凝聚纺丝结构体及其制造方法和使用凝集纺丝结构体的电线技术

本发明专利技术的目的是得到一种对碳纳米管进行纺丝而得到的导电性高的凝聚纺丝结构体。本发明专利技术涉及一种凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，该制造方法包含工序（a）和工序（b），所述工序（a）中，通过表面活性剂（5）将碳纳米管（3）分散在第1溶剂（7）中，制作分散液（1），所述第1溶剂（7）仅为水或为包含有机溶剂和水的混合溶剂；所述工序（b）中，将分散了碳纳米管（3）的分散液（1）注入与第1溶剂（7）不同的第2溶剂（9）即凝聚液中，将碳纳米管（3）凝聚纺丝。所得到的包含碳纳米管的凝聚纺丝结构体的特征在于，体积密度为0.5g/cm3以上，直至450℃的失重率为50%以下，共振拉曼散射测定中G/D的比值为10以上，电导率为50S/cm以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由碳纳米管的粉末制造、不含树脂的碳纳米管凝聚纺丝结构体及其制造方法等。
技术介绍
碳纳米管是由碳制作的石墨烯片形成单层或多层的同轴管状的物质，是具有超细直径、轻质性、高强度、高挠曲性、高电流密度、高导热性、高导电性的材料。通过将这样的碳纳米管纺成丝状，期待可以得到具有以往没有的特性的纤维状材料。作为这样的碳纳米管的纺丝方法，大体分为气相法和液相法。作为气相法，是在碳纳米管的合成工序后直接设置纺丝的工序，从而同时进行碳纳米管的合成和纺丝的方法。而液相法是将在液体中溶解并分散已合成的碳纳米管的粉末而得到的碳纳米管进行纺丝，由此得到丝状、纤维状的碳纳米管的方法，该方法在不同的工序进行碳纳米管的合成和纺丝。作为气相法，例如公开了下述方法。在筒状的反应器内与载气一起供给碳纳米管合成用催化剂、成为碳纳米管原料的烃，使碳纳米管生长，并在反应器的反应区域外，通过缠绕在纺锤(spindle)上进行纺丝，从而得到碳纳米管的纤维(参见专利文献I)。另外，作为液相法，公开了下述方法:通过将均匀分散有碳纳米管的低粘度碳纳米管分散液注入具有一定流动性的含有聚乙烯醇(PVA)等的粘性凝聚液中，来得到碳纳米管与PVA的复合纤维(参见专利文献2)。另外，作为另外的液相法，公开了通过将均匀分散有碳纳米管的低粘度碳纳米管分散液注入强酸性或强碱性的凝聚液(pH为3以下或pHll以上)中，从而得到纳米纤维的方法(参见专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特表2007-535434号公报专利文献2:美国专利申请公开第2008/0124507号说明书专利文献3:美国专利申请公开第2007/0243124号说明书
技术实现思路
但是，对于专利文献I中记载的方法，由于碳纳米管的合成和纺丝连续进行，所以存在难以将最佳条件不同的合成速度和纺丝速度都最佳化这样的问题。另外，由于碳纳米管的合成和纺丝连续进行，所以存在无法从合成后的碳纳米管中去除催化剂，或无法进行碳纳米管的表面处理，或无法分离开金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管等问题。特别是，碳纳米管通常被合成为金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管这两者的混合物，所以如果不将它们分离开就进行纺丝，则所得到的纤维状材料的导电性不优异。另外，对于专利文献2中记载的方法，由于使用PVA等树脂进行碳纳米管的纺丝，所以在碳纳米管的表面形成树脂层，树脂渗入到碳纳米管的内部。表面的树脂层增加了碳纳米管之间的接触电阻，使复合线材的导电性降低。渗入到内部的树脂使碳纳米管本身的导电性降低。因此，专利文献2中记载的方法存在无法获得导电性优异的复合线材的问题。另外，对于专利文献3中记载的方法，由于在碳纳米管的纺丝中使用强酸性或强碱性的液体作为凝聚液，所以在碳纳米管上产生缺陷。若产生缺陷，则碳纳米管的石墨结晶出现损伤，因而碳纳米管单体的导电性、机械特性变差。因此，存在所得碳纳米管的二次纳米纤维的导电性、机械特性也变差的问题。本专利技术是鉴于上述问题做出的，其目的是得到一种将碳纳米管纺丝而形成的、导电性高的凝聚纺丝结构体。为了达成上述的目的，提供以下专利技术。(I) 一种凝聚纺丝结构体，其包含碳纳米管，其特征在于，体积密度(bulkdensity)为0.5g/cm3以上；将在空气气氛下以10°C /分钟的升温速度从室温加热到100°C并于100°C放置10分钟后的重量设为干燥重量，进而将在空气气氛下以10°C /分钟的升温速度补充加热到450°C后的重量设为加热重量，用干燥重量减去加热重量后得到的重量除以干燥重量，所得失重率为50%以下；通过共振拉曼散射测定得到的光谱中，当将1550 1650cm-1范围内最大的峰值强度设为G、将1300 HOOcnT1范围内最大的峰值强度设为D时，G/D的比值为10以上；电导率为50S/cm以上。(2)如(I)所述的凝聚纺丝结构体，其特征在于，所述失重率为25%以下；共振拉曼散射测定中的所述G/D的比值为30以上。(3)如(I)所述的凝聚纺丝结构体，其特征在于，所述碳纳米管包含单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。(4)如(I)所述的凝聚纺丝结构体，其特征在于，电导率为500S/cm以上。(5)如(I)所述的凝聚纺丝结构体，其特征在于，所述凝聚纺丝结构体的直径为10 μ m以上且Icm以下，并且长度/直径之比为100以上；在所述凝聚纺丝结构体的表面具有多个深度为I 3μπκ长度为30 μ m以上的长度方向的沟；在所述凝聚纺丝结构体的内部具有多个IOOnm以上且10 μ m以下的空洞。(6)如(I)所述的凝聚纺丝结构体，其特征在于，碳纳米管的重量组成比为75%以上。(7) —种电线，其特征在于，其使用(I)所述的凝聚纺丝结构体作为导体。(8) 一种凝聚纺丝结构体，其包含碳纳米管，其特征在于，体积密度为0.5g/cm3以上；通过共振拉曼散射测定得到的光谱中，当将1550 1650CHT1范围内最大的峰值强度设为G、将1300 HOOcnT1范围内最大的峰值强度设为D时，G/D的比值为10以上；电导率为500S/cm以上。(9) 一种凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，包含:工序(a)，通过表面活性剂将碳纳米管分散在第I溶剂中，制作分散液，所述第I溶剂仅为水或为包含有机溶剂和水的混合溶剂；以及工序(b)，将分散了所述碳纳米管的所述分散液注入与所述第I溶剂不同的第2溶剂即凝聚液中，将碳纳米管进行凝聚纺丝。(10)如(9)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述第I溶剂仅为水、或为包含选自由甲醇、乙醇、丙醇、甲酰胺、乙二醇、二甲基亚砜组成的组中的一种以上有机溶剂和水的混合溶剂。(11)如(9)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述凝聚液为包含N-甲基卩比咯烧酮、N, N-二甲基乙酰胺、碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、水、甲醇、乙醇、丙醇中的任一种溶剂的溶液，所述凝聚液和所述第I溶剂对所述表面活性剂的亲和性不同。(12)如(11)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述凝聚液包含N, N-二甲基乙酰胺。(13)如(9)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂为属于下述(A)至(C)组的任意一种以上的表面活性剂。(A)用格里芬 法求出的HLB为8以上的非离子型表面活性剂；(B)阴离子型表面活性剂:烷基苯磺酸盐、烷基醇硫酸酯盐、烷基二苯醚二磺酸钠、聚氧乙烯烷基醚硫酸酯钠、二烷基磺化琥珀酸钠、烷基烯丙基磺化琥珀酸钠、N-月桂酰肌氨酸钠、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸酯钠、(甲基)丙烯酰聚氧化烯硫酸酯钠、烷基醇磷酸酯盐；(C)阳离子型表面活性剂:四烷基卤化铵；(14)如(13)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂为组合属于所述(A)组和所述(B)组的表面活性剂中各I种以上而得到的表面活性剂或者是组合属于所述(A)组和所述(C)组的表面活性剂中各I种以上而得到的表面活性剂。(15)如(13)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂包含主链长度不同的多种表面活性剂。(16)如(13)所述的凝聚纺丝结构体的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂包含十_■烧基硫酸纳。(17)如(9)所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：力久弘昭，橘正人，岛田道宏，安积欣志，向健，杉野卓司，
申请(专利权)人：古河电气工业株式会社，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：
国别省市：