(57)【要約】  結合剤成分（２）および溶媒成分（３）を含む粒子分散体（１）が開示されている。結合剤成分（２）は溶媒成分（３）内に溶ける。粒子分散体（１）は、結合剤成分（２）内に均一に分散した炭素系ナノ粒子（４）も含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子分散体であって、
結合剤成分、
前記結合剤成分が中に溶ける溶媒成分、および
前記結合剤成分内に均一に分散した炭素系ナノ粒子、
を含む粒子分散体。
【請求項２】
前記結合剤成分が前記炭素系ナノ粒子と優先的に結合するように、該結合剤成分および該炭素系ナノ粒子の両方が相補的な官能基で官能化されている、請求項１記載の粒子分散体。
【請求項３】
前記炭素系ナノ粒子が、酸素、カルボン酸、もしくは第一級、第二級または第三級アミンを含む群から選択される官能基で官能化されている、請求項１または２記載の粒子分散体。
【請求項４】
前記炭素系ナノ粒子が金属で官能化されている、請求項１または２記載の粒子分散体。
【請求項５】
前記結合剤成分が、ヒドロキシル、メチロール、カルボン酸基、エポキシ、イソシアネート、アミドまたはイミドを含む群から選択される官能基で官能化されている、請求項１から４いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項６】
前記結合剤成分が高分子である、請求項１から５いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項７】
前記高分子が導電性高分子である、請求項６記載の粒子分散体。
【請求項８】
前記導電性高分子が、ポリチオフェンおよびポリカチオン性高分子を含む群から選択される、請求項７記載の粒子分散体。
【請求項９】
前記高分子が、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリンおよびポリピロールを含む群から選択される、請求項８記載の粒子分散体。
【請求項１０】
前記高分子が熱硬化性プラスチックである、請求項６記載の粒子分散体。
【請求項１１】
前記熱硬化性プラスチックが、フェノールレゾール、アミノ樹脂、ブロックイソシアネート樹脂、エポキシ樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂を含む群から選択される、請求項１０記載の粒子分散体。
【請求項１２】
前記高分子が熱可塑性物質である、請求項６記載の粒子分散体。
【請求項１３】
前記熱可塑性物質が、ポリアミド、ポリウレタン、アクリル共重合体、ポリエステル、ビスフェノール型エポキシ樹脂、およびセルロース材料を含む群から選択される、請求項１２記載の粒子分散体。
【請求項１４】
前記炭素系ナノ粒子がグラフェンナノプレートレットを含む、請求項１から１３いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項１５】
前記炭素系ナノ粒子が、第１と第２のグラファイト層を含むグラファイト材料を含み、該第１のグラファイト層は該第２のグラファイト層から間隔が置かれ、該グラファイト層は前記結合剤成分内に相互分散性である、請求項１から１４いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項１６】
前記第１と第２のグラファイト層がナノプレートレットを含む、請求項１５記載の粒子分散体。
【請求項１７】
前記第１と第２のグラファイト層が、起伏のある構造を含む、請求項１５または１６記載の粒子分散体。
【請求項１８】
前記第１と第２のグラファイト層が積層配置にある、請求項１５から１７いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項１９】
前記第１のグラファイト層が第１の基礎構造であり、前記第２のグラファイト層が、連続した積層基礎構造間の間隔が、各基礎構造内の連続グラファイト層間の間隔より大きいグラファイト層の積層体を含む第２の基礎構造である、請求項１５から１８いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２０】
前記炭素系ナノ粒子がカーボンナノチューブを含む、請求項１から１３いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２１】
前記溶媒が、芳香族または脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、アルデヒド、多価アルコール、グリコールエーテルおよびそれらのエステル、低分子量ポリアミン、ウレタンプレポリマー、エポキシプレポリマー、ビニルエステル、およびアクリレートの１つ以上を含む、請求項１から２０いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２２】
前記炭素系ナノ粒子が、約１質量％から約５質量％の範囲で存在する、請求項１から２１いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２３】
前記結合剤成分が、約１０質量％から約５０質量％の範囲で存在する、請求項１から２２いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２４】
前記結合剤成分、前記溶媒成分および前記炭素系ナノ粒子がインクを形成する、請求項１から２３いずれか１項記載の粒子分散体。
【請求項２５】
膜を調製する方法であって、溶媒を蒸発させる工程、および混合物の体積を縮小させるように、結合剤成分の間の距離を収縮させる工程を有してなる方法。
【請求項２６】
膜を形成する方法であって、
請求項１記載の粒子分散体を基体上に施す工程、
施された前記粒子分散体を蒸発させる工程、および続いて、
前記炭素系ナノ粒子を含有するマトリクスを形成するように前記結合剤成分を硬化させる工程、
を有してなる方法。
【請求項２７】
前記硬化させる工程が、６０℃から１３０℃の温度で行われる、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記結合剤成分が熱硬化性材料であり、前記方法が、架橋網目構造を形成するように、該熱硬化性材料を架橋させる工程をさらに含む、請求項２６または２７記載の方法。
【請求項２９】
粒子分散体を調製する方法であって、
官能化された結合剤を溶媒中に溶かして、第１の混合物を形成する工程、
官能化された炭素系ナノ粒子を前記第１の混合物に加えて、第２の混合物を形成する工程、および
前記第２の混合物の所定の性質が達成されるまで、該第２の混合物を混合する工程、
を有してなる方法。
【請求項３０】
前記所定の性質が前記炭素系ナノ粒子の粒径に関するものである、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の混合物のレオロジーが、前記粒子分散体の印刷用途にしたがって調節される、請求項２９または３０記載の方法。
【請求項３２】
スロットダイ被覆、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、型紙捺染または３Ｄ印刷によって、前記粒子分散体を基体に施す工程をさらに含む、請求項２５から３１いずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
添付の本文および図面に関連する粒子分散体。
【請求項３４】
添付の本文および図面に関連する粒子分散体を調製する方法。
【請求項３５】
添付の本文および図面に関連する膜を調製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子分散体および粒子分散体、特に、基体上に印刷するためのインクを調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクは、可撓性導電回路、ＬＥＤ、センサ、太陽電池を含む多くの用途に使用することができ、情報の符号化および物品のタグ付けにも使用することができる。導電回路に施すべきインクの場合、概して、そのインクは、導電媒質として金属粉末またはグラファイトを含む。しかしながら、既存の導電材料の使用には、様々な良い点と悪い点がある。例えば、銀を含有するインクは、化学的に安定であり、優れた電気的性質を有するが、これには費用が高くつく。銅インクは、銀の同等物より比較的安いが、酸化しやすく、導電性が不安定である。一方で、グラファイトインクは、費用が安く、酸化しやすいが、導電率が低く、機械的性質が悪い。何故ならば、このインクは、傷つきやすく、それが塗布され、硬化される基体表面から容易に落ちるからである。
【０００３】
導電材料の好ましい代わりの競争相手は、膜またはコーティングを製造する印刷方法により製造される、多くの用途に適合できる改善された電気的性質および機械的性質を有するグラフェンである。例えば、グラフェンは、優れた光透過率と化学的安定性、優れた導電性を有し、極めて強い弾性の材料である。
【０００４】
インクジェット印刷用のインクに酸化グラフェンを使用することが知られているが、酸化グラフェンを還元する必要があるために、グラフェンの電気的性質を完全に復元することが難しく、それゆえ、そのインクの性能は通常満足がいかない。当該技術分野において、通常、酸化グラフェンは平均で２９％の酸素を含有すると予測される。
【０００５】
あるいは、グラファイトおよびグラファイト誘導体が、インクの原材料として使用される。次に、そのグラファイトは、所望の特性をインクに与えるグラフェンを提供するために処理される。しかしながら、そのグラフェンを結合剤内に分散させる上で難点がある。したがって、グラフェン分散体を形成するために、さらに別の添加剤および技術が必要であり、これは、インクを汚染し、そのインクの導電性および機械的性質を変え得る。さらに別の添加剤のこの添加は、時間がかかり、費用がかかり、複雑な過程であり得る。例えば、特許文献１において、接着樹脂にグラフェンを分散させるために、分散剤を施す必要があるであろう。しかしながら、この技術には、消泡剤および安定剤を施す必要もある。その添加剤の残留物が、インクの性質を悪い方向に変え得る。
【０００６】
あるいは、特許文献２において、分散体内で分離したグラフェン粒子を形成するために、グラファイト出発材料に超音波が施される。次いで、グラフェン粒子を有機溶媒中に分散させ、次いで、インクカートリッジに注入する。グラフェンをどのように分散させるかの言及は特許文献２にはないが、結合剤成分にグラフェンを均一に分散させることは難しいことが公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】中国特許第１０３４６８０５７号明細書
【特許文献２】中国特許第１０３８３９６０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明およびその実施の形態は、先に記載された問題および要望の少なくともいくつかに対処することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
特に、提供されるインクは、関心のある用途に応じて適合できる改善された機械的性質および電気的性質を有する。特に、硬化インクは、施される基体の表面との良好な接着性を有する可撓性構造を提供する。さらに、結合剤全体に粒子の均一な分散が与えられる。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、粒子分散体であって、
結合剤成分、
前記結合剤成分が溶ける溶媒成分、および
前記結合剤成分内に均一に分散した炭素系ナノ粒子、
を含む粒子分散体が提供される。
【００１１】
前記結合剤成分および炭素系ナノ粒子の両方が、その結合剤成分がその炭素系ナノ粒子に優先的に結合するように、相補的な官能基で官能化されていてもよい。
【００１２】
その結合は、水素結合、もしくは双極子結合、共有結合またはイオン結合の別の形態であってよい。
【００１３】
前記炭素系ナノ粒子は、酸素、カルボン酸、もしくは第一級、第二級または第三級アミンを含む群から選択される官能基で官能化されていてもよい。
【００１４】
前記炭素系ナノ粒子は、金属で官能化されていてもよい。
【００１５】
前記結合剤成分は、ヒドロキシル、メチロール、カルボン酸基、エポキシ、イソシアネート、アミドまたはイミドを含む群から選択される官能基で官能化されていてもよい。
【００１６】
前記結合剤成分は高分子であってよい。
【００１７】
前記高分子は導電性高分子であってよい。
【００１８】
前記導電性高分子は、ポリチオフェンおよびポリカチオン性高分子を含む群から選択されてもよい。
【００１９】
前記高分子は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリンおよびポリピロールを含む群から選択されてもよい。
【００２０】
前記高分子は熱硬化性プラスチックであってよい。
【００２１】
前記熱硬化性プラスチックは、フェノールレゾール、アミノ樹脂、ブロックイソシアネート樹脂、エポキシ樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂を含む群から選択されてもよい。
【００２２】
前記高分子は熱可塑性物質であってよい。
【００２３】
前記熱可塑性物質は、ポリアミド、ポリウレタン、アクリル共重合体、ポリエステル、ビスフェノール型エポキシ樹脂、およびセルロース材料を含む群から選択されてもよい。
【００２４】
前記炭素系ナノ粒子は、グラフェンナノプレートレットを含んでもよい。
【００２５】
前記炭素系ナノ粒子は、第１と第２のグラファイト層を含むグラファイト材料を含んでよく、その第１のグラファイト層は第２のグラファイト層から間隔が置かれ、そのグラファイト層は前記結合剤内に相互分散性である。
【００２６】
前記第１と第２のグラファイト層はナノプレートレットを含んでもよい。
【００２７】
前記第１と第２のグラファイト層は、起伏のある構造を含んでもよい。
【００２８】
前記第１と第２のグラファイト層は積層配置にあってもよい。
【００２９】
前記第１の層は第１の基礎構造であってよく、第２の層は、連続した積層基礎構造間の間隔が、各基礎構造内の連続グラファイト層間の間隔より大きくてよいグラファイト層の積層体を含む第２の基礎構造であってよい。
【００３０】
その炭素系ナノ構造は、カーボンナノチューブを含む。
【００３１】
前記溶媒は、芳香族または脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アルコール、ケトン、エステルおよびアルデヒド、多価アルコール、グリコールエーテルおよびそれらのエステル、低分子量ポリアミン、ウレタンプレポリマー、エポキシプレポリマー、ビニルエステル、およびアクリレートの１つ以上を含んでもよい。
【００３２】
前記炭素系ナノ粒子成分は、約１質量％から約５質量％の範囲で存在してもよい。
【００３３】
前記結合剤成分は、約１０質量％から約５０質量％の範囲で存在してもよい。
【００３４】
前記結合剤成分、溶媒および炭素系ナノ粒子が、インクを形成してもよい。
【００３５】
本発明のさらなる実施の形態において、膜を調製する方法であって、溶媒を蒸発させる工程、および混合物の体積を縮小させるように、結合剤成分の間の距離を収縮させる工程を有してなる方法が提供される。
【００３６】
前記方法は、
先に記載されたような粒子分散体を基体上に施す工程、
施された粒子分散体を蒸発させる工程、および続いて、
炭素系ナノ粒子を含有するマトリクスを形成するように結合剤成分を硬化させる工程、
をさらに含んでもよい。
【００３７】
前記硬化させる工程は、６０℃から１３０℃の温度で行われてよい。
【００３８】
前記結合剤成分は熱硬化性材料であってよく、前記方法は、架橋網目構造を形成するように、その熱硬化性材料を架橋させる工程をさらに含む。
【００３９】
本発明によるさらなる方法において、粒子分散体を調製する方法であって、
官能化された結合剤を溶媒中に溶かして、第１の混合物を形成する工程、
官能化された炭素系ナノ粒子をその第１の混合物に加えて、第２の混合物を形成する工程、および
第２の混合物の所定の性質が達成されるまで、その混合物を混合する工程、
を有してなる方法が提供される。
【００４０】
前記所定の性質は、その炭素系ナノ粒子の粒径に関してもよい。
【００４１】
前記第２の混合物のレオロジーが、粒子分散体の印刷用途にしたがって調節されてもよい。
【００４２】
前記方法は、スロットダイ被覆、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、型紙捺染または３Ｄ印刷によって、前記粒子分散体を基体に施す工程をさらに含んでもよい。
【００４３】
本発明を先に記載してきたが、本発明は、先に述べられた、もしくは以下の説明、図面、または特許請求の範囲に述べられた特徴の任意の発明の組合せに及ぶ。例えば、本発明のいずれか１つの態様に関連して記載されたどの特徴も、本発明の任意の他の態様に関連しても開示されていると理解される。
【００４４】
ここで、添付図面を参照して、ほんの一例として、本発明を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による粒子分散体の説明図
【図２】本発明による官能化グラフェンの化学構造
【図３ａ】基体上に形成されたパターン化膜の図
【図３ｂ】基体上に形成された膜の図
【図４】粒子分散体を調製する方法の流れ図
【図５】可撓性膜を製造する方法の流れ図
【発明を実施するための形態】
【００４６】
最初に図１を参照すると、結合剤成分２、溶媒成分３、および結合剤成分２内に均一に分散した炭素系ナノ粒子４を含む粒子分散体１が示されている。炭素系ナノ粒子４は、例えば、グラフェンナノプレートレットを含むことがある。グラフェンは、粒子分散体、例えば、インクにとって望ましいであろう多くの望ましい性質を与える。これは、グラフェンが導電性であり、強力で耐久性のある構造を有するからである。
【００４７】
結合剤成分２は溶媒成分３内に溶ける。粒子分散体１は、膜または層６をその上に形成するように基体５上に印刷できるインクを構成する。
【００４８】
前記炭素系ナノ粒子の少なくともいくらかは、図２に示されるように、官能化７ａによって、表面修飾されることがある。官能基７ａは、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＯＨ、ＣＮ、ＣＯＯＨ、ＮＨ、Ｓなどを含有する群から選択されてもよい。
【００４９】
炭素系ナノ粒子４の均一な分布が結合剤成分２内で達成されることを確実にするために、前記相補的な官能化を行うことができる。これを可能にするために、結合剤成分２も官能化され７ｂ、結合剤の官能基７ｂは、炭素系ナノ粒子４の官能基７ａを補完するように選択される。これにより、炭素系ナノ粒子４が結合剤成分２に対して引き付けられ、その結合剤成分２が炭素系ナノ粒子４に優先的に結合することが確実になる。例えば、炭素系ナノ粒子４がＣＯＯＨ基を有する場合、ひいては、選択された結合剤成分２は、ＯＨなどの相補的官能基を有する。その結合は、この場合には水素結合により与えられるが、炭素系ナノ粒子４と結合剤成分２との間に異なるタイプの結合を与える異なる相補的官能基が適用されてもよく、例えば、双極子結合の代わりに、共有結合またはイオン結合が与えられてもよい。
【００５０】
炭素系ナノ粒子４は、例えば、酸素、カルボン酸、もしくは第一級、第二級または第三級アミンを含む群から選択される官能基７を含んでよい。あるいは、金属を使用した官能化が与えられてもよい。炭素系ナノ粒子４が、酸素で官能化されたグラフェンである場合、適用される酸素の平均百分率は、酸化グラフェンから通常予測される２９％ではなく、５％程度である。
【００５１】
炭素系ナノ粒子４は、約１質量％から約５質量％の範囲で前記粒子分散体中に存在する。
【００５２】
結合剤成分２は、例えば、ヒドロキシル、アルキロール、カルボキシル、エポキシ、イソシアネート、アミンまたはイミドを含む群から選択される官能基７ｂで官能化されている。官能基７ｂは、立体障害の影響を制限するように高分子主鎖からぶら下がっていることが理想的であるが、その必要はない。
【００５３】
結合剤成分２は、１０質量％の下限および５０質量％の上限を有する。
【００５４】
前記炭素系ナノ粒子４および結合剤成分２の寄与は、先に定義された下限のいずれかから、先に定義された上限のいずれかまでに及ぶ範囲にあってよい。さらに、前記粒子分散体を形成するために、上述した範囲のいずれの組合せを与えてもよい。
【００５５】
結合剤成分２は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セルロース、導電性高分子またはそれらの任意の組合せの少なくとも１つからなる高分子２ａである。その導電性高分子は、ポリチオフェンおよびポリカチオン性高分子の少なくとも一方を含む。より詳しくは、高分子結合剤２ａは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリンおよびポリピロールの少なくとも１つから選択される。高分子２ａは、目的の最終用途に応じて選択される。例えば、高分子２ａは、最終用途にインクまたはコーティング１ａが目的とされている膜形成材料であるべきである。あるいは、高分子２ａは、非水系が要求される場合、安価な有機溶媒中に溶けるべきである。さらに、あるいは、高分子２ａは、水性塗装系が要求される場合、水溶性であるまたは水と混和性であるべきである。
【００５６】
上述した場合の各々において、高分子２ａは、グラフェン４ａの湿潤およびそれゆえの分散を最大にするために、グラフェン４ａ上に含まれる官能基７ａを補完する官能基７ｂを含有すべきである。
【００５７】
熱硬化性高分子結合剤２ｂは、高分子量の高分岐または架橋の不溶性高分子網目構造を形成するために、熱の印加または触媒の適用の際に、さらに反応できる低分子量可溶性高分子である。例えば、炭素系ナノ構造４用の結合剤として使用するための適切なタイプの熱硬化性高分子２ｂとしては、フェノールレゾール、アミノ樹脂、ブロックイソシアネート樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。熱硬化性高分子の場合、高分子２ｂは、構造用途の最終使用に、耐熱性、靭性および強度などの物理的性質、並びに耐溶剤性、耐水性、耐酸性および耐候性などの耐化学性が要求されるときに、架橋網目構造を形成するためにさらに反応できる基を含有すべきである。
【００５８】
あるいは、高分子２ｃは熱可塑性物質である。炭素系ナノ構造用の結合剤として使用するのに適した熱可塑性高分子２ｃとしては、ポリアミド、ポリウレタン、アクリル共重合体、ポリエステル、ビスフェノール型エポキシ樹脂およびセルロース材料が挙げられる。
【００５９】
溶媒３は、安価であり、環境に無害であり、オーブン、ベルト乾燥機、ＵＶおよびＩＲオーブンなどの従来の設備に関する比較的低温で除去できることに加え、選択された高分子結合剤を溶かすことができなければならない。溶媒３は、芳香族および脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アルコール、ケトン、エステルおよびアルデヒド、多価アルコール、グリコールエーテルおよびそれらのエステル、低分子量ポリアミン、ウレタンプレポリマー、エポキシプレポリマー、ビニルエステル、およびアクリレートを含む群から選択される。溶媒３が、その中の結合剤が、適用される炭素系ナノ粒子４の表面を適切に濡らせるように、その結合剤を溶かせることが重要である。
【００６０】
図４に示されるように、使用するときに、粒子分散体１、例えば、インク１ａを形成するために、高分子結合剤２ａおよび溶媒３を一緒に混合して、混合物８を形成する。炭素系ナノ粒子４は、粉末形態で混合物８に加えられ、得られた混合物が均質ペーストを形成するまで、撹拌される。したがって、この混合過程は、溶媒３中に溶かされた結合剤２が、どのような空気汚染物質もなくなるような様式で、炭素系ナノ粒子４を取り囲むようにナノ粒子４の表面上に流れることを確実にする。この過程は「湿潤」として知られている。
【００６１】
次に、混合物８は、その粉末が高分子結合剤２ａおよび溶媒３を完全に吸着することを確実にするために、最低でも８時間に亘り室温で静置される。
【００６２】
次いで、要求される粒径および分散が達成されるまで、３ロール圧力ミルを使用して、その混合過程を継続する。スクリーン印刷用インク１ａの典型的な粒径は、５マイクロメートル未満であろう。図５に示されるように、官能化のタイプおよび程度と相対的な、得られたペーストのレオロジーは、使用すべき被覆技術のタイプに適合するように、公知の技術を使用して、必要に応じて調節される。例えば、スロットダイ被覆、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、型紙捺染、３Ｄ印刷など。所望の印刷技術を使用して、粒子分散体１を基体５に一旦施したら、溶媒３を除去し、結合剤成分２の間の距離を縮小させ、それによって、印刷されたインク１ａの体積を減少させる蒸発工程が施される。この収縮の結果、炭素系ナノ粒子４を含有するマトリクス構造が形成される。
【００６３】
特定の理論または推測に制限せずに、膜６は化学的に形成され、その膜の物理的性質および化学的性質は向上している、例えば、膜６は、都合よく可撓性であり、より安定な接着性および所望の電気的性質を有すると考えられる。その可撓性は、炭素系ナノ粒子４、例えば、グラフェンの小さい粒径によっても促進される。
【００６４】
硬化工程は、６０℃から１３０℃の温度で行われる。硬の温度は、硬化に望ましい時間に基づいて変動し得る。必要な硬化温度を与え、費用効果の高い製造プロセスを提供するのに最小のエネルギーしか必要とされないので、この低い硬化温度は有益である。
【００６５】
インク１ａは、向上した接着性のために、基体との良好な結合能力を示すことが分かっているという事実と併せて、この低い膜形成温度のために、ＰＥＴ、ポリエステル、ＰＶＣ、ニトロセルロース、ポリカーボネートなどの比較的低い変形温度を有するプラスチック基体上で使用することが理想的となる。これにより、膜６を、最新式の折り畳めるまたは曲げられる回路に使用することができる。最終的に、基体５は、硬化温度が基体材料の融点を超えないように注意深く選択すべきである。
【００６６】
そのような膜６は、医療用途、および事実上、可撓性かつ耐久性の回路を要求する任意の用途に有益である。
【００６７】
結合剤２が熱硬化性材料２ｃを含む場合、官能基７ａ、７ｂの組合せは、結合剤２および炭素系ナノ粒子４を結びつけるのに必要な引力を提供する。ひいては、蒸発段階およびそれに続く硬化段階により、架橋網目構造が形成されるように、膜形成中に、架橋反応が生じる。
【００６８】
炭素系ナノ粒子４の表面に欠陥を提供すると、官能化過程を促進できる。
【００６９】
図３ａおよび３ｂに示されるような本発明により得られた膜６は向上した導電率を示し、それにより、２５マイクロメートルの膜６厚で、１５０Ω／□から１Ω／□未満の抵抗率範囲を達成でき、それにより、抵抗率値は膜６の目的とする最終用途に依存する。例えば、膜に５Ω／□未満が測定された。相対的に、炭素系インクは、１００Ω／□を与えるのが通常である。したがって、５Ω／□未満の導電率を有する膜６は、膜６の用途の範囲の大幅な改善を与える。
【００７０】
下記の表は、実証されたインク１ａおよび膜６の物理的性質を示す。
【００７１】
【表１】
2018514492.tif 000003
【００７２】
上述した原理に対する様々な改変が、当業者に示唆されるであろう。例えば、代わりの実施の形態において、炭素系ナノ粒子４は、第１と第２のグラファイト層を含み、第１のグラファイト層が第２のグラファイト層から間隔が置かれ（図示せず）、そのグラファイト層は前記結合剤内に相互分散性である、同時係属出願である英国特許出願第２０１４／０００５６１６．２号明細書に記載されているようなグラファイト材料である。この第１と第２のグラファイト層は、起伏のある構造を含むナノプレートレットを含む。第１と第２のグラファイト層は積層配置にある。第１の層は第１の基礎構造であり、第２の層は、連続した積層基礎構造間の間隔が、各基礎構造内の連続グラファイト層間の間隔より大きいグラファイト層の積層体を含む第２の基礎構造である。この配置は、積層された層が互いに対して滑る能力が、そのグラファイトを分散させる追加の機構を与え、結合剤内のグラフェンの均一な分布に対するさらなる改善を与えるので、有益である。英国特許出願第２０１４／０００５６１６．２号および英国特許出願第２０１４／０００５６１６．２号に優先権を主張する任意の他の出願の各明細書を参照のこと。
【００７３】
あるいは、前記結合剤にカーボンナノチューブを適用してもよい。したがって、そのカーボンナノチューブは炭素系ナノ粒子４である。
【００７４】
一般に、ナノ粒子は、１０００ｎｍ未満の特性寸法を有する粒子と考えられる。本発明の粒子は、１０００ｎｍ未満の特性寸法を有してよいが、いくつかの実施の形態において、本発明の粒子は、全て１０００ｎｍ以上の特性寸法（例えば、厚さおよび幅）を有する。「特性寸法」という用語は、一般に理解され、ここに使用されるように、実在物全体と考えられる粒子の全体寸法に関する。しかしながら、一般に、連続基礎構造間の間隔および基礎構造の積層体の厚さは、１０００ｎｍ未満である。
【００７５】
連続して積層された基礎構造間の間隔は、少なくとも２ｎｍ、好ましくは少なくとも５ｎｍ、より好ましくは少なくとも１０ｎｍであってよい。連続して積層された基礎構造間の間隔は、１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、最も好ましくは２０ｎｍ以下であってよい。連続して積層された基礎構造間の間隔は、先に定義された下限のいずれから、先に定義された上限のいずれかまで延在する範囲にあってよい。特に、連続して積層された基礎構造間の間隔は、２から１００ｎｍ、好ましくは５から５０ｎｍ、より好ましくは１０から３０ｎｍ、最も好ましくは１０から２０ｎｍの範囲にあってよい。
【００７６】
前記基礎構造の各々は、少なくとも０．７ｎｍ、好ましくは少なくとも１ｎｍの積層体厚を有してよい。その基礎構造の各々は、１５ｎｍ以下、好ましくは４ｎｍ以下の積層体厚を有してよい。その基礎構造の各々は、０．７から１５ｎｍ、好ましくは０．７から４ｎｍの範囲にある積層体厚を有してよい。その基礎構造の各々は、１から１５ｎｍの範囲または１から４ｎｍの範囲にある積層体厚を有してよい。
【００７７】
各基礎構造は、２と１２の間のグラフェン層の積層体を含んでよい。粒子が、同様に、グラフェンの単層を含むことも可能である。
【００７８】
基本的な基礎構造単位はグラフェン層の積層体であるので、前記基礎構造は、グラフェンのナノプレートレットとのある程度の類似性を有すると見なされるであろう。しかしながら、グラフェンの層の数、それらの間隔、積層体の高さおよび基礎構造の幅は、ＧＮＰと似ていても似ていなくてもよい。それに加え、基礎構造のトポグラフィーは、ＧＮＰに似ていても似ていなくてもよい。数多くの実施の形態において、基礎構造およびその粒子自体は、波形のまたは起伏のあるトポグラフィーを示す。
【００７９】
前記基礎構造の各々は積層体厚を有する。その積層体厚は、連続した積層基礎構造間の間隔より小さくてよい。
【００８０】
前記粒子の厚さは、０．７から５マイクロメートル、好ましくは１から５マイクロメートル、より好ましくは１．５から３マイクロメートルの範囲にあってよい。誤解を避けるために、「厚さ」という用語は、前記基礎構造がそれに沿って積層される寸法に関する。
【００８１】
前記粒子は、１から１５マイクロメートル、好ましくは１から８マイクロメートル、より好ましくは２から５マイクロメートルの範囲の幅を有してよい。誤解を避けるために、「幅」という用語は、その粒子の厚さに相当する寸法に対して垂直な、または有意に垂直な寸法に関する。
【００８２】
前記基礎構造は、正味負電荷を有してよい。どの特定の理論または推測に束縛することも意図せずに、正味負電荷の存在は、各基礎構造における連続グラフェン層間の間隔に関して、連続した積層基礎構造間の比較的大きい間隔を生じるおよび／または維持するのに少なくとも役立つであろうと考えられる。再び、どの特定の理論または推測に束縛することも意図せずに、正味負電荷の存在は、破砕性を向上させるのに少なくとも役立つであろうと考えられる。
【００８３】
本発明のまたさらなる実施の形態において、ＣＮＴは、グラフェン積層体と組み合わせて使用される。その積層体の摺動作用は、当該技術分野で公知の他の技術と比べて、ＣＮＴのより均一な分散を提供する。同時係属出願の英国特許出願第２０１４／００２０１０３．２号明細書に記載されているようなプラズマ反応器（図示せず）を使用して、ＣＮＴの端部に官能基を配置することができる。英国特許出願第２０１４／００２０１０３．２号および英国特許出願第２０１４／００２０１０３．２号に優先権を主張する任意の他の出願の各明細書を参照のこと。
【００８４】
貯蔵または輸送中に室温で生じるどのような反応も避けるように二成分パックで市販の製品が提供される。この二成分パックは、標準的な方法において保護基で終わった官能化結合剤２を含む。
【００８５】
インク１ａが、導電性を有する膜６を形成することを記載してきたが、インク１ａが、電気絶縁特性を有する膜６を形成することも示された。
【００８６】
硬化温度は室温ほど低くてもよいが、硬化時間は数日かかり、この所要時間のために、６０℃未満の硬化温度は、商業的に有用であるとは考えられない。また、２液型系を使用した場合、この系が、輸送および貯蔵目的のために室温でできるだけ安定であることが好ましい。これにより、溶媒３が一旦除去されたら、インク１ａの調製をより制御することができる。何故ならば、硬化工程を開始するために、熱も必要であるからである。
【符号の説明】
【００８７】
１    粒子分散体
１ａ    インク
２    結合剤、結合剤成分
２ａ    高分子、高分子結合剤
２ｂ    熱硬化性高分子
２ｃ    熱可塑性高分子
３    溶媒、溶媒成分
４    炭素系ナノ粒子、炭素系ナノ構造
４ａ    グラフェン
６    膜
７ａ、７ｂ    官能化、官能基
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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