(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散体であって、
溶剤；
前記溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子；および
ポリマー分散剤；
を含み、前記ポリマー分散剤が、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルまたはそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック；
を含む、分散体。
【請求項２】
前記溶剤が、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ｎ−ブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）、４−ヒドロキシ酪酸ガンマ−ラクトン、エタノール、２−ブトキシエタノール、アセトン、トルエン、キシレン、混合芳香族溶剤、メチルエーテルプロピレングリコールアセテートおよび／またはメチルアミルケトンまたはそれらの組合せを含む有機溶剤を含む、請求項１に記載の分散体。
【請求項３】
前記溶剤が、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ｎ−ブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）またはそれらの組合せを含む有機溶剤を含む、請求項１に記載の分散体。
【請求項４】
前記溶剤が水を含む、請求項１に記載の分散体。
【請求項５】
前記溶剤が有機溶剤をさらに含む、請求項４に記載の分散体。
【請求項６】
前記有機溶剤が、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）および／またはエタノールを含む、請求項５に記載の分散体。
【請求項７】
前記グラフェン状炭素粒子が熱的に生成される、請求項１に記載の分散体。
【請求項８】
前記アンカーブロックが、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレートを含む、請求項１に記載の分散体。
【請求項９】
前記少なくとも１つのテイルブロックが、少なくとも２種類の異なる（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む、請求項８に記載の分散体。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのテイルブロックが、メトキシポリ（プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレートを含む、請求項８に記載の分散体。
【請求項１１】
グラフェン状炭素粒子と前記ポリマー分散剤との重量比が１：１０〜１０：１である、請求項１に記載の分散体。
【請求項１２】
少なくとも１つの被膜形成樹脂をさらに含む、請求項１に記載の分散体。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの被膜形成樹脂が、エポキシ樹脂、アクリルポリマー、ポリエステルポリマー、ポリウレタンポリマー、ポリアミドポリマー、ポリエーテルポリマー、ビスフェノールＡ系エポキシポリマー、ポリシロキサンポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリブチレン、あるいはエポキシ樹脂、アクリルポリマー、ポリエステルポリマー、ポリウレタンポリマー、ポリアミドポリマー、ポリエーテルポリマー、ビスフェノールＡ系エポキシポリマー、ポリシロキサンポリマー、ポリスチレン、ポリエチレン、もしくはポリブチレンのコポリマー、またはそれらの組合せを含む、請求項１２に記載の分散体。
【請求項１４】
前記分散体から付着した硬化コーティングが、少なくとも１Ｓ／ｍの電気伝導率を有する、請求項１２に記載の分散体。
【請求項１５】
前記電気伝導率が少なくとも１０，０００Ｓ／ｍである、請求項１４に記載の分散体。
【請求項１６】
グラフェン状炭素粒子と被膜形成樹脂との重量比が０．１：１００〜１０：１である、請求項１２に記載の分散体。
【請求項１７】
グラフェン状炭素粒子と被膜形成樹脂との重量比が１：１００〜７：１である、請求項１２に記載の分散体。
【請求項１８】
分散体から生成される導電性コーティングであって、
前記分散体は、
溶剤；
前記溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子；および
ポリマー分散剤；
を含み、前記ポリマー分散剤は、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック；
を含む、導電性コーティング。
【請求項１９】
被膜形成樹脂をさらに含む、請求項１８に記載の導電性コーティング。
【請求項２０】
グラフェン状炭素粒子を溶剤中に分散させる方法であって、前記グラフェン状炭素粒子をポリマー分散剤の存在下に前記溶剤に混合する工程を含み、前記ポリマー分散剤が、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、グラフェン状炭素粒子分散体、およびそのような分散体の作製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
グラフェン状炭素粒子は、例えばインクおよびコーティングにおいて、多くの潜在的用途を有する。しかし、グラフェン状炭素粒子は、種々の媒質、例えば、有機溶剤および水に分散させるのが困難であることが見出されている。エチルセルロースが、グラフェン状炭素粒子の分散を改善するために分散助剤として使用されている。しかし、グラフェン状炭素粒子を含有するインクおよびコーティングならびにその他の物質の特性を改善するために、グラフェン状炭素粒子の改善した分散体が必要とされている。例えば、電気伝導率特性は、種々のタイプのインクおよびコーティング、例えば、クリアコーティング、着色コーティング、プライマコーティング、静電気散逸性コーティング、およびプリンテッドエレクトロニクス、バッテリ、キャパシタ、電気トレース、アンテナ、電熱コーティングなどにおいてグラフェン状炭素粒子の改善した分散体によって改善されうる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
本発明のある態様は、溶剤、該溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子、およびポリマー分散剤を含む分散体を提供する。該ポリマー分散剤は、下記を含む：ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック、ならびにｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック。
【０００４】
本発明の他の態様は、溶剤、該溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子、およびポリマー分散剤を含む分散体から製造される導電性コーティングを提供する。該ポリマー分散剤は、下記を含む：ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック、ならびにｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック。
【０００５】
本発明のさらに他の態様は、溶剤中にグラフェン状炭素粒子を分散させる方法を提供し、該方法は、ポリマー分散剤の存在下に、該溶剤中にグラフェン状炭素粒子を混合する工程を含み、該ポリマー分散剤は、下記を含む：ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック、ならびにｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
（項目１）
分散体であって、
溶剤；
前記溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子；および
ポリマー分散剤；
を含み、前記ポリマー分散剤が、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルまたはそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック；
を含む、分散体。
（項目２）
前記溶剤が、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ｎ−ブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）、４−ヒドロキシ酪酸ガンマ−ラクトン、エタノール、２−ブトキシエタノール、アセトン、トルエン、キシレン、芳香族溶剤１００、メチルエーテルプロピレングリコールアセテートおよび／またはメチルアミルケトンまたはそれらの組合せを含む有機溶剤を含む、項目１に記載の分散体。
（項目３）
前記溶剤が、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ｎ−ブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）またはそれらの組合せを含む有機溶剤を含む、項目１に記載の分散体。
（項目４）
前記溶剤が水を含む、項目１に記載の分散体。
（項目５）
前記溶剤が有機溶剤をさらに含む、項目４に記載の分散体。
（項目６）
前記有機溶剤が、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）および／またはエタノールを含む、項目５に記載の分散体。
（項目７）
前記グラフェン状炭素粒子が熱的に生成される、項目１に記載の分散体。
（項目８）
前記アンカーブロックが、グリシジル（メタ）アクリレートを含む、項目１に記載の分散体。
（項目９）
前記少なくとも１つのテイルブロックが、少なくとも２つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む、項目８に記載の分散体。
（項目１０）
前記少なくとも１つのテイルブロックが、メトキシポリ（プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレートを含む、項目８に記載の分散体。
（項目１１）
グラフェン状炭素粒子と前記ポリマー分散剤との重量比が１：１０〜１０：１である、項目１に記載の分散体。
（項目１２）
少なくとも１つの被膜形成樹脂をさらに含む、項目１に記載の分散体。
（項目１３）
前記少なくとも１つの被膜形成樹脂が、エポキシ樹脂、アクリルポリマー、ポリエステルポリマー、ポリウレタンポリマー、ポリアミドポリマー、ポリエーテルポリマー、ビスフェノールＡ系エポキシポリマー、ポリシロキサンポリマー、スチレン、エチレン、ブチレン、それらのコポリマー、またはそれらの組合せを含む、項目１２に記載の分散体。
（項目１４）
前記分散体から付着した硬化コーティングが、少なくとも１Ｓ／ｍの電気伝導率を有する、項目１２に記載の分散体。
（項目１５）
前記電気伝導率が少なくとも１０，０００Ｓ／ｍである、項目１４に記載の分散体。
（項目１６）
グラフェン状炭素粒子と被膜形成樹脂との重量比が０．１：１００〜１０：１である、項目１２に記載の分散体。
（項目１７）
グラフェン状炭素粒子と被膜形成樹脂との重量比が１：１００〜７：１である、項目１２に記載の分散体。
（項目１８）
分散体から生成される導電性コーティングであって、
前記分散体は、
溶剤；
前記溶剤中に分散されたグラフェン状炭素粒子；および
ポリマー分散剤；
を含み、前記ポリマー分散剤は、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック；
を含む、導電性コーティング。
（項目１９）
被膜形成樹脂をさらに含む、項目１８に記載の導電性コーティング。
（項目２０）
グラフェン状炭素粒子を溶剤中に分散させる方法であって、前記グラフェン状炭素粒子をポリマー分散剤の存在下に前記溶剤に混合する工程を含み、前記ポリマー分散剤が、
ａ）３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、ヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、デカン酸および／またはウンデカン酸を含むカルボン酸と反応したグリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物を含むアンカーブロック；および
ｂ）少なくとも１つの（メタ）アクリル酸アルキルエステルを含む少なくとも１つのテイルブロック、を含む方法。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１および図２は、それぞれ、グラフェン状炭素粒子の不均一分散体および均一分散体を示すＴＥＭ画像である。
【図２】図１および図２は、それぞれ、グラフェン状炭素粒子の不均一分散体および均一分散体を示すＴＥＭ画像である。
【０００７】
【図３】図３は、本発明の実施形態によるグラフェン状炭素粒子を含有するコーティングの電気伝導率特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態によれば、増加した電気伝導率のような望ましい特性を付与するためにポリマー分散剤を使用することによって、グラフェン状炭素粒子がインクおよびコーティングならびにその他の物質に分散される。本明細書において、グラフェン状炭素粒子がインクおよびコーティングに分散される実施形態が主に説明されているが、そのような分散体を有する他の種類の物質、例えば、バッテリ、キャパシタ、電気トレースなども本発明の範囲に含まれるものと理解すべきである。
【０００９】
本明細書において使用されている場合、「分散された」という用語は、グラフェン状炭素粒子が、該グラフェン状炭素粒子の実質的凝集なしに材料全体に分散されていることを意味する。凝集の存在は、ＴＥＭ顕微鏡画像の視覚分析のような標準方法によって確認しうる。図１および図２は、それぞれ、慣用的な自動車研磨樹脂およびマルチブロックコポリマー分散剤中の凝集グラフェン状炭素粒子および非凝集グラフェン状炭素粒子を示すＴＥＭ画像の例である。凝集は、標準粒度測定法、ならびにグラフェン状炭素粒子を含有する材料の電気伝導率の測定または光学特性（例えば、色、曇り度、漆黒度、反射率および透過率特性）の測定によって検出することもできる。
【００１０】
本明細書において使用されている場合、「導電性」という用語は、グラフェン状炭素粒子を含有するインクまたはコーティングに関する場合、インクまたはコーティングが少なくとも０．００１Ｓ／ｍの電気伝導率を有することを意味する。例えば、コーティングは、少なくとも０．０１Ｓ／ｍ、または少なくとも１０Ｓ／ｍの電気伝導率を有しうる。一般に、電気伝導率は、１００〜１００，０００Ｓ／ｍまたはそれを超過しうる。ある実施形態において、電気伝導率は、少なくとも１，０００Ｓ／ｍまたは少なくとも１０，０００Ｓ／ｍでありうる。例えば、電気伝導率は、少なくとも２０，０００Ｓ／ｍ、または少なくとも３０，０００Ｓ／ｍ、または少なくとも４０，０００Ｓ／ｍでありうる。
【００１１】
ある実施形態によれば、インクまたはコーティングは、グラフェン状炭素粒子を添加しない場合、顕著な電気伝導率を示さない。例えば、硬化または乾燥ポリマー樹脂は測定可能でない電気伝導率を有しうるが、グラフェン状炭素粒子を含有する本発明の硬化または乾燥ポリマー樹脂は、上記のような電気伝導率を示しうる。
【００１２】
ある実施形態において、グラフェン状炭素粒子は、被膜形成樹脂のようなマトリックス材料中に、該材料の全固形分に基づいて０．１〜９５重量パーセントの量で分散させうる。例えば、グラフェン状炭素粒子は、該材料の１〜９０重量パーセント、または５〜８５重量パーセントを占めうる。ある実施形態において、該マトリックス材料に含有されるグラフェン状炭素粒子の量は、比較的多くてもよく、例えば、４０または５０重量パーセントから最大９０または９５重量パーセントまでであってよい。例えば、グラフェン状炭素粒子は、６０〜８５重量パーセント、または７０〜８０重量パーセントを占めうる。ある実施形態において、インクまたはコーティングの電気伝導率特性は、グラフェン状炭素粒子の比較的少量の添加（例えば、５０重量パーセント未満、または３０重量パーセント未満）によって顕著に増加させうる。ある実施形態において、コーティングまたはその他の材料は、グラフェン状炭素粒子の比較的低い負荷量において、充分に高い電気伝導率を有する。例えば、上記電気伝導率は、２０または１５重量パーセント未満のグラフェン状炭素粒子負荷量において達成されうる。ある実施形態において、該グラフェン状炭素粒子負荷量は、１０もしくは８重量パーセント未満、または６もしくは５重量パーセント未満でありうる。例えば、単独では非導電性である被膜形成ポリマーまたは樹脂を含むコーティングの場合、３〜５重量パーセントのグラフェン状炭素粒子の分散体が、少なくとも０．１Ｓ／ｍ、例えば、または少なくとも１０Ｓ／ｍの電気伝導率を付与しうる。
【００１３】
組成物は、当分野で既知の種々の熱可塑性および／または熱硬化性組成物のいずれかを含むことができる。例えば、コーティング組成物は、下記から選択される被膜形成樹脂を含むことができる：エポキシ樹脂、アクリルポリマー、ポリエステルポリマー、ポリウレタンポリマー、ポリアミドポリマー、ポリエーテルポリマー、ビスフェノールＡ系エポキシポリマー、ポリシロキサンポリマー、スチレン、エチレン、ブチレン、それらのコポリマー、およびそれらの混合物。一般に、これらのポリマーは、当業者に公知の任意方の法によって作製されるこれらの種類の任意のポリマーであることができる。そのようなポリマーは、溶剤型、水溶性または水分散性、乳化性、または限定的水溶性でありうる。さらに、該ポリマーは、ゾル−ゲル系において提供しうるか、コア−シェルポリマー系において提供しうるか、または粉末形態において提供しうる。ある実施形態において、該ポリマーは、水および／または有機溶剤を含有する連続相中の分散体、例えば、エマルジョンポリマーまたは非水性分散体である。
【００１４】
本発明のある実施形態によるコーティングまたはその他の材料は、樹脂およびグラフェン状炭素粒子成分に加えて、コーティングまたはインク組成物に慣用的に添加される付加的成分、例えば、クロスリンカー、顔料、ティント剤、流動助剤、消泡剤、分散剤、溶剤、ＵＶ吸収剤、触媒および界面活性剤を含有しうる。
【００１５】
熱硬化性または硬化性コーティング組成物は、一般に、自己とまたは架橋剤と反応性の官能基を有する被膜形成ポリマーまたは樹脂を含む。被膜形成樹脂上の官能基は、例えば下記を包含する種々の反応性官能基のいずれかから選択しうる：カルボン酸基、アミン基、エポキシド基、ヒドロキシル基、チオール基、カルバメート基、アミド基、尿素基、イソシアネート基（ブロック化イソシアネート基およびトリス−アルキルカルバモイルトリアジンを包含する）、メルカプタン基、スチレン基、無水物基、アセトアセテートアクリレート、ウレチジオン、およびそれらの組合せ。
【００１６】
熱硬化性コーティング組成物は、一般に、例えば下記から選択しうる架橋剤を含む：アミノプラスト、ポリイソシアネート（ブロック化イソシアネートを包含する）、ポリエポキシド、ベータ−ヒドロキシアルキルアミド、ポリ酸、無水物、有機金属酸官能性材料、ポリアミン、ポリアミド、および任意の前述のものの混合物。好適なポリイソシアネートは、多官能性イソシアネートを包含する。多官能性ポリイソシアネートの例は、脂肪族ジイソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートおよびイソホロンジイソシアネート、ならびに芳香族ジイソシアネート、例えば、トルエンジイソシアネートおよび４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを包含する。ポリイソシアネートは、ブロック型または非ブロック型でありうる。他の好適なポリイソシアネートの例は、イソシアヌレートトリマー、アロファネート、およびジイソシアネートのウレトジオンを包含する。市販ポリイソシアネートの例は、Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されているＤＥＳＭＯＤＵＲ  Ｎ３３９０、およびＲｈｏｄｉａ  Ｉｎｃ．により販売されているＴＯＬＯＮＡＴＥ  ＨＤＴ９０を包含する。好適なアミノプラストは、アミンおよびまたはアミドとアルデヒドとの縮合物を包含する。例えば、メラミンとホルムアルデヒドとの縮合物は、好適なアミノプラストである。好適なアミノプラストは当分野において周知である。好適なアミノプラストは、例えば、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第６，３１６，１１９号、第５欄、第４５行〜第５５行に開示されている。ある実施形態において、樹脂は自己架橋性であることができる。自己架橋性とは、樹脂が、自己と反応することができる官能基、例えばアルコキシシラン基を含有することを意味するか、または反応生成物が共反応性である官能基、例えばヒドロキシル基およびブロック化イソシアネート基を含有することを意味する。
【００１７】
硬化コーティングの乾燥被膜厚さは、一般に、０．５ミクロン未満〜１００ミクロンまたはそれを超え、例えば、１〜５０ミクロンでありうる。特定の例として、硬化コーティング厚さは１〜１５ミクロンでありうる。しかし、顕著により厚いコーティング厚さ、および非コーティング材料に関して顕著により大きい材料寸法が、本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
本明細書において使用されている場合、「グラフェン状炭素粒子」という用語は、ハニカム結晶格子に高密度充填されているｓｐ２結合炭素原子の１原子厚平面シートの１つまたはそれを超える層を含む構造を有する炭素粒子を意味する。積み重ねられた層の平均の数は、１００未満、例えば５０未満でありうる。ある実施形態において、積み重ねられた層の平均の数は、３０またはそれ未満、例えば、２０またはそれ未満、１０またはそれ未満、または、ある場合には５またはそれ未満である。グラフェン状炭素粒子は実質的に平坦でありうるが、平面シートの少なくとも一部は実質的に湾曲しているか、丸まっているか、しわが寄っているか、または歪んでいる場合もある。
【００１９】
本発明の組成物に分散されるグラフェン状炭素粒子は、熱処理によって作製しうる。本発明の実施形態によれば、熱的生成グラフェン状炭素粒子は、プラズマのような熱ゾーンにおいて高温に加熱された炭素含有前駆材料から作製される。下記にさらに詳しく説明されるように、炭素含有前駆材料は、上記のような特性を有するグラフェン状炭素粒子を生成するために、充分に高い温度、例えば３，５００℃より高い温度に加熱される。炭素含有前駆材料、例えば、気体または液体形態で供給される炭化水素が熱ゾーンで加熱されて、該熱ゾーンまたはその下流においてグラフェン状炭素粒子が生成される。例えば、熱的生成グラフェン状炭素粒子は、米国特許第８，４８６，３６３号および第８，４８６，３６４号に開示されているシステムおよび方法によって作製しうる。
【００２０】
ある実施形態において、熱的生成グラフェン状炭素粒子は、米国特許第８，４８６，３６３号の［００２２］〜［００４８］に記載されている装置および方法を使用して、下記のように作製しうる：（ｉ）２炭素フラグメント種を形成することができる１つまたはそれを超える炭化水素前駆材料（例えば、ｎ−プロパノール、エタン、エチレン、アセチレン、ビニルクロリド、１，２−ジクロロエタン、アリルアルコール、プロピオンアルデヒド、および／またはビニルブロミド）を、熱ゾーン（例えばプラズマ）に導入し、（ｉｉ）該炭化水素を該熱ゾーンで加熱して、グラフェン状炭素粒子を形成する。他の実施形態において、熱的生成グラフェン状炭素粒子は、米国特許第８，４８６，３６４号の［００１５］〜［００４２］に記載されている装置および方法を使用して、下記のように作製しうる：（ｉ）メタン前駆材料（例えば、少なくとも５０パーセントのメタン、または、ある場合には、少なくとも９５もしくは９９パーセントの純度またはそれより高い純度の気体または液体メタンを含む材料）を、熱ゾーン（例えばプラズマ）に導入し、（ｉｉ）該メタン前駆材料を該熱ゾーンで加熱して、グラフェン状炭素粒子を形成する。そのような方法は、上記特性の少なくともいくつか、ある場合には全てを有するグラフェン状炭素粒子を生成することができる。
【００２１】
上記の熱的生成法によるグラフェン状炭素粒子の生成の間に、炭素含有前駆物質が、不活性担体ガスと接触していてもいい供給材料として供給される。炭素含有前駆材料は、熱ゾーンにおいて、例えば、プラズマ系によって、加熱しうる。ある実施形態において、前駆材料は、少なくとも３，５００℃の温度、例えば、３，５００℃または４，０００℃より高い温度から最大１０，０００℃または２０，０００℃まで加熱される。熱ゾーンはプラズマ系によって発生させうるが、任意の他の好適な加熱系、例えば、電気加熱管状炉などを包含する種々のタイプの炉を、熱ゾーンの形成に使用しうるものと理解すべきである。
【００２２】
気体流れを、少なくとも１つのクエンチ流れ噴射口を経てプラズマ室に噴射される１つまたはそれを超えるクエンチ流れと接触させうる。クエンチ流れは、気体流れを冷却して、グラフェン状炭素粒子の形成を促進するか、またはその粒度もしくはモルフォロジーを制御しうる。本発明のある実施形態において、気体生成物流れをクエンチ流れと接触させた後に、超微細粒子を収束部材に通過させうる。グラフェン状炭素粒子がプラズマ系から出た後に、それらを収集しうる。任意の好適手段、例えば、バッグフィルタ、サイクロンセパレータ、または基材への沈着を使用して、グラフェン状炭素粒子をガス流れから分離しうる。
【００２３】
ある実施形態において、グラフェン状炭素粒子を、市販源、例えば、Ａｎｇｓｔｒｏｎ，ＸＧ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓなどから得ることができる。そのような実施形態において、市販グラフェン状炭素粒子は、剥離グラファイトを含む場合があり、熱的生成グラフェン状炭素粒子と比較して異なる特性、例えば、異なるサイズ分布、厚さ、アスペクト比、構造モロフォロジー、酸素含有量、および基底面／端部における化学官能性を有しうる。
【００２４】
ある実施形態において、種々のタイプのグラフェン状炭素粒子を、組成物中に分散させうる。例えば、本発明の実施形態に従って、熱的生成グラフェン状炭素粒子を市販のグラフェン状炭素粒子と組み合わせた場合に、グラフェン状炭素粒子特性の２モード分布、３モード分布などを達成しうる。組成物に含有されるグラフェン状炭素粒子は、多モードの粒度分布、アスペクト比分布、構造モルフォロジー、端部官能性差、酸素含有量などを有しうる。
【００２５】
熱的生成グラフェン状炭素粒子、および例えば剥離グラファイト由来の市販グラフェン状炭素粒子の両方を、コーティング組成物に添加して、２モードのグラフェン状炭素粒子粒度分布を生じさせる本発明の実施形態において、異なるタイプのグラフェン状炭素粒子の相対量を調節して、コーティングの所望の電気導電率特性を生じさせる。例えば、熱的生成グラフェン状粒子は、グラフェン状炭素粒子の全重量に基づいて１〜５０重量パーセントを占めることができ、市販グラフェン状炭素粒子は５０〜９９重量パーセントを占めることができる。ある実施形態において、熱的生成グラフェン状炭素粒子は、２〜２０重量パーセント、または５〜１０もしくは１２重量パーセントを占めることができる。
【００２６】
ある実施形態において、本発明の分散体を使用して製造されたコーティング組成物またはその他の材料は、ある種の成分、例えば、ポリアルキレンイミン、グラファイトまたはその他の成分を実質的に含有しない。例えば、「ポリアルキレンイミンを実質的に含有しない」という用語は、ポリアルキレンイミンが、意図的に添加されていないか、または不純物として、もしくは微量（例えば、１重量パーセント未満または０．１重量パーセント未満）で、存在することを意味する。「グラファイトを実質的に含有しない」という用語は、グラファイトが、意図的に添加されていないか、または不純物として、もしくは微量（例えば、１重量パーセント未満または０．１重量パーセント未満）で、存在することを意味する。ある実施形態において、少量のグラファイトが物質中に存在しうる（例えば、材料の５重量パーセント未満または１重量パーセント未満）。グラファイトが存在する場合、それは、一般に、グラフェン状炭素粒子より少ない量であり、例えば、グラファイトおよびグラフェン状炭素粒子の合計重量に基づいて３０重量パーセント未満、例えば２０または１０重量パーセント未満である。
【００２７】
ある実施形態において、本発明の組成物は、下記を含む分散体から調製される：（ａ）上記のいずれかのようなグラフェン状炭素粒子、（ｂ）担体（水、少なくとも１つの有機溶剤、または水と少なくとも１つの有機溶剤との組合せから選択しうる）、（ｃ）ポリマー分散剤、例えば、下記に一般的に説明されるコポリマー、および任意選択で（ｄ）上記のような少なくとも１つの樹脂、またはその他の添加剤。
【００２８】
本発明のある組成物は、ポリマー分散剤を含む。ある実施形態において、そのようなポリマー分散剤は、下記を含むトリブロックコポリマーを含む：（ｉ）第一セグメントであって、グラフェン状炭素親和性基、例えば疎水性芳香族基を含む第一セグメント、（ｉｉ）第二セグメントであって、極性基、例えば、ヒドロキシル基、アミン基、エーテル基および／または酸基を含む第二セグメント、および（ｉｉｉ）第一セグメントおよび第二セグメントと異なる第三セグメントであって、例えば、実質的に非極性、すなわち極性基を実質的に含有しない第三セグメント。本明細書において使用されている場合、ポリマーセグメント中の基の非存在に関して使用される場合の「実質的に含有しない」という用語は、第三セグメントを形成するために使用されているモノマーの５重量％以下が極性基を含むことを意味する。
【００２９】
好適なポリマー分散剤は、原子移動ラジカル重合から生成されるアクリルコポリマーを含む。ある実施形態において、そのようなコポリマーは１，０００〜２０，０００の重量平均分子量を有する。
【００３０】
ある実施形態において、ポリマー顔料分散剤は、下記の一般式（Ｉ）で示されるポリマー鎖構造を有する：
【化１】
0006444409.tif 000002
［式中、Ｇは、少なくとも１つのラジカル重合性エチレン性不飽和モノマーの残基であり；ＷおよびＹは、少なくとも１つのラジカル重合性エチレン性不飽和モノマーの残基であり、ＷおよびＹは互いに異なり；Ｙは任意選択であり；Фは、開始剤の、または開始剤から誘導される、疎水性残基であり、ラジカル移動性基を含有せず；Ｔは、開始剤のラジカル移動性基であるか、または該ラジカル移動性基から誘導され；ｐ、ｑおよびｓは、残基のブロックに存在する残基の平均数を表し；ｐ、ｑおよびｓは、それぞれ個々に、ポリマー分散剤が少なくとも２５０の数平均分子量を有するように選択される］。
【００３１】
ポリマー分散剤は、ヘッドおよびテイル構造を有する、すなわちポリマーヘッド部分およびポリマーテイル部分を有すると一般に記述しうる。ポリマーテイル部分は、親水性部分および疎水性部分を、特にその末端において、有しうる。いずれかの理論に縛られることを意図するものではないが、ポリマー分散剤のポリマーヘッド部分は、グラフェン状炭素粒子と会合することができ、一方、ポリマーテイル部分は、グラフェン状炭素粒子を分散させるのを助け、インク組成物またはコーティング組成物の他の成分と会合することができると考えられる。本明細書で使用する場合、「疎水性」および「親水性」という用語は、互いに相対的である。
【００３２】
ある実施形態において、ポリマー分散剤は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって調製される。ＡＴＲＰ処理は、一般に下記を含むと記述することができる：１つまたはそれを超えるラジカル重合性モノマーを、開始系の存在下に重合させる；ポリマーを形成する；形成されたポリマーを分離する。ある実施形態において、開始系は下記を含む：単一のラジカル移動性原子または基を有するモノマー開始剤；該開始剤との可逆性レドックスサイクルに参加する遷移金属化合物、すなわち触媒；および該遷移金属化合物に配位する配位子。ＡＴＲＰ処理は、国際特許出願公開第ＷＯ９８／４０４１５号および米国特許第５，８０７，９３７号、第５，７６３，５４８号および第５，７８９，４８７号にさらに詳しく記載されている。
【００３３】
ポリマー分散剤のＡＴＲＰ製法に使用しうる触媒は、開始剤および生長ポリマー鎖とのレドックスサイクルに参加することができる任意の遷移金属化合物を包含する。遷移金属化合物はポリマー鎖との直接的炭素−金属結合を形成しないことが好ましい場合がある。本発明に有用な遷移金属触媒は、下記の一般式（ＩＩ）で表されうる：
【化２】
0006444409.tif 000003
［式中、Ｍは、遷移金属であり；ｎは、０〜７の値を有する遷移金属上の形式電荷であり；Ｘは、対イオンまたは共有結合成分である］。
遷移金属Ｍの例は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、ＮｂおよびＺｎを包含するが、それらに限定されない。Ｘの例は、ハライド、ヒドロキシ、酸素、Ｃ１−Ｃ６−アルコキシ、シアノ、シアナト、チオシアナトおよびアジドを包含するが、それらに限定されない。１つの特定の例において、遷移金属はＣｕ（Ｉ）であり、Ｘはハライド、例えば塩化物である。したがって、１つの特定のクラスの遷移金属触媒は、ハロゲン化銅、例えばＣｕ（Ｉ）Ｃｌである。ある実施形態において、遷移金属触媒は、少量の、例えば１モルパーセントのレドックスコンジュゲート、例えば、Ｃｕ（Ｉ）Ｃｌが使用された場合のＣｕ（ＩＩ）Ｃｌ２を含有しうる。ポリマー分散剤の調製に有用な付加的触媒は、米国特許第５，８０７，９３７号の第１８欄、第２９行〜第５６行に記載されている。レドックスコンジュゲートは、米国特許第５，８０７，９３７号の第１１欄、第１行〜第１３欄、第３８行にさらに詳細に記載されている。
【００３４】
ポリマー分散剤のＡＴＲＰ製法に使用しうる配位子は、下記を包含するが、それらに限定されない：例えばσおよび／またはπ結合によって、遷移金属触媒化合物に配位することができる１つまたはそれを超える窒素、酸素、リンおよび／または硫黄原子を有する化合物。有用な配位子のクラスは、下記を包含するが、それらに限定されない：非置換および置換ピリジンおよびビピリジン；ポルフィリン；クリプタンド；クラウンエーテル、例えば、１８−クラウン−６；ポリアミン、例えば、エチレンジアミン；グリコール、例えばアルキレングリコール、例えばエチレングリコール；一酸化炭素；および配位性モノマー、例えば、スチレン、アクリロニトリルおよびヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート。本明細書において使用されている場合、「（メタ）アクリレート」という用語および類似の用語は、アクリレート、メタアクリレート、およびアクリレートとメタアクリレートとの混合物を意味する。１つの特定のクラスの配位子は、置換ビピリジン、例えば、４，４’−ジアルキル−ビピリジルである。ポリマー分散剤の調製に使用しうるさらなる配位子は、米国特許第５，８０７，９３７号の第１８欄、第５７行〜第２１欄、第４３行に記載されている。
【００３５】
ポリマー分散剤のＡＴＲＰ製法に使用しうるモノマー開始剤のクラスは、下記を包含するが、それらに限定されない：脂肪族化合物、脂環式化合物、芳香族化合物、多環式芳香族化合物、複素環式化合物、スルホニル化合物、スルフェニル化合物、カルボン酸のエステル、ニトライト、ケトン、ホスホネートおよびそれらの混合物（それぞれ、ラジカル移動性基、好ましくは単一のラジカル移動性基を有する）。モノマー開始剤のラジカル移動性基は、例えば、シアノ、シアナト、チオシアナト、アジドおよびハライド基から選択しうる。モノマー開始剤は、官能基、例えば、グリシジル基のようなオキシラニル（ｏｘｙｒａｎｙｌ）基で置換されてもよい。付加的な有用開始剤は、米国特許第５，８０７，９３７号の第１７欄、第４行〜第１８欄、第２８行に記載されている。
【００３６】
ある実施形態において、モノマー開始剤は下記から選択される：１−ハロ−２，３−エポキシプロパン、ｐ−トルエンスルホニルハライド、ｐ−トルエンスルフェニルハライド、アルファ−ハロ−Ｃ２−Ｃ６−カルボン酸のＣ６−Ｃ２０−アルキルエステル、ハロメチルベンゼン、（１−ハロエチル）ベンゼン、ハロメチルナフタレン、ハロメチルアントラセンおよびそれらの混合物。アルファ−ハロ−Ｃ２−Ｃ６−カルボン酸のＣ２−Ｃ６−アルキルエステルの例は、下記を包含する：ヘキシルアルファ−ブロモプロピオネート、２−エチルヘキシルアルファ−ブロモプロピオネート、２−エチルヘキシルアルファ−ブロモヘキシオネート（ｂｒｏｍｏｈｅｘｉｏｎａｔｅ）、およびイコサニルアルファ−ブロモプロピオネート。本明細書において使用されている場合、「モノマー開始剤」という用語は、ポリマー開始剤、例えば、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリエステルおよびラジカル移動性基を有するアクリルポリマーと区別可能に意味付けられている。
【００３７】
ＡＴＲＰ製法において、ポリマー分散剤ならびにモノマー開始剤、遷移金属化合物および配位子の量および相対比率は、ＡＴＲＰが最も効率的に行われるものでありうる。使用される開始剤の量は広範囲に変化することができ、一般に、反応媒体中に１０−４モル／リットル（Ｍ）〜３Ｍ、例えば１０−３Ｍ〜１０−１Ｍの濃度で存在する。ポリマー分散剤の分子量は、開始剤およびモノマーの相対濃度に直接的に関係しうるので、開始剤とモノマーとのモル比は、ポリマー調製における重要な要素である。開始剤とモノマーとのモル比は、一般に、１０−４：１〜０．５：１、例えば、１０−３：１〜５ｘ１０−２：１の範囲内である。
【００３８】
ＡＴＲＰ法によるポリマー分散剤の調製において、遷移金属化合物と開始剤とのモル比は、一般に、１０−４：１〜１０：１、例えば、０．１：１〜５：１の範囲内である。配位子と遷移金属化合物とのモル比は、一般に、０．１：１〜１００：１、例えば、０．２：１〜１０：１の範囲内である。
【００３９】
ポリマー分散剤は、溶剤の非存在下において、すなわちバルク重合処理によって、調製しうる。多くの場合、ポリマー分散剤は、溶剤、一般に水および／または有機溶剤の存在下に、調製される。有用な有機溶剤のクラスは、下記を包含するが、それらに限定されない：カルボン酸のエステル、エーテル、環状エーテル、Ｃ５−Ｃ１０アルカン、Ｃ５−Ｃ８シクロアルカン、芳香族炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素溶剤、アミド、ニトライト、スルホキシド、スルホン、およびそれらの混合物。超臨界溶剤、例えば、ＣＯ２、Ｃ１−Ｃ４アルカンおよびフルオロカーボンも使用しうる。溶剤の１つのクラスは、芳香族炭化水素溶剤、例えば、キシレン、トルエン、および混合芳香族溶剤、例えば、Ｅｘｘｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＡｍｅｒｉｃａによってＳＯＬＶＥＳＳＯの商標で市販されている混合芳香族溶剤である。さらなる溶剤は、米国特許第５，８０７，９３７号の第２１欄、第４４行〜第２２欄、第５４行にさらに詳しく記載されている。
【００４０】
ポリマー分散剤のＡＴＲＰ製法は、一般に、２５℃〜１４０℃、例えば５０℃〜１００℃の範囲内の反応温度、および１〜１００気圧の範囲内の圧力、通常は周囲圧力で行われる。
【００４１】
ＡＴＲＰ遷移金属触媒およびその会合配位子は一般に、本発明のポリマー分散剤中におけるその使用前に、ポリマー分散剤から分離または除去される。ＡＴＲＰ触媒の除去は、公知の方法（例えば、ポリマー分散剤、溶剤および触媒の混合物に、触媒結合剤を添加し、次に、濾過することを含む）を使用して行うことができる。好適な触媒結合剤の例は、例えば、アルミナ、シリカ、クレイまたはそれらの組合せを包含する。ポリマー分散剤、溶剤およびＡＴＲＰ触媒の混合物を、触媒結合剤の床に通すことができる。または、ＡＴＲＰ触媒を系中で酸化させることもでき、触媒の酸化残留物はポリマー分散剤に保持される。
【００４２】
一般式（Ｉ）に関して、Ｇは、少なくとも１つのラジカル重合性エチレン性不飽和モノマー（例えば、芳香族カルボン酸または多環式芳香族カルボン酸でありうるカルボン酸と反応したオキシラン官能性モノマーから選択されるモノマー）の残基でありうる。
【００４３】
カルボン酸と反応したオキシラン官能性モノマーまたはその残基は、例えば、下記から選択しうる：グリシジル（メタ）アクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物。オキシラン官能性モノマーまたはその残基と反応しうるカルボン酸の例は、ナフトエ（ｎａｐｔｈｏｉｃ）酸、ヒドロキシナフトエ（ｎａｐｔｈｏｉｃ）酸、パラ−ニトロ安息香酸およびそれらの混合物を包含するが、それらに限定されない。
【００４４】
さらに一般式（Ｉ）に関して、ある実施形態において、ＷおよびＹはそれぞれ独立に、下記を包含するがそれらに限定されないものの残基でありうる：メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、３，３，５−トリメチルシクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソカン（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、メトキシポリ（エチレングリコール）モノ（メタ）アクリレート、ポリ（エチレングリコール）モノ（メタ）アクリレート、メトキシポリ（プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレート、ポリ（プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレート、メトキシコポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレート、コポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール）モノ（メタ）アクリレート。
【００４５】
一般式（Ｉ）において、ある実施形態において、ＷおよびＹはそれぞれ独立に、下記のような１個より多い（メタ）アクリロイル基を有するモノマーの残基でありうる：（メタ）アクリル酸無水物、ジエチレングリコールビス（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、４，４’−イソプロピリデンジフェノールビス（メタ）アクリレート（ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート）、アルコキシル化４，４’−イソプロピリデンジフェノールビス（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリス（メタ）アクリレート、アルコキシル化トリメチロールプロパントリス（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、およびコポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール）ジ（メタ）アクリレート。
【００４６】
数値ｐ、ｑおよびｓはそれぞれ、Ｇ残基（ＧブロックまたはＧセグメント）、Ｗ残基（ＷブロックまたはＷセグメント）およびＹ残基（ＹブロックＧまたはＹセグメント）のブロックまたはセグメントごとにそれぞれ存在するＧ、ＷおよびＹ残基の平均合計数を表す。１つより多いタイプまたは種のモノマー残基を含有する場合、ＷブロックおよびＹブロックはそれぞれ、ランダムブロック（例えば、ジブロックおよびトリブロック）、交互構造および勾配構造のうち少なくとも１つを有しうる。勾配構造は、ポリマー主鎖に沿って体系的かつ予測可能な様式で段階的に変化する種々のモノマー残基の配列を意味する。例示のために、６残基のブチルメタクリレート（ＢＭＡ）および６残基のヒドロキシプロピルメタクリレート（ＨＰＭＡ）を含有するＷブロック（この場合、ｑは１２である）は、米国特許第６，６４２，３０１号の第１０欄、第５行〜第２５行に記載されているように、ジブロック、テトラブロック、交互および勾配構造を有しうる。ある実施形態において、Ｇブロックは、芳香族カルボン酸（例えば、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ（ｎａｐｔｈｏｉｃ）酸）と反応した約５〜１５残基のグリシジル（メタ）アクリレートを含有することができ、Ｗブロックは約２０〜３０のＢＭＡおよびＨＰＭＡ残基のランダムブロックであることができ、Ｙブロックは約５〜１５のブチルアクリレート（ＢＡ）残基の均一ブロックであることができる。
【００４７】
モノマー残基がポリマー分散剤のポリマー主鎖に沿って存在する順序は、一般に、制御ラジカル重合が行われる容器に、対応するモノマーが供給される順序によって決まる。例えば、ポリマー分散剤のＧブロックにおける残基として組み込まれるモノマーは、一般に、Ｗブロックにおける残基として組み込まれるモノマーより先に反応器に供給され、次に、Ｙブロックの残基が供給される。
【００４８】
ＷブロックおよびＹブロックの形成の間に、１つより多いモノマーが反応器に同時に供給される場合、該モノマーの相対反応性が、一般に、該モノマーがリビングポリマー鎖に組み込まれる順序を決める。ＷブロックおよびＹブロック内のモノマー残基の勾配配列は、制御ラジカル重合によって、および、特にＡＴＲＰ法によって、（ａ）重合の経過中に、反応媒体に供給されるモノマーの比率を変化させるか、（ｂ）異なる重合速度を有するモノマーを含有するモノマー供給原料を使用するか、または（ｃ）（ａ）と（ｂ）の組合せによって、調製することができる。勾配構造を有するコポリマーは、米国特許第５，８０７，９３７号の第２９欄、第２９行〜第３１欄、第３５行にさらに詳しく記載されている。
【００４９】
ある実施形態において、一般式（Ｉ）の添字ｑおよびｓはそれぞれ、少なくとも１、例えば少なくとも５の値を有する。さらに、一般式（Ｉ）の添字ｓは、多くの場合、３００未満、例えば、１００未満または５０未満（例えば２０またはそれ未満）の値を有する。添字ｑおよびｓの値は、これらの値の任意の組合せの間の範囲（列挙した値を含む）にわたることができ、例えば、ｓは１〜１００の数値であることができる。添字ｐは、少なくとも１、例えば少なくとも５の値を有しうる。添字ｐもまた、多くの場合、３００未満、例えば、１００未満または５０未満（例えば２０またはそれ未満）の値を有する。添字ｐの値は、これらの値の任意の組合せの間の範囲（列挙した値を含む）にわたることができ、例えば、ｐは５０までの数値であることができる。ポリマー分散剤は、多くの場合、２５０〜４０，０００、例えば、１０００〜３０，０００または２０００〜２０，０００の数平均分子量（Ｍｎ）を有する（ポリスチレン標準を使用するゲル浸透クロマトグラフィーにより測定した場合）。
【００５０】
一般式（Ｉ）の記号Фは、制御ラジカル重合によるポリマー分散剤の調製に使用される開始剤の残基であるかまたは該残基から誘導され、開始剤のラジカル移動性基を含有しない。例えば、ポリマー分散剤がトルエンスルホニルクロリドの存在下に開始される場合、記号Ф、より具体的にはФ−は、残基
【化３】
0006444409.tif 000004
である。
記号Фは、開始剤の残基の誘導体も表しうる。
【００５１】
一般式（Ｉ）において、Ｔは、ＡＴＲＰ開始剤のラジカル移動性基であるか、または該ラジカル移動性基から誘導される。ラジカル移動性基の残基は、（ａ）ポリマー分散剤上に残されてもよく、（ｂ）除去されてもよく、または（ｃ）別の部分（ｍｏｉｅｔｙ）に化学的に変換されてもよい。ラジカル移動性基は、求核性化合物、例えば、アルカリ金属アルコキシレートでの置換によって除去しうる。ラジカル移動性基の残基が、例えばシアノ基（−ＣＮ）である場合、それは当分野で公知の方法によってアミド基またはカルボン酸基に変換することができる。
【００５２】
ポリマー分散剤は一般に、上記のグラフェン状炭素粒子分散体中に、少なくとも０．１重量パーセント、例えば少なくとも０．５重量パーセント、またはある場合には少なくとも１重量パーセントの量（グラフェン状炭素粒子分散体の合計重量に基づく）で存在する。ポリマー分散剤は、一般に、グラフェン状炭素粒子分散体中に、７５重量パーセント未満、または５０重量パーセント未満の量（グラフェン状炭素粒子分散体の合計重量に基づく）で存在しうる。ある実施形態において、ポリマー分散剤は、グラフェン状炭素粒子分散体中に、３０重量パーセント未満、または１５重量パーセント未満の量（グラフェン状炭素粒子分散体の合計重量に基づく）で存在しうる。
【００５３】
グラフェン状炭素粒子分散体は、多くの場合、少なくとも水および／または少なくとも１つの有機溶剤も含む。存在しうる有機溶剤のクラスは、下記を包含するが、それらに限定されない：キシレン、トルエン、アルコール、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イソ−ブチルアルコール、フルフリルアルコールおよびテトラヒドロフルフリルアルコール；ケトンまたはケトアルコール、例えば、アセトン、メチルエチルケトンおよびジアセトンアルコール；エーテル、例えば、ジメチルエーテルおよびメチルエチルエーテル；環状エーテル、例えば、テトラヒドロフランおよびジオキサン；エステル、例えば、エチルアセテート、エチルラクテート、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネート；多価アルコール、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセロール、２−メチル−２，４−ペンタンジオールおよび１，２，６−ヘキサントリオール；アルキレングリコールのヒドロキシ官能性エーテル、例えば、ブチル２−ヒドロキシエチルエーテル、ヘキシル２−ヒドロキシエチルエーテル、メチル２−ヒドロキシプロピルエーテルおよびフェニル２−ヒドロキシプロピルエーテル；窒素含有環式化合物、例えば、ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンおよび１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン；および硫黄含有化合物、例えば、チオグリコール、ジメチルスルホキシドおよびテトラメチレンスルホン。溶剤が水を含む場合、それは、単独で、またはプロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）、エタノールなどのような有機溶剤と組み合わせて、使用することができる。
【００５４】
グラフェン状炭素粒子分散体は、当業者に公知の方法によって調製しうる。そのような公知の方法は、一般に、エネルギー集約的な混合または摩砕手段、例えば、ボールミルまたはメディアミル（例えばサンドミル）の使用を含む。
【００５５】
グラフェン状炭素粒子は、被膜形成樹脂、および組成物の他の成分と混合しうる。例えば、２液型コーティング系の場合、グラフェン状炭素粒子をＡ液および／またはＢ液に分散させることができる。ある実施形態において、種々の混合法、例えば、音波処理、高速混合、メディアミリングなどによって、グラフェン状炭素粒子をＡ液に分散させる。ある実施形態において、高エネルギー法および／または高剪断法、例えば、音波処理、３ロールミリング、ボールミリング、アトライタミリング、ロータ／ステータミキサなどを使用して、グラフェン状炭素粒子をコーティング組成物に混合しうる。
【００５６】
下記の実施例は、本発明の種々の態様を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００５７】
実施例１
表１に記載されている組成物Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、各７０ｇを、８オンスのガラスジャーに、２２０ｇのＳＥＰＲ  Ｅｒｍｉｌ  １．０〜１．２５ｍｍミリングメディアと共に添加することによって分散させた。Ｌａｕ分散機（Ｍｏｄｅｌ  ＤＡＳ  ２００，Ｌａｕ，ＧｍｂＨ）を使用して、該ジャー中の試料を４時間振とうした。次に、ミリングメディアを濾過によって分散体から除去した。表１に記載されている組成物Ｅ、ＦおよびＧを、バスソニケータ中で２時間音波処理することによって、全固形分に基づき１２．５重量パーセントで、（Ｅ）ｎ−メチル−２−ピロリドン、（Ｆ）メチルエーテルプロピレングリコール（Ｄｏｗａｎｏｌ  ＰＭ  Ａｃｅｔａｔｅ，  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、および（Ｇ）ｎ，ｎ−ジメチルアセトイミドに分散させた。
【表１】
0006444409.tif 000005
１  ＵＳ２００８／０１８８６１０に開示されている通りの４３重量％ｎ−ブチルアセテートおよび５７重量％ブロックコポリマー。
２  ＸＧ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓからの剥離グラフェン状炭素粒子。
３  米国特許第８，４８６，３６４号に開示されている方法に従って製造され、２８０ｍ２／ｇの測定ＢＥＴ表面積を有する、熱的生成グラフェン状炭素。
実施例２
【００５８】
実施例１からの分散配合物（試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆおよび１Ｇ）を、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な市販溶剤型ブラックベースコートに、全固形分ベースで２．３６％のグラフェン状炭素粒子を各ベースコート配合物が含有するレベルで添加して、試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆおよび２Ｇをそれぞれ得た。各塗料配合物において、グラフェン状炭素が、同重量の、この溶剤型黒色ベースコートに通常含有される黒色顔料と置き換わった。試料２Ｅ、２Ｆおよび２Ｇはザラザラしており、溶剤中のグラフェン状炭素粒子の音波処理から生じる劣った分散を示した。
実施例３
【００５９】
実施例２の試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、ｎ−ブチルアセテートで吹付粘度に減少させ、次に、電着塗装４ｘ１２インチ鋼板に吹き付けた。これらの鋼板は標準的な環境フラッシュを受け、次に、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．から入手可能な市販カルバメートクリアコートでクリア塗装し、オーブンで硬化させて、試料３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄを製造した。
【００６０】
試料３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄ中のグラフェン状炭素粒子の分散の良好度を定量化するために、各鋼板の色を、ＢＹＫｍａｃマルチアングル分光光度計（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ）で測定し、１１０°角度色データを使用して漆黒度を算出した。漆黒度は、下記の式を使用して算出した：
漆黒度＝［ｌｏｇ１０（Ｘｎ／Ｘ）＋ｌｏｇ１０（Ｙｎ／Ｙ）−ｌｏｇ１０（Ｚｎ／Ｚ）］（Ｋ．Ｌｉｐｐｏｋ−Ｌｏｈｍｅｒ，「Ｐｒａｘｉｓｎａｈｅ  Ｓｃｈａｒｚｍｅｓｓｕｎｇｅｎ」，Ｆａｒｂｅ＋Ｌａｃｋ，９２（１９８６）１０２４−１０２９からの式１２）。
グラフェン状炭素粒子が塗料被膜に十分に分散している場合、生じる光散乱は減少し、これは、より大きい漆黒度値を生じる。
【００６１】
得られた試験データが表２に示されている。各タイプのグラフェン状炭素粒子について、漆黒度の増加によって示されるように、粒子の分散がトリブロックコポリマー分散剤を使用することによって改善した。音波処理分散体からの塗料（実施例２Ｅ、２Ｆおよび２Ｇ）は吹き付けしなかったが、これらの塗料におけるグラフェン状炭素粒子の凝集状態により、極めて劣る（低い）漆黒度を必然的に示したであろうと考えられる。トリブロックコポリマー分散剤の使用は、従来の溶剤音波処理法および従来の摩砕樹脂法と比較して、グラフェン状炭素粒子の分散の顕著な改善を生じる。
【表２】
0006444409.tif 000006
実施例４
【００６２】
表３に記載されている組成物は、各７０ｇを、８オンスのガラスジャーに、２２０ｇのＳＥＰＲ  Ｅｒｍｉｌ  １．０〜１．２５ｍｍミリングメディアと共に添加することによって分散させた。Ｌａｕ分散機（Ｍｏｄｅｌ  ＤＡＳ  ２００，Ｌａｕ，ＧｍｂＨ）を使用して、該ジャー中の試料を４時間振とうした。次に、ミリングメディアを濾過によって分散体から除去した。試料４Ｊ、４Ｋおよび４Ｌを、それぞれ、試料４Ａと４Ｅ、試料４Ｂと４Ｇ、および試料４Ｃと４Ｉを混合することによって作製して、２つのタイプのグラフェン状炭素粒子を含有する組成物を形成し、ここで、全グラフェン状炭素の９２重量％は、ＸＧ  ＳｃｉｅｎｃｅｓからのｘＧｎＰ  Ｍ−２５から成り、全グラフェン状炭素の８重量％は、米国特許第８，４８６，３６４号に開示されている方法に従って製造され、２８０ｍ２／ｇの測定ＢＥＴ表面積を有する、グラフェン状炭素であった。
【表３】
0006444409.tif 000007
１  米国特許第８，１２９，４６６号に開示されている通りの溶剤型ブロックコポリマー分散剤。
２  プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｍｏｎｏｍｅｔｈｅｙｌｅｔｈｅｒ）（Ｄｏｗａｎｏｌ  ＰＭ，Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ）。
３  ｘＧｎＰ  Ｍ−２５（ＸＧ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）。
４  米国特許第８，４８６，３６４号に開示されている方法に従って製造され、２８０ｍ２／ｇの測定ＢＥＴ表面積を有する、熱的生成グラフェン状炭素粒子。
【００６３】
表４に記載されている水性ブロックコポリマー分散剤は、表４に記載されている重量比の下記成分の混合物から作製された。
【表４】
0006444409.tif 000008
【００６４】
チャージ１は、エアモータ撹拌機、熱電対、窒素アダプタおよび冷却器を取り付けた５リットルの丸底フラスコ中で混合した。混合物を窒素で１５分間スパージングし、次に、８０℃に加熱した。チャージ２を５分間にわたって添加し、次に、３．５時間保持した。保持した後、チャージ３を５分間にわたってチャージし、次に、２．５時間保持した。次に、反応混合物を濾紙によって濾過して、塊状の銅を除去した。次に、チャージ４を８０℃で添加し、空気に曝しながら３時間撹拌した。次に、イオン交換樹脂を濾過によって除去した。次に、チャージ５を添加し、１５０℃で３時間保持した。その後、樹脂中の溶剤を真空除去した。得られた物質は、２，９８６ｇ／ｍｏｌの数平均分子量、６１５９ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量および２．１のＭｎ／Ｍｗを有する９８％固形物であることが分かった。
実施例５
【００６５】
ディスペンシングジェット（ＰＩＣＯ  ｖａｌｖｅ，ＭＶ−１００，Ｎｏｒｄｓｏｎ，ＥＦＤ）およびデスクトップロボット（２５０４Ｎ、Ｊａｎｏｍｅ）を使用して、実施例４からの各試料（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ、４Ｉ、４Ｊ、４Ｋおよび４Ｌ）を１〜２ｍｍ幅の線として蛇行回路パターンで２ｘ３インチのガラススライド（Ｆｉｓｈｅｒｂｒａｎｄ，Ｐｌａｉｎ，Ｐｒｅｃｌｅａｎｅｄ）に適用し、次に、オーブンにおいて２１２°Ｆで３０分間乾燥させて、それぞれ、試料５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、５Ｉ、５Ｊ、５Ｋおよび５Ｌを製造した。十分にロバストな回路線を与えた各被覆試料について、回路線の長さに対する蛇行回路の抵抗を最初に測定することによって、電気伝導率を求めた。次に、蛇行線の断面積を、スタイラスプロフィロメータ（Ｄｅｋｔａｋ）を使用して測定した。回路の所定の長さ（Ｌ）に関する断面積（Ａ）および抵抗（Ｒ）の測定値を使用して、抵抗率（ρ）を、式ρ＝ＲＡ／Ｌを使用して算出した。次に、電気伝導率（σ）を、抵抗率の逆数をとることによって算出した（σ＝１／ρ）。電気伝導率の結果が表５に示されている。表５に記載されている電気伝導率の結果が、図３にグラフで示されている。
【表５】
0006444409.tif 000009
【００６６】
表５において、記号「−」は、回路線がロバストでなく、したがって抵抗を測定できなかった試料を示す。表５における略語は以下の通りである：ＥＣ＝エチルセルロース；ｎｍｐ＝ｎ−メチル−２−ピロリドン；ＧＣＰ＝グラフェン状炭素粒子；ＤＩＷ＝脱イオン水；ＤＩＷ／ＤＰＭ＝脱イオン水とＤｏｗａｎｏｌ  ＰＭとの５０／５０混合物；ＥｔＯＨ＝エタノール；ｎｂａ＝ｎ−ブチルアセテート；ＴＰＧ＝米国特許第８，４８６，３６４号に開示されている方法に従って製造され２８０ｍ２／ｇの測定ＢＥＴ表面積を有する熱的生成グラフェン状炭素；Ｍ−２５＝ｘＧｎＰ  Ｍ−２５；およびＭｉｘ＝全グラフェン状炭素の９２重量％がｘＧｎＰ  Ｍ−２５から成り、全グラフェン状炭素の８重量％が米国特許第８，４８６，３６４号に開示されている方法に従って製造され２８０ｍ２／ｇの測定ＢＥＴ表面積を有するグラフェン状炭素である、混合物。
【００６７】
この詳細な説明の目的のために、明示的に逆の指定がある場合を除き、本発明は様々な代替的変化形および工程順序を想定しうると理解すべきである。さらに、いずれかの作業例における以外、または別段の指示がある場合以外は、例えば、明細書および特許請求の範囲に使用されている成分の量を表すあらゆる数値は、あらゆる場合において「約」という用語によって修飾されているものと理解すべきである。したがって、逆の指示がない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本発明によって得るべき所望の特性に依存して変化しうる概数である。少なくとも、かつ特許請求の範囲への均等論の適用の限定を意図するものではなく、各数値パラメータは少なくとも、記載されている有効桁数に照らして、通常の丸め法を適用して、解釈すべきである。
【００６８】
本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは概数であるが、特定の実施例に記載されている数値はできる限り正確に記載されている。しかし、あらゆる数値は、それらの各試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じるある誤差を本来的に含有する。
【００６９】
また、本明細書に記載されているあらゆる数値範囲は、その数値範囲に含まれるあらゆる部分範囲を包含するものと理解すべきである。例えば、「１〜１０」の範囲は、記載最小値１と記載最大値１０の間（それらの数値を含む）のあらゆる部分範囲（すなわち、１またはそれより大きい最小値および１０またはそれ未満の最大値を有するあらゆる部分範囲）を包含するものとする。
【００７０】
本出願において、特に別段の記載がない限り、単数形の使用は複数形を包含し、複数形は単数形を包含する。さらに、本出願において、「および／または」はある場合において明示的に使用しうるが、特に別段の記載がない限り「または」の使用は「および／または」を意味する。
【００７１】
前述の説明に開示されている概念を逸脱せずに、本発明に変更を加えうることが当業者に容易に認識される。特許請求の範囲がその文言によって明示的に別段の記載をしていない限り、そのような変更は下記の特許請求の範囲に含まれるものと考えるべきである。したがって、本明細書に詳しく説明されている特定の実施形態は、例示するものに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびあらゆるその等価物の全範囲を与えられるべき本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】
0006444409.tif 000010
【図２】
0006444409.tif 000011
【図３】
0006444409.tif 000012