專利名稱：包括碳納米管的導(dǎo)電性組合物及其制備方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2003年8月8日提交的美國臨時(shí)申請序列號60/493,845和2003年9月9日提交的美國臨時(shí)申請序列號60/501,504的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電性組合物及其制備方法。
由有機(jī)聚合物制造的制品通常用于材料處理和電子設(shè)備，例如包裝薄膜、芯片載體、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和復(fù)印機(jī)部件，在其中靜電耗散或電磁屏蔽是重要的要求。靜電耗散(以下記為ESD)被定義為通過直接接觸或通過感生的靜電場將處于不同電位的物體之間的靜電荷轉(zhuǎn)移。電磁屏蔽(以下記為EM屏蔽)效率被定義為入射到屏蔽物上的，也即經(jīng)由其傳送的電磁場的比例比率(以分貝計(jì))。隨著電子設(shè)備變得越來越小和越來越快，它們對于靜電荷的敏感度提高，因此通常希望使用已經(jīng)改性的有機(jī)聚合物以提供改善的靜電放電性能。以類似方式，希望對有機(jī)聚合物加以改性，這樣它們可以提供改善的電磁屏蔽同時(shí)保持一些或全部該有機(jī)聚合物的有利機(jī)械性能。
通常將直徑大于2微米的導(dǎo)電填料，例如衍生自瀝青和聚丙烯腈的石墨纖維引入有機(jī)聚合物，以改善電學(xué)性能以及達(dá)到ESD和EM屏蔽。但是，因?yàn)檫@些石墨纖維尺寸較大，引入這種纖維通常引起機(jī)械性能，例如沖擊性能降低。因此本領(lǐng)域中仍然需要提供足夠ESD和EM屏蔽的同時(shí)可以保持其機(jī)械性能的導(dǎo)電聚合物組合物。
發(fā)明簡述在一個(gè)實(shí)施方案中，一種導(dǎo)電性組合物包括有機(jī)聚合物和碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的并且具有大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的碳納米管，以及其中該組合物具有小于或等于約1012ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約5千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種導(dǎo)電性組合物包括有機(jī)聚合物和包括碳納米管的碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物的碳納米管具有大于或等于約0.1wt％基于該碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；以及其中該碳納米管以包括繩的網(wǎng)絡(luò)形式存在于有機(jī)聚合物中；以及其中該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約10千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種導(dǎo)電性組合物包括有機(jī)聚合物和包括碳納米管的碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物的碳納米管具有大于或等于約0.1wt％基于該碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；以及其中該碳納米管以包括繩和附聚物的網(wǎng)絡(luò)形式存在于有機(jī)聚合物中；以及其中該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約10千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度以及A級表面光潔度。
本發(fā)明公開了一種制備組合物的方法，包括將有機(jī)聚合物和/或有機(jī)聚合物前體組合物與碳納米管組合物共混，其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的碳納米管，以及其中該碳納米管組合物包括大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)。
本發(fā)明還公開了一種制備導(dǎo)電性組合物的方法，包括將碳納米管組合物與有機(jī)聚合物或有機(jī)聚合物前體共混；其中該碳納米管組合物含有可以擰成繩狀的碳納米管；以及其中包括碳納米管的繩在共混時(shí)改變其尺寸。
本發(fā)明還公開了一種制備導(dǎo)電性組合物的方法，包括將第一有機(jī)聚合物和碳納米管組合物共混形成母料；其中該碳納米管組合物包括大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；以及其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的碳納米管；以及進(jìn)一步將母料與第二有機(jī)聚合物共混形成導(dǎo)電性組合物。
附圖簡述

圖1為描繪石墨納米片的示意圖；圖2為具有SWNT-3和SWNT-10的尼龍6，6試樣的比體積電阻率圖示；以及圖3為顯示組合物中SWNT分散的電子顯微照片，其中SWNT分別為SWNT-3和SWNT-10。
發(fā)明詳述應(yīng)當(dāng)注意如在此使用的，術(shù)語“第一”、“第二”等并不表示任何順序或重要性，而是用來區(qū)別一個(gè)元件和另一個(gè)元件，并且術(shù)語“該”、“一個(gè)”和“一種”并不表示量的限制，而是表示存在至少一種提到的物品。此外，在此公開的所有范圍包含端點(diǎn)并且是可獨(dú)立組合的。
本發(fā)明公開導(dǎo)電性組合物，包括一種或多種有機(jī)聚合物和碳納米管組合物，其具有小于或等于約1012ohm-cm的整體體積電阻率，同時(shí)顯示大于或等于約5千焦/平方米的沖擊性能和A級表面光潔度。該碳納米管組合物包括碳納米管，所述碳納米管可以進(jìn)行擰成繩狀并且具有大于或等于約1，大于或等于約2以及大于或等于約5重量百分比(wt％)，基于碳納米管總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)。在有利特征方面，這種生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的存在有助于有機(jī)聚合物基質(zhì)內(nèi)碳納米管的分散和/或促進(jìn)在貫穿有機(jī)聚合物基質(zhì)的導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)形成中使用降低的能量。繩的存在允許使用較小體積分?jǐn)?shù)的碳納米管貫穿導(dǎo)電性組合物形成導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)。該繩以單壁碳納米管、多壁碳納米管以及單壁碳納米管與多壁碳納米管的組合方便地存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性組合物由含有可以擰成繩狀的碳納米管的母料制成。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性組合物具有大于或等于約1012歐姆/平方(ohm/sq)的表面電阻率同時(shí)具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率，同時(shí)顯示大于或等于約5千焦/平方米的沖擊性能和A級表面光潔度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率，同時(shí)顯示大于或等于約10千焦/平方米的沖擊性能。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率，同時(shí)顯示大于或等于約15千焦/平方米的沖擊性能。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，該組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率，同時(shí)顯示大于或等于約20千焦/平方米的沖擊性能。該導(dǎo)電性組合物可以模塑成具有A級表面光潔度的制品。
這種導(dǎo)電性組合物可以方便地用于需要免受靜電荷的計(jì)算機(jī)、電子產(chǎn)品、半導(dǎo)體部件或電路板等。它們也可以方便地用在用于汽車內(nèi)部和外部部件的汽車車體板，如果需要其可被靜電油漆。
現(xiàn)已在無意中發(fā)現(xiàn)包括各種粒度和形狀的導(dǎo)電填料產(chǎn)生具有低滲流閾的導(dǎo)電性組合物。碳納米管，由于其管狀(高縱橫比)幾何形狀和強(qiáng)烈的范德華力相互作用，以繩的形式附聚。加工過程中，對于這些繩理想的是分散和無規(guī)橫生枝節(jié)與其它繩結(jié)合，由此形成導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)。但是，這種支節(jié)橫生并不容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榉兜氯A力不容易克服。因此現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具有各種不同粒度和形狀，生產(chǎn)涉及雜質(zhì)形式的碳納米管可以被輕易地分散形成滲透網(wǎng)絡(luò)。還有利地發(fā)現(xiàn)包括具有各種尺寸和形狀的顆粒的碳納米管組合物可以比具有較均勻粒度的碳納米管組合物更容易地分散在有機(jī)聚合物中。
用于該導(dǎo)電性組合物的有機(jī)聚合物可以選自多種熱塑性樹脂、熱塑性樹脂共混物或熱塑性樹脂與熱固性樹脂的共混物。該有機(jī)聚合物還可以為聚合物、共聚物、三元共聚物的共混物，或包括上述有機(jī)聚合物的至少一種的組合。熱塑性樹脂的具體但非限制性實(shí)例包括聚縮醛、聚丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯、聚氨酯、聚芳砜、聚醚砜、聚亞芳基硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚醚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮以及包括上述有機(jī)聚合物的至少一種的組合。
熱塑性樹脂的共混物的具體非限制性實(shí)例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龍、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/聚酰胺、聚碳酸酯/聚酯、聚苯醚/聚烯烴以及包括上述熱塑性樹脂共混物的至少一種的組合。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可以用于該導(dǎo)電性組合物的有機(jī)聚合物為聚亞芳基醚。術(shù)語聚(亞芳基醚)聚合物包括聚苯醚(PPE)和聚(亞芳基醚)共聚物；接枝共聚物；聚(亞芳基醚)醚離聚物；以及鏈烯基芳香族化合物與聚(亞芳基醚)，乙烯基芳香族化合物與聚(亞芳基醚)的嵌段共聚物等；以及包括上述至少一種的組合。聚(亞芳基醚)聚合物自身是包括多個(gè)結(jié)構(gòu)式(I)的結(jié)構(gòu)單元的聚合物
其中對于每個(gè)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)Q1獨(dú)立地為氫、鹵素、伯或仲低級烷基(例如含有至多7個(gè)碳原子的烷基)、苯基、鹵代烷基、氨基烷基、烴氧基、其中至少兩個(gè)碳原子隔開鹵素和氧原子的鹵代烴氧基等；每個(gè)Q2獨(dú)立地為氫、鹵素、伯或仲低級烷基、苯基、鹵代烷基、烴氧基、其中至少兩個(gè)碳原子隔開鹵素與氧原子的鹵代烴氧基等。每個(gè)Q1可以為烷基或苯基，特別為C1-4烷基，以及每個(gè)Q2可以為氫。
均聚物和共聚物聚(亞芳基醚)都被包括。示例性均聚物為那些含有2，6-二甲基亞苯基醚單元的均聚物。合適的共聚物包括含有例如與2，3，6-三甲基-1，4-亞苯基醚單元結(jié)合的這種單元的無規(guī)共聚物或衍生自2，6-二甲基苯酚與2，3，6-三甲基苯酚共聚合的共聚物。還包括的是含有由接枝乙烯基單體或聚合物，例如聚苯乙烯，以及偶聯(lián)的聚(亞芳基醚)制備的部分的聚(亞芳基醚)，其中偶聯(lián)劑例如低分子量聚碳酸酯、醌類、雜環(huán)和甲縮醛，與兩個(gè)聚(亞芳基醚)鏈的羥基進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生高分子聚合物。聚(亞芳基醚)另外包括包括以上至少一種的組合。
該聚(亞芳基醚)具有約10,000到約30,000克/摩爾(g/mol)的數(shù)均分子量和約30,000到約60,000g/mol的重均分子量，通過凝膠滲透色譜法測定。該聚(亞芳基醚)可以具有約0.10到約0.60分升每克(dl/g)的特性粘度，在25℃下氯仿中測定。還可能在組合物中使用高特性粘度聚(亞芳基醚)和低特性粘度聚(亞芳基醚)。當(dāng)使用兩種特性粘度時(shí)，確定精確的比率將某種程度上取決于使用的聚(亞芳基醚)的精確特性粘度以及所需的最終物理性能。
該聚(亞芳基醚)通常通過至少一種一羥基芳香族化合物，例如2，6-二甲苯酚或2，3，6-三甲基苯酚的氧化偶合制備。催化劑體系通常被用于這種偶合；它們通常含有至少一種重金屬化合物，例如銅、錳或鈷化合物，其通常與各種其它材料組合。
對于許多目的特別有用的聚(亞芳基醚)為那些包括具有至少一個(gè)含氨基烷基的端基的分子的聚(亞芳基醚)。該氨基烷基基團(tuán)通常位于羥基的鄰位。含這種端基的產(chǎn)物可以通過將合適的伯或仲一元胺，例如二正丁胺或二甲胺作為氧化偶合反應(yīng)混合物的組分之一引入而得到。同樣經(jīng)常存在的是4-苯基苯酚端基，其通常從其中副產(chǎn)物二苯酚合苯醌特別存在于銅-鹵化物-仲或叔胺體系中的反應(yīng)混合物中得到。相當(dāng)大的比例的該聚合物分子，通常占該聚合物的多達(dá)約90wt％，可以含有含氨基烷基的端基和4-苯基苯酚端基的至少一個(gè)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于該導(dǎo)電性組合物的有機(jī)聚合物可以為聚碳酸酯。包括芳香族碳酸酯鏈單元的聚碳酸酯，包括具有結(jié)構(gòu)式(II)的結(jié)構(gòu)單元的組合物 其中R1基團(tuán)為芳香族、脂肪族或脂環(huán)族基團(tuán)。R1為芳香族有機(jī)基團(tuán)，以及更理想地為結(jié)構(gòu)式(III)的基團(tuán)—A1—Y1—A2— (III)其中A1和A2均為單環(huán)二價(jià)芳基，Y1為具有零、一或兩個(gè)原子，隔開A1和A2的橋連基團(tuán)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，一個(gè)原子隔開A1和A2。該類型基團(tuán)的說明性實(shí)例為-O-、-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-C(O)-、亞甲基、環(huán)己基-亞甲基、2-[2，2，1]-雙環(huán)庚叉基、乙叉基、異丙叉基、新戊叉基、環(huán)已叉基、環(huán)十五叉基、環(huán)十二叉基、金剛烷叉基等。該橋連基團(tuán)Y1可以為烴基或飽和烴基，例如亞甲基、環(huán)已叉基或異丙叉基。
聚碳酸酯可以通過碳酸酯前體與二羥基化合物的Schotten-Bauman界面反應(yīng)產(chǎn)生。通常將水性堿，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣等與含有二羥基化合物的有機(jī)水不混溶的溶劑，例如苯、甲苯、二硫化碳或二氯甲烷混合。相轉(zhuǎn)移劑通常被用來促進(jìn)反應(yīng)。可以單獨(dú)或以混合物形式將分子量調(diào)節(jié)劑加入反應(yīng)混合物。也可以單獨(dú)或以混合物形式添加立即敘述的支化劑。
可以用于本發(fā)明的芳香族二羥基化合物共聚單體包括通式(IV)的那些
HO—A2—OH (IV)其中A2選自二價(jià)取代和未取代的芳族基。
在一些實(shí)施方案中，A2具有結(jié)構(gòu)式(V)的結(jié)構(gòu) 其中G1表示芳基，例如亞苯基、亞聯(lián)苯基、亞萘基等。E可以為亞烷基或烷叉基，例如亞甲基、亞乙基、乙叉基、亞丙基、丙叉基、異丙叉基、亞丁基、丁叉基、異丁叉基、亞戊基、戊叉基、異戊叉基等，以及可以由通過不同于亞烷基或烷叉基的部分連接的兩種或多種亞烷基或烷叉基組成，例如芳族鍵；叔氨基鍵；醚鍵；羰基鍵；含硅鍵；或者含硫鍵，例如硫化物、亞砜、砜等；或含磷鍵，例如氧膦基、膦?；?。另外，E可以為脂環(huán)族基。R1表示氫或單價(jià)烴基，例如烷基、芳基、芳烷基、烷芳基或環(huán)烷基。Y1可以為無機(jī)原子，例如鹵素(氟、溴、氯、碘)；無機(jī)基團(tuán)，例如硝基；有機(jī)基團(tuán)，例如鏈烯基、烯丙基、或以上R1，或氧基基團(tuán)，例如OR；唯一必需的是Y1對于用于制備該聚合物的反應(yīng)物和反應(yīng)條件是惰性的以及不受其影響。字母m表示G1上可以取代的位置數(shù)目的任何整數(shù)，包括零；p表示E上可以取代的位置數(shù)目的整數(shù)，包括零；“t”表示等于至少為一的整數(shù)；“s”為零或一；以及“u”表示包括零的任何整數(shù)。
E的合適實(shí)例包括環(huán)戊叉基、環(huán)己叉基、3，3，5-三甲基環(huán)己叉基、甲基環(huán)己叉基、2-[2.2.1]-雙環(huán)庚叉基、新戊叉基、環(huán)十五叉基、環(huán)十二叉基、金剛烷叉基等；含硫鍵，例如硫化物、亞砜或砜；含磷鍵，例如氧膦基、膦?；?；醚鍵；羰基；叔氮基；或含硅鍵，例如硅烷或甲硅烷氧基。在芳族二羥基共聚單體化合物(III)中，其中A2由以上結(jié)構(gòu)式(IV)表示，當(dāng)存在多于一個(gè)Y1取代基時(shí)，它們可以相同或不同。這也適用于R1取代基。當(dāng)結(jié)構(gòu)式(IV)中s為零以及u不為零時(shí)，芳族環(huán)直接連接，不插入烷叉基或其它橋鍵。羥基和Y1在芳族核殘基G1上的位置可以在鄰、間或?qū)ξ蛔兓?，以及該基團(tuán)可以為鄰位、不對稱或?qū)ΨQ關(guān)系，其中烴殘基的兩個(gè)或多個(gè)環(huán)碳原子用Y1和羥基取代。在一些具體實(shí)施方案中，參數(shù)“t”、“s”和“u”均為一；兩個(gè)G1基為未取代的亞苯基；以及E為烷叉基基團(tuán)，例如異丙叉基。在特別的實(shí)施方案中，兩個(gè)G1基為對亞苯基，但是兩個(gè)可以為鄰或間亞苯基或一個(gè)為鄰或間亞苯基以及另一個(gè)為對亞苯基。結(jié)構(gòu)式(IV)的芳族二羥基化合物的合適實(shí)例由以下物質(zhì)說明2，2-雙-(4-羥苯基)丙烷(雙酚A)；2，2-雙-(3-氯-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-溴-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(4-羥基-3-甲基苯基)丙烷；2，2-雙-(4-羥基-3-異丙基苯基)丙烷；2，2-雙-(3-叔丁基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-苯基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二氯-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二溴-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二甲基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-氯-4-羥基-5-甲基苯基)丙烷；2，2-雙-(3-溴-4-羥基-5-甲基苯基)丙烷；2，2-雙-(3-氯-4-羥基-5-異丙基苯基)丙烷；2，2-雙-(3-溴-4-羥基-5-異丙基苯基)丙烷；2，2-雙-(3-叔丁基-5-氯-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-溴-5-叔丁基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-氯-5-苯基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3-溴-5-苯基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二異丙基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(3，5-二苯基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四氯苯基)丙烷；2，2-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四溴苯基)丙烷；2，2-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四甲基苯基)丙烷；2，2-雙-(2，6-二氯-3，5-二甲基-4-羥苯基)丙烷；2，2-雙-(2，6-二溴-3，5-二甲基-4-羥苯基)丙烷；1，1-雙(4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(4-羥基-3-甲基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(4-羥基-3-異丙基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-叔丁基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-苯基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二氯-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二溴-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二甲基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(3-氯-4-羥基-5-甲基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(3-溴-4-羥基-5-甲基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(3-氯-4-羥基-5-異丙基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(3-溴-4-羥基-5-異丙基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-叔丁基-5-氯-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-5-叔丁基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-5-苯基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-5-苯基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二異丙基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二苯基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四氯苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四溴苯基)環(huán)己烷；1，1-雙-(4-羥基-2，3，5，6-四甲基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(2，6-二氯-3，5-二甲基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(2，6-二溴-3，5-二甲基-4-羥苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥基-3-甲基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥基-3-異丙基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-叔丁基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-苯基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二氯-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二溴-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二甲基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-4-羥基-5-甲基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-4-羥基-5-甲基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-4-羥基-5-異丙基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-4-羥基-5-異丙基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-叔丁基-5-氯-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-5-叔丁基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-氯-5-苯基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3-溴-5-苯基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二異丙基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(3，5-二苯基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥基-2，3，5，6-四氯苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥基-2，3，5，6-四溴苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(4-羥基-2，3，5，6-四甲基苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(2，6-二氯-3，5-二甲基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；1，1-雙(2，6-二溴-3，5-二甲基-4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷；4，4′-二羥基-1，1-聯(lián)苯；4，4′-二羥基-3，3′-二甲基-1，1-聯(lián)苯；4，4′-二羥基-3，3’-二辛基-1，1-聯(lián)苯；4，4′-二羥基二苯醚；4，4′-二羥基二苯基硫醚；1，3-雙(2-(4-羥基苯基)-2-丙基)苯；1，3-雙(2-(4-羥基-3-甲基苯基)-2-丙基)苯；1，4-雙(2-(4-羥基苯基)-2-丙基)苯和1，4-雙(2-(4-羥基-3-甲基苯基)-2-丙基)苯。示例性芳族二羥基化合物為雙酚A(BPA)。
可以由結(jié)構(gòu)式(IV)表示的其它雙酚A化合物包括那些其中X為-O-、-S-、-SO-或-SO2-的化合物。這種雙酚A化合物的一些實(shí)例為雙(羥基芳基)醚，例如4，4′-二羥基二苯醚、4，4′-二羥基-3，3′-二甲基苯醚等；雙(羥基二芳基)硫化物，例如4，4′-二羥基二苯硫、4，4′-二羥基-3，3′-二甲基二苯硫等等；雙(羥基二芳基)亞砜，例如4，4′-二羥基二苯亞砜、4，4′-二羥基-3，3′-二甲基二苯亞砜等；雙(羥基二芳基)砜，例如4，4′-二羥基二苯砜、4，4′-二羥基-3，3′-二甲基二苯砜等等；或包括上述雙酚A化合物的至少一種的組合。
其它可以用于聚碳酸酯縮聚的雙酚A化合物由結(jié)構(gòu)式(VI)表示 其中Rf為具有1到10個(gè)碳原子的烴基的鹵素原子或鹵素取代的烴基；n為0到4的值。當(dāng)n至少為2時(shí)，Rf可以相同或不同?？梢杂山Y(jié)構(gòu)式(V)表示的雙酚A化合物的實(shí)例為間苯二酚、取代的間苯二酚化合物，例如3-甲基間苯二酚、3-乙基間苯二酚、3-丙基間苯二酚、3-丁基間苯二酚、3-叔丁基間苯二酚、3-苯基間苯二酚、3-異丙苯基間苯二酚、2，3，4，6-四氟間苯二酚、2，3，4，6-四溴間苯二酚等；兒茶酚、氫醌、取代的氫醌，例如3-甲基氫醌、3-乙基氫醌、3-丙基氫醌、3-丁基氫醌、3-叔丁基氫醌、3-苯基氫醌、3-異丙苯基氫醌、2，3，5，6-四甲基氫醌、2，3，5，6-四叔丁基氫醌、2，3，5，6-四氟氫醌、2，3，5，6-四溴氫醌等，或包括上述雙酚化合物的至少一種的組合。
也可以使用由以下結(jié)構(gòu)式(VII)表示的例如2，2，2′，2′-四氫-3，3，3′，3′-四甲基-1，1′-螺二[IH-茚]-6，6′-二醇的雙酚化合物。

示例性雙酚化合物為雙酚A。
典型的碳酸酯前體包括羰基鹵化物，例如碳酰氯(光氣)和碳酰溴；二鹵甲酸酯，例如二元酚，如雙酚A、氫醌等的二鹵甲酸酯，以及二元醇，例如乙二醇和新戊二醇的二鹵甲酸酯；以及碳酸二芳基酯，例如碳酸二苯酯、碳酸二(甲苯基)酯和碳酸二(萘基)酯。用于界面反應(yīng)的示例性碳酸酯前體為碳酰氯。
也可能使用由兩種或多種不同二元酚或二元酚共聚物與二元醇或與羥基或酸終止的聚酯或與二元酸或與羥基酸或與脂肪族二酸聚合產(chǎn)生的聚碳酸酯，該情況下理想的是使用碳酸酯共聚物而不是均聚物。通常，有用的脂肪族二酸具有約2到約40個(gè)碳。示例性脂肪族二酸為十二烷二酸。
支化聚碳酸酯以及線性聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的共混物也可以用于該導(dǎo)電性組合物。該支化聚碳酸酯可以通過在聚合過程中添加支化劑制備。這些支化劑可以包括含有至少三個(gè)官能團(tuán)的多官能有機(jī)化合物以及包括上述支化劑的至少一種的組合，所述官能團(tuán)可以為羥基、羧基、羧酸酐、鹵甲酰。具體實(shí)例包括偏苯三酸、偏苯三酸酐、偏苯三酰氯、三-對羥基苯基乙烷、靛紅-二苯酚、三苯酚TC(1，3，5-三((對羥苯基)異丙基)苯)、三苯酚PA(4(4(1，1-雙(對羥苯基)-乙基)α，α-二甲基苯甲基)苯酚)、4-氯甲酰鄰苯二甲酸酐、均苯三酸、二苯甲酮四羧酸等，或包括上述支化劑的至少一種的組合。該支化劑可以以基于聚碳酸酯總重量計(jì)，約0.05到約2.0重量百分比(wt％)的水平添加。
在一個(gè)實(shí)施方案中，聚碳酸酯可以通過二羥基化合物和碳酸二酯之間的熔融縮聚反應(yīng)產(chǎn)生?？梢杂糜诋a(chǎn)生聚碳酸酯的該碳酸二酯的實(shí)例為碳酸二苯酯、碳酸雙(2，4-二氯苯基)酯、碳酸雙(2，4，6-三氯苯基)酯、碳酸雙(2-氰基苯基)酯、碳酸雙(鄰硝基苯基)酯、碳酸二甲苯酯、碳酸間甲酚酯、碳酸二萘酯、碳酸雙(二苯基)酯、碳酸雙(甲基水楊基)酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丁酯、碳酸二環(huán)己酯等，或包括上述碳酸二酯的至少一種的組合。示例性碳酸二酯為碳酸二苯酯或碳酸雙(甲基水楊基)酯。
該聚碳酸酯的數(shù)均分子量為約3,000到約1,000,000克/摩爾(g/mol)。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約10,000到約100,000g/mol的聚碳酸酯。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約20,000到約75,000g/mol的聚碳酸酯。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約25,000到約50,000g/mol的聚碳酸酯。
脂環(huán)族聚酯通常通過二醇與二元酸或衍生物反應(yīng)制備。用于制備脂環(huán)族聚酯聚合物的二醇為直鏈、支化或脂環(huán)族的烷烴二醇，可以含有2到12個(gè)碳原子。
二醇的合適實(shí)例包括乙二醇、丙二醇，即1，2-丙二醇和1，3-丙二醇；丁二醇，即1，3-丁二醇和1，4-丁二醇；二甘醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-甲基-1，3-丙二醇、1，3-戊二醇和1，5-戊二醇、二丙二醇、2-甲基-1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇以及特別是其順式和反式異構(gòu)體、三甘醇、1，10-癸二醇，以及上述任何的混合物。特別理想的是二甲醇二環(huán)辛烷、二甲醇十氫化萘、脂環(huán)族二醇或其化學(xué)等價(jià)物以及特別是1，4-環(huán)己二甲醇或其化學(xué)等價(jià)物。如果使用1，4-環(huán)己烷二甲醇作為二醇組分，通常理想的是使用順式對反式異構(gòu)體的摩爾比為約1∶4到約4∶1的混合物。在該范圍內(nèi)，通常理想的是使用約1∶3的順式對反式異構(gòu)體的摩爾比。
用于制備脂環(huán)族聚酯聚合物的二酸為包括具有兩個(gè)羧基的羧酸的脂肪族二酸，其中每個(gè)羧基連接到飽和環(huán)中的飽和碳。脂環(huán)族酸的合適實(shí)例包括十氫化萘二羧酸、降冰片烯二羧酸、二環(huán)辛烷二羧酸。示例性脂環(huán)族二酸為1，4-環(huán)己烷二羧酸和反式-1，4-環(huán)己烷二羧酸。當(dāng)聚酯具有至少一種含脂環(huán)族環(huán)的單體時(shí)，也可以使用線性脂肪族二酸。線性脂肪族二酸的說明性實(shí)例為琥珀酸、己二酸、二甲基丁二酸和壬二酸。二酸和二醇的混合物也可以用于制備該脂環(huán)族聚酯。
環(huán)己烷二羧酸和它們的化學(xué)等價(jià)物可以例如通過將環(huán)芳族二酸和相應(yīng)衍生物，例如間苯二甲酸、對苯二甲酸或萘二甲酸在適當(dāng)溶劑、水或乙酸中，在室溫和在大氣壓下使用合適的催化劑氫化制備，所述催化劑例如承載在碳或氧化鋁合適載體上的銠。它們也可以通過使用惰性液體介質(zhì)制備，其中酸在反應(yīng)條件下為至少部分可溶以及使用碳或二氧化硅中的鈀或釕催化劑。
通常，氫化過程中得到兩種或多種其中羧酸基團(tuán)在順式或反式位置的異構(gòu)體。該順式和反式異構(gòu)體可以通過用或不用例如正庚烷的溶劑結(jié)晶，或者通過蒸餾分離。雖然該順式異構(gòu)體易于更好的混合，但是該反式異構(gòu)體具有更高的熔融和結(jié)晶溫度并且是通常更加理想的。也可以使用該順式和反式異構(gòu)體的混合物，并且當(dāng)使用這種混合物時(shí)，反式異構(gòu)體可以占至少約75wt％，以及該順式異構(gòu)體可以為余量，基于混合的順式和反式異構(gòu)體總重量計(jì)。當(dāng)使用多于一種二酸的異構(gòu)體的混合物時(shí)，共聚酯或兩種聚酯的混合物可以用作該脂環(huán)族聚酯樹脂。
包括酯的這些二酸的化學(xué)等價(jià)物也可以用于制備該脂環(huán)族聚酯。該二酸的化學(xué)等價(jià)物的合適實(shí)例為烷基酯，例如二烷基酯、二芳基酯，酸酐、?；取Ⅴ；宓龋虬ㄉ鲜龌瘜W(xué)等價(jià)物的至少一種的組合。示例性化學(xué)等價(jià)物包括該脂環(huán)族二酸的二烷基酯。合適的化學(xué)等價(jià)物包括酸的二甲酯，特別是反式-1，4-環(huán)己烷二甲酸二甲酯。
1，4-環(huán)己烷二甲酸二甲酯可以通過對苯二甲酸二甲酯的環(huán)氫化得到，其中得到在順式和反式位置具有羧酸基團(tuán)的兩種異構(gòu)體。該異構(gòu)體可以被分離，該反式異構(gòu)體是特別理想的。如以上詳述的也可以使用該異構(gòu)體的混合物。
該聚酯聚合物通常經(jīng)由二醇或二醇化學(xué)等價(jià)物組分與二酸或二酸化學(xué)等價(jià)物組分的縮合或酯交換聚合得到，并且具有結(jié)構(gòu)式(VIII)的重復(fù)單元 其中R3表示芳基、烷基或環(huán)烷基，其為直鏈、支化或脂環(huán)族烷烴二醇或其化學(xué)等價(jià)物的殘基；以及R4為芳基、烷基或脂環(huán)族基團(tuán)，其為衍生自二酸的脫羧基殘基，條件是R3或R4的至少一個(gè)為環(huán)烷基。如果需要該芳基可以為取代芳基。
示例性脂環(huán)族聚酯為具有結(jié)構(gòu)式(IX)的重復(fù)單元的聚(1，4-環(huán)己烷-二甲醇-1，4-環(huán)己烷二羧酸酯) 其中在結(jié)構(gòu)式(VIII)中，R3為環(huán)己烷環(huán)，以及其中R4為衍生自環(huán)己烷二羧酸酯或其化學(xué)等價(jià)物的環(huán)己烷環(huán)以及選自其順式或反式異構(gòu)體或其順式和反式異構(gòu)體的混合物。脂環(huán)族聚酯聚合物通?？梢栽诤线m的催化劑，例如鈦酸四(2-乙基己)酯，以合適的量存在下制備，所述量通常為約50到400ppm鈦，基于最終產(chǎn)品總重量計(jì)。聚(1，4-環(huán)己烷二甲醇-1，4-環(huán)己烷二羧酸酯)通常與聚碳酸酯形成合適的共混物。
該共聚酯碳酸酯或聚酯的數(shù)均分子量為約3,000到約1,000,000g/mol。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約10,000到約100,000g/mol的聚酯。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約20,000到約75,000g/mol的聚酯。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用數(shù)均分子量為約25,000到約50,000g/mol的聚酯。
另一種示例性聚酯為聚芳酯。聚芳酯通常表示芳族二羧酸和雙酚的聚酯。包括除芳基酯鍵之外的碳酸酯鍵的聚芳酯共聚物被稱作聚酯-碳酸酯，以及也可以以混合物的形式方便地使用。該聚芳酯可以通過芳族二羧酸或它們的成酯衍生物與雙酚或它們的衍生物在溶液中或熔體聚合制備。
通常，對于聚芳酯理想的是包括至少一種與至少一種芳族二羧酸殘基結(jié)合的二酚殘基。結(jié)構(gòu)式(X)中說明的示例性二酚殘基衍生自1，3-二羥基苯部分，貫穿本說明書稱為間苯二酚或間苯二酚部分。間苯二酚或間苯二酚部分包括未取代的1，3-二羥基苯和取代的1，3-二羥基苯。
結(jié)構(gòu)式(X)中，R為C1-12烷基或鹵素的至少一種，以及n為0到3。合適的二羧酸殘基包括衍生自單環(huán)部分，例如間苯二甲酸、對苯二甲酸或間苯二甲酸和對苯二甲酸的混合物的芳族二羧酸殘基。合適的二羧酸也衍生自多環(huán)部分，例如二苯基二羧酸、二苯基醚二羧酸和萘-2，6-二羧酸等，以及包括上述多環(huán)部分的至少一種的組合物。示例性多環(huán)部分為萘-2，6-二羧酸。
該芳族二羧酸殘基衍生自如結(jié)構(gòu)式(XI)中一般說明的間苯二甲酸和/或?qū)Ρ蕉姿岬幕旌衔铩?br> 因此，在一個(gè)實(shí)施方案中該聚芳酯包括如結(jié)構(gòu)式(XII)中說明的間苯二酚芳化聚酯。
其中R為C1-12烷基或鹵素的至少一種，n為0到3，以及m至少為約8。理想的是R為氫。在一個(gè)實(shí)施方案中，n為零并且m是約10和約300。間苯二酸酯對對苯二酸酯的摩爾比率為約0.25∶1到約4.0∶1。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚芳酯包括如結(jié)構(gòu)式(XIII)所示具有多環(huán)芳族基的熱穩(wěn)定間苯二酚芳化聚酯。
其中R為C1-12烷基或鹵素的至少一種，n為0到3，以及m至少為約8。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚芳酯被共聚合形成嵌段共聚酯碳酸酯，其包括碳酸酯和芳化嵌段。它們包括包含結(jié)構(gòu)式(XIV)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。
其中每個(gè)R1獨(dú)立地為鹵素或C1-12烷基，m至少為1，p為約0到約3，每個(gè)R2獨(dú)立地為二價(jià)有機(jī)基，以及n至少為約4。在一個(gè)實(shí)施方案中，n至少為約10，更理想的是至少為約20以及最理想的是為約30到約150。通常理想的是m至少為約3。在一個(gè)實(shí)施方案中，m可以為至少約10，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，m可以為至少約20到約200。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，m可以為約20到約50。
通常理想的是該聚芳酯的重均分子量為約500到約1,000,000克/摩爾(g/mol)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚芳酯的重均分子量為約10,000到約200,000g/mol。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚芳酯的重均分子量為約30,000到約150,000g/mol。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，該聚芳酯的重均分子量為約50,000到約120,000g/mol。該聚芳酯的示例性分子量為60,000和120,000g/mol。
在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物前體包括烯屬不飽和基團(tuán)。使用的烯屬不飽和基團(tuán)可以為能夠聚合的任何烯屬不飽和官能團(tuán)。合適的烯屬不飽和官能團(tuán)包括可以經(jīng)由基團(tuán)聚合或陽離子聚合而被聚合的官能團(tuán)。合適的烯屬不飽和基團(tuán)的具體實(shí)例為含有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基芳族聚合物，例如苯乙烯；乙烯基醚、乙烯基酯、N-取代的丙烯酰胺、N-乙烯基酰胺、馬來酸酯、富馬酸酯等的基團(tuán)。烯屬不飽和由含有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或苯乙烯官能團(tuán)的基團(tuán)提供。
乙烯基芳香族樹脂衍生自含有至少25wt％的衍生自結(jié)構(gòu)式(XV)單體的結(jié)構(gòu)單元的聚合物前體 其中R5為氫、低級烷基或鹵素；Z1為乙烯基、鹵素或低級烷基；以及p為0到約5。這些聚合物包括苯乙烯、氯苯乙烯和乙烯基甲苯的均聚物、苯乙烯與一種或多種由丙烯腈、丁二烯、α-甲基苯乙烯、乙基乙烯基苯、二乙烯基苯和馬來酸酐舉例的單體的無規(guī)共聚物，以及包括共混物和接技物的橡膠改性的聚苯乙烯，其中該橡膠為聚丁二烯或約98-70％苯乙烯和約2-30％二烯單體的橡膠共聚物。聚苯乙烯可與聚苯醚以任何比例混容，以及任何這種共混物可以含有約5到約95wt％，以及最經(jīng)常約25到約75wt％的聚苯乙烯，基于該聚合物總重量計(jì)。
在又另一個(gè)實(shí)施方案中，聚酰亞胺可以用作組合物中的有機(jī)聚合物。有用的熱塑性聚酰亞胺具有通式(XVI) 其中“a”為大于或等于約1，理想的為大于或等于約10，以及更理想的為大于或等于約1000；以及其中V為沒有限制的四價(jià)連接基團(tuán)，只要該連接基團(tuán)不妨礙該聚酰亞胺的合成或使用。合適的連接基團(tuán)包括(a)具有約5到約50個(gè)碳原子的取代或未取代、飽和、不飽和或芳族單環(huán)和多環(huán)基團(tuán)，(b)具有1到約30個(gè)碳原子的取代或未取代、線性或支化、飽和或不飽和烷基；或其組合。合適的代替基團(tuán)和/或連接基團(tuán)包括但不限于醚、環(huán)氧化合物、酰胺、酯及其組合。示例性連接基團(tuán)包括但不限于結(jié)構(gòu)式(XVII)的四價(jià)芳族基，例如 其中W為二價(jià)部分，選自-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y為1到5的整數(shù))以及其鹵代衍生物，包括全氟代亞烷基，或結(jié)構(gòu)式-O-Z-O-的基團(tuán)，其中該-O-或該-O-Z-O-基團(tuán)的二價(jià)鍵位于3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位，以及其中Z包括，但不限于結(jié)構(gòu)式(XVIII)的二價(jià)基。
結(jié)構(gòu)式(XVI)中的R包括取代或未取代的二價(jià)有機(jī)基，例如(a)具有約6到約20個(gè)碳原子的芳族烴基及其鹵代衍生物；(b)具有約2到約20個(gè)碳原子的直鏈或支鏈亞烷基；(C)具有約3到約20個(gè)碳原子的環(huán)亞烷基，或(d)通式(XIX)的二價(jià)基。
其中Q包括二價(jià)部分，選自-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y為1到5的整數(shù))以及其鹵代衍生物，包括全氟亞烷基。
聚酰亞胺的合適類型包括聚酰胺酰亞胺和聚醚酰亞胺，特別是那些熔融可加工的聚醚酰亞胺。
合適的聚醚酰亞胺聚合物包括多于1個(gè)結(jié)構(gòu)式(XX)的結(jié)構(gòu)單元。通常理想的是該聚醚酰亞胺聚合物包含約10到約1000個(gè)結(jié)構(gòu)式(XX)的結(jié)構(gòu)單元。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是該聚醚酰亞胺聚合物包含約10到約500個(gè)結(jié)構(gòu)式(XX)的結(jié)構(gòu)單元。
其中T為-O-或結(jié)構(gòu)式-O-Z-O-的基團(tuán)，其中該-O-或該-O-Z-O-基團(tuán)的二價(jià)鍵在3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位，以及其中Z包括，但不限于如以上定義的結(jié)構(gòu)式(XVIII)的二價(jià)基。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該聚醚酰亞胺可以為共聚物，其除如上所述醚酰亞胺單元之外，進(jìn)一步含有結(jié)構(gòu)式(XXI)的聚酰亞胺結(jié)構(gòu)單元。
其中R如前面結(jié)構(gòu)式(XVI)的定義以及M包括，但不限于結(jié)構(gòu)式(XXII)的基團(tuán)。
該聚醚酰亞胺可以通過包括使結(jié)構(gòu)式(XXIII)的芳族二(醚酸酐)與結(jié)構(gòu)式(XIV)的有機(jī)二胺反應(yīng)的任何方法制備。
其中T和R如以上結(jié)構(gòu)式(XVI)和(XX)中所述定義。
結(jié)構(gòu)式(XXIII)的芳族二(醚酸酐)的說明性實(shí)例包括2，2-雙[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐；2，2-雙[4-(2，3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯硫二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基-2，2-丙烷二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐和4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐，及其各種混合物。
該二(醚酸酐)可以通過使硝基取代苯基二腈與二元酚化合物的金屬鹽的反應(yīng)產(chǎn)物，在雙極性非質(zhì)子溶劑存在下水解，接著脫水制備。由以上結(jié)構(gòu)式(XXIII)包括的芳族二(醚酸酐)的示例性類型，包括但不限于其中T具有結(jié)構(gòu)式(XXV) 以及醚鍵，例如，在3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位的化合物及其混合物，以及其中Q如以上定義。
任何二氨基化合物可以用于制備該聚酰亞胺和/或聚醚酰亞胺。合適的化合物的實(shí)例為亞乙基二胺、亞丙基二胺、三亞甲基二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、六亞甲基二胺、七亞甲基二胺、八亞甲基二胺、九亞甲基二胺、十亞甲基二胺、1，12-十二烷二胺、1，18-十八烷二胺、3-甲基七亞甲基二胺、4，4-雙甲基七亞甲基二胺、4-甲基九亞甲基二胺、5-甲基九亞甲基二胺、2，5-雙甲基六亞甲基二胺、2，5-雙甲基七亞甲基二胺、2，2-雙甲基亞丙基二胺、N-甲基-雙(3-氨基丙基)胺、3-甲氧基六亞甲基二胺、1，2-雙(3-氨基丙氧基)乙烷、雙(3-氨基丙基)硫化物、1，4-環(huán)己基二胺、雙(4-氨基環(huán)己基)甲烷、間苯二胺、對苯二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、間苯二甲胺、對苯二甲胺、2-甲基-4，6-二乙基-1，3-亞苯基-二胺、5-甲基-4，6-二乙基-1，3-亞苯基-二胺、聯(lián)苯胺、3，3′-二甲基聯(lián)苯胺、3，3′-二甲氧基聯(lián)苯胺、1，5-二氨基萘、雙(4-氨基苯基)甲烷、雙-(2-氯-4-氨基-3，5-二乙基苯基)甲烷、雙(4-氨基苯基)丙烷、2，4-二(b-氨基-叔丁基)甲苯、雙(對-b-氨基-叔丁基苯基)醚、雙(對-b-甲基-o-氨基苯基)苯、雙(對-b-甲基-o-氨基戊基)苯、1，3-二氨基-4-異丙基苯、雙(4-氨基苯基)硫化物、雙(4-氨基苯基)砜、二(4-氨基苯基)醚和1，3-雙(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷。也可以存在這些化合物的混合物。示例性二氨基化合物為芳族二胺，特別是間苯二胺和對苯二胺及其混合物。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，該聚醚酰亞胺樹脂包括結(jié)構(gòu)式(XX)的結(jié)構(gòu)單元，其中每個(gè)R獨(dú)立地為對亞苯基或間亞苯基或其混合物，以及T為結(jié)構(gòu)式(XXVI)的二價(jià)基團(tuán)。
通常，反應(yīng)可以使用溶劑，例如鄰二氯苯、間甲酚/甲苯等進(jìn)行，在結(jié)構(gòu)式(XVIII)的酸酐和結(jié)構(gòu)式(XIX)的二胺之間，以約100℃到約250℃的溫度實(shí)施反應(yīng)。另外，該聚醚酰亞胺可以通過結(jié)構(gòu)式(XVIII)的芳族二(醚酸酐)和結(jié)構(gòu)式(XIX)的二胺，通過加熱該原材料混合物到高溫同時(shí)伴隨攪拌進(jìn)行熔體聚合制備。通常，熔體聚合使用約200℃到約400℃的溫度。鏈終止劑和支化劑也可以用于該反應(yīng)。當(dāng)使用聚醚酰亞胺/聚酰亞胺共聚物時(shí)，二酸酐，例如均苯四酸酐與該二(醚酸酐)組合使用。該聚醚酰亞胺聚合物可以任選由芳族二(醚酸酐)與有機(jī)二胺的反應(yīng)制備，其中該二胺在反應(yīng)混合物中以至多約0.2摩爾過量存在，以及更理想的小于約0.2摩爾過量。在這種條件下，該聚醚酰亞胺樹脂具有小于約15微當(dāng)量每克(μeq/g)酸可滴定基團(tuán)，以及更理想的具有小于約10μeq/g酸可滴定基團(tuán)，如采用氯仿溶液以33重量百分比(wt％)氫溴酸的冰醋酸溶液滴定所示。酸可滴定基團(tuán)基本應(yīng)歸因于該聚醚酰亞胺樹脂中的胺端基。
通常，有用的聚醚酰亞胺具有約0.1到約10克每分鐘(g/min)的熔融指數(shù)，如通過美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)D1238，在295℃下使用6.6千克(kg)重量測定。在一種示例性實(shí)施方案中，該聚醚酰亞胺樹脂具有約10,000到約150,000克每摩爾(g/mol)的重均分子量(Mw)，如通過凝膠滲透色譜法，使用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物測定。這種聚醚酰亞胺聚合物通常具有大于約0.2分升每克(dl/g)的特性粘度，以及更理想的在約0.35到約0.7dl/g，在25℃下間甲酚中測定。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚酰胺可以用作該組合物中的有機(jī)聚合物。聚酰胺通常衍生自具有4到12個(gè)碳原子的有機(jī)內(nèi)酰胺的聚合。示例性內(nèi)酰胺由結(jié)構(gòu)式(XXVII)表示。
其中n為約3到約11。一種示例性內(nèi)酰胺為n等于5的ε-己內(nèi)酰胺。
聚酰胺也可以由具有4到12個(gè)碳原子的氨基酸合成。示例性氨基酸由結(jié)構(gòu)式(XXVIII)表示。
其中n為約3到約11。一種示例性氨基酸為n等于5的ε-氨基己酸。
聚酰胺也可以由具有4到12個(gè)碳原子的脂肪族二羧酸與具有2到12個(gè)碳原子的脂肪族二胺聚合。
示例性脂族二羧酸與用于合成聚酯的上述那些脂族二羧酸相同。示例性脂肪族二胺由結(jié)構(gòu)式(XXIX)表示H2N-(CH2)n—NH2(XXIX)其中n為約2到約12。一種示例性脂肪族二胺為六亞甲基二胺(H2N(CH2)6NH2)。理想的是該二羧酸對該二胺的摩爾比為約0.66到約1.5。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用約0.81到約1.22的摩爾比。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用約0.96到約1.04的摩爾比。示例性聚酰胺為尼龍6、尼龍6，6、尼龍4，6、尼龍6，12、尼龍10等，或包括上述尼龍的至少一種的組合。
聚酰胺脂的合成還可以由具有4到12個(gè)碳原子的脂族內(nèi)脂與具有4到12個(gè)碳原子的脂肪族內(nèi)酰胺完成。該脂族內(nèi)脂與用于聚酯合成的上述那些脂族內(nèi)脂相同，該脂肪族內(nèi)酰胺與用于聚酰胺合成的上述那些脂肪族內(nèi)酰胺相同。脂族內(nèi)脂對脂肪族內(nèi)酰胺的比率可以在很大程度上變化，其取決于最終共聚物的所需組成，以及該內(nèi)酯與該內(nèi)酰胺的相對反應(yīng)速度。脂肪族內(nèi)酰胺對脂族內(nèi)脂的一個(gè)示例性初始摩爾比為約0.5到約4。在該范圍內(nèi)，理想的是摩爾比大于或等于約1。同樣理想的是摩爾比小于或等于約2。
該組合物可以進(jìn)一步包括催化劑或引發(fā)劑。通常，適用于相應(yīng)熱聚合的任何已知催化劑或引發(fā)劑都可以使用。另外，該聚合可以在沒有催化劑或引發(fā)劑的情況下實(shí)施。例如，在由脂族二羧酸與脂肪族二胺合成聚酰胺中，不需要催化劑。
對于由內(nèi)酰胺合成聚酰胺，合適的催化劑包括水以及與用于該合成的開環(huán)(水解)內(nèi)酰胺對應(yīng)的ω-氨基酸。其它合適的催化劑包括金屬鋁烷基化合物(MAl(OR)3H；其中M為堿金屬或堿土金屬，R為C1-C12烷基)、二氫雙(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉、二氫雙(叔丁氧基)鋁酸鋰、鋁烷基化合物(Al(OR)2R；其中R為C1-C12烷基)、N-己內(nèi)酰胺鈉、ε-己內(nèi)酰胺的氯化鎂或溴化鎂鹽(MgXC6H10NO，X＝Br或Cl)、二烷氧基鋁氫化物。合適的引發(fā)劑包括間苯二酰雙己內(nèi)酰胺、N-縮醛己內(nèi)酰胺、異氰酸酯ε-己內(nèi)酰胺加合物、醇(ROH；其中R為C1-C12烷基)、二醇(HO-R-OH；其中R為C1-C12亞烷基)、ω-氨基己酸以及甲醇鈉。
對于由內(nèi)酯和內(nèi)酰胺合成聚酰胺脂，合適的催化劑包括金屬氫化物化合物，例如結(jié)構(gòu)式為LiAl(H)x(R1)y的氫化鋰鋁催化劑，其中x為約1到約4，y為約0到約3，x+y等于4，以及R1選自C1-C12烷基和C1-C12烷氧基；合適的催化劑包括LiAl(H)(OR2)3，其中R2選自C1-C8烷基；特別理想的催化劑為LiAl(H)(OC(CH3)3)3。其它合適的催化劑和引發(fā)劑包括用于聚(ε-己內(nèi)酰胺)和聚(ε-己內(nèi)酯)聚合的上述那些催化劑和引發(fā)劑。
聚酰胺的示例性類型為通過第一聚酰胺和聚合物材料的反應(yīng)得到者，所述聚合物材料選自第二聚酰胺、聚(亞芳基醚)、聚(鏈烯基芳香族)均聚物、橡膠改性聚(鏈烯基芳香族)樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)接枝共聚物、嵌段共聚物以及包括上述兩種或多種的組合。該第一聚酰胺包括結(jié)構(gòu)式(XXX)的重復(fù)單元
其中R1為具有九個(gè)碳的支化或未支化的烷基。R1可以為1，9-壬烷和/或2-甲基-1，8-辛烷。聚酰胺樹脂特征在于存在屬于羧酸和胺的縮合產(chǎn)物的酰胺基(-C(O)NH-)。該第一聚酰胺通常通過一種或多種包括九個(gè)碳烷基部分的二胺與對苯二甲酸(1，4-二羧基苯)的反應(yīng)制備。當(dāng)使用多于一種二胺時(shí)，該二胺的比率可能影響得到的聚合物的一些物理性能，例如熔融溫度。二胺對二羧酸的比率通常為等摩爾的，但是可以過量一種或另一種用來決定端基官能團(tuán)。另外，該反應(yīng)可以進(jìn)一步包括用作鏈終止劑以及至少在某種程度上決定端基官能團(tuán)的一元胺和一元羧酸。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于約30meq/g的胺端基含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于約40meq/g的胺端基含量。
該第二聚酰胺包括結(jié)構(gòu)式(XXXI)和/或結(jié)構(gòu)式(XXXII)的重復(fù)單元 其中R2為具有四到七個(gè)碳的支化或未支化的烷基，以及R3為具有六個(gè)碳的芳族基或具有四到七個(gè)碳的支化或未支化的烷基。R2在結(jié)構(gòu)式XXXI中可以為1，6-己烷，在結(jié)構(gòu)式XXXII中可以為1，5-戊烷。R3可以為1，4-丁烷。
該第一聚酰胺與其它聚酰胺相比，具有更好的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、抗?jié)駳馕招浴⒛湍バ砸约澳突瘜W(xué)性。因此，當(dāng)與含有代替該第一聚酰胺的其它聚酰胺的類似組合物對比時(shí)，包含第一聚酰胺的導(dǎo)電性組合物顯示這些相同的改善性能。在一些實(shí)施方案中，該第一和第二聚酰胺的組合改善了多相組合物中聚酰胺相與其它相，例如聚(亞芳基醚)的相容性，由此改善了抗沖擊性。不受理論約束，據(jù)信該第二聚酰胺提高了可用的末端氨基的量。在一些情況下，該末端氨基可以與其它相的組分反應(yīng)或被官能化以與其它相反應(yīng)，由此改善相容性。
該有機(jī)聚合物(包括樹脂共混物)通常以約5到約99.999重量百分比(wt％)的量使用，基于組合物總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約10到約99.99的量使用有機(jī)聚合物，基于組合物總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約30到約99.5的量使用有機(jī)聚合物，基于組合物總重量計(jì)。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約50到約99.3的量使用有機(jī)聚合物，基于組合物總重量計(jì)。
用于該碳納米管組合物的碳納米管可以擰成繩狀并且可以為單壁碳納米管(SWNT)和/或多壁碳納米管(MWNT)。用于該碳納米管組合物的碳納米管可以通過激光揮發(fā)石墨、化學(xué)汽相沉積、碳弧合成或高壓一氧化碳轉(zhuǎn)化工藝(HIPCO)生產(chǎn)。
該SWNT通常具有包括石墨片的單壁，具有約0.7到約2.4納米(nm)的外徑。通常理想的是該SWNT具有至少2000瓦特每米開爾文(W/m-K)的固有導(dǎo)熱率，以及該SWNT繩具有104西門子/厘米(S/cm)的固有導(dǎo)電率。通常同樣理想的是該SWNT具有至少80吉帕斯卡(GPa)的拉伸強(qiáng)度以及至少約0.5太帕斯卡(TPa)的勁度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該SWNT可以包括金屬納米管和半導(dǎo)體納米管的混合物。金屬納米管為那些顯示類似于金屬的電特性的納米管，而半導(dǎo)體納米管為那些電學(xué)上為半導(dǎo)體的納米管。通常卷起石墨片的方式產(chǎn)生各種螺旋結(jié)構(gòu)的納米管。還能確認(rèn)的兩種有鋸齒形和扶手椅型納米管。為了使組合物中使用的SWNT的數(shù)量減到最少，通常理想的是該金屬納米管構(gòu)成用于組合物的SWNT總量的較大部份。通常理想的是用于組合物的該SWNT包括大于或等于約1wt％的該SWNT總重量的金屬納米管。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約20wt％的金屬納米管，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約30wt％的金屬納米管。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約50wt％的金屬納米管，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約99.9wt％的金屬納米管。
在某些情況下，通常理想的是用于組合物的SWNT包括大于或等于該SWNT總重量的約1wt％的半導(dǎo)體納米管。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約20wt％的半導(dǎo)體納米管，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約30wt％的半導(dǎo)體納米管。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約50wt％的半導(dǎo)體納米管，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于該SWNT總重量的約99.9wt％的半導(dǎo)體納米管。
該MWNT通常具有包括石墨片的多層壁，具有約1.4到約500納米(nm)的外徑。MWNT具有至少兩個(gè)圍繞至少一部分內(nèi)部中空型芯連接的石墨層。在一個(gè)實(shí)施方案中，該MWNT可以僅具有兩個(gè)石墨層，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，該MWNT可以僅具有三個(gè)石墨層。僅具有兩個(gè)石墨層的MWNT稱作雙壁碳納米管，而僅具有三個(gè)石墨層的MWNT稱作三壁碳納米管。半球形帽通常封閉該MWNT的兩端，但是理想的是使用僅具有一個(gè)半球形帽的MWNT或缺少兩個(gè)帽的MWNT。通常理想的是使用具有小于或等于約40nm平均直徑的MWNT。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用具有小于或等于約30nm直徑的MWNT，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用具有小于或等于約20nm直徑的MWNT。
在該組合物中通常使用縱橫比大于或等于約5的碳納米管。在一個(gè)實(shí)施方案中，縱橫比大于或等于100，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，縱橫比大于或等于1,000。該碳納米管通常包括中心部分，其為中空的，但可以填充無定形碳。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，在有機(jī)聚合物中分散該碳納米管的目的是使該碳納米管解纏結(jié)，以便得到盡可能接近碳納米管縱橫比的有效縱橫比。有效縱橫比對縱橫比的比率為分散有效性的一種度量。有效縱橫比為單碳納米管旋轉(zhuǎn)半徑除以相應(yīng)單個(gè)納米管外徑的值的兩倍。通常理想的是有效縱橫比對縱橫比的比率的平均值大于或等于約0.5，如在放大倍數(shù)大于或等于約10,000的電子顯微照相中測定的。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是有效縱橫比對縱橫比的比率的平均值大于或等于約0.75，如在放大倍數(shù)大于或等于約10,000的電子顯微照相中測定的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是有效縱橫比對縱橫比的比率的平均值大于或等于約0.9，如在放大倍數(shù)大于或等于約10,000的電子顯微照相中測定的。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是有效縱橫比對縱橫比的比率的平均值大于或等于約1.0，如在放大倍數(shù)大于或等于約10,000的電子顯微照相中測定的。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，分散碳納米管的目的為從較大聚集體或較大繩解纏結(jié)，以便形成擰成繩狀的網(wǎng)絡(luò)。理想的是具有滲透大部分有機(jī)聚合物的擰成繩狀的網(wǎng)絡(luò)，以便具有導(dǎo)電性組合物。碳納米管的分散應(yīng)是有效得足以使較大聚集體或較大繩分解成小得多的繩，然而不應(yīng)過于有效以致該網(wǎng)絡(luò)不能建立或破壞。理想的是建立最細(xì)小的能擰成繩狀的網(wǎng)絡(luò)。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施方案，構(gòu)成滲透網(wǎng)絡(luò)的繩將包括幾個(gè)可能只有幾個(gè)納米厚度的碳納米管。這些繩可能彼此高度糾纏，形成大面積的滲透網(wǎng)絡(luò)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，為了得到導(dǎo)電性組合物，滲透網(wǎng)絡(luò)可以由直徑和長度已經(jīng)在分散工藝過程中減少的繩形成。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該滲透網(wǎng)絡(luò)可以包括碳納米管的繩、不擰成繩狀的單個(gè)碳納米管、不分散的碳納米管附聚物，以及生產(chǎn)涉及雜質(zhì)。該網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)碳納米管之間的接觸點(diǎn)被稱作節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的數(shù)目可能使得該網(wǎng)絡(luò)不能有效形成(即碳納米管附聚物不能有效分散)并且因此不能產(chǎn)生滲透網(wǎng)絡(luò)。另一方面，當(dāng)在混合過程中施加太多剪切時(shí)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目同樣使得不能產(chǎn)生滲透網(wǎng)絡(luò)。理想的是使該碳納米管分散到具有對于產(chǎn)生小于或等于約1012ohm-cm的整體電阻率有效的節(jié)點(diǎn)數(shù)。更理想的是使該碳納米管分散到具有對于產(chǎn)生小于或等于約108ohm-cm的整體電阻率有效的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，熔融共混之后的組合物優(yōu)選含有碳納米管網(wǎng)絡(luò)形式的碳納米管。該碳納米管網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選為三維網(wǎng)絡(luò)并且促進(jìn)電流經(jīng)由組合物流通。電子隧穿同樣可以發(fā)生在存在于網(wǎng)絡(luò)中的碳納米管之間。電子隧穿也可以發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)中的碳納米管和其它導(dǎo)電性顆粒(例如炭黑、MWNT等)之間。該碳納米管網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)，在那里單個(gè)碳納米管或碳納米管繩進(jìn)行物理接觸。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該碳納米管可以以繩狀聚集體的形式存在。這些聚集體通常稱作“繩”并且作為各個(gè)碳納米管之間的范德華力的結(jié)果形成。繩中的各個(gè)納米管可以彼此相對滑動(dòng)并且在繩內(nèi)自身重排，以使自由能減到最少。通常具有2到105個(gè)納米管的繩可以用于該組合物。在該范圍內(nèi)，通常理想的是具有大于或等于約10個(gè)納米管的繩。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有大于或等于約100個(gè)納米管的繩。同樣理想的是具有小于或等于約104個(gè)納米管的繩。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是具有小于或等于約5000個(gè)納米管的繩。
碳納米管通常以導(dǎo)電性組合物總重量的約0.001到約50wt％的量使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約0.25到約30wt％的量使用納米管，基于導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約0.50到約10wt％的量使用納米管，基于導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是以約1.0到約5wt％的量使用納米管，基于導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。
在此使用的“生產(chǎn)涉及雜質(zhì)”表示在基本上或完全與生產(chǎn)碳納米管有關(guān)的加工過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。如上所述，碳納米管在例如激光燒蝕、化學(xué)汽相沉積、碳弧、高壓一氧化碳轉(zhuǎn)化加工等加工中產(chǎn)生?；旧匣蛲耆c生產(chǎn)碳納米管有關(guān)的加工還包括對于碳納米管的凈化加工。生產(chǎn)涉及雜質(zhì)為在上述加工或類似制造工藝中生產(chǎn)碳納米管過程中自然形成或有意形成的那些雜質(zhì)。自然形成的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的一個(gè)實(shí)例為用于生產(chǎn)碳納米管的催化劑顆粒。有意形成的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的另一個(gè)實(shí)例為由于在制造工藝過程中有意添加少量氧化劑而在碳納米管表面上形成的懸空鍵。生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的又另一個(gè)實(shí)例為可能在碳納米管生產(chǎn)或碳納米管凈化加工過程中產(chǎn)生的石墨納米片。
生產(chǎn)涉及雜質(zhì)包括，例如含碳反應(yīng)副產(chǎn)物，例如殘次的碳納米管、多壁碳納米管，支化或卷曲的多壁碳納米管，無定形碳，煙灰，納米蔥球(nona-onion)，納米角(nanohorns)，焦炭等；來自生產(chǎn)過程中使用的催化劑的催化劑殘留物，例如金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物等，或包括上述反應(yīng)副產(chǎn)物的至少一種的組合。一種基本上與碳納米管生產(chǎn)有關(guān)的工藝為當(dāng)與生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的任何其它份額相比時(shí)，其中碳納米管份額更大的工藝。為了讓工藝基本上與碳納米管生產(chǎn)有關(guān)，碳納米管份額將必須大于以上列出的反應(yīng)副產(chǎn)物或催化劑殘留物的任何一種的份額。例如，碳納米管份額將必須大于煙灰份額或炭黑份額。碳納米管份額將不必大于認(rèn)為是基本上旨在碳納米管生產(chǎn)的該工藝的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的任何組合的份額總和。
生產(chǎn)涉及雜質(zhì)不包括在碳納米管制造過程之前或過程中加入該碳納米管的任何添加劑，其中這些添加劑不改性該碳納米管。它們同樣不包括在制造或提純碳納米管之后加入該碳納米管的添加劑。生產(chǎn)涉及雜質(zhì)也不包括在導(dǎo)電性組合物制造過程中加入碳納米管或有機(jī)聚合物的添加劑。
雖然SWNT通常比MWNT具有更少的缺陷(大概因?yàn)樗鼈儧]有相鄰壁，抵消了由于在這些相鄰壁中的不飽和碳價(jià)之間形成橋形成的缺陷)，但是它們確實(shí)存在一些缺陷。這種缺陷可能破壞相鄰碳納米管之間的范德華力，使得繩可以形成。碳納米管中缺陷的實(shí)例為在碳納米管壁上形成的懸空碳鍵。下述缺陷都在本發(fā)明范圍內(nèi)其中懸空碳鍵具有共價(jià)連接到碳納米管壁上的另一個(gè)碳原子的第一末端和連接到反應(yīng)活性官能團(tuán)的第二末端，其中這種連接發(fā)生在碳納米管生產(chǎn)過程中。合適的官能團(tuán)包括，例如羥基、羧基、鹵，特別是氟、硫酸鹽、硝酸鹽、環(huán)氧、酸酐、酯、酰胺等。這種反應(yīng)活性官能團(tuán)與殘次碳納米管的連接可能由于向其中產(chǎn)生碳納米管的反應(yīng)室中添加相應(yīng)的反應(yīng)物?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)由碳納米管生產(chǎn)過程中的這種官能化產(chǎn)生的碳納米管生產(chǎn)出不同于生產(chǎn)之后官能化碳納米管的產(chǎn)物。
含碳副產(chǎn)物，例如沒有擰成繩狀的多壁碳納米管、無定形碳、煙灰、納米蔥球、納米角、焦炭等或包括上述至少一種的組合，為用于碳納米管生產(chǎn)的工藝的含碳副產(chǎn)物。多壁碳納米管為那些對于該納米管長度的至少一部分具有多于一層壁的碳納米管。該壁可以具有‘年輪’結(jié)構(gòu)或‘魚骨’結(jié)構(gòu)。
催化劑殘留物通常含有在碳納米管生產(chǎn)中用作催化劑的金屬。用作催化劑的金屬通常為過渡金屬，例如鐵、銅、鎳、鈷、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑、鉻、鉬和鎢等，或包括上述金屬的至少一種的組合。非過渡金屬也可以用作催化劑。這種非過渡金屬的合適實(shí)例為鋁、銦等，或包括上述非過渡金屬的至少一種的組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管制造過程中形成的雜質(zhì)為金屬氧化物，例如氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷等，或包括上述氧化物的至少一種的組合。金屬碳化物雜質(zhì)的合適實(shí)例包括碳化鐵、碳化鎢等，或包括上述金屬碳化物的至少一種的組合。
通常，碳納米管組合物可以包括約0.1到約80wt％雜質(zhì)，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約3到約50wt％的雜質(zhì)，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約7到約45wt％的雜質(zhì)，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約8到約40wt％的雜質(zhì)，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約0.1到約50wt％的催化劑殘留物，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約3到約48wt％的催化劑殘留物，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約7到約45wt％的催化劑殘留物，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，碳納米管組合物可以包括約8到約40wt％的催化劑殘留物，基于該碳納米管組合物總重量計(jì)。
其它導(dǎo)電性填料，例如VGCF、炭黑、導(dǎo)電性金屬填料、固態(tài)非金屬導(dǎo)電性填料、石墨納米片(GNS)等，或包括上述至少一種的組合可以任選用于該組合物。VGCF為微小石墨或部分石墨碳纖維，具有約3.5到約2000nm的直徑和大于或等于約5的縱橫比。當(dāng)使用VGCF時(shí)，理想的是使用約3.5到約500nm的直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用具有約3.5到約100nm的直徑的VGCF。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用具有約3.5到約50nm的直徑的VGCF。同樣理想的是具有大于或等于約100的平均縱橫比。在一個(gè)實(shí)施方案中，理想的是使用具有大于或等于約1000的縱橫比的VGCF。
VGCF通常以導(dǎo)電性組合物總重量的約0.001到約50wt％的量使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，該組合物可以包括約0.25到約30wt％的VGCF，基于該導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該組合物可以包括約0.5到約10wt％的VGCF，基于該導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該組合物可以包括約1到約5wt％的VGCF，基于該導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。
導(dǎo)電性組合物中使用的碳納米管在生產(chǎn)之后還可以用官能團(tuán)衍生化，以改善相容性和促進(jìn)與有機(jī)聚合物混合。該碳納米管可以在構(gòu)成側(cè)壁、半球形帽的graphene片上或在側(cè)壁和半球形端帽上進(jìn)行官能化。官能化碳納米管為那些具有結(jié)構(gòu)式(XXXIII)的碳納米管表2干法蝕刻性能的評價(jià)(用于除去蝕刻停止層的條件)
在上面的氣體條件下，由聚合物2形成的薄膜的蝕刻速率顯著不同于SiN或SiO2的蝕刻速率，并且選擇性是令人滿意的。也就是說，使用SiN或SiO2作為硬質(zhì)掩模能夠選擇性地除去根據(jù)本發(fā)明的組合物所形成的薄膜。
實(shí)施例3除了使用在同時(shí)加工MSQ膜和蝕刻停止層的情況下的典型氣體，以5/10/10/200的混合比包含C4F8/N2/O2/Ar的氣體G3以外，以與實(shí)施例1相同的方式評價(jià)由聚合物2形成的薄膜，和MSQ膜的干法蝕刻性能。結(jié)果顯示于表3中。表3干法蝕刻性能(用于除去層間絕緣膜和干法蝕刻膜的條件)
尼龍6，6的分子量進(jìn)一步顯示隨時(shí)間的有限的降低。從表5和6可見，當(dāng)擠出含有SWNT-3和SWNT-10的組合物時(shí)，數(shù)均分子量(Mn)存在輕微減少。進(jìn)一步可以觀察到含有SWNT-10的組合物與含有SWNT-3的試樣相比，分子量減少的更大。對于該擠出的組合物進(jìn)行聯(lián)用質(zhì)譜分析法的氣相色譜法(GC-MS)。GC-MS的結(jié)果分別示于表7和8。
表7
表8
從表7和8可見，通過GC-MS檢測出的作為尼龍6，6降解的結(jié)果的化合物為己烷，環(huán)戊酮，苯酚，萘，苯酚、4-(1-甲基乙基)和尼龍6，6環(huán)構(gòu)單體。從該表可見，環(huán)狀二聚物的wt％隨著兩種組合物的混合時(shí)間上升。組合物中環(huán)狀二聚物的存在表明，存在由于在擠出過程中碳納米管的存在而帶來的降解，以及在那些具有SWNT-10的組合物中大量環(huán)狀二聚物的存在表明，雜質(zhì)的存在可以有助于數(shù)均分子量的降低。
實(shí)施例4該實(shí)施例在于測定，當(dāng)由MWNT(不顯示擰成繩狀)以及SWNT(顯示擰成繩狀)制造的母料在高剪切條件下制備時(shí)，所得母料之間性能的差異，所述高剪切條件例如基于30mm的Werner and Pfleiderer雙螺桿擠出機(jī)。在該實(shí)施例中，包括3wt％的MWNT或SWNT的母料首先用30mm的Werner and Pfleiderer雙螺桿擠出機(jī)擠出。制備母料的30mm的Werner and Pfleiderer雙螺桿擠出機(jī)所使用的條件為280℃的機(jī)筒溫度，350rpm的螺桿速度以及30lbs/hr的輸出。用于該聚苯醚-聚酰胺共混物的聚酰胺為尼龍6，6。該聚苯醚聚酰胺共混物首先在290℃用30mm的Werner and Pfleiderer雙螺桿擠出機(jī)配混。螺桿速度保持在350rpm以及共混物以50lbs/hr生產(chǎn)。
相應(yīng)的母料的比體積電阻率示于以下表9。
表9
從該表可見含有SWNT-3的母料顯示電學(xué)性能，而具有SWNT-10的母料不顯示任何體積電阻率。同樣在等量加載時(shí)，含有SWNT-3的試樣優(yōu)于MWNT差不多3個(gè)數(shù)量級。由此可見擰成繩狀的碳納米管與沒有擰成繩狀的碳納米管相比，可以更快速地改善導(dǎo)電率。
如表10所示，3wt％母料然后通過與另外的尼龍6，6在30mm的Werner and Pfleiderer雙螺桿擠出機(jī)中混合形成中間導(dǎo)電性組合物。該組合物然后與另外的成分共混得到表11中的組合物。示于表11中的聚苯醚-聚酰胺共混物在獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的30mm雙螺桿擠出機(jī)中擠出。尼龍6，6和納米管的最終含量示于表10。導(dǎo)電率(SVR)結(jié)果示于表12。
用于制備聚苯醚-聚酰胺共混物以及含有納米管的聚苯醚-聚酰胺共混物的擠出機(jī)條件為290℃的機(jī)筒溫度，350rpm的螺桿速度以及50lbs/hr的輸出。含有納米管的聚苯醚-聚酰胺共混物的電學(xué)性能示于表12。從表12可見，含有MWNT的試樣不顯示任何導(dǎo)電率，而具有SWNT的試樣顯示導(dǎo)電率。
表10
表11
表12
這些結(jié)果清楚地表明，含有SWNT-10的母料表現(xiàn)不同于那些含有MWNT或那些含有SWNT-3的母料。從該結(jié)果可見，含有SWNT-10的母料不導(dǎo)電，含有MWNT的母料是導(dǎo)電的。如由測定的整體體積電阻率證明的，含有SWNT-3的母料同樣導(dǎo)電。但是，當(dāng)進(jìn)一步配混母料和聚苯醚-聚酰胺共混物時(shí)，具有MWNT的組合物不導(dǎo)電，而含有SWNT-10的組合物顯示相當(dāng)?shù)退降恼w體積電阻率。具有SWNT-3的組合物通常是電學(xué)上絕緣的。
不限于理論，據(jù)推測SWNT-10的存在促進(jìn)單壁納米管解纏結(jié)以及隨后的分散，由此改善導(dǎo)電率。SWNT-10需要輔助剪切力或混合，以便形成繩的連接網(wǎng)絡(luò)。另一方面，SWNT-3已經(jīng)在母料中形成很好的連接的繩狀網(wǎng)絡(luò)，而額外混合使該網(wǎng)絡(luò)瓦解，由此破壞連接性并由此消除導(dǎo)電性。因此當(dāng)以上述方式分散時(shí)，具有SWNT以及較低份額雜質(zhì)的聚苯醚聚酰胺共混物通常不顯示電學(xué)性能。同樣不受理論限制，就MWNT而論，據(jù)信在母料和聚苯醚聚酰胺共混物共混過程中提供的額外剪切促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)連接性的減少，使試樣的電學(xué)性能降低。
實(shí)施例5該實(shí)施例在于說明包括MWNT的組合物以及那些包括SWNT-10的組合物之間電學(xué)性能的差異。特別地，該實(shí)驗(yàn)在于研究半結(jié)晶聚合物對于含有MWNT或SWNT的組合物的電學(xué)性能以及沖擊性能的影響。在Werner and Pfleiderer 30mm雙螺桿擠出機(jī)中制備包括特性粘度為約0.46dl/g的聚苯醚樹脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)以及聚丙烯的Tuftec沖擊改性劑的預(yù)擠出組合物。在16mm的Prism雙螺桿擠出機(jī)中制備包括聚丙烯(PD403)和MWNT或SWNT的獨(dú)立母料。然后該預(yù)擠出組合物與母料一起在16mm的Prism雙螺桿擠出機(jī)中擠出。然后預(yù)擠出組合物和母料在進(jìn)料口被送入擠出機(jī)。試樣用15噸Boy注塑機(jī)注塑成懸臂梁式樣條。該樣條被切口并進(jìn)行缺口懸臂梁式?jīng)_擊測試以及進(jìn)行測定比體積電阻率的測量。
表13
從表13中的數(shù)據(jù)可見，含有MWNT的組合物不顯示存在任何可測的導(dǎo)電率。但是，含有SWNT的試樣在1和2wt％時(shí)顯示電阻率。這些結(jié)果清楚地顯示，在一定條件下，對于在半結(jié)晶樹脂中產(chǎn)生電學(xué)性能，具有雜質(zhì)的SWNT優(yōu)于MWNT。這一點(diǎn)反映了擰成繩狀的碳納米管形成網(wǎng)絡(luò)的能力。
實(shí)施例6該實(shí)驗(yàn)在于說明SWNT組合物中存在的雜質(zhì)對于包括聚碳酸酯樹HSN2(情況B1)，或者HSN1＝HSN2并且FOHSN1不等于FOHSN2(情況B2)。與無FO跳躍(但具有相同的HSN分配和FO分配)的情況相比，策略2改進(jìn)了鄰信道干擾分集(ACID)。但是，在不同站點(diǎn)的移動(dòng)臺之間沒有正交性。FO集必須重新安排，以避免小區(qū)內(nèi)鄰信道干擾。表4策略2 策略3由表5反映。策略S3實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)內(nèi)和不同站點(diǎn)中的某些小區(qū)之間的情況A1，以及所有小區(qū)之間的情況B2。換言之，在站點(diǎn)內(nèi)和不同站點(diǎn)的某些小區(qū)之間，HSN1＝HSN2，并且不存在FO集1和FO集2的重疊(情況A1)，而在所有小區(qū)之間，HSN1＝HSN2，并且FOHSN1不等于FOHSN2(情況B2)。與無FO跳躍但在站點(diǎn)中具有不同HSN的情況相比，策略3提供更多小區(qū)對之間的正交性(67％而不是33％)。但是，與無FO跳躍相比，非正交小區(qū)的干擾分集減小(p＝1/5而不是pf＝1/15)。表5策略3
從以上實(shí)驗(yàn)可見，存在于SWNT組合物中的雜質(zhì)為改變混合時(shí)間、調(diào)節(jié)組合物電學(xué)性能以及改性組合物物理性能提供多種可能。在一個(gè)實(shí)施方案中，可見組合物可以經(jīng)歷不同混合水平，從而在體系中形成不同的電學(xué)網(wǎng)絡(luò)，其在有機(jī)聚合物基質(zhì)中產(chǎn)生不同水平電阻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在有機(jī)聚合物，例如聚碳酸酯中，具有較高水平雜質(zhì)的SWNT組合物可以用較低水平剪切混合分散。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，在有機(jī)聚合物，例如尼龍6，6中，可見當(dāng)含有較低重量份額雜質(zhì)的組合物通常不隨著混合改變導(dǎo)電率，含有較高重量份額雜質(zhì)的組合物顯示隨著混合時(shí)間導(dǎo)電率水平更高。
不受理論限制，普遍認(rèn)為雜質(zhì)水平在分散SWNT的有效性中扮演主要角色。高純SWNT不能如較不純SWNT那樣與繩輕易分離。似乎是剪切力，例如那些用于雙螺桿擠出的剪切力，可以有助于使SWNT在短時(shí)間內(nèi)從高度纏結(jié)簇解纏結(jié)或解附聚。在擠壓工藝過程中形成的剪切力在由高純SWNT形成的SWNT聚集體破裂時(shí)并不十分有效。但是，對于SWNT-3，擠出機(jī)混合過程中的擴(kuò)散作用可以極大地改善導(dǎo)電性SWNT網(wǎng)絡(luò)。換句話說，聚合物鏈可以在SWNT之間擴(kuò)散并幫助繩斷裂。具有較高雜質(zhì)(例如SWNT-10級別)的碳納米管難以從其聚集體或較大繩分解，而是需要可以分散它們的輔助剪切。具有較低雜質(zhì)的碳納米管形成網(wǎng)絡(luò)快速得多，但是該網(wǎng)絡(luò)傾向于隨著輔助剪切/混合而瓦解。這一點(diǎn)使人們希望從通過改變碳納米管組合物中雜質(zhì)的量調(diào)節(jié)所需的導(dǎo)電性水平，得到導(dǎo)電性組合物。
當(dāng)高純SWNT用于組合物時(shí)，SWNT與有機(jī)聚合物干混以及然后被送入擠出機(jī)。通過擠出機(jī)最初非常大的繩(＞10,000SWNT)被輕易地分解為較小的繩。這一點(diǎn)可以形成導(dǎo)電性通道，但是通常在極低加載時(shí)沒有。輔助配混開始可以將更多的繩分離成較小的繩。但是，最終要達(dá)到下述程度，即，分離的繩結(jié)構(gòu)變得纏結(jié)以及結(jié)塊或附聚。這一點(diǎn)示于圖3。這種行為破壞了網(wǎng)絡(luò)的連接性，并因此降低了這種高純SWNT在組合物中作為導(dǎo)電性單元的有效性。
當(dāng)使用具有基于殘留物TGA燒盡計(jì)的大于3wt％雜質(zhì)的碳納米管時(shí)，非常大的繩結(jié)構(gòu)(＞10,000SWNT)通過擠出機(jī)分解為較小的繩。輔助配混進(jìn)一步將附聚物分解成可以更輕易地穿過有機(jī)聚合物基質(zhì)的更多魚網(wǎng)型結(jié)構(gòu)。這一點(diǎn)在擠出操作中非常有利，因?yàn)槠浞浅Ｈ菀踪x予這種SWNT和有機(jī)聚合物的混合物更多的剪切力。這些結(jié)構(gòu)不能形成類似于高純結(jié)構(gòu)形成的高度纏結(jié)簇，而是形成良好連接的很好的繩狀網(wǎng)絡(luò)。最終產(chǎn)物為導(dǎo)電性復(fù)合材料。這種納米管中存在的雜質(zhì)可能是其原因。
盡管本發(fā)明已參考示例性實(shí)施方案加以描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下可以作各種改變并且對于其要素可以進(jìn)行等價(jià)物替代。另外，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的前提下，可以進(jìn)行許多改進(jìn)以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意味著本發(fā)明并不限于所公開的作為預(yù)期實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的特定實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電性組合物，包括有機(jī)聚合物；和碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的并且具有大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的碳納米管，以及其中該組合物具有小于或等于約1012ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約5千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。
2.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中該組合物具有小于或等于約108ohm-cm的體積電阻率，以及大于或等于約10千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。
3.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物占約0.001到約50wt％，基于組合物總重量計(jì)。
4.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物包括單壁碳納米管、多壁碳納米管或包括上述碳納米管的至少一種的組合。
5.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中生產(chǎn)涉及雜質(zhì)包括含碳反應(yīng)副產(chǎn)物、催化劑殘留物、金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物或包括上述殘留物的至少一種的組合。
6.權(quán)利要求5的導(dǎo)電性組合物，其中含碳反應(yīng)副產(chǎn)物為殘缺單壁碳納米管、多壁碳納米管、支化和/或卷曲多壁碳納米管、無定形碳、煙灰、焦炭或包括上述反應(yīng)副產(chǎn)物的至少一種的組合。
7.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，進(jìn)一步包括未擰成繩的單壁碳納米管、未擰成繩的多壁碳納米管、蒸氣生長碳纖維、石墨納米片或包括上述至少一種的組合。
8.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中生產(chǎn)涉及雜質(zhì)占碳納米管組合物總重量的約0.1到約80wt％。
9.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中有機(jī)聚合物包括均聚物、共聚物、三元共聚物或包括上述有機(jī)聚合物類型的至少一種的組合。
10.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中有機(jī)聚合物具有相分離形態(tài)，以及其中碳納米管組合物的大部分存在于單相中。
11.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物的至少一部分包括用官能團(tuán)衍生的碳納米管。
12.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物包括具有至少一個(gè)半球形端的單壁碳納米管或多壁碳納米管。
13.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中有機(jī)聚合物為熱塑性樹脂、熱塑性樹脂的共混物或熱塑性樹脂與熱固性樹脂的共混物。
14.權(quán)利要求1的導(dǎo)電性組合物，其中有機(jī)聚合物為共聚物、三元共聚物、聚合物的共混物或包括上述有機(jī)聚合物的至少一種的組合。
15.權(quán)利要求13的導(dǎo)電性組合物，其中熱塑性樹脂為聚縮醛、聚丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯、聚氨酯、聚芳砜、聚醚砜、聚亞芳基硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚醚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮以及包括上述熱塑性樹脂的至少一種的組合。
16.一種導(dǎo)電性組合物，包括有機(jī)聚合物；和包括碳納米管的碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物的碳納米管具有大于或等于約0.1wt％基于該碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；以及其中該碳納米管以包括繩的網(wǎng)絡(luò)形式存在于有機(jī)聚合物中；以及其中該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約10千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。
17.權(quán)利要求16的導(dǎo)電性組合物，具有A級表面光潔度。
18.權(quán)利要求16的導(dǎo)電性組合物，包括約0.001到約50wt％的碳納米管組合物，基于導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。
19.權(quán)利要求16的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物包括單壁碳納米管、多壁碳納米管或包括上述碳納米管的至少一種的組合。
20.權(quán)利要求16的導(dǎo)電性組合物，其中生產(chǎn)涉及雜質(zhì)包括含碳反應(yīng)副產(chǎn)物、催化劑殘留物或包括上述至少一種的組合，以及其中催化劑殘留物包括金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物或包括上述殘留物的至少一種的組合。
21.一種導(dǎo)電性組合物，包括有機(jī)聚合物；和包括碳納米管的碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物的碳納米管具有大于或等于約0.1wt％基于該碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；以及其中該碳納米管以包括繩和附聚物的網(wǎng)絡(luò)形式存在于有機(jī)聚合物中；以及其中該導(dǎo)電性組合物具有小于或等于約108ohm-cm的整體體積電阻率和大于或等于約10千焦/平方米的缺口懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度以及A級表面光潔度。
22.權(quán)利要求21的導(dǎo)電性組合物，包括約0.001到約50wt％的碳納米管組合物，基于導(dǎo)電性組合物總重量計(jì)。
23.權(quán)利要求21的導(dǎo)電性組合物，其中碳納米管組合物包括單壁碳納米管、多壁碳納米管或包括上述碳納米管的至少一種的組合。
24.權(quán)利要求21的導(dǎo)電性組合物，其中生產(chǎn)涉及雜質(zhì)包括含碳的反應(yīng)副產(chǎn)物、催化劑殘留物或包括上述至少一種的組合。
25.權(quán)利要求21的導(dǎo)電性組合物，其中催化劑殘留物包括金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物或包括上述殘留物至少一種的組合。
26.權(quán)利要求24的導(dǎo)電性組合物，其中含碳反應(yīng)副產(chǎn)物為殘缺單壁碳納米管、多壁碳納米管、支化和/或卷曲多壁碳納米管、無定形碳、煙灰、焦炭或包括上述反應(yīng)副產(chǎn)物的至少一種的組合。
27.一種制品，包括上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的組合物。
28.一種制備組合物的方法，包括將有機(jī)聚合物和/或有機(jī)聚合物前體組合物與碳納米管組合物共混，其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的碳納米管，以及其中該碳納米管組合物包括大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)。
29.權(quán)利要求28的方法，其中共混包括熔融共混、溶液共混或包括上述共混方法的至少一種的組合。
30.權(quán)利要求28的方法，其中有機(jī)聚合物前體組合物在共混過程中形成有機(jī)聚合物。
31.權(quán)利要求28的方法，其中共混包括以超聲波頻率進(jìn)行的超聲波處理。
32.權(quán)利要求28的方法，其中共混使用剪切力、拉伸力、壓力、超聲波能、電磁能、熱能或包括上述力和能量的至少一種的組合，并在加工設(shè)備中進(jìn)行，其中通過單螺桿、多螺桿、嚙合同向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)螺桿、非嚙合同向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)螺桿、往復(fù)螺桿、有銷螺桿、有銷機(jī)筒、過濾網(wǎng)組、輥、撞錘、螺旋轉(zhuǎn)子或包括上述至少一種的組合施加上述力。
33.一種制備導(dǎo)電性組合物的方法，包括將碳納米管組合物與有機(jī)聚合物或有機(jī)聚合物前體共混；其中該碳納米管組合物含有可以擰成繩狀的碳納米管；以及其中包括碳納米管的繩在共混時(shí)改變其尺寸。
34.權(quán)利要求33的方法，其中繩包括2到105個(gè)碳納米管。
35.權(quán)利要求33的方法，其中共混包括熔融共混、溶液共混或包括上述共混方法的至少一種的組合。
36.權(quán)利要求33的方法，其中有機(jī)聚合物前體組合物在共混過程中形成有機(jī)聚合物。
37.權(quán)利要求33的方法，其中共混包括以超聲波頻率進(jìn)行的超聲波處理。
38.一種制備導(dǎo)電性組合物的方法，包括將第一有機(jī)聚合物和碳納米管組合物共混形成母料；其中該碳納米管組合物包括大于或等于約0.1wt％基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)；其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀的碳納米管；以及進(jìn)一步將母料與第二有機(jī)聚合物共混形成導(dǎo)電性組合物。
39.權(quán)利要求38的方法，其中母料具有比導(dǎo)電性組合物的體積電阻率高的體積電阻率，或者其中母料具有比導(dǎo)電性組合物的體積電阻率低的體積電阻率。
40.權(quán)利要求38的方法，其中存在于碳納米管組合物中的碳納米管繩在共混形成母料過程中改變其尺寸，或者其中存在于碳納米管組合物中的碳納米管繩在共混形成導(dǎo)電性組合物過程中改變其尺寸。
41.一種通過權(quán)利要求28至40的任何一項(xiàng)的方法制備的制品。
全文摘要
本發(fā)明公開一種導(dǎo)電性組合物，包括有機(jī)聚合物和碳納米管組合物，其中該碳納米管組合物包括可以擰成繩狀并且具有大于或等于約0.1wt％，基于碳納米管組合物總重量計(jì)的生產(chǎn)涉及雜質(zhì)的碳納米管，以及其中該組合物具有小于或等于約10
文檔編號H01B1/24GK1864233SQ200480029375
公開日2006年11月15日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者M·埃爾科維奇, S·拉亞戈帕蘭, S·高希, N·H·穆塔 申請人:通用電氣公司