碳材料-聚合物复合材料的制造方法及碳材料-聚合物复合材料技术

本发明专利技术提供一种可以容易地将聚合物接枝于碳材料的碳材料-聚合物复合材料的制造方法及碳材料-聚合物复合材料。还提供一种碳材料-聚合物复合材料的制造方法及通过所述制造方法得到的源自聚合物A的单体及/或聚合物接枝于碳材料的碳材料-聚合物复合材料，所述碳材料-聚合物复合材料的制造方法具备如下工序：准备含有碳材料和共聚体A的混合物的工序，所述共聚体A为选择将碳材料与聚合环状二硫醚化合物进行聚合而得到的聚合物及环状二硫醚化合物和含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合而得到的聚合物中的至少1种；加热工序，将所述聚合物A的分解开始温度设为D℃时，将所述混合物加热至(D-75)℃以上的温度。

【技术实现步骤摘要】
碳材料-聚合物复合材料的制造方法及碳材料-聚合物复合材料本申请是申请号为201280049062.0，申请日为2012年10月12日，申请人为积水化学工业株式会社，专利技术名称为“碳材料-聚合物复合材料的制造方法及碳材料-聚合物复合材料”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种将具有官能团的二硫醚材料与碳材料进行接枝而成的碳材料的制造方法，进一步，涉及一种将聚合物与得到的碳材料进行接枝而成的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，更详细而言，涉及一种碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其使用了解聚性的环状二硫醚化合物或该环状二硫醚化合物的聚合物且可在常压下在敞开容器内进行聚合。
技术介绍
现有技术中，提出有如碳粒子或碳纳米管的各种碳材料和树脂形成的复合材料。通过使这些碳材料与树脂进行复合化，可以实现强度的提高等。另外，石墨为SP2的碳六方层状化合物，构成一层石墨称为石墨烯。现有技术中，为了得到石墨烯，已知有对碳化硅进行加热处理的方法及用CVD法在铜箔等金属膜上将石墨烯进行叠层的方法。另一方面，已知用强酸对石墨进行处理，在石墨的层间掺杂离子，进一步进行急速加热处理，由此得到石墨烯层叠数比原石墨少的氧化石墨烯或薄片化石墨的方法(下述的专利文献1)。另外，现有技术中对通过对石墨进行剥离处理而得到的薄片化石墨和聚合物的复合材料进行了各种研究。例如，在下述的非专利文献1中公开了通过利用化学处理对石墨进行剥离处理而得到薄片化石墨，在其共存下混合聚合引发剂及苯乙烯单体成分并聚合单体时，苯乙烯聚合物链接枝于石墨烯表面。现有技术文献专利文献专利文献1:US7,658,901B02非专利文献非专利文献1:第59次高分子学会年次大会予稿集，3Pb016
技术实现思路
专利技术要解决的问题在将碳材料与聚合物混合而得到的现有碳材料-聚合物复合材料中，碳材料和聚合物不进行键合。因此，物性的改善存在限制。另一方面，若使聚合物与碳材料进行接枝，则可以通过两者的键合更进一步提高复合材料的强度等。然而，在将聚合物接枝于碳材料时，在碳材料的存在下聚合单体的工序复杂。特别是，即使在碳材料中，在使聚合物接枝于薄片化石墨的情况下，得到薄片化石墨后，将聚合性单体或引发剂接枝于表面，以它们作为起点对聚合物进行接枝聚合的方法中，存在原料薄片化石墨的处理繁杂的问题。即，薄片化石墨或剥离的石墨烯在空气中越漂浮，剥离处理后的薄片化石墨及石墨烯量越轻，剥离处理后的薄片化石墨的操作非常困难。因此，现有技术中，在溶剂中将薄片化石墨进行再分散，向分散液中添加成为聚合引发点的聚合引发剂、或将共聚反应性的官能团接枝于石墨烯表面。然后，在溶液中进行聚合，从而将聚合物接枝于石墨烯表面。因此，工序变为多个，接枝物的制造需要非常长的时间。进一步，在分散剂或溶剂中对薄片化石墨及纳米碳材料进行再分散时，若浓度高，则形成高粘度的浆料。例如，即使仅将1重量％左右的薄片化石墨分散在溶剂或分散剂中，也形成粘度非常高的浆料或者坚硬的凝聚块。因此，若不充分降低薄片化石墨的浓度，连搅拌都不容易进行。因此，难以容易地得到将聚合物接枝于薄片化石墨而形成的复合材料。因此，期望一种可容易地将聚合物接枝于含有薄片化石墨的碳材料的制造方法。另外，接枝于碳材料的聚合物种类也存在限制。进一步，作为聚合物将具有官能团的聚合物接枝于碳材料，则可以得到对应于官能团的种类而表现出各种特性的复合材料。本专利技术的目的在于，提供一种可以容易地将聚合物接枝于碳材料的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，以及将聚合物接枝于按照该制造方法得到的碳材料而得到的碳材料-聚合物复合材料。解决问题的方法本申请专利技术人为了实现所述课题进行了潜心研究的结果发现，若使用通过加热环状二硫醚化合物而发生聚合所得到的聚合物，则可以在比较低的温度下，且在敞开的容器内在常压下使聚合物接枝于石墨或薄片化石墨等的碳材料，于是完成了本专利技术。即，本专利技术的碳材料-聚合物复合材料的制造方法包括如下工序：准备混合物的工序，所述混合物含有碳材料和聚合物A，所述聚合物A是下述聚合物中的至少1种：将环状二硫醚化合物进行聚合而得到的聚合物，以及将环状二硫醚化合物和含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合而得到的聚合物；加热工序，将所述聚合物A的分解开始温度设为D℃时，将所述混合物加热至(D-75)℃以上且分解终止温度以下的温度范围的温度。在本专利技术中，将直至所述聚合物A的10重量％发生分解的温度设为分解开始温度，将直至所述聚合物A的90重量％发生分解的温度设为分解终止温度。这样的分解开始温度、分解终止温度的测定可通过在氮气氛下进行的TG/DTA测定来鉴定。由含有碳材料和环状二硫醚的聚合物构成的混合物可以为将聚合物和碳材料进行机械地混合而得到的聚合物碳复合体，所述聚合物是将环状二硫醚和含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合而得到的。另外，上述混合物可以为通过加热将含有该碳材料的环状二硫醚化合物单体进行聚合而得到的聚合物碳复合体，也可以为将碳材料和单体混合物进行共存聚合而得到的聚合物碳复合体，所述单体混合物为将环状二硫醚化合物和含有自由基聚合性官能团的单体进行混合而成。进一步，上述混合物也可以为聚合物碳复合体，所述聚合物碳复合体将含有自由基聚合性官能团的单体进一步混合到通过加热将碳材料和环状二硫醚化合物聚合而得到的聚合物碳复合体，然后再次进行共存聚合而得到。另外，所述混合物也可以为下述聚合物碳复合体：通过加热碳材料和环状二硫醚化合物发生聚合所得到的聚合物碳复合体与含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合所得到的聚合物进行混合而得到的聚合物碳复合体。环状二硫醚化合物类通过加热至约熔点以上的温度来自发地进行聚合，形成聚合物。进一步，将分解开始温度设为D℃时，若加热至成为(D-75)℃的温度以上，则聚合物的一部分发生热分解，成为单体且产生自由基。另外，在分解开始温度以上的温度下成为单体后，若冷却至比分解开始温度低的温度，则再次进行聚合，成为聚合物。即，发生如下反应：通过高温加热，进行聚合物分解成为单体的反应，然后进行冷却，将反应体系保持在(D-75)℃以上且低于分解开始温度的中温区域。由此，分解的单体再次进行聚合而成为聚合物。在将该分解开始温度设为D时在(D-75)℃以上且直至分解开始温度的所谓中温区域中，可逆地进行聚合和分解。因此，通过将所述混合物加热至(D-75)℃以上的高温来产生自由基，通过该自由基的作用，可以使热分解单体、未分解的聚合物以及低聚物接枝于碳材料。以下，在本专利技术中，将低于所述分解开始温度的温度区设为第一温度区，将所述分解开始温度以上且所述分解终止温度以下的温度区设为第二温度区，将比所述分解终止温度高的温度区设为第三温度区。另外，所述中温区域是指第一温度区，即将分解开始温度设为D℃时的(D-75)～D℃的区域。在本专利技术的碳材料-聚合物复合材料的制造方法的某种特定方面中，准备所述混合物的工序通过将所述碳材料与所述聚合物A混合来进行。如上所述，在本专利技术的制造方法中，也可以通过将所述环状二硫醚化合物的聚合物直接与碳材料熔融混合等方法得到混合物。在本专利技术的碳材料-聚合物复合材料的制造方法的其它特定情况中，所述准备混合物的工序包括加热所述环状二硫醚化合物且进行聚合而得到所述聚合物A的工序和在所述环状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳材料‑聚合物复合材料的制造方法，该方法包括以下工序：准备混合物的工序，所述混合物含有碳材料和聚合物A，所述聚合物A是下述聚合物中的至少1种：将环状二硫醚化合物进行聚合而得到的聚合物、以及将环状二硫醚化合物与含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合而得到的聚合物；以及加热工序，将所述聚合物A的分解起始温度设为D℃时，将所述混合物加热至(D‑75)℃以上且分解终止温度以下的温度范围的温度，所述碳材料为选自碳粒子、碳纳米管以及富勒烯中的至少1种。

【技术特征摘要】
2011.11.21 JP 2011-2541861.一种碳材料-聚合物复合材料的制造方法，该方法包括以下工序：准备混合物的工序，所述混合物含有碳材料和聚合物A，所述聚合物A是下述聚合物中的至少1种：将环状二硫醚化合物进行聚合而得到的聚合物、以及将环状二硫醚化合物与含有自由基聚合性官能团的单体进行聚合而得到的聚合物；以及加热工序，将所述聚合物A的分解起始温度设为D℃时，将所述混合物加热至(D-75)℃以上且分解终止温度以下的温度范围的温度，所述碳材料为选自碳粒子、碳纳米管以及富勒烯中的至少1种。2.如权利要求1所述的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其中，所述准备混合物的工序通过混合所述碳材料和所述聚合物A来进行。3.如权利要求1所述的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其中，所述准备混合物的工序包括以下工序：对所述环状二硫醚化合物加热使之聚合而得到所述聚合物A的工序、以及在所述环状二硫醚化合物聚合之前或聚合之后混合所述碳材料的工序。4.如权利要求1～3中任一项所述的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其中，在所述加热工序之后，还具有冷却工序，所述冷却工序中，将所述聚合物A的分解起始温度设为D℃时，将所述混合物冷却至低于(D-75)℃的温度。5.如权利要求4所述的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其还具备多次重复所述加热工序和所述冷却工序的工序。6.如权利要求1所述的碳材料-聚合物复合材料的制造方法，其中，所述环状二硫醚化合物是选自下述的化学式(1)所示的1,2-二噻烷、下述的化学式(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：中寿贺章，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP