KR20170129800A - 중합체 화합물 기재의 서멀 스위치 - Google Patents

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KR20170129800A
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amorphous
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KR1020177028201A
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올리비에 로스뜨
디미트리 루소
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토탈 리서치 앤드 테크놀로지 펠루이
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Abstract

본 발명은 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품으로서, 105 ohms 초과의 표면 저항을 갖고,
중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성되는 물품에 관한 것이다;
이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안 i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는 ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의 스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.

Description

중합체 화합물 기재의 서멀 스위치 {THERMAL SWITCH BASED ON POLYMER COMPOUND}
본 발명은 서멀 스위치 (thermal switch) 장치로서 작용하기에 적합한 물품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 서멀 스위치 장치에서의 전도성 또는 적어도 정전분산성 (dissipative) 중합체 조성물의 용도에 관한 것이다.
전자 장치 또는 변환 기계와 같은 여러 장치에서, 고온에 도달한 것을 검출할 수 있고, 이러한 조건에서, 전력을 차단하기 위해 또는 알람에 대한 스위치에 메세지를 발송할 수 있는 서멀 스위치 장치를 도입할 필요가 있다. 발송되는 메세지는 전기적 형태의 것일 수 있다.
그 목적을 유념해두고, 열감수성 중합체를 이러한 장치 내에서 사용하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, WO2006057797 에는 주위 온도에서 팽창된 부피 상태이고 정의된 더 높은 온도에서 수축된 부피 상태로 있는 열감수성 중합체가 기재된다. 스위치는 이러한 중합체를 사용하고, 2 개의 커넥터가 상기 정의된 온도에서 서로 접촉하도록 하여 구축된다. 그러나, 스위치는 그러므로 모바일 요소를 내장한다.
또한 EP1587636 으로부터, 2 개의 전도체와 접촉하고, 그 사이에 놓인 전도성 유기 중합체 층을 사용하는 것이 공지된다. 첫번째 상태에서, 유기 중합체 층은 비교적 높은 전도성을 가진 2 개의 전도체 사이에 전류를 전도시키고, 두번째 상태에서, 유기 중합체 층은 비교적 낮은 전도성을 가진 2 개의 전도체 사이에 전류를 전도시킨다. 그러나, 유기 중합체 층의 전도성의 변화는 2 개의 전도체 사이를 통과하는 높은 전압 펄스의 결과이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 고온에 도달한 것을 검출할 수 있고, 그에 따라 메세지를 발송할 수 있는 서멀 스위치로서 작용하기에 적합한 물품 뿐 아니라, 이러한 물품의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 모바일 요소를 내장하는 복합 구조의 필요 없이 서멀 스위치로서 작용하기에 적합한 물품을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 유연성 소자의 제조를 가능하게 하는 서멀 스위치로서 작용하기에 적합한 물품을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 적은 제조 비용으로 서멀 스위치로서 작용하기에 적합한 물품을 제공하는 것이다. 최종적으로, 본 발명의 목적은 매우 신뢰성있는 서멀 스위치로서 작용하기에 적합한 물품을 제공하는 것이다.
첫번째 양상에 따르면, 본 발명은 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품으로서, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 105 ohms 초과의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성되는 물품을 제공한다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
두번째 양상에 따르면, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 상기 정의된 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품의 제조 방법을 제공한다:
a) ASTM D257-07 에 따라 측정된 104 ohms 미만의 표면 저항을 갖는 중합체 조성물을 제공하는 단계, 상기 중합체 조성물은 하기를 포함함:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
b) 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계; 및
c) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tg - 20 ℃ 의 온도 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tm - 20℃ 의 온도를 사용하는 냉각 장치 시스템 또는 매질과 접촉시킴으로써 물품을 냉각시키는 단계.
세번째 양상에 따르면, 본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같이, 바람직하게는 상기 방법에서 제품을 제조하기 위해 ASTM D257-07 에 따라 측정된 바와 같이 104 ohms 미만의 표면 저항을 갖는 중합체 조성물의 용도를 포함한다.
네번째 양상에 따르면, 본 발명은 전기적으로 전도성이거나 절연성인 열적 전도성인 물품 (열 전도율이 0.4 W/(m*K) 초과인 것을 의미함) 을 제공하며, 전기 전도율은 상기 기재된 바와 같이 스위치된다.
하기 단락에서, 본 발명의 상이한 양상이 더욱 상세히 정의된다. 정의된 각각의 양상은 명백하게 다르게 나타내지지 않는다면 임의의 다른 양상 또는 양상들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 나타내진 임의의 구현예는 바람직하거나 유리한 것으로 나타내진 임의의 다른 구현예 또는 구현예들과 조합될 수 있다.
A- 물품
본 발명에 따른, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품은, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 적어도 105 ohms 의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성된다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
구현예에서, 본 발명에 따른, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품은, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 적어도 105 ohms 의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성된다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체인 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의 스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
또다른 구현예에서, 본 발명에 따른, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품은, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 적어도 105 ohms 의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성된다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체인 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의 스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
또다른 구현예에서, 본 발명에 따른, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품은, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 적어도 105 ohms 의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성된다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체 및 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체의 혼합물인 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 조성물은 비결정성 중합체 상 및 반결정성 중합체인 2 개의 비혼화상을 포함하고, 비결정성 중합체 상 또는 반결정성 중합체 상 중 하나는 중합체 조성물에서 연속된 중합체 상을 형성하며,
상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
또다른 구현예에서, 본 발명에 따른, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품은, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 적어도 105 ohms 의 표면 저항을 갖고, 하기를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성된다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체 및 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체의 혼합물인 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
이때, 조성물은 비결정성 중합체 상 및 반결정성 중합체인 2 개의 비혼화상을 포함하고, 둘다 중합체 조성물에서 연속된 중합체 상이며,
상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 반결정성 중합체 상보다 가장 높은 전도성 재료의 함량을 갖는 비결정성 중합체 상을 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 비결정성 중합체 상보다 가장 높은 전도성 재료의 함량을 갖는 반결정성 중합체 상을 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
또다른 구현예에서, 물품은 0.4 W/(m*K) 초과의 열 전도율을 갖는다. 본 발명에 따른 물품은 전기적 전도성 또는 절연성일 수 있다. 열 전도율은 조성물 내 CNT 의 함량의 함수이다. 제조되는 물품의 열 전도율이 너무 낮은 경우, 당업자는 제조된 물품의 열 전도율을 상승시키기 위해 조성물 내의 CNT 의 함량을 증가시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 중합체 조성물은 비결정성 중합체를 포함한다. 용어 "비결정성 중합체" 는 그의 구성으로 인해, 결정화될 수 없는 중합체, 즉, 결정화가능 중합체가 아닌 중합체 또는 결정화가능 중합체 소자이나 너무 빠른 결정화 속도로 제조되는 중합체를 나타낸다. 유리 전이 온도는 비결정성 재료에 있어서 경질의 그리고 비교적 부서지기 쉬운 상태에서 용융 또는 고무-유사 상태로의 가역적 이행이다. 비결정성 중합체의 유리 전이 온도는 ISO 11357-2:2013 에 따라 측정될 수 있다.
본 발명에 의해 고려되는 비결정성 중합체는 폴리스티렌 (PS), 어택틱 폴리프로필렌 (aPP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리카보네이트 (PC), 스티렌 아크릴로니트릴 (SAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 폴리(비닐 클로라이드) (PVC), 폴리부타디엔 (PBu), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBt), 폴리(p-페닐렌 옥시드) (PPO), 폴리술폰 (PSU), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에틸렌이민 (PEI), 폴리페닐술폰 (PPSU), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 (ASA) 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택된다.
바람직한 구현예에서, 비결정성 중합체는 폴리스티렌, 개질 폴리스티렌 또는 폴리스티렌과 개질 폴리스티렌의 혼합물이고, 바람직하게는 비결정성 중합체는 폴리스티렌, 예를 들어 범용 폴리스티렌 (GPPS) 이다.
상이한 Tg 의 비결정성 중합체의 조합이 고려되는 경우, 당업자는 하기에 따라 스위치의 온도 측정과 관련하여 고려하게 되는 Tg 를 측정할 것이다:
- 2 개의 비혼화성 중합체의 경우, Tg 는 연속 상의 중합체의 Tg 의 값을 말한다;
- 상의 공동-연속성 (co-continuity) 의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 고려되어야 하는 Tg 를 측정하는 것으로 고려되어야만 한다;
혼화성 중합체의 혼합물의 경우, 최종 혼합물의 Tg 가 고려되어야만 한다.
상의 공동-연속성 (co-continuity) 의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 주사 전자 현미경 (SEM) 을 통해 측정될 수 있다.
일부 구현예에서, 중합체 조성물은 반결정성 중합체를 포함한다. 용어 "반결정성 중합체" 는 중합체를 실온으로 냉각시킬 때, 일부 분획이 미-결정화되어, 또는 비결정성으로 남아있는 중합체를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 반결정성 중합체는 ASTM D3418-12 에 따라 측정된 바와 같이, 5% 초과, 바람직하게는 10% 초과의 결정도를 갖는 중합체이다. 반결정성 중합체의 용융 온도는 ISO 11357-3:2013 에 따라 측정될 수 있다.
본 발명에 의해 고려되는 반결정성 중합체는 폴리아미드, 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (IPP), 폴리락티드 (PLA), 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리옥시메틸렌 (POM), 신디오택틱 폴리스티렌 (sPS), 폴리페닐렌 술피드 (PPS), 액정 중합체 (LCP), 부탄의 단독중합체 및 공중합체, 헥센의 단독중합체 및 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 폴리우레탄 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택된다.
바람직하게는 반결정성 중합체는 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (IPP), 폴리락티드 (PLA), 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (IPP) 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택된다. 모든 구현예에서, 고려되는 폴리프로필렌 (프로필렌의 단독중합체 또는 공중합체임) 은 신디오택틱 폴리프로필렌 또는 이소택틱 폴리프로필렌이다.
상이한 Tm 의 반결정성 중합체의 조합을 고려할 때, 당업자는 하기에 따라 스위치의 온도 측정과 관련하여 고려하게 되는 Tm 을 측정할 것이다:
- 2 개의 비혼화성 중합체의 경우, Tm 은 연속 상의 중합체의 Tm 의 값을 말한다;
- 상의 공동-연속성 (co-continuity) 의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 고려되어야 하는 Tm 을 측정하는 것으로 고려되어야만 한다;
- 혼화성 중합체의 혼합물의 경우, 최종 혼합물의 Tm 이 고려되어야만 한다.
상의 공동-연속성 (co-continuity) 의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 주사 전자 현미경 (SEM) 을 통해 측정될 수 있다.
2 개의 비혼화성 중합체가 고려되는 (공동-연속 상 또는 분산된 상에서임) 모든 구현예에서, 투과 전자 현미경이 2 개의 비혼화상을 포함하는 조성물과 관련하여 사용될 수 있다. 헤테로상 중합체의 투과 전자 현미경에 의한 관찰에 대해, 중합체에 존재하는 상의 대비를 염색 방법으로 향상시키는 것이 필요하다. 이를 위해서, 강한 산화제 (예를 들어, 루테늄 테트록시드 또는 오스뮴 테트록시드) 가 사용된다. 상 중 하나에 대해 우선적으로 "고정" 될 것이다. 산화제의 선택은 관찰하고자 하는 중합체의 유형에 따라 다르다. 모두의 공동-연속 상을 형성하는 2 개의 비혼화성 중합체가 탄소 나노튜브를 함유하는 경우에는, 당업자는 2 개 스테이지에서 샘플을 관찰할 것이다. 2 개의 상 A 및 B 를 가진 중합체를 고려하면, 샘플은 오직 상 A 를 대비시키기 위해 처리되고, 탄소 나노튜브의 분산이 상 B 에서 관찰된다. 이후, 역 제형이 수행된다. 오직 상 B 가 대비되고, 탄소 나노튜브의 분산이 상 A 에서 관찰된다. 본 방법으로, 중합체에 존재하는 각각의 상에서 탄소 나노튜브의 분산을 볼 수 있다. 상기 유형의 제조의 상세한 사항은 Polymer Microscopy (Linda C.Sawyer & David T.Gribb - Edition: Chapman and Hall) 와 같은 모든 현미경 작업에 포함된다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물은 바람직하게는 중합체 조성물의 총 중량에 대해 적어도 60 wt%, 바람직하게는 적어도 70 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 75 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 85 wt%, 더 더욱 바람직하게는 적어도 90 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 95 wt% 의, 비결정성 중합체, 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체를 포함한다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물은 바람직하게는 중합체 조성물의 총 중량에 대해 최대 99.5 wt%, 더욱 바람직하게는 최대 99.0 wt%, 더 더욱 바람직하게는 최대 98.5 wt%, 가장 바람직하게는 98.0 wt% 의, 비결정성 중합체, 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체를 포함한다.
본 발명의 구현예에서, 중합체 조성물의 중합체는 비결정성 및/또는 반결정성 중합체의 혼합물이다. 당업자는 공지된 방법, 예컨대 주사 전자 현미경 (SEM) 을 통해, 비결정성 중합체와 반결정성 중합체 사이의 중합체 중 어느 것이 중합체 조성물의 연속된 중합체 상을 형성하는 지를 측정하고,
i) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위, 또는
ii) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위
인 것으로서 스위치의 온도를 선택할 수 있다.
2 개의 비혼화성 중합체의 경우, Tg 또는 Tm 은 연속 상의 중합체의 Tg 또는 Tm 의 값을 말한다. 상의 공동-연속성의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 고려하고자 하는 Tg 및 Tm 을 측정하기 위해 고려되어야만 한다. 혼화성 중합체의 혼합물의 경우 (예를 들어, 폴리프로필렌-폴리부텐 블렌드), 최종 혼합물의 Tm 또는 Tg 가 고려되어야만 한다.
상의 공동-연속성의 경우, 최고 전도성 재료를 함유하는 상은 주사 전자 현미경 (SEM) 을 통해 측정될 수 있다.
본 발명의 문맥에서, "중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함한다" 라는 구절은 중합체 조성물이 비결정성 중합체가 연속된 중합체 상을 형성하는 중합체의 혼합물을 포함하는 구현예를 포함한다. 유사한 방식으로, "중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함한다" 라는 구절은 중합체 조성물이 반결정성 중합체가 연속된 중합체 상을 형성하는 중합체의 혼합물을 포함하는 구현예를 포함한다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물의 전도성 재료는 탄소성 또는 금속성 재료이다. 바람직한 구현예에서, 중합체 조성물의 전도성 재료는 나노입자이다. 본 발명에서 사용되는 나노입자는 일반적으로 1 내지 5 ㎛ 의 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 나노튜브의 경우, 크기의 상기 정의는 단지 2 개의 치수에만 제한될 수 있다, 즉, 세번째 치수는 이 제한 밖에 있을 수 있다. 바람직하게는, 나노입자는 탄소 나노입자, 규소 나노입자, SiC 나노입자, 금속 섬유, 또는 금속 분말을 포함하는 군으로부터 선택된다. 구현예에서, 나노입자는 나노튜브, 나노섬유, 카본 블랙, 나노그라펜, 나노그라파이트, 및 이의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택된다. 구현예에서, 나노입자는 탄소-, 규소- 또는 SiC-나노튜브, -나노섬유, -나노그라펜, -나노그라파이트, 카본 블랙, 및 이의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 나노입자는 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 카본 블랙, 및 이의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직한 것은 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 및 이의 블렌드이다. 가장 바람직한 것은 탄소 나노튜브이다.
본 발명에서 사용되는 적합한 탄소 나노튜브는 일반적으로 1 nm 내지 5 ㎛ 의 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 크기의 상기 정의는 단지 2 개의 치수에만 제한될 수 있다, 즉, 세번째 치수는 이 제한 밖에 있을 수 있다.
본원에서 또한 "나노튜브" 로서 언급되는 적합한 탄소 나노튜브는, 형상이 원통형이고 풀러렌과 구조적으로 관련될 수 있으며, 이의 예는 Buckminster 풀러렌 (C60) 이다. 적합한 탄소 나노튜브는 개방되거나 또는 이들의 말단에서 캡핑될 수 있다. 말단 캡은 예를 들어 Buckminster-유형 풀러렌 반구체일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 적합한 탄소 나노튜브는 탄소 내 이들의 총 중량의 90% 초과, 더욱 바람직하게는 95% 초과, 더 더욱 바람직하게는 99% 초과, 가장 바람직하게는 99.9% 초과를 포함할 수 있다. 그러나, 소량의 다른 원자가 또한 존재할 수 있다.
본 발명에서 사용하고자 하는 적합한 탄소 나노튜브는 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 이들은 촉매적 탄소 증기 증착 (Catalytic Carbon Vapor Deposition (CCVD)) 이라고 불리는 기술인, 탄화수소의 촉매 분해에 의해 제조될 수 있다. 탄소 나노튜브를 제조하기 위한 다른 방법은 arc-방출 방법, 탄화수소의 플라즈마 분해 또는 선택된 산화 조건 하의 선택된 폴리올레핀의 열분해를 포함한다. 출발 탄화수소는 아세틸렌, 에틸렌, 부탄, 프로판, 에탄, 메탄 또는 임의의 다른 기체성 또는 휘발성 탄소-함유 화합물일 수 있다. 촉매는 존재하는 경우, 순수한 또는 지지된 형태로 사용된다. 지지체의 존재는 촉매의 선택성을 크게 향상시키나, 탄소 나노튜브는, 열분해 동안 제조된 그을음 및 비결정성 탄소 외에, 지지체 입자로 오염된다. 정제는 이들 부산물 및 불순물을 제거할 수 있다. 이것은 하기 2 단계에 따라 실시될 수 있다:
1) 지지체 입자의 용해, 전형적으로 지지체의 특성에 따라 적합한 작용제로 실시됨 및
2) 열분해 탄소 성분의 제거, 전형적으로 산화 또는 환원 과정에 근거함.
탄소 나노튜브는 단일벽 나노튜브 (SWNT) 및 다중벽 나노튜브 (MWNT), 즉, 각각, 하나의 단일 벽을 갖는 탄소 나노튜브 및 하나 초과의 벽을 갖는 나노튜브로서 존재할 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브에서 원자의 1 개 원자의 두꺼운 시트, 예를 들어 그라파이트의 1 개 원자의 두꺼운 시트 (또한 그라핀으로 불림) 를 이음새가 없이 굴려 원기둥을 형성한다. 다중벽 탄소 나노튜브는 동심으로 배치된 다수의 이러한 원기둥으로 이루어진다. 다중벽 탄소 나노튜브 내의 배치는, 큰 인형을 열면 그보다 작은 인형이 드러나는, 소위 러시아 인형 모델로 묘사될 수 있다.
구현예에서, 탄소 나노튜브는 다중벽 탄소 나노튜브, 더욱 바람직하게는 평균 5 내지 15 개의 벽을 갖는 다중벽 탄소 나노튜브이다.
탄소 나노튜브는, 이들이 단일벽 또는 다중벽인지와 관계없이, 이들의 외부 직경에 의해 또는 이들의 길이에 의해 또는 둘 다에 의해 특징화될 수 있다.
단일벽 탄소 나노튜브는 바람직하게는 적어도 0.5 nm, 더욱 바람직하게는 적어도 1 nm, 가장 바람직하게는 적어도 2 nm 의 외부 직경을 특징으로 한다. 바람직하게는 이들의 외부 직경은 최대 50 nm, 더욱 바람직하게는 최대 30 nm, 가장 바람직하게는 최대 10 nm 이다. 바람직하게는, 단일벽 나노튜브의 길이는 적어도 0.1 ㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 1 ㎛, 더 더욱 바람직하게는 적어도 10 ㎛ 이다. 바람직하게는, 이들의 길이는 최대 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 최대 25 ㎛ 이다.
다중벽 탄소 나노튜브는 바람직하게는 적어도 1 nm, 더욱 바람직하게는 적어도 2 nm, 4 nm, 6 nm 또는 8 nm, 가장 바람직하게는 적어도 9 nm 의 외부 직경을 특징으로 한다. 바람직한 외부 직경은 최대 100 nm, 더욱 바람직하게는 최대 80 nm, 60 nm 또는 40 nm, 가장 바람직하게는 최대 20 nm 이다. 가장 바람직하게는, 외부 직경은 10 nm 내지 20 nm 의 범위 내이다. 다중벽 나노튜브의 바람직한 길이는 적어도 50 nm, 더욱 바람직하게는 적어도 75 nm, 가장 바람직하게는 적어도 100 nm 이다. 구현예에서, 다중벽 탄소 나노튜브는 10 nm 내지 20 nm 의 범위의 평균 외부 직경 또는 100 nm 내지 10 ㎛ 의 범위의 평균 길이 또는 둘다를 갖는다. 구현예에서, 평균 L/D 비 (길이/직경 비) 는 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10, 바람직하게는 적어도 25, 바람직하게는 적어도 50, 바람직하게는 적어도 100, 더욱 바람직하게는 100 초과이다.
바람직한 탄소 나노튜브는 200-400 m2/g 의 표면적 (Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방법에 의해 측정됨) 을 갖는 탄소 나노튜브이다.
바람직한 탄소 나노튜브는 5-15 개 벽의 평균 수를 갖는 탄소 나노튜브이다.
시판 이용되는 다중벽 탄소 나노튜브의 비제한적인 예는 GraphistrengthTM 100 (Arkema 사제), Nanocyl™ NC 7000 (Nanocyl 사제), FloTube™ 9000 (CNano Technology 사제) 이다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물은 바람직하게는 중합체 조성물의 총 중량에 대해 적어도 0.2 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.3 wt%, 더 더욱 바람직하게는 적어도 0.4 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 0.5 wt% 의 전도성 재료를 포함한다. 바람직하게는, 전도성 재료는 탄소 나노튜브이다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물은 바람직하게는 중합체 조성물의 총 중량에 대해 최대 20 wt%, 더욱 바람직하게는 최대 10 wt%, 더 더욱 바람직하게는 최대 8 wt%, 가장 바람직하게는 4 wt% 의 전도성 재료를 포함한다. 바람직하게는, 전도성 재료는 탄소 나노튜브이다.
본 발명의 모든 구현예에서, 중합체 조성물은 항산화제, 제산제 (antiacid), UV-흡수제, 대전방지제, 광 안정화제, 산 소거제, 윤활제, 핵 형성제/정화제, 착색제 또는 퍼옥시드를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 적합한 첨가제의 개관은 본원에 전체가 참고로서 포함되는 [Plastics Additives Handbook, ed. H. Zweifel, 5th edition, 2001, Hanser Publishers] 에서 찾을 수 있다.
본 발명의 모든 구현예에서, 중합체 조성물은 0 중량% 내지 50 중량% 의, 탈크, 칼슘 카보네이트, 칼슘 히드록시드, 바륨 술페이트, 마이카, 칼슘 실리케이트, 점토, 카올린, 실리카, 알루미나, 규회석, 마그네슘 카보네이트, 마그네슘 히드록시드, 티타늄 옥시드, 아연 옥시드, 아연 술페이트, 천연 섬유, 유리 섬유 및 이의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충전제를 포함한다. 바람직하게는 무기 충전제는 탈크이다.
본 발명은 또한 중합체 조성물이 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0 중량% 내지 10 중량% 의 적어도 하나의 첨가제, 예컨대 항산화제를 포함하는, 본원에 기재된 바와 같은 물품을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 상기 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량에 대해 5 중량% 미만의 첨가제, 예를 들어 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 3 중량% 의 첨가제를 포함한다.
구현예에서, 중합체 조성물은 항산화제를 포함한다. 적합한 항산화제는 예를 들어, 페놀성 항산화제, 예컨대 펜타에리트리톨 테트라키스[3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트] (본원에서 Irganox 1010 으로서 언급됨), 트리스(2,4-디tert-부틸페닐) 포스파이트 (본원에서 Irgafos 168 로서 언급됨), 3DL-알파-토코페롤, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 디부틸히드록시페닐프로피온산 스테아릴 에스테르, 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신남산, 2,2'-메틸렌비스(6-tert-부틸-4-메틸-페놀), 헥사메틸렌 비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 벤젠프로판아미드,N,N'-1,6-헥산디일 비스[3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시] (항산화제 1098), 디에틸 3.5-디-Tert-부틸-4-히드록시벤질 포스포네이트, 칼슘 비스[모노에틸(3,5-디-tert-부틸-4-히드록실벤질)포스포네이트], 트리에틸렌 글리콜 비스(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트 (항산화제 245), 6,6'-디-tert-부틸-4,4'-부틸리덴디-m-크레솔, 3,9-비스(2-(3-(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시-1,1-디메틸에틸)-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 1,1,3-트리스(2-메틸-4-히드록시-5-tert-부틸페닐)부탄, (2,4,6-트리옥소-1,3,5-트리아진-1,3,5(2H,4H,6H)-트리일)트리에틸렌 트리스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질) 이소시아누레이트, 트리스(4-tert-부틸-3-히드록시-2,6-디메틸벤질) 이소시아누레이트, 에틸렌 비스[3,3-비스(3-tert-부틸-4-히드록시페닐)부티레이트], 및 2,6-비스[[3-(1,1-디메틸에틸)-2-히드록시-5-메틸페닐] 옥타히드로-4,7-메타노-1H-인데닐]-4-메틸-페놀을 포함한다. 적합한 항산화제는 또한 예를 들어, 이중 작용기를 가진 페놀성 항산화제, 예컨대 4,4'-티오-비스(6-tert-부틸-m-메틸 페놀) (항산화제 300), 2,2'-술판디일비스(6-tert-부틸-4-메틸페놀) (항산화제 2246-S), 2-메틸-4,6-비스(옥틸술파닐메틸)페놀, 티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,6-디-tert-부틸-4-(4,6-비스(옥틸티오)-1,3,5-트리아진-2-일아미노)페놀, N-(4-히드록시페닐)스테아르아미드, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜) [[3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시페닐]메틸]부틸말로네이트, 2,4-디-tert-부틸페닐 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤조에이트, 헥사데실 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-벤조에이트, 2-(1,1-디메틸에틸)-6-[[3-(1,1-디메틸에틸)-2-히드록시-5-메틸페닐] 메틸]-4-메틸페닐 아크릴레이트, 및 CAS nr. 128961-68-2 (Sumilizer GS) 를 포함한다. 적합한 항산화제는 또한 예를 들어, 아민성 항산화제, 예컨대 N-페닐-2-나프틸아민, 폴리(1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸-퀴놀린), N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-1-나프틸아민, CAS nr. 68411-46-1 (항산화제 5057), 및 4,4-비스(알파,알파-디메틸벤질)디페닐아민 (항산화제 KY 405) 을 포함한다. 바람직하게는, 항산화제는 펜타에리트리톨 테트라키스[3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트] (본원에서 Irganox 1010 으로서 언급됨), 트리스(2,4-디tert-부틸페닐) 포스파이트 (본원에서 Irgafos 168 로서 언급됨), 또는 이의 혼합물로부터 선택된다.
구현예에서, 중합체 조성물은 첨가제로서 스티렌성 공중합체를 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 스티렌성 공중합체는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SBS) 또는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SEBS) 로부터 선택된다.
바람직하게는, 스티렌성 공중합체는 스티렌성 블록 공중합체이다. 적합한 스티렌성 블록 공중합체는 적어도 2 개의 모노알케닐 아렌 블록, 바람직하게는, 포화 콘쥬게이션 디엔의 블록, 예컨대 포화 폴리부타디엔 블록에 의해 분리된 2 개의 폴리스티렌 블록을 포함한다. 적합한 불포화 블록 공중합체는 하기 식: A-B-R(-B-A)n 또는 Ax-(BA-)y-BA (식 중, 각각의 A 는 비닐 방향족 단량체, 예컨대 스티렌을 포함하는 중합체 블록이고, 각각의 B 는 콘쥬게이션 디엔, 예컨대 이소프렌 또는 부타디엔, 및 임의로 비닐 방향족 단량체, 예컨대 스티렌을 포함하는 중합체 블록이고; R 은 다작용성 커플링제의 나머지 (R 이 존재하는 경우, 블록 공중합체는 별 또는 분지형 블록 공중합체일 수 있음) 이고; n 은 1 내지 5 의 정수이고; x 는 0 또는 1 이고; y 는 0 내지 4 의 실수 (real number) 임) 에 의해 나타내는 것들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
바람직한 구현예에서, 물품은 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안 스위치의 온도에 적용되기 전에, ASTM D257-07 에 따라 측정된 바와 같이 적어도 106 ohms, 바람직하게는 적어도 107 ohms, 더욱 바람직하게는 적어도 108 ohms, 더욱 바람직하게는 적어도 109 ohms, 더욱 바람직하게는 적어도 1010 ohms, 더욱 바람직하게는 적어도 1011 ohms 의 표면 저항을 갖는다. 그러므로, 이의 초기 상태에, 물품은 전기적 전도성 또는 적어도 정전분산성 재료를 포함한다.
본 발명의 문맥에서, 물품과 관련된 용어 "전기적 전도성" 또는 "정전분산성 재료" 또는 "전도성 재료" 는 표준 ANSI/ESD S541-2008 의 의미에서 이해된다.
모든 구현예에서, 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃, 바람직하게는 Tg + 100 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃, 바람직하게는 Tm 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 바람직하게는 적어도 100 나누고, 더욱 바람직하게는 적어도 1000 으로 나누고, 더 더욱 바람직하게는 적어도 10000 으로 나눈다.
구현예에서, 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안 스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 바람직하게는 106 ohms 미만, 더욱 바람직하게는 105 ohms 미만, 더 더욱 바람직하게는 104 ohms 미만이 된다, 단, 물품의 초기 표면 저항은 바람직하게는 적어도 107 ohms 이다.
물품의 열 전도율은 전기 전도율 변화에 의해 현저히 변화되지 않는다. 그러면, 상기 기재된 전기 전도율 변화 후, 샘플을 초기 온도로 냉각시키는 경우, 초기 물품의 열 전도율이 회복된다. 그러면, 열적 전도성인 물품이 제조될 수 있을 것이며, 이것은 공정 이력에 따라 전기적 절연성 또는 전기적 전도성이다.
바람직하게는, 물품을 4 분 미만, 바람직하게는 2 분 미만 동안, 스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눈다.
본 발명에 따르면, 중합체 조성물에 사용된 중합체는 서멀 스위치 장치가 전기적 절연성 또는 적어도 정전분산성 재료로부터 전도성 또는 적어도 전기적 정전분산성 재료까지 스위치시키기에 바람직한 온도에 맞추도록 선택되고, 표면 저항은 초기 표면 저항과 비교해, 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눈다. 스위치에 필요한 시간의 기간은 물품의 두께 및 스위치의 온도의 함수로서 측정된다. 더 높은 온도의 스위치가 사용될 수록 스위치가 더 빠르다. 물품이 얇을 수록; 스위치가 더 빠르다.
예를 들어, 중합체 조성물이 약 100 ℃ 의 유리 전이 온도를 갖는 폴리스티렌을 포함하는 경우에는, 약 110 ℃ (Tg + 10 ℃) 내지 약 350 ℃ (Tg + 250 ℃) 의 범위의 온도에 적용되는 경우, 이의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누기 위해, 물품을 스위치할 것이다. 스위치시키기 위한 물품에 대한 시간은 물품을 350 ℃ 의 온도에 적용할 때보다, 물품을 110 ℃ 의 온도에 적용할 때 더 길다.
중합체 조성물이 약 147 ℃ 의 유리 전이 온도를 갖는 폴리카보네이트를 포함하는 경우에는, 약 157 ℃ (Tg + 10 ℃) 내지 약 397 ℃ (Tg + 250 ℃) 의 범위의 온도에 적용되는 경우, 이의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누기 위해, 물품을 스위치할 것이다.
중합체 조성물이 약 120 ℃ 의 용융 온도를 갖는 폴리에틸렌을 포함하는 경우에는, 40 ℃ (Tm - 80 ℃) 내지 약 370 ℃ (Tm + 250 ℃) 의 범위의 온도에 적용되는 경우, 이의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누기 위해, 물품을 스위치할 것이다.
중합체 조성물이 약 150 ℃ 의 용융 온도를 갖는 폴리프로필렌을 포함하는 경우에는, 70 ℃ (Tm - 80 ℃) 내지 약 400 ℃ (Tm + 250 ℃) 의 범위의 온도에 적용되는 경우, 이의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누기 위해, 물품을 스위치할 것이다.
따라서, 당업자는 이의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔으로써, 물품을 스위치하기에 바람직한 온도와 관련한 그의 필요성에 따라 중합체 조성물을 선택할 것이다.
게다가, 제시된 두께에 대해, 당업자는 물품에 적용될 스위치의 온도에 따라 중합체 조성물을 선택할 수 있다. 게다가, 예를 들어 200 ℃ 에서, 폴리스티렌을 함유하는 중합체 조성물은 폴리카보네이트를 함유하는 중합체 조성물보다 스위치하는데 시간을 덜 필요로 할 것이다.
그러므로, 바람직한 구현예에서, 중합체 조성물은 비결정성 중합체를 포함하고, 물품을 Tg + 75 ℃ 내지 Tg + 250 ℃, 바람직하게는 Tg + 100 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의 온도에, 5 분 미만, 바람직하게는 2 분 미만 동안 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10 으로 나눈다.
또다른 바람직한 구현예에서, 중합체 조성물은 반결정성 중합체를 포함하고, 물품을 Tm 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의 온도에, 5 분 미만, 바람직하게는 2 분 미만 동안 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10 으로 나눈다.
구현예에서, 물품은 필름, 시트, 형성된 시트, 파이프 또는 사출 물품이다.
바람직하게는, 물품은 본 발명에 따른 중합체 조성물, 즉 하기를 포함하는 중합체 조성물로 제조된 단층 시트이다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 을 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료,
이때, 상기 중합체 조성물은 물품을 형성하기 위해 프로세싱되기 전에, 104 ohms 미만의 표면 저항을 가짐.
물품은 또한 층 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 중합체 조성물, 즉, 하기를 포함하는 중합체 조성물로 제조된, 상이한 재료의 적어도 2 개의 공압출된 층을 포함하는 다층 시트일 수 있다:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 을 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료,
이때, 상기 중합체 조성물은 물품을 형성하기 위해 프로세싱되기 전에, 104 ohms 미만의 표면 저항을 가짐. 바람직하게는 다층 시트는 외부 층 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 중합체 조성물로 제조된, 3 개의 층을 포함한다.
물론, 본 발명에 따른 단층 또는 다층 시트는 적어도 105 ohms 의 초기 표면 저항을 갖고, 시트를 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃, 바람직하게는 Tg + 75 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃, 바람직하게는 Tm 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
스위치의 온도에 적용하는 경우, 시트의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눈다.
B- 물품의 제조 방법
본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는, 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품의 제조 방법을 포함한다:
a) 104 ohms 미만의 표면 저항을 갖는 중합체 조성물을 제공하는 단계, 상기 중합체 조성물은 하기를 포함함:
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
- 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
b) 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계; 및
c) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tg - 20 ℃ 의 온도 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tm - 20℃ 의 온도를 사용하는 냉각 장치 시스템 또는 매질과 접촉시킴으로써 물품을 냉각시키는 단계.
본 발명의 구현예에서, 중합체 조성물은 비결정성 및 반결정성 중합체의 혼합물이다. 당업자는 공지된 방법, 예컨대 주사 전자 현미경 (SEM) 을 통해, 비결정성 중합체와 반결정성 중합체 사이의 중합체 중 어느 것이 중합체 조성물의 연속된 중합체 상을 형성하는 지를 측정하고,
i) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 비결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tg -20 ℃ 인, 또는
ii) 중합체 조성물이 연속된 중합체 상을 형성하는 반결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tm -20 ℃ 인
것으로서 물품의 냉각을 위한 온도를 선택할 수 있다.
2 개의 비혼화성 중합체의 경우, Tg 또는 Tm 은 연속 상의 중합체의 Tg 또는 Tm 의 값을 말한다. 상의 연속성의 경우, 최고 전도성 재료 함량을 함유하는 상은 고려하고자 하는 Tg 및 Tm 을 측정하기 위해 고려되어야만 한다. 혼화성 중합체의 혼합물 (예를 들어, 폴리프로필렌-폴리부텐 블렌드) 의 경우, 최종 혼합물의 Tm 또는 Tg 가 고려되어야만 한다.
바람직하게는, 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계 b) 는 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg 내지 Tg + 100 ℃ 의 범위의, 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm 내지 Tm + 60 ℃ 의 범위의 온도에서 물품을 형성 또는 예비-형성하는 것을 포함한다. 전단 또는 연장 움직임이 방법 동안 부과되는 임의의 변형 방법 (사출, 압출,…) 이 본 발명의 물품을 제조하는데 적합하나, 프레스 내의 압축 또는 "프로세싱 동안 중합체 조성물의 움직임이 없음" 을 특징으로 하는 임의의 다른 방법은 적합하지 않다. 예를 들어, 로토몰딩 (rotomoulding) 은 적합하지 않다.
구현예에서, 단계 c) 는 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg - 20 ℃ 내지 Tg - 150 ℃ 의 범위의, 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 20 ℃ 내지 Tm - 150 ℃ 의 범위의 온도를 사용하는 냉각 장치 시스템에 의해 물품을 냉각시키는 것을 포함한다.
방법의 단계 c) 는 단계 b) 동안 수득되는 구조를 동결시키기에 충분한 냉각 속도로 수행되어지는 냉각 단계이다. 단계 c) 는 경화 단계이다. 당업자는 물품의 전기적 절연성 또는 적어도 정전분산성 특성을 유지하기 위해 냉각 속도를 선택할 것이다.
놀랍게도, 물품을 형성하기 위해 프로세싱하기 전에 전도성 또는 적어도 정전분산성인 중합체 조성물이 특정 방법 조건 하에서, 전기적 절연성 또는 적어도 정전분산성이 되도록, 이의 전기적 특성을 상실할 수 있다는 것을 관찰하였다. 상기 방법 조건은 중간 또는 높은 전단 속도를 사용함으로써 중합체 조성물의 전도성 재료의 네트워크를 분배하는 제 1 기계적 단계, 및 분배된 네트워크의 구조가 빠른 또는 비교적 빠른 냉각 시스템에 의해 동결되는 제 2 경화 단계를 포함한다. 전기적 특성은 물품을 스위치의 온도로의 이후 적용에 의해 어닐링할 때 추가로 회복될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면 냉각 단계 c) 는 가능한 한 빨리 수행되어 진다.
임의의 이론에 구애됨 없이, 시트 또는 필름을 형성하는 것과 같이 물품을 제조할 때, 전단 속도로 인해, 전도성 재료 (예를 들어, 탄소 나노튜브) 와 같은 첨가제는 바람직하게는 물품의 중심에 위치할 것으로 여겨진다. 게다가, 물품 제조 방법 동안 부과되는 전단/연장 움직임으로 인해, 경계 가까이에 임의의 남아있는 전도성 재료 (예를 들어, 탄소 나노튜브) 가 강하게 지향될 것이며, 따라서 전기 전도율에 있어서 불충분할 것이다. 물품의 후속 가열 시에, 전도성 재료 (예를 들어, 탄소 나노튜브) 는 임의의 방향을 잃고 이들은 표면에 더욱 가깝게 이동할 수 있고/거나 또한 이동하여, 따라서 물품이 전도성 또는 적어도, 정전분산성이 된다.
따라서 종래의 스위치 장치와 비교하여, 본 발명에 따른 물품은 움직이는 부품이나 노출된, 취약한, 구성성분을 가지지 않을 수 있고, 따라서 기계적으로 안전할 수 있으므로 유리하다. 물품의 제조 방법은 연관된 제조 비용이 상당히 낮은 등 실행하기가 간단하고 용이하다. 게다가, 중합체 조성물 그 자체의 구조에 있는 스위치의 본질적인 특성은 유연성 소자의 제조에 물품을 사용할 수 있게 한다. 마지막으로, 서멀 스위치의 상기 본질적인 기원은 단순한 물리적 메카니즘으로 인한 것이고, 그래서 이것은 매우 강건하고, 전체 장치를 매우 실현가능하게 만들고, 유연성 소자에 적합하다.
단계 a) 에서 제공되는 중합체 조성물은 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 수득될 수 있다.
구현예에서, 중합체 조성물은 마스터배치이고 비결정성 중합체 및 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 포함하고, 하기 단계에 의해 제조된다:
- 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 제공하는 단계;
- 제 1 비결정성 중합체를 제공하는 단계, 상기 제 1 비결정성 중합체는 유리 전이 온도 Tg1, 및 ISO1133:2005 절차 B 조건 H 에 따라 5 kg 의 하중 하에 200 ℃ 에서 측정된 적어도 10 g/10 min 의 용융 흐름 지수 MFI1, 및 임의로 마스터배치의 총 중량에 대해 중량에 의해 0.01 내지 4.0 의 하나 이상의 첨가제를 갖고, 상기 하나 이상의 첨가제는 왁스, 트리스테아린, 아연 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 에루실 아미드, 올레산 아미드, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 및 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드로부터 선택됨;
- Tg1 내지 Tg1 + 80 ℃, 바람직하게는 Tg1 +5 ℃ 내지 Tg1 + 50 ℃ 의 범위의 배럴 온도에서 압출기에서의 압출에 의해 상기 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브, 및 상기 제 1 비결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계,
유리 전이 온도는 ISO 11357-2:2013 에 따라 측정됨.
바람직하게는, 압출에 의해, 바람직하게는 탄소 나노튜브인 상기 전도성 재료, 및 상기 제 1 비결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계는 적어도 250 rpm, 바람직하게는 적어도 300 rpm, 바람직하게는 적어도 500 rpm 의 스크류 속도로 동시-회전하는 2 축 압출기에서 수행한다.
바람직하게는 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 제공하는 단계는, 마스터배치의 총 중량에 대해 적어도 5 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 의 전도성 재료를 포함하는 마스터배치를 수득하기 위해, 제 1 비결정성 중합체와 블렌딩하고자 하는 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브의 양을 선택하는 것을 포함하며, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이고 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정된다.
바람직하게는, 마스터배치는 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 최대 102 Ohm 의 표면 저항, 및/또는 ISO 1133:2005 에 따라 21.6 kg 의 하중 하에 측정되는 20 g/10 min 미만의 고 하중 용융 흐름 지수 HLMI1 을 갖는다.
바람직한 구현예에서, 중합체 조성물은 복합 재료이고 제 1 및 제 2 비결정성 중합체의 혼합물을 포함하고, 복합 재료는 복합 재료의 총 중량에 대해 0.05 내지 1.95 중량% 의 전도성 재료를 포함하는데, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이며 마스터배치 중의 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정되고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 제 1 비결정성 중합체 및 ISO11358 에 따라 측정된 바와 같은 마스터배치의 총 중량에 대해 적어도 5 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 의 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 포함하는 마스터배치를 제공하는 단계로서, 이때 제 1 비결정성 중합체는 ISO 1133:2005 에 따라 측정된 적어도 10 g/10 min 의 용융 흐름 지수 MFI1 을 가짐;
- 유리 전이 온도 Tg2 를 갖는 제 2 비결정성 중합체를 제공하는 단계;
- Tg2 + 100 ℃ 내지 Tg2 + 200 ℃ 의 범위의, 바람직하게는 Tg2 + 120 ℃ 내지 Tg2 + 180 ℃ 의 범위의 배럴 온도에서 압출기에서의 압출에 의해 마스터배치 및 제 2 비결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계,
유리 전이 온도는 ISO 11357-2:2013 에 따라 측정됨.
상기 복합 재료는 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 최대 104 Ohm/sq 의 표면 저항률 및/또는 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 최대 104 Ohms 의 표면 저항을 갖는다. 바람직하게는, 마스터배치를 제공하는 단계는 상기 기재된 바와 같은 마스터배치의 제조 단계를 포함한다.
유리하게는, 제 1 비결정성 중합체는 용융 흐름 지수 MFI1 을 갖도록, 그리고 제 2 비결정성 중합체는 용융 흐름 지수 MFI2 를 갖도록 선택되고, 방법은 MFI1 이 MFI2 의 값의 적어도 2 배의 값을 갖도록 제 1 및 제 2 비결정성 중합체를 선택하는 단계를 추가로 포함한다.
더욱 바람직하게는 제 1 또는 제 2 비결정성 중합체 중 적어도 하나는 폴리스티렌이고, 상기 폴리스티렌은 폴리스티렌, 개질 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌 및 개질 폴리스티렌의 조합으로부터 선택된다.
또다른 구현예에서, 중합체 조성물은 마스터배치이고, 반결정성 중합체 및 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 포함하고, 하기 단계에 의해 제조된다:
- 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 제공하는 단계;
- 제 1 반결정성 중합체를 제공하는 단계, 상기 제 1 반결정성 중합체는 용융 온도 Tm1, 및 ISO 1133:2005 에 따라 21,6 kg 의 하중 하에 측정된 적어도 1 의 HLMI1, 및 임의로 마스터배치의 총 중량에 대해 중량에 의해 0.01 내지 4.0 의 하나 이상의 첨가제를 갖고, 상기 하나 이상의 첨가제는 왁스, 트리스테아린, 아연 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 에루실 아미드, 올레산 아미드, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 및 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드로부터 선택됨;
- Tm1 내지 Tm1 + 10 ℃ 의 범위의 배럴 온도에서 압출기에서의 압출에 의해 상기 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브, 및 상기 제 1 비결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계,
용융 온도는 ISO 11357-3:2013 에 따라 측정됨.
바람직하게는, 압출에 의해, 바람직하게는 탄소 나노튜브인 상기 전도성 재료, 및 상기 제 1 반결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계는 적어도 250 rpm, 바람직하게는 적어도 300 rpm, 바람직하게는 적어도 500 rpm 의 스크류 속도로 동시-회전하는 2 축 압출기에서 수행한다.
바람직하게는 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브를 제공하는 단계는, 마스터배치의 총 중량에 대해 적어도 5 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 의 전도성 재료를 포함하는 마스터배치를 수득하기 위해, 제 1 반결정성 중합체와 블렌딩하고자 하는 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 나노튜브의 양을 선택하는 것을 포함하며, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이고 마스터배치 내의 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정된다.
바람직하게는, 마스터배치는 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 최대 1x102 Ohm/sq 의 표면 저항률 및/또는 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 최대 1x104 Ohms 의 표면 저항을 갖는다.
바람직한 구현예에서, 중합체 조성물은 복합 재료이고 제 1 및 제 2 반결정성 중합체의 혼합물을 포함하고, 복합 재료는 복합 재료의 총 중량에 대해 0.05 내지 1.95 중량% 의 전도성 재료를 포함하는데, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이며 마스터배치 중의 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정되고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 용융 온도 Tm1 을 갖는 제 1 반결정성 중합체 및 마스터배치의 총 중량에 대해 적어도 5 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 의 전도성 재료를 포함하는 마스터배치를 제공하는 단계, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이고 마스터배치 내의 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정되며, 이때 제 1 반결정성 중합체는 ISO 1133 에 따라 21.6 kg 의 하중 하에 측정된 바와 같은 적어도 1 의, 바람직하게는 1 내지 100 의 범위의 HLMI1 을 가짐;
- 용융 온도 Tm2 = Tm1 +/- 5 ℃ 를 갖고, 제 1 반결정성 중합체의 HLMI1 의 측정을 위한 동일한 온도 사용시에 2.16 kg 의 하중 하에 ISO 1133 에 따라 측정되는 바와 같이 최대 20 의 용융 흐름 지수 MFI2 를 갖는, 제 1 반결정성 중합체와 혼화성인 제 2 반결정성 중합체를 제공하는 단계;
- Tm2 내지 Tm2 +250 ℃ 의 범위의 배럴 온도에서 압출기에서의 압출에 의해 마스터배치 및 제 2 반결정성 중합체를 함께 블렌딩하는 단계;
용융 온도는 ISO 11357-3: 2013 에 따라 측정됨.
바람직한 구현예에서, 제 1 및 제 2 반결정성 중합체는 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (iPP), 폴리락티드 (PLA), 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (iPP), 또는 이의 임의의 조합. 모든 구현예에서, 폴리프로필렌은 신디오택틱 또는 이소택틱 폴리프로필렌일 수 있다. 더 더욱 바람직하게는, 제 1 및 제 2 반결정성 중합체는 둘다 폴리에틸렌이거나, 또는 둘다 폴리프로필렌이다.
상기 복합 재료는 ASTM D257-07 에 따라 측정된 최대 1x104 Ohm 의 표면 저항률 및/또는 ASTM D257-07 에 따라 측정된 최대 1x104 Ohms 의 표면 저항을 갖는다. 바람직하게는, 마스터배치를 제공하는 단계는 상기 기재된 마스터배치의 제조 단계를 포함한다.
모든 구현예에서, 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량에 대해 바람직하게는 0.05 내지 1.95 중량% 의 전도성 재료를 포함하며, 전도성 재료는 바람직하게는 탄소 나노튜브이고 마스터배치 내의 이의 함량은 ISO 11358 에 따라 측정되어, 중합체 조성물의 총 중량에 대해 바람직하게는 최대 1.75 중량%, 예를 들어 최대 1.50 중량%, 예를 들어 최대 1.25 중량%, 예를 들어 최대 1.00 중량%, 예를 들어 최대 0.95 %, 예를 들어 최대 0.90 중량% 이다.
일부 구현예에서, 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계 b) 는 압출 또는 사출에 의해 제조된다. 압출 및 사출은 중합체 조성물의 전도성 재료 네트워크를 분배하기 위해 충분한 전단 속도를 제공하는 방법이다.
본 발명에 따르면, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg 내지 Tg + 100 ℃ 의 범위의 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm 내지 Tm + 60 ℃ 의 범위의 온도에서 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계 b) 는, 중합체 조성물의 전도성 재료 네트워크를 분배하기 위해 충분한 전단 속도를 적용하는 것을 가능하게 한다.
일부 구현예에서, 방법은 예비-형성된 물품을 산출하는, 물품을 예비-형성하는 단계 b) 를 포함하는데, 이때 방법은 단계 c) 후에, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg 미만의 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm 미만의 온도에서 예비-형성된 물품으로부터 물품을 형성하는 단계 d) 를 추가로 포함한다.
예를 들어, 단계 b) 는 물품을 예비-형성하는 단계이고, 예비-형성된 물품은 중합체 조성물로부터 수득되는 시트이다. 시트는 예를 들어, 특정한 형상을 수득하는 것과 같은 열성형의 단계인 추가의 단계 d) 에서 프로세싱된다. 그러므로 열성형의 단계 d) 는, 전기적 절연성 또는 적어도 정전분산성 재료로부터, 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나뉘는 표면 저항을 갖는 전도성 또는 적어도 정전분산성 재료로의 물품의 스위치를 피하기 위해, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg 미만의, 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm 미만의 온도에서 수행된다.
전체 방법 동안, 전기적 절연성 또는 적어도 정전분산성 물품을 형성하기 위해 가공하고자 하는 전도성 또는 적어도 정전분산성 중합체 조성물을 갖는 원하는 결과를 수득하기 위해, 그리고 즉시 수득되지 않는, 당업자는:
- 단계 a) 에서: 예를 들어 전도성 재료 내에 낮은 함량을 갖는 중합체 조성물을 선택함으로써, 더 높은 표면 저항을 갖는 출발 중합체 조성물을 선택할 수 있고, 단, 출발 중합체 조성물은 여전히 ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같이 104 ohms 이하의 표면 저항을 가짐, 및/또는
- 단계 b) 에서 더 높은 전단 속도 및/또는 더 낮은 프로세싱 온도를 사용할 수 있고, 및/또는
- 단계 c) 에서 더 높은 냉각 속도를 사용할 수 있다.
게다가, 좀더 복잡한 장치에 물품을 통합시키기 위해 추가의 작업이 필요한 경우, 전기 전도율이 회수되는 온도와 가까운 물품의 임의의 열 초과량 (overshoot) 을 피하도록 하는 것이 중요하다.
실시예
본 발명에 따른 물품을 제조하였다. 출발 중합체 조성물을, 제 1 중합체로 마스터배치를 형성하고 상기 마스터배치를 제 2 중합체에 희석시키는 것을 포함하는 2 단계 방법을 사용하여 제조하였다. 일부 예에서, 중합체 조성물은 제 1 중합체로서 폴리스티렌, 제 2 중합체로서 고-충격 폴리스티렌 및 전도성 재료로서 탄소 나노튜브를 포함하였다. 다른 예에서, 중합체 조성물은 제 1 및 제 2 중합체로서 폴리에틸렌 및 전도성 재료로서 탄소 나노튜브를 포함하였다.
방법
블렌드 내의 탄소 나노튜브의 함량 (중량%) (% CNT) 은 Mettler Toledo STAR TGA/DSC 1 장치를 사용하는, ISO 11358 에 따른 열 중량 분석 (TGA) 에 의해 측정될 수 있다. 블렌드 내의 탄소 나노튜브의 함량 (중량%) (%CNT) 의 측정에 앞서, 탄소 나노튜브의 탄소 함량 (중량%) (% C-CNT) 을 측정하였다: 2 내지 3 밀리그램의 탄소 나노튜브를 TGA 에 두었다. 재료를 질소 중에서 (100 ml/min) 30 ℃ 에서 600 ℃ 까지 20 ℃/min 의 속도로 가열하였다. 600 ℃ 에서, 기체를 공기 (100 ml/min) 로 스위치시키고, 탄소를 산화시켜, 탄소 나노튜브의 탄소 함량 (중량%) (% C-CNT) 을 산출하였다. % C-CNT 값은 3 회 측정의 평균이었다. 블렌드 내의 탄소 나노튜브의 함량 (중량%) (% CNT) 에 대해, 10 내지 20 밀리그램의 샘플을 TGA 에 두었다. 재료를 질소 중에서 (100 ml/min) 30 ℃ 에서 600 ℃ 까지 20 ℃/min 의 속도로 가열하였다. 600 ℃ 에서, 기체를 공기 (100 ml/min) 로 스위치시키고, 탄소를 산화시켜, 샘플 내의 탄소 나노튜브의 탄소 함량 (% C-샘플) 을 산출하였다. % C-샘플 값은 3 회 측정의 평균이었다. 샘플 내의 탄소 나노튜브의 함량 (중량%) (% CNT) 은 이후 샘플 내의 탄소 나노튜브의 탄소 함량 (중량%) (% C-샘플) 을 탄소 나노튜브의 탄소 함량 (중량%) (% C-CNT) 으로 나누고 100 을 곱하여 측정하였다.
% CNT = % C-샘플 / % C-CNT * 100
표면 저항, (R S ) 은 2 개의 전극 (시편의 표면 상에) 에 적용한 dc 전압 대 이들 사이의 전류의 비이다. 단위는 Ohm (Ω) 이다.
체적 저항, (R V ) 은 2 개의 전극 (시편 상 또는 내) 에 적용한 dc 전압 대 전극 사이의 시편의 부피 내의 전류의 비이다. 단위는 Ohm (Ω) 이다.
표면 저항률, (ρ S ) 은 측정된 저항을 변형시키는 시편 표면 치수 (전극의 폭은 전극 사이의 거리에 의해 나누어진 전류 경로를 정의함) 대 전극이 평방미터의 반대면을 형성한 경우 수득되는 것의 비를 곱한 표면 저항이다. 단위는 Ohm (Ω) 또는 평방미터 당 Ohms (Ω/sq) 이다.
체적 저항률, (ρ V ) 은 측정된 저항을 변형시키는 시편 체적 치수 (전극 사이의 거리에 의해 나누어진 전극 사이의 시편의 단면적) 대 전극이 단위 정육면체의 반대면을 형성한 경우 수득되는 저항의 비를 곱한 체적 저항이다. 단위는 Ohm.미터 (Ω.m) 또는 Ohm.센티미터 (Ω.cm) 이다.
표면/체적 저항률 및 저항은, 예를 들어, ASTM 절차 D257-07 또는 IEC 절차 61340-2-3:2000 에서 정의된 방법을 포함하여, 당업계에 공지된 다양한 기법을 사용하여 측정될 수 있다. 예에서, 측정 방법이 구체화된다.
모든 저항률/저항 측정을 위해, 샘플을 시험을 실행하기 전에, 폴리스티렌-기재 샘플에 대해 최소 4 시간 동안 그리고 폴리에틸렌-기재 샘플에 대해 24 시간 동안, 23 ℃/50 % RH 에서 컨디셔닝하였다.
표면 저항/저항률 (RS, ρS) 은 ASTM D257-07 에 따라 또는 IEC 61340-2-3:2000 에 따라 측정되었다.
ASTM D-257-07 에 따라 측정된 표면 저항/저항률 (RS, ρS) 을 은색 페인트 전극 (은색 잉크를 사용하는 2 개의 전도성 페인트 라인 및 2 개의 평행한 슬릿 25 mm 길이, 1 mm 폭 및 2 mm 간격이 존재하는 접착 마스크로 제조됨) 을 사용하는 2410 SourceMeter® 장치를 사용하여 실시하였다. 12 분 동안 2 mm 두께 압착 주형 플라크 (폴리스티렌-기재 샘플의 경우 200 ℃ 에서 또는 폴리에틸렌-기재 샘플의 경우 230 ℃ 에서) 에 대해, 압출 시트 또는 사출 샘플에 대해 측정을 실시하였다. 표면 저항의 측정을 Ohm (Ω) 로 보고하고 하기 방정식: ρS = (RS x L) / d (식 중: L 은 페인트 라인 길이 (cm) 이고, d 는 전극 사이의 길이 (cm) 임) 을 사용하여 표면 저항률 (Ohm/square) (Ω/sq) 로 전환하였다.
IEC 61340-2-3:2000 에 따라 측정된 표면 저항/저항률 (RS, ρS) 을 동심원 Ring Probe, Model 880 을 사용하는 Metriso® 2000 장치를 사용하여 수행하였다. 압출 시트 또는 사출 샘플에 대해 측정을 실시하였다. 표면 저항의 측정값을 Ohm (Ω) 로 보고하고 하기 방정식: ρS = RS x (d1 + g) x π/g (식 중: d1 은 내부 접촉 전극의 직경 (cm) 이고, g 는 접촉 전극 사이의 거리 (갭) (cm) 임) 을 사용하여 표면 저항률 (Ohm/square) (Ω/sq) 로 전환하였다.
체적 저항/저항률 (RV, ρV) 을 IEC 61340-2-3:2000 에 따라 측정하고, 동심원 Ring Probe, Model 880 및 금속 반대 전극을 사용하는 Metriso® 2000 장치를 사용하여 수행하였다. 압출 시트 또는 사출 샘플에 대해 측정을 실시하였다. 표면 저항의 측정은 Ohm (Ω) 로 보고하고 하기 방정식: ρV = RV x A/t (식 중: A 는 측정 전극의 면적 (cm²) 이고, t 는 시험 시편의 두께 (cm) 임) 을 사용하여 체적 저항률 (Ohm 센티미터) (Ω.cm) 로 전환하였다.
열 전도율은 ISO 22007-2 에 따라 측정된다.
중합체의 용융 흐름 지수 (MFI) 는 ISO 1133 절차 B 에 따라 측정하였다. ISO 1133 에 명시된 바와 같이 고려된 중합체에 따라 조건을 선택하였고, 예를 들어, MFI 는 폴리스티렌의 경우 ISO 1133 절차 B 조건 H 에 따라, 폴리에틸렌의 경우 ISO 1133 절차 B 조건 D (190 ℃, 2.16 kg) 에 따라, 폴리프로필렌 등의 경우 ISO 1133 절차 B 조건 M (230 ℃, 2.16 kg) 에 따라, 200 ℃ 의 온도에서 5 kg 의 하중 하에 측정한다.
고 용융 흐름 지수 (HLMI) 를 ISO 1133:2005 에 따라 제시된 온도 (폴리스티렌의 경우 200 ℃, 폴리에틸렌의 경우 190 ℃, 폴리프로필렌의 경우 230 ℃ 등) 에서 21.6 kg 의 하중 하에 측정하였다.
중합체의 분자량은 겔 투과 크로마토그래피 (GPC) 에 의해 측정된다.
분자량/특성 관계의 성립에 사용되는 분자량 평균은 수 평균 (Mn), 중량 평균 (Mw) 및 z 평균 (Mz) 분자량이다. 이들 평균은 하기 표현에 의해 정의되고, 계산된 Mi 으로부터 결정된다:
Figure pct00001
여기서, Ni 및 Wi 는 각각, 분자량 Mi 를 갖는 분자의 수 및 중량이다. 각 경우에서 세번째 표현 (가장 오른쪽) 은 SEC 크로마토그램으로부터 이들 평균을 수득하는 방법을 정의한다. hi 는 i 번째 용리 분획에서의 SEC 곡선의 높이 (기준선으로부터) 이고, Mi 는 이러한 증분에서 용리되는 종의 분자량이다.
중합체의 밀도는 ISO 1183 에 따라 측정된다.
반결정성 중합체의 결정도는 ASTM D3418-12 에 따라 측정된다.
유리 전이 온도는 ISO 11357-2:2013 에 따른 방법에 의해 측정될 수 있다.
반결정성 중합체의 용융 온도는 ISO 11357-3:2013 에 따라 측정된다.
응집물 영역 분획 (U%) 은 ASTM D-2663-14 에 따라 측정된다.
주사 전자 현미경 (SEM) 분석은 " Preparation des echantillons pour MEB et microanalyse " - Philippe Jonnard (GNMEBA) - EDP Sciences or " Polymer Microscopy " - Linda C. Sawyer and David T. Grubb - Ed. Chaoman and Hall 와 같은 다양한 문서에 기재된다.
실시예 1: 중합체 조성물의 제조
실시예 1-1: 비결정성 중합체, 즉, 폴리스티렌을 포함하는 중합체 조성물의 제조
사용된 탄소 나노튜브는 Nanocyl 로부터 시판되는 다중벽 탄소 나노튜브 Nanocyl™ NC 7000 였다. 이들 나노튜브는 250-300 m2/g 의 표면적 (BET 방법에 의해 측정됨), 약 90 중량% 의 탄소 순도 (열 중량 분석에 의해 측정됨), 9.5 nm 의 평균 직경 및 1.5 ㎛ 의 평균 길이 (투과 전자 현미경에 의해 측정된 바와 같음) 를 가졌다.
사용된 제 1 비결정성 중합체는 ISO 1133 절차 B 조건 H (200 ℃, 5kg) 에 따라 측정된 바와 같은 30 g/10 mn 의 용융 흐름 지수, 1.05 g/cm³ 의 밀도 (ISO 1183), 2900 MPa 의 굴곡 탄성률 (ISO 178), ISO IEC 93 에 따라 측정된 바와 같은 1014 Ohms 초과의 표면 저항률을 가진 폴리스티렌이었다. 제 1 비결정성 중합체의 분자량은 Mw: 112 000 g/mol 이었다. 따라서, 제 1 비결정성 중합체의 용융 흐름 지수는 적어도 10 g/10 min 이었다. 폴리스티렌은 104 ℃ 의 유리 전이 온도 Tg (즉, Tg1) 를 나타냈다.
마스터배치를 고전적인 이축 (twin-screw) 압출 방법을 사용하고, 폴리스티렌 및 탄소 나노튜브를 블렌딩함으로써 제조하였다. 탄소 나노튜브 분말 및 폴리스티렌을 블렌드의 총 중량에 대해 약 10 중량% 의 CNT 함량을 수득하도록 압출기 내로 도입하였다. 마스터배치를 M1 및 M2 에 대해 110-145 ℃ 의 배럴 온도에서, 52 (D=27) 의 L/D 를 가진 Leitztriz 공동-회전하는 이축 압출기 상에서 블렌딩하였다.
열전대로 측정된 용융 온도는 재료가 약 150 ℃ 내지 200 ℃ 의 배럴 내의 온도를 가졌다는 것을 보여주었다. 필요하다면, 용융 온도는 압출기 상에 더 나은 냉각 장치를 사용함으로써 필요하다면 낮출 수 있었다.
마스터배치 M1 의 경우, 스크류 속도를 250 rpm 로, 14 kg/h 의 처리량으로 고정하였다. 마스터배치 M2 의 경우, 스크류 속도를 500 rpm 로, 14 kg/h 의 처리량으로 고정하였다. 배럴 온도는 Tg1 내지 Tg1 + 80 ℃, 여기서 104 ℃ 내지 184 ℃ 사이에 포함되었다.
폴리스티렌 기재 마스터배치의 특성은 하기 표 1.1 에 제시된다
표 1.1 - 폴리스티렌 기재 마스터배치
Figure pct00002
마스터배치 M2 를 이후 본 발명에 따른 중합체 조성물을 수득하기 위해 제 2 비결정성 중합체에 희석한다.
본 발명에 따라 선택된 고 강도 폴리스티렌 (HIPS) 은 ISO 1133 절차 B 조건 H (200 ℃, 5 kg) 에 따라 측정된 바와 같은 2.8 g/10mn 의 용융 흐름 지수, 1.04 g/cm³의 밀도 (ISO 1183), 1600 MP 의 굴곡 탄성률 (ISO 178), ISO IEC 93 에 따라 측정된 바와 같은 표면 저항률 >1013 Ohms 을 갖는다. 제 2 비결정성 중합체의 용융 흐름 지수는 5 g/10 min 을 초과하지 않는다. HIPS 는 100 ℃ 의 유리 전이 온도 (즉, Tg2) 를 나타낸다. 제 2 비결정성 중합체의 분자량은 Mw: 225 000 g/mol 이다.
HIPS 는 본 발명의 마스터배치에서 사용되는 제 1 비결정성 중합체의 용융 흐름 지수가 제 2 비결정성 중합체보다 높은 용융 흐름 지수를 갖도록 선택된다. 특히 제 1 비결정성 중합체의 용융 흐름 지수는 제 2 비결정성 중합체의 용융 흐름 지수의 값 (즉, 2.8 g/min) 보다 적어도 2 배의 값 (즉, 30 g/min) 을 갖는다.
실시예 B1 - 1 wt% 의 CNT 를 함유하는 복합 재료
희석 단계에서, 마스터배치는 고전적인 단축 압출 방법을 사용하여, 제 2 비결정성 중합체와 블렌딩된다. 제 1 및 제 2 중합체 조성물 둘다는 호퍼 (hoper) 를 통해 압출기에 도입된다. 압출을 200 ℃ 의 배럴 온도에서 25 (D=19) 의 L/D 를 사용하는 브라벤더 단축 압출기에서 수행하고, 스크류 속도는 60 rpm 에서 고정된다.
실시예 B2 내지 B6 - 0.9 및 1.5 wt% 의 CNT 를 함유하는 복합 재료
희석 단계에서, 마스터배치는 고전적인 이축 압출 방법을 사용하여, 104 ℃ 의 Tg2 를 갖는 제 2 비결정성 중합체와 블렌딩된다. 제 1 및 제 2 중합체 조성물 둘다는 주 공급처 (main feed) 를 통해 압출기에 도입된다. 압출을 220-260 ℃ 의 배럴 온도에서, 40 (D=20) 의 L/D 를 사용하는 브라벤더 이축 압출기에서 수행하고, 2 kg/h 의 처리량으로 스크류 속도는 80 또는 250 rpm 에서 고정된다. 배럴 온도는 Tg2 + 120 ℃ 내지 Tg2 + 200 ℃, 여기서 220 ℃ 내지 300 ℃ 이다.
중합체 조성물의 특성을 하기 표 2-1 에 제공한다
표 2.1 - 비결정성 중합체 조성물
Figure pct00003
실시예 1-2: 반결정성 중합체, 즉, 폴리에틸렌을 포함하는 중합체 조성물의 제조.
사용된 탄소 나노튜브는 Nanocyl 로부터 시판되는 다중벽 탄소 나노튜브 Nanocyl™ NC 7000 였다. 이들 나노튜브는 250-300 m2/g 의 표면적 (BET 방법에 의해 측정됨), 약 90 중량% 의 탄소 순도 (열 중량 분석에 의해 측정됨), 9.5 nm 의 평균 직경 및 1.5 ㎛ 의 평균 길이 (투과 전자 현미경에 의해 측정된 바와 같음) 를 가졌다.
사용된 제 1 반결정성 중합체는 ISO 1133:2005 절차 B 조건 H (190 ℃, 2.16 kg) 에 따라 측정된 바와 같은 16 g/10mn 의 용융 흐름 지수, 0.935 g/cm³ 의 밀도 (ISO 1183) 및 125 ℃ 의 Tm (ISO 11357-3:2013) 을 가진 폴리에틸렌이었다.
마스터배치를 고전적인 이축 (twin-screw) 압출 방법을 사용하고, 폴리에틸렌 및 탄소 나노튜브를 블렌딩함으로써 제조하였다. 탄소 나노튜브 분말 및 폴리에틸렌을 블렌드의 총 중량에 대해 약 10 중량% 의 CNT 함량을 수득하도록 압출기 내로 도입하였다. 마스터배치를 52 (D=27) 의 L/D 를 가진 Leitztriz 공동-회전하는 이축 압출기 상에서 블렌딩하였다.
열전대로 측정된 용융 온도는 재료가 M3 의 경우 약 150 ℃ 및 M4 의 경우 약 250 ℃ 의 배럴 내의 온도를 가졌다는 것을 보여주었다. 용융 온도는 압출기 상에 더 나은 냉각 장치를 사용함으로써 필요하다면 낮출 수 있었다.
폴리에틸렌 기재의 마스터배치의 특성은 하기 표 1.2 에 제공된다.
표 1.2 - 폴리에틸렌 기재 마스터배치
Figure pct00004
마스터배치 M3 을 이후 본 발명에 따른 중합체 조성물을 수득하기 위해 제 2 반결정성 중합체에 희석한다. 본 발명에 따라 선택된 제 2 폴리에틸렌 (PE2) 은 ISO 1133:2005 절차 B 조건 D (190 ℃, 2.16 kg) 에 따라 측정된 바와 같은 0.8 g/10 mn 의 용융 흐름 지수, 0.934 g/cm³의 밀도 (ISO 1183) 를 갖는다.
실시예 B7 - 2 wt% 의 CNT 를 함유하는 복합 재료
희석 단계에서, 마스터배치는 고전적인 이축 압출 방법을 사용하여, 119 ℃ 의 Tg2 를 갖는 폴리에틸렌인 제 2 반결정성 중합체와 블렌딩된다. 제 1 및 제 2 중합체 조성물 둘다는 주 공급처 (main feed) 를 통해 압출기에 도입된다. 압출을 220-260 ℃ 의 배럴 온도에서, 40 (D=20) 의 L/D 를 사용하는 브라벤더 이축 압출기에서 수행하고, 2 kg/h 의 처리량으로 스크류 속도는 80 rpm 에서 고정된다. 중합체 조성물의 특성은 하기 표 2-2 에 제시된다.
표 2-2 - 반결정성 중합체 조성물
Figure pct00005
실시예 2: 압출에 의한 물품의 제조
조성물 B2 를 150mm 의 피시테일 다이 (fishtail die) 를 갖는, Collin 시트 압출기 유형 20x 25D 에 대해 약 500 ㎛ 의 두께를 갖는 시트를 형성하기 위해 압출하였다. 방법 조건 및 물품의 전기 특성에 대한 결과는 표 3 에 제공된다.
표 3: 시트 압출 방법 조건
Figure pct00006
상기 실시예는 전도성 조성물로부터 형성된 물품에 대해 수득된 전기적 특성과 관련하여 방법 조건의 영향을 입증한다. S1 은 물품의 냉각 단계가 Tg - 20 ℃ 보다 높은 온도를 사용하는 냉각 시스템 장치에 의해 수행되었던 비교예이다. S2 과 동일한 중합체 조성물로부터 시작하여, 수득된 압출 시트 S1 은 2.8 x 103 ohms 의 ASTM D257-07 에 따라 측정된 바와 같은 표면 저항을 보여주었던 반면, S2 는 1 x108 ohms 초과의 ASTM D257-07 에 따라 측정된 바와 같은 표면 저항을 보여주었다.
실시예 3: 압출된 물품에 대한 서멀 스위치 효과
시트 S1 내지 S3 을 적외선 가열에 적용하였다
시트 두께와의 상관관계에서, IR 방사체를 400 ℃ 에서, 시트 홀더로부터 10 cm 갭으로, 상부 및 하부에 두고, 샘플을 200 ℃ 까지 가열되게 두고, 용광로에 존재하는 상부면에서 판독하였다. 450 ㎛ 시트 두께의 경우, 이것은 적어도 12 초 지속되어야만 하고; 더 두꺼운 시트의 경우, 열은 20 초 이상 지속될 수 있고, 오퍼레이터 (operator) 는 가열 시간을 조정해야만 한다. 방법 동안의 수축 효과로 인해, 샘플은 구멍 및 파손을 피하기 위해 샘플 홀더보다 커야만 한다. ESD 측정을 위해, 샘플은 시트를 평평하게 유지하기 위해, 홀더 상에서 냉각되도록 하였다.
시트의 저항을 측정한 후, 시트를 주위 온도로 냉각시키고 조건화하였다. 시트 가열 조건 및 전기 특성에 대한 결과를 표 4 에 제시한다.
표 4: 시트 가열 조건
Figure pct00007
시트 S2 내지 S3 을 또한 안전 실드 내에 3 개의 가열된 압반이 장착된 유압 압착 프레스를 가열하기 위해 적용하였다. 압반 사이의 공간을 7.4 cm 로 설정하였고, 3 개의 가열된 압반을 동일한 온도 (압반 온도) 에서 가열하였고, 시트 가열 시험 전에 안정화되게 하였다. 샘플을 통제된 시간 동안 가열된 프레스 내에 도입 전에, 400 ㎛ 알루미늄 시트 상에 둔 125 ㎛ 폴리이미드 시트 그 자체 상에 두었다. 샘플을 이후 프레스로부터 제거하고, 시트를 평평하게 유지하기 위해, 폴리이미드 및 알루미늄 시트 상에서 냉각시켰다. 시트의 저항을 측정한 후, 시트를 주위 온도로 냉각시키고 조건화하였다. 시트 가열 조건 및 전기 특성에 대한 결과는 표 5 및 6 에 제시된다. 가열 시험은 스위치의 온도에 적용하는 경우 스위치시키기 위해 물품에 대해 필요한 시간의 기간을 측정하는 방법을 입증한다.
표 5: 시트 가열 조건
Figure pct00008

표 6: 시트 가열 조건
Figure pct00009
실시예 4: 사출에 의한 물품의 제조
블렌드 B6 을 이후 1 mm 의 두께를 갖는 25x25 mm 평방미터 (I1) 를 형성하기 위해 주입한다. 260 ℃ 의 배럴 온도, 30 ℃ 의 주형 온도 및 25 mm/s 의 스크류 속도에서, 20 의 길이 대 직경 비 L/D 로, 18 mm 의 축 직경을 가진 DR Boy 22A 사출 프레스 상에서 사출을 수행하였다.
방법 조건 및 물품의 전기 특성에 대한 결과는 표 7 에 제시된다.
표 7: 사출 방법 조건
Figure pct00010
실시예 5: 사출 물품에 대한 서멀 스위치 효과
사출 시편의 저항을 측정한 후, 이것을 주위 온도로 냉각시키고 조건화하였다. 가열 조건 및 전기 특성에 대한 결과는 표 8 에 제시된다.
표 8: 가열 조건
Figure pct00011

Claims (14)

  1. 서멀 스위치 (thermal switch) 장치로서 작용하기에 적합한 물품으로서, ASTM D257-07 에 따라 측정되는 바와 같은 105 ohms 초과의 표면 저항을 갖고, 중합체 조성물로부터 형성되며, 상기 중합체 조성물이 하기를 포함하는 물품:
    - 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
    - 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
    이때, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안
    i) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg + 10 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의, 또는
    ii) 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 80 ℃ 내지 Tm + 250 ℃ 의 범위의
    스위치의 온도에 적용하는 경우, 물품의 표면 저항은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나눔.
  2. 제 1 항에 있어서, 중합체 조성물의 전도성 재료가 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 카본 블랙, 금속 섬유, 금속 분말 및 이의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유, 카본 블랙, 및 이의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 전도성 재료가 탄소 나노튜브인 물품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하고, 바람직하게는 상기 비결정성 중합체가 폴리스티렌 (PS), 어택틱 폴리프로필렌 (aPP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리카보네이트 (PC), 스티렌 아크릴로니트릴 (SAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 폴리(비닐 클로라이드) (PVC), 폴리부타디엔 (PBu), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBt), 폴리(p-페닐렌 옥시드) (PPO), 폴리술폰 (PSU), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에틸렌이민 (PEI), 폴리페닐술폰 (PPSU), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 (ASA) 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택되고, 바람직하게는 비결정성 중합체가 폴리스티렌인 물품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하고, 바람직하게는 상기 비결정성 중합체가 폴리아미드, 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (IPP), 폴리락티드 (PLA), 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리옥시메틸렌 (POM), 신디오택틱 폴리스티렌 (sPS), 폴리페닐렌 술피드 (PPS), 액정 중합체 (LCP), 부탄의 단독중합체 및 공중합체, 헥센의 단독중합체 및 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 폴리우레탄 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택되고; 바람직하게는 반결정성 중합체가 에틸렌의 단독중합체 및 공중합체 (PE), 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 (PP), 프로필렌의 충격 공중합체 (IPP), 폴리락티드 (PLA), 또는 이의 임의의 조합으로부터 선택되는 물품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 물품의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누고, 상기 물품을 5 분 미만의 결정된 시간 기간 동안, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우, Tg + 75 ℃ 내지 Tg + 250 ℃, 바람직하게는 Tg + 100 ℃ 내지 Tg + 250 ℃ 의 범위의 스위치의 온도에 적용하는 물품.
  6. 제 5 항에 있어서, 물품의 표면 저항을 적어도 10, 바람직하게는 적어도 100 으로 나누고, 상기 물품을 2 분 미만 동안 스위치의 온도에 적용하는 물품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 조성물이 중합체 조성물의 총 중량에 대해, 적어도 0.5 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.8 wt%, 더 더욱 바람직하게는 적어도 1.0 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 1.2 wt% 의 전도성 재료를 포함하는 물품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 0.4 W/(m*K) 초과의 열 전도율을 갖는 물품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 필름, 시트, 형성된 시트, 파이프 또는 사출 물품인 물품.
  10. 하기 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 서멀 스위치 장치로서 작용하기에 적합한 물품의 제조 방법:
    a) 104 ohms 미만의 표면 저항을 갖는 중합체 조성물을 제공하는 단계, 상기 중합체 조성물은 하기를 포함함:
    - 중합체 조성물의 총 중량에 대해 50 내지 99.9 wt% 의, 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 비결정성 중합체, 용융 온도 Tm 를 갖는 반결정성 중합체 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 중합체, 및
    - 중합체 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 50 wt% 의 전도성 재료;
    b) 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계; 및
    c) 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tg - 20 ℃ 의 온도 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 적어도 Tm - 20℃ 의 온도를 사용하는 냉각 장치 시스템 또는 매질과 접촉시킴으로써 물품을 냉각시키는 단계.
  11. 제 10 항에서, 물품을 형성 또는 예비-형성하는 단계 b) 가 압출 또는 사출에 의해 행해지는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 단계 c) 가 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg - 20 ℃ 내지 Tg - 150 ℃ 의 범위의 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm - 20 ℃ 내지 Tm - 150 ℃ 의 범위의 온도를 사용하는 냉각 장치 시스템에 의해 물품을 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 예비-형성된 물품을 산출하는, 물품을 예비-형성하는 단계 b) 를 포함하고, 방법이 단계 c) 후에, 중합체 조성물이 비결정성 중합체를 포함하는 경우 Tg 미만의 온도 또는 중합체 조성물이 반결정성 중합체를 포함하는 경우 Tm 미만의 온도에서 미리 형성된 물품으로부터 물품을 형성하는 단계 d) 를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 물품을 제조하기 위한 104 ohms 미만의 표면 저항을 갖는 중합체 조성물의 용도.
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