(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブを従来よりも十分に分散して包含し、従来の銀ナノ粒子を含むクーラント液に比べ、同程度以上のクーラント効果を奏するクーラント液を得る。【解決手段】本発明のカーボンナノチューブを含むクーラント液は、基水に少なくともカーボンナノチューブを有した流体を混合してなる、カーボンナノチューブを含むクーラント液であって、粒子を分散して含むことが可能な媒質である分散媒と、前記分散媒中に均一に分散する複数のカーボンナノチューブとを含んでいるｐＨ値が２．５〜８．０のものであり、前記カーボンナノチューブが多層グラファイト層を備え、前記カーボンナノチューブ表面の活性点の少なくとも一部にＯＨ基、ＣＯ基及びＣＯＯＨ基のうちいずれか１つ以上が修飾されていることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基水に少なくともカーボンナノチューブを有した流体を混合してなる、カーボンナノチューブを含むクーラント液であって、
前記カーボンナノチューブを有した流体が、
粒子を分散して含むことが可能な媒質である分散媒と、
前記分散媒中に均一に分散する複数のカーボンナノチューブと
を含んでいる、ｐＨ値が２．５〜８．０のものであり、
前記カーボンナノチューブが多層グラファイト層を備え、
前記カーボンナノチューブ表面の活性点の少なくとも一部にＯＨ基、ＣＯ基及びＣＯＯＨ基のうちいずれか１つ以上が修飾されていることを特徴とするカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブが、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、ホウ酸塩金属、または合金を充填したカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブの直径が０．０１ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項４】
前記分散媒が、水、又は、水と有機溶媒との混合物であることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項５】
前記有機溶媒が、アルコールであることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項６】
前記アルコールが、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｔ−ペンタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、スチレン、酢酸エチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、及び、アセトンの中から選択される１以上の液体であることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項７】
前記基水は不凍液を主体に構成されたクーラント液であることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【請求項８】
ラジエータ及びヒートポンプ（熱交換器）に使用する、水、不凍液、冷媒用ガス又は液体、たとえば代替フロン液、アンモニア液などに添加する請求項１記載のカーボンナノチューブを含むクーラント液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は流体に関し、より詳細にはカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと表現する場合がある。）を含むクーラント液に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ラジエータやヒートポンプ（熱交換器）用の冷媒として、水、不凍液、冷媒用液（たとえば代替フロン液、アンモニア液など）、いわゆるクーラント液が使用されている。又、金属分子（例えば銀ナノ粒子）などを用いて比熱を小さくすることでより冷却効率を上げたクーラント液の添加剤も市場に出ている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  前述の銀ナノ粒子を用いた添加剤はコストが高く、均一分散が難しいという問題もある。【０００４】  本発明は、カーボンナノチューブを従来よりも十分に分散して包含し、従来の銀ナノ粒子を含むクーラント液に比べ、同程度以上のクーラント効果を奏するクーラント液の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】（１）  本発明のカーボンナノチューブを含むクーラント液は、基水に少なくともカーボンナノチューブを有した流体を混合してなる、カーボンナノチューブを含むものである。また、前記カーボンナノチューブを有した流体は、粒子を分散して含むことが可能な媒質である分散媒と、前記分散媒中に均一に分散する複数のカーボンナノチューブとを含んでいるｐＨ値が２．５〜８．０（好ましくは、６．０〜８．０）のものであるとともに、前記カーボンナノチューブが多層グラファイト層を備え、前記カーボンナノチューブ表面の活性点の少なくとも一部にＯＨ基、ＣＯ基及びＣＯＯＨ基のうちいずれか１つ以上が修飾されていることを特徴とする。【０００６】（２）  上記（１）のカーボンナノチューブを含むクーラント液においては、前記カーボンナノチューブが、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、ホウ酸塩金属、または合金を充填したものであってもよい。【０００７】（３）  上記（１）のカーボンナノチューブを含むクーラント液においては、前記カーボンナノチューブの直径が０．０１ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましく、さらに好ましくは０．０１ｎｍ〜５０ｎｍである。なお、前記カーボンナノチューブの直径が０．０１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に含まれる場合には、電気的特性がよいだけでなく、比熱も小さく、使用する量も少量ですむ。【０００８】（４）  上記（３）のカーボンナノチューブを含むクーラント液においては、前記分散媒が、水、又は、水と有機溶媒との混合物であってもよい。【０００９】（５）  上記（４）のカーボンナノチューブを含むクーラント液においては、前記有機溶媒がアルコールであってもよい。【００１０】（６）  上記（５）のカーボンナノチューブを含むクーラント液においては、前記分散媒が、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｔ−ペンタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、スチレン、酢酸エチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、及び、アセトンの中から選択される１以上の液体であってもよい。【００１１】（７）  前記基水は、不凍液を主体に構成されたクーラント液であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、カーボンナノチューブを従来よりも十分に分散して包含し、従来の銀ナノ粒子を含むクーラント液に比べ、同程度以上のクーラント効果を奏するクーラント液を安価に提供できる。また、本発明の流体中のカーボンナノチューブにおいては、分散安定性が優れており、長期間分散できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るカーボンナノチューブを有した流体の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】比較例及び本発明に係る実施例の各流体におけるｐＨ値と流動性（分散性）との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）が試料１（比較例）、（ｂ）が試料２（比較例）に係る流体の実験の様子を示す写真である。
【図４】（ａ）が試料３（実施例）、（ｂ）が試料４（実施例）に係る流体の実験の様子を示す写真である。
【図５】（ａ）が試料５（実施例）、（ｂ）が試料６（実施例）に係る流体の実験の様子を示す写真である。
【図６】（ａ）が試料７（実施例）、（ｂ）が試料８（実施例）に係る流体の実験の様子を示す写真である。
【図７】実施例２に係るＣＮＴを有した流体（試料７，８）について実験する直前の様子を示した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  続いて、本発明の一実施形態に係るクーラント液について、詳細に説明する。本実施形態のクーラント液は、基水に少なくともカーボンナノチューブを有した流体を混合してなる、カーボンナノチューブを含むものである。
【００１５】  本実施形態における基水は、自動車（四輪車、二輪車、トラクター等の農機、パワーショベル等の建機等の種々の車両を包含する。以下同じ。）用、船用、建物用、工業用、機械用のラジエータ及び熱交換器にクーラント液として用いられる不凍液である。
【００１６】  本実施形態におけるカーボンナノチューブを有した流体は、分散媒及びＣＮＴを有したｐＨ２．５〜ｐＨ８．０のものであり、該流体中のＣＮＴの割合は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％程度に調整されている。分散剤については、必要に応じて使用してよい。
【００１７】  本実施形態の流体における分散媒としては、ＣＮＴと反応せずに、分散剤を用いた場合でも該分散剤と共に安定した溶媒である。具体的には、水、又は、水と水溶性有機溶媒のいずれか一種以上とからなる混合溶媒でも良い。
【００１８】  上記水溶性有機溶媒としては、アルコール類（メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど）、多価アルコール類（エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど）、多価アルコールエーテル類（例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど）、アミン類（エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、モルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど）、アミド類（ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなど）、複素環類（２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、２−オキサゾリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなど）、スルホキシド類（ジメチルスルホキシドなど）、スルホン類（スルホランなど）、低級ケトン類（アセトン、メチルエチルケトンなど）、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。
【００１９】  本実施形態の流体に必要に応じて使用する分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸アルカリ金属塩等の水溶性樹脂、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース類が好ましく、さらにカルボキシメチルセルロースが好ましい。これらの水溶性樹脂及び／又はセルロース類を採用した場合には、他の分散剤を併用することも可能である。ここで、分散媒に含有される分散剤の濃度は、含有される分散質であるＣＮＴの量によっても異なるが、ＣＮＴが溶媒に充分になじむ程度の濃度であることが必要である。
【００２０】  なお、上記の水溶性樹脂及び／又はセルロース類を併用可能なその他分散剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等の分散性向上作用を有する公知の分散剤を使用できる。
【００２１】  アニオン性界面活性剤としては、芳香族スルホン酸系界面活性剤（ドデシルベンゼンスルホン酸等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩等）、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤、カルボン酸系界面活性剤などである。コール酸、オレイン酸なども好適に使用でき、アニオン性官能基を有する糖類であるアルギン酸、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸等はそのまま好適に使用でき、シクロデキストリンなどはアニオン性官能基で修飾することによって使用することが可能である。エステル基を有するポリマー、オリゴマーは、エステル部分を加水分解してアニオン性官能基に変換して使用することも可能である。
【００２２】  カチオン性界面活性剤としては、第４級アルキルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルアミン塩等のカチオン性界面活性剤、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド等のカチオン性基を有する化合物である。
【００２３】  ノニオン性界面活性剤としては、エーテル系（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等）およびエステル系（ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンジステアレート、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ポリオキシエチレンモノオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等）、ソルビトールおよびグリセリン等の多価アルコール脂肪酸のアルキルエーテルおよびアルキルエステル、アミノアルコール脂肪酸アミド等を使用できる。
【００２４】  両性界面活性剤としてはアルキルベタイン系界面活性剤（ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、プロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン）、スルホベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤を使用することができる。
【００２５】  ＣＮＴとしては、直径が０．０１ｎｍ〜５００ｎｍ（好ましくは０．０１ｎｍ〜５０ｎｍ）であり、多層グラファイト層を備えたものであって、分散液の用途に応じて選択することができる。またＣＮＴの製造方法に関しても特に制限されるものではなく、炭素含有ガスを触媒と接触させる熱分解法、炭素棒間にてアーク放電を発生させてなるアーク放電法、カーボンターゲットにレーザーを照射するレーザー蒸発法、金属微粒子の存在下で炭素源のガスを高温で反応させるＣＶＤ法、一酸化炭素を高圧下で分解するＨｉＰｃｏ法等のいずれでも良い。また、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、ホウ酸塩金属、または合金を充填されてなるＣＮＴであっても良い。また、該多層グラファイト層に、窒素、ホウ素、リン、または硫黄原子がドープされていてもよい。なお、ＣＮＴ濃度が低すぎると分散されたＣＮＴを得る効率が悪く、ＣＮＴ濃度が高すぎるとＣＮＴの分散が困難になる。また、本実施形態における流体中のＣＮＴの表面の活性点（欠陥）の少なくとも一部には、ＯＨ基、ＣＯ基及びＣＯＯＨ基のうちいずれか１つ以上が修飾されている。これにより、水素結合を利用することができるので、該ＣＮＴの分散媒中への分散性を高めることができる。特に、水を分散媒として利用した場合、顕著である。
【００２６】  本発明における流体に配合が可能な他の成分としては、各種の水溶性樹脂や水分散性樹脂、タンパク質等の生体内の高分子等、ＣＮＴの用途に応じて必要な成分を配合することが可能である。
【００２７】（ＣＮＴを有した流体の製造方法、及び、クーラント液の製造方法）
次に、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体の製造方法、及び、本実施形態に係るクーラント液の製造方法について説明する。図１に、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体の製造工程を示す。本実施形態のＣＮＴを有した流体の製造工程においては、ＣＮＴを原料とし、最終製品として、ＣＮＴの分散安定性が優れているものを得ることができる。以下、詳細に説明する。
【００２８】  まず、ＣＮＴ粉末と硫酸とを少量ずつ所定の割合で混合撹拌し、混合液を生成する（工程Ｓ１）。続いて、この混合液に所定の割合で硝酸を混合し撹拌する（工程Ｓ２）。その後、十分に煮沸するまで該混合液を加熱（工程Ｓ３）した後、加熱を止め、冷却する（工程Ｓ４）。続いて、該混合液を水で希釈（工程Ｓ５）した後、さらに大気中において冷却する（工程Ｓ６）。該混合液を十分に冷却した後、該混合液をろ過して、ろ過水を取り出す（工程Ｓ７）。そして、該混合液を水で希釈する（工程Ｓ８）。ここで、工程Ｓ７及び工程Ｓ８については、さらに１回以上繰り返しても良い。続いて、遠心分離機を用いて該混合液をろ過（工程Ｓ９）した後、さらに超音波洗浄機を用いてろ過を行う（工程Ｓ１０）。ここで、工程Ｓ９及び工程Ｓ１０については、それぞれさらに１回以上繰り返してもいいし、工程Ｓ９又は工程Ｓ１０のいずれか一方のみをさらに１回以上繰り返してもよい。続いて、水で希釈して、所定の濃度に調整することで、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体は完成する。その後、基水に該流体を添加した後に撹拌し、該基水と該流体とを混合することによって、本実施形態に係るクーラント液を得る。なお、一変形例として、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体については、必要に応じて、上述した分散媒又は／及び分散剤を加えて、該流体をさらに調整しても良い。
【００２９】  本実施形態によれば、カーボンナノチューブを従来よりも十分に分散して包含している。また、本発明の流体中のカーボンナノチューブにおいては、分散安定性が優れており、長期間分散できるという効果を奏する。
【実施例】
【実施例１】
【００３０】  続いて、本発明に係るＣＮＴを有した流体について、実施例を用いて説明する。上述した製造方法によって実際に製造したＣＮＴを有した流体（試料１〜８）のｐＨ値（商品名：デジタルｐＨ計  ＰＨ−２０１（株式会社佐藤商事製  型番：ｐＨ−２０１）を下記表１に示す。また、各流体中のＣＮＴの分散性を調査した結果も併せて表１に示す。なお、ＣＮＴの分散性については、流体の流動性と密接な関係を有していることは明白なことから、以下のようにして調査した。すなわち、ＣＮＴを有した流体を透明のガラス容器の途中の高さまで入れ、蓋をした後（例えば図７の状態）、上下逆さまに反転させ、該ガラス容器内壁が透明になるまでの時間（ＣＮＴを有した流体が、該ガラス容器内壁から該流体の水面上に落ちきるまでの時間）を計測することによって調査した。上記分散性の結果については、ｐＨ値と対応させた図２のグラフ、及び、図３〜図６（実験の様子を示した写真）にも示した。なお、各流体中のＣＮＴの割合は、各流体に対して０．３５ｗｔ％に調整されており、各流体の分散媒としては水を使用しているが、他の分散媒及び分散剤は使用していない。また、ここでのＣＮＴには、宇部興産株式会社製のＡＭＣ（登録商標）を用いた。
【表１】
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【００３１】  図２のグラフ及び図３〜図６の写真から、ｐＨ値が３．４０以上の試料３〜試料８においては、流体の流動性が高い、つまり、ＣＮＴの分散性が高いことがわかる。これに対して、比較例（従来例）のｐＨ値が２．００以下である試料１及び試料２は、流体の流動性が低い、つまり、ＣＮＴの分散性が低いことがわかる。
【実施例２】
【００３２】  続いて、本発明に係るＣＮＴを有した流体の機能について、別の実施例を用いて説明する。本実施例においては、ハイブリッド車（商品名：トヨタ  プリウス）のラジエータ内のクーラント液に、ＣＮＴを有した流体を添加したところ、１０％以上の燃費向上が見られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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