新型纳米碳复合体制造技术

本发明专利技术提供在浸渗有含有纳米碳的树脂的碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料中用于得到稳定和/或均匀的机械强度增加效果的、新型纳米碳复合体。使在碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料中作为母材的树脂中含有：包含纳米碳和用官能团修饰的纳米纤维素的新型纳米碳复合体；或者，包含纳米碳、用官能团修饰的纳米纤维素、以及亲和性结合剂的新型纳米碳复合体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】新型纳米碳复合体
本专利技术涉及在碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料中使用的新型纳米碳复合体。
技术介绍
一直以来，在半固化状态的预浸料成形前的纳米碳与树脂的混合中，专门使用未进行官能团修饰的纳米碳，未进行官能团修饰的纳米碳向树脂中的添加/分散所得到的效果已得到验证。然而，使用未进行官能团修饰的纳米碳时，弯曲强度、冲击强度、抗扭强度之类的机械强度部分增加，但未充分得到稳定和/或均匀的机械强度增加效果(参照专利文献1)。已知为了得到稳定和/或均匀的机械强度增加效果，提高纳米碳与树脂的结合力即可(参照专利文献2)，通过在纳米碳上修饰官能团，能够提高纳米碳与环氧树脂的分子结合，得到稳定和/或均匀的效果。然而，作为现有的在纳米碳上修饰官能团的方法，已知经过使用王水等强酸的处理来进行的表面处理工序的化学修饰法等湿式方法，但利用该方法时，例如存在因使用强酸而使纳米碳的结构受到损伤，导致产生结构缺陷的问题，难以在工业上实用。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-298357号公报专利文献2：日本特开2013-39317号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术提供在浸渗有含有纳米碳的树脂的碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料中用于得到稳定和/或均匀的机械强度增加效果的、新型纳米碳复合体。用于解决问题的方案本专利技术人考虑以现有的湿式方法在纳米碳上修饰官能团时难以在工业上实用的理由可能是因为使用强酸等而使纳米碳的结构受到损伤，产生结构缺陷，在此基础上发现了代替现有的湿式方法的官能团的赋予方法(更严格而言，为复合方法)，从而完成了本专利技术。进而，本专利技术人还考虑纳米碳在溶剂中聚集而无法保持稳定且均匀的分散状态(以下称为“纳米碳的聚集问题”。)可能也是导致妨碍浸渗有含有纳米碳的树脂的碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料的稳定和/或均匀的机械强度的增加的原因，在此基础上发现了解决上述纳米碳的聚集问题的官能团的赋予方法，从而完成了本专利技术。专利技术的效果根据本专利技术，与现有的使用强酸等的湿式方法相比，能不对纳米碳的结构造成损伤地与官能团复合，其结果能够对纳米碳赋予官能团。另外，根据本专利技术，能够解决纳米碳的聚集问题，实现稳定且均匀的分散状态。进而，根据本专利技术，通过使用与官能团复合的纳米碳，能够得到浸渗有含有纳米碳的树脂的碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料的稳定和/或均匀的机械强度增加效果。附图说明图1为通过X射线光电子能谱法对节状碳纳米管/纳米纤维素/木质素复合体(实施例1)及复合体形成前的节状碳纳米管进行测定而得到的结果。分别地，图1的左侧的曲线图表示实施例1的C1s谱峰分离结果，右侧的曲线图表示复合体形成前的节状碳纳米管的C1s谱峰分离结果。图2为节状碳纳米管/纳米纤维素/木质素复合体(实施例1)及复合体形成前的节状碳纳米管各自通过拉曼光谱法得到的测定结果。具体实施方式以下说明本专利技术的实施方式。但是，以下的实施方式用于帮助
技术实现思路
的理解，不限定本专利技术。<新型纳米碳复合体1>本专利技术的“新型纳米碳复合体1”包含“纳米碳”和“用官能团修饰的纳米纤维素”。本专利技术的“纳米碳”是指纳米尺寸至微米尺寸的碳，是指平均的直径为1nm～1μm左右、平均的长度为1nm～100μm左右(优选为1nm～1μm左右)的碳。另外，作为碳的种类，有碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、活性炭或它们的混合物，优选列举出碳纳米管、特别优选列举出节状碳纳米管(节状和/或铃铛状的结构连接而成的碳纳米管)。本专利技术的“用官能团修饰的纳米纤维素”中的官能团是指优选与树脂具有亲和性的具有极性的官能团，优选为亲水性的官能团。例如，可列举出羟基、醇基、氨基(包括伯氨基、仲氨基、叔氨基和季氨基。)、羧基、羰基，优选为羧基、羰基或羟基。另外，纳米纤维素也可以用这些官能团中的2种以上的官能团进行了修饰。另外，本专利技术的“用官能团修饰的纳米纤维素”是指，使用超微磨碎机、球磨机、砂磨机、珠磨机、刀片研磨机等微细化处理装置，将市售的用官能团修饰的纤维素(例如，用官能团修饰的α纤维素)微细化至平均的直径达到1nm～800nm左右、平均的长度达到100nm～1000μm左右为止而得到的物质。本专利技术的“新型纳米碳复合体1”可以通过利用超微磨碎机、球磨机、砂磨机、珠磨机、刀片研磨机等微细化处理装置将粉末状态的纳米碳与粉末状态的用官能团修饰的纳米纤维素进行机械混合的工序而形成。其作用机理的细节并不明确，但可以认为如以下所述。即，可以认为，通过纳米碳具有的官能团或π电子与纳米纤维素具有的官能团结合，从而纳米纤维素与纳米碳形成了复合结构(需要说明的是，作为本专利技术的纳米碳与纳米纤维素的复合结构的例子，可列举出用纳米纤维素覆盖纳米碳而成的结构，但不限定于此，可以认为只要是在纳米碳上结合有纳米纤维素的结构，就会产生本专利技术的作用/效果。)。可以认为，特别是纳米碳为节状碳纳米管时，碳纳米管在其节的边缘部分具有丰富的官能团，因此能够与更多的纳米纤维素结合，形成复合体。<新型纳米碳复合体2>本专利技术的“新型纳米碳复合体2”包含“纳米碳”、“用官能团修饰的纳米纤维素”以及“亲和性结合剂”。本专利技术的亲和性结合剂只要是具有提高“纳米碳”与“用官能团修饰的纳米纤维素”之间的结合的性能的物质即可，例如可列举出木质素、直链淀粉、支链淀粉。本专利技术的“新型纳米碳复合体2”可以通过利用超微磨碎机、球磨机、砂磨机、珠磨机、刀片研磨机等微细化处理装置将粉末状态的纳米碳与粉末状态的用官能团修饰的纳米纤维素和粉末状态的亲和性结合剂进行机械混合的工序而形成。其作用机理的细节并不明确，但可以认为与“新型纳米碳复合体1”同样，进而可以认为，通过利用亲和性结合剂来提高“纳米碳”与“用官能团修饰的纳米纤维素”之间的结合(特别是亲和性结合剂为木质素时，通过π-π相互作用而使纳米碳与木质素间的亲和性变高。)，从而与纳米碳形成复合体的纳米纤维素的量(纳米纤维素相对于纳米碳的比率)也增加。进而，本专利技术的“新型纳米碳复合体1”和/或“新型纳米碳复合体2”中的“纳米碳”为节状碳纳米管时，通过在复合体的形成过程中利用微细化处理装置对节状碳纳米管以物理方式施加冲击，从而节状碳纳米管的节与节之间的游隙(间隙)增加。因此，在各节间的游隙(间隙)利用微细化处理装置增加例如1nm时，若碳纳米管节的数量为1万个，则游隙的总计成为10μm，由此也可知，浸渗有含有包含上述节状碳纳米管的纳米碳复合体的树脂时，可以认为碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料的机械强度(特别是弯曲强度)大幅增加。<与官能团复合、且结构缺陷少的纳米碳>根据本专利技术，与现有的使用强酸等的湿式方法相比，能够借助纳米纤维素使官能团复合到纳米碳上，而不会对纳米碳的结构造成损伤，能够得到与官能团复合、且纳米碳的结构不会受到损伤而结构缺陷少的纳米碳。作为本专利技术的纳米碳的结构缺陷的指标，可以使用IG/ID值。IG是指通过拉曼光谱法测定纳米碳分散液时的G带(G-band；表示源自碳系物质中共通的六元环的面内振动的1590cm-1附近的峰。)的拉曼强度，ID是指D带(D-band；表示源自碳系物质的缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米碳复合体，其用于在作为碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料的母材的树脂中含有，所述纳米碳复合体包含纳米碳和用官能团修饰的纳米纤维素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.16 JP 2015-2457151.一种纳米碳复合体，其用于在作为碳纤维增强塑料和/或碳纤维增强碳复合材料的母材的树脂中含有，所述纳米碳复...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂田一郎，古月文志，熊谷弘太郎，富田顺，真锅翔一，
申请(专利权)人：纳米峰会株式会社，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP