(57)【要約】  透明材料上の被膜を提供する。典型的な実施態様では、その被膜は導電性かつ透明である。さらに、そのような被膜を備えた透明材料の形成方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料、及び
該透明材料上のナノチューブを含む被膜
を含んでなる、被覆された透明材料。
【請求項２】
前記被膜が透明である、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項３】
前記被膜が導電性である、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項４】
前記被膜が透明である、請求項３に記載の被覆された透明材料。
【請求項５】
前記被膜が、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される樹脂を含む、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項６】
前記被膜が導電性ポリマーを含む、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項７】
前記被膜がポリアニリンを含む、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項８】
前記被膜が、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される樹脂を含み、さらに透明かつ導電性である、請求項７に記載の被覆された透明材料。
【請求項９】
前記被膜がナノチューブを約０．０１〜約３０．０質量％の範囲で含む、請求項８に記載の被覆された透明材料。
【請求項１０】
前記被膜がナノチューブを約０．０１〜約３０．０質量％の範囲で含む、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項１１】
前記透明材料が航空機の風防である、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項１２】
前記被膜の光透過率が少なくとも約７０％である、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項１３】
透明材料を用意し、
樹脂を該透明材料に適用し、及び
該樹脂上にナノチューブを吹き付ける
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項１４】
前記方法が、吹き付けの前に、前記ナノチューブを溶媒中に分散することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶媒が、水、エタノール、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が、吹き付けの前に、ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム含有水溶液中に分散して、ナノチューブを含む溶液を作ることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
ナノチューブを含む前記溶液を、水、エタノール及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒中に分散することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノチューブを導電性ポリマーと混合することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノチューブをポリアニリンと混合することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
樹脂の適用が、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される樹脂の適用を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
透明材料を用意し、
ナノチューブを樹脂と混合し、及び
該樹脂を該透明材料に適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項２２】
前記樹脂が、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノチューブを導電性ポリマーと混合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノチューブをポリアニリンと混合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法が、前記ナノチューブを前記ポリアニリンと混合する前に、前記ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム溶液中に分散することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ポリアニリンにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムをドープすることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ポリアニリンを、エタノール、ＣＨＣｌ3、イソプロパノール、アセトン及びテトラヒドロフランからなる溶媒群から選択される溶媒と混合することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノチューブを、水、エタノール、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒からなる溶液中に分散することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
導電性ポリマーを前記ナノチューブ及び前記樹脂と混合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
ポリアニリンを前記ナノチューブ及び前記樹脂と混合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
透明材料を用意し、
樹脂層を該透明材料上に適用し、及び
ナノチューブを該樹脂に適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項３２】
前記樹脂が、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノチューブを導電性ポリマーと混合することをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノチューブをポリアニリンと混合することをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記方法が、前記ナノチューブをポリアニリンと混合する前に、前記ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム溶液中に分散することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ポリアニリンにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムをドープすることをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記ポリアニリンを、エタノール、ＣＨＣｌ3、イソプロパノール、アセトン及びテトラヒドロフランからなる溶媒群から選択される溶媒と混合することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノチューブを、水、エタノール、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒からなる溶液中に分散することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
適用することが、前記ナノチューブを前記樹脂層上に広げることを含む、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明被覆材及びナノチューブを含む透明導電体、並びにこれらで被覆された透明材料、例えば航空機の透明材料のような材料に関し、さらにそのような被覆材の適用方法に関する。そのような被覆材は、キャノピーのような航空機の透明材料上を含む、帯電防止又は帯電消散用途に使用できる。
【背景技術】
【０００２】
航空機のキャノピーのような透明材料を被覆するのに使われる透明被覆材のほとんどは、一般に導電性の劣る有機ポリマーを含んでいる。その結果、これらのポリマーは、静電消散特性の要求される用途、例えば航空機のキャノピーのような用途に満足に使用することができない。静電消散を実現するための様々な方法が提案されている。これらの方法には、静電防止剤を被覆組成物に添加すること、インジウムスズ酸化物粒子又はアンチモンスズ酸化物粒子のような金属酸化物フィラーを被覆組成物に添加すること、及び導電性ポリマーを被覆組成物に添加することが含まれる。
【０００３】
これらの方法はそれぞれ欠点がある。静電防止剤の性能は低湿度及び／又は低温で劇的に低下する。インジウムスズ酸化物粒子又はアンチモンスズ酸化物粒子のような金属酸化物フィラーは高い表面導電性をもたらしうる。しかしながら、表面導電性を実現するためには大量の金属酸化物フィラーを必要とする。その上、導電性フィラーは被覆材の光透過能力を低下させる。導電性ポリマーは耐候性に乏しいため、紫外線にさらされるとその性能は劇的に劣化する。加えて、導電性ポリマーは被覆材の光透過能力を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、被覆材の透明性に悪影響を及ぼさずに、透明被覆材の電気伝導度を高めることが必要とされている。本発明はこの要求を満たし、さらに関連した利点をもたらすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、カーボンナノチューブのようなナノチューブを組み込んだ導電性透明被覆組成物に関し、及びこの組成物を組み込んだ航空機用透明材料のような透明材料に関する。被覆材中のナノチューブは、組成物の光透過性に悪影響を及ぼすことなく電気伝導度を高める。典型的な被覆組成物は、透明樹脂のような樹脂をカーボンナノチューブのようなナノチューブと混合することにより作られる。典型的な被覆樹脂には、ポリウレタン、ポリシロキサン、アクリレート及びフェノール樹脂が含まれる。典型的な実施態様の被覆組成物に含まれるナノチューブの量は、組成物中にある被覆樹脂の総質量に対して０．０１〜３０．０質量％である。
【０００６】
１つの典型的な実施態様では、導電性被覆材は、Sierracin CorporationのＦＸ−３１８樹脂（Ｓｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３１８樹脂）のような透明ポリウレタン被覆材  約１００質量部を、カーボンナノチューブ  約５質量部と混合して作られる。他の典型的な実施態様では、導電性被覆材は、Ｓｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３０７樹脂のような透明ポリシロキサン樹脂  約１００質量部を、カーボンナノチューブ  約３質量部と混合して作られる。それとは別の典型的な実施態様では、導電性被覆材は、Ｓｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３２５樹脂のような透明アクリレート樹脂  約１００質量部を、カーボンナノチューブ  約３質量部と混合して作られる。
【０００７】
さらに別の典型的な実施態様では、ナノチューブが組み合わせてあって、周囲条件で表面のシート抵抗が約１０10Ω／□である透明被覆材が提供される。他の典型的な実施態様では、−４０°Ｆ（−４０℃）で表面のシート抵抗が約１０10Ω／□である透明被覆材が提供される。さらに他の典型的な実施態様では、周囲条件の被覆材のシート抵抗と比較して、例えば−４０°Ｆ（−４０℃）で使用した場合のように、低湿度及び／又は低温で使用してもシート抵抗が劣化しない導電性透明被覆材が提供される。他の典型的な実施態様では、ナノチューブを有し、静電消散特性を有する透明被覆材が提供される。別の典型的な実施態様では、透明樹脂をナノチューブと混合することにより作られ、そのナノチューブが樹脂−ナノチューブ組成物の約０．１質量％〜約３０質量％を構成する透明被覆材が提供される。さらに別の典型的な実施態様では、前述の典型的な実施態様における任意の被覆材を用いて被覆した、航空機のキャノピーのような航空機用透明材料が提供される。
【０００８】
別の典型的な実施態様では、被覆された透明材料が提供される。被覆された透明材料には、透明材料と、その透明材料上のナノチューブを有する被覆材が含まれる。被覆材は透明及び／又は導電性であってよい。ある典型的な実施態様では、被覆材には、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される樹脂が含まれる。他の典型的な実施態様では、ナノチューブはあらかじめ混合されているか、又はポリアニリンで被覆されている。さらに別のある典型的な実施態様では、被覆された透明材料の光透過率は少なくとも約７０％である。
【０００９】
他の典型的な実施態様では、被覆された透明材料を形成するための方法が提供される。この方法には、透明材料を用意し、樹脂をその透明材料に適用し、さらにその樹脂上にナノチューブを吹き付けることが含まれる。別の典型的な実施態様では、吹き付けの前にナノチューブを溶媒中に分散する。ある典型的な実施態様では、その溶媒は、水、エタノール及びジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）からなる溶媒群から選択されてよい。さらに、そのナノチューブは、あらかじめ混合されているか、又はポリアニリンで被覆されていてよい。典型的な実施態様の１つでは、その樹脂はポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される。
【００１０】
さらに別の典型的な実施態様では、被覆された透明材料を形成する方法が提供される。この方法には、透明材料を用意し、ナノチューブを樹脂と混合し及びその樹脂を透明材料に適用することが含まれる。ある典型的な実施態様では、その樹脂は、ポリシロキサン、ポリウレタン及びアクリレートからなる樹脂群から選択される。別の典型的な実施態様では、その方法には、ナノチューブをポリアニリンで被覆することが含まれる。これは、ナノチューブをポリアニリン溶液中に混合して行うことができる。さらに別の典型的な実施態様では、ナノチューブをポリアニリンで被覆する前に、ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム水溶液中に分散する。他の典型的な実施態様では、ポリアニリンはドデシルベンゼンスルホン酸でドープされていてもよい。別の典型的な実施態様では、ポリアニリンは、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロパノール及びアセトンからなる溶媒群から選択される溶媒と混合してもよい。他の典型的な実施態様では、ナノチューブは、水、エタノール、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒中に分散してもよい。
【００１１】
別の典型的な実施態様では、前述のナノチューブ又はナノチューブ溶液は、透明材料上に適用される樹脂層の上に広げられてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
典型的な実施態様において、本発明はカーボンナノチューブを組み込んだ透明被覆組成物を提供し、被覆材の透明性に悪影響を及ぼさずに被覆材の電気伝導度を増加させる。典型的な実施態様では、カーボンナノチューブの長さと直径の比は、１０：１〜１００００：１の範囲である。典型的な被覆組成物は、樹脂溶液、すなわち樹脂と溶媒を含む溶液を、カーボンナノチューブのようなナノチューブと混合して作られる。本発明の被覆組成物は、航空機のキャノピーのような航空機の透明材料を被覆するのに理想的に用いられる。本発明の被覆材によって高められた導電性は、感電の危険が生じる、又は透明材料へダメージを与えるところまで、静電気が蓄積する可能性を最小にする。
【００１３】
本発明の被覆組成物は、以下の例を参照することによって最もよく理解できる。以下それぞれの例において、カーボンナノチューブが樹脂溶液中で均一に分散することを促進するためには、カーボンナノチューブ表面を化学的に修飾して、様々な化学基をそのような表面に導入しなければならないと考えられる。その上、樹脂溶液中にナノチューブを均一に分散する方法も工夫しなければならないだろう。カーボンナノチューブ表面の化学的修飾及び分散方法は両方とも実験によって確認することができる。ナノチューブ表面に様々な化学基を導入することについて、多様な表面修飾方法が文献中に提案されている。例えば、表面化学修飾は、化学グラフト、非堆積プラズマ処理、プラズマ重合、高周波グロー放電、及び／又は酸処理のような方法を用いて行うことができる。University of Dayton, Rice University, University of Kentucky, Michigan State University, University of Texas, University of Pennsylvania, University of California at Berkeley及びClemson Universityのような多くの研究機関（総称して「研究機関」とする）は全て、ナノチューブの表面処理を確認し、及びナノチューブを樹脂溶液中に均一に分散する方法を確認するのに必要な装置を所有している。本発明の被覆材に必要なカーボンナノチューブは、そのような研究機関から入手可能である。入手方法及びナノチューブ処理に関する情報は、以下のウェブサイトでさらに見つけることができる。
http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/NTSite/nanopage.html#addresses
【００１４】
カーボンナノチューブの表面処理の効果は、例えばＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、全反射測定フーリエ変換赤外吸収法（ＡＴＲ−ＦＴＩＲ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）及び核磁気共鳴法（ＮＭＲ）のような、よく知られている様々な方法を用いて検証することができる。
【実施例】
【００１５】
例１：この例では、ナノチューブを組み込んだ透明なポリウレタン被覆材を提供する。被覆材は、例えば本願出願人であるSierracinから入手したＳｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３１８樹脂のような、透明の脂肪族ポリウレタン樹脂溶液（すなわち透明の脂肪族ポリウレタン樹脂と溶媒の溶液）をカーボンナノチューブと混合して作られる。典型的な導電性透明ポリウレタン被覆材の組成を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
ＦＸ−３１８中にナノチューブを安定に混合するためには、ナノチューブ表面を化学的に修飾して、ヒドロキシル基をナノチューブ表面に導入する必要がある。そのように処理したナノチューブをポリウレタン樹脂と混合した場合、ナノチューブ表面上のヒドロキシル基はポリウレタン樹脂と反応し、その結果、ポリウレタン樹脂溶液中にナノチューブが安定かつ均一に分散したものが得られる。
【００１８】
例２：この例では、ナノチューブを組み込んだ透明ポリシロキサン被覆材を提供する。例えばSierracinから入手したＳｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３０７樹脂のような、透明ポリシロキサン樹脂溶液（すなわち透明ポリシロキサン樹脂と溶媒の溶液）を、表２に示す組成に従ってナノチューブと混合した。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
例２でもまた、ナノチューブ表面を化学的に修飾して、シラノール基を表面に導入する必要がある。そのように処理したカーボンナノチューブをポリシロキサン樹脂と混合した場合、ナノチューブ表面上のシラノール基はポリシロキサン樹脂と反応し、その結果、ポリシロキサン樹脂溶液中にナノチューブが安定かつ均一に分散したものが得られる。
【００２１】
例３：この例では、ナノチューブを組み込んだ導電性の透明アクリレート被覆材を提供する。例えばSierracinから入手したＳｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−３２５樹脂のような、透明アクリレート樹脂溶液（すなわちアクリレート樹脂と溶媒の溶液）を、表３に示す組成に従ってカーボンナノチューブと混合した。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
例３でもまた、ナノチューブ表面を化学的に修飾して、ビニル基を表面に導入する必要がある。そのように処理したカーボンナノチューブをアクリレート樹脂と混合した場合、ナノチューブ表面上のビニル基はアクリレート樹脂と共重合し、その結果、アクリレート樹脂溶液中にナノチューブが安定かつ均一に分散したものが得られる。
【００２４】
ここに記載した全ての３つの典型的な被覆材については、周囲条件及び−４０°Ｆ（−４０℃）で、表面シート抵抗が約１０10Ω／□であることが見込まれる。すなわち、被覆材の表面シート抵抗は温度の低下に影響されないと思われる。同様の被覆材、すなわちカーボンナノチューブを含まない樹脂は、周囲条件及び−４０°Ｆ（−４０℃）のいずれでも導電性を示さない。その上、ここに記載した典型的な被覆材の光透過率は、紫外線可視分光光度計を用いて測定したときに、周囲条件において、波長約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍで８０％以上、さらには９０％以上であると予想される。そのような被覆材で被覆した透明材料の光透過率は、波長約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍにおいて少なくとも７０％であると予想される。結論として、本発明の被覆材の性能は、低湿度及び／又は低温で劣化しない。その上、従来の透明被覆材と比較して、あるいはナノチューブが組み込まれていない被覆材と比較しても、本発明の被覆材の光を透過する能力は劣っていない。
【００２５】
前述の例のいずれかにおいては、ナノチューブはポリアニリンのような導電性ポリマーとあらかじめ混合されていてもよく、又はその導電性ポリマーで被覆されていてもよい。これは、樹脂と混合する前にナノチューブを導電性ポリマーと混合することにより行うことができる。ポリアニリン以外の一部のポリマーは、導電性であってもナノチューブと結合したときに絶縁体となりうることに注意すべきである。従って、そのような他のポリマーは、本発明の被覆材を作るときに使用するのが適当でない場合がある。
【００２６】
ポリアニリンで処理したナノチューブは、コーティング溶液、すなわち典型的な実施態様ではポリシロキサン、ポリウレタン又はアクリレートであってよい樹脂と混合される。被覆材を作るためにアクリレート樹脂と混合した場合、透明材料に適用した後に、被覆材の紫外線硬化が必要となる場合がある。他の被覆材は、例えば被覆材をオーブン中で加熱するなど、熱によって硬化してもよい。
【００２７】
以下の例４〜６は、透明材料の典型的な実施態様の被覆材についての記載及び測定データを提供する。これらの例で使用したナノチューブは、Rice University, Houston, Texasにある、Carbon Nanotechnologies Incorporatedから入手したカーボンナノチューブである。
【００２８】
例４：ＦＸ−３０７、又はＳｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−４０６Ａ及びＢ樹脂（ＦＸ−４０６Ａ：ＦＸ−４０６Ｂ＝１：１（質量比））の溶液で、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の透明フィルム（すなわち透明材料）を被覆して、室温乾燥後で約１００μｍの樹脂被覆フィルムを得た。その後、異なる溶媒（例えば水、エタノール及びＤＭＦ）に単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）を分散したものを、その樹脂被覆フィルムに数回吹き付けた。毎回の吹き付け後にフィルムを乾燥した。典型的な実施態様の１つでは、溶媒に分散する前に、ＳＷＮＴ４グラムをドデシル硫酸ナトリウム含有水溶液中に分散し、ナノチューブ溶液を作った。ナノチューブ溶液１ｍＬを、水、エタノール又はＤＭＦのような溶媒２５ｍＬ中に分散し、樹脂フィルムに適用するためのナノチューブ溶液を作った。
【００２９】
ＦＸ−３０７樹脂被覆フィルム上にＳＷＮＴを吹き付けて得られた被膜の表面抵抗を表４にまとめて示す。これらの測定は被膜を硬化した後に行った。水又はエタノール中に混合したＳＷＮＴを吹き付けた場合、表面抵抗は１０12Ω／□から１０11Ω／□に減少した。表面抵抗は、ＰＳＩ−８７０  表面抵抗／比抵抗指示計（ProStat Corporation, Bensenville, IL 60106）を用いて測定した。表面抵抗が低下すると表面導電率が増加して、被膜の帯電防止性能が向上する。表面導電率の増加は、ＳＷＮＴのネットワークがＦＸ−３０７樹脂フィルムの表面上に形成されることによって引き起こされる。しかしながら、ＦＸ−３０７フィルムは、吹き付けを５０回行った後にエタノールによって部分的に破壊されうる。溶媒としてＤＭＦを用いた場合、ＦＸ−３０７樹脂フィルムは完全に破壊され、表面抵抗を読み取ることはできなかった。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
図１に、ＦＸ−３０７樹脂フィルム上にＳＷＮＴを吹き付けて得られたフィルムの光透過率を示す。エタノールはＦＸ−３０７フィルム表面に薄い液体のフィルムを形成しうることから、吹き付けを３０回に限定したときのフィルムの光透過率は、エタノールを溶媒として用いたときとほぼ同じであった。各「回」の吹き付けとは、１層のナノチューブの樹脂上への吹き付けであることに留意すべきである。エタノールの薄い液体のフィルムは、ＦＸ−３０７フィルム表面にＳＷＮＴが分散することを助ける。吹き付け回数が５０回に至ったとき、ＦＸ−３０７フィルムはエタノールによって部分的に破壊され、同時に透過率も急激に低下した。
【００３２】
例５：ＦＸ−４０６被覆フィルム上にＳＷＮＴを吹き付けて得られたフィルムの表面抵抗を表５にまとめて示す。ＦＸ−４０６樹脂フィルムに適用したナノチューブ溶液は、例４に記載するように調製した。エタノール中のＳＷＮＴを１０回吹付けた後に得られた被膜の表面抵抗は、１０12Ω／□から１０11Ω／□に減少していた。ＦＸ−４０６樹脂フィルムの光透過率は高いため、フィルムを被覆したＳＷＮＴネットワークもまた、図２に示すように高い光透過率を示した。
【００３３】
【表５】
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【００３４】
例６：被覆材は多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）及び単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の両方を用いて作ってもよい。典型的な実験では、所望量の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）をＦＸ−３０７樹脂の被覆溶液１０ｍＬに添加し、その後５分間超音波処理した。超音波処理はＢｒａｎｓｏｎ  ２５１０Ｒ  超音波処理装置中で行った。その後、その混合物でＰＥＴ透明フィルムを被覆した。単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を、最初に濃度が４ｇ／Ｌのドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液に分散した。その後、ＳＷＮＴ分散液をＦＸ−３０７樹脂の被覆溶液５ｍＬに添加し、続いて５分間超音波処理した。最後に混合物でＰＥＴ透明フィルムを被覆した。全ての得られた被覆フィルムの厚さは約１００μｍだった。
【００３５】
導電性ポリマーであるポリアニリンを、導電率を増加するために使用した。ポリアニリンを最初にドデシルベンゼンスルホン酸でドープした。典型的な実施態様では、樹脂と混合する前に、ナノチューブをポリアニリンと混合した。別の典型的な実施態様では、ナノチューブ、ポリアニリン及び樹脂を一緒に混合した。ポリアニリンはナノチューブの外表面に付着すると考えられている。
【００３６】
透明材料に適用する被覆材中にナノチューブを組み込む３つの方法（すなわちスクラッチ、スプレー及び混合）は、Ｓｉｅｒｒａｃｉｎ  ＦＸ−４０６樹脂に基づいて検討された。スクラッチ法では、少量のナノチューブ溶液１４を、透明材料１２に適用された樹脂層１１の上に適用し、例えば図３に示すように、スライダー１０を樹脂層１１上で滑らせる。実質的に、スライダーは透明材料上に形成された樹脂層の中を塗り広げる。
【００３７】
全てのサンプルについて得られた表面抵抗を表６にまとめる。スクラッチのＳＷＮＴ分散液の濃度は、ＳＷＮＴ０．１ｍｇに対してポリアニリンＣＨＣｌ3溶液を５０ｍＬとしたものであり、そのポリアニリン溶液の濃度は、ポリアニリン８０ｍｇに対してＣＨＣｌ3を１Ｌとしたものである。ＳＷＮＴ被膜厚さはスクラッチ圧に依存した。ＳＣＲ１サンプルについて、ＦＸ−４０６樹脂フィルム上のポリアニリン／ＳＷＮＴ薄層は、表面抵抗を１０12から１０8Ω／□と劇的に減少させた。ポリアニリン／ＳＷＮＴ層の厚さが増加すると、さらに表面抵抗は減少した。しかしながら、厚いポリアニリン／ＳＷＮＴ層は、図４に示すように光の透過の妨げとなりうる。
【００３８】
【表６】
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【００３９】
スプレー法もまた、ＦＸ−４０６樹脂フィルム上に薄層を形成するために使用した。この方法で使用した溶液の濃度は、ＳＷＮＴ０．１ｍｇに対してポリアニリン溶液５０ｍＬであり、ＳＷＮＴはポリアニリン溶液に分散されていた。ポリアニリン溶液は溶媒１Ｌあたり６ｍｇのポリアニリンからなっていた。溶媒はエタノール、ＣＨＣｌ3又はテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）であった。エタノールを溶媒として用いた場合の表面抵抗は１０10Ω／□まで減少した。ポリアニリンはエタノール中に良好に溶解しないため、フィルム表面上に凝集物が形成した。そのため、光透過率は非常に低くなった（図４）。ポリアニリンの溶解度を上げるため、ＣＨＣｌ3及びＴＨＦを溶媒として使用した。これら２つの場合、表面抵抗は両方とも１０9Ω／□の程度まで減少した。しかしながら、ＣＨＣｌ3がポリアニリンに対してより良好な溶媒であったため、図４に示すように、クロロホルムから得られたフィルムの透過率はＴＨＦから得られたものと比べて高かった。イソプロパノール及びアセトンもまた、溶媒として使用できる。
【００４０】
ＦＸ−４０６  Ａ／Ｂ樹脂フィルムと合わせて、ＣＨＣｌ3中でポリアニリンをＳＷＮＴと混合した溶液から得られたフィルムは、純粋なＦＸ−４０６樹脂フィルムと比較すると表面抵抗が減少していた。ポリアニリン／ＳＷＮＴ溶液は、ＳＷＮＴ０．１ｍｇをポリアニリンＣＨＣｌ3溶液５０ｍＬに添加して作り、そのポリアニリン溶液の濃度はポリアニリン８０ｍｇに対してＣＨＣｌ3を１Ｌとしたものであった。その後、ポリアニリン／ＳＷＮＴ溶液、ＦＸ−４０６Ａ及びＦＸ−４０６Ｂを体積比２：４：４で混合した。次いで、その混合物を用いて室温でフィルムをキャストした。驚くべきことに、ＳＷＮＴを含むフィルムの光透過率は、ポリアニリンのみを混合した樹脂で被覆したフィルムと比べて高かった。この現象は、ポリアニリンが存在することによって、ＦＸ−４０６樹脂フィルム中へのＳＷＮＴの分散が助けられている可能性を示唆している。
【００４１】
出願人は、本発明の透明被覆材の実施態様はまた、透明樹脂とナノチューブを含んで作られるものでもよいと考えており、そのナノチューブは樹脂−ナノチューブ組成物の約０．１質量％〜約３０質量％を構成する。さらに、本発明の被覆材は、例えばフローコート法のようによく知られている方法を用いて、航空機の透明材料のような透明材料に適用してもよい。
【００４２】
これまでの記載は、単に本発明の原理を説明するものである。従って、ここに明示的に記載又は提示されてはいないが、本発明の原理を具現化し、かつ本発明の範囲及び精神に含まれる様々な変形は、当業者であれば当然に考え出すことができる。さらに、全ての例及びここで使われる限定的な用語は、原則として、単に教唆を目的とするためのものであり、本技術のさらなる発展に寄与する本発明者らによる本発明の、その原理及び概念の理解を助けること、さらにそのような特定の説明した例及び条件に限定されるものとはみなされないことを明確に意図している。その上、本発明の原理、態様及び実施態様に加え、これらの特定の例を説明する本明細書の全ての記載は、これらの構造的及び機能的な均等物の両方が包含されることを意図している。加えて、そのような均等物には、現在知られている均等物及び将来開発される均等物の両方、すなわち構造にかかわらず同じ機能を発揮する任意の開発された要素が含まれることを意図している。従って、本発明の範囲は、ここに示し記載した典型的な実施態様に限定されないことを意図している。正しくは、本発明の範囲及び精神は特許請求の範囲に具現化されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】単層ナノチューブをＦＸ−３０７樹脂フィルム上に吹き付けて得られたフィルムの光透過率のグラフである。
【図２】単層ナノチューブをＦＸ−４０７フィルム上に吹き付けて得られたフィルムの光透過率のグラフである。
【図３】本発明の被覆材を透明材料上に適用するスライダーの模式図である。
【図４】ポリアニリン／単層ナノチューブの混合物とＦＸ−４０６の被覆材から得られたフィルムの光透過率のグラフである。
【図１】
2007530741.tif 000009
【図２】
2007530741.tif 000010
【図３】
2007530741.tif 000011
【図４】
2007530741.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料、並びに
該透明材料上のポリアニリン及びナノチューブを含む被膜
を含んでなる、被覆された透明材料。
【請求項２】
前記被膜がポリシロキサン含有樹脂を含む、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項３】
前記被膜がナノチューブを約０．０１〜約３０．０質量％の範囲で含む、請求項１又は２に記載の被覆された透明材料。
【請求項４】
前記透明材料が航空機の風防である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の被覆された透明材料。
【請求項５】
前記被膜の光透過率が少なくとも約７０％である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の被覆された透明材料。
【請求項６】
透明材料を用意し、
樹脂を該透明材料に適用し、
ナノチューブをポリアニリンと混合し、及び
該樹脂上に該ポリアニリンと混合したナノチューブを適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項７】
前記方法が、適用の前に、前記ナノチューブを、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒中に分散することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記方法が、適用の前に、ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム含有水溶液中に分散して、ナノチューブを含む溶液を作ることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
樹脂の適用が、ポリシロキサン含有樹脂の適用を含む、請求項６〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
透明材料を用意し、
ナノチューブを用意し、
ポリアニリンを用意し、
樹脂を用意し、
該ナノチューブをポリアニリン及び該樹脂と混合して被覆材を作り、並びに
該被覆材を該透明材料に適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項１１】
前記樹脂がポリシロキサンを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノチューブ、ポリアニリン及び前記樹脂を同時に混合する、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記樹脂と混合する前に、前記ナノチューブを前記ポリアニリンと混合することをさらに含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が、前記ナノチューブを前記ポリアニリンと混合する前に、前記ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム溶液中に分散することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリアニリンにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムをドープすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ポリアニリンを、エタノール、ＣＨＣｌ3、イソプロパノール、アセトン及びテトラヒドロフランからなる溶媒群から選択される溶媒と混合することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノチューブを、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドからなる溶媒群から選択される溶媒からなる溶液中に分散することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
透明材料を用意し、
ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム溶液中に分散し、
該ナノチューブを樹脂に適用し、及び
該樹脂を該透明材料に適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項１９】
前記樹脂がポリシロキサンを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記樹脂を前記透明材料に適用し、その後に前記ナノチューブを前記樹脂に適用する、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
透明材料、及び
該透明材料上のナノチューブを含む被膜
を含んでなる、被覆された透明材料。
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料、並びに
該透明材料上の、ポリアニリン及びナノチューブを含む導電性被膜
を含んでなり、該被膜の表面シート抵抗が−４０℃で１０10Ω／□以下である、被覆された透明材料。
【請求項２】
前記被膜が透明である、請求項１に記載の被覆された透明材料。
【請求項３】
前記透明材料が航空機の風防である、請求項１又は２のいずれかに記載の被覆された透明材料。
【請求項４】
前記被膜の光透過率が少なくとも７０％である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の被覆された透明材料。
【請求項５】
透明材料を用意し、
樹脂を該透明材料に適用し、
ナノチューブの第１層を該樹脂上に適用し、及び
ナノチューブの第２層を該第１層の上に適用して、該透明材料上に被膜を形成する
ことを含み、該被膜の表面シート抵抗が−４０℃で１０10Ω／□以下である、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項６】
前記ナノチューブの層を適用する前に、前記ナノチューブを、水、エタノール、ＣＨＣｌ3、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ドデシル硫酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせからなる溶媒群から選択される溶媒からなる溶液に分散することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノチューブを導電性ポリマーと混合することをさらに含む、請求項５又は６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ナノチューブをポリアニリンと混合することをさらに含む、請求項５〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記ポリアニリンにドデシルベンゼンスルホン酸をドープすることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ナノチューブの第１層を適用することが、ナノチューブの第１層を吹き付けることを含み、ナノチューブの第２層を適用することが、ナノチューブの第２層を吹き付けることを含む、請求項５〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノチューブの第２層を適用する前に、前記ナノチューブの第１層を乾燥することをさらに含む、請求項５〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１０層のナノチューブを、他の層の上に１回に１層ずつ適用することを含む、請求項５〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
透明材料を用意し、
ナノチューブを用意し、
ポリアニリンを用意し、
樹脂を用意し、
該ナノチューブをポリアニリン及び該樹脂と混合して被膜を作り、該被膜の表面シート抵抗が−４０℃で１０10Ω／□以下であり、
該被膜を該透明材料に適用する
ことを含む、被覆された透明材料の形成方法。
【請求項１４】
透明材料を用意し、
樹脂の層を該透明材料の上に適用し、
ナノチューブをドデシル硫酸ナトリウム溶液中に分散し、及び
該ナノチューブを該樹脂に適用して、該透明材料に被膜を形成する
ことを含み、該被膜の表面シート抵抗が−４０℃で１０10Ω／□以下である、被覆された透明材料の形成方法。
【国際調査報告】
2007530741.tif 000013