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KR20140126292A - 도전성 수지 조성물의 제조 방법 및 도전성 수지 조성물 - Google Patents

도전성 수지 조성물의 제조 방법 및 도전성 수지 조성물 Download PDF

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KR20140126292A
KR20140126292A KR1020147015744A KR20147015744A KR20140126292A KR 20140126292 A KR20140126292 A KR 20140126292A KR 1020147015744 A KR1020147015744 A KR 1020147015744A KR 20147015744 A KR20147015744 A KR 20147015744A KR 20140126292 A KR20140126292 A KR 20140126292A
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KR
South Korea
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resin composition
carbon nanotubes
carbon nanotube
conductive resin
resin
Prior art date
Application number
KR1020147015744A
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English (en)
Inventor
히사키 아사카와
마사유키 시바타
노리타카 사쿠타
다쿠마 이토
Original Assignee
다이니치 세이카 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 다이니치 세이카 고교 가부시키가이샤 filed Critical 다이니치 세이카 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 소량의 탄소 나노튜브의 첨가로 높은 전도성을 가지고, 또한 열가소성 수지 본래의 물성이 유지되며, 성형성 등의 가공성도 뛰어난 도전성 수지 조성물을 제공한다. 탄소 나노튜브와 열가소성 수지를 포함하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법으로서, 이하에 나타내는 (A) 및 (B)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법이다. (A) 상기 탄소 나노튜브, 용제 및 상기 열가소성 수지를 혼합 분산해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 공정, (B) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 공정. 또한, 상기의 제조 방법에 의해 얻어지는 도전성 수지 조성물이다.

Description

도전성 수지 조성물의 제조 방법 및 도전성 수지 조성물{PRODUCTION METHOD FOR CONDUCTIVE RESIN COMPOSITION, AND CONDUCTIVE RESIN COMPOSITION}
본 발명은 대전 방지성이나 도전성이 뛰어난 도전성 수지 조성물의 제조 방법 및 도전성 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 수지 재료는 도전성이 낮고 표면 저항률이 대체로 1014~1016Ω/□의 범위에 있어 절연성 재료로 분류되고 있다. 이 때문에, 수지 재료는 전기적인 절연성이 요구되는 용도에는 사용할 수 있지만, 예를 들면 대전 방지성이 요구되는 성형품, 필름, 시트 등에는 수지에 도전성을 부여하는 필요성이 있어 지금까지 많은 검토가 되어 왔다.
상기 수지 재료에 도전성을 부여하기 위해서는, 즉 표면 저항률을 보다 낮게 하기 위해서는 수지 재료 중에 금속 분말, 금속 섬유, 카본 블랙, 그래파이트, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 등의 도전성 재료를 분산시키면 되지만, 혼합 조성이나 혼합 분산 방법에 의해, 수지 재료 본래의 기계적 특성을 저하시켜 버리는 경우가 있다. 즉, 도전성을 부여하면서, 전기적 특성과 기계적 특성의 양특성을 균형있게 만족시키는 것이 중요해진다.
이러한 가운데, 특허문헌 1에는 도전성 섬유상물의 응집체로 이루어지는 극세 탄소 피브릴 0.1~50중량부와 합성 수지 99.9~50중량부를 함유시켜 성형물에 높은 도전성을 발현시키는 수지 조성물이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2에는 탄소 나노튜브와 특정한 계면활성제를 소수성의 열가소성 수지에 가한 수지 조성물이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 탄소 나노튜브를 수성 매체 중에서 수용성 폴리머 또는 계면활성제와 접촉시켜 폴리머 라텍스와 혼합하고, 물을 건조시킨 후, 조성물을 성형하는 방법이 개시되어 있다.
그렇지만, 상기 특허문헌 1~3 중 어느 경우에도, 도전성 재료의 첨가에 의해 수지 성형물에 높은 도전성을 부여하기 위해서는 상기 도전성 재료의 첨가량을 많이 할 필요가 있었다. 상기 도전성 재료의 첨가량을 많이 하면, 본래의 수지가 가지는 기계적 특성 등의 물성이나 성형 가공성이 손상된다고 하는 문제가 있고, 게다가 도전성 재료의 첨가량이 많으면, 수지 성형물의 표면에 존재하는 도전성 재료의 확률이 높아지며, 예를 들면 성형물이 전자기기나 전자기기의 부품 등의 포장 재료인 경우에는 상기 성형물이 마찰됨으로써 성형물 표면의 도전성 재료가 탈락하고, 탈락한 상기 도전성 재료가 환경을 오염시키거나, 상기 전자기기나 전자기기의 부품 등에 기계적인 손상 또는 전기적인 악영향을 부여한다고 하는 문제도 있었다.
일본 특개평3-74465호 공보 일본 특개2008-231344호 공보 일본 특개2006-517996호 공보
본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 소량의 탄소 나노튜브의 첨가로 높은 도전성을 가지고, 열가소성 수지 본래의 물성이 유지되며, 성형성 등의 가공성도 뛰어난 도전성 수지 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 열심히 검토를 거듭한 결과, 탄소 나노튜브, 용제 및 열가소성 수지를 혼합 분산한 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 특정한 혼련 분산 처리에 의해, 소량의 탄소 나노튜브의 첨가에서도 높은 도전성을 가지고, 또한 열가소성 수지의 물성이 유지되며, 성형성도 뛰어난 도전성 수지 조성물을 얻을 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은 이하의 (1)~(7)을 제공하는 것이다.
(1) 탄소 나노튜브와 열가소성 수지를 포함하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법으로서, 다음의 (A) 및 (B)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(A) 상기 탄소 나노튜브, 용제 및 상기 열가소성 수지를 혼합 분산해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 공정,
(B) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 공정.
(2) 상기 탄소 나노튜브와 상기 열가소성 수지를 혼합하고, 추가로 상기 용제를 가해 혼합하여 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 상기 (1)에 기재된 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(3) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 열가소성 수지의 중량비가 0.1:100~100:100인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(4) 상기 용제가 물 및/또는 알코올인 상기 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(5) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물이 추가로 계면활성제를 포함하는 상기 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(6) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 상기 계면활성제의 합계 100중량부에 대해서, 상기 계면활성제가 0중량부보다 크고 40중량부 이하인 상기 (5)에 기재된 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
(7) 상기 (1)~(6) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 도전성 수지 조성물.
본 발명에 의하면, 소량의 탄소 나노튜브의 첨가로 높은 도전성을 가지고, 또한 열가소성 수지 본래의 물성이 유지되며, 성형성 등의 가공성도 뛰어난 도전성 수지 조성물을 얻을 수 있고, 예를 들면 도전성이 요구되는 용도에 유용한 도전성 수지 조성물로 이루어지는 성형품, 필름 및 시트 등을 제공할 수 있다.
우선, 본 발명의 도전성 수지 조성물의 제조 방법에 대해서 설명한다.
[도전성 수지 조성물의 제조 방법]
본 발명의 도전성 수지 조성물의 제조 방법은 이하의 (A) 및 (B)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
(A) 탄소 나노튜브, 용제 및 열가소성 수지를 혼합 분산해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 혼합 분산 공정,
(B) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 공정(이하, 「혼련 용제 제거 공정」이라고도 함).
본 발명의 도전성 수지 조성물의 제조 방법에서 탄소 나노튜브, 열가소성 수지 및 용제로 이루어진 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 제작 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 이하의 제작 방법을 들 수 있다.
(a) 탄소 나노튜브와 열가소성 수지를 혼합 분산한 후, 용제를 가해 추가로 혼합한다.
(b) 탄소 나노튜브와 용제를 혼합한 후, 열가소성 수지를 가해 추가로 혼합 분산한다.
(c) 탄소 나노튜브와 용제 및 열가소성 수지를 일괄해 혼합 분산한다.
상기 (1)~(3)에 있어서, 수퍼 믹서나 헨셀 믹서 등의 분산기에서의 혼합 용이성, 고분산성의 점에서, (a)의 제작 방법이 바람직하다.
이하, 본 발명에 포함되는 공정에 대해서 설명한다.
(혼합 분산 공정)
혼합 분산 공정은 열가소성 수지와 특정한 중량비의 탄소 나노튜브 및 용제를 혼합 분산해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 공정이다.
혼합 분산 공정에서는, 예를 들면 열가소성 수지와 탄소 나노튜브를 혼합 분산해 상기 열가소성 수지와 상기 탄소 나노튜브의 혼합 분산체를 제작하고, 그 후 얻어진 열가소성 수지와 탄소 나노튜브의 혼합 분산체에 용제를 가해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 제작하는 것이 바람직하다. 상기는 상기 (a)의 경우이지만, 상기 (b), (c)의 경우에서도 동일하게 혼합 분산할 수 있다.
혼합 분산 방법으로는 균일하게 혼합 분산할 수 있으면, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 헨셀 믹서, 수퍼 믹서, 초음파 호모게나이저, 스파이럴 믹서, 플래네터리 믹서, 디스퍼져, 하이브리드 믹서 등을 사용해 공지의 방법으로 분산 처리를 실시한다. 이들 분산기는 2종 이상 병용해도 된다. 특히, 탄소 나노튜브의 열가소성 수지에 대한 고분산성, 탄소 나노튜브에 대한 손상 억제의 관점에서, 헨셀 믹서, 수퍼 믹서, 초음파 호모게나이저를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 처리 후, 탄소 나노튜브에 손상을 부여하는 일이 없는 범위에서, 볼 밀, 진동 밀, 샌드 밀, 롤 밀 등을 사용해 분산을 추가로 철저화해도 된다.
또한, 혼합 분산에 걸리는 처리 온도, 처리 시간 등은 적절히 조정해 실시한다.
(혼련 용제 제거 공정)
혼련 용제 제거 공정은 상기 혼합 분산 공정에서 제작된 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 용제의 제거를 실시하는 공정이다. 혼련 방법으로는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 압출기, 니더 믹서, 밴 배리 믹서 등을 사용해 공지의 방법으로 실시한다.
처리 온도 및 압력은 사용하는 열가소성 수지, 용제 등에 따라 상이하기 때문에, 적절히 조정해 실시한다. 그렇지만, 후술하는 바와 같이, 고온 상태에서 처리하는 것이 바람직하고, 처리 온도에 대해서는 바람직하게는 100~370℃이다.
이 공정에서는 상기 처리를 거친 후, 최종적으로 펠릿상이나 플레이크상으로 조립된 도전성 수지 조성물을 얻을 수 있다.
또, 탄소 나노튜브의 함유량이 많은 고농도품(마스터 배치)에 원료 수지를 소정 비율로 혼합한 후, 상기 압출기나 롤 등의 혼련기에 의해 조립할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 탄소 나노튜브와 수지를 혼련할 때에 용제를 공존시킴으로써 분산성이 향상되는 이유는 반드시 명확하지는 않다. 그렇지만, 발명자들은 물을 포함하는 혼합물을 고온 상태에서 국소적인 폐쇄계에서 혼련함으로써, 수지와 탄소 나노튜브를 효율적으로 용이하게 혼련할 수 있는 것을 알아냈으므로, 상기 이유를 용제로서 물을 사용한 예에서, 이하와 같이 고찰해 보았다.
표 1에 폐쇄계에서의 물의 포화 수증기압과 포화 수증기량을 나타낸다. 표 1로부터 알 수 있듯이, 100℃에서의 포화 수증기압을 1기압으로 하면 200℃에서 약 16기압, 300℃에서 약 92기압이 되고, 고압 증기압 중에 탄소 나노튜브가 유지되어 혼련되어 있는 것을 추정할 수 있다. 동시에, 100℃에서의 포화 수증기량을 1로 하면 200℃에서 약 13배, 300℃에서 약 60배가 되고, 고밀도 수증기 중에서 탄소 나노튜브가 유지되어 혼련되어 있는 것을 추정할 수 있다. 따라서, 복잡하게 응집해 얽힌 탄소 나노튜브는, 예를 들면 본 발명에서 사용한 상기 압출기 등의 가공기의 처리부 내(폐쇄계)에서, 고온, 고압, 및 고밀도의 수증기의 분자 운동을 받아 풀어지고, 아울러 풀어진 탄소 나노튜브는 용융한 수지와 함께 혼련되어 수지 중에 용이하게 분산된다.
또한, 계면활성제를 첨가함으로써, 수증기의 탄소 나노튜브에 대한 침투가 촉진되기 때문에, 분산 효과가 보다 향상되는 것이라고 생각된다.
Figure pct00001
본 발명의 수지 조성물에는 여러 가지 첨가제, 예를 들면 안정제, 산화 방지제, 가소제, 자외선 흡수제, 윤활제, 충전제, 착색제, 난연제 등을 적절히 배합할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 공지의 방법으로 성형하여 성형품으로 사용할 수 있다. 성형 방법으로는 사출 성형, 압출 성형, 프레스 성형 등을 들 수 있고, 발포 성형이나 2색 성형, 인서트 성형, 아웃서트 성형, 인 몰드 성형 등 공지된 복합 성형 기술도 적용할 수 있다. 성형품으로는 사출 성형품, 시트, 미연신 필름, 연신 필름, 환봉이나 이형 압출품 등의 압출 성형품, 섬유, 필라멘트 등을 들 수 있다.
또, 본 발명의 수지 조성물을, 예를 들면 용액 혹은 현탁액으로 하여, 접착제나 페이스트, 도료, 코팅제로 사용하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 용제를 포함하는 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 특정한 처리를 실시함으로써, 높은 도전성을 가지고, 또한 열가소성 수지 본래의 물성이 유지되며, 성형성 등의 가공성도 뛰어난 도전성 수지 조성물을 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 도전성 수지 조성물에 대해서 설명한다.
[도전성 수지 조성물]
본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 도전성 수지 조성물은 탄소 나노튜브, 열가소성 수지 및 용제로 이루어지는 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 용제를 제거해 얻어진 것이다.
(탄소 나노튜브)
본 발명에서 사용하는 탄소 나노튜브는 단층 탄소 나노튜브 또는 다층 탄소 나노튜브 중 어느 쪽이어도 되지만, 바람직하게는 수지와의 친화성, 전기적 특성, 기계적 특성의 관점에서, 다층 탄소 나노튜브를 사용한다.
상기 다층 탄소 나노튜브의 층 수는 바람직하게는 20~50층이다. 다층 탄소 나노튜브층의 층 수가 상기 범위이면, 탄소 나노튜브가 가지는 도전성이나 기계적 특성과, 수지에 배합했을 때의 수지 특성의 개량 효과 및 그 외에 수지가 본래 가지는 특성의 유지와 관련된 균형을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 탄소 나노튜브의 직경은 10~30nm인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 다층 탄소 나노튜브는 도전성 수지 조성물로 했을 때에, 상기 도전성 수지 조성물 중에 포함되는 전체 탄소 나노튜브 중에 20~50층의 탄소 나노튜브가 50% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 그 동정 방법으로는 20~50층의 탄소 나노튜브나 그것 이외의 탄소 나노튜브를 포함하는 도전성 수지 조성물의 초박절편을 20만배의 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때에, 상기 투과형 전자현미경의 시야 내에 존재하는 섬유상 나노튜브의 개수를 세어 그 중에 20~50층의 탄소 나노튜브의 개수가 50% 이상 존재하면 된다.
탄소 나노튜브의 특징인 원통상의 그래파이트 구조는 고분해능 투과형 전자현미경으로 조사할 수 있다. 그래파이트의 층은 상기 고분해능 투과형 전자현미경에서 직선상으로 분명히 보일수록 바람직하지만, 그래파이트층은 흐트러져 있어도 상관없다. 그래파이트층이 흐트러진 것은 탄소 나노섬유라고 정의하는 경우가 있지만, 이와 같은 탄소 나노섬유도 본 발명에 있어서는 탄소 나노튜브에 포함하는 것으로 한다.
본 발명에서 사용하는 탄소 나노튜브는 일반적으로 레이저 얼브레이션법, 아크 방전법, 열 CVD법, 플라스마 CVD법, 기상법, 연소법 등으로 제조할 수 있지만, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 시노하라 등이 보고하고 있는 바와 같이, 제올라이트를 촉매의 담체로 하고 아세틸렌을 원료로 열 CVD법으로 탄소 나노튜브를 제조하는 방법은 다소의 열분해에 의한 부정형 탄소 피복은 있지만, 특별히 정제하는 일 없이, 순도가 높고, 양호하게 그래파이트화된 다층 탄소 나노튜브가 얻어지는 점에서 특히 바람직한 방법이다(Chemical Physics Letters 303(1999) 117-124).
또, 탄소 나노튜브를 커플링제로 예비 처리해 사용할 수도 있다. 상기 커플링제로는 이소시아네이트계 화합물, 유기 실란계 화합물, 유기 티타네이트계 화합물, 유기 붕소계 화합물, 에폭시 화합물 등을 들 수 있다.
(용제)
본 발명에서 사용하는 용제는 특별히 한정되지 않지만, 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련할 때에 증발에 의해 계로부터 제거되고, 또한 얻어지는 수지 조성물 중에 남지 않는 비점을 가지는 것이면 된다. 구체적으로는 작업 환경에 대한 영향, 비용, 취급성 등을 고려해 물, 알코올류가 바람직하게 사용되고, 특히 물이 바람직하게 사용된다. 알코올류를 사용하는 경우에는 에탄올이 바람직하다. 또, 물과 알코올을 병용해도 된다.
용제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 탄소 나노튜브의 분산에 필요한 양 이상이고, 혼련 장치에 의한 용매의 제거가 가능해지는 양 이하이면 된다. 구체적으로는 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 용제의 중량비가 바람직하게는 100:100~100:1000, 더욱 바람직하게는 100:100~100:900, 특히 바람직하게는 100:150~100:800이다.
(계면활성제)
본 발명에서 사용하는 탄소 나노튜브 수지 혼합물에 있어서, 추가로 계면활성제를 가할 수 있다. 상기 계면활성제를 가함으로써, 상기 계면활성제를 포함하는 용제가 얽힌 탄소 나노튜브의 응집체에 침투하여 탄소 나노튜브를 푸는 효과가 향상된다.
상기 계면활성제로는 이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제를 들 수 있다. 예를 들면, 이온성의 음이온 계면활성제로는 황산 에스테르형, 인산 에스테르형, 설폰산형 등을 들 수 있고, 양이온 계면활성제로는 제4급 암모늄염형 등을 들 수 있다. 또, 양성 계면활성제로서 알킬베타인형, 아미드베타인형, 아민옥사이드형 등을 들 수 있다. 또한, 비이온성 계면활성제로서 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르 등을 들 수 있다.
상기 계면활성제의 배합량은 얻어지는 도전성 수지 조성물의 물성을 저하시키지 않는 범위이면 한정되지 않지만, 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 상기 계면활성제의 합계 100중량부에 대해서, 상기 계면활성제가 0중량부보다 크고 40중량부 이하인 것이 바람직하다.
(열가소성 수지)
본 발명에서 사용하는 열가소성 수지로는, 예를 들면 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 고무 변성 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용하는 열가소성 수지의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 분말상 또는 펠릿상인 경우, 입경이 0.01mm~3mm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 입경을 상기의 범위로 함으로써, 탄소 나노튜브 수지 혼합물 제작시에 탄소 나노튜브가 열가소성 수지에 의해 풀리기 쉬워지고, 또 혼련 가공이 용이해진다.
본 발명에서 사용하는 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 조성은 탄소 나노튜브와 열가소성 수지의 중량비가 0.1:100~100:100인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5:100~50:100, 특히 바람직하게는 0.5:100~30:100, 가장 바람직하게는 1:100~30:100이다. 탄소 나노튜브가 0.1:100 이상이면, 얻어지는 도전성 수지 조성물이 양호한 도전성을 얻을 수 있어 바람직하고, 100:100 이하이면, 얻어지는 도전성 수지 조성물 혹은 마스터 배치로서 수지로 희석해 얻어지는 도전성 수지 조성물이 수지 재료 본래의 물성을 확보할 수 있기 때문에 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하의 기재 중에서 「부」 및 「%」는 특별히 언급이 없는 한 중량 기준이다.
실시예, 비교예에서 제작한 도전성 수지 조성물의 평가는 이하의 방법으로 실시했다.
(a) 표면 저항률
압출기에 의해서 얻어진 펠릿상물을 벨트 다이를 장착한 압출기(마스 정기 제, NV-20)에서, 두께 약 0.5mm, 폭 50mm의 시트상으로 압출 성형하고, 저저항률계(미츠비시 화학사 제, 로레스타 GP) 및 고저항률계(미츠비시 화학사 제, 하이레스타 UP)에 의해 표면 저항률을 측정했다.
(b) 탄소 나노튜브의 분산 상태
압출기에 의해서 얻어진 펠릿상물로부터 시트(10mm×10mm×20㎛)를 프레스로 제작하고, 광학 현미경으로 수지 중의 탄소 나노튜브의 분산 상태를 평가했다. 평가는 하기와 같이 응집물의 크기별로 A~E의 5단계로 행하였다.
A: 응집물의 크기가 10㎛ 미만
B: 응집물의 크기가 20㎛ 미만
C: 응집물의 크기가 50㎛ 미만
D: 응집물의 크기가 100㎛ 미만
E: 응집물의 크기가 100㎛ 이상
(c) 휨 탄성률
압출기에 의해서 얻어진 펠릿상물을 사용하여 JIS K7171에 따라 사출 성형기로 덤벨을 제작하고, 휨 시험기로 휨 탄성률을 측정했다.
(d) 인장 파괴 신장
압출기에 의해서 얻어진 펠릿상물을 사용하여 JIS K7161에 따라 사출 성형기로 덤벨을 제작하고, 인장 시험기로 인장 파괴 신장을 측정했다.
(실시예 1)
탄소 나노튜브(쇼와전공사 제, VGCF-X) 3부와 입자 지름이 0.1mm~1mm의 범위인 저밀도 폴리에틸렌(아사히화성 케미컬즈사 제, 산텍 F2270) 97부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 3분간 교반 혼합하고, 추가로 용제로서 물 5부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 2분간 교반 혼합해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 제작했다.
상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 2축 압출기(일본 제강소사 제, TEX30mm)에 의해, 처리 온도 180℃에서 용융 혼련하면서, 용제인 물을 2축 압출기의 벤트로부터 증발 제거시켜, 펠릿상의 본 발명의 도전성 수지 조성물을 얻었다. 또, 얻어진 도전성 수지 조성물로부터, 상기 벨트 다이를 장착한 압출기에 의해, 두께 약 0.5mm의 표면 저항률 등의 물성 평가용 시트를 제작했다. 또한, 도전성 수지 조성물 중에서의 탄소 나노튜브의 분산성을 평가하기 위해, 상기 도전성 수지 조성물로부터 두께 약 20㎛의 시트를 프레스로 제작하고, 광학 현미경으로 수지 중의 탄소 나노튜브의 응집 상태를 관찰했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 2)
물의 양을 표 2에 나타내는 바와 같이 10부로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작했다. 또, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여, 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 3)
물 5부와 함께, 추가로 계면활성제(클라리언트사 제, 호스타퓨어 SAS93) 0.1부를 가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 제작했다.
그 다음에, 실시예 1과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작하고, 상기 도전성 수지 조성물을 사용하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 4)~(실시예 14)
탄소 나노튜브, 저밀도 폴리에틸렌, 물, 에탄올 및 계면활성제의 양을 표 2에 나타내는 배합으로 하는 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작하고, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 15)
탄소 나노튜브(쇼와전공사 제, VGCF-X) 4부와 입자 지름이 0.05mm~1.1mm의 범위인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지(일본 유니페트사 제, 유니페트 BK2180) 분말 96부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 3분간 교반 혼합하고, 추가로 용제로서 물 10부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 2분간 교반 혼합해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 제작했다.
이 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 2축 압출기(일본 제강소사 제, TEX30mm)에 의해, 처리 온도 270℃에서 용융 혼련하면서, 용제인 물을 2축 압출기의 벤트로부터 증발 제거시켜 펠릿상의 본 발명의 도전성 수지 조성물을 제작하고, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 16)
탄소 나노튜브(쇼와전공사 제, VGCF-X) 3부와 입자 지름이 0.2mm~1mm의 범위인 폴리카보네이트 수지(테이진카세이사 제, 팬라이트 L1225WP) 97부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 3분간 교반 혼합하고, 추가로 용제로서 물 10부를 믹서에 가하여 25℃ 하에서, 2분간 교반 혼합해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 제작했다.
이 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 2축 압출기(일본 제강소사 제, TEX30mm)에 의해, 설정 온도 290℃에서 용융 혼련하면서, 용제인 물을 2축 압출기의 벤트로부터 증발 제거시켜 펠릿상의 본 발명의 도전성 수지 조성물을 제작하고, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 1)
물의 양을 표 2에 나타내는 바와 같이 0부로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작했다. 또, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 2)~(비교예 4)
물 및 에탄올을 0부로 하고, 계면활성제의 양을 표 2에 나타내는 배합으로 하는 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작하고, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 5)
실시예 7에서 제작한 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 90℃, 3시간의 조건에서 건조하고, 압출기에 의해 용융 혼련하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 얻었다. 또, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 6)
물의 양을 표 2에 나타내는 바와 같이 0부로 하는 것 이외에는 실시예 15와 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작했다. 또, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 7)
물의 양을 표 2에 나타내는 바와 같이 0부로 하는 것 이외에는 실시예 16과 동일하게 하여 펠릿상의 도전성 수지 조성물을 제작했다. 또, 상기 도전성 수지 조성물을 사용해 실시예 1과 동일하게 하여 물성 평가용 시트 및 분산성 평가용 시트를 제작해 평가를 실시했다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다.
(참고예 1)~(참고예 3)
실시예 및 비교예에 사용한 3 종류의 열가소성 수지, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카보네이트 수지에 대해서, 각각 단체(單體)에서의 동종의 물성 평가를 실시했다. 결과를 참고예 1~3으로서 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
본 발명의 도전성 수지 조성물은 펠릿, 마스터 배치 또는 용액, 현탁액으로 이용된다. 구체적으로는 도전성이 높고, 수지 본래의 물성이 유지되며, 가공성이 우수하기 때문에, 대전 방지성이 요구되는 성형품, 필름 및 시트 등의 용도는 물론, 접착제, 페이스트, 도료 및 코팅제의 용도에도 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 탄소 나노튜브와 열가소성 수지를 포함하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법으로서,
    다음의 (A) 및 (B)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법:
    (A) 상기 탄소 나노튜브, 용제 및 상기 열가소성 수지를 혼합 분산해 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 공정, 및
    (B) 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 혼련하면서 상기 용제를 제거하는 공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브와 상기 열가소성 수지를 혼합하고, 추가로 상기 용제를 가하여 혼합하여 상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물을 얻는 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 열가소성 수지의 중량비가 0.1:100~100:100인 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용제가 물 및/또는 알코올인 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물이 추가로 계면활성제를 포함하는 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브 수지 혼합물의 탄소 나노튜브와 상기 계면활성제의 합계 100중량부에 대해서, 상기 계면활성제가 0중량부보다 크고 40중량부 이하인 도전성 수지 조성물의 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 도전성 수지 조성물.
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