(57)【要約】【課題】本発明は、優れた導電性および可撓性を有し、機械的強度を有する導電性材料の製造方法および該製造方法からなる導電性材料を提供する。【解決手段】カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を含む成形品を形成する工程、該成形品から溶出可能な材料を溶出する工程を含む導電性材料の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を含む成形品を形成する工程、該成形品から溶出可能な材料を溶出する工程を含む導電性材料の製造方法。
【請求項２】
溶出可能な材料を溶出する工程の後、さらに、加熱・加圧工程を含む請求項１記載の導電性材料の製造方法。
【請求項３】
さらに、導電性材料の周りを熱可塑性樹脂で被覆する工程を含む請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
溶出処理可能な材料が、ポリビニルアルコール、ペンタエリスリトール、ポリエステル、ポリスチレンおよびデンプンからなる群から選ばれる１種以上の材料である請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の製造方法により得られた導電性材料。
【請求項６】
電線用である請求項５記載の導電性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性材料の製造方法および該方法により製造された導電性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅線は、導電材料として現在も多く使用されている。しかし、銅線であれば、電流が流れる際、銅線表面に電流が集中するため単位面積あたりの許容電流は、銅そのものが有する許容電流より低くなってしまうという問題があった。
【０００３】
また、導電材料のひとつであるカーボンナノチューブは、強度、導電性、耐熱性、耐薬品性などの優れた特徴を有する材料であることが知られており、燃料電池の電極など、さまざまな分野での開発が進められている。しかし、カーボンナノチューブは、凝集し絡まりやすいため、ポリマーへ均一に分散することが困難であった。均一に分散されていないポリマーとカーボンナノチューブの混合成形物の機械的強度は弱く、可撓性を要する電線や導電フィルムには不向きであり、該混合成形物の導電性は、部位による抵抗率の偏りが大きく、電子部品としての信頼性にかけるものである。また、カーボンナノチューブをそのまま電極や電線に使用するには、ナノレベルの加工を必要とし、技術的にもコスト的にも不利な面がある。
【０００４】
カーボンナノチューブを用いた電線として、カーボンナノチューブを芯材とする導線の周りを熱可塑性樹脂で被覆してなる細径電線コードが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１においては、カーボンナノチューブを液晶性ポリマー中に分散させた後、紡糸、延伸、焼成工程をして導線を作製するものであり、極細径の導電体を作製するのは困難であり、また導電体の被覆を同時に成形することが不可能であるという問題があった。
【０００５】
したがって、銅線に代わる、優れた導電性および可撓性を有し、機械的強度を有する導電性材料はいまだないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０３５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、優れた導電性および可撓性を有し、機械的強度を有する導電性材料の製造方法および該製造方法からなる導電性材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を含む成形品を形成する工程、該成形品から溶出可能な材料を溶出する工程を含む導電性材料の製造方法に関する。
【０００９】
溶出可能な材料を溶出する工程の後、さらに、加熱・加圧工程を含むことが好ましい。
【００１０】
さらに、導電性材料の周りを熱可塑性樹脂で被覆することが好ましい。
【００１１】
溶出処理可能な材料が、ポリビニルアルコール、ペンタエリスリトール、ポリエステル、ポリスチレンおよびデンプンからなる群から選ばれる１種以上の材料であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記製造方法により得られた導電性材料に関する。
【００１３】
電線用であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の導電性材料の製造方法では、カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を含む成形品から、溶出可能な材料を溶出して製造するため、導電性材料中のカーボンナノチューブ含有率が高くなり、導電性に優れ、かつ可撓性に優れた導電性材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を含む成形品を形成する工程、該成形品から溶出可能な材料を溶出する工程を含む導電性材料の製造方法に関する。
【００１６】
カーボンナノチューブとは実質的に炭素からなる管状の化合物で、層は単層でも多層でも層の数を問わない。製造方法としては、アーク放電法、気相成長法などが知られているが、いずれの方法で得たカーボンナノチューブを用いても良い。
【００１７】
カーボンナノチューブの外径は１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましい。外径が１００ｎｍをこえると、屈曲性が悪いため、導電性材料の屈曲疲労に対する耐久性が低下する傾向があるため好ましくない。
【００１８】
また、カーボンナノチューブの長さは０．００５〜１０μｍであることが好ましく、１〜５μｍであることがより好ましい。長さが０．００５μｍ未満であると、電気伝導性能が低下する傾向があり、１０μｍをこえるとナノチューブの均一分散が困難になる傾向がある。
【００１９】
カーボンナノチューブの形状は、単層ナノチューブ、多層ナノチューブであってもよく、これらを混合したナノチューブの混合物であってもよい。これらの中でも導電性の点から、単層ナノチューブが好ましい。
【００２０】
カーボンナノチューブの螺旋形状は、アームチェア型、キラル型、ジグザグ型等をあげることができ、これらの形状を有するカーボンナノチューブを単独でまたは異なる形状を有するカーボンナノチューブの２種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、高い導電性を示すことができる点から、アームチェア型が好ましい。
【００２１】
また、異なる螺旋形状を有するカーボンナノチューブを２種以上混合して用いる場合は、アームチェア型の混合率が５０重量％以上であることが好ましく、８０重量％以上であることがより好ましい。
【００２２】
本発明において、結着樹脂はカーボンナノチューブを固定するためのものであり、たとえば、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、飽和ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリスルホン、ポリアリレート、ジアリルフタレート、ポリアセタールなどをあげることができる。
【００２３】
結着樹脂の添加量は、カーボンナノチューブ１００重量部に対して１〜１００重量部であることが好ましく、５〜２０重量部であることがより好ましい。結着樹脂が１重量部未満であると製造時にカーボンナノチューブが離脱する傾向があり、１００重量部をこえると導電性が低下する傾向がある。
【００２４】
溶出処理可能な材料としては、ポリビニルアルコール、ペンタエリスリトール、ポリエステル、ポリスチレン、デンプンなどをあげることができ、これらを単独でまたは２種以上を用いることができる。これらの中でも、水で溶出することが出来る点、コストの点から、ポリビニルアルコール、ペンタエリスリトール、デンプンが好ましい。
【００２５】
ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリ乳酸などをあげることができる。
【００２６】
溶出処理可能な材料の添加量は、カーボンナノチューブ１００重量部に対して１００〜３００重量部であることが好ましく、１００〜２００重量部であることがより好ましい。溶出処理可能な材料が１００重量部未満であると溶出樹脂溶出前の成形性が悪い傾向があり、３００重量部をこえると溶出後の導電性が低下する傾向がある。
【００２７】
本発明においては、電気伝導性能を充分に発現させるためにはカーボンナノチューブを、結着樹脂および溶出処理可能な材料中に均一に分散させる必要がある。
【００２８】
カーボンナノチューブと結着樹脂および溶出処理可能な材料を混練する方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、カーボンナノチューブ、結着樹脂および溶出処理可能な材料を混練装置に導入して混練することによって製造することができる。その混練の際に、前記材料と炭酸ガスを、超臨界状態（圧力が７．４Ｍｐａ以上、温度が３１℃以上）の場で混合することにより、結着樹脂および溶出処理可能な材料中にカーボンナノチューブを均一に分散することができる。
【００２９】
本発明に用いることができる混練装置としては、単軸押出機、２軸以上の多軸押出機、ニーダー、ブラベンダーミキサー、バンバリミキサーなどをあげることができるが、これらの中でも、連続生産性、コストの点から、単軸押出機、多軸押出機が好ましい。
【００３０】
成形品を形成する方法としては、一般の成形加工方法や成形加工装置などを用いて成形加工することができる。成形加工方法としては、例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形、ブロー成形、カレンダー成形、真空成形などの任意の方法を採用することができ、使用目的に応じて任意の形状の成形体に成形される。
【００３１】
成形品から溶出可能な材料を溶出する方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、得られた成形体を溶剤に浸漬するなどの方法をあげることができる。
【００３２】
溶剤としては、溶出処理可能な材料を溶出できるものであり、かつ結着樹脂を溶出しないものであればよく、特に限定されないが、たとえば、溶出処理可能な材料がポリビニルアルコール、ペンタエリスルトール、デンプンである場合は、水（５０〜９５℃）をあげることができ、ポリエステルである場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどの苛性アルカリで溶出することができる。
【００３３】
本発明においては、成形品から溶出可能な材料の一部または全部を溶解・除去することで、カーボンナノチューブ純度の高い多孔構造を有した導電性材料を得ることができるものである。
【００３４】
溶出可能な材料の溶出量としては、用いた溶出可能な材料の９０重量％以上溶出して除去することが好ましく、９５重量％以上がより好ましい。溶出可能な材料が、導電性材料中１０重量％より多く残留することで、優れた導電性が得られない傾向がある。
【００３５】
また、溶出可能な材料を溶出後、導電材料に熱と機械的圧力を加えることにより、カーボンナノチューブ単位面積あたりの密度が増し、導電性が向上するため、加熱・加圧工程を含むことが好ましい。
【００３６】
加熱温度としては、５０〜１５０℃であることが好ましく、８０〜１２０℃であることがより好ましい。加熱温度が５０℃未満であると加圧後結着樹脂の弾性で導電体内部に巣が生じる傾向があり、１５０℃をこえると結着樹脂が溶融し作業性が低下する傾向がある。
【００３７】
圧力としては、０．１〜５ＭＰａであることが好ましく、０．３〜２ＭＰａであることがより好ましい。圧力が０．１ＭＰａ未満であると圧力不足により優れた導電性が得られない傾向があり、５ＭＰａをこえると成形品の形状が著しく悪くなる傾向がある。
【００３８】
加熱・加圧時間としては、０．１〜６０秒であることが好ましく、１〜１０秒であることがより好ましい。加圧時間が０．１秒未満であると優れた導電性が得られない傾向があり、６０秒をこえるとコスト的に不利な傾向がある。
【００３９】
加熱・加圧方法としては、特に限定されず、たとえば、油圧ヒートプレス、熱ローラープレスなどを用いて行なうことができる。
【００４０】
また、本発明の導電性材料は、さらに、導電性材料の周りを熱可塑性樹脂で被覆することが、形状保持の点から好ましい。
【００４１】
被覆する熱可塑性樹脂としては、軽くてフレキシブルなものが良く、柔軟な高分子材料であることが好ましい。たとえば、特に、ポリイミドやポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリベンザゾールが適している。ポリエチレン、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂からなる、複合成形物を生産性良く製造し、これを成形物とした後に溶出処理することにより、純度の高い可撓性、加工性の高いカーボンナノチューブ導電体を提供するものである。
【００４２】
また、被覆する熱可塑性樹脂としては、溶出可能な材料を溶出することができる溶剤に不溶な材料を用いることが好ましく、溶出成分を効率良く溶出することができる点から、該不溶な材料に溶出可能な材料を適量混合することがより好ましい。
【００４３】
たとえば、溶出可能な材料としてポリビニルアルコールを用いた場合は、被覆する熱可塑性樹脂に疎水性樹脂を使用することが好ましく、さらに、適量のポリビニルアルコールを混合することがより好ましい。
【００４４】
被覆する熱可塑性樹脂には、必要に応じて、難燃剤、耐紫外線剤、帯電防止剤、抗酸化剤、防蟻剤等の通常用いられる添加物を添加してもよい。
【００４５】
本発明の製造方法により製造された導電性材料は、線状に成形された場合は、通信ケーブル、電力ケーブル、電線などに使用でき、面状に成形された場合は、ディスプレイ電極、コンデンサーなどに使用でき、筒状に成形された場合は、自動車用燃料チューブなどに使用することができる。これらの中でも、本発明の導電性材料は優れた導電性を有するため、通信ケーブル、電力ケーブル、電線として用いることが好ましい。