(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メジアン径Ｄ５０が０．１〜３μｍであるカーボンナノファイバー、分散剤、有機バインダー、分散媒を含有し、前記カーボンナノファイバーが、９．８ＭＰａの荷重下で測定した粉体抵抗率が０．０３Ωｃｍ以下であり、ラマン分光分析で測定されるＤ／Ｇ値が０．５〜１．３である、カーボンナノファイバー分散液。
【請求項２】
前記カーボンナノファイバーの含有量が、前記カーボンナノファイバー、前記分散剤および前記有機バインダーの総和に対し、０．１〜３０質量％である、請求項１に記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項３】
前記分散剤が、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、およびセルロース類から選択されるいずれか１種以上である、請求項１または２に記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項４】
前記分散媒が炭化水素類、塩素含有炭化水素類、エーテル類、エーテルアルコール、エステル類、ケトン類、アルコール類、低級カルボン酸、アミン類、窒素含有極性溶剤、硫黄化合物類、水、アルコール、トルエン、アセトンおよびエーテルから選択される１種以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項５】
前記カーボンナノファイバーが、コバルトを主成分とする活性種を、比表面積が０．０１〜５ｍ２／ｇであるマグネシウムを含有する酸化物からなる担体に３〜１５０質量％担持された触媒を用いて製造する、請求項１または２に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
【請求項６】
前記カーボンナノファイバーが、コバルトを主成分とする活性種を、チタンを含有する比表面積が２０〜１４０ｍ２／ｇの酸化物または複合酸化物からなる担体に担持された触媒を用いて製造する、請求項１または２に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
【請求項７】
一酸化炭素を炭素源とし、反応温度が６００〜８００℃、一酸化炭素分圧が０．０４〜０．９８ＭＰａ、水素分圧が一酸化炭素分圧に対し１〜１００％であり、かつ一酸化炭素ガス流速が１ＮＬ／ｇ−活性種・分以上の条件下で製造する、請求項５または６に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
【請求項８】
前記カーボンナノファイバーが、鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種を、比表面積が０．０１〜２００ｍ２／ｇの炭素粒子に担持された触媒を用いて製造する、請求項１または２に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
【請求項９】
一酸化炭素を炭素源とし、反応温度が５５０℃以上６５０℃以下、一酸化炭素分圧が０．０４〜０．９８ＭＰａ、水素分圧が一酸化炭素分圧に対し１〜１００％、かつ一酸化炭素ガス流速が１ＮＬ／ｇ−活性種・分以上の条件下で製造する、請求項８に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のカーボンナノファイバー分散液を用いた、透明導電膜。
【請求項１１】
請求項１０に記載の透明導電膜を基材に積層させた、透明導電フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散性、導電性および結晶性に優れたカーボンナノファイバー、分散剤、有機バインダーおよび分散媒を含有するカーボンナノファイバー分散液およびそれを用いた透明導電膜、透明導電フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性炭素材であるアセチレンブラックやカーボンナノファイバー（以下ＣＮＦと記載）等を用いて他の材料と複合化させ、導電性を付与するための手段として、導電性炭素材の単体または混合物の分散液を他の材料に混合または塗工する方法がある。特にＣＮＦを用いる場合、比較的低いＣＮＦ濃度で高い導電率が得られる、基材から脱離しにくいなどの特徴があり、期待が集まっている。ここでＣＮＦは一般的に５〜１００ｎｍの外径、ファイバー長の外径に対する比を示すアスペクト比は１０以上という繊維状の形状を有する。
【０００３】
ＣＮＦを、溶剤に分散させ、分散液として使用する場合には、ＣＮＦの分散性が重要となるが、従来のＣＮＦ等の微細な炭素繊維は、繊維が互いに複雑に絡み合って二次構造を形成しており分散性が悪い。ＣＮＦの良好な分散状態を得る手段として、ＣＮＦに対して濃硝酸と濃硫酸を用い、表面酸化処理を行い、溶剤中に均一に分散させる方法がある（特許文献１）。しかしながら特許文献１の方法では酸化によりＣＮＦの導電性を低下させ、また、濃硝酸と濃硫酸を使用するため高コストとなる問題があった（特許文献１）。
【０００４】
また、ＣＮＦの良好な分散状態を得る他の手段として、ＣＮＦに対して長時間超音波を照射する方法がある。しかしながら超音波処理を長時間行うことでＣＮＦ表面のグラファイト構造の破壊や繊維の短尺化が生じ、ＣＮＦの導電性の低下を招く問題があった（特許文献２）。
【０００５】
また、ＣＮＦの良好な分散状態を得る他の手段として、酸化処理したＣＮＦを分散剤と共に分散媒中でボールミルで処理することによってＣＮＦに分散剤を吸着させ、その後短時間超音波処理することによってグラファイト構造の破壊や切断を抑制する方法がある。しかしながらＣＮＦに酸化処理が必要であったり、ＣＮＦに分散剤を吸着させるためにボールミルを長時間使用するなど工程の煩雑さに問題があった（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−７７４７９号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／００８４８６号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１２／０５７３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題と実情に鑑み、分散性および導電性に優れたＣＮＦ分散液を提供することを目的とする。さらに、このＣＮＦ分散液を用いて製造された、透明性、導電性に優れた透明導電膜及び透明導電フィルムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、下記より構成される。
（１）メジアン径Ｄ５０が０．１〜３μｍであるカーボンナノファイバー、分散剤、有機バインダー、分散媒を含有するカーボンナノファイバー分散液。
（２）前記カーボンナノファイバーが、９．８ＭＰａの荷重下で測定した粉体抵抗率が０．０３Ωｃｍ以下であり、ラマン分光分析で測定されるＤ／Ｇ値が０．５〜１．３である、（１）に記載のカーボンナノファイバー分散液。
（３）前記カーボンナノファイバーの含有量が、前記カーボンナノファイバー、前記分散剤および前記有機バインダーの総和に対し、０．１〜３０質量％である、（１）または（２）に記載のカーボンナノファイバー分散液。
（４）前記分散剤が、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、およびセルロース類から選択されるいずれか１種以上である、（１）〜（３）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバー分散液。
（５）前記分散媒が炭化水素類、塩素含有炭化水素類、エーテル類、エーテルアルコール、エステル類、ケトン類、アルコール類、低級カルボン酸、アミン類、窒素含有極性溶剤、硫黄化合物類、水、アルコール、トルエン、アセトンおよびエーテルから選択される１種以上である、（１）〜（４）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバー分散液。
（６）前記カーボンナノファイバーが、コバルトを主成分とする活性種を、比表面積が０．０１〜５ｍ２／ｇであるマグネシウムを含有する酸化物からなる担体に３〜１５０質量％担持された触媒を用いて製造する、（１）〜（３）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
（７）前記カーボンナノファイバーが、コバルトを主成分とする活性種を、チタンを含有する比表面積が２０〜１４０ｍ２／ｇの酸化物または複合酸化物からなる担体に担持された触媒を用いて製造する、（１）〜（３）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
（８）一酸化炭素を炭素源とし、反応温度が６００〜８００℃、一酸化炭素分圧が０．０４〜０．９８ＭＰａ、水素分圧が一酸化炭素分圧に対し１〜１００％であり、かつ一酸化炭素ガス流速が１ＮＬ／ｇ−活性種・分以上の条件下で製造する、（６）または（７）に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
（９）前記カーボンナノファイバーが、鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種を、比表面積が０．０１〜２００ｍ２／ｇの炭素粒子に担持された触媒を用いて製造する、（１）〜（３）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
（１０）一酸化炭素を炭素源とし、反応温度が５５０℃以上６５０℃以下、一酸化炭素分圧が０．０４〜０．９８ＭＰａ、水素分圧が一酸化炭素分圧に対し１〜１００％、かつ一酸化炭素ガス流速が１ＮＬ／ｇ−活性種・分以上の条件下で製造する、（９）に記載のカーボンナノファイバーの製造方法。
（１１）（１）〜（５）のいずれか一つに記載のカーボンナノファイバー分散液を用いた、透明導電膜。
（１２）（１１）に記載の透明導電膜を基材に積層させた、透明導電フィルム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、特定範囲のメジアン径Ｄ５０であるＣＮＦを用いた分散液が、極めてＣＮＦの分散性に優れることを見出した。またＣＮＦの分散性に優れるため、低いＣＮＦ濃度でも塗布した物品に導電性が発現する。さらに、本発明に用いるＣＮＦ分散液用いた透明導電膜、透明導電フィルムは透明性および導電性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１で使用したＣＮＦのＴＥＭ写真である。
【図２】実施例１で使用したＣＮＦの粒度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書におけるカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）の定義は、平均外径５〜１００ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍ、ファイバー長の外径に対する比を示すアスペクト比が１０以上であり、多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）をも包含する概念であり、より好ましくは、多層ＣＮＴを主成分とするものである。多層ＣＮＴはおおよそ５ｎｍ以上の外径を有する。また外径が大きくなりすぎる、例えば５０ｎｍを超えると、単位重量あたりの多層ＣＮＴの本数が減少してしまい導電ネットワークを形成しづらくなってしまう恐れがある。
本明細書におけるカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）の定義には単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）は含まれない。単層ＣＮＴは高導電性を示す特徴が有るが、カイラリティによる異性体が存在し、また強固なバンドル構造をとり分散が困難になる等実用上の課題が有り、本願の目的とするものではない。本明細書のカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）としては、多層ＣＮＴが最も好ましい。本発明に用いられるカーボンナノファイバーの代表例として図１に実施例１で使用したＣＮＦのＴＥＭ写真を示す。多層ＣＮＴであることが示される。
本明細書における合成活性とは、単位活性種質量あたり、単位時間あたり得られたＣＮＦの質量である。ここでいう活性種とはコバルト、鉄またはニッケル等の金属である。さらに担体とは、該活性種を担持するための、マグネシウムまたはチタンの酸化物、炭素粒子等を意味する。
【００１２】
＜ＣＮＦ＞
本発明で使用するＣＮＦは、分散性に優れ、さらに導電性および結晶性に優れる。具体的には、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定によって得られるメジアン径Ｄ５０が、０．１〜３μｍであり、より好ましくは０．１〜１μｍである。ここでメジアン径Ｄ５０はＣＮＦの粒子にレーザー光を照射し、その散乱光からＣＮＦの直径を球形に換算して求めることが出来る。メジアン径Ｄ５０が大きいほどＣＮＦの凝集塊が多く存在し、分散性が悪いことを意味する。メジアン径Ｄ５０が３μｍを超えると、溶剤に対する分散性が低下し、導電ネットワークが十分に形成されず、高い導電性が得られない。一方、メジアン径Ｄ５０が０．１μｍ未満であるＣＮＦは、繊維が短く、形成される導電ネットワーク内でのＣＮＦ間の接触点が増加することにより、接触抵抗が大きくなるため、高い導電性が得られない。
【００１３】
ＣＮＦは、９．８ＭＰａの荷重下で測定した粉体抵抗率が０．０３Ωｃｍ以下であることが好ましい。粉体抵抗率が０．０３Ωｃｍを超えると、得られる分散液の導電性が低下する。
【００１４】
ＣＮＦは、ラマン分光測定で求められるＤ／Ｇが０．５〜１．３であることが好ましく、０．５〜１．０であることがより好ましい。Ｄ／Ｇが１．３を超えると、ＣＮＦの屈曲が増加するために、ＣＮＦ同士の絡み合いがより複雑化し、溶剤に対する分散性が低下するとともに、ＣＮＦの粉体抵抗率が増加する場合がある。また、黒鉛化処理などによって結晶性を向上させない限り、Ｄ／Ｇが０．５未満であるＭＷＣＮＦを合成することは難しくなる。このように、本発明に用いるＣＮＦを用いることで、導電性に優れた分散液が得られる。なお、ここでＤ／Ｇとは、ＣＮＦ粉体のラマン分光測定を行った際の、Ｄバンドピークに由来する面積の総和と、Ｇバンドピークに由来する面積の総和の比より求めることができる。Ｄ／Ｇが低いほどＣＮＦの結晶性が高いことを示し、ＣＮＦの導電性が高くなることを意味する。
【００１５】
ＣＮＦの比表面積は、５０〜２４０ｍ２／ｇが好ましく、９０〜２４０ｍ２／ｇがより好ましい。比表面積が５０ｍ２／ｇ未満であると、単位重量あたりのＣＮＦの本数が減少し、導電性が低下する場合があり、２４０ｍ２／ｇを超えると、ＣＮＦ同士の絡み合いが増加し、分散性が低下する場合がある。
【００１６】
ＣＮＦの平均繊維径は、５〜５０ｎｍが好ましく、１０〜２５ｎｍがより好ましい。平均繊維径が５ｎｍ未満であると、ＣＮＦ同士の絡み合いが増加し、分散性が低下する場合があり、５０ｎｍを超えると、単位重量あたりのＣＮＦの本数が減少し、導電性が低下する場合がある。
【００１７】
＜ＣＮＦ合成触媒＞
本発明に用いるＣＮＦの製造では、金属活性種が担体表面に担持された下記触媒Ａ〜Ｃから選択される触媒を用いることがより好ましい。
【００１８】
＜触媒Ａ＞
触媒Ａは、コバルトを主成分とする活性種を、比表面積が０．０１〜５ｍ２／ｇであるマグネシウムを含有する酸化物からなる担体に３〜１５０質量％担持された触媒（以下、「コバルト−酸化マグネシウム担持触媒」と記載）である。
【００１９】
＜触媒Ａの活性種＞
本発明に用いるコバルト−酸化マグネシウム担持触媒は、ＣＮＦ製造の実質的な活性種としてコバルトを主成分とする。コバルトは、金属コバルトのみならず、酸化物、水酸化物、含水酸化物、硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩および炭酸塩等の化合物の形態であってもよい。活性種にはコバルト以外の成分として、第４〜１２族の元素を含んでもよい。これらとしては、鉄、ニッケルの鉄族やマンガン、モリブデンが挙げられる。ただし、触媒の活性種として含まれる第４〜１２族元素の成分中、少なくとも６０モル％以上、好ましくは８０モル％以上、最も好ましくは９０モル％以上がコバルト成分（コバルト元素のモル％として）であることが望ましい。これ以外の活性種としては、第１〜第３族、または第１４族の元素が含まれてもよい。
【００２０】
＜触媒Ａの担体＞
触媒Ａの活性種が担持される担体としては、比表面積が０．０１〜５ｍ２／ｇのマグネシウムを含有する酸化物が使用される。マグネシウムを含有する酸化物としては、たとえば、酸化マグネシウムやマグネシウムを含むスピネル型酸化物およびペロブスカイト型酸化物等が挙げられる。これらのうち、担体としては、酸化マグネシウムが最も好ましい。マグネシウムを含有する酸化物の比表面積は０．０１〜４ｍ２／ｇがより好ましく、０．０３〜３ｍ２／ｇが更により好ましい。比表面積が０．０１ｍ２／ｇ未満であると、得られるＣＮＦの結晶性および導電率が低下する場合がある。比表面積が５ｍ２／ｇを超えると得られるＣＮＦの合成活性や分散性が低下する場合がある。担体には、第１〜第３族、および第１４族から選ばれる他の金属元素の酸化物が含まれてもよい。担体中のマグネシウム含有酸化物の含有量は少なくとも５０質量％以上が好ましく、より好ましくは９０質量％以上であり、最も好ましくは９８質量％以上である。マグネシウム含有酸化物が５０質量％未満になると、合成活性が低下する場合がある。
【００２１】
コバルト担持率が多いほど触媒活性が上がり、さらに、得られるＣＮＦの結晶性が向上する傾向があるが、多すぎるとコバルトの粒子径が大きくなり合成活性が低下する場合がある。一方で、コバルト担持率が低いと、合成活性は増加するが、触媒活性が低くなる傾向があり、また、得られるＣＮＦの結晶性が低下したり導電率が低下したりする場合がある。そこで、担体へのコバルトの担持率は任意であるが、好ましくは３〜１５０質量％、より好ましくは５〜９０質量％である。なお、本発明では、担持率は以下の式に基づいて計算される。
担持率＝活性種（金属成分として）の質量／担体の質量×１００（％）
【００２２】
コバルトをマグネシウム含有酸化物からなる担体に担持する場合、担持方法は、特に限定されない。例えば、コバルトの塩を溶解させた非水溶液中（例えばエタノール溶液）又は水溶液中又はこれらの混合溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、乾燥させ、空気中、高温（例：３００〜６００℃）で焼成することにより、担体にコバルトを担持させることができる。また、単純にコバルトの塩を溶解させた非水溶液中（例えばエタノール）又は水溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、水分除去乾燥させただけでも良い。あるいはコバルトの塩を溶解させた非水中又は水溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、アルカリにて中和した後に水分を除去し、乾燥させ、焼成してもよい。乾燥はスプレードライなどの方法を用いても良い。
本触媒を用いる場合、ＣＮＦを合成する際の反応温度は下記の通りであるが、特に６００℃以上７５０℃以下が好ましい。
【００２３】
＜触媒Ｂ＞
触媒Ｂは、コバルトを主成分とする活性種を、チタンを含有する比表面積が２０〜１４０ｍ２／ｇの酸化物または複合酸化物からなる担体に担持された触媒（以下、「コバルト−酸化チタン担持触媒」と記載）である。
【００２４】
＜触媒Ｂの活性種＞
コバルト−酸化チタン担持触媒はＣＮＦ製造の実質的な活性種としてコバルトを主成分とする。触媒Ｂの活性種に関しては、前述した触媒Ａにおける活性種と同様である。
【００２５】
＜触媒Ｂの担体＞
担体としては、チタンを含有する比表面積が２０〜１４０ｍ２／ｇの酸化物または複合酸化物が使用される。チタンを含有する酸化物としては、たとえば、酸化チタンやチタンを含むスピネル型酸化物およびペロブスカイト型酸化物等が挙げられる。これらのうち、担体としては、酸化チタンが最も好ましい。比表面積は２５〜１００ｍ２／ｇであることがより好ましく、４０〜７０ｍ２／ｇであることが更により好ましい。比表面積を２０ｍ２／ｇ以上とすることで、合成活性が向上する。また、比表面積を１４０ｍ２／ｇ以下とすることでも高い合成活性が得られるという利点がある。担体に酸化チタンが使用される場合、担体は酸化チタン単独、または他の酸化物との混合物でもよい。酸化チタンは高い合成活性が得られる点で、結晶構造がルチル構造、またはルチル構造とアナタース構造の混合物が好ましいが、アナタース構造でもよい。チタンを含有する複合酸化物としては、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸鉛、チタン酸アルミニウムおよびチタン酸リチウム等が挙げられる。これらの中では、高い合成活性が得られる点でチタン酸バリウムが好ましい。担体にチタンを含有する複合酸化物が使用される場合、担体は該複合酸化物単独でも、または他の酸化物との混合物でもよい。担体中のチタンを含有する酸化物の質量割合は、少なくとも５０質量％以上が好ましく、より好ましくは９０質量％以上であり、最も好ましくは９８質量％以上である。チタンを含有する酸化物を５０質量％以上とすることで、導電性、結晶性等を向上することができる。
【００２６】
コバルト担持率は高いほどＣＮＦの収量が上がるが、多すぎるとコバルトの粒子径が大きくなり、生成するＣＮＦが太くなるため、活性種あたりの合成活性が低下する傾向がある。一方、コバルト担持率が少ないと、担持されるコバルトの粒子径が小さくなり、細いカーボンナノチューブが得られるが、触媒あたりの合成活性が低くなる傾向がある。最適なコバルト担持率は、担体の細孔容量や外表面積、担持方法によって異なるが、０．１〜５０質量％が好ましく、１〜４０質量％がより好ましく、５〜３０質量％が最も好ましい。担持率を０．１〜５０質量％とすることで、触媒あたりの合成活性が向上し、コストが有利となる。
【００２７】
活性種を担体に担持する場合、担持方法は特に限定されない。例えば、コバルトの塩を溶解させた非水溶液中（例えばエタノール溶液）又は水溶液中又はこれらの混合溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、水分を除去し、空気中で焼成（例：３００〜７００℃）することにより、活性種を担体へ担持させることができる。また、単純にコバルトの塩を溶解させた非水（例えばエタノール）又は水溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、水分除去乾燥させただけでも良い。あるいはコバルトの塩を溶解させた非水中又は水溶液中に、担体を含浸し、充分に分散混合した後、アルカリにて中和した後に水分を除去し、乾燥させ、焼成してもよい。乾燥はスプレードライなどの方法を用いても良い。
本触媒を用いる場合、ＣＮＦを合成する際の反応温度は下記の通りであるが、特に６００℃以上７５０℃以下が好ましい。
【００２８】
＜触媒Ｃ＞
触媒Ｃは、鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種を比表面積が０．１〜２０ｍ２／ｇの黒鉛粒子担体に担持された触媒である。
【００２９】
＜触媒Ｃの活性種＞
触媒の活性種としては、鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種が使用される。ここで鉄及びニッケルは、金属の形態のみならず、酸化物、水酸化物、含水酸化物、硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩および炭酸塩等の化合物の形態であってもよい。
【００３０】
ただし、触媒の活性種が、鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種が好適に機能する観点からは、担体を除いた成分中、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上が鉄およびニッケル（両者の金属成分としての合計値）から構成されることが望ましい。本条件を満たすことで、比較的高結晶性、高導電率、高分散性のＣＮＦを、高いＣＮＦ合成活性で得ることができる。
【００３１】
鉄およびニッケルから選択される１種以上の活性種を用いた触媒を用いた場合、得られるＣＮＦは実質的にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である。一方、活性種が鉄を主成分とする活性種の場合、得られるＣＮＦにはヘリンボーン構造が多く含まれる。高い導電性（低い粉体抵抗率）や結晶性を与える点や特にファイバーとしての力学強度を勘案すると、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）構造であることが好ましいため、鉄およびニッケルのいずれも含有する活性種が好ましい。
【００３２】
活性種が鉄およびニッケルの何れも含有する場合、鉄とニッケルの質量比は任意である。鉄およびニッケルの何れも含有する場合、得られるＣＮＦの結晶性や分散性が向上する。触媒Ｃを使用する場合の最も好ましい鉄とニッケルの質量比は、鉄：ニッケル＝６：４〜４：６の範囲である。活性種の組成が本範囲であることで、得られるＣＮＦは高い導電性、結晶性と共に極めて高い分散性を示すことができる。
【００３３】
鉄、ニッケル以外に他に少量含まれても良い成分としてはコバルト、マンガン、モリブデン、銅、タングステンが例示でき、これ以外に第１〜３族、または１４族の成分が含まれることを排除しない。
【００３４】
＜触媒Ｃの担体＞
担体としては、０．０１〜２００ｍ２／ｇ、好ましくは０．１〜２０ｍ２／ｇの炭素粒子を用いる。ここで炭素粒子としては黒鉛粒子や各種カーボンブラック等が例示できるが、好ましくは黒鉛粒子、具体的には天然黒鉛または人造黒鉛である。このような炭素粒子を担体として用いることで、非常に高いＣＮＦ合成活性を得ることができ、ＣＮＦ−炭素材料複合体を効率的に得ることができる。通常の金属酸化物系担体とは異なり、導電性である炭素粒子を担体に用いることで得られたＣＮＦから担体を除去しなくても、導電性に優れたＣＮＦ−炭素材料複合体が得られる特徴がある。
【００３５】
ここでいう炭素粒子とは、短径に対する長径の比（アスペクト比）が１〜１０未満の範囲内にあることが好ましい。長径とは測定対象となっている黒鉛材料を貫通することのできる最長線分の長さを指し、短径とは長径に垂直な方向の線分のうち測定対象となっている黒鉛材料を貫通することのできる最長線分の長さを指す。炭素粒子は、互いに接触、結合した構造、いわゆるストラクチャーを形成していてもよい。従って、炭素粒子の概念は、粒子状以外の構造を有する炭素材料、例えば炭素繊維、活性炭素繊維やカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）を含まない。粒子状以外の形状を有する炭素材料を担体に用いた場合、得られたＣＮＦとこれら材料が絡まり合ってしまい分散性が低下する場合がある。
【００３６】
炭素粒子担体として、比表面積が０．０１〜２００ｍ２／ｇの黒鉛粒子を用いた際は、得られたＣＮＦは極めて分散性に優れる。これは、触媒Ｃを用いたＣＮＦ合成反応により直接得られるＣＮＦが本質的に高分散性であり、かつ黒鉛粒子担体との相互作用、例えば絡まり合いが少ないからであると考えられる。さらにこのような黒鉛粒子担体を用いた場合、金属活性種との結合力が低く、容易に金属活性種が担体から遊離するという利点がある。
【００３７】
反面、比表面積が０．０１ｍ２／ｇ未満、または２００ｍ２／ｇを超える炭素粒子、例えばカーボンブラックを用いた場合、高い活性を得ることができない場合が有る。具体的には比表面積が０．０１ｍ２／ｇ未満では、担持金属触媒の分散が不十分となり活性が低下しやすい。また、比表面積が２００ｍ２／ｇを超えるとＣＮＦの合成活性が低下し、得られるＣＮＦ同士や担体を含むＣＮＦ同士の絡み合いが激しくなり分散性が低下してしまう懸念がある。
【００３８】
炭素粒子担体として用いられる黒鉛粒子としては、天然黒鉛粒子または人造黒鉛粒子が挙げられる。天然黒鉛の例としては塊状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛が挙げられ、これらに由来する黒鉛粒子も使用可能である。例えば、精製し純度を向上させた天然黒鉛や薄片化した黒鉛が好ましく用いられる。天然黒鉛由来の粒子状黒鉛は例えば日本黒鉛工業から入手できる。人造黒鉛粒子としては、コークス、ピッチ、コールタール、樹脂から製造されるもので、上記の比表面積を満たすものが好適に使用できる。この範疇にはメソフェーズカーボン、グラッシーカーボンも含まれる。人造黒鉛由来の粒子状黒鉛は、例えば東海カーボン、日立化成、昭和電工、日本黒鉛工業社から購入できる。これら黒鉛粒子は、リチウムイオン電池の負極用材料として用いられている物でも好適に使用できる。
【００３９】
活性種を黒鉛粒子担体に担持する場合、担持方法は特に限定されず公知の方法を用いることができる。例えば、金属塩を溶解させた非水溶液中（例えばエタノール溶液）又は水溶液中又はこれらの混合溶液中に、黒鉛粒子担体を含浸し、充分に分散混合した後、水分を除去乾燥することで活性種を黒鉛粒子担体へ担持させることができる。あるいは金属塩を溶解させた非水中又は水溶液中に、黒鉛粒子担体を含浸し、充分に分散混合した後、アルカリにて中和した後に水分を除去し、乾燥させてもよい。乾燥はスプレードライなどの方法を用いても良い。他の方法は、例えば触媒学会ＮＴＳ発行、監修岩本正和「触媒調製ハンドブック」２０１１年４月２５日に記載されている。
【００４０】
活性種の黒鉛粒子担体への担持率は、担体の細孔容量や外表面積、担持方法によって異なるが、一般的には１〜５０質量％であり、１質量％未満であると、合成活性が低くなる傾向がある。また、５０質量％を超えると、生成するＣＮＦが太くなったり、合成活性が低下したりしてしまう。合成活性の点では、担持率としては１〜１０質量％が最も好ましい。
本触媒を用いる場合、ＣＮＦを合成する際の反応温度は下記の通りであるが、特に５５０℃以上６５０℃以下が好ましい。
【００４１】
これら上記の好ましい触媒（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）から選ばれる触媒を用い、各触媒に好適な反応条件で合成を行うことで、高い結晶性、高い導電性、高い分散性のＣＮＦを得ることができる。これらの特徴は、粒状炭素材料からなる流動分散材を用いずに合成反応を行うことで得られたＣＮＦにおいても達成可能ではある。しかし、これら特徴を合わせ有するＣＮＦ単体を製造する条件は限定されてしまい、また合成活性も十分ではない。条件がずれてしまうと特に分散性が著しく低下してしまう場合が多いという問題を有している。またＣＮＦの分散性と、ＣＮＦ合成活性や生産性はトレードオフの関係にあり、分散性を向上させようとすると活性や生産性が低下してしまう課題がある。本発明に用いる製造方法は、高分散性のＣＮＦ複合体を製造することができる製造方法であるが、その際に高い結晶性、高い導電性、高い分散性のＣＮＦを与えることができるこれら触媒（Ａ）〜（Ｃ）から選ばれる触媒を用いることで、より導電性や分散性に優れたＣＮＦ複合体を、より高い活性、生産性で製造することができる。
【００４２】
＜炭素源＞
炭素源としては、炭素数１〜１０の炭化水素や一酸化炭素、二酸化炭素およびこれらの混合物が使用できる。炭化水素としては例えばメタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、ベンゼン、トルエン、アセチレンが例示できる。本発明での最も好適な炭素源としては一酸化炭素が用いられる。一酸化炭素を使用することで、比較的低い反応温度であっても、結晶性や導電性の高いＣＮＦを製造することができる。
【００４３】
＜ＣＮＦ製造方法及び条件＞
以下の詳細な説明では炭素源として最も好適な一酸化炭素を使用した場合について説明する。
炭素源として使用する一酸化炭素は、二酸化炭素や水素との混合ガスとして使用してもよく、窒素ガス等の不活性ガスを含んでいてもよい。一酸化炭素ガスの分圧は０．０４〜０．９８ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．３ＭＰａであり、最も好ましくは０．０５〜０．１ＭＰａである。一酸化炭素ガス分圧が０．０４ＭＰａ未満であると、合成活性が低下したり、また得られるＣＮＦの結晶性や導電性が低下する場合がある。また一酸化炭素のガス分圧が０．９８ＭＰａより高いと、得られるＣＮＦの分散性が低下したり、触媒の失活が激しくなり合成活性が低下してしまう場合がある。
【００４４】
水素ガス分圧は一酸化炭素ガス分圧に対し１〜１００％であることが好ましく、１０〜１００％がより好ましい。一酸化炭素ガス分圧に対する水素ガス分圧が１００％を超えると、合成活性が低下したり、得られるＣＮＦの結晶性や導電性が低下する場合がある。水素ガス分圧が１％未満の場合、早期に触媒の失活が起こり、合成活性が低下する場合がある。
なお、一酸化炭素ガス分圧に対する水素ガス分圧は以下の式によって計算できる。
一酸化炭素ガス分圧に対する水素ガス分圧＝水素ガスのモル比／一酸化炭素ガスのモル比×１００（％）
例えば、炭素源を含む原料ガス組成がＣＯ/Ｈ２/Ｎ２＝８５/１５/０の混合ガスの場合であれば、一酸化炭素ガス分圧に対する水素ガス分圧は
一酸化炭素ガス分圧に対する水素ガス分圧＝１５/８５×１００＝１８（％）
と計算できる。
【００４５】
一酸化炭素ガス、水素、二酸化炭素の原料ガスに、不活性ガスを加えた全ガス分圧は１．０ＭＰａ未満が好ましい。全圧が１．０ＭＰａを超えると、製造に当たり高圧対応設備費用やユーティリティが嵩んでしまう可能性がある。また０．１ＭＰａ（大気圧）と比較し大きく減圧である場合、例えば０．０８ＭＰａ未満の場合には、高温の反応器に対し大気（酸素）の混入を防ぐためのシールが難しく、好ましくない場合がある。
【００４６】
一酸化炭素ガス流速は、１ＮＬ／ｇ−活性種・分以上であることが好ましく、２ＮＬ／ｇ−活性種・分以上であることがより好ましくい。一酸化炭素ガス流速をこの範囲に設定することで、ＣＮＦを高い合成活性で製造することができる。ここでいう高い合成活性とは、具体的には１０ｇ−ＣＮＦ／ｇ−活性種・ｈ（時間）以上であることを意味する。一酸化炭素ガス流速の上限は特にないが、２００ＮＬ／ｇ−活性種・分を超えると、ガスの流量が多すぎて、余熱のためのユーティリティコストが嵩み、好ましくない。また、合成活性が低下する場合がある。
尚、「ＮＬ」とは標準状態（０℃、１気圧）に換算したガス量Ｌ（リットル）を示し、「ＮＬ／ｇ−活性種・分」とは、単位活性種存在下（活性種１ｇあたり）での１分間のガス流量を示す。
【００４７】
触媒（Ａ）または（Ｂ）を用いたＣＮＦ合成時の反応温度は、６００〜８００℃が好ましく、７００〜７５０℃であることがより好ましい。反応温度が６００℃未満になると、ＣＮＦの結晶性、導電性および分散性が低下する場合がある。また、８００℃を超えると合成活性が低下する場合がある。
【００４８】
触媒（Ｃ）を用いたＣＮＦ合成時の反応温度は、５５０〜６５０℃が好ましい。反応温度が５５０℃未満になると、ＣＮＦの結晶性、導電性および分散性が低下する場合がある。また、６５０℃を超えると触媒が失活する場合がある。
【００４９】
本発明に用いるＣＮＦの合成における使用可能な反応器としては、炭素源を含むガス雰囲気下で触媒及び粒状炭素材料を収容することのできる任意の形状の反応器であり、その一部または全部が機械的に稼働することにより触媒及び合成したＣＮＦを機械的に攪拌する機能を有する反応器であれば特に制限はない。反応器の可動部分は、攪拌羽、パドルのようなものでも良く、あるいは反応器自身が回転や振動しても良い。後者の例としてはロータリーキルン反応器が例示できる。本発明においては、機械的に攪拌する機能を有する反応器が回転式の反応器であることが好ましく、ロータリーキルン反応器のような軽微な勾配を有していてよい横型の回転式反応器がより好ましい。反応器内の触媒及び粒状炭素材料は機械的に攪拌されることで原料である炭素源と高い均一性で接触することができ、触媒は生成したＣＮＦとともに攪拌されるので生成したＣＮＦ同士が凝集することを抑制する働きを示す。本反応器における反応は、バッチ式であっても、あるいは連続式であってもよい。
【００５０】
製造されたＣＮＦは、純度を高めるために活性種および担体中に含まれる金属元素を除去することが好ましい。活性種および担体の除去は、具体的には特開２００６−６９８５０号公報等に記載された、ＣＮＦを塩酸、硝酸、硫酸等の酸に分散させた後、ろ過や遠心分離等の手段によってＣＮＦを回収する方法により行うことができる。
【００５１】
＜ＣＮＦ分散液＞
本発明のＣＮＦ分散液は、ＣＮＦ、分散剤、有機バインダーおよび分散媒を含有する。
ＣＮＦ分散液中のＣＮＦ含有量は、目的とする導電性、用途により任意であるが、０．１〜３０質量％が好ましく、１〜１０質量％がより好ましい。なお、ＣＮＦ含有量は以下の式により算出できる。
ＣＮＦ含有量（質量％）＝（分散液中のＣＮＦ質量／（分散液中のＣＮＦ、分散剤及び有機バインダーの総質量）×１００
【００５２】
＜分散剤＞
本発明に用いられる分散剤としては、特に限定されるものではないが、公知のものが使用できる。分散剤としては、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩などの陽イオン性界面活性剤、アルキルベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤などの両イオン性界面活性剤、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の芳香族スルホン酸系界面活性剤、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およびカルボン酸系界面活性剤などの陰イオン性界面活性剤が挙げられる。非イオン性界面活性剤の例としては、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどの糖エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレン樹脂酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエチルなどの脂肪酸エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン・ポリプロピレングリコールなどのエーテル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルジブチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルスチリルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルベンジルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルビスフェニルエーテル、ポリオキシアルキルクミルフェニルエーテル等の芳香族系非イオン性界面活性剤があげられる。高分子系分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸アンモニウム塩、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩等の水溶性ポリマー、カルボキシメチルセルロースおよびその塩（ナトリウム塩、アンモニウム塩等）、ポリアクリル酸およびその塩（ナトリウム塩等）、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、アミロース、シクロアミロース、キトサン等の糖類ポリマー等がある。またポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマーおよびそれらの誘導体も使用できる。
これらの中では、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、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水溶性高分子が好ましく、特に、カルボキシメチルセルロースおよびその塩（ナトリウム塩、アンモニウム塩等）が好ましい。
本発明においては、これらの分散剤は１種または２種以上を併用して用いることができる。
【００５３】
分散に必要な分散剤の添加量は、含有されるＣＮＦの量および比表面積によっても異なるが、ＣＮＦ１００質量部に対し１０〜２００質量部が好ましく、２０〜１００質量部がより好ましく、２５〜５０質量部が更に好ましい。分散剤の量が１０質量部未満であると、ＣＮＦの分散が困難になる場合がある。また分散剤の量が２００質量部を超えるとＣＮＦ同士の接触が阻害され、導電性が低下する場合がある。
【００５４】
＜有機バインダー＞
本発明に用いられる有機バインダーとしては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６，１０等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、シリコーン樹脂、ビニル樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリスチレン誘導体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等）、ポリケトン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアセタール、フッ素樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、セルロース系ポリマー、蛋白質類（ゼラチン、カゼイン等）、キチン、ポリペプチド、多糖類、ポリヌクレオチドなどの有機ポリマー、ならびにこれらのポリマーの前駆体（モノマーまたはオリゴマー）が挙げられる。
有機バインダーとしては、水系の溶剤に使用可能であるという点でポリアクリロニトリル、ポリアセタール、セルロース系ポリマーが好ましく、ポリアクリレートが特に好ましい。
【００５５】
有機バインダーの添加量は、ＣＮＦ１００質量部に対し、１００〜３０００質量部が好ましい。有機バインダーの添加量が１００質量部未満では、ＣＮＦと基材の結着性が低下する場合がある。また、３０００質量部を超えると、有機バインダーがＣＮＦ間の導電パスの妨げとなり、導電性が低下する場合がある。
【００５６】
＜分散媒＞
本発明に用いられる分散媒としては、特に限定されるものではないが、公知のものが使用できる。例えば、芳香族炭化水素類（トルエン、キシレン等）、塩素含有炭化水素類、エステル類（酢酸メチル、酢酸エチル等）、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）、エーテル類（ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルセロソルブ等）、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）、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）、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）、ケトン類（シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等）が挙げられる。
これらの中では、水、アルコール、トルエン、アセトンおよびエーテルから選択される１種以上の分散媒が好ましく、操作性や環境安全性の観点から水が特に好ましい。
【００５７】
ＣＮＦ分散液中のＣＮＦ、分散剤および有機バインダーが占める固形分濃度は、５〜３０質量％であることが好ましく、１０〜２０質量％であることがより好ましい。固形分濃度が５質量％未満であると、溶剤の揮発速度が低下し、作業効率が低下する場合がある。また、３０質量％を超えると、分散液の粘度が大きくなりロールコーティングによる塗工が困難になる場合がある。
【００５８】
本発明に用いられるＣＮＦ分散液は、導電性フィラーとして、前記ＣＮＦ以外の成分を含んでもよい。前記ＣＮＦ以外の導電性フィラーとしては、本願の定義に入らない炭素繊維、人造黒鉛、天然黒鉛、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、膨張黒鉛、金属粉等を用いることができる。
【００５９】
＜ＣＮＦ分散液の製造方法＞
本発明のＣＮＦ分散液を製造する方法は特に限定されず、公知の適当な分散法を用いることができる。例えば振動ボールミル、ボールミル、ビーズミル、サンドミルなど、分散させる対象物と分散媒の混合物に球体を衝突させて物理的分散させる装置、超音波ホモジナイザー、ジェットミル、マグネティックスターラー、ホモミキサー、リボンミキサー、ロールミル、回転式ホモジナイザー、アトライター、ペイントシェーカーなどの装置を用いることができる。
【００６０】
ＣＮＦ分散液の具体的な用途としては、例えばリチウムイオン二次電池の導電性付与材としての用途が上げられる。本発明のＣＮＦ分散液を電極合剤層に少量添加するだけで、電極合剤層全体に好適な導電ネットワークを形成することができる。また導電性付与材の添加量を減らした分、電極合剤層中の充放電用材料（電極活物質）の密度を高めることができる。すなわち、ＣＮＦ分散液は、粒子状の炭素材料（例えばアセチレンブラック）を導電材として用いた場合よりも電池特性に優れたリチウムイオン二次電池を付与することができる。
【００６１】
＜透明導電膜、透明導電フィルム＞
本発明の分散液は、導電性が必要とされる基材上に塗布することで、透明導電膜を形成することができる。基材としては、フィルムやシート状の平板形状のものや、直方体、角柱、角錐、円柱、円錐等の立体形状を有するものが挙げられる。ＣＮＦ分散液を塗布する方法は特に限定されず、公知の塗布方法、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、キスコーティング、グラビアコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パット印刷、他の種類の印刷、またはロールコーティングなどが利用できる。また塗布は、何回行ってもよく、異なる２種類の塗布方法を組み合わせても良い。最も好ましい塗布方法は、ロールコーティングである。
【００６２】
ＣＮＦ分散液が水媒体の分散液である場合は、基材面への塗布に先立ち、ＣＮＦ分散液中に基材面への濡れ性を向上する目的で濡れ剤を添加しても良い。また、非親水性の基材面に塗布する場合は、界面活性剤やアルコール等の濡れ剤をＣＮＦ分散液中に添加することで、濡れ性が向上する。濡れ剤としてはアルコールが好ましく、アルコールの中でもメタノールまたはエタノール等の低級アルコールが好ましい。メタノール、エタノールなどの低級アルコールは揮発性が高いために、塗布後の基材乾燥時に容易に除去可能である。また、必要に応じ、これら低級アルコールと水の混合液からなる濡れ剤を用いても良い。
ＣＮＦ分散液を基材面に塗布後、風乾、加熱、減圧などの方法により分散媒を揮散させることができる。これによりＣＮＦは、透明導電膜中に三次元編目構造を形成し、基材に固定化される。
【００６３】
基材の種類は特に限定されず、樹脂、ガラスなどを挙げることができる。樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、アラミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、脂環式アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、トリアセチルセルロースなどを挙げることができる。ガラスとしては、軟質ガラス、硬質ガラスまたは石英ガラスを用いることができる。
【００６４】
また、これらの複数の基材を組み合わせた積層基材を使用することもできる。例えば、樹脂とガラスを組み合わせた積層基材や、２種以上の樹脂を積層した積層基材であってもよい。さらに、樹脂基材表面にハードコートを設けた基材であっても良い。
【００６５】
また、基材表面は、コロナ放電やプラズマ処理などにより親水性化処理したフィルムでも良い。さらに、基材面上にアンダーコート層を設けたフィルムでも良い。アンダーコート層としては親水性の高い素材からなることが好ましく、具体的には無機酸化物を用いることが好ましい。無機酸化物としては、チタニア、アルミナ、シリカが挙げられる。これらの物質は、表面に親水基であるヒドロキシル基を有しているため、本発明による透明導電膜と良好な接着性を得ることができる。さらにアンダーコート層は、これらの無機酸化物と樹脂との複合体でも良く、例えばシリカ微粒子とポリシリケートの複合物が挙げられる。
【００６６】
上述した方法により得られる透明導電膜は、フィルム基材と積層した透明導電フィルムとして使用することもできる。また、基材から剥離させフィルム状の透明導電膜単体として用いることもできる。透明導電膜単体を作製するには、例えば、透明導電膜上にさらに有機ポリマー系バインダーを塗布した後、基材を剥離してもよい。
【００６７】
これらの透明導電膜の厚さは、用途により任意である。一例として、キャリアテープとして使用する場合は５０〜１，０００ｎｍが好ましく、１００〜７００ｎｍがより好ましい。厚さが５０ｎｍ未満であると、ＣＮＦ繊維が膜から突出し、基材からはがれやすくなる場合がある。また、１０００ｎｍを超えると、塗工時に溶剤の揮発速度が低下し、作業効率が低下する場合がある。更に全光線透過率が低下する場合がある。これらの方法により得られた透明導電膜は、全光線透過率が８０％以上、表面抵抗率が１×１０７Ω／□未満である透明導電膜とすることが可能である。
【００６８】
透明導電膜を基材と積層した透明導電フィルムの全光線透過率は、７５％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましい。
また、透明導電フィルムを電子部品搬送用のキャリアテープやカバーテープとして用いる場合、表面抵抗率は１０４〜１０７Ω／□であることがより好ましい。表面抵抗率が１×１０４Ω/□未満であると、基材上の電荷の移動速度が大きくなり、大電流が流れる場合がある。１×１０７Ω/□を超えると帯電防止性を付与することができない。
【００６９】
本発明の透明導電性フィルムの用途としては、上述した透明キャリアテープやカーテープ以外にも、静電防止クリアコート層や静電靴、静電板などのクリーンルーム用部材として使用できる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例により、本発明を説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
【００７１】
［比表面積］
触媒担体及びＣＮＦの比表面積は、Ｍｏｕｎｔｅｃｈ社製Ｍａｃｓｏｒｂ  ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２０１を用い、ＪＩＳ  Ｋ６２１７−２に従いＢＥＴ一点法で求めた。
【００７２】
［平均繊維径］
前記方法で求めた比表面積の値を用いて、以下の式によりＣＮＦの平均繊維径を算出した。
平均繊維径（ｎｍ）＝１０００×４／（ρ×Ｓ）
ここで、ρはＣＮＦの密度（ｇ／ｃｍ３）、ＳはＣＮＦの比表面積（ｍ２／ｇ）をあらわす。なお、非特許文献Ｐｅｎｇ−Ｃｈｅｎｇ  Ｍａａ，Ｎａｖｅｅｄ  Ａ．Ｓｉｄｄｉｑｕｉ  ａ，Ｇａｄ  Ｍａｒｏｍ  ｂ，Ｊａｎｇ−Ｋｙｏ  Ｋｉｍ  ａ；Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｆｏｒ  ｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ｐａｒｔ  Ａ  ２  ０  １  ０  ；  ４  １  ：  １  ３  ４  ５  −  １  ３  ６  ７  に基づき、ＣＮＦの密度は１．８ｇ／ｃｍ３と仮定した。
【００７３】
［ラマン分光測定］
ＣＮＦ粉体のラマン分光測定は、顕微レーザーラマン分光分析装置（Ｎｉｏｌｅｔ  Ａｌｍｅｇａ−ＸＲ型、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、レーザー５３２ｎｍ）を用い行った。Ｄバンド（Ｄ１：ピーク位置１３３０ｃｍ−１、Ｄ３：１５００ｃｍ−１、Ｄ４：１１５０ｃｍ−１）とＧバンド（Ｇ＋：１６００ｃｍ−１、Ｇ−：１５７０ｃｍ−１）の波形分離を行った後、Ｄバンドピークに由来する面積の総和とＧバンドピークに由来する面積の総和の比（Ｄ／Ｇ）を求めた。本Ｄ／Ｇが低いほどＣＮＦの結晶性が高いことを示している。
（参考）
Ｄ１：グラファイト結晶構造内の点欠陥、結晶端由来の欠陥に由来
Ｄ３：アモルファスカーボンに由来
Ｄ４：ポリエンやイオン性不純物に由来
Ｇ＋：グラファイトの結晶性ピーク：縦光学モード
Ｇ−：グラファイトの結晶性ピーク：横光学モード
【００７４】
＜１μｍ以下の分散粒子の割合およびメジアン径（粒度分布測定）＞
１μｍ以下の分散粒子の割合およびメジアン径の測定は、粒度分布測定装置（ＬＳ  １３  ３２０  ユニバーサルリキッドモジュール  ＢＥＣＫＭＡＮ  ＣＯＵＬＴＥＲ社製）にて行なった。
なお、１μｍ以下の分散粒子の割合およびメジアン径Ｄ５０の測定に先立ち、粒度分布測定装置の検定を行ない、下記各検定用試料の測定で得られたメジアン径の値が以下の条件をすべて満足した場合、装置の測定精度は合格とし、実施例、比較例の粒度分布測定を実施した。
［水分散媒の調製］
蒸留水１００ｍＬにカルボキシメチルセルロースナトリウム（以下ＣＭＣＮａと記載）０．１０ｇを添加し、２４時間以上常温で撹拌し溶解させ、ＣＭＣＮａ０．１質量％の水分散媒を調製した。
［ＣＭＣＮａ水溶液の調製］
蒸留水１００ｍＬにカルボキシメチルセルロースナトリウム２．０ｇを添加し、２４時間以上常温で撹拌し溶解させ、ＣＭＣＮａ２．０質量％の水溶液を調製した。
【００７５】
［検定用試料の調製および検定］
（１）ポリスチレン分散液による検定
粒度分布測定装置（ＬＳ  １３  ３２０  ユニバーサルリキッドモジュール  ＢＥＣＫＭＡＮ  ＣＯＵＬＴＥＲ社製）に付属された、測定精度確認用ＬＡＴＲＯＮ３００ＬＳ（メジアン径Ｄ５０：０．２９７μｍ）水分散液を使用した。
光学モデルをポリスチレン１．６、水１．３３３とそれぞれの屈折率に設定し、モジュ−ル洗浄終了後に前記ＣＭＣＮａ水溶液を約１．０ｍＬ充填した。ポンプスピード５０％の条件でオフセット測定、光軸調整、バックグラウンド測定を行った後、粒度分布計に、ＬＡＴＲＯＮ３００ＬＳを粒子によってビームの外側に散乱する光のパーセントを示す相対濃度が８〜１２％、もしくはＰＩＤＳが４０％〜５５％になるように加え、粒度分布測定を行った。粒度（粒子径）に対する体積％のグラフを得て、精度の確認を行った。測定で得られたメジアン径Ｄ５０値は０．２９７μｍ±０．０１８μｍ以内、同Ｄ１０値は０．２４５μｍ±０．０２４μｍ以内、同Ｄ９０値は０．３６０μｍ±０．０３６μｍ以内の範囲に入ることを確認した。
【００７６】
（２）アルミナ分散液による検定
バイアル瓶に電気化学工業（株）製のアルミナＬＳ−１３（メジアン径Ｄ５０：４５μｍ）および昭和電工（株）製のアルミナＡＳ−５０（メジアン径Ｄ５０：６．７μｍ）をそれぞれ０．１２０ｇ秤量し、前記水分散媒を１２．０ｇ添加し、バイアル瓶を良く振りアルミナ水分散液を作製した。
光学モデルをアルミナ１．７６８、水１．３３３とそれぞれの屈折率に設定し、モジュ−ル洗浄終了後に前記ＣＭＣＮａ水溶液を約１．０ｍＬ充填した。ポンプスピード５０％の条件でオフセット測定、光軸調整、バックグラウンド測定を行った後、粒度分布計に、調製した上記アルミナ水分散液を粒子によってビームの外側に散乱する光のパーセントを示す相対濃度が８〜１２％、もしくはＰＩＤＳが４０％〜５５％になるように加え、粒度分布測定を行った。粒度（粒子径）に対する体積％のグラフを得て、精度の確認を行った。測定で得られたＤ５０値がＬＳ−１３の場合は４８．８μｍ±５．０μｍ以内、ＡＳ−５０の場合は、１２．６μｍ±０．７５μｍ以内の範囲に入ることを確認した。
【００７７】
［測定前処理］
バイアル瓶にＣＮＦを６．０ｍｇ秤量し、前記水分散媒６．０ｇを添加した。測定前処理に超音波ホモジナイザーＳｍｕｒｔＮＲ−５０（（株）マイクロテック・ニチオン製、超音波出力：５０Ｗ）を用いた。
チップの劣化がないことを確認し、チップが処理サンプル液面から１０ｍｍ以上つかるように調整した。ＴＩＭＥ  ＳＥＴ（照射時間）を４０秒、ＰＯＷ  ＳＥＴを５０％、ＳＴＡＲＴ  ＰＯＷを５０％（出力５０％）とし、出力電力が一定であるオ−トパワ−運転による超音波照射により均一化させＣＮＦ水分散液を作製した。
【００７８】
［ＣＮＦの粒度分布測定］
前記の方法により調製したＣＮＦ水分散液を用い、ＣＮＦの１μｍ以下の分散粒子の割合およびメジアン径の測定を、以下の方法に従い実施した。ＬＳ  １３  ３２０  ユニバーサルリキッドモジュールの光学モデルをＣＮＦ１．５２０、水１．３３３とそれぞれの屈折率に設定し、モジュ−ル洗浄終了後にＣＭＣＮａ水溶液を約１．０ｍＬ充填する。ポンプスピード５０％の条件でオフセット測定、光軸調整、バックグラウンド測定を行った後、粒度分布計に、調製したＣＮＦ水分散液を粒子によってビームの外側に散乱する光のパーセントを示す相対濃度が８〜１２％、もしくはＰＩＤＳが４０％〜５５％になるように加え、粒度分布計付属装置により７８Ｗ、２分間超音波照射を行い（測定前処理）、３０秒循環し気泡を除いた後に粒度分布測定を行った。粒度（粒子径）に対する体積％のグラフを得て、１μｍ以下の分散粒子の存在割合及びメジアン径Ｄ５０値を求めた。
測定は、ＣＮＦ１試料につき、採取場所を変え３測定用サンプルを採取して粒度分布測定を行い、１μｍ以下の分散粒子の存在割合及びメジアン径Ｄ５０値をその平均値で求めた。
【００７９】
［粉体抵抗率測定］
ＣＮＦの粉体抵抗率（体積抵抗率）は、三菱化学アナリティック社製ロレスタＧＰ：粉体抵抗測定システムＭＣＰ−ＰＤ５１型を用い、２３±１℃、相対湿度５０±２％の雰囲気にて、荷重９．８ＭＰａの条件下、四探針法にて求めた。測定には１００ｍｇのサンプルを用いた。
【００８０】
（触媒調製例１：コバルト−酸化マグネシウム担持触媒）
硝酸コバルト六水和物（３Ｎ５、関東化学社製）６．１７ｇを量り取り、質量比２：１の蒸留水とエタノール混合溶剤３０ｇに溶解した。この硝酸コバルト水溶液に比表面積０．６１ｍ２／ｇの酸化マグネシウム（ＤＥＮＭＡＧ（登録商標）ＫＭＡＯＨ−Ｆ、タテホ化学社製）を２．５ｇ加え、湯浴で５０℃に保持した状態で１時間撹拌した。撹拌後、エバポレータで水を蒸発させた。得られた固体成分を６０℃で２４時間真空乾燥し、その後４００℃で５時間焼成処理を行った。焼成処理後、得られた固体成分をメノウ乳鉢で粉砕し、コバルト金属が５０質量％担持したコバルト−酸化マグネシウム担持触媒を得た。
【００８１】
（ＣＮＦ−Ａ１の合成）
固定式合成反応器に、触媒調製例１にて作製したコバルト−酸化マグネシウム担持触媒（触媒Ｂ）を活性種の含有量が５ｍｇとなるように仕込んだ触媒ホルダーを設置し、窒素を十分流して窒素置換した。さらに、窒素８０％、水素２０％の還元ガスを大気圧（０．１０１ＭＰａ）下、６８０℃に昇温し、６８０℃に達してから３０分間保持して触媒の還元を行った。引き続き、一酸化炭素ガス分圧を０．０８６ＭＰａとし、水素ガス分圧を０．０１５ＭＰａとした原料ガスを一酸化炭素ガス流量が１３ＮＬ／ｇ−活性種・分となるように触媒層に通過させ、１時間反応を行った。その後、原料ガスを窒素ガスに切り替え、直ちに冷却し、ＣＮＦ−Ａ１を得た。
【００８２】
（ＣＮＦ−Ａ１の分散処理：ＣＮＦ−Ａ２の調製）
ＣＮＦ−Ａ１を用い、ビーズミルにて分散処理を行った。ビーズミルはアイメックス社（株）製ＲＭＢ―０８を使用した。ＣＮＦ−Ａ１を０．８ｇ、Ｎ―メチル−２−ピロリドン３９．２ｇ、ジルコニア製φ０．５ｍｍビーズ１６０ｇをベッセル内に加えた後、攪拌速度１０００ｒｐｍ、攪拌時間２０分で分散処理を行った。その後蒸留水を用いてＣＮＦを洗浄、ろ別後、１２０℃で１０時間真空乾燥することでビーズミル処理を行なったＣＮＦ−Ａ２を得た。ＣＮＦ−Ａ２の粒度分布を測定したところ、メジアン径Ｄ５０は０．１μｍであった。
【００８３】
（触媒調製例２：コバルト−酸化チタン担持触媒）
アナタース構造とルチル構造の比が８０対２０である酸化チタン（ＡＥＲＯＸＩＤＥ（登録商標）  「ＴｉＯ２  Ｐ２５」、日本アエロジル社製  比表面積５２ｍ２／ｇ）２．５gと、硝酸コバルト・６水和物（３Ｎ５、関東化学社製)０．６ｇを蒸留水３０ｍLに溶解した。ロータリーエバポレータ(Ｎ１０００、東京理化器械社製)にセットし、ウォーターバスで５０℃に加温し１時間撹拌した。水を除去後、さらに真空下６０℃で１２時間乾燥し、固体成分を得た。
得られた固体成分をセラミック製の坩堝に移し、マッフル炉（ＦＯ２００ヤマト科学株式会社製）で空気中４００℃の条件下５時間焼成し、コバルト担持率５％のコバルト−酸化チタン担持触媒を得た。
【００８４】
（ＣＮＦ−Ｂ１の合成）
固定式合成反応器に、触媒調製例２にて作製したコバルト−酸化チタン担持触媒を活性種の含有量が５ｍｇとなるように仕込んだ触媒ホルダーを設置し、窒素を十分流して窒素置換した。さらに、窒素８０％、水素２０％の還元ガスを大気圧（０．１０１ＭＰａ）下、６８０℃に昇温し、６８０℃に達してから３０分間保持して触媒の還元を行った。引き続き、一酸化炭素ガス分圧を０．１ＭＰａとした原料ガスを一酸化炭素ガス流量が６６ＮＬ／ｇ−活性種・分となるように触媒層に通過させ、１時間反応を行った。その後、原料ガスを窒素ガスに切り替え、直ちに冷却し、ＣＮＦ−Ｂ１を得た。
【００８５】
（ＣＮＦ−Ｂ１の分散処理：ＣＮＦ−Ｂ２の調製）
ＣＮＦ−Ｂ１を使用し、ＣＮＦ−Ａ１の処理と同条件にて処理し、ＣＮＦ−Ｂ２を得た。
【００８６】
（触媒調製例３：鉄／ニッケル−炭素粒子担持触媒）
比表面積が１０．３ｍ２／ｇの高純度黒鉛粉末１ｇに対し、鉄（以下、断りのない限り金属分を表す）とニッケル（以下、断りのない限り金属分を表す）の合計の担持率が５質量％、鉄とニッケルの質量比が５：５になるように酢酸鉄（II）と酢酸ニッケル（II）四水和物を秤量し、黒鉛粉末１gあたり蒸留水６ｇおよびエチルアルコ−ル６ｇ（蒸留水:エチルアルコ−ル＝１：１質量比）を加え、十分に溶解，分散させた。なす型フラスコをロータリーエバポレーターに取り付け、５０℃の水浴内で１時間回転攪拌した。その後ロータリーエバポレーターの減圧を開始し、溶媒を除去した。溶媒除去後エバポレ−タから外し、真空乾燥器にて６０℃１５時間以上乾燥させた。ヘラを用いて触媒をフラスコから掻きだしメノウ製乳鉢に移し、凝集した触媒を粉砕することで、担持率が５質量％で、鉄とニッケルの質量比が５：５の鉄／ニッケル−炭素粒子担持触媒を得た。
【００８７】
（ＣＮＦ−Ｃ１の合成）
固定式合成反応器に、触媒調製例３にて作製した鉄／ニッケル−炭素粒子担持触媒１００ｍｇとなるように仕込んだ触媒ホルダーを設置し、窒素を十分流して窒素置換した。さらに、窒素８０％、水素２０％の還元ガスを大気圧（０．１０１ＭＰａ）下、６１０℃に昇温し、６１０℃に達してから３０分間保持して触媒の還元を行った。引き続き、一酸化炭素ガス分圧を０．０８ＭＰａとし、水素ガス分圧を０．０２ＭＰａとした原料ガスを一酸化炭素ガス流量が６６ＮＬ／ｇ−活性種・分となるように触媒層に通過させ、１時間反応を行った。その後、原料ガスを窒素ガスに切り替え、直ちに冷却し、ＣＮＦ−Ｃ１を得た。
【００８８】
（ＣＮＦ−Ｃ１の分散処理：ＣＮＦ−Ｃ２の調製）
ＣＮＦ−Ｃ１を使用し、ＣＮＦ−Ａ１の処理と同条件にて処理し、ＣＮＦ−Ｃ２を得た。
【００８９】
【表１】
0006553438.tif 000002
【００９０】
（実施例１）
ＣＮＦ−Ａ１（乾燥重量換算で５ｍｇ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム２．５ｍｇ（東京化成工業（株）製、（繰り返し単位数:５００））、水５ｇ、３５％アクリル系バインダー水溶液０．１ｇを混合し、バス型超音波洗浄機（アズワン（株）、ＡＳＵ-１０、出力２４０Ｗ）を用いて３０分間分散させ、ＣＮＦ分散液を調製した。
【００９１】
（透明導電フィルム）
得られたＣＮＦ分散液を、コロナ放電処理を施したスチレン−ブタジエンブロック共重合体（電気化学工業（株）製、製品名クリアレン７３０Ｌ、全光線透過率９０％）の透明シート（厚さ１５０μｍ、１５０ｍｍ×１００ｍｍ）にバーコーターを用いて塗布し、その後分散媒を風乾にて揮散させ、厚さ１００ｎｍの透明導電膜を備えた透明導電フィルムを得た。
【００９２】
【表２】
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【００９３】
［透明性］
得られた透明導電フィルムの透明性は、分光ヘーズメーター（（株）日本電色工業  ＮＤＨ２０００）にて測定した全光線透過率を基に評価した。透明性は４枚の試料の算術平均値を用いた。
【００９４】
［表面抵抗率］
得られた透明導電フィルムを用い表面抵抗率を評価した。表面抵抗率は４端子４探針法を用い、三菱化学アナリテック株式会社製「ロレスタＧＰ」を用い、２３±１℃、相対湿度５０±２％の条件で行った（９０Ｖ、１０秒）。プローブにはＥＳＰプローブを用いた。測定は同一試料の４か所で行い、その算術平均値を表面抵抗率とした。
【００９５】
（実施例２、３）
ＣＮＦ−Ａ２作製時に、ビーズミルの処理時間を６時間としたものをＣＮＦ−Ａ３とし、ＣＮＦ分散液を調製した。ＣＮＦ−Ａ２またはＣＮＦ−Ａ３をそれぞれ含むＣＮＦ分散液を用い、実施例２及び３として実施例１と同様に透明導電フィルムを作製した。
【００９６】
（実施例４〜６）
ＣＮＦ−Ｂ２作製時に、ビーズミルの処理時間を６時間としたものをＣＮＦ−Ｂ３とし、ＣＮＦ分散液を調製した。ＣＮＦ−Ｂ１、ＣＮＦ−Ｂ２またはＣＮＦ−Ｂ３をそれぞれ含むＣＮＦ分散液を用い、実施例４〜６として実施例１と同様に透明導電フィルムを作製した。
【００９７】
（実施例７〜９）
ＣＮＦ−Ｃ２作製時に、ビーズミルの処理時間を６時間としたものをＣＮＦ−Ｃ３とし、ＣＮＦ分散液を調製した。ＣＮＦ−Ｃ１、ＣＮＦ−Ｃ２またはＣＮＦ−Ｃ３をそれぞれ含むＣＮＦ分散液を用い、実施例７〜９として実施例１と同様に透明導電フィルムを作製した。
【００９８】
（比較例１）
導電性フィラーとして、メジアン径Ｄ５０、粉体抵抗率およびＤ／Ｇが本特許の範囲外である、ＮＣ７０００（ナノシル社製）を使用し、ビーズミルの処理時間を６時間にした以外は実施例１と同じ方法で透明導電フィルムを作製した。
【００９９】
（比較例２）
導電性フィラーとして、メジアン径Ｄ５０、粉体抵抗率およびＤ／Ｇが本特許の範囲外である、Ｆｌｏｔｕｂｅ９０００（ＣＮａｎｏ社製）を使用し、ビーズミルの処理時間を６時間にした以外は実施例１と同じ方法で透明導電フィルムを作製した。
【０１００】
実施例１〜９に示すように、本発明に用いられる用件を満たすＣＮＦを使用した場合には、比較例１〜２と比べ、表面抵抗率の低い透明導電フィルムが得られた。この結果から、本発明に用いられるＣＮＦが、透明基材に対する高い導電性付与性能を有していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のＣＮＦ分散液は、高い導電性を有するＣＮＦを含有ため、例えば、帯電防止材料、発熱体、電磁波シールド材、電気・電子機器容器、導電性摺動用部材、電池の電極板、金属配線を代替する導電材料等への利用が考えられる。
【図１】
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【図２】
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