官能团改性碳材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种经异氰酸酯基或氨基改性的官能团改性碳材料及其制造方法。一种官能团改性碳材料的制造方法，在溶剂中加热搅拌异氰酸酯基改性碳材料或氨基改性碳材料以及石墨烯类碳材料和二异氰酸酯化合物或含有氨基的偶氮类自由基引发剂，异氰酸酯基改性碳材料是二异氰酸酯化合物的异氰酸酯基键合在石墨烯类碳材料上而成的，氨基改性碳材料是含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行自由基分解而得到的碎片由自由基吸附加成在石墨烯类碳材料上而成的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】官能团改性碳材料及其制造方法
本专利技术涉及一种通过异氰酸酯基或氨基对薄片化石墨等石墨烯类碳材料改性而得到的官能团改性碳材料及其制造方法。
技术介绍
目前，石墨、碳纳米管或碳粒子等碳材料被广泛用作吸附剂、布线材料或者树脂强化材料或填充材料。另外，近年来，通过剥离石墨而得到且石墨烯层叠数少于石墨的薄片化石墨备受关注。在利用如上所述碳材料的情况下，多使其分散在溶剂或合成树脂中。但是，由于薄片化石墨及碳纳米管等长宽比较大，因此存在分散性低这样的问题。在下述专利文献1中，公开了提高了具有石墨烯片材结构的碳材料的分散性而得到的改性碳材料。在专利文献1中，公开了含有羧基的偶氮类自由基聚合引发剂进行自由基分解而得到的碎片加成在具有石墨烯片材结构的碳材料例如气相生长碳纤维或碳纳米管上而成的改性碳材料。通过利用羧基进行改性，提高了上述改性碳材料对水的分散性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-169112号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在专利文献1中，公开了通过羧基进行改性的所述碳材料。近年来，尝试了在石墨烯或薄片化石墨等石墨烯类碳材料上加成各种反应基团。通过在石墨烯类碳材料上加成各种官能团，可以谋求改良树脂与碳材料的复合材料的物性。本专利技术的目的在于提供一种在石墨烯类碳材料上加成有异氰酸酯基或氨基的官能团改性碳材料及其制造方法。用于解决课题的技术方案本申请专利技术人们为了达成所述课题，潜心研究，结果发现，通过使二异氰酸酯化合物与石墨烯类碳材料进行反应，可以得到异氰酸酯基改性的碳材料，从而完成了本专利技术。另外，本申请专利技术人等为了达成所述课题，潜心研究，结果发现，如果通过自由基吸附作用将含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行自由基分解而得到的碎片加成在石墨烯类碳材料上，则可以得到氨基改性的碳材料，从而完成了本专利技术。即，在本专利技术的官能团改性碳材料中，二异氰酸酯化合物的异氰酸酯基或含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行自由基分解而得到的碎片键合或者加成于石墨烯类碳材料。作为所述石墨烯类碳材料，优选使用薄片化石墨。薄片化石墨是指下述石墨烯叠层体，该石墨烯叠层提通过剥离通常的石墨而得到，石墨烯层叠数为几层～200层左右，比表面积为600m2/g～2500m2/g左右。在石墨烯类碳材料为薄片化石墨的情况下，比表面积大，因此可以以较小添加量改善树脂的物性等。在本专利技术的异氰酸酯基改性碳材料的制造方法中，在溶剂中对石墨烯类碳材料和二异氰酸酯化合物或含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行加热搅拌。由此，可以得到本专利技术的官能团改性碳材料。在本专利技术的制造方法中，优选使用薄片化石墨作为石墨烯类碳材料。在该情况下，可以提供能够以较小添加量来改善树脂物性等的碳材料。在本专利技术的制造方法中，优选使用具有仲氨基或叔氨基的偶氮类自由基引发剂作为所述偶氮类自由基引发剂。在该情况下，如下所述，仅在溶剂中加热搅拌，就可以高效地得到氨基改性碳材料。在本专利技术的其它特定方面，提供一种含有本专利技术的官能团改性碳材料和树脂的复合材料。在本专利技术的特定方面，使用树脂微粒作为所述树脂。专利技术效果在本专利技术的官能团改性碳材料中，石墨烯类碳被异氰酸酯基或氨基改性。因此，可以水解异氰酸酯基而容易地得到胺改性石墨烯类碳材料。另外，也可以使该异氰酸酯基与羟基进行反应形成氨酯键。因此，通过使本专利技术的异氰酸酯基改性碳材料与二醇等具有羟基的树脂材料进行反应，可以提供具有氨酯树脂的物性，且由石墨烯类碳改善了机械强度等特性的复合材料。另外，在本专利技术的氨基改性碳材料中，通过含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行自由基分解而得到的碎片加成于石墨烯类碳，因此可以提供带有正电荷的石墨烯类碳材料。因此，可以提供如下碳材料，其适合得到与例如具有负电荷的树脂微粒的复合材料。另外，根据本专利技术的官能团改性碳材料的制造方法，可以提供一种如上那样的一直以来不能得到的本专利技术的官能团改性碳材料。附图说明图1为表示实施例1中得到的异氰酸酯基改性碳材料及六亚甲基-1,6-二异氰酸酯的裂解气色谱图的图；图2(a)、(b)为表示实施例1中得到的异氰酸酯改性碳材料及六亚甲基-1,6-二异氰酸酯的裂解气在保持时间为4.52分钟时的裂解气质谱的图；图3为表示2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]及实施例3中得到的氨基改性碳材料的裂解气色谱图的图；图4(a)及(b)为表示2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]及实施例3中得到的氨基改性碳材料的裂解气在保持时间为1.02分钟时的裂解气质谱的图；图5为表示比较例1中得到的氨基改性碳材料和树脂的复合材料通过TG-DTA求得的热分析结果的图；图6为表示实施例3中得到的碳材料和树脂的复合材料通过TG-DTA得到的热分析结果的图。具体实施方式下面，对本专利技术的具体实施方式进行说明。本专利技术的官能团改性碳材料提供一种异氰酸酯基改性碳材料或氨基改性碳材料。在得到本专利技术的异氰酸酯基改性碳材料时，在溶剂中对石墨烯类碳材料和二异氰酸酯化合物进行加热搅拌。得到本专利技术的氨基改性碳材料时，在溶剂中对石墨烯类碳材料和含有氨基的偶氮类自由基引发剂进行加热搅拌。(石墨烯类碳材料)作为上述石墨烯类碳材料，可以优选使用石墨烯或许多石墨烯层叠而得到的薄片化石墨。如上所述，薄片化石墨是石墨烯层叠数为几层～200层左右，与通常的石墨相比石墨烯层叠数较少的石墨。薄片化石墨的比表面积比通常的石墨大很多，如上所述，为600m2/g以上、2500m2/g以下。因此，仅向树脂中添加少量，就可以得到期待的强化效果及物性改善效果等。作为上述薄片化石墨，也可以使用市售的薄片化石墨。另外，也可以通过剥离石墨的各种处理得到薄片化石墨。作为如上述那样得到薄片化石墨的方法，没有特别限定，可以通过对使石墨发生膨胀而得到的膨胀石墨进行剥离而得到。作为使石墨发生膨润制成膨胀石墨的工序，可以使用：1)将层状石墨浸渍在酸溶液中，在层间吸入酸溶液的方法、及2)电解法等。1)方法为将层状石墨浸渍在硝酸或硫酸中并加热，将硝酸离子或硫酸离子插入于层间的方法。在该情况下，硝酸浓度及硫酸浓度优选为40重量%～70重量%左右。在该范围内时，可以将硝酸离子或硫酸离子切实地插入于层间。另外，根据需要也可以搅拌或加热溶液。就加热温度而言，在溶液为水溶液的情况下，优选为20℃以上、95℃以下。该该范围内的温度下，可以将上述硝酸离子或硫酸离子切实地插入于层间。在2)电解法中，将层状石墨作为工作电极，将该工作电极与由Pt等构成的参比电极一起浸渍在硝酸或硫酸中并进行电解。由此，可以在层状石墨的层间即石墨烯间插入硝酸离子或硫酸离子等电解质离子，可以扩大层间。接着，用水等清洗由如上述那样得到的膨胀石墨构成的片材并在低温下干燥，去除过剩的硝酸离子或硫酸离子等。这样可以得到干燥的由膨胀石墨构成的片材。为了剥离膨胀石墨得到薄片化石墨，可以使用加热或施加超声波的方法等。另外，作为本专利技术中的石墨烯类碳材料，不限于石墨烯或薄片化石墨，也可以使用碳纳米管等表面具有石墨烯片材结构的各种石墨烯类碳材料。(异氰酸酯基改性碳材料)作为上述二异氰酸酯化合物，可以使用：六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯等。作为利用异氰酸酯对上述石墨烯类碳材料进行改性的方法，可以使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种官能团改性碳材料，其是异氰酸酯基或氨基加成或者键合在石墨烯类碳材料上而形成的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.30 JP 2011-262157;2011.11.30 JP 2011-26211.一种复合材料，其含有官能团改性碳材料和树脂，所述官能团改性碳材料是异氰酸酯基或氨基加成或者键合在薄片化石墨上而形成的，所述薄片化石墨是多层石墨烯的叠层体，其通过剥离石墨片材而得到，所述薄片...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田拓也，坪川纪夫，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，国立大学法人新泻大学，
类型：
国别省市：