JP6822124B2 - Method for producing surface-modified carbon nanotubes and its dispersion - Google Patents
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Description
本発明は、混酸処理温度を制御して、導電性を高めた表面修飾カーボンナノチューブの製造方法と、その分散液に関する。 The present invention relates to a method for producing surface-modified carbon nanotubes in which the mixed acid treatment temperature is controlled to increase conductivity, and a dispersion liquid thereof.
カーボンナノチューブが最初に広く報告されたのは1991年である。カーボンナノチューブは実質的にグラファイトの1枚面を巻いて筒状にした形状を有しており、1層に巻いたものを単層カーボンナノチューブ、多層に巻いたものを多層カーボンナノチューブという。多層カーボンナノチューブのなかでも特に2層に巻いたものを2層カーボンナノチューブという。カーボンナノチューブは、自体が優れた真性の導電性を有し、導電性材料として使用されることが期待されている。 Carbon nanotubes were first widely reported in 1991. The carbon nanotube has a shape in which one surface of graphite is wound into a tubular shape, and the one wound in one layer is called a single-walled carbon nanotube, and the one wound in multiple layers is called a multi-walled carbon nanotube. Among the multi-walled carbon nanotubes, those wound in two layers are called double-walled carbon nanotubes. Carbon nanotubes themselves have excellent intrinsic conductivity and are expected to be used as conductive materials.
カーボンナノチューブの製造方法として、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長法などが知られている。化学気相成長法のなかでも、触媒を担体に担持して行う触媒化学気相成長法が知られている。 As a method for producing carbon nanotubes, an arc discharge method, a laser evaporation method, a chemical vapor deposition method and the like are known. Among the chemical vapor deposition methods, a catalytic chemical vapor deposition method in which a catalyst is supported on a carrier is known.
カーボンナノチューブの中で、単層カーボンナノチューブは、高グラファイト構造を有しているために導電性や熱伝導性などの特性が高いことが知られている。しかしながら、単層カーボンナノチューブは強固で非常に太いバンドル構造を有しているため、1本1本のカーボンナノチューブが有しているナノ効果を発揮できず、各種用途展開が困難であった。特に樹脂や溶媒への分散が非常に困難であるために、予想される高特性を発揮できず、種々の用途への展開が妨げられているのが現状であった。特に透明導電性フィルム、成型品、膜等への用途にカーボンナノチューブを用いて実用性能を発揮させることは困難であった。 Among carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes are known to have high properties such as conductivity and thermal conductivity because they have a high graphite structure. However, since the single-walled carbon nanotubes have a strong and very thick bundle structure, the nano-effects of each carbon nanotube cannot be exhibited, and it is difficult to develop various applications. In particular, since it is extremely difficult to disperse in a resin or a solvent, it is not possible to exhibit the expected high characteristics, and the current situation is that development into various applications is hindered. In particular, it has been difficult to demonstrate practical performance by using carbon nanotubes for applications such as transparent conductive films, molded products, and membranes.
多層カーボンナノチューブの中でも層数の比較的少ない2〜5層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブの特性と多層カーボンナノチューブの両方の特性を有しているために、種々の用途において有望な素材として注目を集めている。その中でも2層カーボンナノチューブは最も特性が良好と考えられており、いくつかの合成法が開発されてきた。最近では純度の高い2層カーボンナノチューブの合成法として遠藤らの方法が知られている(非特許文献1、2、3)(特許文献1)。この方法は、主触媒として鉄塩を、副触媒としてモリブデン酸塩を配置して炭素源を反応させて2層カーボンナノチューブを合成している。またここで得られた2層カーボンナノチューブの用途としては、2層カーボンナノチューブが高い熱安定性を有しているために、高電流で用いられるフィールドエミッタとしての用途が記載されている。 Among multi-walled carbon nanotubes, 2-5-walled carbon nanotubes, which have a relatively small number of layers, have the characteristics of both single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, and therefore are attracting attention as promising materials in various applications. Are collecting. Among them, two-walled carbon nanotubes are considered to have the best characteristics, and several synthetic methods have been developed. Recently, the method of Endo et al. Is known as a method for synthesizing high-purity two-walled carbon nanotubes (Non-Patent Documents 1, 2 and 3) (Patent Document 1). In this method, a two-walled carbon nanotube is synthesized by arranging an iron salt as a main catalyst and a molybdate as an auxiliary catalyst and reacting the carbon sources. Further, as the use of the two-walled carbon nanotubes obtained here, the use as a field emitter used at a high current is described because the two-walled carbon nanotubes have high thermal stability.
しかしながら、高品質な2層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブと同様にチューブ間の疎水性相互作用や、π電子間の相互作用から強固にバンドルを形成しており、カーボンナノチューブを分散するのは困難と考えられている。遠藤らの2層カーボンナノチューブも同様に強固に太いバンドルを形成していると考えられる。強固に太いバンドル構造を有している間接的証拠として、カーボンナノチューブ集合体の耐熱性が挙げられる。耐熱性が高いカーボンナノチューブ集合体は、より太いバンドル構造を形成していると推測される(非特許文献3)。カーボンナノチューブの耐熱性は空気中での燃焼ピーク温度で判別できる。空気中での燃焼は酸素分子の攻撃による酸化反応と考えられる。 However, it is difficult to disperse carbon nanotubes because high-quality two-walled carbon nanotubes form a strong bundle due to hydrophobic interactions between tubes and interactions between π electrons, similar to single-walled carbon nanotubes. It is believed that. It is considered that the two-walled carbon nanotubes of Endo et al. Also form a strong and thick bundle. Indirect evidence of having a strong and thick bundle structure is the heat resistance of the carbon nanotube aggregate. It is presumed that the carbon nanotube aggregate having high heat resistance forms a thicker bundle structure (Non-Patent Document 3). The heat resistance of carbon nanotubes can be determined by the peak combustion temperature in air. Combustion in air is considered to be an oxidation reaction due to the attack of oxygen molecules.
1本1本は同じカーボンナノチューブであったとしても、そのバンドルが太い、つまりより多くのカーボンナノチューブが集合しているバンドルでは、内側のカーボンナノチューブは酸素の攻撃を受けにくいために酸化反応が起こりにくくなり、カーボンナノチューブ集合体の燃焼ピーク温度は上昇する。逆にバンドルが細い、つまり少ないカーボンナノチューブが集合しているバンドルでは、内側のカーボンナノチューブも容易に酸素の攻撃を受けるために、カーボンナノチューブ集合体の燃焼ピーク温度が低下すると考えられる。 Even if the carbon nanotubes are the same one by one, in a bundle with a thick bundle, that is, a bundle in which more carbon nanotubes are gathered, the inner carbon nanotubes are less susceptible to oxygen attack, so that an oxidation reaction occurs. It becomes difficult and the peak combustion temperature of the carbon nanotube aggregate rises. On the contrary, in a bundle in which the bundle is thin, that is, in which a small number of carbon nanotubes are aggregated, it is considered that the combustion peak temperature of the carbon nanotube aggregate is lowered because the inner carbon nanotubes are also easily attacked by oxygen.
これら非特許文献1、2、3、特許文献1記載のカーボンナノチューブは同じ合成法で製造されたものであり、非特許文献2に記載されているとおり、その燃焼ピーク温度は717℃と高く、これらのカーボンナノチューブは強固に太いバンドルを形成していると考えられ、高度の分散性が要求される場合には満足できるものではなかった。 The carbon nanotubes described in Non-Patent Documents 1, 2, 3 and 1 are manufactured by the same synthetic method, and as described in Non-Patent Document 2, their combustion peak temperature is as high as 717 ° C. These carbon nanotubes are considered to form a tightly thick bundle, which is not satisfactory when a high degree of dispersibility is required.
一方上記より層数の多い多層カーボンナノチューブは、一般に直径も太く、グラファイト層に欠陥も多く、上記層数の少ないカーボンナノチューブよりもバンドルを組みにくいため、分散性には優れる。しかし、このような多層カーボンナノチューブは、品質に劣るため、特にすぐれた光透過率と表面抵抗が求められる透明導電性フィルム、成型品、膜等への用途において実用性能を発揮させることは困難であった。 On the other hand, multi-walled carbon nanotubes having a larger number of layers than the above generally have a large diameter, many defects in the graphite layer, and are more difficult to bundle than carbon nanotubes having a smaller number of layers, and thus have excellent dispersibility. However, since such multi-walled carbon nanotubes are inferior in quality, it is difficult to demonstrate practical performance in applications such as transparent conductive films, molded products, and films that require excellent light transmittance and surface resistance. there were.
現在、カーボンナノチューブを代表とした各種のカーボンナノ材料が開発されており、例えば、導電フィラー、熱伝導材料、発光素子、電池やキャパシターの電極材料、配線材料や配線どうしの電極接合材料、補強材料、黒色顔料などの各種用途において、多様な機能を有する材料として有望視されている。 Currently, various carbon nanomaterials typified by carbon nanotubes are being developed. For example, conductive fillers, heat conductive materials, light emitting elements, electrode materials for batteries and capacitors, wiring materials, electrode bonding materials for wiring, and reinforcing materials. , Black pigment, etc., are promising as materials having various functions in various applications.
しかし、一般にカーボンナノ材料は、製造されたままの状態では凝集体を形成しており、溶媒中で十分に分散させた状態にするのが非常に難しい。このため、製品にした際に特性を十分に発揮できないという問題がある。 However, in general, carbon nanomaterials form aggregates in the as-manufactured state, and it is very difficult to make them sufficiently dispersed in a solvent. Therefore, there is a problem that the characteristics cannot be sufficiently exhibited when the product is made.
従来、カーボンナノ材料の分散性を高める手段として、例えば、微細炭素繊維の酸性懸濁液に酸化剤を添加して表面を酸化させたもの(特許文献2)や、硝酸あるいは硝酸と硫酸との混酸を用いて湿式酸化してCOOM基を導入したもの(特許文献3)や、発煙硝酸中または発煙硝酸と濃硫酸との混酸中で超音波処理してニトロ基を導入したもの(特許文献4)、100℃以上で混酸酸化処理する(特許文献5)などが知られている。 Conventionally, as a means for improving the dispersibility of carbon nanomaterials, for example, an acidic suspension of fine carbon fibers to which an oxidizing agent is added to oxidize the surface (Patent Document 2), nitric acid or nitric acid and sulfuric acid are used. A COOM group introduced by wet oxidation using a mixed acid (Patent Document 3), or a nitro group introduced by ultrasonic treatment in fuming nitric acid or a mixed acid of fuming nitric acid and concentrated sulfuric acid (Patent Document 4). ), Mixed acid oxidation treatment at 100 ° C. or higher (Patent Document 5) and the like are known.
しかし、これらの従来例は、過度な酸化処理によるカーボンナノチューブの切断によって導電性が劣化することや、酸化処理が不十分で分散性が劣るという問題があり、また、ニトロ化では分散媒が有機溶剤であって高濃度のときにカーボンナノチューブの分散性が十分ではない、また、高温で酸化処理することによりカーボンナノチューブが破壊されてしまい、分散性は良くなるが導電性が低下するという問題があった。 However, these conventional examples have problems that the conductivity deteriorates due to the cutting of carbon nanotubes by excessive oxidation treatment, the oxidation treatment is insufficient and the dispersibility is inferior, and the dispersion medium is organic in nitration. There is a problem that the dispersibility of carbon nanotubes is not sufficient when the concentration is high as a solvent, and the carbon nanotubes are destroyed by the oxidation treatment at high temperature, and the dispersibility is improved but the conductivity is lowered. there were.
本発明は、上記のような問題を解決したものであり、分散性に優れ、高い導電性を有する表面修飾カーボンナノチューブ、およびこの表面修飾カーボンナノチューブを含有し分散剤を必要としない分散液、さらには、これらの分散液によって製造される塗料組成物およびペースト組成物を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems, and comprises a surface-modified carbon nanotube having excellent dispersibility and high conductivity, a dispersion liquid containing the surface-modified carbon nanotube and not requiring a dispersant, and further. Is to provide a coating composition and a paste composition produced by these dispersions.
すなわち本発明は、カーボンナノチューブの酸化物である表面修飾カーボンナノチューブであって、平均粒子径D50が1〜50μmであり、体積抵抗率が0.1〜0.01Ω・cmである表面修飾カーボンナノチューブに関する。 That is, the present invention is a surface-modified carbon nanotube that is an oxide of carbon nanotubes, and has an average particle diameter D50 of 1 to 50 μm and a volume resistivity of 0.1 to 0.01 Ω · cm. Regarding.
また本発明は、カーボンナノチューブを、濃度が60〜70質量%の硝酸と硫酸とからなる混酸を用い、60℃以下の温度で酸化処理する、表面修飾カーボンナノチューブの製造方法に関する。 The present invention also relates to a method for producing surface-modified carbon nanotubes, in which carbon nanotubes are oxidized at a temperature of 60 ° C. or lower using a mixed acid composed of nitric acid and sulfuric acid having a concentration of 60 to 70% by mass.
また本発明は、上記の表面修飾カーボンナノチューブと、極性溶媒からなる1種以上の分散媒とを含む、カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to a carbon nanotube dispersion liquid containing the above-mentioned surface-modified carbon nanotubes and one or more dispersion media composed of a polar solvent.
また本発明は、上記のカーボンナノチューブ分散液と、バインダーとを含有する組成物に関する。 The present invention also relates to a composition containing the above-mentioned carbon nanotube dispersion liquid and a binder.
また本発明は、上記の組成物から形成された塗膜に関する。 The present invention also relates to a coating film formed from the above composition.
本発明の表面修飾カーボンナノチューブは、従来と比較して、特に極性溶剤中に分散させた際に、高濃度でも均一に分散が可能である。さらに、この表面修飾カーボンナノチューブの分散液を利用した塗料組成物またはペースト組成物を用いることによって、優れた導電性を有する導電性塗膜を容易に形成することができる。 Compared with the conventional case, the surface-modified carbon nanotube of the present invention can be uniformly dispersed even at a high concentration, particularly when dispersed in a polar solvent. Further, by using a coating composition or a paste composition using the dispersion liquid of the surface-modified carbon nanotubes, a conductive coating film having excellent conductivity can be easily formed.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following examples.
本発明の表面修飾カーボンナノチューブは、濃度が60〜70質量%の硝酸と硫酸とからなる混酸を用い、60℃以下で酸化処理したことを特徴とし、平均粒子径D50が1〜50μm、体積抵抗率が0.1〜0.01Ω・cmであることを特徴とする表面修飾カーボンナノチューブである。 The surface-modified carbon nanotubes of the present invention are characterized in that they are oxidized at 60 ° C. or lower using a mixed acid composed of nitric acid and sulfuric acid having a concentration of 60 to 70% by mass, and have an average particle diameter D50 of 1 to 50 μm and volume resistivity. It is a surface-modified carbon nanotube characterized by having a ratio of 0.1 to 0.01 Ω · cm.
硝酸と硫酸の混酸を用いてカーボンナノチューブの酸化処理を行う場合、混酸温度が高くなるほどカーボンナノチューブの分解も進み、平均粒子径D50が小さくなり、極性溶媒に対する分散性が向上する。 When the carbon nanotubes are oxidized using a mixed acid of nitric acid and sulfuric acid, the higher the mixed acid temperature, the more the carbon nanotubes are decomposed, the average particle size D50 becomes smaller, and the dispersibility in a polar solvent is improved.
しかし、カーボンナノチューブの分解が進み、平均粒子径D50が小さくなると、導電性が低下するという弊害が発生する。導電性を保つには、平均粒子径D50を1μm以上にする必要が有り、この粒子径を保つ混酸酸化条件の検討を行った結果、60℃以下で混酸処理を行うことにより、平均粒子径D50を1μm以上に保つことが可能となった。 However, when the decomposition of carbon nanotubes progresses and the average particle size D50 becomes smaller, there is an adverse effect that the conductivity is lowered. In order to maintain conductivity, it is necessary to set the average particle size D50 to 1 μm or more, and as a result of examining the mixed acid oxidation conditions for maintaining this particle size, the average particle size D50 was obtained by performing the mixed acid treatment at 60 ° C. or lower. Can be maintained at 1 μm or more.
混酸処理温度は、硝酸と硫酸の混酸中にカーボンナノチューブ原料を浸漬し、60℃以下の温度で反応させればよい。液温は好ましくは60〜20℃が良く、60〜40℃がさらに好ましい。100℃以上の液温ではカーボンナノチューブの分解が進み、平均粒子径D50が1μm以下となり易い。 The mixed acid treatment temperature may be such that the carbon nanotube raw material is immersed in a mixed acid of nitric acid and sulfuric acid and reacted at a temperature of 60 ° C. or lower. The liquid temperature is preferably 60 to 20 ° C, more preferably 60 to 40 ° C. At a liquid temperature of 100 ° C. or higher, the decomposition of carbon nanotubes proceeds, and the average particle size D50 tends to be 1 μm or less.
混酸処理の好ましい反応時間は、例えば2〜8時間であるが、この範囲に限定はされない。酸化処理中の混合物は攪拌し続けることが好ましい。 The preferable reaction time of the mixed acid treatment is, for example, 2 to 8 hours, but the reaction time is not limited to this range. The mixture during the oxidation treatment is preferably kept agitated.
上記酸化処理において、硝酸と硫酸の混酸とカーボンナノチューブ原料との質量比は、カーボンナノチューブ原料の1質量部に対して混酸50〜100質量部の範囲が適当である。 In the above oxidation treatment, the mass ratio of the mixed acid of nitric acid and sulfuric acid to the carbon nanotube raw material is appropriately in the range of 50 to 100 parts by mass of the mixed acid with respect to 1 part by mass of the carbon nanotube raw material.
混酸の処理温度条件を上記のように調整した酸化処理を行うことによって、カーボンナノチューブ表面にカルボキシル基(−COOH)、カルボニル基(>C=O)、エーテル基(C−O−C)、フェノール性水酸基(−OH)などが導入される。 By performing the oxidation treatment in which the treatment temperature conditions of the mixed acid are adjusted as described above, the surface of the carbon nanotubes is subjected to a carboxyl group (-COOH), a carbonyl group (> C = O), an ether group (CO-C), and phenol. A sex hydroxyl group (-OH) or the like is introduced.
本発明の表面修飾カーボンナノチューブとは、酸性の置換基であるカルボキシル基(−COOH)、フェノール性水酸基(−OH)がカーボンナノチューブの表面に結合された状態のカーボンナノチューブを示す。 The surface-modified carbon nanotube of the present invention refers to a carbon nanotube in which a carboxyl group (-COOH) and a phenolic hydroxyl group (-OH), which are acidic substituents, are bonded to the surface of the carbon nanotube.
カーボンナノチューブの生産時、分離した別個のナノチューブ、もしくはナノチューブの凝集体の形態で存在しており、ランダムに互いに絡み合い鳥の巣類似の絡み合った玉を形成している。このカーボンナノチューブ凝集体の形成に関する更なる詳細は、Tennentの米国特許第5,165,909号、Moyらの米国特許第5,456,897号、Snyderらの1991年5月1日に出願された米国特許第5,707,916号、及び1989年1月28日に出願されたPCT出願第US89/00322号、WO89/07163、及び1994年8月2日出願されたMoyらの米国特許第5,456,897号及び1990年9月27日に出願されたPCT出願第US90/05498号、WO91/05089、及び1995年6月7日に出願されたMandevilleらの米国特許第5,500,200号及び1994年8月2日に出願された米国特許第5,456,897号及び1994年10月11日に出願されたMoyらの米国特許第5,569,635号の開示で説明されている。 During the production of carbon nanotubes, they exist in the form of separate nanotubes or aggregates of nanotubes, which are randomly entwined with each other to form entangled balls similar to bird's nests. Further details regarding the formation of this carbon nanotube agglomerate were filed in Tennent's US Pat. No. 5,165,909, Moy et al., US Pat. No. 5,456,897, and Snyder et al., May 1, 1991. US Pat. Nos. 5,707,916, and PCT Application Nos. US89 / 00322, WO89 / 07163, filed January 28, 1989, and Moy et al., Filed August 2, 1994. US Pat. Nos. 5,456,897 and PCT Application US90 / 05489, WO91 / 05089, filed September 27, 1990, and Mandeville et al., US Pat. No. 5,500, filed June 7, 1995, Explained in the disclosure of US Pat. Nos. 200 and US Pat. No. 5,456,897 filed August 2, 1994 and US Pat. No. 5,569,635 filed October 11, 1994 by Moy et al. ing.
尚、本願明細書で示す平均粒子径D50とは、カーボンナノチューブの直径ではなく、凝集体の大きさを示している。カーボンナノチューブは、一般的に凝集体の形態で存在している。これを混酸処理することにより、解すことが可能である。 The average particle size D50 shown in the specification of the present application indicates not the diameter of carbon nanotubes but the size of aggregates. Carbon nanotubes generally exist in the form of aggregates. This can be solved by treating it with a mixed acid.
このカーボンナノチューブの凝集体の大きさは、レーザー回折式粒子径分布測定装置により測定する事が出来る。具体的には、Mastersizer2000等の分析装置がある。 The size of the aggregates of the carbon nanotubes can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. Specifically, there is an analyzer such as Mastersizer2000.
カーボンナノチューブの平均粒子径D50が、1μm以上であれば、分散液や塗膜状態でのカーボンナノチューブ間の繋がりが保たれ、導電性が良好となる。そこで、分散液や塗膜状態での導電性を保ち、かつ極性溶媒中での分散性を維持する平均粒子径D50として、表面修飾カーボンナノチューブの平均粒子径D50は、1〜50μmが好ましい。 When the average particle size D50 of the carbon nanotubes is 1 μm or more, the connection between the carbon nanotubes in the dispersion liquid or the coating film state is maintained, and the conductivity becomes good. Therefore, the average particle size D50 of the surface-modified carbon nanotubes is preferably 1 to 50 μm as the average particle size D50 that maintains the conductivity in the dispersion liquid or the coating film state and maintains the dispersibility in the polar solvent.
カーボンナノチューブはその構造上の導電性が高いという特徴が有り、例えば、株式会社三菱化学製ロレスターGPによって測定したFloTube9100(CNano社製多層カーボンナノチューブ)の体積抵抗率は、0.015Ω・cmである。 Carbon nanotubes are characterized by high structural conductivity. For example, the volume resistivity of FloTube9100 (multi-walled carbon nanotubes manufactured by CNano) measured by Lorester GP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation is 0.015 Ω · cm. ..
しかし、硝酸と硫酸からなる混酸を用いた酸化処理により製造した表面修飾カーボンナノチューブは、平均粒子径D50が小さくなることにより、体積抵抗率が増大する。そこで、極性溶媒中での分散性を維持し、分散液や塗膜状態での導電性を保つ表面修飾カーボンナノチューブの体積抵抗率は、0.1Ω・cm以下である。 However, the volume resistivity of the surface-modified carbon nanotubes produced by the oxidation treatment using a mixed acid composed of nitric acid and sulfuric acid increases as the average particle size D50 decreases. Therefore, the volume resistivity of the surface-modified carbon nanotubes that maintain the dispersibility in the polar solvent and maintain the conductivity in the dispersion liquid or the coating film state is 0.1 Ω · cm or less.
上記表面修飾カーボンナノチューブをアルコールなどの極性溶媒から選択した一種以上の分散媒に分散させることにより、カーボンナノチューブの分散性に優れた分散液が得られる。 By dispersing the surface-modified carbon nanotubes in one or more dispersion media selected from polar solvents such as alcohol, a dispersion liquid having excellent dispersibility of carbon nanotubes can be obtained.
本発明の分散液を得るのに用いる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。 As an apparatus used to obtain the dispersion liquid of the present invention, a disperser or a mixer usually used for pigment dispersion or the like can be used.
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類; スキャンデックス(株式会社スキャンデックス社製)、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル( ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 For example, mixers such as disper, homomixer, or planetary mixer; homogenizers such as "Clearmix" manufactured by M-Technique or "Philmix" manufactured by PRIMIX; Scandex (manufactured by Scandex Co., Ltd.), Paint Media type disperser such as conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill (manufactured by Simmal Enterprises "Dyno mill", etc.), attritor, pearl mill (manufactured by Erich "DCP mill", etc.), or coball mill; Mills ("Genus PY" manufactured by Genus, "Starburst" manufactured by Sugino Machine, "Nanmizer" manufactured by Nanomizer, etc.), "Claire SS-5" manufactured by M-Technique, or "MICROS" manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. Medialess disperser; or other roll mills and the like, but are not limited thereto.
また、分散液の作製方法としては、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。 As a method for producing the dispersion liquid, when a media type disperser is used, a method using a disperser in which the agitator and the vessel are made of ceramic or resin, or a method in which the surface of the metal agitator and the vessel is sprayed with tungsten carbide or resin. It is preferable to use a disperser that has been treated with a coating or the like. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. Also, when a roll mill is used, it is preferable to use a ceramic roll. As the disperser, only one type may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination.
本発明のカーボンナノチューブ分散液にバインダー成分(樹脂成分)を加えることにより、塗料組成物、またはペースト組成物を得ることができる。このような組成物において、樹脂成分は絶縁性であるので、樹脂成分の量が多く、表面修飾カーボンナノチューブの量が少ないと、組成物の導電性が低下するが、本発明の表面修飾カーボンナノチューブは分散性が良いので、少ない含有量でも高い導電性を発揮し、良好な導電性塗膜を得ることができる。 A coating composition or a paste composition can be obtained by adding a binder component (resin component) to the carbon nanotube dispersion liquid of the present invention. In such a composition, since the resin component is insulating, if the amount of the resin component is large and the amount of the surface-modified carbon nanotubes is small, the conductivity of the composition decreases, but the surface-modified carbon nanotubes of the present invention Since it has good dispersibility, it exhibits high conductivity even with a small content, and a good conductive coating film can be obtained.
塗料組成物またはペースト組成物の好ましい組成としては、例えば、極性溶媒を30〜94質量%、表面修飾カーボンナノチューブを1〜8質量%、バインダー成分を5〜60質量%含む組成が挙げられる。極性溶媒の他に必要であれば無極性溶媒を含んでも良いし、塗料組成物又はペースト組成物として必要な他の成分を加えても良い。 Preferred compositions of the coating composition or paste composition include, for example, a composition containing 30 to 94% by mass of a polar solvent, 1 to 8% by mass of surface-modified carbon nanotubes, and 5 to 60% by mass of a binder component. In addition to the polar solvent, a non-polar solvent may be contained if necessary, or other components necessary for a coating composition or a paste composition may be added.
湿式混合装置としては、例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;
エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社製「フィルミックス」等のホモジナイザー類;
スキャンデックス(株式会社スキャンデックス社製)、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;
湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、奈良機械製作所社製「マイクロス」等のメディアレス分散機;その他ロールミル、ニーダー等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、湿式混合装置としては、装置からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい場合がある。
As the wet mixing device, for example, mixers such as a dispenser, a homomixer, or a planetary mixer;
Homogenizers such as "Clearmix" manufactured by M-Technique or "Philmix" manufactured by PRIMIX;
Scandex (manufactured by Scandex Co., Ltd.), paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill (manufactured by Simmal Enterprises "Dyno Mill", etc.), Atwriter, Pearl Mill (manufactured by Erich, etc. "DCP Mill") Or a media type disperser such as a coball mill;
Wet jet mill (Genus PY manufactured by Genus, Starburst manufactured by Sugino Machine, Nanomizer manufactured by Nanomizer, etc.), Claire SS-5 manufactured by M-Technique, Micros manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. Medialess disperser such as "; other roll mills, kneaders, etc., but are not limited to these. Further, as the wet mixing apparatus, it may be preferable to use an apparatus that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the apparatus.
例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面がタングステンカーバイド溶射又は樹脂コーティング等で処理された分散機を用いることが好ましい。メディアは、ガラスビーズ、又は、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合は、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用してもよいし、複数種の装置を組み合わせて使用してもよい。また、原料の溶媒への濡れ性、分散性を向上させるために、一般的な親水性官能基を有する分散剤を一緒に添加し、分散、及び混合することができる。 For example, when using a media type disperser, a method of using a disperser in which the agitator and the vessel are made of ceramic or resin, or a disperser in which the surface of the metal agitator and the vessel is treated with tungsten carbide spraying or a resin coating or the like. Is preferably used. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. When a roll mill is used, it is preferable to use a ceramic roll. As the disperser, only one type may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, in order to improve the wettability and dispersibility of the raw material in the solvent, a dispersant having a general hydrophilic functional group can be added together, dispersed and mixed.
湿式混合する際、各原料が均一に溶解しないケースにおいては、各原料の溶媒への濡れ性、及び分散性を向上させるために、市販の分散剤を一緒に添加し、分散して混合してもよい。分散剤としては、水系分散剤及び溶剤系分散剤を使用でき、具体的には、以下のものが挙げられる。 In the case where each raw material does not dissolve uniformly during wet mixing, a commercially available dispersant is added together, dispersed and mixed in order to improve the wettability and dispersibility of each raw material in a solvent. May be good. As the dispersant, an aqueous dispersant and a solvent-based dispersant can be used, and specific examples thereof include the following.
市販の水系分散剤は特に限定されないが、例えば、下記のものが挙げられる。
ビックケミー社製の分散剤としては、Disperbyk−180、183、184、185、187、190、191、192、193、198、2090、2091、2095、2096、又はBYK−154等が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製の分散剤としては、SOLSPERSE12000、20000、27000、41000、41090、43000、44000、又は45000等が挙げられる。
エフカアディティブズ社製の分散剤としては、EFKA1101、1120、1125、1500、1503、4500、4510、4520、4530、4540、4550、4560、4570、4580、又は5071等が挙げられる。
BASFジャパン社製の分散剤としては、JONCRYL67、678、586、611、680、682、683、690、52J、57J、60J、61J、62J、63J、70J、HPD−96J、501J、354J、6610、PDX−6102B、7100、390、711、511、7001、741、450、840、74J、HRC−1645J、734、852、7600、775、537J、1535、PDX−7630、352J、252D、538J、7640、7641、631、790、780、7610、JDX−C3000、JDX−3020、又はJDX−6500等が挙げられる。また、Luvitec K17、K30、K60、K80、K85、K90、K115、VA64W、VA64、VPI55K72W、又はVPC55K65W等が挙げられる。
川研ファインケミカル社製の分散剤としては、ヒノアクトA−110、300、303、又は501等が挙げられる。
ニットーボーメディカル社製の分散剤としては、PAAシリーズ、PASシリーズ、両性シリーズPAS−410C、410SA、84、2451、又は2351等が挙げられる。
アイエスピー・ジャパン社製の分散剤としては、ポリビニルピロリドンPVP K−15、K−30、K−60、K−90、又はK−120等が挙げられる。
丸善石油化学社製の分散剤としては、ポリビニルイミダゾールPVI等が挙げられる。
Commercially available aqueous dispersants are not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the dispersant manufactured by Big Chemie include Disperbyk-180, 183, 184, 185, 187, 190, 191 and 192, 193, 198, 2090, 2091, 2095, 2096, and BYK-154.
Examples of the dispersant manufactured by Japan Lubrizol Co., Ltd. include SOLPERSE 12000, 20000, 27000, 41000, 41090, 43000, 44000, 45000 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by Fuka Additives include EFKA1101, 1120, 1125, 1500, 1503, 4500, 4510, 4520, 4530, 4540, 4550, 4560, 4570, 4580, and 5071.
BASF Japan's dispersants include JONCRYL67, 678, 586, 611, 680, 682, 683, 690, 52J, 57J, 60J, 61J, 62J, 63J, 70J, HPD-96J, 501J, 354J, 6610, PDX-6102B, 7100, 390, 711, 511, 7001, 741, 450, 840, 74J, HRC-1645J, 734, 852, 7600, 775, 537J, 1535, PDX-7630, 352J, 252D, 538J, 7640, Examples thereof include 7641, 631, 790, 780, 7610, JDX-C3000, JDX-3020, or JDX-6500. In addition, Luvitec K17, K30, K60, K80, K85, K90, K115, VA64W, VA64, VPI55K72W, VPC55K65W and the like can be mentioned.
Examples of the dispersant manufactured by Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. include Hinoact A-110, 300, 303, 501 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by Nittobo Medical Co., Ltd. include PAA series, PAS series, amphoteric series PAS-410C, 410SA, 84, 2451, 2351 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by ASP Japan include polyvinylpyrrolidone PVP K-15, K-30, K-60, K-90, K-120 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd. include polyvinyl imidazole PVI.
市販の溶剤系分散剤としては、特に限定されないが、例えば下記のものが挙げられる。
ビックケミー社製の分散剤としては、Anti-Terra-U、U100、203、204、205、Disperbyk−101、102、103、106、107、108、109、110、111、112、116、130、140、142、161、162、163、164、166、167、168、170、171、174、180、182、183、184、185、2000、2001、2050、2070、2096、2150、BYK−P104、P104S、P105、9076、9077及び220S等が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製の分散剤としては、SOLSPERSE3000、5000、9000、13240、13650、13940、17000、18000、19000、21000、22000、24000SC、24000GR、26000、28000、31845、32000、32500、32600、33500、34750、35100、35200、36600、37500、38500、又は53095が挙げられる。
エフカアディティブズ社製の分散剤としては、EFKA1500、1501、1502、1503、4008、4009、4010、4015、4020、4046、4047、4050、4055、4060、4080、4300、4330、4400、4401、4402、4403、4406、4510、4520、4530、4570、4800、5010、5044、5054、5055、5063、5064、5065、5066、5070、5071、5207、又は5244等が挙げられる。
味の素ファインテクノ社製の分散剤としては、アジスパーPB711、PB821、PB822、PN411、又はPA111が挙げられる。
川研ファインケミカル社製の分散剤としては、ヒノアクトKF−1000、1300M、1500、1700、T−6000、8000、8000E、又は9100等が挙げられる。BASFジャパン社製の分散剤としては、Lavaca等が挙げられる。
The commercially available solvent-based dispersant is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Dispersants manufactured by Big Chemie include Anti-Terra-U, U100, 203, 204, 205, Disperbyk-101, 102, 103, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 116, 130, 140. , 142, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 170, 171, 174, 180, 182, 183, 184, 185, 2000, 2001, 2050, 2070, 2096, 2150, BYK-P104, P104S , P105, 9076, 9077, 220S and the like.
Dispersants manufactured by Japan Lubrizol Co., Ltd. include SOLSERSE3000, 5000, 9000, 13240, 13650, 13940, 17000, 18000, 19000, 21000, 22000, 24000SC, 24000GR, 26000, 28000, 31845, 32000, 32500, 32600, 33500. 34750, 35100, 35200, 36600, 37500, 38500, or 53095.
Dispersants manufactured by Fuka Additives include EFKA1500, 1501, 1502, 1503, 4008, 4009, 4010, 4015, 4020, 4046, 4047, 4050, 4055, 4060, 4080, 4300, 4330, 4400, 4401, Examples thereof include 4402, 4403, 4406, 4510, 4520, 4530, 4570, 4800, 5010, 5044, 5054, 5055, 5063, 5064, 5065, 5066, 5070, 5071, 5207, or 5244.
Examples of the dispersant manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include Azisper PB711, PB821, PB822, PN411, or PA111.
Examples of the dispersant manufactured by Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. include Hinoact KF-1000, 1300M, 1500, 1700, T-6000, 8000, 8000E, 9100 and the like. Examples of the dispersant manufactured by BASF Japan Ltd. include Lavaca and the like.
本発明において、使用されるカーボンナノチューブとは、炭素原子が6角形をなす平面構造を有するカーボンナノチューブが、ファンデルワールス力により弱く結合した複層構造を有している。カーボンナノチューブは、欠陥の少ない平面構造を有しているため、高い電子伝導性、高い熱伝導性や高い機械的強度を示す。
複層構造のカーボンナノチューブの厚みは特に限定されないが単層以上であることが好ましい。厚すぎると、電子伝導性や比表面積などが低くなり好ましくない場合がある。
In the present invention, the carbon nanotubes used have a multi-walled structure in which carbon nanotubes having a planar structure in which carbon atoms form a hexagon are weakly bonded by van der Waals force. Since carbon nanotubes have a planar structure with few defects, they exhibit high electron conductivity, high thermal conductivity, and high mechanical strength.
The thickness of the multi-walled carbon nanotube is not particularly limited, but is preferably a single-walled or more. If it is too thick, the electron conductivity and specific surface area will be low, which may be unfavorable.
単層カーボンナノチューブは、ナノメートル領域の直径を持つ継ぎ目のない円筒状で、グラフェンシート(2次元のグラファイト平面)が丸まった状態としてイメージすることができる。ナノチューブの構造は、直径とチューブの軸に対する炭素の6員環の相対的な方向で規定される。例えば、名城ナノカーボン(EC1.0,EC1.5,EC2.0,EC1.5−P)等が挙げられる。 Single-walled carbon nanotubes have a seamless cylindrical shape with a diameter in the nanometer region, and can be imagined as a rounded graphene sheet (two-dimensional graphite plane). The structure of the nanotube is defined by the diameter and the relative orientation of the 6-membered ring of carbon with respect to the axis of the tube. For example, Meijo Nanocarbon (EC1.0, EC1.5, EC2.0, EC1.5-P) and the like can be mentioned.
多層カーボンナノチューブは同心円筒状のこれらチューブから構成され、幾つかの単層チューブが入れ子になっていると考えられており、少ない場合は6層、多い場合で25層ほどの同心多層構造をとる。そのため、多層カーボンナノチューブの直径は、典型的な単層カーボンナノチューブの0.7−2.0nmに対して、30nmと大きい値を示す。カーボンナノチューブの持つ優れた独特の特性によって、新たな応用開発や既存の用途における性能改善を行うことが可能となる。例えば、CNano社(FloTube9000、FloTube9100、FloTube9110、FloTube9200)、Nanocyl社(NC7000)、Knano社(100T)等が挙げられる。 Multi-walled carbon nanotubes are composed of these concentric cylindrical tubes, and it is thought that several single-walled tubes are nested. They have a concentric multi-walled structure of 6 layers when there are few and about 25 layers when there are many. .. Therefore, the diameter of the multi-walled carbon nanotube shows a large value of 30 nm with respect to 0.7-2.0 nm of a typical single-walled carbon nanotube. The excellent and unique properties of carbon nanotubes make it possible to develop new applications and improve performance in existing applications. For example, CNano (FloTube9000, FloTube9100, FloTube9110, FloTube9200), Nanocycle (NC7000), Knano (100T) and the like can be mentioned.
バインダーとしては、水性の樹脂が好ましく、アクリルウレタン樹脂やイソシアネート系ポリエステル樹脂、スチレンアクリル系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂などが例示できるがこれらに限定はされない。 The binder is preferably an aqueous resin, and examples thereof include acrylic urethane resin, isocyanate-based polyester resin, styrene acrylic resin, acrylic resin, polyester resin, polyurethane resin, polyolefin resin, and epoxy resin, but the binder is not limited thereto.
水性のアクリルウレタン樹脂としては、DSM Coating Resins社製のNeoPac:R−9699、R−9029、E−123、E−125や、大成ファインケミカル株式会社製のWEM−031U、WEM−200U、WEM−321U、WEM−3000、WEM−290A等が挙げられる。
イソシアネート系ポリエステル樹脂としては、大日本印刷社製の11−408、D−210−80、D−161、J−517、D−128−65BA、D−144−65BA、D−145−55BA等が挙げられる。
スチレンアクリル系樹脂としては、三井化学社製のアルマテックス:785−5、749.5M、749−17AE、749−16AE等が挙げられる。
アクリル樹脂としては、荒川化学工業社製のポリマロン等の水系アクリル樹脂エマルジョンが挙げられる。
ポリウレタン樹脂としては、大日本印刷社製のハイドラン:HW−171、COR−70、HW−350等が挙げられる。
ポリエステル系樹脂の水系分散液は、バイロナールMD1245(東洋紡績(株)製)等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂としては、三菱化学社製のサーフレンが挙げられる。
エポキシ樹脂としては、三菱化学社製の825、827、828、828EL、828US、828XA、834等が挙げられる。
Examples of the water-based acrylic urethane resin include NeoPac: R-9699, R-9029, E-123, E-125 manufactured by DSM Coating Resins, and WEM-031U, WEM-200U, WEM-321U manufactured by Taisei Fine Chemicals Co., Ltd. , WEM-3000, WEM-290A and the like.
Examples of the isocyanate-based polyester resin include 11-408, D-210-80, D-161, J-517, D-128-65BA, D-144-65BA, and D-145-55BA manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd. Can be mentioned.
Examples of the styrene acrylic resin include Almatex: 785-5, 749.5M, 749-17AE, 749-16AE manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
Examples of the acrylic resin include water-based acrylic resin emulsions such as Polymaron manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.
Examples of the polyurethane resin include Hydran manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd .: HW-171, COR-70, HW-350 and the like.
Examples of the aqueous dispersion of the polyester resin include Byronal MD1245 (manufactured by Toyobo Co., Ltd.).
Examples of the polyolefin resin include surflen manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
Examples of the epoxy resin include 825, 827, 828, 828EL, 828US, 828XA, 834 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
分散媒としては、水または水と親和性が高い極性溶媒が好ましく、特にアルコールが好適に使用できる。このようなアルコールとしては、例えば、沸点80〜200℃程度の1価のアルコールないし多価アルコールが利用でき、好ましくは炭素数が4以下のアルコール系溶剤が挙げられる。具体的には、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、プロピレングリコール、エチレングリコールなどが挙げられる。 As the dispersion medium, water or a polar solvent having a high affinity for water is preferable, and alcohol is particularly preferable. As such an alcohol, for example, a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol having a boiling point of about 80 to 200 ° C. can be used, and an alcohol solvent having 4 or less carbon atoms is preferable. Specific examples thereof include 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, propylene glycol and ethylene glycol.
また、1種以上の極性溶媒を用いるのが好ましく、その具体例としては、水とエタノールの混合溶媒、水と2−プロパノールの混合溶媒、水とプロピレングリコールの混合溶媒、水とジプロピレングリコールの混合溶媒、水とDMF(N,N−ジメチルホルムアミド)の混合溶媒、水とNMP(N−メチルピロリドン)の混合溶媒等が例示できる。 Further, it is preferable to use one or more kinds of polar solvents, and specific examples thereof include a mixed solvent of water and ethanol, a mixed solvent of water and 2-propanol, a mixed solvent of water and propylene glycol, and a mixed solvent of water and dipropylene glycol. Examples thereof include a mixed solvent, a mixed solvent of water and DMF (N, N-dimethylformamide), a mixed solvent of water and NMP (N-methylpyrrolidone), and the like.
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。 Hereinafter, examples of the present invention will be shown together with comparative examples. The present invention is not limited to these examples.
実施例1
カーボンナノチューブとしてCNano社の多層カーボンナノチューブ(FloTube9100)を原料として用い、市販の濃硝酸(濃度60質量%)および濃硫酸(濃度96質量%)を用い、表1に示す温度条件にて4時間表面酸化処理を行い、表面修飾した多層カーボンナノチューブ(以下、MW−CNTと略す)を得た。
得られた表面修飾MW−CNTを用いて作製した8質量%水分散液および8質量%DMF分散液の分散状態を表1に示す。
Example 1
As carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes (FloTube9100) manufactured by CNano are used as raw materials, and commercially available concentrated nitric acid (concentration 60% by mass) and concentrated sulfuric acid (concentration 96% by mass) are used, and the surface is surfaced for 4 hours under the temperature conditions shown in Table 1. Oxidation treatment was performed to obtain surface-modified multilayer carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as MW-CNT).
Table 1 shows the dispersed states of the 8% by mass aqueous dispersion and the 8% by mass DMF dispersion prepared by using the obtained surface-modified MW-CNT.
8質量%水分散液は、スキャンデックスで分散したものであり、グラインドゲージで分散性を確認した。分散良好は〇、分散不良は×とした。 The 8 mass% aqueous dispersion was dispersed by Scandex, and its dispersibility was confirmed by a grind gauge. Good dispersion was rated as 〇, and poor dispersion was rated as x.
8質量%DMF分散液は、スキャンデックスで分散したものであり、グラインドゲージで分散性を確認した。分散良好は〇、分散不良は×とした。 The 8 mass% DMF dispersion was dispersed by Scandex, and its dispersibility was confirmed by a grind gauge. Good dispersion was rated as 〇, and poor dispersion was rated as x.
実施例2
反応温度を50℃で混酸酸化を行った以外は、実施例1と同様に試験を行った。
Example 2
The test was carried out in the same manner as in Example 1 except that mixed acid oxidation was carried out at a reaction temperature of 50 ° C.
比較例1
反応温度を100℃で混酸酸化を行った以外は、実施例1と同様に試験を行った。
Comparative Example 1
The test was carried out in the same manner as in Example 1 except that mixed acid oxidation was carried out at a reaction temperature of 100 ° C.
比較例2
反応温度を120℃で混酸酸化を行った以外は、実施例1と同様に試験を行った。
Comparative Example 2
The test was carried out in the same manner as in Example 1 except that mixed acid oxidation was carried out at a reaction temperature of 120 ° C.
表1
実施例3
実施例1で作成した表面修飾MW−CNTを水に分散させ、平均粒子径D50を測定した。また、粉体での体積抵抗率を測定した結果を表2に示す。
尚、平均粒子径D50は、Malvern社製のMastersizer2000によって測定した。体積抵抗率(Ω・cm)は、株式会社三菱化学製ロレスターGPによって測定した。
Example 3
The surface-modified MW-CNT prepared in Example 1 was dispersed in water, and the average particle size D50 was measured. Table 2 shows the results of measuring the volume resistivity of the powder.
The average particle size D50 was measured by Mastersizer 2000 manufactured by Malvern. The volume resistivity (Ω · cm) was measured by Lorester GP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
実施例4
実施例1で作成した表面修飾MW−CNTの代わりに、表2の表面修飾カーボンナノチューブを使用した以外は、実施例3と同様に試験を行った。
Example 4
The test was carried out in the same manner as in Example 3 except that the surface-modified carbon nanotubes shown in Table 2 were used instead of the surface-modified MW-CNT prepared in Example 1.
比較例3
比較例1で作成した表面修飾MW−CNTを使用した以外は、実施例3と同様に試験を行った。
Comparative Example 3
The test was carried out in the same manner as in Example 3 except that the surface-modified MW-CNT prepared in Comparative Example 1 was used.
比較例4
比較例2で作成した表面修飾MW−CNTを使用した以外は、実施例3と同様に試験を行った。
Comparative Example 4
The test was carried out in the same manner as in Example 3 except that the surface-modified MW-CNT prepared in Comparative Example 2 was used.
表2
表2に示すように、混酸による酸化処理温度が50〜60℃の場合、実施例3〜4で示される通り、Mastersizer2000による平均粒子径D50が1μm以上であった。また、ロレスターによる体積抵抗率は、0.089〜0.095Ω・cmであった。しかし、混酸による酸化処理温度が、100℃の場合、比較例3で示される通り、Mastersizer2000による平均粒子径D50が0.85μmと1μm以下であった。また、ロレスターによる体積抵抗率は、3.5Ω・cmであった。また、混酸による酸化処理温度が、120℃の場合も、比較例4で示される通り、Mastersizer2000による平均粒子径D50が0.47μmと1μm以下であった。また、ロレスターによる体積抵抗率は、5.67Ω・cmであった。これは、混酸による酸化処理温度を上げると、酸化反応が進み、その結果として、カーボンナノチューブが分解され、平均粒子径D50が小さくなった。それにより、粉体での体積抵抗率が増大したと考えられる。 As shown in Table 2, when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was 50 to 60 ° C., the average particle size D50 by the Mastersizer 2000 was 1 μm or more as shown in Examples 3 to 4. The volume resistivity of Lorester was 0.089 to 0.095 Ω · cm. However, when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was 100 ° C., the average particle size D50 by the Mastersizer 2000 was 0.85 μm, which was 1 μm or less, as shown in Comparative Example 3. The volume resistivity of the lolester was 3.5 Ω · cm. Further, even when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was 120 ° C., the average particle diameter D50 by the Mastersizer 2000 was 0.47 μm, which was 1 μm or less, as shown in Comparative Example 4. The volume resistivity of Lorester was 5.67 Ω · cm. This is because when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was raised, the oxidation reaction proceeded, and as a result, the carbon nanotubes were decomposed and the average particle diameter D50 became smaller. As a result, it is considered that the volume resistivity of the powder increased.
実施例5
実施例1で作成した表面修飾MW−CNT8質量部と水92質量部をスキャンデックスで分散させたカーボンナノチューブ分散液を作製し、このカーボンナノチューブ分散液に、バインダーとしてWEM−200U(大成ファインケミカル株式会社製、アクリルウレタン樹脂)を10質量部加え、ペイントコンディショナーにて組成物を作成した。このようにして得られた組成物をPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムにバーコーターにより塗布乾燥して、膜厚2μmの塗膜を作成した。この塗膜の体積抵抗率を測定した結果を、表3に示す。
尚、体積抵抗率(Ω・cm)は、株式会社三菱化学製ロレスターGPによって測定した。
Example 5
A carbon nanotube dispersion was prepared by dispersing 8 parts by mass of the surface-modified MW-CNT and 92 parts by mass of water prepared in Example 1 by scandex, and WEM-200U (Taisei Fine Chemical Co., Ltd.) was used as a binder in this carbon nanotube dispersion. (Acrylic urethane resin) was added in an amount of 10 parts by mass, and a composition was prepared with a paint conditioner. The composition thus obtained was applied to a PET (polyethylene terephthalate) film with a bar coater and dried to prepare a coating film having a film thickness of 2 μm. The results of measuring the volume resistivity of this coating film are shown in Table 3.
The volume resistivity (Ω · cm) was measured by Lorester GP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
塗膜の水に対する再溶解性を確認する為、2cm角にカットし、PETフィルムごと100mlのイオン交換水に浸漬し、80kHzの周波数で1分間超音波を印加した。塗膜がイオン交換水に溶け出さない場合は〇、塗膜がイオン交換水に溶け出した場合は×とした。 In order to confirm the resolubility of the coating film in water, the coating film was cut into 2 cm squares, immersed in 100 ml of ion-exchanged water together with the PET film, and ultrasonic waves were applied at a frequency of 80 kHz for 1 minute. When the coating film did not dissolve in the ion-exchanged water, it was evaluated as ◯, and when the coating film dissolved in the ion-exchanged water, it was evaluated as x.
実施例6
実施例1で作成した表面修飾MW−CNTの代わりに、表3の表面修飾カーボンナノチューブを使用した以外は、実施例5と同様に試験を行った。
Example 6
The test was carried out in the same manner as in Example 5 except that the surface-modified carbon nanotubes shown in Table 3 were used instead of the surface-modified MW-CNT prepared in Example 1.
比較例5
比較例1で作成した表面修飾MW−CNTを使用した以外は、実施例5と同様に試験を行った。
Comparative Example 5
The test was carried out in the same manner as in Example 5 except that the surface-modified MW-CNT prepared in Comparative Example 1 was used.
比較例6
比較例2で作成した表面修飾MW−CNTを使用した以外は、実施例5と同様に試験を行った。
Comparative Example 6
The test was carried out in the same manner as in Example 5 except that the surface-modified MW-CNT prepared in Comparative Example 2 was used.
表3
表3に示すように、混酸による酸化処理温度が50〜60℃の場合、実施例5〜6で示される通り、バインダーを加えた組成物をPETフィルムに塗布し、乾燥させた薄膜状態での塗膜の体積抵抗率は、0.76〜0.57Ω・cmであった。しかし、混酸による酸化処理温度が、100℃の場合、比較例5で示される通り、体積抵抗率は、12.2Ω・cmであった。また、混酸による酸化処理温度が、120℃の場合も、比較例6で示される通り、体積抵抗率は、17.6Ω・cmであった。これは、混酸による酸化処理温度を上げると、酸化反応が進み、その結果として、カーボンナノチューブが分解され、平均粒子径D50が小さくなった。それにより、塗膜での体積抵抗率が増大したと考えられる。また、再溶解試験では、いずれも、塗膜がイオン交換水に溶け出さないことを確認した。 As shown in Table 3, when the oxidation treatment temperature with the mixed acid is 50 to 60 ° C., as shown in Examples 5 to 6, the composition to which the binder is added is applied to the PET film and dried in a thin film state. The volume resistivity of the coating film was 0.76 to 0.57 Ω · cm. However, when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was 100 ° C., the volume resistivity was 12.2 Ω · cm as shown in Comparative Example 5. Further, even when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was 120 ° C., the volume resistivity was 17.6 Ω · cm as shown in Comparative Example 6. This is because when the oxidation treatment temperature with the mixed acid was raised, the oxidation reaction proceeded, and as a result, the carbon nanotubes were decomposed and the average particle diameter D50 became smaller. As a result, it is considered that the volume resistivity of the coating film increased. Moreover, in the re-dissolution test, it was confirmed that the coating film did not dissolve in the ion-exchanged water.
これらの結果より、混酸処理温度を60℃以下にすることにより、カーボンナノチューブの分解を防ぐ効果が表れ、それにより、極性溶媒に対する分散性を保ちながら、導電性の低下も防ぐことが出来た。 From these results, the effect of preventing the decomposition of carbon nanotubes was exhibited by setting the mixed acid treatment temperature to 60 ° C. or lower, and as a result, it was possible to prevent a decrease in conductivity while maintaining dispersibility in a polar solvent.
本発明の表面修飾カーボンナノチューブは、特に極性溶剤中に分散させた際に、高濃度でも均一に分散が可能である。さらに、このカーボンナノチューブの分散液を利用した塗料組成物またはペースト組成物を用いることによって、優れた導電性を有する導電性塗膜を容易に形成することができるから、産業上利用が可能である。 The surface-modified carbon nanotubes of the present invention can be uniformly dispersed even at a high concentration, particularly when dispersed in a polar solvent. Further, by using a coating composition or a paste composition using the dispersion liquid of carbon nanotubes, a conductive coating film having excellent conductivity can be easily formed, so that it can be industrially used. ..
Claims (5)
平均粒子径D50が1〜50μmであり、
体積抵抗率が0.1〜0.01Ω・cmである表面修飾カーボンナノチューブ。 Surface-modified carbon nanotubes, which are oxides of carbon nanotubes,
The average particle size D50 is 1 to 50 μm.
Surface-modified carbon nanotubes having a volume resistivity of 0.1 to 0.01 Ω · cm.
A method for producing a composition containing a surface-modified carbon nanotube, a polar solvent, and a binder, wherein the surface-modified carbon nanotube contains nitric acid having a concentration of 60 to 70% by mass with respect to 1 part by mass of the carbon nanotube. , using a mixed acid 50 to 100 parts by mass consisting of sulfuric acid, which has been oxidized at 60 ° C. below the temperature, based on the weight of the composition, the polar solvent 30 to 94 wt%, the surface-modified carbon nanotubes 1 to 8% by mass and 5 to 60% by mass of a binder.
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