碳納米管分散液的制造方法、復合材料用組合物的制造方法及復合材料的制造方法、以及 ...的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及碳納米管分散液的制造方法、復合材料用組合物的制造方法、復合材料的制造方法、復合材料及復合材料成型體。具體來說，本發明涉及碳納米管分散液的制造方法、使用了該碳納米管分散液的復合材料用組合物的制造方法、以及使用了該復合材料用組合物的復合材料的制造方法。另外，本發明涉及利用該復合材料的制造方法得到的復合材料、以及使用該復合材料而形成的復合材料成型體。
【背景技術】
[0002]以往，作為導電性、機械特性優異的材料，使用了向樹脂、橡膠等高分子材料中配合碳材料而成的復合材料。進一步，近年來，作為導電性、機械特性的提高效果高的碳材料，碳納米管(以下也稱為“CNT”)得到關注。其中，單壁碳納米管(以下也稱為“單壁CNT”)是顯示高導電性的纖維狀的導電性填料，由于即使配合量為少量也能夠良好地提高復合材料的導電性、機械特性，因此作為復合材料用的碳材料而尤其受到關注。
[0003]在此，從良好地提高復合材料的導電性、機械特性的觀點來看，需要使CNT等碳材料均勻地分散于高分子材料基質中。為此，已提出了如下技術:通過使用將使CNT均勻分散在溶劑中而成的碳納米管分散液和高分子材料混合而成的復合材料用組合物來制備復合材料，從而得到在高分子材料的基質中均勻地分散有CNT的復合材料。
[0004]但是，單壁CNT等CNT的比表面積大，CNT彼此間容易凝聚而纏繞。為此，在使用CNT作為碳材料的復合材料的制造中，要求有效地制備均勻分散有CNT的碳納米管分散液的技術。
[0005]于是，例如在專利文獻1中提出了下述技術:通過利用剪切力、沖擊波、氣蝕等使粗分散在溶劑中的CNT斷裂，來獲得高度地分散有斷裂了的CNT的碳納米管分散液。另外，在例如專利文獻2中，通過使用超聲波均化器，邊切斷邊解開溶劑中凝聚的CNT，來得到高度分散有CNT的碳納米管分散液。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2006-16222號公報
[0009]專利文獻2:日本特開2010-254546號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的問題
[0011]然而，在邊主動地破壞或切斷CNT邊使CNT分散的上述現有的碳納米管分散液的制造方法中，分散處理時的CNT的損傷大。因此，使用所得碳納米管分散液而制備的復合材料有時無法發揮出期望的導電性、機械特性。
[0012]于是，本發明的目的在于提供有效地制造CNT的損傷得到抑制、并且高度地分散有CNT的碳納米管分散液的方法。
[0013]另外，本發明的目的在于提供使用了利用該制造方法制造的碳納米管分散液的復合材料用組合物的制造方法以及復合材料的制造方法。
[0014]進一步，本發明的目的在于提供導電性、機械特性優異的復合材料及復合材料成型體。
[0015]解決問題的方法
[0016]本發明人等為了實現上述目的而進行了深入研究。進而，本發明人等意外地發現，在將具有給定比表面積的碳納米管制成粗分散液之后，在負載了背壓的狀態和/或對分散液進行了冷卻的狀態下抑制氣泡的產生并施加剪切力時，即使沒有基于氣蝕(氣泡的產生及消滅)的分散效果，也能夠實現均勻且有效地分散，在這樣得到的分散液中，對CNT的損傷可得到抑制，從而完成了本發明。
[0017]S卩，本發明以有效地解決上述問題為目的，本發明的碳納米管分散液的制造方法包括向包含比表面積為600m2/g以上的碳納米管的粗分散液施加剪切力以使碳納米管分散、從而得到碳納米管分散液的工序(A)，其顯著特征之一在于:在所述工序(A)中，實施向所述碳納米管分散液負載背壓和冷卻所述碳納米管分散液中的至少一者。這樣一來，在向粗分散液施加剪切力以使碳納米管分散時，如果負載背壓和/或進行冷卻，則可以抑制在分散液中產生氣泡。其結果，可抑制氣泡附著于CNT、以及氣泡的產生所引起的能量損耗，即使是比表面積大的CNT，也能夠均勻且有效地得到分散。需要說明的是，由抑制氣泡附著于CNT所帶來的分散性提高效果特別是在分散比表面積為600m2/g以上的CNT時能夠良好地獲得。另外，通過抑制在分散液中產生氣泡，可以抑制由氣蝕引起的CNT的損傷。
[0018]需要說明的是，在本發明中，所述“比表面積”是指使用BET法而測定的氮吸附比表面積(BET比表面積)。
[0019]在此，本發明的碳納米管分散液的制造方法優選進一步包括:將通過所述工序(A)得到的碳納米管分散液的背壓分多個階段進行降壓的工序(B)。在工序(A)中負載背壓的情況下，如果分多個階段降低碳納米管分散液的背壓，則可以抑制由于在將負載有背壓的碳納米管分散液敞開至大氣壓時的壓力降低而引起在分散液中產生氣泡，因此能夠在進一步抑制CNT的損傷發生的同時使CNT均勻且有效地分散。
[0020]進一步，通過上述的碳納米管分散液的制造方法得到的碳納米管分散液，可以在與膠乳等含高分子材料液體混合來制造復合材料用組合物時使用。
[0021 ]另外，上述這樣得到的復合材料用組合物可以在制造復合材料時使用。
[0022]進一步，對于使上述的復合材料用組合物凝固而得到的復合材料、以及將該復合材料成型而成的復合材料成型體而言，由于損傷得到了抑制的CNT均勻地分散，因此可以發揮出期望的性能。
[0023]發明的效果
[0024]根據本發明，可以提供有效地制造CNT的損傷得到抑制、并且高度地分散有CNT的碳納米管分散液的方法。
[0025]另外，根據本發明，可以提供使用了利用該制造方法制造的碳納米管分散液的復合材料用組合物的制造方法及復合材料的制造方法。
[0026]進一步，根據本發明，可以提供導電性、機械特性優異的復合材料及復合材料成型體。
【附圖說明】
[0027]圖1是示出了能夠在依據本發明的代表性的碳納米管分散液的制造方法中使用的分散系統的簡要構成的圖。
[0028]符號說明
[0029]1 槽
[0030]2高壓栗
[0031]3分散器
[0032]4熱交換器
[0033]5多級降壓器
[0034]6送回管線
[0035]7流路切換閥(三通閥)
[0036]10分散系統
【具體實施方式】
[0037]以下，對本發明的實施方式進行詳細地說明。
[0038]在此，本發明的碳納米管分散液的制造方法可以在制造使CNT均勻分散在制造在溶劑中而成的碳納米管分散液時使用。
[0039]進一步，使用本發明的碳納米管分散液的制造方法制造的碳納米管分散液，例如可以在與膠乳等含高分子材料液體混合而制造復合材料用組合物時使用。需要說明的是，碳納米管分散液也可以不與膠乳等混合，而是以其原有的狀態直接用于導電性薄膜的形成等。
[0040]另外，上述復合材料用組合物可以在制造復合材料時使用。進一步，復合材料可以根據用途而在成型為復合材料成型體之后使用。
[0041 ](碳納米管分散液的制造方法)
[0042]本發明涉及的碳納米管分散液的制造方法包括對包含比表面積600m2/g以上的碳納米管的粗分散液施加剪切力以使碳納米管分散，從而得到碳納米管分散液的工序。進一步，本發明涉及的碳納米管分散液的制造方法的顯著特征之一在于，在向粗分散液施加剪切力以使碳納米管分散時，向碳納米管分散液負載背壓、和/或冷卻碳納米管分散液。
[0043]<粗分散液>
[0044]粗分散液包含CNT和溶劑。此外，粗分散液可以通過向溶劑中添加CNT，并任選地使用混合器等在無加壓的條件下混合而獲得，但粗分散液的配制優選盡可能使用不對CNT造成損傷的處理方法來進行。
[0045]需要說明的是，粗分散液任選含有分散劑等添加劑。
[0046][碳納米管(CNT)]
[0047]就分散于粗分散液中的CNT而言，其添加到溶劑中之前的比表面積需要在600m2/g以上。該CNT可以是未開口的CNT也可以是開口的CNT。就未開口的CNT而言，其比表面積優選在800m2/g以上，優選在1200m2/g以下，進一步優選在1000m2/g以下。另一方面，對于開口的CNT而言，其比表面積優選在1300m2/g以上，優選在2500m2/g以下，進一步優選在2300m2/g以下。如果CNT的比表面積在600m2/g以上，在使用本發明涉及的碳納米管分散液的制造方法配制碳納米管分散液時，可以得到特別良好的分散性提高效果。另外，如果CNT的比表面積在600m2/g以上，可以良好地提高使用碳納米管分散液配制的復合材料的導電性、機械特性。進一步，CNT的比表面積如果在上述范圍內，則可以提高CNT的分散性，同時可以充分防止向粗分散液施加剪切力而使碳納米管分散時的CNT的損傷。
[0048]在此，CNT只要是比表面積為600m2/g以上的CNT則沒有特別地限定，可以為單壁碳納米管，也可以為多壁碳納