(57)【要約】  硬化可能な液状の熱硬化性樹脂マトリクスと、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、金属ナノファイバまたは導電性のコーティングを備えた非導電性ナノファイバなどの導電性ナノファイバと、熱硬化性マトリクスの全体を通じて不連続に分散された粒状非導電性相とを含む導電性の重合体組成物。導電性ナノ粒子はマトリクスの全体を通じて分散されており、これによって、熱硬化性樹脂が硬化されるとき、熱硬化性マトリクス内においてパーコレーション閾値が確立される。粒状非導電性相は熱可塑性樹脂粉体または液状熱硬化性樹脂の間に挿入されている層間剥離ナノクレイ粒子から選択される。
2009501834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化可能な液状樹脂のマトリクスと、
導電性ナノファイバと、
前記マトリクスの全体を通じて不連続に分散された粒状非導電性相と、からなる導電性の重合体組成物であって、
前記マトリクスが硬化されるとき前記マトリクスにおいてパーコレーション閾値を確立するように、前記導電性ナノファイバが前記マトリクスの全体を通じて分散されることを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記導電性重合体系は未硬化状態の流体を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記硬化可能な液状樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂またはフェノール樹脂から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記導電性ナノファイバは、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、金属ナノファイバまたは導電性のコーティングを備えた非導電性ナノファイバから選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記導電性ナノファイバは気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）である請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
前記導電性ナノファイバは、０．０５〜１０μｍの範囲の直径と、１〜５００μｍの範囲の長さとを有する請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記導電性ナノファイバは前記重合体組成物に１〜３０重量％の範囲で存在する請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
前記粒状非導電性相は層間剥離されたナノクレイ粒子を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記層間剥離されたナノクレイ粒子は前記液状樹脂のマトリクスの間に挿入されている請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記ナノクレイ粒子は前記重合体組成物に１〜２０重量％の範囲で存在する請求項８に記載の組成物。
【請求項１１】
前記粒状非導電性相は熱可塑性重合体を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記熱可塑性重合体は０．１〜１００μｍの範囲の平均粒形を有する請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記熱可塑性重合体は、結晶性かつ極性の熱可塑性重合体、結晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ極性の熱可塑性重合体、これらの共重合体またはそれらの重合体の任意の組み合わせから選択される請求項１１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記熱可塑性重合体は前記重合体組成物に１〜７０重量％の範囲で存在する請求項１１に記載の組成物。
【請求項１５】
請求項１に記載の導電性の重合体組成物の製造方法であって、導電性ナノファイバおよ
び粒状非導電性相は硬化可能な液状樹脂と激しく混合されることと、重合体組成物は、硬化されるとき、導電性相の全体を通じて分散された不連続な非導電性相を形成することと、導電性相の全体を通じた導電性ナノファイバの分散によってパーコレーション閾値が確立されることと、からなる方法。
【請求項１６】
前記導電性ナノファイバおよび前記硬化可能な液状樹脂は前記粒状非導電性相の添加前に混合される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記粒状非導電性相は乾燥した粉体の形態で添加される熱可塑性樹脂を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記粒状非導電性相は、前記硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイ粒子を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイ粒子を含む前記粒状非導電性相は、前記硬化可能な液状樹脂および前記導電性ナノファイバの混合物へ添加される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記硬化可能な液状樹脂は、前記導電性ナノファイバの添加前に、前記硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイの分散液として形成される請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記分散液は未処理クレイを水で処理し同クレイを膨潤させる処理によって形成されることと、前記水を有機溶媒で置換し、同有機溶媒のスラリー中で前記クレイを膨潤状態に維持する工程と、界面活性剤、カップリング剤、相溶化剤またはそれらの任意の組み合わせから選択される改質剤によって、前記溶媒置換で膨潤したクレイのスラリーを処理する工程と、続いて、前記スラリーを硬化可能な液状樹脂と混合する工程と、その後、前記分散液から前記溶媒を除去する工程とを含む請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電性フィラーを含有する硬化可能な導電性の重合体組成物に関する。
詳細には、本発明は、排他的にではないが、熱可塑性樹脂または剥離ナノクレイ分散液から選択される粒状の非導電性成分を含有する、硬化可能な導電性の重合体組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック組成物は、加工の容易さおよび入手の容易さに加え質量対強度比が良好なため、広範な産業において用いられる。プラスチック製品に求められる特性に応じて、物理的性質の大きく異なる広範な重合体種が利用可能である。重合体種の特性は、フィラーおよび強化材、酸化防止剤、離型剤、ＵＶ安定剤、染料、潤滑剤、可塑剤、衝撃強度改質剤、難燃剤などの改質剤を重合体種に添加することまたは導入することによって、変更可能である。
【０００３】
プラスチックコンパウンドの配合では、経済的な利益または他の物理的性質の低下が考慮される以前に、通常、特定の重合体種の物理的性質を改質することの可能な有限かつ実際的な限界が存在する。例えば、ゴム重合体に対するカーボンブラックフィラーの添加は、最初は物理的強度に大きく寄与するが、一定の限界を越えると、そのゴム重合体の強度特性が減少することは知られている。同様に、熱可塑性樹脂に対する炭酸カルシウム、ガラス繊維などのフィラーの導入は、コンパウンド化されたプラスチック材料の比重の比較的小さな増加の後、経済的でなくなる。
【０００４】
一般的には、大抵のプラスチック組成物は本質的に良好な電気絶縁体である。しかしながら一部の場合には、静電気の放電による損傷の可能性を避けるため、プラスチック製品が、携帯電話機、携帯コンピュータなどの電子機器における静電荷を除去する程度の導電性を示すことが望ましい。
【０００５】
おそらく、微粉化カーボンブラックは、プラスチック組成物における導電性を改良するための最もよく知られている添加剤である。充分な導電性を得るためには、安価ではあるが比較的大量のカーボンブラックを重合体に導入する必要がある。多くの場合、有用な程度の導電性を得るのに必要なカーボンブラックの量は、衝撃および引張強度ならびにヤング率などの物理的性質を有意に低下させるのに充分である。さらに、一部の重合体（特にポリオレフィン）によるカーボンブラックの「濡れ性」は不充分であるので、これによって分散が不充分となり、表面欠陥、剥離、表面劣化や、その他の物理的性質の低下を生じることがある。
【０００６】
より最近では、導電性フィラーとしてカーボンナノ粒子を利用することが提案されている。これらのナノ粒子は、通常、サブミクロンの寸法を有し、気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）またはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から選択される。これらのカーボンナノ粒子は導電性フィラーとして非常に有効であるが、カーボンブラックフィラーより相当高価である。例えば、ＶＧＣＦフィラーはカーボンブラックフィラーの費用の約２０倍であり、ＣＮＴフィラーはＶＧＣＦフィラーの費用の１０〜１０００倍である。
【０００７】
非特許文献１には、絶縁性マトリクスの静電的な帯電を避けるために、σ＝１０−６Ωｍの導電率（または、ρ＝１０６Ωｍの抵抗率）が必要であったことが示されている。激しく撹拌してカーボンナノチューブをエポキシ樹脂マトリクスに導入することによって、０．１体積％という低いフィラー体積分率でのσ＝１０−２Ωｍのマトリクスの導電率が
報告されている。
【０００８】
非特許文献２には、ＶＧＣＦ含有量８％のビニルエステル樹脂ベースのコンポジットがρ＝１０２Ωｍの抵抗率と、２〜８重量％のＶＧＣＦのパーコレーション閾値ｐｃとを示したことが報告されている。
【０００９】
他の論文記事では、非特許文献３において、ρ＝１０６Ωｍの体積抵抗率を得るためにポリプロピレン（ＰＰ）マトリクスに１５〜２０重量％の導入が必要であったことが報告されており、非特許文献４において、ＰＰ／ＶＧＣＦコンポジットについてのパーコレーション閾値が約４〜５体積％であったことが報告されている。
【００１０】
特許文献１には、カルボキシ末端ブタジエンアクリロニトリル（ＣＴＢＮ）ゴム相の存在下、ＶＧＣＦ含有量１３重量％でρ＝１００Ωｍ以下の体積抵抗率を有する、エポキシ樹脂ベースのコンポジットの薄いシートについて記載されている。これは薄膜付着に適切な溶媒ベースの系である。
【００１１】
特許文献２には、重合体樹脂と、炭素繊維、ＶＧＣＦおよびＣＴＮフィラー、カーボンブラック、導電性金属フィラー、導電性非金属フィラーなどまたはそれらの混合物から選択される導電性フィラーと、ブロック共重合体の形態の非相溶性の帯電防止剤とを含有する、導電性組成物が開示されている。
【００１２】
特許文献３には、非相溶な複数の重合体の混合物を含むマトリクスを有する、導電性重合体組成物の製造方法が開示されている。ここでは、複数の重合体のうち、主に、ＶＧＣＦに対してより高い親和性を示す１つの重合体の全体を通じて、ＶＧＣＦが優先的に分配される。
【００１３】
特許文献４には、カーボン粉体（２５重量％以内）もしくはガラス繊維（５０重量％以内）または両方の組み合わせおよびＶＧＣＦフィラー（３０重量％以内）が添加される熱可塑性樹脂を含む、導電性プラスチック組成物が開示されている。１５重量％のガラス繊維フィラーでは１０５〜１０９Ωの表面抵抗率が得られ、２０重量％のガラス繊維フィラーでは、１０７〜１０１２Ωの範囲の表面抵抗率が報告されている。
【特許文献１】特開２００４−３００２４４号公報
【特許文献２】米国特許第６，５２８，５７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２１３，７３６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１８１５６８号明細書
【非特許文献１】ジェイ  サンドラー（Ｊ  Ｓａｎｄｌｅｒ）ら、Ｐｏｌｙｍｅｒ、１９９９年、第４０巻、ｐ．５９６７
【非特許文献２】ユン  シュ（Ｊｕｎ  Ｘｕ）ら、Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ｐａｒｔ  Ａ、２００４年、第３５巻、ｐ．６９３
【非特許文献３】ケイ．ロガノ（Ｋ．Ｌｏｇａｎｏ）ら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００１年、第８０巻、ｐ．１１６２
【非特許文献４】エス．エイ．ゴルデエフ（Ｓ．Ａ．Ｇｏｒｄｅｙｅｖ）ら、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｂ、２０００年、第２７９巻、ｐ．３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術の導電性重合体組成物は、そのそれぞれの使途においてほぼ満足なものである場合もあるが、多くは非常に重合体特異的であり、導電性を損なうことなく他の望ましい物性を付与することが容易ではない程度に限定されている。
【００１５】
同様に、それらの従来技術の導電性重合体組成物の加工性は、薄膜の溶媒ベースの付着のみに限定されているか、あるいは、熱可塑性プラスチック成型技術のみに限定されている。
【００１６】
本発明の１つの目的は、従来技術の導電性重合体組成物に関連した困難のうちの少なくとも一部を克服もしくは改善すること、少なくともより簡便な選択肢を消費者に提供すること、またはその両方である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様では、硬化可能な液状樹脂のマトリクスと、導電性ナノファイバと、マトリクスの全体を通じて不連続に分散された粒状非導電性相と、からなる導電性の重合体組成物であって、マトリクスが硬化されるときマトリクスにおいてパーコレーション閾値を確立するように、導電性ナノファイバがマトリクスの全体を通じて分散されることを特徴とする組成物を提供する。
【００１８】
適切には、この導電性重合体系は未硬化状態の流体を含む。
硬化可能な液状樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂またはフェノール樹脂から選択されてよい。
【００１９】
導電性ナノファイバは、この組成物に１〜３０重量％の範囲で存在してよい。
必要な場合、導電性ナノファイバは、０．０５〜１０μｍの範囲の直径と、１〜５００μｍの範囲の長さとを有してよい。
【００２０】
導電性ナノファイバは、カーボンナノファイバ、カーボンナノファイバ、金属ナノファイバまたは導電性のコーティングを備えた非導電性ナノファイバから選択されてよい。
好適には、導電性ナノファイバは気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）である。
【００２１】
適切には、粒状非導電性相は熱可塑性重合体を含む。
熱可塑性重合体は０．１〜１００μｍの範囲の平均粒形を有してよい。
熱可塑性重合体は、結晶性かつ極性の熱可塑性重合体、結晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ極性の熱可塑性重合体、これらの共重合体またはそれらの重合体の任意の組み合わせから選択されてよい。
【００２２】
必要な場合、熱可塑性重合体は重合体組成物に０〜７０重量％の範囲で存在してよい。
必要な場合、粒状非導電性相は層間剥離された（ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄ）ナノクレイ粒子を含んでよい。
【００２３】
好適には、層間剥離されたナノクレイ粒子は液状樹脂のマトリクスの間に挿入されている。
ナノクレイ粒子は重合体組成物に０〜２０重量％の範囲で存在してよい。
【００２４】
本発明の別の態様では、導電性の重合体組成物の製造方法であって、導電性ナノファイバおよび粒状非導電性相は硬化可能な液状樹脂と激しく混合されることと、重合体組成物は、硬化されるとき、導電性相の全体を通じて分散された不連続な非導電性相を形成することと、導電性相の全体を通じた導電性ナノファイバの分散によってパーコレーション閾値が確立されることと、からなる方法を提供する。
【００２５】
適切には、導電性ナノファイバおよび硬化可能な液状樹脂は粒状非導電性相の添加前に混合される。
必要な場合、粒状非導電性相は乾燥した粉体の形態で添加される熱可塑性樹脂を含んで
よい。
【００２６】
これに代えて、粒状非導電性相は、前記硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイ粒子を含んでよい。
硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイ粒子を含む粒状非導電性相は、硬化可能な液状樹脂および前記導電性ナノファイバの混合物へ添加されてよい。
【００２７】
これに代えて、硬化可能な樹脂は、導電性ナノファイバの添加前に、硬化可能な液状樹脂の間に挿入された層間剥離されたナノクレイの分散液として形成されてよい。
好適には、分散液は未処理（ｐｒｉｓｔｉｎｅ）クレイを水で処理し同クレイを膨潤させる処理によって形成され、水が有機溶媒で置換され、同有機溶媒のスラリー中でクレイが膨潤状態に維持され、界面活性剤、カップリング剤、相溶化剤またはそれらの任意の組み合わせから選択される改質剤によって、溶媒置換で膨潤したクレイのスラリーが処理され、続いて、スラリーが硬化可能な液状樹脂と混合され、その後、分散液から溶媒が除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の発明者らは、カーボンブラックまたは金属粒子フィラーなど従来の導電性フィラーを超える導電性ナノファイバの既知の優れた物性を発展させ、広範な用途について簡便な形態で、導電性熱硬化性組成物を費用効率的に生成することを試みた。
【００２９】
発明者らは、マトリクスの全体を通じて導電性ナノファイバが分散された、硬化可能な液状樹脂のマトリクスへ非導電性フィラーを導入することによって、液状またはペースト状の形体により、材料選択における広範な選択肢が提供されるとともに、薄膜から厚板またはブロックまで、本発明による組成物から容易にキャストまたは成型される、より広範な加工用途が提供されることを見出した。
【００３０】
本発明の様々な実施形態では、他の物理的性質または加工特性を犠牲にすることなく、比較的低濃度の導電性フィラーで良好な導電率が提供される。本発明による組成物の導電性の特性によって、１０６Ωｍ未満の体積抵抗率の値により静電気放電への耐性が提供される用途が見出され、１０３Ωｍ未満の体積抵抗率値には、電磁気の干渉を防ぐ特性が所望される用途が存在する。
【００３１】
導電性マトリクスにおいて利用される硬化可能な液状樹脂は、広い範囲の既知の硬化可能な液状樹脂から選択されてよい。適切な硬化可能な液状樹脂の特定の非限定的な例には、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが含まれる。
【００３２】
本発明において用いられる導電性ナノファイバは、当技術において周知であり、カーボンナノファイバ、カーボンナノファイバ（気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）としても知られている）、粉砕（ｍｉｌｌｅｄ）カーボンファイバ、金属ナノファイバまたは表面の相当な部分の上に導電性のコーティングを備える非導電性の非金属粒子から選択されてよい。
【００３３】
本発明において有用な気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）フィラーは、０．０５〜１０μｍの範囲の繊維径と、１〜５００μｍの範囲の長さとを有することが可能である。本発明による導電性組成物に導入される導電性ナノファイバの量は、１〜３０重量％の範囲、好適には１〜２．５重量％の範囲であることが可能である。
【００３４】
本発明においては、非導電性フィラー成分として、広範囲の粒状非導電性熱可塑性重合
体が用いられてよい。特定の非限定的な例には、結晶性かつ極性の熱可塑性重合体、結晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ極性の熱可塑性重合体、非晶性かつ非極性の熱可塑性重合体、これらの共重合体またはそれらの重合体の任意の組み合わせが含まれる。本発明においては、粒状の熱可塑性重合体は、１０〜８０重量％の範囲、好適には４５〜７０重量％の範囲で用いられてよい。
【００３５】
粒状の非導電性ナノクレイ粒子は、好適には、ナノコンポジット重合体コンパウンドの分野において周知の膨潤可能な層状クレイ材料から選択され、最小限の改質しか行われていない、未処理の層間剥離クレイである。非限定的な例には、天然または合成のフィロ珪酸塩、詳細には、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコアイト（ｖｏｌｋｏｎｓｋｏｉｔｅ）、ラポナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、マガダイト、ケニアイト、スチーブンサイトなどのスメクタイト・クレイが含まれる。通常、２５〜４５重量％の有機改質剤を含有する既知の有機クレイと対照的に、本発明において用いられる最小限の改質しか行われていないクレイは約０．０５〜１５重量％を含有するため、従来技術と区別するために、本明細書では、「最小改質」ナノクレイと呼ぶ。そのような最小改質ナノクレイは従来のナノクレイよりも著しく安価であり、そのような最小改質有機クレイを含有するナノコンポジット重合体では、見出される低分子量の残余有機物が少ないという、さらなる利点を有する。ナノコンポジット重合体における低分子量の残余有機物の存在は、そのナノコンポジット重合体の物理的性質を有意に低下させることが知られている。
【００３６】
［実施例１］
昭和電工製の気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）を、ダウ・プラスチックス（Ｄｏｗ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の液状ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）型のエポキシ樹脂Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３２と混合した。ここで、ＶＧＣＦフィラーはエポキシ樹脂中に１〜１０重量％の量で存在した。このＶＧＣＦの繊維径は約１００ｎｍであり、長さは１０〜２０μｍの範囲である。液状エポキシ樹脂／ＶＧＣＦフィラー混合物を、日本の株式会社シンキー製のシンキー（Ｔｈｉｎｋｙ）ミキサＡＲ−２５０により激しく混合し、同時に脱気した。
【００３７】
次いで、硬化剤１重量部に対しエポキシ樹脂３．８部の比で、化学量論的な量の硬化剤Ｅｔｈａｃｕｒｅ  １００のＬＣを混合物の一部に添加した。Ｅｔｈａｃｕｒｅ  １００−ＬＣは、米国のアルベマール（Ａｌｂｅｒｍａｒｌｅ）社から入手可能である。次いで、ＶＧＣＦ含有エポキシの厚さ０．５ｍｍのシートを成型し、１００℃で２時間、次いで、１８０℃で５時間硬化させた。同じように、ファイバ長の短いＶＧＣＦフィラーを同じ比で含有する追加の比較試料を調製した。
【００３８】
［実施例２］
実施例１において調製した、それぞれ１重量％、２．５重量％のＶＧＣＦフィラーを含有する一定量の未硬化エポキシ樹脂を、アトフィナ（Ａｔｏｆｉｎａ）製のポリ（ふっ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）粉体樹脂３０１Ｆと、粉体／ＶＧＣＦ充填エポキシ樹脂の比にして３０対７０重量％、粉体／ＶＧＣＦ充填樹脂の比にして４０対６０重量％で混合し、実施例１のように、シンキーミキサＡＲ−２５０により激しく混合し、脱気した。その後、実施例１に記載したのと同じ条件下で、混合物の厚さ０．５ｍｍのシートを成型し、硬化させた。
【００３９】
［実施例３］
この実施例では、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）が１４５ｍｅｑｕｉｖ／１００ｇ、アスペクト比が２００〜４００、ｄ００１間隔が１２．５Ａ、比重が２．６ｇ／ｃｍ３のナノコー（Ｎａｎｏｃｏｒ）社製の未処理ナノクレイ（ＰＧＷ）であるナトリウムモンモリロ
ナイトを用いた。未処理クレイ（４ｇ）を１２０ｍＬの脱イオン化水へ分散させて懸濁液を形成し、この懸濁液を室温で２４時間撹拌し、３０分間、超音波で処理した。この懸濁液を８００ｍＬのエタノールに注ぎ、５分間、激しく撹拌した。形成された白色沈殿を濾別し、エタノールで３回洗浄した。湿った生成物を８０ｍＬのエタノールへ加え、クレイ／エタノールのスラリーを形成した。改質剤の３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＳ）（０．２ｇ）をスラリーへ添加した。このスラリーを１０時間撹拌し、室温で３０分間、超音波で処理した。その後、このスラリーを実施例１の特定量の液状エポキシ樹脂と５０℃で混合し、２時間撹拌した。５０℃、３ｍｍＨｇ（約４００Ｐａ）の真空オーブンで４８時間の乾燥を行ってエタノールを蒸発させて、ナノクレイ粒子がエポキシ樹脂の間に挿入されるように液状エポキシ樹脂内に分散され、２．５重量％の最小改質層間剥離未処理ナノクレイを含有するペースト状のナノコンポジット混合物を得た。このペースト状の混合物に２．５重量％のＶＧＣＦフィラーを添加し、その混合物を実施例１のようにシンキーミキサＡＲ−２５０を用いて激しく混合した。次いで、実施例１の硬化剤を化学量論的な量（重量で、Ｄｅｒ３３２：１００−ＬＣが３．８：１）で添加し、混合物をシンキーミキサＡＲ−２５０により７５℃で６０分間、真空下で撹拌し、脱気した。最後に、この混合物を１００℃で２時間硬化させ、１８０℃で５時間、後硬化させて、実施例１のように厚さ０．５ｍｍのシートを形成した。
【００４０】
次いで、実施例１〜３において得られた各々の硬化させた試料の体積抵抗率を、米国標準試験方法（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）ＡＳＴＭ
Ｄ２５７にしたがって、抵抗率試験装置（Ｍｏｄｅｌ  ８００９、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ））および電位計／高抵抗計（Ｍｏｄｅｌ  ６５１７Ａ、ケースレー）を用いて測定した。図１に示すように、５〜１０重量％のＶＧＣＦフィラーを含有するＶＧＣＦ／エポキシ樹脂混合物では、１０３Ωｍの抵抗率の値が得られるが、実施例１〜３の試料では、ＶＧＣＦフィラー含有量が１重量％のエポキシ樹脂、３．５重量％および５重量％の濃度でファイバ長の短い（＜２０μｍ）ＶＧＣＦフィラーを含有するエポキシ樹脂、ならびにエポキシ単独の比較試験試料と比較して有利な結果が得られた。
【００４１】
しかしながら、重要なことに、図１に示す体積抵抗率の値は、粒状の非導電性フィラーの添加によって、所望の範囲の体積抵抗率を得るために必要な導電性ナノファイバの量を１〜２．５％にまで減少することが可能であり、相当な費用の節約となることを示している。本発明によるナノコンポジット組成物は、充分に剥離されたナノコンポジットのさらなる利点、すなわち、高い強度及び弾性率、良好なバリア性、難燃性、引っかき抵抗性などを有する。
【００４２】
図２には、実施例２の導電性組成物のうちの１つのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。この組成物は、６０重量％のエポキシ樹脂、４０重量％のＰＶＤＦ、および２．５重量％のＶＧＣＦフィラーからなる。見られるように、ＶＧＣＦフィラー粒子は、ＰＶＤＦ粒子とエポキシマトリクスとの間の界面領域またはマトリクス中に位置するため、ＶＧＣＦフィラーコンポジット比が非常に小さくても、高導電性の有効なＶＧＣＦネットワークを形成する。
【００４３】
図３には、実施例３の導電性組成物のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。この組成物は、２．５重量％の最小改質層間剥離未処理ナノクレイと、２．５重量％のＶＧＣＦフィラーとを含有するエポキシ樹脂からなる。これらのＳＥＭ顕微鏡写真は、明らかに、重合体マトリクス中にＶＧＣＦフィラーが優先的に分散することを示している。
【００４４】
図４は、実施例３の導電性組成物、すなわち、２．５重量％の最小改質層間剥離未処理ナノクレイと、２．５重量％のＶＧＣＦフィラーとを含有するエポキシ樹脂のＴＥＭ顕微鏡写真を示す。これらの顕微鏡写真は、クレイが充分に剥離され、クレイ粒子がエポキシマトリクス中に一様に分散されていることを示している。導電性ナノファイバ粒子がクレ
イの多い領域には分散されないことによって、コンポジットマトリクス中のクレイの多い複数の領域の間に有効な導電性ナノファイバネットワークが生成される。
【００４５】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の実施形態による導電性の熱硬化性重合体組成物に対し、多くの変更または修正がなされ得ることが、当業者には容易に明らかである。
【００４６】
同様に、比較的低濃度の導電性ナノファイバによって１０３Ωｍ以下の体積抵抗率が得られるという点で、本発明による導電性ナノコンポジットが比較的費用効果的であることも、容易に明らかである。良好な帯電防止性及び良好な電磁気干渉防止特性の必要な広範な製品において、本発明による導電性組成物の用途が存在する。そのような用途には、車両および航空機の燃料管、タンクならびにコンテナや、マイクロチップ取り扱い用の耐静電気輸送・包装材料および部品が含まれる。他の用途には、携帯電話機、携帯コンピュータ、ＰＤＡなどを含む電子機器用の筐体またはハウジングが含まれる。
【００４７】
本発明による特定の利点は、未硬化組成物をペースト形態とすることによって得られる柔軟性である。これによって、大小の部品の成型や、帯電防止用途の塗装または表面コーティングなどの薄膜付着、さらには、ディスプレイシステム上の透明または半透明の導電性コーティングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるエポキシ樹脂ベースの導電性の重合体組成物における体積抵抗率とＶＧＣＦフィラー含有量との間の関係のグラフ。
【図２】本発明によるエポキシ樹脂マトリクス／ＶＧＣＦフィラー／粒状熱可塑性樹脂組成物の走査電子顕微鏡写真。
【図３】本発明によるエポキシ樹脂マトリクス／ＶＧＣＦフィラー／ナノクレイ組成物の走査電子顕微鏡写真。
【図４】本発明によるエポキシ樹脂マトリクス／ＶＧＣＦフィラー／ナノクレイ組成物の透過電子顕微鏡写真。
【図１】
2009501834.tif 000003
【図２】
2009501834.tif 000004
【図３】
2009501834.tif 000005
【図４】
2009501834.tif 000006
【国際調査報告】
2009501834.tif 000007
2009501834.tif 000008