[发明专利]包含分散在聚合物基体中的碳纳米管的调色剂

说明书

技术领域

本发明涉及包含分散在聚合物基体中的碳纳米管的调色剂。

背景技术

存在着两种基本类型的碳纳米管：多壁碳纳米管(MWNT)和单壁碳纳米管(SWNT)。SWNT具有圆柱片状的、单原子厚度壳的六角形排列的碳原子，并且碳纳米管典型的包含围绕着公共轴直径不断增加的多共轴圆柱。因此，SWNT可以被认为是在碳纳米管以及碳纳米管绳(其是独特排列的SWNT阵列)下面的结构。这里，“多壁碳纳米管(MWNT)”也被称作“碳纳米管(CNT)”和“纳米管”。

制造含有碳纳米管的复合材料的方法是已知的。例如，US专利No.5643502和6299812描述了碳纳米管，其通过使用熔融吹出和熔融纺丝来物理的，而非化学的结合到聚合物上。在这些方法中，将单体分子进行聚合来形成聚合物基体。然后将该碳纳米管加入到该聚合物基体中，并与聚合物粒料混合，将该混合物加热到大于该聚合物熔点的温度。将该液化的混合物挤出或者纺丝，然后冷却来形成碳纳米管/聚合物复合材料。

交联碳纳米管基体的方法描述在US专利No.6203814中。首先将碳纳米管官能化，然后与交联剂反应来形成多孔交联的纳米管。

包含碳纳米管/聚合物复合材料树脂的调色剂表现出提高的机械、化学、热和电性能。取决于所用的碳纳米管的浓度，可以改变聚合物树脂的某些性能。例如，当碳纳米管/聚合物复合材料包含占该复合材料的大约2-大约20％重量的碳纳米管时，该调色剂表现出提高的导电率，并且因此适于导电显影方法。因为碳纳米管具有高的长宽比，因此在调色剂中仅仅需要少量的纳米管来达到与常规的导电添加剂相同的导电率。当碳纳米管/聚合物复合材料包含占该聚合物复合材料大约0.05-大约10重量％的碳纳米管时，该调色剂表现出提高的整体结晶度，提高了该调色剂粒子的电荷转移。这样的调色剂适于电子照相印刷应用。在这种碳纳米管添加量时，调色剂表现出提高的电阻率。随着碳纳米管价格的显著降低，本发明的调色剂提供了成本效益和表现出提高的性能两方面的优势。

发明内容

本发明提供了一种调色剂，其包含：包含着聚合的混合物的树脂，任选地一种或多种着色剂和任选地一种或多种蜡，其中该聚合的混合物是一种复合材料，其包含碳纳米管和聚合物。在一些实施方案中，该聚合物是聚酯，并且调色剂是乳液/聚集调色剂。

该碳纳米管/聚合物复合材料是通过已知的手段来形成的。该碳纳米管可以用一种或多种化学部分进行官能化。如果需要，该碳纳米管可以在官能化之前进行纯化。碳纳米管上的化学部分通常是共价连接到合适的单体上的。该单体然后通过任何已知的合适的手段进行聚合，由此形成分散在聚合物基体中的纳米管。这种碳纳米管/聚合物复合材料树脂通常可以混入到调色剂中。

本发明不限于此处所述的具体实施方案，并且本领域普通技术人员基于本发明，可以改变某些组分和加工过程。此处所用的术语仅仅是用于描述具体的实施方式的目的，而非有意进行限制。

术语“碳纳米管”指的是碳管或者纤维，其具有非常小的直径，并且包括小纤维、须状物、巴基管(buckytubes)等等。碳纳米管可以制成高纯度和均匀的。离散的纳米管、纳米管的聚集体、或者离散的和聚集的纳米管二者都可以适用于本发明。在实施方式中，该纳米管的直径可以小于1μm，例如小于大约0.5μm，小于大约0.1μm，或者小于大约0.05μm，虽然该量也可以处于这些范围之外。

碳纳米管可以获自市售来源，或者通过已知的方法合成。在官能化之前，碳纳米管可以通过任何合适的、本领域已知的手段来进行纯化。通常，纳米管是如下来进行纯化的：通过与一种或多种合适的试剂例如氧化剂、硝化剂和磺化剂在液相中进行反应，随后清洗和干燥。纯化溶解了纳米管中存在的金属粒子和其他杂质。用于这种加工的合适的试剂的例子包括但不限于盐酸，氢氟酸，氢溴酸，氢碘酸，硫酸，发烟硫酸，硝酸，柠檬酸，草酸，氯磺酸，磷酸，三氟甲烷磺酸，冰醋酸，一元有机酸，二元有机酸，高锰酸钾，过硫酸盐，铈酸盐，溴酸盐，过氧化氢，重铬酸酸及其混合物。硫酸、硝酸、高锰酸盐、氯磺酸及其组合对于这种目的是特别有用的，这归因于有效的氧化和官能化。例如，用3M HNO₃的处理在溶解金属粒子中是非常有效的。同样，因为硝酸是一种强氧化剂，因此可以通过氧化除去无定形碳。纯化碳纳米管另外的手段包括将纳米管分散在溶剂中，并在与官能化试剂接触之前，任选地过滤和干燥它们。