碳纳米管配合凝集物的制造方法技术

本发明专利技术的碳纳米管配合凝集物的制造方法包含以下工序：(1)准备具有0.005～3.0质量％的浓度的水溶性聚合物的水溶液的工序；(2)以相对于碳纳米管100质量份为400～1000质量份的比例使所述水溶性聚合物的水溶液含浸于所述碳纳米管、制备湿润凝集物的工序；(3)将所述湿润凝集物剪切破碎、获得破碎物的凝集物的工序；以及(4)将所述破碎物的凝集物干燥、获得包含所述水溶性聚合物的碳纳米管配合凝集物的工序。工序。工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管配合凝集物的制造方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米管配合凝集物的制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，碳纳米管(以下也称作CNT)作为梦幻的下一代材料受到关注，作为防静电剂或导电性赋予材料的使用是理所当然的，面向在轮胎、电容器、Li电池的导电助剂、纤维强化塑料等中的实际应用的用途开发也有所发展。
[0003]CNT是直径为数nm～约500nm、长度为10μm～1000μm左右、长宽比大、管状结构的碳的结晶。其种类多种多样，有具有单层结构的单层壁CNT、属于具有多层结构的多层壁CNT范畴的2层的双层壁CNT等。另外，从两端被封闭的结构，还有仅一个末端被封闭的结构、两末端均打开的结构，另外在圆角结构中还有扶手椅型等数个种类。
[0004]CNT的制造方法也有电弧放电型、催化剂气相制造法、激光烧蚀法或其他方法，这些方法各有利弊。
[0005]一般来说，已知CNT通过配合在各种合成树脂或橡胶等基材中而对基材赋予导电性或高弹性、高强度、导热性等。
[0006]但是，在使用CNT时具有以下课题：担心安全性；CNT为管状且一根一根地缠绕，因此难以变得分散，缺乏分散性；并且易于飞散、缺乏处理性等。因此，虽然被期待为“梦幻材料”、但实用化却没有进展。
[0007]对于CNT的安全性，根据IARC(国际癌症研究机构)于2014年发表的意见，大多数的CNT为“组3”(无法分类为具有致癌性)，但目前在普通的使用者中间，“尽管如此，CNT也是危险的材料”这一认知仍很强烈。其原因之一据说是由于CNT形成有与石棉相同的纤维状结构；体积密度低1～5g/100cc、非常低而卷入了大量的空气，因此飞散性高、人的吸入风险高等。
[0008]一般来说，环境风险是指化学物质等经由环境对人的健康或动植物的生长、培育造成不良影响的可能性，概念上用“风险＝有害性(毒性)
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暴露量(摄入量)”表示，即便是明显有毒的材料，只要是完全没有暴露量，则可以说该材料基本是安全的。
[0009]作为暴露量的减少物，在包装时或运输时、库存时、实际使用时等不会粉化分散、在合成树脂的母料或复合物的混炼或成形时等的分散工序中显示易分散的造粒物或凝集物是优选的。另外，若是不会粉化的凝集物，则体积密度当然也会提高，例如在向合成树脂等中的混炼工序中，可以防止储存罐内的架桥现象的发生或者供给时可以自动计量化，还具有减少运输或库存成本等优点。
[0010]作为使产品的最终形态为球状粒子的碳系粉末，世界上有1200万吨/年制造售卖的炭黑(以下也称作CB)。CB的体积密度虽然不如CNT但也相当低，因此一般来说，采用以水为粘合剂的盘型造粒法、转鼓型造粒法、螺杆挤出型造粒法、搅拌型造粒法、压缩成型造粒法等造粒方式。CB的一次粒子为球状且形成粒子熔融粘合而成的组织，并且粒子表面存在氧或氢等官能团，还具有与作为粘合剂发挥功能的水的亲和性，可以较为容易地进行造粒。
[0011]考虑到对环境的影响时，作为制造CNT的凝集物或造粒物时的溶剂，也优选使用水。但是，CNT由于结晶结构发达、表面官能团也少，并且在粉体凝集物内也卷入有比CB更多的空气等，因此与水的亲和性也差、造粒化并不容易。因此，以前探讨了在作为溶剂使用水的同时使CNT均匀地分散的各种手法。专利文献1中公开了在丙酮等有机溶剂中添加CNT并进行超声波分散、由此使其分散的方法。
[0012]另外，专利文献2中公开了使用二烯丙基胺系阳离子性聚合物、阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂组成的分散剂来使CNT分散在水中的手法。
[0013]但是，专利文献1和专利文献2中对于使用水作为溶剂时获得的CNT配合凝集物的体积密度或飞散性均无任何报告。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1：日本特开2000
‑
086219号公报
[0017]专利文献2：日本特开2010
‑
241668公报

技术实现思路

[0018]专利技术要解决的技术问题
[0019]本专利技术的目的之一在于提供使用水作为分散介质、高效地获得体积密度高且飞散性低的CNT配合凝集物的方法。
[0020]本专利技术人们此次发现，通过使以规定浓度含有水溶性聚合物的水溶液含浸于CNT而制成湿润凝集物，在对其进行剪切破碎处理后进行干燥，能够简单且简便地、有效地获取体积密度高且飞散性低的CNT配合凝集物。本专利技术基于该发现完成。
[0021]用于解决技术问题的手段
[0022]本专利技术的碳纳米管配合凝集物的制造方法包含以下工序：
[0023](1)准备具有0.005～3.0质量％的浓度的水溶性聚合物的水溶液的工序；
[0024](2)以相对于碳纳米管100质量份为400～1000质量份的比例使所述水溶性聚合物的水溶液含浸于所述碳纳米管、制备湿润凝集物的工序；
[0025](3)将所述湿润凝集物剪切破碎、获得破碎物的凝集物的工序；以及
[0026](4)将所述破碎物的凝集物干燥、获得包含所述水溶性聚合物的碳纳米管配合凝集物的工序。
[0027]专利技术效果
[0028]根据本专利技术，可以在使用水作为分散介质的同时有效地制造体积密度高且飞散性低的CNT配合凝集物。另外，由于实质上不使用有机溶剂即可制造CNT配合凝集物，因此在减少环境负荷方面是有利的。
附图说明
[0029]图1为例1中使用的碳纳米管配合凝集物的制造装置的示意图。
[0030]图2的A～C为例1的CNT配合凝集物的扫描型电子显微镜(SEM)图像。A、B及C分别为300倍、5000倍及12000倍的SEM图像。
[0031]图3的A～C为参考例1的CNT配合凝集物的SEM图像。A、B及C分别为300倍、5000倍及
12000倍的SEM图像。
具体实施方式
[0032]根据本专利技术的一个实施方式，CNT配合凝集物的制造方法可以通过以下工序获得CNT配合凝集物：首先准备具有0.01～3.0质量％的浓度的水溶性聚合物的水溶液(工序1)；以相对于碳纳米管100质量份为0.1～0.25质量份的比例使所述水溶性聚合物的水溶液含浸于所述碳纳米管、制备湿润凝集物(工序2)；接着，将所述湿润凝集物剪切破碎、获得破碎物的凝集物(工序3)；然后将所述破碎物的凝集物干燥(工序4)。以下，按各个工序详细地说明本专利技术的CNT配合凝集物的制造方法。
[0033][工序(1)：水溶性聚合物水溶液的准备工序][0034]本专利技术的一个实施方式中，在上述工序(1)中，准备水溶性聚合物的水溶液。作为水溶性聚合物，只要是能够在水中将CNT分散稳定化，则无特别限定，优选地可以使用在主链或侧链具有季铵基等阳离子性基团的聚合物。
[0035]根据本专利技术的一个实施方式，作为水溶性聚合物，可以优选地使用二烯丙基胺系阳离子聚合物。二烯丙基胺系阳离子聚合物可举出二烯丙基胺的盐酸盐、硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳纳米管配合凝集物的制造方法，其包含以下工序而成：(1)准备具有0.005～3.0质量％的浓度的水溶性聚合物的水溶液的工序；(2)以相对于碳纳米管100质量份为400～1000质量份的比例使所述水溶性聚合物的水溶液含浸于所述碳纳米管、制备湿润凝集物的工序；(3)将所述湿润凝集物剪切破碎、获得破碎物的凝集物的工序；以及(4)将所述破碎物的凝集物干燥、获得包含所述水溶性聚合物的碳纳米管配合凝集物的工序。2.根据权利要求1所述的方法，其中，工序(1)的湿润凝集物制备工序使用螺杆输送机连续地实施。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述湿润凝集物的室温下的含水量相对于碳纳米管100质量份为600～980质量份。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本宏史，
申请(专利权)人：三菱商事株式会社，
类型：发明
国别省市：