KR20060120025A

KR20060120025A - 전기 전도성 조성물, 그의 제조 방법 및 이러한조성물로부터 제조된 제품

Info

Publication number: KR20060120025A
Application number: KR1020067006824A
Authority: KR
Inventors: 소우미아데브 고쉬; 서만다 반디오패드히아이
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-11-24
Also published as: WO2005034145A1; US20050067406A1; CN1898753A; JP2007524735A; SG146639A1; EP1671334A1; US20050070658A1

Abstract

본 발명은 유기 중합체; 흑연; 및 약 1000nm 이상의 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유를 포함하는 전도성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 유기 중합체; 흑연; 및 나노 크기의 전도성 충전제를 블렌딩시킴을 포함하는, 약 10e⁸Ω-cm 이하의 전기 부피 저항을 갖는 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

전기 전도성 조성물, 그의 제조 방법 및 이러한 조성물로부터 제조된 제품{ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITIONS, METHODS OF MANUFACTURE THEREOF AND ARTICLES DERIVED FROM SUCH COMPOSITIONS}

본원은 전기 전도성 조성물, 그의 제조 방법 및 이러한 조성물로부터 제조된 제품에 관한 것이다.

가벼운 중량, 연성 및 충격 강도가 필요한 용도에 통상적으로 유기 중합체가 사용된다. 그러나, 유기 중합체는 특성상 전기 절연성이며, 따라서 저항 가열이 이용되는 용도에 사용되지 않는다. 그러므로, 저항 가열될 수 있는 유기 중합체를 포함하는 전도성 조성물을 제공하는 것이 바람직하다.

발명의 개요

본원에는 유기 중합체; 약 1,000nm 이상의 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유; 및 흑연을 포함하는 사출 성형가능한 전도성 조성물이 개시된다.

또한, 본원에는 유기 중합체; 약 1,000nm 이상의 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유; 및 흑연을 블렌딩시킴을 포함하는, 약 10e⁸Ω-cm 이하의 전기 부피 저항을 갖는 조성물을 제조하는 방법이 개시된다.

도 1은 흑연만 갖는 전도성 조성물의 전기 전도율 및 흑연과 나노 크기의 전도성 충전제를 둘 다 함유하는 조성물의 전기 전도율을 나타내는 막대 그래프이다.

도 2는 나노 크기의 전도성 충전제 및 흑연을 상이한 수준으로 함유하는 상이한 유기 중합체의 전도율을 비교하는 막대 그래프이다. x-축을 따른 충전제 부가량은 충전제 부가량과 충전제가 부가되는 유기 중합체의 총량을 나타내고, 막대에 기재된 숫자는 나노 크기의 전도성 충전제의 중량%를 나타낸다.

본원에는 유기 중합체, 1000nm보다 큰 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유, 및 흑연을 포함하는 전기 전도성 사출 성형가능한 조성물이 개시된다. 전기 전도성 조성물은 유리하게는 실질적인 형상 변화 없이 저항 가열될 수 있다. 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유 대 흘연의 비는 약 1:6 내지 약 1:80이다. 전기 전도성 조성물은 유리하게는 사출 성형가능하며, 1500초^-1에서 약 100 내지 약 600Pa-s의 용융 점도를 갖는다.

한 실시태양에서, 전도성 조성물은 약 10e⁸Ω-cm 이하의 벌크 부피 전기 부피 저항 및 약 10⁸Ω/스퀘어(square) 이상의 표면 저항을 갖는다. 다른 실시태양에서, 전도성 조성물은 약 10⁸Ω/스퀘어 이하의 표면 저항 및 약 10⁸Ω-cm 이하의 벌크 부피 저항을 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 전도성 조성물은 약 10⁸Ω/스퀘어 이하의 표면 저항 및 약 10⁸Ω-cm 이상의 벌크 부피 저항을 갖는다.

전도성 조성물에 사용되는 유기 중합체는 광범위한 열가소성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지의 블렌드 또는 열가소성 수지와 열경화성 수지의 블렌드로부터 선택될 수 있다. 유기 중합체는 또한 중합체의 블렌드, 공중합체, 삼원공중합체, 또는 상기 유기 중합체중 하나 이상을 포함하는 조합일 수도 있다. 유기 중합체의 예는 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카본에이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴라아마이드, 폴리아마이드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴설폰, 폴리에터설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에터이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에터케톤, 폴리에터 에터 케톤, 폴리에터 케톤 케톤, 폴리벤즈옥사졸, 폴리옥사다이아졸, 폴리벤조티아지노페노티아진, 폴리벤조티아졸, 폴리피라지노퀸옥살린, 폴리피로멜리트이미드, 폴리퀸옥살린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리옥스인돌, 폴리옥소아이소인돌린, 폴리다이옥소아이소인돌린, 폴리트라이아진, 폴리피리다진, 폴리피페라진, 폴리피리딘, 폴리피페리딘, 폴리트라이아졸, 폴리피라졸, 폴리피롤리딘, 폴리카보레인, 폴리옥소바이사이클로노네인, 폴리다이벤조퓨란, 폴리프탈라이드, 폴리아세탈, 폴리안하이드라이드, 폴리비닐 에터, 폴리비닐 티오에터, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 나이트릴, 폴리비닐 에스터, 폴리설폰에이트, 폴리설파이드, 폴리티오에스터, 폴리설폰, 폴리설폰아마이드, 폴리우레아, 폴리포스파젠, 폴리실라제인 등, 또는 상기 유기 중합체중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

블렌드의 예는 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌/나일론, 폴리카본에이트/아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌, 아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 스타이렌/폴리비닐 클로라이드, 폴리페닐렌 에터/폴리스타이렌, 폴리페닐렌 에터/나일론, 폴리설폰/아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌, 폴리카본에이트/열가소성 우레탄, 폴리카본에이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카본에이트/폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 열가소성 엘라스토머 얼로이(alloy), 나일론/엘라스토머, 폴리에스텨/엘라스토머, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 아세탈/엘라스토머, 스타이렌-말레산 무수물/아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌, 폴리에터 에터케톤/폴리에터설폰, 폴리에터 에터케톤/폴리에터이미드, 폴리에틸렌/나일론, 폴리에틸렌/폴리아세탈 등이다.

열경화성 수지의 예는 폴리우레탄, 천연 고무, 합성 고무, 에폭시, 페놀, 폴리에스터, 폴리아마이드, 실리콘 및 상기 열경화성 수지중 임의의 하나를 포함하는 혼합물을 포함한다. 열경화성 수지의 블렌드 및 열가소성 수지와 열경화성 수지의 블렌드를 사용할 수 있다.

한 실시태양에서는, 전도성 조성물을 유도하기 위하여, 나노 크기의 전도성 충전제 및 흑연을 유기 중합체 전구체에 분산시킨 상태에서 유기 중합체 전구체로부터 유기 중합체를 중합시킨다. 유기 중합체 전구체는 약 20개 이하의 반복 단위를 갖고 중합시 약 3,000g/몰 이상, 바람직하게는 약 5,000g/몰 이상, 더욱 바람직하게는 약 10,000g/몰 이상의 수평균 분자량을 갖는 유기 중합체를 생성시키는 단량체, 이량체, 삼량체 또는 올리고머 반응성 화합물일 수 있다. 하기 부분에서는 다양한 유기 중합체 및 이들 유기 중합체를 중합하는 중합체 전구체의 예를 상세하게 기재한다. 아래 상세하게 기재되는 중합체 전구체는 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 존재하에 중합되어 전도성 전구체 조성물을 수득할 수 있는 단량체의 예이다.

한 실시태양에서, 전도성 조성물에 사용될 수 있는 유기 중합체는 폴리아릴렌 에터이다. 용어 폴리(아릴렌 에터) 중합체는 폴리페닐렌 에터(PPE) 및 폴리(아릴렌 에터) 공중합체; 그라프트 공중합체; 폴리(아릴렌 에터) 이오노머; 및 알켄일 방향족 화합물과 폴리(아릴렌 에터), 비닐 방향족 화합물 및 폴리(아릴렌 에터) 등의 블록 공중합체; 및 상기중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 폴리(아릴렌 에터) 중합체 자체는 하기 화학식 I의 구조 단위를 갖는 중합체 전구체를 복수개 포함하는 중합체이다:

상기 각 구조 단위에서,

각 Q¹은 독립적으로 수소, 할로겐, 1급 또는 2급 저급 알킬(예컨대, 7개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬), 페닐, 할로알킬, 아미노알킬, 하이드로카본옥시, 2개 이상의 탄소 원자가 할로겐 원자와 산소 원자를 분리시키는 할로하이드로카본옥시 등이고;

각 Q²는 독립적으로 수소, 할로겐, 1급 또는 2급 저급 알킬, 페닐, 할로알킬, 하이드로카본옥시, 2개 이상의 탄소 원자가 할로겐 원자와 산소 원자를 분리시키는 할로하이드로카본옥시 등이다.

바람직하게는, 각 Q¹은 알킬 또는 페닐, 특히 C₁ _-4 알킬이고, 각 Q²는 수소이다.

단독중합체 및 공중합체 폴리(아릴렌 에터) 둘 다가 포함된다. 바람직한 단독중합체는 2,6-다이메틸페닐렌 에터 단위를 함유하는 것이다. 적합한 공중합체는 예를 들어 2,3,6-트라이메틸-1,4-페닐렌 에터 단위와 함께 이러한 단위를 함유하는 랜덤 공중합체, 또는 2,6-다이메틸페놀과 2,3,6-트라이메틸페놀의 공중합으로부터 유도되는 공중합체를 포함한다. 또한, 비닐 단량체 또는 폴리스타이렌 같은 중합체를 그라프팅시킴으로써 제조된 잔기를 함유하는 폴리(아릴렌 에터), 및 저분자량 폴리카본에이트, 퀴논, 헤테로환 및 폼알 같은 커플링제가 2개의 폴리(아릴렌 에터) 쇄의 하이드록시기와 반응하여 보다 높은 분자량의 중합체를 생성시키는 커플링된 폴리(아릴렌 에터)도 포함된다. 폴리(아릴렌 에터)는 상기중 하나 이상을 포 함하는 조합을 추가로 포함한다.

폴리(아릴렌 에터)는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정할 때 약 3,000 내지 약 30,000g/몰의 수평균 분자량 및 약 30,000 내지 약 60,000g/몰의 중량평균 분자량을 갖는다. 폴리(아릴렌 에터)는 25℃의 클로로폼에서 측정할 때 약 0.10 내지 약 0.60dl/g의 고유 점도를 가질 수 있다. 높은 고유 점도의 폴리(아릴렌 에터)와 낮은 고유 점도의 폴리(아릴렌 에터)를 함께 사용할 수도 있다. 두 고유 점도가 이용되는 경우 정확한 비의 결정은 사용되는 폴리(아릴렌 에터)의 정확한 고유 점도 및 목적하는 궁극적인 물리적 특성에 따라 다소 달라진다.

2,6-자일렌올 또는 2,3,6-트라이메틸페놀 같은 하나 이상의 모노하이드록시방향족 화합물을 산화에 의해 커플링시킴으로써 폴리(아릴렌 에터)를 전형적으로 제조한다. 이러한 커플링을 위해 촉매 시스템을 통상적으로 사용하는데; 이들 촉매 시스템은 전형적으로 통상 다양한 다른 물질과 조합된 구리, 망간 또는 코발트 화합물 같은 하나 이상의 중금속 화합물을 함유한다.

많은 목적에 특히 유용한 폴리(아릴렌 에터)는 하나 이상의 아미노알킬-함유 말단기를 갖는 분자를 포함하는 것이다. 아미노알킬 라디칼은 전형적으로 하이드록시기에 대해 오르토 위치에 위치한다. 산화에 의한 커플링 반응 혼합물의 구성성분중 하나로서 다이-n-뷰틸아민 또는 다이메틸아민 같은 적절한 1급 또는 2급 모노아민을 혼입시킴으로써, 이러한 말단기를 함유하는 생성물을 수득할 수 있다. 특히 구리-할라이드-2급 또는 3급 아민 시스템에, 부산물인 다이페노퀴논이 존재하는 반응 혼합물로부터 전형적으로 수득되는 4-하이드록시바이페닐 말단기도 흔히 존재한다. 전형적으로는 중합체의 약 90중량% 정도를 구성하는 중합체 분자의 상당량은 상기 아미노알킬-함유 말단기 및 4-하이드록시바이페닐 말단기중 하나 이상을 함유할 수 있다.

다른 실시태양에서, 전도성 조성물에 사용되는 유기 중합체는 폴리카본에이트일 수 있다. 방향족 카본에이트 쇄 단위를 포함하는 폴리카본에이트는 하기 화학식 II의 구조 단위를 갖는 조성물을 포함한다:

상기 식에서, R¹ 기는 방향족, 지방족 또는 지환족 라디칼이다.

바람직하게는, R¹은 방향족 유기 라디칼, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 III의 라디칼이다:

상기 식에서,

A¹ 및 A²는 각각 일환상 2가 아릴 라디칼이고,

Y¹은 A¹을 A²로부터 분리시키는 0, 1 또는 2개의 원자를 갖는 가교 라디칼이다.

예시적인 실시태양에서는, 하나의 원자가 A¹을 A²로부터 분리시킨다. 이러한 유형 의 라디칼의 예시적인 예는 -O-, -S-, -S(O)-, -S(O₂)-, -C(O)-, 메틸렌, 사이클로헥실-메틸렌, 2-[2,2,1]-바이사이클로헵틸리덴, 에틸리덴, 아이소프로필리덴, 네오펜틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜타데실리덴, 사이클로도데실리덴, 아다만틸리덴 등이다. 다른 실시태양에서는, 0개의 원자가 A¹을 A²로부터 분리시키는데, 이의 예시적인 예는 비스페놀이다. 가교 라디칼 Y¹은 또는 메틸렌, 사이클로헥실리덴 또는 아이소프로필리덴 같은 탄화수소 기 또는 포화 탄화수소 기일 수 있다.

카본에이트 전구체와 다이하이드록시 화합물의 쇼텐-바우만(Schotten-Bauman) 계면 반응에 의해 폴리카본에이트를 제조할 수 있다. 전형적으로는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등과 같은 수성 염기를, 다이하이드록시 화합물을 함유하는 벤젠, 톨루엔, 이황화탄소 또는 다이클로로메테인 같은 수-비혼화성 유기 용매와 혼합한다. 통상적으로 상이동제(phase transfer agent)를 사용하여 반응을 용이하게 한다. 분자량 조절제를 단독으로 또는 혼합하여 반응 혼합물에 첨가할 수 있다. 이후 기재되는 분지화제도 단독으로 또는 혼합하여 첨가할 수 있다.

하나의 원자가 A¹을 A²로부터 분리시키는 다이하이드록시 화합물 같은 계면 반응 중합체 전구체에 의해 폴리카본에이트를 제조할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "다이하이드록시 화합물"은 예를 들어 하기 화학식 IV를 갖는 비스페놀 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R^a 및 R^b는 각각 독립적으로 수소, 할로겐 원자 또는 1가 탄화수소 기이고;

p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고;

X^a는 하기 화학식 V의 기중 하나이다:

상기 식에서,

R^c 및 R^d는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가 선형 또는 환상 탄화수소 기이고,

R^e는 2가 탄화수소 기이다.

화학식 IV로 표시될 수 있는 비스페놀 화합물의 유형의 예는 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메테인, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에테인, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로페인(또는 비스페놀-A), 2,2-비스(4-하이드록시페닐)뷰테인, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥테인, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로페인, 1,1-비스(4-하이드 록시페닐)n-뷰테인, 비스(4-하이드록시페닐)페닐메테인, 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐)프로페인, 1,1-비스(4-하이드록시-t-뷰틸페닐)프로페인, 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐)프로페인 등과 같은 비스(하이드록시아릴)알케인 부류; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로펜테인, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥세인 등과 같은 비스(하이드록시아릴)사이클로알케인 부류, 또는 전술한 비스페놀 화합물중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.

화학식 IV로 표시될 수 있는 다른 비스페놀 화합물은 X가 -O-, -S-, -SO- 또는 -SO₂-인 것을 포함한다. 이러한 비스페놀 화합물의 몇몇 예는 4,4'-다이하이드록시 다이페닐에터, 4,4'-다이하이드록시-3,3'-다이메틸페닐 에터 등과 같은 비스(하이드록시아릴)에터; 4,4'-다이하이드록시 다이페닐 설파이드, 4,4'-다이하이드록시-3,3'-다이메틸 다이페닐 설파이드 등과 같은 비스(하이드록시 다이아릴)설파이드; 4,4'-다이하이드록시 다이페닐 설폭사이드, 4,4'-다이하이드록시-3,3'-다이메틸 다이페닐 설폭사이드 등과 같은 비스(하이드록시 다이아릴) 설폭사이드; 4,4'-다이하이드록시 다이페닐 설폰, 4,4'-다이하이드록시-3,3'-다이메틸 다이페닐 설폰 등과 같은 비스(하이드록시 다이아릴) 설폰; 또는 상기 비스페놀 화합물중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

폴리카본에이트의 중축합에 사용될 수 있는 다른 비스페놀 화합물은 하기 화학식 VI으로 표시된다:

상기 식에서,

R^f는 1 내지 10개의 탄소원자를 갖는 탄화수소 기 또는 할로겐 치환된 탄화수소 기의 할로겐 원자이고;

n은 0 내지 4이다.

n이 2 이상일 때, R^f는 동일하거나 상이할 수 있다. 화학식 V로 표시될 수 있는 비스페놀 화합물의 예는 레조르시놀; 3-메틸 레조르신, 3-에틸 레조르신, 3-프로필 레조르신, 3-뷰틸 레조르신, 3-t-뷰틸 레조르신, 3-페닐 레조르신, 3-큐밀 레조르신, 2,3,4,6-테트라플루오로 레조르신, 2,3,4,6-테트라브로모 레조르신 등과 같은 치환된 레조르시놀 화합물; 카테콜, 하이드로퀴논; 3-메틸 하이드로퀴논, 3-에틸 하이드로퀴논, 3-프로필 하이드로퀴논, 3-뷰틸 하이드로퀴논, 3-t-뷰틸 하이드로퀴논, 3-페닐 하이드로퀴논, 3-큐밀 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라메틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라-t-뷰틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라플루오로 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라브로모 하이드로퀴논 등과 같은 치환된 하이드로퀴논; 또는 상기 비스페놀 화합물중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

하기 화학식 VII로 표시되는 2,2,2',2'-테트라하이드로-3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로바이-[1H-인덴]-6,6'-다이올 같은 비스페놀 화합물도 사용할 수 있 다:

바람직한 비스페놀 화합물은 비스페놀 A이다.

전형적인 카본에이트 전구체는 카본일 할라이드, 예를 들어 카본일 클로라이드(포스겐) 및 카본일 브로마이드; 비스-할로폼에이트, 예컨대 비스페놀 A, 하이드로퀴논 등과 같은 2가 페놀의 비스-할로폼에이트 및 에틸렌 글라이콜 및 네오펜틸 글라이콜 같은 글라이콜의 비스-할로폼에이트; 및 다이페닐 카본에이트, 다이(톨릴)카본에이트 및 다이(나프틸) 카본에이트 같은 다이아릴 카본에이트를 포함한다. 계면 반응에 바람직한 카본에이트 전구체는 카본을 클로라이드이다.

또한, 둘 이상의 상이한 2가 페놀, 또는 2가 페놀과 글라이콜 또는 하이드록시- 또는 산-말단 폴리에스터 또는 2가 산 또는 하이드록시 산 또는 지방족 이산의 공중합체(단독중합체보다 카본에이트 공중합체를 사용하고자 하는 경우)의 중합으로부터 생성되는 폴리카본에이트를 사용할 수도 있다. 일반적으로, 유용한 지방족 이산은 약 2 내지 약 40개의 탄소를 갖는다. 바람직한 지방족 이산은 도데케인다이오산이다.

분지된 폴리카본에이트, 및 선형 폴리카본에이트와 분지된 폴리카본에이트의 블렌드도 조성물에 사용할 수 있다. 중합 동안 분지화제를 첨가함으로써 분지된 폴리카본에이트를 제조할 수 있다. 이들 분지화제는 하이드록실, 카복실, 카복실산 무수물, 할로폼일일 수 있는 작용기를 셋 이상 함유하는 다작용성 유기 화합물, 및 상기 분지화제중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 구체적인 예는 트라이멜리트산, 트라이멜리트산 무수물, 트라이멜리트산 트라이클로라이드, 트리스-p-하이드록시 페닐 에테인, 이사틴-비스-페놀, 트리스-페놀 TC(1,3,5-트리스((p-하이드록시페닐)아이소프로필)벤젠), 트리스-페놀 PA(4(4(1,1-비스(p-하이드록시페닐)-에틸)α,α-다이메틸 벤질)페놀), 4-클로로폼일 프탈산 무수물, 트라이메스산, 벤조페논 테트라카복실산 등, 또는 상기 분지화제중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 분지화제를 소정 층중 폴리카본에이트의 총 중량에 기초하여 약 0.05 내지 약 2.0중량%의 수준으로 첨가할 수 있다.

한 실시태양에서는, 다이하이드록시 화합물과 탄산 다이에스터 사이의 용융 중축합 반응에 의해 폴리카본에이트를 제조할 수 있다. 폴리카본에이트를 제조하는데 사용될 수 있는 탄산 다이에스터의 예는 다이페닐 카본에이트, 비스(2,4-다이클로로페닐)카본에이트, 비스(2,4,6-트라이클로로페닐)카본에이트, 비스(2-사이아노페닐)카본에이트, 비스(o-나이트로페닐)카본에이트, 다이톨릴 카본에이트, m-크레실 카본에이트, 다이나프틸 카본에이트, 비스(다이페닐) 카본에이트, 비스(메틸살리실) 카본에이트, 다이에틸 카본에이트, 다이메틸 카본에이트, 다이뷰틸 카본에이트, 다이사이클로헥실 카본에이트 등, 또는 상기 탄산 다이에스터중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 바람직한 탄산 다이에스터는 다이페닐 카본에이트 또는 비스 (메틸살리실)카본에이트이다.

바람직하게는, 폴리카본에이트의 수평균 분자량은 약 3,000 내지 약 1,000,000g/몰이다. 이 범위 내에서, 약 10,000g/몰 이상, 바람직하게는 약 20,000g/몰 이상, 더욱 바람직하게는 약 25,000g/몰 이상의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 약 100,000g/몰 이하, 바람직하게는 약 75,000g/몰 이하, 더욱 바람직하게는 약 50,000g/몰 이하, 가장 바람직하게는 약 35,000g/몰 이하의 수평균 분자량이 바람직하다.

지환족 폴리에스터도 전도성 조성물에 사용될 수 있으며, 이들은 통상 다이올 같은 유기 중합체 전구체를 이염기 산 또는 유도체와 반응시킴으로써 제조된다. 지환족 폴리에스터 중합체의 제조에 유용한 다이올은 직쇄, 분지쇄 또는 지환족, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄 알케인 다이올이며, 2 내지 12개의 탄소 원자를 함유할 수 있다.

다이올의 적합한 예는 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 즉 1,2- 및 1,3-프로필렌 글라이콜; 뷰테인 다이올, 즉 1,3- 및 1,4-뷰테인 다이올; 다이에틸렌 글라이콜, 2,2-다이메틸-1,3-프로페인 다이올, 2-에틸, 2-메틸, 1,3-프로페인 다이올, 1,3- 및 1,5-펜테인 다이올, 다이프로필렌 글라이콜, 2-메틸-1,5-펜테인 다이올, 1,6-헥세인 다이올, 1,4-사이클로헥세인 다이메탄올 및 특히 그의 시스- 및 트랜스-이성질체, 트라이에틸렌 글라이콜, 1,10-데케인 다이올 및 상기중 임의의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 것은 다이메탄올 바이사이클로 옥테인, 다이메탄올 데칼린, 지환족 다이올 또는 그의 화학적 등가물, 특히 1,4-사이클로헥세 인 다이메탄올 또는 그의 화학적 등가물이다. 1,4-사이클로헥세인 다이메탄올을 다이올 성분으로서 사용하고자 하는 경우에는, 시스-이성질체와 트랜스-이성질체의 몰비 약 1:4 내지 약 4:1의 혼합물을 사용하는 것이 통상적으로 바람직하다. 이 범위 내에서, 약 1:3의 시스-이성질체 대 트랜스-이성질체의 몰비를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다.

지환족 폴리에스터 중합체를 제조하는데 유용한 이산은 각각 포화 고리의 포화 탄소에 부착된 카복실기를 2개 갖는 카복실산을 포함하는 지방족 이산이다. 지환족 산의 적합한 예는 데카하이드로나프탈렌 다이카복실산, 노보넨 다이카복실산, 바이사이클로 옥테인 다이카복실산을 포함한다. 바람직한 지환족 이산은 1,4-사이클로헥세인다이카복실산 및 트랜스-1,4-사이클로헥세인다이카복실산이다. 폴리에스터가 지환족 고리를 함유하는 하나 이상의 단량체를 갖는 경우에는, 선형 지방족 이산도 유용하다. 선형 지방족 이산의 예시적인 예는 석신산, 아디프산, 다이메틸 석신산 및 아젤라산이다. 이산과 다이올의 혼합물을 사용하여 지환족 폴리에스터를 제조할 수도 있다.

예를 들어, 탄소 또는 알루미나의 적합한 담체상에 지지된 로듐 같은 적합한 촉매를 사용하여 실온 및 대기압에서, 아이소프탈산, 테레프탈산 또는 나프탈렌산 같은 사이클로방향족 이산 및 상응하는 유도체를 적합한 용매, 물 또는 아세트산 중에서 수소화시킴으로써, 사이클로헥세인다이카복실산 및 이들의 화학적 등가물을 제조할 수 있다. 또한, 산이 반응 조건하에서 적어도 부분적으로 가용성이고 탄소 또는 실리카상의 팔라듐 또는 루테늄 촉매가 사용되는 불활성 액체 매질을 사용함 으로써도 이들을 제조할 수 있다.

전형적으로는, 수소화 동안, 카복실산 기가 시스- 또는 트랜스-위치에 있는 둘 이상의 이성질체가 수득된다. 용매, 예컨대 n-헵테인을 사용하거나 사용하지 않는 결정화에 의해 또는 증류에 의해 시스-이성질체와 트랜스-이성질체를 분리할 수 있다. 시스-이성질체는 더욱 우수하게 블렌딩되는 경향이 있는 반면, 트랜스-이성질체는 보다 높은 융점 및 결정화 온도를 갖고 통상적으로 바람직하다. 시스-이성질체와 트랜스-이성질체의 혼합물도 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이러한 혼합물이 사용되는 경우 트랜스-이성질체는 시스-이성질체와 트랜스-이성질체의 총 중량에 기초하여 약 75중량% 이상을 바람직하게 구성하고 시스-이성질체는 나머지를 구성한다. 이성질체 또는 하나보다 많은 이산의 혼합물이 사용되는 경우에는, 코폴리에스터 또는 두 폴리에스터의 혼합물을 지환족 폴리에스터 수지로서 사용할 수 있다.

에스터를 비롯한 이들 이산의 화학적 등가물도 지환족 폴리에스터를 제조하는데 사용할 수 있다. 이산의 화학적 등가물의 적합한 예는 알킬 에스터, 예컨대 다이알킬 에스터, 다이아릴 에스터, 무수물, 산 클로라이드, 산 브로마이드 등, 또는 상기 화학적 등가물중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 바람직한 화학적 등가물은 지환족 이산의 다이알킬 에스터를 포함하고, 가장 바람직한 화학적 등가물은 산의 다이메틸 에스터, 특히 다이메틸-트랜스-1,4-사이클로헥세인다이카복실레이트를 포함한다.

시스-위치 및 트랜스-위치에 카복실산 기를 갖는 두 이성질체가 수득되는 다 이메틸테레프탈레이트의 고리 수소화에 의해, 다이메틸-1,4-사이클로헥세인다이카복실레이트를 수득할 수 있다. 이성질체를 분리할 수 있으며, 트랜스-이성질체가 특히 바람직하다. 상기 상세히 기재한 바와 같이 이성질체의 혼합물도 사용할 수 있다.

폴리에스터 중합체는 통상적으로 다이올 또는 다이올 화학적 등가 성분 같은 중합체 전구체를 이산 또는 이산 화학적 등가 성분과 축합 또는 에스터 교환 중합시킴으로써 수득되며, 하기 화학식 VIII의 반복 단위를 갖는다:

상기 식에서,

R³은 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 지환족 알케인 다이올의 잔기 또는 그의 화학적 등가물인, 2 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 또는 사이클로알킬 라디칼이고;

R⁴는 이산으로부터 유도되는 탈카복실화 잔기인 알킬 또는 지환족 라디칼이나,

단 R³ 또는 R⁴중 적어도 하나는 사이클로알킬기이다.

바람직한 지환족 폴리에스터는, 상기 화학식 VIII에서 R³이 사이클로헥세인 고리이고 R⁴가 사이클로헥세인다이카복실레이트 또는 그의 화학적 등가물로부터 유 도되는 사이클로헥세인 고리인 하기 화학식 IX의 반복 단위를 갖는 폴리(1,4-사이클로헥세인-다이메탄올-1,4-사이클로헥세인다이카복실레이트)이고, 그의 시스-이성질체 또는 트랜스-이성질체 또는 시스-이성질체와 트랜스-이성질체의 혼합물로부터 선택된다:

지환족 폴리에스터 중합체는 통상 적합한 양, 전형적으로는 최종 생성물의 총 중량에 기초하여 티탄 약 50 내지 400ppm의 양의 테트라(2-에틸 헥실)티탄에이트 같은 적합한 촉매의 존재하에서 제조될 수 있다. 폴리(1,4-사이클로헥세인다이메탄올-1,4-사이클로헥세인다이카복실레이트)는 통상 폴리카본에이트와 적합한 블렌드를 형성한다. 방향족 폴리에스터 또는 폴리아릴레이트도 전도성 조성물에 사용될 수 있다.

바람직하게는, 코폴리에스터카본에이트 또는 폴리에스터의 수평균 분자량은 약 3,000 내지 약 1,000,100g/몰이다. 이 범위 내에서, 약 10,000g/몰 이상, 바람직하게는 약 20,000g/몰 이상, 더욱 바람직하게는 약 25,000g/몰 이상의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 약 100,000g/몰 이하, 바람직하게는 약 75,000g/몰 이하, 더욱 바람직하게는 약 50,000g/몰 이하, 가장 바람직하게는 약 35,000g/몰 이하의 수평균 분자량이 바람직하다.

다른 실시태양에서, 유기 중합체는 폴리스타이렌을 포함한다. 본원에 사용 되는 용어 "폴리스타이렌"은 하기 화학식 X의 단량체로부터 유도되는 구조 단위를 갖는 중합체 전구체를 25중량% 이상 함유하는, 벌크, 현탁 및 유화 중합에 의해 제조되는 중합체를 포함한다:

상기 식에서,

R⁵는 수소, 저급 알킬 또는 할로겐이고;

Z¹은 비닐, 할로겐 또는 저급 알킬이며;

p는 0 내지 약 5이다.

이들 유기 중합체는 스타이렌, 클로로스타이렌 및 비닐톨루엔의 단독중합체; 아크릴로나이트릴, 뷰타다이엔, 알파-메틸스타이렌, 에틸비닐벤젠, 다이비닐벤젠 및 말레산 무수물에 의해 예시되는 하나 이상의 단량체와 스타이렌의 랜덤 공중합체; 및 고무가 폴리뷰타다이엔 또는 스타이렌 약 98 내지 약 70중량%와 다이엔 단량체 약 2 내지 약 30중량%의 고무상 공중합체인, 고무-개질된 폴리스타이렌 포함 블렌드 및 그라프트를 포함한다. 폴리스타이렌은 모든 비율에서 폴리페닐렌 에터와 혼화성이며, 임의의 이들 블렌드는 중합체의 총 중량에 기초하여 약 5 내지 약 95중량%, 가장 흔히는 약 25 내지 약 75중량%의 양으로 폴리스타이렌을 함유할 수 있다.

또 다른 실시태양에서는, 폴리이미드를 전도성 조성물의 유기 중합체로서 사용할 수 있다. 유용한 열가소성 폴리이미드는 하기 화학식 XI을 갖는다:

상기 식에서,

a는 약 10 이상, 더욱 바람직하게는 약 1000 이상이고;

V는 연결기가 폴리이미드의 합성 또는 사용을 방해하지 않는 한 제한 없는 4가 연결기이다.

적합한 연결기는 (a) 약 5 내지 약 50개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환, 포화, 불포화 또는 방향족 일환상 또는 다환상 기, (b) 1 내지 약 30개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환, 선형 또는 분지된, 포화 또는 불포화 알킬기; 또는 이들의 조합을 포함한다. 적합한 치환기 및/또는 연결기는 에터, 에폭사이드, 아마이드, 에스터 및 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다. 바람직한 연결기는 하기와 같은 화학식 XII의 4가 방향족 라디칼을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다:

상기 식에서, W는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO₂-, -SO-, -C_yH_2y-(여기에서, y는 1 내지 5의 정수임) 및 퍼플루오로알킬렌기를 비롯한 이들의 할로겐화된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 잔기; 또는 화학식 -O-Z-O-의 기이며; 이 때 -O- 또는 -O-Z-O- 기의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3' 또는 4,4' 위치에 있고, Z는 하기 화학식 XIII의 2가 라디칼을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다:

화학식 XI의 R은 (a) 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼 및 이들의 할로겐화된 유도체; (b) 약 2 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌 라디칼; (c) 약 3 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬렌 라디칼; 또는 (d) 하기 화학식 XIV의 2가 라디칼 같은 치환 또는 비치환 2가 유기 라디칼을 포함한다:

상기 식에서, Q는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO₂-, -SO-, -C_yH_2y-(여기에서, y는 1 내지 5의 정수임) 및 퍼플루오로알킬렌 기를 비롯한 이들의 할로겐화된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 잔기를 포함한다.

전도성 조성물에 사용될 수 있는 바람직한 부류의 폴리이미드는 폴리아미드이미드 및 폴리에터이미드, 특히 용융 가공될 수 있는 폴리에터이미드를 포함한다.

바람직한 폴리에터이미드 중합체는 하기 화학식 XV의 구조 단위를 하나보다 많이, 전형적으로는 약 10 내지 약 1000개 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 500개 포함한다:

상기 식에서,

T는 -O- 또는 화학식 -O-Z-O-의 기이며, 이 때 -O- 또는 -O-Z-O- 기의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3' 또는 4,4' 위치에 있으며, Z는 상기 정의된 화학식 XIII의 2가 라디칼을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다.

한 실시태양에서, 폴리에터이미드는 상기 에터이미드 단위에 덧붙여 하기 화학식 XVI의 폴리이미드 구조 단위를 추가로 함유하는 공중합체일 수 있다:

상기 식에서,

R은 화학식 XI에 대해 이미 정의된 바와 같고,

M은 하기 화학식 XVII의 라디칼을 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다:

하기 화학식 XVIII의 방향족 비스(에터 무수물)과 하기 화학식 XIX의 유기 다이아민의 반응을 포함하는 임의의 방법에 의해 폴리에터이미드를 제조할 수 있다:

H₂N-R-NH₂

상기 식에서, T 및 R은 화학식 XI 및 XIV에서 상기 기재된 바와 같이 정의된다.

화학식 XVIII의 방향족 비스(에터 무수물)의 예시적인 예는 2,2-비스[4-(3,4-다이카복시페녹시)페닐]프로페인 이무수물; 4,4'-비스(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 에터 이무수물; 4,4'-비스(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 설파이드 이무수물; 4,4'-비스(3,4-다이카복시페녹시)벤조페논 이무수물; 4,4'-비스(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 설폰 이무수물; 2,2-비스[4-(2,3-다이카복시페녹시)페닐]프로페인 이무수물; 4,4'-비스(2,3-다이카복시페녹시)다이페닐 에터 이무수물; 4,4'-비스(2,3-다이카복시페녹시)다이페닐 설파이드 이무수물; 4,4'-비스(2,3-다이카복시페녹시)벤조페논 이무수물; 4,4'-비스(2,3-다이카복시페녹시)다이페닐 설폰 이무수물; 4-(2,3-다이카복시페녹시)-4'-(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐-2,2-프로페인 이무수물; 4-(2,3-다이카복시페녹시)-4'-(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 에터 이무수물; 4-(2,3-다이카복시페녹시)-4'-(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 설파이드 이무수물; 4-(2,3-다이카복시페녹시)-4'-(3,4-다이카복시페녹시)벤조페논 이무수물 및 4-(2,3-다이카복시페녹시)-4'-(3,4-다이카복시페녹시)다이페닐 설폰 이무수물, 및 이들의 다양한 혼합물을 포함한다.

양극성 비양성자성 용매의 존재하에서 나이트로 치환된 페닐 다이나이트릴과 2가 페놀 화합물의 금속 염의 반응 생성물을 가수분해시킨 후 탈수시킴으로써 비스(에터 무수물)을 제조할 수 있다. 상기 화학식 XVIII에 포함되는 방향족 비스(에터 무수물)의 바람직한 부류는 T가 하기 화학식 XX이고, 에터 연결기가 예컨대 바람직하게는 3,3', 3,4', 4,3' 또는 4,4' 위치 및 그의 조합에 있으며, Q가 상기 정의된 바와 같은 화합물을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다.

임의의 다이아미노 화합물을 폴리이미드 및/또는 폴리에터이미드의 제조에 사용할 수 있다. 적합한 화합물의 예는 에틸렌다이아민, 프로필렌다이아민, 트라이메틸렌다이아민, 다이에틸렌트라이아민, 트라이에틸렌테트라아민, 헥사메틸렌다이아민, 헵타메틸렌다이아민, 옥타메틸렌다이아민, 노나메틸렌다이아민, 데카메틸렌다이아민, 1,12-도데케인다이아민, 1,18-옥타데케인다이아민, 3-메틸헵타메틸렌다이아민, 4,4-다이메틸헵타메틸렌다이아민, 4-메틸노나메틸렌다이아민, 5-메틸노나메틸렌다이아민, 2,5-다이메틸헥사메틸렌다이아민, 2,5-다이메틸헵타메틸렌다이아민, 2,2-다이메틸프로필렌다이아민, N-메틸-비스(3-아미노프로필)아민, 3-메톡시헥사메틸렌다이아민, 1,2-비스(3-아미노프로폭시)에테인, 비스(3-아미노프로필) 설파이드, 1,4-사이클로헥세인다이아민, 비스-(4-아미노사이클로헥실)메테인, m-페닐 렌다이아민, p-페닐렌다이아민, 2,4-다이아미노톨루엔, 2,6-다이아미노톨루엔, m-자일릴렌다이아민, p-자일릴렌다이아민, 2-메틸-4,6-다이에틸-1,3-페닐렌-다이아민, 5-메틸-4,6-다이에틸-1,3-페닐렌-다이아민, 벤지딘, 3,3'-다이메틸벤지딘, 3,3'-다이메톡시벤지딘, 1,5-다이아미노나프탈렌, 비스(4-아미노페닐)메테인, 비스(2-클로로-4-아미노-3,5-다이에틸페닐)메테인, 비스(4-아미노페닐)프로페인, 2,4-비스(b-아미노-t-뷰틸)톨루엔, 비스(p-b-아미노-t-뷰틸페닐)에터, 비스(p-b-메틸-o-아미노페닐)벤젠, 비스(p-b-메틸-o-아미노펜틸) 벤젠, 1,3-다이아미노-4-아이소프로필벤젠, 비스(4-아미노페닐) 설파이드, 비스(4-아미노페닐) 설폰, 비스(4-아미노페닐) 에터 및 1,3-비스(3-아미노프로필)테트라메틸다이실록세인이다. 이들 화합물의 혼합물도 제공할 수 있다. 바람직한 다이아미노 화합물은 방향족 다이아민, 특히 m- 및 p-페닐렌다이아민 및 이들의 혼합물이다.

예시적인 실시태양에서, 폴리에터이미드 수지는 각 R이 독립적으로 p-페닐렌 또는 m-페닐렌 또는 이들의 혼합물이고 T가 하기 화학식 XXI의 2가 라디칼인 화학식 XV에 따른 구조 단위를 포함한다:

일반적으로는, o-다이클로로벤젠, m-크레솔/톨루엔 등과 같은 용매를 사용하여 반응을 수행함으로써, 약 100 내지 약 250℃에서 화학식 XVIII의 무수물과 화학식 XIX의 다이아민을 반응시킬 수 있다. 다르게는, 출발 물질의 혼합물을 교반하 면서 승온으로 가열함으로써, 화학식 XVIII의 방향족 비스(에터 무수물)과 화학식 XIX의 다이아민을 용융 중합시킴으로써 폴리에터이미드를 제조할 수 있다. 일반적으로, 용융 중합에는 약 200 내지 약 400℃의 온도가 이용된다. 연쇄 중지제 및 분지화제도 반응에 사용할 수 있다. 폴리에터이미드/폴리이미드 공중합체가 사용되는 경우에는, 피로멜리트산 무수물 같은 이무수물을 비스(에터 무수물)과 함께 사용한다. 다이아민이 약 0.2몰 이하의 과량으로, 바람직하게는 약 0.2몰 미만의 과량으로 반응 혼합물에 존재하는, 방향족 비스(에터 무수물)과 유기 다이아민의 반응으로부터 폴리에터이미드 중합체를 임의적으로 제조할 수 있다. 이러한 조건하에서, 폴리에터이미드 수지는 빙초산중 33중량%의 브롬화수소산의 용액과 함께 클로로폼 용액으로 적정함으로써 보여지는 바와 같이, 약 15마이크로당량/g(μeq/g) 미만의 산 적정가능한 기, 바람직하게는 약 10μeq/g 미만의 산 적정가능한 기를 갖는다. 산-적정가능한 기는 본질적으로 폴리에터이미드 수지의 아민 말단기에 기인한다.

일반적으로, 유용한 폴리에터이미드는 6.6kg 분동을 사용하여 295℃에서 미국 재료 시험 협회(ASTM) D1238에 의해 측정할 때 약 0.1 내지 약 10g/분의 용융 지수를 갖는다. 바람직한 실시태양에서, 폴리에터이미드 수지는 폴리스타이렌 기준물을 사용하는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정할 때 약 10,000 내지 약 150,000g/몰의 중량평균 분자량(Mw)을 갖는다. 이러한 폴리에터이미드 중합체는 전형적으로 25℃의 m-크레솔 중에서 측정할 때 약 0.2dl/g보다 큰 고유 점도, 바람직하게는 약 0.35 내지 약 0.7dl/g의 고유 점도를 갖는다.

또 다른 실시태양에서는, 폴리아마이드를 유기 중합체로서 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 폴리아마이드는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 유기 락탐의 중합으로부터 통상적으로 유도된다. 바람직한 락탐은 하기 화학식 XXII로 표시된다:

상기 식에서, n은 약 3 내지 약 11이다.

매우 바람직한 락탐은 n이 5인 ε-카프로락탐이다.

또한, 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아미노산으로부터 폴리아마이드를 합성할 수도 있다. 바람직한 아미노산은 하기 화학식 XXIII으로 표시된다:

상기 식에서, n은 약 3 내지 약 11이다.

매우 바람직한 아미노산은 n이 5인 ε-아미노카프로산이다.

4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 다이카복실산 및 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 다이아민으로부터 폴리아마이드를 합성할 수도 있다. 적합하고 바람직한 지방족 다이카복실산은 폴리에스터의 합성에 대해 상기 기재된 것과 동일하다. 바람직한 지방족 다이아민은 하기 화학식 XXIV로 표시된다:

H₂N-(CH₂)_n-NH₂

상기 식에서, n은 약 2 내지 약 12이다.

매우 바람직한 지방족 다이아민은 헥사메틸렌다이아민(H₂N(CH₂)₆NH₂)이다. 다이카복실산 대 다이아민의 몰비가 약 0.66 내지 약 1.5인 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 약 0.81 이상, 바람직하게는 약 0.96 이상의 몰비를 갖는 것이 통상적으로 바람직하다. 또한, 이 범위 내에서, 약 1.22 이하, 바람직하게는 약 1.04 이하의 양이 바람직하다. 바람직한 폴리아마이드는 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 4,6, 나일론 6,12, 나일론 10 등, 또는 상기 나일론중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 락톤 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 락탐으로부터 폴리아마이드에스터를 합성할 수도 있다. 지방족 락톤은 폴리에스터 합성에 대해 상기 기재된 것과 같으며, 지방족 락탐은 폴리아마이드의 합성에 대해 상기 기재된 것과 동일하다. 지방족 락톤 대 지방족 락탐의 비는 최종 공중합체의 목적하는 조성 및 락톤과 락탐의 상대적인 반응성에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 현재 바람직한 지방족 락탐 대 지방족 락톤의 초기 몰비는 약 0.5 내지 약 4이다. 이 범위 내에서, 약 1 이상의 몰비가 바람직하다. 또한, 약 2 이하의 몰비가 바람직하다.

전도성 전구체 조성물은 촉매 또는 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 일반 적으로는, 상응하는 열 중합에 적합한 임의의 공지 촉매 또는 개시제를 사용할 수 있다. 다르게는, 촉매 또는 개시제 없이 중합을 수행할 수 있다. 예를 들어, 지방족 다이카복실산 및 지방족 다이아민으로부터 폴리아마이드를 합성할 때에는 촉매가 필요하지 않다.

락탐으로부터 폴리아마이드를 합성하는 경우, 적합한 촉매는 물 및 합성에 사용되는 개환된(가수분해된) 락탐에 상응하는 ω-아미노산을 포함한다. 다른 적합한 촉매는 금속 알루미늄 알킬레이트(MAl(OR)₃H; 여기에서, M은 알칼리금속 또는 알칼리토금속이고, R은 C₁-C₁₂ 알킬임), 소듐 다이하이드로비스(2-메톡시에톡시)알루미네이트, 리튬 다이하이드로비스(3급-뷰톡시)알루미네이트, 알루미늄 알킬레이트(Al(OR)₂R; 여기에서, R은 C₁-C₁₂ 알킬임), N-소듐 카프로락탐, ε-카프로락탐의 염화마그네슘 또는 브롬화마그네슘 염(MgXC₆H₁₀NO, X=Br 또는 Cl), 다이알콕시 알루미늄 하이드라이드를 포함한다. 적합한 개시제는 아이소프탈로일비스카프로락탐, N-아세탈카프로락탐, 아이소사이아네이트 ε-카프로락탐 부가물, 알콜(ROH; 여기에서, R은 C₁-C₁₂ 알킬임), 다이올(HO-R-OH; 여기에서, R은 C₁-C₁₂ 알킬렌임), ω-아미노카프로산 및 메톡시화나트륨을 포함한다.

락톤 및 락탐으로부터 폴리아마이드에스터를 합성하는 경우, 적합한 촉매는 화학식 LiAl(H)_x(R¹)_y(여기에서, x는 약 1 내지 약 4이고, y는 약 0 내지 약 3이며, x+y는 4이고, R¹은 C₁-C₁₂ 알킬 및 C₁-C₁₂ 알콕시로 이루어진 군으로부터 선택됨)의 수소화알루미늄리튬 촉매 같은 금속 수소화물 화합물을 포함하며; 매우 바람직한 촉매는 LiAl(H)(OR²)₃(여기에서, R²는 C₁-C₈ 알킬로 이루어진 군으로부터 선택됨)를 포함하고; 특히 바람직한 촉매는 LiAl(H)(OC(CH₃)₃)₃이다. 다른 적합한 촉매 및 개시제는 폴리(ε-카프로락탐) 및 폴리(ε-카프로락톤)의 중합에 대해 상기 기재된 것을 포함한다.

유기 중합체는 통상 약 5 내지 약 99.999중량%의 양으로 전도성 조성물에 존재한다. 이 범위 내에서, 조성물의 총 중량에 대해 약 10중량% 이상, 바람직하게는 약 30중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 50중량% 이상의 양으로 유기 중합체 또는 중합체 블렌드를 사용하는 것이 통상적으로 바람직하다. 유기 중합체 또는 중합체 블렌드는 또한 통상 조성물의 총 중량에 대해 약 99.99중량% 이하, 바람직하게는 약 99.5중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 99.3중량% 이하의 양으로 사용된다.

나노 크기의 전도성 충전제는 약 1,000nm 이하인 치수를 하나 이상 갖는 충전제이다. 나노 크기의 전도성 충전제는 1, 2 또는 3-차원일 수 있으며, 분말, 인발 와이어(drawn wire), 스트랜드, 섬유, 관, 나노관, 봉, 휘스커, 박편, 적층체, 소판, 타원형, 원반, 장구 등, 또는 상기 형태중 하나 이상을 포함하는 조합의 형태로 존재할 수 있다. 이들은 또한 분수 치수를 가질 수 있으며, 덩어리 또는 표 면 차원분열 도형의 형태로 존재할 수 있다.

나노 크기의 전도성 충전제의 적합한 예는 단일벽 탄소 나노관(SWNT), 다중벽 탄소 나노관(MWNT), 증기 성장 탄소 섬유(VGCF), 카본 블랙, 전도성 금속 입자, 전도성 금속 산화물, 금속 코팅된 충전제 등이다. 한 실시태양에서는, 이들 나노 크기의 전도성 충전제를 중합체 전구체의 중합 동안 전도성 조성물에 첨가할 수 있다. 다른 실시태양에서는, 나노 크기의 전도성 충전제를 전도성 조성물을 제조하기 위한 제조 과정 동안 유기 중합체에 첨가한다.

전도성 조성물에 사용되는 SWNT는 흑연의 레이저-증발, 탄소 아크 합성 또는 고압 일산화탄소 전환 공정(HIPCO)에 의해 제조될 수 있다. 이들 SWNT는 통상 약 0.7 내지 약 2.4nm의 외부 직경을 갖는 그라핀(graphene) 시이트를 포함하는 단일벽을 갖는다. 약 5 이상, 바람직하게는 약 100 이상, 더욱 바람직하게는 약 1000 이상의 종횡비를 갖는 SWNT를 조성물에 통상적으로 사용한다. SWNT는 통상적으로는 개별적인 관의 각 말단에 반구형 캡을 갖는 폐쇄된 구조이지만, 한쪽 말단 또는 양쪽 말단이 개방된 SWNT도 사용될 수 있는 것으로 고려된다. SWNT는 통상 속이 비었으나 비정질 탄소로 충전될 수 있는 중심부를 포함한다.

한 실시태양에서, SWNT는 로프형 응집체의 형태로 존재할 수 있다. 이들 응집체는 통상 "로프"라고 불리며, 개별적인 SWNT 사이의 반 데르 발스(Van der Waal's) 힘의 결과로서 형성된다. 로프중의 개별적인 나노관은 자유 에너지를 최소화하기 위하여 서로에 대해 미끄러지고 로프 내에서 서로 재배열될 수 있다. 일 반적으로 10 내지 10⁵개의 나노관을 갖는 로프를 조성물에 사용할 수 있다. 이 범위 내에서, 약 100개 이상, 바람직하게는 약 500개 이상의 나노관을 갖는 로프가 통상적으로 바람직하다. 또한, 약 10⁴개 이하, 바람직하게는 약 5,000개 이하의 나노관을 갖는 로프가 바람직하다.

또 다른 실시태양에서는, SWNT 로프가 분산 후 분지의 형태로 서로 또는 쌓아올려진 더미와 연결되는 것이 바람직하다. 이로 인해, SWNT 망상구조의 분지 사이에서 로프가 공유되어 유기 중합체 매트릭스 내에 3차원 망상구조가 형성된다. 이러한 유형의 망상구조에서는 분지점이 약 10nm 내지 약 10㎛ 이격될 수 있다. SWNT가 2000W/m-K 이상의 고유 열 전도율을 갖고 SWNT 로프가 10⁴지멘스(S)/cm의 고유 전기 전도율을 갖는 것이 통상적으로 바람직하다. 또한, SWNT가 80GPa 이상의 인장 강도 및 약 0.5TPa 이상의 강성을 갖는 것이 바람직하다.

다른 실시태양에서, SWNT는 금속 나노관과 반도체 나노관의 혼합물을 포함할 수 있다. 금속 나노관은 금속과 유사한 전기적 특징을 나타내는 것인 반면, 반도체 나노관은 전기적으로 반전도성인 것이다. 일반적으로, 그라핀 시이트가 말려지는 방식에 따라 다양한 나선 구조의 나노관이 생성된다. 지그재그형 및 안락의자형 나노관이 2가지의 확인된 가능성을 구성한다. 조성물에 사용되는 SWNT의 양을 최소화하기 위하여, 조성물이 다량의 금속 SWNT를 포함하도록 하는 것이 통상적으로 바람직하다. 조성물에 사용되는 SWNT가 금속 나노관을 SWNT의 총 중량에 대해 약 1중량% 이상, 바람직하게는 약 20중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 30중량% 이 상, 더더욱 바람직하게는 약 50중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 99.9중량% 이상의 양으로 포함하는 것이 통상적으로 바람직하다. 특정 상황에서는, 전도성 조성물에 사용되는 SWNT가 SWNT의 총 중량에 대해 약 1중량% 이상, 바람직하게는 약 20중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 30중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 약 50중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 99.9중량% 이상의 양으로 반도체 나노관을 포함하는 것이 통상적으로 바람직하다.

SWNT가 사용되는 경우, 이들은 필요한 경우 조성물의 총 중량에 대해 약 0.001 내지 약 80중량%의 양으로 통상적으로 사용된다. 이 범위 내에서, SWNT는 조성물의 총 중량에 대해 약 0.25중량% 이상, 바람직하게는 약 0.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 1중량% 이상의 양으로 통상적으로 사용된다. SWNT는 또한 조성물의 총 중량에 대해 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5중량% 이하의 양으로 통상적으로 사용된다.

한 실시태양에서, SWNT는 제조 관련 불순물을 함유할 수 있다. 본원에 정의되는 SWNT에 존재하는 제조 관련 불순물은 SWNT의 제조에 실질적으로 관련된 과정 동안 생성된 불순물이다. 상기 언급된 바와 같이, SWNT는 예컨대 레이저 절제, 화학적 증착, 탄소 아크, 고압 일산화탄소 전환 공정 등과 같은 공정에서 제조된다. 제조 관련 불순물은 상기 공정 또는 유사한 제조 공정에서 SWNT를 제조하는 동안 자연적으로 형성되거나 의도적으로 형성된 불순물이다. 자연적으로 형성된 제조 관련 불순물의 적합한 예는 SWNT의 제조에 사용되는 촉매 입자이다. 의도적으로 형성된 제조 관련 불순물의 적합한 예는 제조 과정 동안 소량의 산화제를 의도적으 로 첨가함으로써 SWNT의 표면상에 형성된 매달려 있는 결합이다.

제조 관련 불순물은 예를 들어 결함이 있는 SWNT, 다중벽 탄소 나노관, 분지되거나 감긴 다중벽 탄소 나노관, 비정질 탄소, 검댕, 나노-어니언(nano-onion), 나노호른(nanohorn), 코크스 등과 같은 탄소질 반응 부산물; 금속, 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 질화물 등과 같은 제조 공정에 사용되는 촉매로부터의 촉매 잔류물, 또는 상기 반응 부산물중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. SWNT의 제조에 실질적으로 관련되는 공정은 SWNT의 분율이 제조 관련 불순물의 다른 임의의 분율과 비교할 때 더욱 큰 공정이다. 공정이 SWNT의 제조에 실질적으로 관련되기 위해서는, SWNT의 분율이 상기 기재된 반응 부산물 또는 촉매 잔류물중 임의의 하나의 분율보다 커야 한다. 예를 들어, SWNT의 분율은 다중벽 나노관의 분율, 또는 검댕의 분율 또는 카본 블랙의 분율보다 커야 한다. SWNT의 분율은 공정이 SWNT의 제조에 실질적으로 관련되는 것으로 간주되기 위해서 제조 관련 불순물의 임의의 조합의 분율 합보다 클 필요는 없다.

일반적으로, 조성물에 사용되는 SWNT는 약 0.1 내지 약 80중량%의 불순물을 포함할 수 있다. 이 범위 내에서, SWNT는 SWNT의 총 중량에 대해 약 1중량% 이상, 바람직하게는 약 3중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 7중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 약 8중량% 이상의 불순물 함량을 가질 수 있다. 또한, 이 범위 내에서, SWNT의 총 중량에 대해 약 50중량% 이하, 바람직하게는 약 45중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 40중량% 이하의 불순물 함량이 바람직하다.

한 실시태양에서, 조성물에 사용되는 SWNT는 약 0.1 내지 약 50중량%의 촉매 잔류물을 포함할 수 있다. 이 범위 내에서, SWNT는 SWNT의 총 중량에 대해 약 3중량% 이상, 바람직하게는 약 7중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 8중량% 이상의 촉매 잔류물 함량을 가질 수 있다. 또한, 이 범위 내에서, SWNT의 총 중량에 대해 약 50중량% 이하, 바람직하게는 약 45중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 40중량% 이하의 촉매 잔류물 함량이 바람직하다.

SWNT의 제조에 관련되지 않은 레이저 절제 및 탄소 아크 합성 같은 공정으로부터 유도되는 MWNT를 또한 전도성 조성물에 사용할 수 있다. MWNT는 내부 중공 코어 둘레에 결합된 둘 이상의 그라핀 층을 갖는다. 반구형 캡이 통상적으로 MWNT의 양 말단을 폐쇄시키지만, 반구형 캡을 하나만 갖는 MWNT 또는 두 캡이 모두 없는 MWNT를 사용하는 것도 바람직할 수 있다. MWNT는 통상 약 2 내지 약 50nm의 직경을 갖는다. 이 범위 내에서, 약 40nm 이하, 바람직하게는 약 30nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 20nm 이하의 직경을 갖는 MWNT를 사용하는 것이 통상적으로 바람직하다. MWNT가 사용되는 경우에는, 약 5 이상, 바람직하게는 약 100 이상, 더욱 바람직하게는 약 1000 이상의 평균 종횡비를 갖는 것이 바람직하다.

MWNT가 사용되는 경우, 이들은 통상 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 0.001 내지 약 50중량%의 양으로 사용된다. 이 범위 내에서, MWNT는 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 0.25중량% 이상, 바람직하게는 약 0.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 1중량% 이상의 양으로 통상적으로 사용된다. MWNT는 또한 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5중량% 이하의 양으로 통상적으로 사용된다.

약 3.5 내지 약 100nm의 직경 및 약 5 이상의 종횡비를 갖는 증기 성장 탄소 섬유 또는 증기 성장 탄소 섬유(VGCF)라고도 불리는 작은 흑연 또는 부분 흑연 탄소 섬유도 사용할 수 있다. VGCF가 사용되는 경우에는, 약 3.5 내지 약 70nm의 직경이 바람직하고, 약 3.5 내지 약 50nm의 직경이 더욱 바람직하며, 약 3.5 내지 약 25nm의 직경이 가장 바람직하다. 또한, 약 100 이상, 더욱 바람직하게는 약 1000 이상의 평균 종횡비를 갖는 것이 바람직하다.

사용되는 경우 VGCF는 통상 필요한 경우 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 0.001 내지 약 50중량%의 양으로 사용된다. 이 범위 내에서, VGCF는 전도성 조성물의 약 0.25중량% 이상, 바람직하게는 약 0.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 1중량% 이상의 양으로 통상적으로 사용된다. VGCF는 또한 전도성 조성물의 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5중량% 이하의 양으로 통상적으로 사용된다.

전도성 조성물에 사용되는 SWNT 및 다른 탄소 나노관(즉, MWNT 및 VGCF)을 둘 다 작용기로 유도화시켜 유기 중합체와의 상용성을 개선시키고 유기 중합체와의 혼합을 용이하게 할 수 있다. 측벽을 구성하는 그라핀 시이트, 반구형 캡 또는 측벽과 반구형 말단 캡 둘 다에서 SWNT 및 다른 탄소 나노관을 작용화시킬 수 있다. 작용화된 SWNT 및 다른 탄소 나노관은 하기 화학식 XXV를 갖는 것이다:

상기 식에서,

n은 정수이고,

L은 0.1n 미만의 수이며,

m은 0.5n 미만의 수이고,

각 R은 동일하고, -SO₃H, -NH₂, -OH, -C(OH)R', -CHO, -CN, -C(O)Cl, -C(O)SH, -C(O)OR', -SR', -SiR₃', -Si(OR')_yR'_(3-y), -R", -AlR₂', 할라이드, 에틸렌성 불포화 작용기, 에폭사이드 작용기 등으로부터 선택되며,

y는 3 이하의 정수이고,

R'은 수소, 알킬, 아릴, 사이클로알킬, 알크아릴, 아르알킬, 사이클로아릴, 폴리(알킬에터), 브로모, 클로로, 아이오도, 플루오로, 아미노, 하이드록실, 티오, 포스피노, 알킬티오, 사이아노, 나이트로, 아미도, 카복실, 헤테로사이클릴, 페로센일, 헤테로아릴, 플루오로 치환된 알킬, 에스터, 케톤, 카복실산, 알콜, 플루오로-치환된 카복실산, 플루오로-알킬-트라이플레이트 등이며,

R"은 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로사이클로알킬, 플루오로아르알킬, 사이클로아릴 등이다.

탄소 원자 C_n은 탄소 나노관의 표면 탄소이다. 균일하게 치환된 SWNT와 불균일하게 치환된 SWNT 및 다른 탄소 나노관 둘 다에서, 표면 탄소 C_n이 반응한다.

불균일하게 치환된 SWNT 및 다른 탄소 나노관을 또한 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 이들은 n, L, m, R 및 SWNT 자체가 상기 정의된 바와 같으나 단 각 R이 산소를 함유하지 않거나, 또는 각 R이 산소-함유 기인 경우 COOH가 존재하지 않 는 상기 화학식 I의 조성물을 포함한다.

또한, 하기 화학식 XXVI의 작용화된 SWNT 및 다른 탄소 나노관도 포함된다:

상기 식에서, n, L, m, R' 및 R은 상기에서와 같은 의미를 갖는다.

탄소 나노관의 표면 층의 대부분의 탄소 원자는 기본 평면 탄소이다. 기본 평면 탄소는 화학적 공격에 대해 비교적 불활성이다. 예를 들어 흑연 평면이 탄소 나노관 둘레에서 완전히 연장되지 않는 결함 부위에는 흑연 평면의 가장자리 탄소 원자와 유사한 탄소 원자가 있다. 가장자리 탄소는 반응성이고, 탄소 원자가를 충족시키기 위하여 몇몇 헤테로원자 또는 기를 함유해야 한다.

상기 기재된 치환된 SWNT 및 다른 탄소 나노관은 유리하게는 추가로 작용화될 수 있다. 이러한 SWNT 조성물은 하기 화학식 XXVII의 조성물을 포함한다:

상기 식에서,

n, L 및 m은 상기 기재된 바와 같고,

A는 -OY, -NHY, -CR'₂-OY, -C(O)OY, -C(O)NR'Y, -C(O)SY 또는 -C(O)Y로부터 선택되며,

Y는 단백질, 펩타이드, 효소, 항체, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 저해제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적절한 작용기이거나, 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'-NCO, (C₂H₄O)_wY, -(C₃H₆O)_wH, -(C₂H₄O)_wR', -(C₃H₆O)_wR' 및 R"으로부터 선택되며,

w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다.

화학식 XXVI의 구조를 갖는 작용성 SWNT 및 다른 탄소 나노관을 또한 작용화시켜 하기 화학식 XXVIII의 SWNT 조성물을 생성시킬 수 있다:

상기 식에서, n, L, m, R' 및 A는 상기 정의된 바와 같다.

전도성 조성물은 또한 특정 환상 화합물이 흡착된 SWNT 및 다른 탄소 나노관을 포함할 수 있다. 이들은 하기 화학식 XXIX의 SWNT 조성물을 포함한다:

상기 식에서,

n은 정수이고,

L은 0.1n 미만의 수이고,

m은 0.5n 미만이고,

a는 0 또는 10 미만의 수이며,

X는 다핵 방향족, 폴리헤테로핵 방향족 또는 메탈로폴리헤테로핵 방향족 잔기이며,

R은 상기 인용된 바와 같다.

바람직한 환상 화합물은 포피린 및 프탈로사이아닌 같은 평면 거대환이다.

흡착된 환상 화합물은 작용화될 수 있다. 이러한 SWNT 조성물은 하기 화학식 XXX의 화합물을 포함한다:

상기 식에서, m, n, L, a, X 및 A는 상기 정의된 바와 같고, 탄소는 SWNT, 또는 MWNT, VGCF 등과 같은 다른 나노관 상에 있다.

특정 이론에 얽매이지 않으면서, 작용화된 SWNT 및 다른 탄소 나노관은, 개질된 표면 특성이 탄소 나노관을 유기 중합체와 더욱 상용성이도록 만들 수 있기 때문에, 또는 변형된 작용기(특히 하이드록실 또는 아민기)가 말단기로서 유기 중합체에 직접 결합하기 때문에, 유기 중합체 내로 더욱 우수하게 분산된다. 이러한 방식으로, 폴리카본에이트, 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리에터이미드 등과 같은 유기 중합체는 탄소 나노관에 직접 결합하여, 탄소 나노관이 유기 중합체에 개선된 방식으로 접착하면서 분산되기 더욱 용이하도록 만든다.

SWNT 및 다른 탄소 나노관의 표면을 산화시키기에 충분한 시간동안 개별적인 외부 표면을 강한 산화제와 접촉시키고, 산화된 표면에 작용기를 첨가하는데 적합한 반응물과 개별적인 외부 표면을 추가로 접촉시킴으로써, 작용기를 통상적으로 SWNT 및 다른 탄소 나노관의 외부 표면상으로 도입할 수 있다. 바람직한 산화제는 강산중 알칼리금속 클로레이트의 용액으로 이루어진다. 바람직한 알칼리금속 클로레이트는 소듐 클로레이트 또는 포타슘 클로레이트이다. 사용되는 바람직한 강산은 황산이다. 산화에 충분한 시간은 약 0.5시간 내지 약 24시간이다.

카본 블랙도 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 바람직한 카본 블랙은 약 100nm 미만, 바람직하게는 약 70nm 미만, 더욱 바람직하게는 약 50nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 것이다. 바람직한 전도성 카본 블랙은 또한 약 200m²/g보다 크고, 바람직하게는 약 400m²/g보다 크며, 더욱 바람직하게는 약 1000m²/g보다 큰 표면적을 가질 수 있다. 바람직한 전도성 카본 블랙은 약 40cm³/100g보다 크고, 바람직하게는 약 100cm³/100g보다 크고, 더욱 바람직하게는 약 150cm³/100g보다 큰 공극 부피(다이뷰틸 프탈레이트 흡수)를 가질 수 있다. 예시적인 카본 블랙은 콜럼비안 케미칼즈(Columbian Chemicals)에서 컨덕텍스(CONDUCTEX; 등록상표)로 시판중인 카본 블랙; 쉐브론 케미칼(Chevron Chemical)에서 S.C.F(슈퍼 컨덕티브 퍼니스; Super Conductive Furnace) 및 E.C.F.(일렉트릭 컨덕티브 퍼니스; Electric Conductive Furnace)로 시판중인 아세틸렌 블랙; 캐봇 코포레이션(Cabot Corp.)에서 불칸(VULCAN) XC72 및 블랙 펄즈(BLACK PEARLS)로 시판중인 카본 블랙; 및 아크조 캄파니, 리미티드(Akzo Co., Ltd.)에서 켓젠 블랙(KETJEN BLACK) EC300 및 EC600으로 시판중인 카본 블랙을 포함한다. 바람직한 전도성 카본 블랙은 전도성 전구체 조성물 및/또는 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 2 내지 약 25중량% 의 양으로 사용될 수 있다.

필요한 경우 조성물의 총 중량에 대해 약 0.001 내지 약 80중량%의 양으로 카본 블랙을 통상적으로 사용한다. 이 범위 내에서, 조성물의 총 중량에 기초하여 약 0.25중량% 이상, 바람직하게는 약 0.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 1중량% 이상의 양으로 카본 블랙을 통상적으로 사용한다. 또한, 조성물의 총 중량에 기초하여 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5중량% 이하의 양으로 카본 블랙을 통상적으로 사용한다.

고체 전도성 금속 충전제도 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 이들은 이들을 유기 중합체 내로 도입하고 이로부터 최종 마무리된 제품을 제조하는데 사용되는 조건하에서 용융되지 않는 전기 전도성 금속 또는 합금일 수 있다. 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 상기 금속중 임의의 하나를 포함하는 혼합물 같은 금속을 전도성 충전제로서 유기 중합체 내로 혼입할 수 있다. 스테인레스 강, 청동 등과 같은 물리적 혼합물 및 진정한 합금도 전도성 충전제 입자로서의 역할을 할 수 있다. 또한, 이들 금속의 붕소화물, 탄화물 등(예컨대, 이붕소화티탄)과 같은 몇몇 금속간 화합물도 전도성 충전제 입자로서 작용할 수 있다. 산화주석, 산화주석인듐 등과 같은 고체 비-금속, 전도성 충전제 입자를 첨가하여 유기 중합체를 전도성을 만들 수 있다.

표면의 상당부분에 걸쳐 고체 전도성 금속의 점착성 층으로 코팅된 비-전도성, 비-금속 충전제도 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 비-전도성, 비-금속 충전제는 통상 기판으로 일컬어지며, 고체 전도성 금속 층으로 코팅된 기판은 "금속 코 팅된 충전제"로 일컬어질 수 있다. 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 상기 금속중 임의의 하나를 포함하는 혼합물 같은 전형적인 전도성 금속을 사용하여 기판을 코팅할 수 있다. 이러한 기판의 비한정적인 예는 융합된 실리카 및 결정질 실리카 같은 실리카 분말, 질화붕소 분말, 규산붕소 분말, 알루미나, 산화마그네슘(또는 마그네시아), 표면-처리된 월라스토나이트를 비롯한 월라스토나이트, 황산칼슘(그의 무수물, 이수화물 또는 삼수화물로서); 통상 분쇄된 미립자 형태의 쵸크(chalk), 석회석, 대리석 및 합성, 침전된 탄산칼슘을 비롯한 탄산칼슘; 섬유상, 결절상, 침상 및 박판상 활석을 비롯한 활석; 속이 비거나 속이 꽉 찬 유리 구; 경질, 연질, 하소된 카올린 및 중합체 매트릭스 수지와의 상용성을 촉진시키기 위하여 당해 분야에 공지되어 있는 다양한 코팅을 포함하는 카올린을 비롯한 카올린; 운모, 장석, 실리케이트 구, 연도 분진, 세노스피어, 필라이트(fillite), 알루미노실리케이트(아모스피어), 천연 실리카 모래, 석영, 규암, 펄라이트, 판상 규조토(tripoli), 규조토, 합성 실리카, 및 상기중 임의의 하나를 포함하는 혼합물을 포함한다. 전도성 조성물에 사용하기 위하여 상기 기판 모두를 금속 물질 층으로 코팅시킬 수 있다.

고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자의 정확한 크기, 형상 및 조성과 관련없이, 이들은 필요한 경우 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 0.001 내지 약 50중량%의 부가량으로 유기 중합체 내로 분산될 수 있다. 이 범위 내에서, 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자를 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 1중량% 이상, 바람직하게는 약 1.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 2중량% 이상의 양으로 갖는 것이 통상적으로 바람직하다. 고체 금속 및 비-금속 전도성 충전제 입자의 부가량은 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 40중량% 이하, 바람직하게는 약 30중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 25중량% 이하일 수 있다.

다양한 유형의 전도성 탄소 섬유가 당해 분야에 공지되어 있으며, 이들의 직경, 형태 및 흑연화 정도(형태와 흑연화 정도는 상호 관련되어 있음)에 따라 분류될 수 있다. 이들 특징은 현재 탄소 섬유를 합성하는데 이용되는 방법에 의해 결정된다. 예를 들어, 페놀 화합물, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 또는 역청을 비롯한 섬유상 형태의 유기 전구체를 열분해시킴으로써, 약 5㎛보다 작은 직경을 갖는 탄소 섬유 및 섬유 축(방사상, 평면상 또는 원주형 배열)에 평행한 그라핀 리본을 상업적으로 제조한다. 이들 유형의 섬유는 비교적 보다 낮은 흑연화 정도를 갖는다. 탄소 섬유는 통상 약 1,000nm(1㎛) 내지 약 15㎛의 직경을 갖는다. 이 범위 내에서, 약 2㎛ 이상, 바람직하게는 약 3㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 4㎛ 이상의 크기를 갖는 섬유를 유리하게 사용할 수 있다. 또한, 이 범위 내에서, 약 14㎛ 이하, 바람직하게는 약 12㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 약 11㎛ 이하의 직경을 갖는 섬유가 바람직하다.

전도성 조성물에 사용되는 흑연은 합성에 의해 제조되거나 또는 천연적으로 생성될 수 있다. 바람직한 흑연은 천연적으로 생성되는 것이다. 시판되고 있는 천연적으로 생성되는 흑연에는 세 가지 유형이 있다. 이들은 박편, 비정질 흑연 및 결정맥(crystal vein)이다.

명칭에 의해 표시되는 바와 같이 박편 흑연은 박편 형태를 갖는다. 박편은 통상 박편 조성물에 기초하여 약 5 내지 약 40중량% 흑연의 탄소 농도를 갖는다. 박편 흑연은 약 3㎛ 내지 약 10mm의 크기로 사용될 수 있다. 비정질 흑연은 그의 명칭이 암시하는 것처럼 진짜로 비정질이 아니며, 실제로는 결정질이다. 비정질 흑연은 미소결정질이다. 비정질 흑연은 약 5㎛ 내지 약 10cm의 평균 크기로 입수될 수 있다. 바람직한 크기는 약 5㎛ 내지 약 5mm이다. 결정맥 흑연은 통상적으로 그의 이름에서 유도되는 바와 같이 외부 표면에 정맥 같은 외관을 갖는다. 결정맥 흑연은 애쉬베리 카본즈(Ashbury Carbons)에서 박편 형태로 시판되고 있다.

흑연은 통상 약 1 내지 약 5,000㎛의 평균 입자 크기(회전 반경)를 갖는다. 이 범위 내에서, 약 3㎛ 이상, 바람직하게는 약 5㎛ 이상의 크기를 갖는 흑연 입자를 유리하게 사용할 수 있다. 또한, 약 4,000㎛ 이하, 바람직하게는 약 3,000㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 약 2,000㎛ 이하의 크기를 갖는 흑연 입자가 바람직하다. 흑연은 통상 약 2 이상, 바람직하게는 약 5 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 50 이상의 종횡비를 갖는 박편이다.

흑연은 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 40중량% 내지 약 90중량%의 양으로 통상적으로 사용된다. 이 범위 내에서, 흑연은 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 52중량% 이상, 바람직하게는 약 54중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 56중량% 이상의 양으로 통상적으로 사용된다. 흑연은 또한 전도성 조성물의 총 중량에 기초하여 약 85중량% 이하, 바람직하게는 약 83중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 80중량% 이하의 양으로 통상적으로 사용된다. 흑연의 예시적인 양은 전도성 조성물의 총 중량의 약 66 내지 약 69중량%이다.

흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제와 함께 유기 중합체를 통상 용융 블렌딩, 용액 블렌딩 등 또는 상기 블렌딩 방법중 하나 이상을 포함하는 조합 같은 몇가지 상이한 방식으로 가공할 수 있다. 조성물의 용융 블렌딩은 전단력, 신장력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 상기 힘 또는 에너지 형태중 하나 이상을 포함하는 조합의 사용을 포함하고, 단일 스크류, 다중 스크류, 맞물리는 동방향 회전 또는 역회전 스크류, 맞물리지 않는 동방향 회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀을 갖는 스크류, 스크린을 갖는 스크류, 핀을 갖는 배럴, 롤, 램, 나선형 회전자 또는 상기중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 상기 힘을 가하는 가공 장치에서 수행된다.

상기 힘을 포함하는 용융 블렌딩은 단일 또는 다중 스크류 압출기, 버스(Buss) 반죽기, 헨쉘(Henschel), 헬리콘(helicone), 로스(Ross) 혼합기, 밴버리(Banbury), 롤 밀; 사출 성형기, 진공 성형기, 취입 성형기 등과 같은 성형기, 또는 상기 기계중 하나 이상을 포함하는 조합 같은(이들로 한정되지는 않음) 기계에서 수행될 수 있다.

한 실시태양에서는, 분말 형태, 펠렛 형태, 시이트 형태 등의 유기 중합체를 먼저 헨쉘 또는 롤 밀에서 필요한 경우 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제와 건식 블렌딩한 다음 압출기 또는 버스 반죽기 같은 용융 블렌딩 장치에 공급할 수 있다. 용융 블렌딩 장치내의 전단력이 통상적으로 유기 중합체 중에서의 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 분산을 야기하는 것이 바람직하지만, 증기 성장 탄소 섬유, SWNT, MWNT 및 흑연의 종횡비를 용융 블렌딩 공정동안 보존하는 것도 바람직하다. 이렇게 하기 위하여, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 마스터배치의 형태로 용융 블렌딩 장치 내로 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 공정에서는, 유기 중합체가 도입되는 지점 하류에서 용융 블렌딩 장치내로 마스터배치를 도입할 수 있다.

용융 블렌드는 블렌딩 과정 동안 유기 중합체의 적어도 일부가 대략 융점 이상(수지가 반결정질 유기 중합체인 경우) 또는 유동점(예컨대, 유리 전이 온도) 이상(수지가 비정질 수지인 경우)의 온도에 도달한 블렌드이다. 건조 블렌드는 블렌딩 과정 동안 유기 중합체의 전체 덩어리가 대략 융점 이하(수지가 반결정질 유기 중합체인 경우) 또는 유동점 이하(유기 중합체가 비정질 수지이고, 유기 중합체가 임의의 액체 같은 유체를 실질절으로 함유하지 않는 경우)인 블렌드이다. 본원에 정의된 용액 블렌드는 블렌딩 과정 동안 유기 중합체가 예컨대 용매 또는 비-용매 등의 액체 같은 유체에 현탁된 블렌드이다.

마스터배치가 사용되는 경우, 흑연 및/또는 나노 크기의 전도성 충전제는 약 0.5 내지 약 50중량%의 양으로 마스터배치에 존재할 수 있다. 이 범위 내에서, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 마스터배치의 총 중량에 기초하여 약 1.5중량% 이상, 바람직하게는 약 2중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.5중량% 이상의 양으로 사용하는 것이 통상적으로 바람직하다. 또한, 마스터배치의 총 중량의 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5중량% 이하의 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제가 바람직하다. 마스터배치의 사용에 관한 한 실시태양에서, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 함유하는 마스터배치는 스트랜 드의 형태로 압출되거나 개뼈 형으로 성형되는 경우 측정가능한 벌크 또는 표면 저항을 갖지 않을 수 있으나, 마스터배치가 혼입되는 생성된 조성물은 전도성 조성물중에서의 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 중량 분율이 마스터배치에서보다 더 낮음에도 불구하고 측정가능한 벌크 또는 표면 저항을 갖는다. 이러한 마스터배치중의 유기 중합체가 반결정질인 것이 바람직하다. 이들 특징을 나타내고 마스터배치에 사용될 수 있는 반결정질 유기 중합체의 예는 폴리프로필렌, 폴리아마이드, 폴리에스터 등, 또는 상기 반결정질 유기 중합체중 하나 이상을 포함하는 조합이다.

유기 중합체의 블렌드를 포함하는 전도성 조성물의 제조에 마스터배치를 사용하는데 관련된 다른 실시태양에서는, 종종 조성물의 연속 상을 형성하는 유기 중합체와 동일한 유기 중합체를 포함하는 마스터배치를 갖는 것이 바람직하다. 이 특징으로 인해 실질적으로 더 적은 양의 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 사용할 수 있게 되는데, 왜냐하면 연속 상만이 요구되는 부피 및 표면 저항을 갖는 전도성 조성물을 제공하는 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 함유하기 때문이다. 중합체 블렌드에 마스터배치를 사용하는데 관련된 또 다른 실시태양에서는, 조성물에 사용되는 유기 중합체와는 화학적인 면에서 상이한 유기 중합체를 포함하는 마스터배치를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 마스터배치의 유기 중합체는 블렌드에서 연속 상을 형성한다. 또 다른 실시태양에서는, 다중벽 나노관, 증기 성장 탄소 섬유, 카본 블랙, 전도성 금속 충전제, 고체 비-금속 전도성 충전제 등, 또는 상기중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 별도의 마스터배치를 조성물에 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

유기 중합체, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 포함하는 전도성 조성물에 대해 필요한 경우 여러번의 블렌딩 및 성형 단계를 수행할 수 있다. 예를 들어, 먼저 조성물을 펠렛으로 압출 및 성형시킬 수 있다. 이어, 펠렛을 성형기에 공급할 수 있으며, 여기에서 컴퓨터용 외피, 정전 도장될 수 있는 자동차 패널 등과 같은 다른 목적하는 형상으로 성형할 수 있다. 다르게는, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 조성물을 시이트 또는 스트랜드로 성형시킨 후 어닐링, 1축 또는 2축 배향 같은 압출후 공정을 수행할 수 있다.

조성물을 제조하는데 용액 블렌딩도 이용할 수 있다. 용액 블렌딩은 또한 전단, 압축, 초음파, 진동 등과 같은 추가적인 에너지를 사용하여 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 유기 중합체와의 균질화를 촉진시킬 수 있다. 한 실시태양에서는, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제와 함께 유체에 현탁된 유기 중합체를 초음파 처리기 내로 도입할 수 있다. 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 유기 중합체 입자 상으로 분산시키는데 효과적인 시간동안 초음파 처리함으로써 혼합물을 용액 블렌딩시킬 수 있다. 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제와 함께 유기 중합체를 건조, 압출시키고 필요한 경우 성형시킬 수 있다. 초음파 처리 과정 동안 유체가 유기 중합체를 팽윤시키는 것이 통상적으로 바람직하다. 유기 중합체를 팽윤시키면 통상적으로 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제가 용액 블렌딩 과정 동안 유기 중합체를 함침시키는 능력이 개선되고, 그 결과 분산이 개선된다.

용액 블렌딩과 관련된 다른 실시태양에서는, 유기 중합체 전구체와 함께 흑 연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 초음파 처리한다. 유기 중합체 전구체는 반응하여 유기 중합체를 형성할 수 있는 단량체, 이량체, 삼량체 등일 수 있다. 용매 같은 유체를 임의적으로는 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제 및 유기 중합체 전구체를 갖는 초음파 처리기 내로 도입할 수 있다. 초음파 처리 시간은 통상 유기 중합체 전구체에 의한 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 캡슐화를 촉진시키는데 효과적인 시간이다. 캡슐화시킨 다음, 유기 중합체 전구체를 중합시켜 그 안에 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제가 분산된 유기 중합체를 생성시킨다. 유기 중합체 내로 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 분산시키는 이 방법은 나노 크기의 전도성 충전제의 종횡비 보존을 촉진시키고, 따라서 보다 낮은 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 부가량에서도 전도성 조성물이 전기 전도성을 나타낼 수 있도록 한다. 다르게는, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제를 함유하는 중합된 수지를 추가의 유기 중합체와 블렌딩된 마스터배치로서 사용할 수 있다. 또 다른 실시태양에서는, 유기 중합체, 유기 중합체 전구체, 임의적인 유체, 흑연 및/또는 나노 크기의 전도성 충전제의 혼합물을 초음파 처리하여 흑연 및/또는 나노 크기의 전도성 충전제를 캡슐화시킨 다음, 유기 중합체 전구체를 중합시킨다.

이 캡슐화 및 분산 방법을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 유기 중합체 전구체의 적합한 예는 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카본에이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴리아마이드, 폴리아마이드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아릴설폰, 폴리에터설폰, 폴리아릴렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리에터이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에터케톤, 폴리에터 에터케톤 등 과 같은(이들로 한정되지는 않음) 열가소성 수지의 합성에 사용되는 것이다. 일반적으로는, 상기 혼합물을 약 1분 내지 약 24시간동안 초음파 처리하는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 혼합물을 약 5분 이상, 바람직하게는 약 10분 이상, 더욱 바람직하게는 약 15분 이상동안 초음파 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 약 15시간 이하, 바람직하게는 약 10시간 이하, 더욱 바람직하게는 약 5시간 이하가 바람직하다.

많은 충전제 함량에도 불구하고, 이들 조성물은 유리하게 사출 성형될 수 있다. 이는 다른 유형의 전기 전도성 충전제를 유사한 중량 분율로 갖는 다른 조성물에 의해서는 제공되지 않는 특징이다. 이들 조성물을 사출 성형시킬 수 있는 능력으로 인해, 매끈한 표면 마무리가 요구되는 복잡한 형상을 갖는 부품을 제조할 수 있다.

유동, 충격 및 전도성의 탁월한 균형이 요구되는 용도에 이들 전도성 조성물을 사용할 수 있다. 상기 전도성 조성물은 광범위한 상업적 용도에 사용될 수 있다. 냉장고 같은 가전제품의 벽, 비행기의 날개, 전기 담요의 가열 소자, 연료 전지 쌍극자/말단 플레이트, 플라스틱 와이어, 저항에 대한 양의 온도 계수를 갖거나 갖지 않는 가열 소자 및 약 1 내지 약 30S/cm의 전기 전도율을 갖는 사출 성형가능한 부품을 필요로 하는 다른 용도, 자동차의 외부 후면경 및 연료 히터에 이들을 유리하게 사용할 수 있다. 이들은 또한 필요한 경우 정전 도장될 수 있는 자동차의 내외장 부품용 자동차 몸체 패널에 유리하게 사용될 수 있다.

예시적인 의미로서 한정하지는 않는 하기 실시예는 본원에 기재된 전기 전도 성 조성물의 다양한 실시태양중 일부의 조성 및 제조 방법을 예시한다.

실시예 1

본 실시예는 흑연과 나노 크기의 분산 충전제 사이의 상승작용을 입증하기 위하여 제공된 것이다. 이 실시예에서는, 약 20,279g/몰의 수평균 분자량 및 약 45,009g/몰의 중량평균 분자량(M_w)을 갖는, GE 플라스틱스에서 시판중인 폴리카본에이트 수지 PC-175를 이중-스크류 압출기에서 흑연, 또는 흑연 또는 나노 크기의 전도성 충전제의 혼합물과 블렌딩하였다. 흑연은 애쉬베리에서 시판중인 결정맥 흑연이었다. 나노 크기의 전도성 충전제는 아크조에서 시판중인 켓젠 블랙 또는 어플라이드 사이언시즈(Applied Sciences)에서 시판중인 다중벽 탄소 나노관(PR24PS 또는 PR1HT)이었다. 표 1은 시험된 다양한 샘플의 조성을 보여준다.

표로부터, 모든 샘플이 전기 전도성 충전제(즉, 흑연 및 나노 크기의 분산 충전제)를 약 70중량%의 총량으로 함유함을 알 수 있다. 30mm 직경의 버스 반죽기에서 복합체를 제조하였다. 압출기 스크류 속도는 250rpm으로 설정하였다. 압출기 온도는 150 내지 280℃였다. 막대(치수: 80mm×10mm×4mm) 형상의 샘플을 85T 사출 성형기에서 성형하였다. 키쓸리(Keithley) 정류(constant current) 공급원 및 50mA의 최대 전류를 갖는 전압계를 이용하여 선형 4개 프로브 방법에 의해 이들 샘플 상에서 지멘스/cm(S/cm) 단위로 보고되는 샘플의 전기 부피 전도율을 측정하였다. 결과는 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 표 1의 다양한 샘플의 전기 부피 저항 측정치를 비교하는 막대 그래프이다. 도면으로부터, 흑연 및 나노 크기의 전도성 충전제의 조합을 함유하는 샘플이 흑연만 함유하는 샘플보다 탁월한 전기적 특성(보다 우수한 전도율)을 가짐을 볼 수 있다. 또한, 68중량% 흑연 및 2중량% 카본 블랙을 함유하는 샘플(샘플 3)이 흑연만 함유하는 샘플 1보다 전기적 특성 면에서 100%이상 더 우수한 전기 전도율을 나타냄을 볼 수 있다. 결과는 또한, 극소량의 나노 크기의 전도성 충전제 첨가가 전도성 조성물의 전기 전도성에 대해 현저한 효과를 가짐을 명백히 보여준다.

실시예 2

본 실시예는 고도로 충전된 시스템의 매트릭스로서 상이한 유기 중합체를 사용하는 효과를 입증하기 위하여 제공된 것이다. 조성물은 표 2에 기재되어 있다. 표 2로부터, 유기 중합체가 폴리카본에이트(PC175), 폴리아마이드(PA6), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)임을 알 수 있다. 사용된 흑연은 애쉬베리에서 시판중인 결정맥 흑연(CVG) 또는 천연 박편 흑연(NFG)이었다. 뒤에 별표(^*)를 붙여 표시한 비교예는 탄소를 함유하지 않는 샘플 또는 너무 많은 탄소를 함유한 샘플이었다.

실시예 1에 상세하게 기재된 바와 같이 샘플을 제조하고 이들의 전도율을 측정하였다. 결과는 도 2에 도시되어 있다.

도 2로부터, 폴리아마이드로 제조된 샘플이 유기 중합체, 나노 크기의 전도성 충전제 및 흑연 사이에서 보다 큰 상승 작용을 나타냄을 알 수 있다. 실시예 1 및 2로부터, 소량의 탄소를 사용하는 고도로 충전된 흑연 전도성 조성물이 전도율을 상당히 증가시킴을 알 수 있다. 약 55중량% 이상의 총 충전제 부가량에서 유용한 전도율(약 10S/cm 이상)이 수득될 수 있다. 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유 대 흑연의 비의 범위는 약 1:6 내지 1:80이다. 이 범위 내에서, 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유 대 흑연의 비가 약 1:8 이하, 바람직하게는 약 1:9 이하, 바람직하게는 약 1:10 이하, 바람직하게는 약 1:15 이하, 더욱 바람직하게는 약 1:20 이하, 더욱 바람직하게는 약 1:40 이하, 더욱 더 바람직하게는 약 1:60 이하인 것이 통상적으로 바람직하다.

전도성 조성물은 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이 사출 성형가능하고, 1500초^-1에서 약 100 내지 600Pa-s의 용융 점도를 갖는다. 이 범위 내에서, 약 150Pa-s 이상, 바람직하게는 약 200Pa-s 이상의 용융 점도를 이용할 수 있다. 또한, 약 575Pa-s 이하, 바람직하게는 약 550Pa-s 이하, 더욱 바람직하게는 500Pa-s 이하의 용융 점도가 바람직하다.

통상적으로 보다 높은 총 충전제 부가량에서 보다 높은 비율의 흑연을 사용할 수 있음을 알 수 있다. 수득되는 상승 효과는 폴리아마이드 시스템에서 가장 현저하다(가장 가능하게는 결정도 및 높은 결정화열로 인해).

본 발명을 예시적인 실시태양을 참조하여 기재하였으나, 당해 분야의 숙련자는 본 발명의 영역에서 벗어나지 않으면서 다양하게 변화시킬 수 있고 본 발명의 요소를 등가물로 치환할 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 영역에서 벗어나지 않으면서 특정 상황 또는 물질을 본 발명의 교시에 적합화시키기 위하여 다수의 변형을 이룰 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최적의 방식으로 개시된 특정 실시태양으로 한정되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

유기 중합체;

약 1000nm 이상의 평균 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유; 및

흑연을 포함하는 전도성 조성물.
제 1 항에 있어서,

유기 중합체가 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체인 조성물.
제 2 항에 있어서,

열가소성 중합체가 폴리아세탈, 폴리아크릴, 폴리카본에이트, 폴리스타이렌, 폴리에스터, 폴라아마이드, 폴리아마이드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴설폰, 폴리에터설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에터이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에터케톤, 폴리에터 에터케톤, 폴리에터 케톤 케톤, 폴리벤즈옥사졸, 폴리옥사다이아졸, 폴리벤조티아지노페노티아진, 폴리벤조티아졸, 폴리피라지노퀸옥살린, 폴리피로멜리트이미드, 폴리퀸옥살린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리옥스인돌, 폴리옥소아이소인돌린, 폴리다이옥소아이소인돌린, 폴리트라이아진, 폴리피리다진, 폴리피페라진, 폴리피리딘, 폴리피페리딘, 폴리트라이아졸, 폴리피라졸, 폴리피롤리딘, 폴리카보레인, 폴리옥사바이사이클로노네인, 폴리다이벤조퓨란, 폴리프탈라이드, 폴리아세탈, 폴리안하이드라이드, 폴리비닐 에터, 폴리비닐 티오에터, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 나이트릴, 폴리비닐 에스터, 폴리설폰에이트, 폴리설파이드, 폴리티오에스터, 폴리설폰, 폴리설폰아마이드, 폴리우레아, 폴리포스파젠, 폴리실라제인 등, 또는 상기 유기 중합체중 하나 이상을 포함하는 조합이고,

열경화성 수지가 폴리우레탄, 천연 고무, 합성 고무, 에폭시, 페놀, 폴리에스터, 폴리아마이드, 실리콘, 또는 상기 열경화성 수지중 하나 이상을 포함하는 조합인 조성물.
제 1 항에 있어서,

흑연이 천연 발생 흑연이고,

천연 발생 흑연이 약 2 이상의 종횡비를 갖는 박편 흑연, 비정질 흑연 또는 결정맥(crystal vein) 흑연인 조성물.
제 1 항에 있어서,

흑연이 통상 약 1 내지 약 5,000㎛의 평균 입자 크기를 갖고,

조성물의 총 중량에 기초하여 약 40 내지 약 90중량%의 양으로 흑연을 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,

나노 크기의 전도성 충전제가 약 1000nm 이하의 치수를 하나 이상 갖고,

나노 크기의 전도성 충전제가 분말, 인발 와이어(drawn wire), 스트랜드, 섬유, 관, 나노관, 봉, 휘스커, 박편, 적층체, 소판, 타원형, 원반, 장구, 차원 분열 도형 또는 상기 형태중 하나 이상을 포함하는 조합의 형태인 조성물.
제 1 항에 있어서,

나노 크기의 전도성 충전제가 단일벽 탄소 나노관, 다중벽 탄소 나노관, 증기 성장 탄소 섬유, 카본 블랙, 전도성 금속 입자, 전도성 금속 산화물, 금속 코팅된 충전제 또는 상기 나노 크기의 전도성 충전제중 하나 이상을 포함하는 조합인 조성물.
제 7 항에 있어서,

카본 블랙이 전도성 조성물의 총 중량에 대해 약 0.001 내지 약 80중량%의 양으로 사용되는 조성물.
제 1 항에 있어서,

탄소 섬유가 역청 또는 폴리아크릴로나이트릴로부터 수득되고, 약 5 이상의 종횡비를 갖는 조성물.
제 1 항에 있어서,

전기 전도성 조성물의 점도가 약 1500초^-1에서 약 100 내지 약 600Pa-s인 조성물.
유기 중합체; 약 1000nm 이상의 직경을 갖는 나노 크기의 전도성 충전제 및/또는 탄소 섬유; 및 흑연을 블렌딩시킴을 포함하는, 약 10e⁸Ω-cm 이하의 전기 부피 저항을 갖는 조성물을 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,

블렌딩이 용융 블렌딩, 용액 블렌딩 또는 상기 블렌딩 방법중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하고,

블렌딩이 전단력, 신장력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 상기 힘 및 에너지중 하나 이상을 포함하는 조합을 이용함을 포함하며,

단일 스크류, 다중 스크류, 맞물리는 동방향 회전 또는 역회전 스크류, 맞물리지 않는 동방향 회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀을 갖는 스크류, 핀을 갖는 배럴, 스크린 팩, 롤, 램, 나선형 회전자 또는 상기중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 상기 힘을 가하는 가공 장치에서 블렌딩을 수행하는 방법.
제 11 항에 있어서,

블렌딩이 용융 블렌딩 또는 용액 블렌딩을 포함하고,

블렌딩이 액체 상태, 기체 상태, 초임계 상태 또는 상기 상태중 하나 이상을 포함 하는 조합의 유체를 사용하며,

블렌딩에 사용되는 특정 에너지의 양이 약 0.01kwhr/kg 내지 약 10kwhr/kg인 방법.
제 11 항에 있어서,

조성물을 사출 성형함을 추가로 포함하는 방법.
제 1 항에 따른 조성물로부터 제조되는 제품.
제 11 항의 방법에 의해 제조되는 제품.