헌[Cotton and Wilkinson, Advanced Organic Chemistry, p. 76]에 개시된 바와 같은 평면 마크로사이클이다. 흡착에 보다 바람직한 환상 화합물은 포르피린 및 프탈로사이아닌이다.

상기 흡착된 환상 화합물을 작용화시킬 수 있다. 상기와 같은 조성물은 하기 화학식 VI의 화합물을 포함한다:

[C_nH_L]-[X-A_a]_m

상기 식에서,

m, n, L, a, X 및 A는 상기 정의한 바와 같고,

탄소는 상기 SWNT 상에 있다.

특정한 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 작용화된 SWNT는 개질된 표면 성질들이 상기 SWNT를 중합체성 수지와 보다 혼화성으로 만들 수 있거나, 또는 상기 개질된 작용기(특히 하이드록실 또는 아민 그룹)가 상기 중합체성 수지에 말단 그룹으로서 직접 결합되기 때문에 중합체성 수지에 보다 양호하게 분산된다. 이런 식으로, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리에테르이미드 등의 중합체성 수지를 상기 SWNT에 직접 결합시켜 상기 SWNT가 개선된 접착성으로 보다 용이하게 분산될 수 있게 한다.

작용기를 일반적으로는 SWNT를 그의 표면이 산화되기에 충분한 시간 동안 강한 산화제와 접촉시키고 상기 SWNT를 상기 산화된 표면에 작용기를 가하기에 적합한 반응물과 추가로 접촉시킴으로써 상기 SWNT의 외부 표면 상에 도입시킬 수 있다. 바람직한 산화제는 강산 중의 알칼리 금속 클로레이트 용액으로 이루어진다. 바람직한 알칼리 금속 클로레이트는 나트륨 클로레이트 또는 칼륨 클로레이트이다. 사용되는 바람직한 강산은 황산이다. 산화에 충분한 시간은 약 0.5 시간 내지 약 24 시간이다.

일반적으로는, SWNT는 일반적으로 조성물 전제 중량의 약 0.001 내지 약 50 중량%의 양으로 사용된다. 상기 범위 내에서, 일반적으로 SWNT를 조성물 전체 중량의 약 0.025 중량% 이상, 바람직하게는 약 0.05 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 0.1 중량% 이상의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 SWNT를 조성물 전체 중량의 약 30 중량% 이하, 바람직하게는 약 10 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 5 중량% 이하의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

다른 전도성 충전제들, 예를 들어 증기 성장된 탄소 섬유, 카본 블랙, 전도성 금속 충전제, 고체 비-금속, 전도성 충전제 등, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 임의로 상기 조성물에 사용할 수 있다. 약 3.5 내지 약 2000 ㎚의 직경 및 약 5 이상의 종횡비를 갖는 증기 성장된 탄소 섬유 또는 작은 그라파이트 또는 부분 그라파이트성 탄소 섬유(또한 증기 성장된 탄소 섬유(VGCF)라고도 칭함)를 또한 사용할 수 있다. VGCF를 사용하는 경우, 약 3.5 내지 약 500 ㎚의 직경 이 바람직하며, 약 3.5 내지 약 100 ㎚의 직경이 보다 바람직하고 약 3.5 내지 약 50 ㎚의 직경이 가장 바람직하다. 또한 약 100 이상, 보다 바람직하게는 약 1000 이상의 평균 종횡비를 갖는 것이 바람직하다. 전형적인 VGCF는 예를 들어 미국 특허 제 4,565,684 호 및 5,024,818 호(Tibbetts et al.); 제 4,572,813 호(Arakawa); 제 4,663,230 호 및 제 5,165,909 호(Tennent); 제 4,816,289 호(Komatsu et al.); 제 4,876,078 호(Arakawa et al.); 제 5,589,152 호(Tennent et al.); 및 제 5,591,382 호(Nahass et al.)에 개시되어 있다.

VGCF를 일반적으로는 경우에 따라 조성물 전체 중량의 약 0.0001 내지 약 50 중량%의 양으로 사용한다. 상기 범위 내에서, VGCF를 일반적으로는 조성물 전체 중량의 약 0.25 중량% 이상, 바람직하게는 약 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 1 중량% 이상의 양으로 사용한다. 더욱 또한 VGCF를 일반적으로는 조성물의 전체 중량의 약 30 중량% 이하, 바람직하게는 약 10 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 5 중량% 이하의 양으로 사용한다.

카본 블랙을 또한 임의로 사용할 수 있으며, 바람직한 카본 블랙은 약 200 ㎚ 미만, 바람직하게는 약 100 ㎚ 미만, 보다 바람직하게는 약 50 ㎚ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 것이다. 바람직한 전도성 카본 블랙은 또한 약 200 ㎡/g 초과, 바람직하게는 약 400 ㎡/g 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 1000 ㎡/g 초과의 표면적을 가질 수 있다. 바람직한 전도성 카본 블랙은 약 40 ㎤/100 g 초과, 바람직하게는 약 100 ㎤/100 g 초과, 보다 바람직하게는 약 150 ㎤/100 g 초과의 기공 부피(다이부틸 프탈레이트 흡수)를 가질 수 있다. 전형적인 카본 블랙으로는 콜럼 비안 케미칼스(Columbian Chemicals)로부터 상표명 CONDUCTEX(등록상표)로 상업적으로 입수할 수 있는 카본 블랙; 셰브론 케미칼(Chevron Chemical)로부터 상표명 S.C.F.(초 전도성 노) 및 E.C.F.(전기 전도성 노)로 상업적으로 입수할 수 있는 아세틸렌 블랙; 캐봇 코포레이션(Cabot Corp.)으로부터 상표명 VULCAN XC72 및 BLACK PEARLS로 입수할 수 있는 카본 블랙; 및 악조 캄파니 리미티드(Akzo Co. Ltd)로부터 상표명 KETJEN BLACK EC 300 및 EC 600으로 상업적으로 입수할 수 있는 카본 블랙이 있다. 바람직한 전도성 카본 블랙들을 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로 사용할 수 있다.

고체 전도성 금속 충전제를 또한 상기 전도성 조성물에 임의로 사용할 수 있다. 상기 충전제는 상기를 중합체성 수지에 혼입하고 이로부터 완성품을 제작하는데 사용되는 조건 하에서 용융되지 않는 전기 전도성 금속 또는 합금일 수 있다. 금속, 예를 들어 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 이들 금속 중 임의의 하나를 포함하는 혼합물을 전도성 충전제로서 중합체성 수지에 혼입시킬 수 있다. 물리적 혼합물 및 진정한 합금, 예를 들어 스테인레스 강, 청동 등이 또한 전도성 충전제 입자로서 작용할 수 있다. 또한, 몇몇 금속 간 화학적 화합물, 예를 들어 상기 금속들의 보라이드, 카바이드 등(예를 들어 티탄 다이보라이드)이 또한 전도성 충전제 입자로서 작용할 수 있다. 고체 비-금속 전도성 충전제 입자, 예를 들어 주석 옥사이드, 인듐 주석 옥사이드 등을 또한 임의로 가하여 상기 중합체성 수지를 전도성을 만들 수 있다. 상기 고체 금속 및 비 금속 전도성 충전제들은 분말, 인발된 와이어, 스트랜드, 섬유, 튜브, 나노튜브, 박 편, 적층물, 작은 판, 타원체, 원반, 및 당해 분야에 통상적으로 공지된 다른 상업적으로 입수할 수 있는 기하의 형태로 존재할 수 있다.

표면의 상당 부분이 고체 전도성 금속의 밀착 층으로 코팅된 비-전도성, 비-금속성 충전제를 또한 전도성 조성물에 임의로 사용할 수 있다. 상기 비-전도성, 비-금속성 충전제를 흔히 기질이라 지칭하며, 고체 전도성 금속 층으로 코팅된 기질을 "금속 코팅된 충전제"라 지칭할 수 있다. 전형적인 전도성 금속, 예를 들어 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 이들 금속 중 임의의 하나를 포함하는 혼합물을 사용하여 상기 기질을 코팅시킬 수 있다. 기질의 예는 당해 분야에 널리 공지되어 있으며 문헌["Plastic Additives Handbook, 5th Edition" Hans Zweifel, Ed, Carl Hanser Verlag Publishers, Munich, 2001]에 개시된 것들이 있다. 상기와 같은 기질의 비 제한적인 예로는 실리카 분말, 예를 들어 발연 실리카 및 결정성 실리카, 보론-나이트라이드 분말, 보론-실리케이트 분말, 알루미나, 마그네슘 옥사이드(또는 마그네시아), 표면 처리된 규회석을 포함한 규회석, 칼슘 설페이트(그의 안하이드라이드, 다이하이드레이트 또는 트라이하이드레이트로서), 칼슘 카보네이트, 예를 들어 백악, 석회암, 대리석 및 합성의 침전된 칼슘 카보네이트(일반적으로 분쇄된 미립자의 형태), 섬유상, 모듈형, 침상 및 라멜라 활석을 포함한 활석, 유리 구(중공 및 고체), 경질, 연질, 소성 카올린을 포함한 카올린, 및 중합체성 기질 수지와의 혼화성을 촉진시키기 위한 당해 분야에 공지된 다양한 코팅제들을 포함하는 카올린, 운모, 장석, 실리케이트 구, 굴뚝 먼지, 세노스피어, 필라이트, 알루미노실리케이트(아모스피어), 천연 실리카 모래, 석영, 규암, 펄라이트, 트리폴리, 규조토, 합성 실리카, 및 이들 중 임의의 하나를 포함하는 혼합물이 있다. 상기 기질들을 모두 전도성 조성물에 사용하기 위해 금속 물질 층으로 코팅시킬 수 있다.

상기 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자의 정확한 크기, 모양 및 조성에도 불구하고, 상기를 경우에 따라 조성물 전체 중량의 약 0.0001 내지 약 50 중량%의 부하로 중합체성 수지에 분산시킬 수 있다. 상기 범위 내에서 일반적으로는 상기 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자를 조성물 전체 중량의 약 1 중량% 이상, 바람직하게는 약 1.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 2 중량% 이상의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자의 부하량은 조성물 전체 중량의 40 중량% 이하, 바람직하게는 약 30 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 25 중량% 이하일 수 있다.

상기 중합체성 수지를 SWNT 및 임의의 다른 바람직한 전도성 충전제, 예를 들어 VGCF, 카본 블랙, 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자와 함께 일반적으로는 다수의 상이한 방식들, 예를 들어 비 제한적으로 용융 블렌딩, 용해 블렌딩 등 또는 이들 블렌딩 방법 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 가공할 수 있다. 상기 조성물의 용융 블렌딩은 전단력, 연신력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 이들 힘 및 에너지 형태들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 사용함을 포함하며, 이를 상기 언급한 힘이 단일 스크류, 다수 개의 스크류, 체질 간(intermeshing) 공회전 또는 역회전 스크류, 비-체질 간 공회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀을 갖는 스크류, 핀, 롤, 램, 나선 로터를 갖는 배럴, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 발휘되는 공정 장비에서 수행한다.

상기 언급한 힘을 수반하는 용융 블렌딩을 예를 들어 비 제한적으로 단일 또는 다수 개의 스크류 압출기, 버스(Buss) 혼련기, 헨쉘(Henschel), 헬리콘, 로스(Ross) 믹서, 반베리(Banbury), 롤 밀, 성형기, 예를 들어 사출 성형기, 진공 성형기, 취입 성형기, 또는 이들 기계 중 하나 이상을 포함하는 조합 등의 기계에서 수행할 수 있다. 일반적으로는 상기 조성물의 용융 또는 용해 블렌딩 도중 조성물의 약 0.01 내지 약 10 킬로와트-시간/킬로그램(Kwhr/㎏)의 비 에너지(specific energy)를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서, 상기 조성물의 블렌딩에 일반적으로는 약 0.05 이상, 바람직하게는 약 0.08 이상, 보다 바람직하게는 약 0.09 kwhr/㎏ 이상의 비 에너지가 바람직하다. 또한 상기 조성물의 블렌딩에 약 9 이하, 바람직하게는 약 8 이하, 보다 바람직하게는 약 7 kwhr/㎏ 이하의 비 에너지량이 바람직하다.

하나의 실시태양에서, 분말 형태, 펠릿 형태, 시트 형태 등의 중합체성 수지를 압출기 또는 버스 혼련기 등의 용융 블렌딩 장치에 도입시키기 전에 먼저 SWNT와 임의의 다른 충전제를 경우에 따라 헨쉘 또는 롤 밀에서 건조 블렌딩시킬 수 있다. 일반적으로는 상기 용융 블렌딩 장치에서의 전단력은 일반적으로 중합체성 수지에 대해 상기 SWNT가 분산을 일으키도록 하는 것이 바람직하지만, 상기 용융 블렌딩 공정 도중 상기 SWNT의 종횡비를 보존하는 것이 바람직하다. 이렇게 하기 위해서는 상기 SWNT를 마스터배치의 형태로 상기 용융 블렌딩 장치에 도입시키는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 방법에서, 상기 마스터배치를 중합체성 수 지의 하부에서 상기 용융 블렌딩 장치에 도입시킬 수 있다.

용융 블렌드는 상기 중합체성 수지의 적어도 일부가, 상기 수지가 반-결정성 중합체성 수지인 경우 대략 용융 온도 이상의 온도에 도달하거나, 또는 상기 수지가 블렌딩 공정 동안 비결정성 수지인 경우 유동점(예를 들어 유리 전이 온도)에 도달하는 경우의 블렌드이다. 건조 블렌드는 상기 중합체성 수지의 전체 매스가, 상기 수지가 반 결정성 중합체성 수지인 경우 대략 용융 온도 이하의 온도에 있거나, 또는 상기 중합체성 수지가 비결정성 수지인 경우 유동점 이하의 온도에 있는 블렌드이며, 이때 상기 중합체성 수지에는 블렌딩 공정 동안 임의의 액체형 유체가 실질적으로 없다. 본 발명에 정의된 바와 같은 용해 블렌드는 중합체성 수지가 예를 들어 블렌딩 공정 동안 용매 또는 비 용매 등의 액체형 유체에 현탁되어 있는 블렌드이다.

마스터배치가 사용되는 경우, 상기 SWNT는 상기 마스터배치 중에 약 1 내지 약 50 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위 내에서, SWNT를 일반적으로는 마스터배치 전체 중량의 약 1.5 중량% 이상, 바람직하게는 약 2 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 2.5 중량% 이상의 양으로 사용한다. 또한 SWNT를 마스터배치 전체 중량의 약 30 중량% 이하, 바람직하게는 약 10 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 5 중량% 이하의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 마스터배치의 사용에 관한 하나의 실시태양에서, 상기 SWNT를 함유하는 마스터배치는 스트랜드의 형태로 압출되거나 또는 개뼈 형으로 성형되는 경우 측정 가능한 벌크 또는 표면 저항을 가질 수 없는 반면, 마스터배치에 혼입되는 생성 조성물은, 상기 조성물 중의 SWNT의 중 량 분획이 상기 마스터배치 중에서보다 더 낮다 하더라도, 측정 가능한 벌크 또는 표면 저항을 갖는다. 마스터배치의 사용에 관한 또 다른 실시태양에서, 상기 SWNT를 함유하는 마스터배치는 상기 마스터배치에 혼입되는 전도성 조성물의 저항보다 더 큰 측정 가능한 벌크 또는 표면 저항을 가질 수 있다. 이러한 특성들을 나타내고 마스터배치에 사용될 수 있는 반 결정성 중합체성 수지의 예로는 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스터 등 또는 상기 반 결정성 중합체성 수지 중 하나 이상을 포함하는 조합이 있다.

중합체 블렌드 중에 마스터배치의 사용에 관한 또 다른 실시태양에서, 때때로 상기 마스터배치가 상기 조성물의 연속 상을 형성하는 중합체성 수지와 동일한 중합체성 수지를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 특징은, 오직 연속 상만이 필수적인 부피 및 표면 저항을 갖는 조성물을 제공하는 SWNT를 운반하기 때문에, 실질적으로 보다 작은 비율의 SWNT를 사용할 수 있게 한다. 중합체 블렌드 중에 마스터배치의 사용에 관한 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 마스터배치가 상기 조성물 중에 사용되는 다른 중합체와 화학적으로 상이한 중합체성 수지를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우에, 상기 마스터배치의 중합체성 수지는 상기 블렌드 중에 연속 상을 형성할 것이다.

상기 중합체성 수지 및 SWNT를 포함하는 조성물을 수 회 블렌딩하고 경우에 따라 성형 단계를 가할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물을 먼저 압출시키고 펠릿을 형성시킬 수 있다. 이어서 상기 펠릿을 성형기에 공급하고 여기에서 다른 바람직한 모양, 예를 들어 컴퓨터용 틀, 정전기에 의해 도색될 수 있는 자동차 패 널 등으로 성형시킬 수 있다. 한편으로, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 조성물을 시트나 스트랜드로 성형시키고 단축 또는 이축 배향으로 어닐링 등의 압출-후 공정을 가할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 용융 블렌딩 후 상기 조성물은 바람직하게는 SWNT 네트워크 형태의 SWNT를 함유한다. 상기 SWNT 네트워크는 바람직하게는 3 차원 네트워크이며 상기 조성물을 통한 전류의 통과를 촉진시킨다. 전자 터널링이 또한 상기 네트워크 중에 존재하는 SWNT들 사이에서 발생할 수 있다. 전자 터널링은 또한 상기 네트워크 중의 SWNT와 다른 전도성 입자들(예를 들어 카본 블랙, MWNT 등) 사이에서 발생할 수 있다. 상기 SWNT 네트워크는 개별적인 SWNT 또는 SWNT 로프들이 물리적으로 접촉하는 노드를 포함한다.

상기 SWNT 네트워크는 프랙탈 구조를 가짐을 특징으로 한다. 프랙탈은 상이한 크기 수준에서 자기 유사성을 나타낸다, 즉 상기는 확장 대칭을 나타낸다. 프랙탈은 질량 또는 표면 프랙탈일 수 있다. SWNT 네트워크가 질량 프랙탈과 유사한 특징을 나타내는 것이 바람직하다. 질량 프랙탈에서, 상기 네트워크의 질량 M은 하기 식 1에 나타낸 바와 같이 분수 멱 x에 대한 특징적인 치수(예를 들어 나선의 반경 R_g)에 비례한다.

M ∼ <R_g>^x

질량 프랙탈에 대해서, x의 값은 0 내지 3이다. 약 2 이하의 값은 일반적으로 개 방 또는 분기된 네트워크를 나타내는 반면, 3에 가까운 값은 치밀한 네트워크를 나타낸다. 일반적으로, 상기 SWNT 네트워크는 약 2.5 이하, 바람직하게는 약 2 이하, 바람직하게는 약 1.75 이하, 보다 바람직하게는 약 1.6 이하의 x값을 갖는 것이 바람직하다.

상기 나타낸 바와 같이, 상기 네트워크는 SWNT들이 서로 또는 전자 터널링이 발생하기에 충분히 가깝게 물리적으로 접촉하는 노드를 갖는 것이 바람직하다. 전기 전도성 네트워크의 경우에, 일반적으로는 1 ㎛² 이내에 가능한 한 많은 노드를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로, 상기 전도성 조성물은 약 5 노드/㎛² 이상, 바람직하게는 약 20 노드/㎛² 이상, 보다 바람직하게는 약 50 노드/㎛² 이상, 가장 바람직하게는 약 100 노드/㎛² 이상을 갖는 것이 바람직하다. 알게 되는 바와 같이, 상기 조성물의 노드의 수 및 따라서 전기 전도성은 열 어닐링에 의해 증가될 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 노드의 수는 또한 사출 성형 조건을 변화시킴으로써 증가시킬 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 네트워크를 상기 사출 성형 속도를 증가시킴으로써 개선시킬 수 있다(즉 상기 노드의 증가로 전기 전도성이 개선될 수 있다). 또 다른 실시태양에서, 상기 네트워크를 금형 중에서 용융물의 체류 시간을 증가시킴으로써 개선시킬 수 있다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 네트워크를 금형 온도를 증가시킴으로써 개선시킬 수 있다.

후-가공의 사용을 포함하는 하나의 실시태양에서, 상기 용융 블렌딩된 조성물을 약 2 내지 약 1,000,000의 인발 비율을 사용하여 단축 방향으로 추가로 한외 인발시킨다. 상기 높은 한외 인발 비율은 일반적으로는 시시-케밥 반 결정성 구조의 형성을 촉진시키며, 상기 구조는 비결정성 영역에 SWNT를 함유할 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물에 단축 또는 이축으로 추가로 응력을 가하여 약 0.01 내지 약 5000 ㎛의 두께를 갖는 필름을 생성시킨다. 상기 필름이 반-결정성 중합체성 수지를 포함하는 경우, 일반적으로 상기 배향된 필름은 약 θ=0 도 내지 약 θ=80 도의 방위각 방향으로 배향된 결정들을 갖는 것이 바람직하다. 용융 블렌딩 후의 후-가공과 관련된 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물을 약 2 분 내지 약 2 시간의 기간 동안 블렌딩시킨 후에 융점 이하에서 약 1 내지 약 100 ℃의 온도로 과 냉각시킨다. 상기 과 냉각된 조성물은 일반적으로는 SWNT를 포함하는 거시적인 반-결정성 구조, 예를 들어 구과(spherulite)를 가질 수 있다.

후 가공과 관련된 또 다른 실시태양에서, 상기 전도성 조성물은 열 어닐링에 의해 개선된 전기 전도 능력을 가질 수 있다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 조성물을 유기 중합체의 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 어닐링시킴으로써, 상기 전도성 조성물 내에 SWNT의 작은 재배열이 발생하며, 이는 상기 네트워크의 구조를 개선시키고 따라서 상기 조성물이 전기를 전도하는 능력을 증가시킨다.

반-결정성 중합체에서, SWNT는 핵형성제로서 반응할 수 있다. 상기 조성물의 강도를 개선시키기 위해서, 상기 SWNT 상에 결정 핵을 형성시키는 것이 바람직 할 수 있다. 일반적으로는, 상기 SWNT 상에 1 중량% 이상, 바람직하게는 10 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 15 중량% 이상의 결정 핵을 형성시키는 것이 바람직하다. 일반적으로는 상기 조성물의 용융 엔탈피는, 약 2 ℃/분 이상의 속도로 차동 주사 열량계에서 측정 시, 약 0.2 J/mol^-1-K^-1 이상, 바람직하게는 약 3 이상, 보다 바람직하게는 약 5 J/mol^-1-K^-1 이상이 바람직하다.

용해 블렌딩을 또한 상기 조성물의 제조에 사용할 수 있다. 상기 용해 블렌딩은 또한 추가적인 에너지, 예를 들어 전단, 압축, 초음파 진동 등을 사용하여 SWNT와 중합체성 수지와의 균질화를 증진시킬 수 있다. 하나의 실시태양에서, 유체 중에 현탁된 중합체성 수지를 SWNT와 함께 초음파기에 도입시킬 수 있다. 상기 혼합물을 상기 SWNT를 상기 중합체성 수지 입자에 분산시키기에 유효한 시간 동안 초음파에 의해 용해 블렌딩시킬 수 있다. 이어서 상기 중합체성 수지를 SWNT와 함께 건조, 압출시키고 경우에 따라 성형시킬 수 있다. 일반적으로는 상기 유체는 초음파 공정 동안 상기 중합체성 수지를 팽윤시키는 것이 바람직하다. 상기 중합체성 수지의 팽윤은 일반적으로는 SWNT가 상기 용해 블렌딩 공정 동안 상기 중합체성 수지를 함침시키는 능력을 개선시키며 결과적으로 분산을 개선시킨다.

용해 블렌딩에 관한 또 다른 실시태양에서, SWNT를 중합체성 수지 전구체와 함께 초음파 처리한다. 중합체성 수지 전구체는 일반적으로는 단량체, 이량체, 삼량체 등이며, 이들을 중합체성 수지와 반응시킬 수 있다. 용매 등의 유체를 상기 SWNT와 중합체성 수지 전구체가 있는 초음파기에 임의로 도입시킬 수 있다. 상기 초음파 처리 기간은 일반적으로는 중합체성 수지 전구체에 의한 SWNT의 캡슐화를 촉진시키기에 유효한 양이다. 상기 캡슐화 후에, 이어서 상기 중합체성 수지 전구체를 중합시켜 SWNT가 분산되어 있는 중합체성 수지를 형성시킨다.

상기 중합체성 수지에 SWNT를 분산시키는 방법은 상기 SWNT의 종횡비의 보존을 증진시키며, 따라서 상기 조성물이 낮은 SWNT 부하에서 전기 전도성을 나타낼 수 있게 한다.

상기 캡슐화 및 분산 방법을 촉진시키는데 사용될 수 있는 단량체들의 적합한 예로는 열가소성 수지의 합성에 사용되는 것들, 예를 들어 비 제한적으로 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리유레탄, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아릴렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤 등이 있다. 일반적으로, 중합체성 수지, 중합체성 수지 전구체, 유체 및/또는 SWNT의 혼합물을 약 1 분 내지 약 24 시간의 기간 동안 초음파 처리하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서, 상기 혼합물을 약 5 분 이상, 바람직하게는 약 10 분 이상, 보다 바람직하게는 약 15 분 이상의 기간 동안 초음파 처리하는 것이 바람직하다. 또한 상기 범위 내에서 약 15 시간 이하, 바람직하게는 약 10 시간 이하, 보다 바람직하게는 약 5 시간 이하의 기간이 바람직하다.

상술한 조성물을 광범위하게 다양한 상업적 용도에 사용할 수 있다. 상기 조성물은 유리하게는 전자 구성요소들, 예를 들어 정전기 소산으로부터의 보호가 필요한 컴퓨터, 전자 상품, 반도체 요소, 회로 기판의 포장용 필름으로서 사용될 수 있다. 상기 조성물을 또한 컴퓨터 및 다른 전자 상품들의 내부에 내부적으로 사용하여 사람들 및 상기 컴퓨터 밖에 위치한 다른 전자제품에 대한 전자기 차폐를 제공할뿐만 아니라 내부의 컴퓨터 구성요소들을 다른 외부 전자기 간섭으로부터 보호할 수 있다. 상기 조성물을 또한 유리하게는 경우에 따라 정전기에 의해 도색될 수 있는 자동차의 내장 및 외장 구성요소들 모두에 대한 자동차 차체 패널에 사용할 수 있다.

하기 실시예는 본 발명에 개시된 전기 전도성 조성물의 다양한 실시태양들 중 일부의 조성물 및 제조 방법을 예시하며, 이는 예시적인 것이지 제한적인 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예에서, 카본 나노테크놀로지스 인코포레이티드(Carbon Nanotechnologies Incorporated, CNI) 또는 나노레지(Nanoledge) SA로부터 상업적으로 수득한 SWNT와 하이페리온 카탈리스츠 인코포레이티드(Hyperion Catalysts Incorporated)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 다중 벽 나노튜브(MWNT)를 비교하였다.

CNI로부터 수득된 SWNT는 SWNT의 치밀한 형태인 벅키 펄(Bucky Pearl)의 형태였다. 상기 CNI로부터 수득된 벅키 펄은 각각 10 중량% 또는 29 중량%의 불순 물을 함유한다. 상기 나노레지로부터 수득된 SWNT는 30 중량% 또는 50 중량%의 불순물을 함유하였다. 상기 SWNT를 먼저 이들의 응집을 해제시키거나 또는 치밀함을 해제시키기 위해서 실온에서 30 분의 기간 동안 클로로폼 중에서 초음파 처리하였다. 이어서 폴리카보네이트 수지를 상기 초음파기 중의 SWNT-클로로폼 혼합물에 가하고 이어서 추가로 30 분 동안 초음파 처리를 계속하였다. 이어서 상기 혼합물을 밤새 건조시키고 생성된 페이스트를 DACA 소형 트윈 스크류 압출기에서 압출시켜 스트랜드를 형성시켰다. 상기 DACA 소형 트윈 스크류 압출기는 5 ㎤의 최대 혼합 부피를 가지며 약 10 내지 약 360 rpm의 스크류 속도(이는 1 rpm 증분으로 디지털 방식으로 조절될 수 있다)를 갖는다.

상기 MWNT를 하이페리온으로부터 15 중량% MWNT를 갖는 폴리카보네이트 마스터배치 중에서 수득하였다. 이어서 상기 마스터배치를 상기 DACA 소형 트윈 스크류 압출기에서 나머지 중합체성 수지와 직접 배합하여 스트랜드를 형성시켰다. 이들 스트랜드 상의 전도성을 상기 상세히 나타낸 바와 동일한 방식으로 측정하였다. 도 2에 나타낸 결과들은 SWNT를 함유하는 조성물에 대해 수득된 결과가 MWNT를 함유하는 조성물에 대해 수득된 것보다 우수함을 명백히 나타낸다. 일반적으로는, 상기 SWNT는 상기 중합체성 수지 중에 0.1 중량% 정도로 낮은 중량%에서 측정 가능한 전기 전도성을 생성시키며, 이때 상기 중량%는 전체 조성물에 대해 측정된다. 다른 한편으로 상기 MWNT는 3 중량% 미만의 중량%에서 어떠한 측정 가능한 전기 전도성도 생성시키지 않는다. 하기 도면으로부터 보다 소량의 불순물을 함유하는 SWNT가 일반적으로 보다 낮은 저항을 가짐을 또한 알 수 있다. 10%의 불 순물을 갖는 SWNT 배치는 약 1.2e⁵ 오옴-㎝의 전기 부피 저항을 나타낸다. 따라서 보다 순수한 SWNT 배치는 보다 양호한 전기 전도성을 생성시킨다.

실시예 2

본 실시예는 SWNT를 상이한 중합체성 수지에 혼입시킨 결과를 입증하기 위해 수행하였다. 10 중량%의 불순물을 함유하는 CNI로부터 수득된 SWNT를 초음파 처리하여 상기 SWNT의 분산을 촉진시켰다. 이어서 상기 SWNT를 함유하는 용액을 결정성 수지 또는 비결정성 수지(분말 입자의 형태)와 블렌딩하고 건조시켰다. 건조 시, 상기 SWNT는 상기 결정성 또는 비결정성 수지의 표면상에 침착되었다. 이어서 표면상에 SWNT가 침착된 상기 결정성 또는 비결정성 수지를 실시예 1에 상세히 개시된 방식으로 압출시켰다. 하기의 결정성 수지들, 즉 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론 6,6(N66), 나일론 6(N6) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과의 블렌딩에 대해 수득된 결과들을 도 3에 나타낸 반면, 하기의 비결정성 수지들, 즉 폴리카보네이트(PC), 폴리스타이렌(PS), 고 충격 폴리스타이렌(HIPS) 및 폴리에테르이미드(Ultem)와의 블렌딩에 대해 수득된 결과들은 도 4에 나타낸다.

실시예 3

본 실시예에서, 먼저 MWNT와 SWNT(29 중량%의 불순물을 함유한다)를 용융 블렌딩시켜 나일론 6,6과 10 중량% 마스터배치를 형성시키고 이어서 상기 마스터배치를 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드와 16 ㎜ 프리즘(Prism) 트윈 스크류 압출 기에서 용융 블렌딩시켜 전도성 조성물을 수득하였다. 상기 마스터배치를 250 ℃의 온도, 300 rpm의 스크류 속도 및 10 lbs/시간의 속도로 생성시켰다. 이어서 상기 16 ㎜ 압출기로부터 나오는 마스터배치 스트랜드를 펠릿화하였다. 상기 SWNT를 함유하는 마스터배치 스트랜드는 매우 거친 표면을 갖는 반면 MWNT를 함유하는 마스터배치 펠릿은 매우 매끈한 표면을 가짐을 인지하였다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 이는 상기 SWNT가 마스터배치에 배합 시 상기 MWNT와 근본적으로 상이한 방식으로 반응하며 그의 보다 넓은 표면적으로 인해 중합체성 수지 내에 균일하게 분산시키기가 보다 어려움을 지적할 수 있다.

상기 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드에 사용되는 폴리아미드는 나일론 6,6이었다. 상기 폴리페닐렌 에테르 폴리아미드 블렌드를 먼저 30 ㎜ 베르너 앤드 플라이더러(Werner and Pfleiderer) 트윈 스크류 압출기 상에서 290 ℃에서 배합시켰다. 상기 스크류 속도를 350 rpm에서 유지시키고 블렌드를 50 lbs/시간으로 생성시켰다.

상기 폴리페닐렌 에테르를 표 1에 나타낸 다른 성분들과 함께 16 ㎜ 프리즘 트윈 스크류 압출기의 좁은 입구에 공급하여 탄소 나노튜브를 갖는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드를 제조하였다. 상기 탄소 나노튜브를 갖는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드를 250 ℃의 온도, 300 rpm의 스크류 속도 및 10 lbs/시간의 속도로 생성시켰다.

이어서 상기 16 ㎜ 프리즘 트윈 스크류 압출기로부터의 압출물을 펠릿화하고 보이(Boy) 15 톤 프레스(사출 성형기)에서 성형시켜 오직 ASTM 아이조드 막대만을 형성시켰다. 상기 보이 15 톤 프레스의 실린더 온도를 298 ℃에서 유지시킨 반면 금형 온도는 76 ℃에서 유지시켰다. 상기 아이조드 막대를 사용하여 ASTM D 256에 따라 충격 강도뿐만 아니라 샘플의 비 부피 저항(SVR)을 측정하였다. 상기 샘플의 SVR을 액체 질소 하에서 상기 아이조드 막대의 단부를 저온 분쇄시킴으로써 측정하였다. 상기 막대를 건조시킨 후에, 상기 단부를 전도성 은 도료로 도색하고 플루케(Fluke) 멀티미터를 사용하여 저항을 측정하였다. 5 개의 샘플을 측정하고 평균값을 표 2에 나타낸다. 상기 결과로부터 0.4 및 0.8 중량%의 SWNT를 함유하는 샘플의 경우 비 부피 저항이 존재하지 않음을 알 수 있다. 1.2 중량%의 나노튜브를 함유하는 샘플의 경우, 상기 SWNT를 함유하는 샘플은 16 ㎜ 트윈 스크류 압출기에서 상기를 분산시키기 어려움에도 불구하고 전기 전도성에 있어서 MWNT를 함유하는 샘플에 비해 완전한 정도의 개선 크기를 나타낸다.

실시예 4

본 실시예를 MWNT 및 SWNT로부터 제조된 마스터배치들(고 전단 조건 하에서, 예를 들어 30 ㎜ 베르너 앤드 플라이더러 트윈-스크류 압출기 상에서 제조됨)간의 성능 차이를 측정하기 위해서 수행하였다. 본 실시예에서 3 중량%의 MWNT 또는 SWNT를 포함하는 마스터배치를 먼저 상기 트윈 스크류 압출기 상에서 압출시켰다. 상기 SWNT를 함유하는 마스터배치는 비 전도성인 반면 상기 MWNT를 함유하는 마스터배치는 약 19.1 오옴-㎝의 비 부피 저항을 나타내었다. 이어서 상기 3 중량% 마스터배치를 30 ㎜ 베르너 앤드 플라이더러 트윈 스크류 압출기에서 추가의 나일론 6,6과 혼합하여 중간 전도성 조성물을 형성시킴으로써 감소시켰다. 상기 중간 조성물들은 표 4에 나타낸다. 표 5에 나타낸 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드를 별도로 상기 30 ㎜ 트윈 스크류 압출기에서 압출시켰다. 최종 폴리페닐렌 폴리아미드 조성물을 표 4의 각 조성물들을 표 5의 조성물들과 함께 압출시킴으로써 수득하였다. 예를 들어, 표 4의 샘플 7을 표 5의 샘플 7과 블렌딩하여 조성물을 수득하고 이는 표 6에 나타낸 샘플 7에 대한 결과를 제공한다.

상기 마스터배치의 제조를 위해 상기 30 ㎜ 베르너 앤드 플라이더러 트윈 스크류 압출기 상에서 사용된 조건은 250 ℃의 배럴 온도, 350 rpm의 스크류 속도 및 50 lbs/시간의 출력이었다. 상기 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드뿐만 아니라 나노튜브를 함유하는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드의 제조에 사용된 압출기 조건은 290 ℃의 배럴 온도, 350 rpm의 스크류 속도 및 50 lbs/시간의 출력이었다. 상기 나노튜브를 함유하는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드의 전기 성질을 표 6에 나타낸다. 표 6으로부터 MWNT를 함유하는 샘플이 어떠한 전기 전도성도 나타내지 않는 반면, SWNT를 갖는 샘플은 전기 전도성을 나타냄을 알 수 있다.

상기 결과는 SWNT를 함유하는 마스터배치가 MWNT를 함유하는 것과 상이하게 반응함을 명백히 나타낸다. 상기 결과로부터 SWNT를 함유하는 마스터배치는 전도성이 아닌 반면, SWNT를 함유하는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드는 전도성임을 알 수 있다. 이는 비 전도성인 MWNT를 함유하는 폴리페닐렌 에테르-폴리아미드 블렌드(반면에 상기 블렌드를 제조한 마스터배치는 실제로 전도성이다)와 대조적이다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 보다 높은 점도의 폴리페닐렌-에테르 폴리아미드 블렌드를 상기 마스터배치와 배합 시 상기 압출기에서 발생하는 추가적인 전단은 단일 벽 나노튜브의 풀림을 증진시키며, 이에 의해 전기 전도성이 개선되는 것으로 추정된다. 그러나, MWNT의 경우 상기 추가적인 전단은 종횡비의 감소를 조장하며, 이는 샘플의 전기 전도성을 떨어뜨린다. 상기 MWNT의 보다 큰 직경은 압출기에서 전단력이 가해졌을 때 그의 크기 감소가 촉진될 수 있는 것으로 추정된다.

실시예 5

본 실시예는 SWNT를 열가소성 수지와 블렌딩할 때 획득될 수 있는 전도성 수준에 대한 불순물의 효과뿐만 아니라 전단 효과를 설명한다. 본 실시예에서, 약 17,000 g/몰의 수 평균 분자량 및 Mw ∼41,000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리카보네이트 수지를 DACA 소형 트윈 스크류 압출기에서 1 중량%의 SWNT와 블렌딩하였다. 상기 SWNT는 3 중량% 또는 10 중량%의 불순물을 함유하였다. 상기 압출기 스크류 속도를 75, 150 또는 300 rpm으로 조절하였다. 상기 압출기 온도는 285 ℃였다. 상기 압출된 샘플의 전도성을 1, 3, 5, 7 및 10 분의 혼합 간격으로 측정하였다. 약 1 내지 약 2 분의 혼합 간격은 압출기에서의 용융물의 체류 시간과 유사하며 따라서 상기 시간 간격에서는 어떠한 샘플도 수득되지도 측정되지도 않았다. 이어서 상기 압출된 스트랜드를 전기 비 부피 저항 측정에 사용하였으며 오옴-㎝로 나타낸다. 각각 3 및 10 중량% 불순물을 함유하는 블렌드에 대한 SVR 측정을 표 7 및 8에 나타낸다.

표 7 및 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 보다 작은 불순물 중량 퍼센트를 갖는 샘플들은 일반적으로는 전도성을 나타내기 위해서 보다 적은 혼합을 사용한다. 상기 결과는 또한 소정의 조성물 중의 불순물 수준이 높을수록 상업적으로 존립 가능한 방식으로 전기 성능을 달성하기가 어려울 것임을 알 수 있다. 또한, 상기 혼합 정도가 증가할수록, 일반적으로 전도성 수준이 먼저 증가한 다음 감소함을 알 수 있으며, 이는 혼합의 증가에 따라, 전도성 SWNT가 서로 분리됨을 가리킨다. 즉, 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 최저의 저항을 얻기 위해서는 소정의 조성물에 최적의 에너지 수준이 제공될 필요가 있음이 가정될 수 있다.

실시예 6

본 실험은 수지의 분자량 및 생성 블렌드의 SVR에 대한 혼합 효과를 측정하기 위해서 수행되었다. 본 실시예에서, 폴리카보네이트 수지를 DACA 소형 트윈 스크류 압출기에서 약 1 분 내지 약 10 분의 기간 동안 1 중량%의 SWNT와 블렌딩하였다. 상기 조성뿐만 아니라 제조 방법이 실시예 5에 사용된 것들과 유사하였다. 사용된 시험 방법은 상기 상세히 개시한 바와 유사하였다. 상기 폴리카보네이트의 수(Mn) 및 중량 평균(Mw) 분자량을 GPC에 의해 측정하고 하기 표 9 및 10에 나타내었다.

상기 표 9 및 10으로부터, 3 중량%의 불순물이 있는 SWNT를 갖는 조성물은 일반적으로 매우 작은 혼합 정도로 상당한 전도성을 나타냄을 알 수 있다. 상기 표들로부터 블렌딩 공정 동안 필적할만한 정도의 분자량 감소에 대해서, 보다 적은 불순물을 함유하는 샘플이 보다 높은 정도의 전기 전도성을 함유하는 샘플보다 더 큰 전기 전도성을 나타냄을 또한 알 수 있다. 따라서, 소정의 조성물에 대해 적합한 불순물 수준을 선택함으로써, 중합체성 수지의 물성 저하를 최소화하면서 바람직한 수준의 전기 전도성을 나타나게 할 수 있다.

상기 실시예들로부터 알 수 있는 바와 같이, SWNT를 포함하는 조성물은 MWNT를 포함하는 것보다 우수한 성질들을 나타낸다. SWNT를 포함하는 조성물은 A 등급 마무리를 가지면서 일반적으로는 5 kJ/㎡ 보다 큰, 바람직하게는 약 10 kJ/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 약 12 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격성을 갖는다. 상기 조성물은 일반적으로는 약 0.1 W/m-K 이상, 바람직하게는 약 0.15 W/m-K 이상, 보다 바람직하게는 0.2 W/m-K의 열 전도성을 갖는다.

상기 조성물은 일반적으로는 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하, 바람직하게는 약 10e⁶ 오옴-㎝ 이하, 보다 바람직하게는 약 10e⁵ 오옴-㎝ 이하, 가장 바람직하게는 약 10e⁴ 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항을 갖는 반면, 표면 저항은 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이상, 바람직하게는 약 10e⁹ 오옴-㎝ 이상, 보다 바람직하게는 약 10e¹⁰ 오옴-㎝ 이상이다. 상기 조성물은 일반적으로는 사실상 탄도학적 전기 운반 기전, 즉 저항이 전도성 소자의 길이에 비례하여 변하지 않는 기전을 통해 전기를 전도한다. 상기와 같은 조성물을 유리하게는 자동차 차체 패널, 정전기 소산성 포장 필름, 전자공학, 항공 전자 공학용 전자기 차폐 패널 등에 사용할 수 있다. 상기를 또한 칩 트레이, 열 전도성 패널, 생물의학적 용도, 고 강도 섬유, 연료 전지에 사용하기 위한 수소 저장 장치 등에 사용할 수 있다.

실시예 7

본 실험은 전기 전도성 조성물 중에 형성된 전도성 네트워크가 열 어닐링에 의해 개선되어 훨씬 더 양호한 전기 전도성 복합체를 생성시킬 수 있음을 설명하기 위해 수행되었다. 본 실시예에서, 폴리카보네이트 수지인 HF 1110을 10 중량%의 불순물을 함유하는 SWNT와 용융 블렌딩시켰다. 상기 조성은 표 11에 나타낸다. 표 11은 스트랜드로 압출, 사출 성형 후, 및 220 ℃, 오븐에서 어닐링 후 상기 샘플에 대한 전기 저항, 오옴-㎝을 반영한다. 상기 샘플들을 30 ㎜ 트윈 스크류 압출기에서 압출시킨 반면, 사출 성형된 샘플은 85 톤 반 돈(van Dorn) 성형기 상에서 제조하였다. 상기 어닐링된 샘플들을 120 분의 기간 동안 220 ℃로 처리하였다.

상기 표 11로부터, 1 중량% 및 2 중량% SWNT를 함유하는 조성물(샘플 번호 1 내지 4)에 대해서, 압출된 샘플이 사출 성형된 샘플보다 더 전도성임을 알 수 있다. 즉, 가공 방식이 샘플의 전기 전도성에서 중요한 역할을 한다. 그러나, 상기 샘플을 220 ℃에서 어닐링 시, 모든 샘플들의 전기 전도성이 표 11의 샘플 번호 5 내지 8로부터 알 수 있는 바와 같이 개선(즉 증가)된다. 더욱이, 상기 어닐링된 샘플은 가공 방식에 따라 전기 전도성 차이가 현저하게 나타나지는 않음을 알 수 있다. 즉, 상기 어닐링은 임의의 가공 자취를 없애는 듯 하다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 유리 전이 온도 이상에서 어닐링에 의해 유도된 열 운동이 SWNT의 작은 재배열을 증진시키며, 이는 전기 전도성을 개선시키는 것으로 여겨진다. 이러한 전기 전도성의 개선은 상기 조성물 중에 확립된 네트워크에 관여하는 SWNT의 수를 증가시킬 수 있다.

실시예 8

본 실시예는 전도성 조성물 중의 네트워크 노드의 존재가 전기 전도성을 촉진시킴을 설명하기 위해 수행되었다. 폴리카보네이트(제네랄 일렉트릭(General Electric)으로부터 수득됨) 및 SWNT를 포함하는 전도성 조성물을 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 용융 블렌딩시키거나 용해 블렌딩시켰다. 도 5는 투과형 전자 현미경(TEM) 하에서 보이는, 전도성 조성물로부터 취한 샘플의 마이크로톰 절편의 현미경 사진을 나타낸다. 상기 마이크로톰 절편은 용매에 의해 최적으로 식각되어, 중합체 기질 중에 분산된 SWNT 로프들의 영상화를 가능하게 하였다. 도 5에서, 검은 점들이 가리키는, 보다 많은 수의 노드를 함유하는 샘플들은 일반적으로는 보다 양호한 전기 전도성을 나타냄을 알 수 있다. 예를 들어, 현미경 사진(b)은 검은 점들을 나타내지 않으며 결과적으로 그 샘플은 전기 전도성을 나타내지 않는다. 다른 한편으로, 현미경 사진 (c) 및 (d)는 약 30 및 50 개의 검은 점들(노드)을 나타내며 이들 샘플은 각각 현미경 사진 (a) 및 (b)에 나타낸 샘플들에 의해 나타나는 것보다 더 큰 전도성을 나타낸다. 이러한 결과로부터, 노드의 수를 증가시킴으로써 전기 전도성의 증가가 발생할 수 있음이 명백하다. 따라서 ㎛² 당 노드의 수를 증가시키는 것이 바람직하다.

실시예 9

본 실시예는 성형 조건을 변화시킴으로써 전기 전도성을 개선시킬 수 있음을 설명하기 위해 수행되었다. 본 실시예에서, 폴리카보네이트를 중합체성 수지로서 사용한 반면, 10 중량%의 불순물을 함유하는 SWNT를 전기 전도성 네트워크의 형성에 사용하였다. 표준 인장 막대를 85 톤 반 돈 사출 성형기에서 사출 성형시켰다. 상기 막대를 선행 실시예들에 개시된 바와 같이 시험하였다. 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6은 비 부피 저항(SVR)이 사출 속도에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸다. 상기 도면으로부터, 배압 및 사출 속도가 증가함에 따라 전기 저항이 감소함을 알 수 있다. 이는 성형된 부품의 전기 전도성을 개선시키기 위해서 상기 네트워크를 개선시킬 수 있음을 명백히 보여준다. 앞서 나타낸 바와 같이, 금형 온도 및 상기 금형에서의 체류 시간을 증가시키면 상기 성형된 부품의 전기 전도성도 또한 증가할 수 있다.

본 발명을 예시적인 실시태양을 참고로 개시하였지만, 당해 분야의 숙련가들은 본 발명의 범위로부터 이탈됨 없이 다양한 변화들을 수행할 수 있으며 등가물을 그의 요소 대신 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 특정한 상황 또는 물질을 본 발명의 교시에 그의 필수 범위로부터 이탈됨 없이 적응시키기 위해 다수의 변경들을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명을 상기를 수행하기 위해 고려되는 최선의 방식으로서 개시된 특정 실시태양으로 제한하고자 하지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에 있는 모든 실시태양들을 포함하고자 한다.

Claims

중합체성 수지; 및

단일 벽 탄소 나노튜브

를 포함하는 전기 전도성 조성물로, 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드(Izod) 충격 강도를 갖는 조성물.
제 1 항에 있어서,

탄소 나노튜브를 약 2 중량% 이하의 양으로 포함하고, 10e⁸ 오옴-㎝ 미만의 전기 부피 저항, 5 kJ/㎡ 초과의 노취된 아이조드 충격 강도 및 A 등급 표면 마무리를 갖는 조성물.
제 1 항에 있어서,

단일 벽 탄소 나노튜브가 약 0.7 내지 약 2.4 ㎚의 직경을 갖고, 상기 탄소 나노튜브가 약 10 개 이상의 탄소 나노튜브들의 로프 형태로 존재하는 조성물.
제 1 항에 있어서,

탄소 나노튜브가 약 80 중량% 이하의 불순물을 또한 포함하고, 이때 상기 불순물이 철, 철 산화물, 이트륨, 카드뮴, 니켈, 코발트, 구리, 그을음, 비결정성 탄소, 다 중 벽 탄소 나노튜브, 또는 이들 불순물들 중 하나 이상을 포함하는 조합인 조성물.
제 1 항에 있어서,

탄소 나노튜브가 금속성, 반전도성이거나, 또는 이들 탄소 나노튜브들 중 하나 이상을 포함하는 조합인 조성물.
제 1 항에 있어서,

중합체성 수지가 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리유레탄, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아릴렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 및 이들 중합체성 수지들 중 하나 이상을 포함하는 조합물로부터 선택되는 조성물.
제 1 항에 있어서,

중합체성 수지가 상 분리된 형태를 가지며, 단일 벽 탄소 나노튜브들 중 상당 부분이 블렌드의 단일 상으로 존재하는 조성물.
제 1 항에 있어서,

단일 벽 탄소 나노튜브가 작용기에 의해 유도체화된 조성물.
중합체성 수지; 및

다중 벽 탄소 나노튜브

를 포함하는 전기 전도성 조성물로, 상기 다중 벽 탄소 나노튜브가 3.5 ㎚ 미만의 직경을 갖고, 2, 3, 4 및 5 개의 탄소 벽을 가지며, 약 10e¹² 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격 강도 및 A 등급 표면 마무리를 갖는 조성물.
중합체성 수지와 단일 벽 탄소 나노튜브를 블렌딩하여, 약 10e⁸ 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항, 약 5 kJ/㎡ 이상의 노취된 아이조드 충격 강도를 갖는 조성물을 생성시킴을 포함하는, 상기 조성물의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

단일 벽 탄소 나노튜브를 3 중량% 이상의 탄소 나노튜브를 포함하는 비-전기 전도성 마스터배치의 형태로 중합체성 수지에 가하는 방법.
제 10 항에 있어서,

조성물의 블렌딩이 전단력, 연신력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 이들 힘 및 에너지들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 사용함을 포함하 며, 상기 블렌딩을 상기 언급한 힘이 단일 스크류, 다수 개의 스크류, 체질 간(intermeshing) 공회전 또는 역회전 스크류, 비-체질 간 공회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀을 갖는 스크류, 핀, 스크린 팩, 롤, 램, 나선 로터를 갖는 배럴, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 발휘되는 공정 장비에서 수행하고, 상기 블렌딩에 사용된 비 에너지(specific energy)가 약 0.01 내지 약 10 kwhr/㎏의 양인 방법.
제 1 항의 조성물로부터 제조된 제품.
제 9 항의 조성물로부터 제조된 제품.
제 10 항의 방법에 의해 제조된 제품.