(57)【要約】【課題】  強度および導電性に富む樹脂製のシートや複合体を容易に且つ低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】  高速気流中衝撃装置を用いてカーボンナノチューブＣを解砕した後、解砕されたカーボンナノチューブＣをバグフィルター２１を用いて捕集する。ポリエチレン２２についてもカーボンナノチューブＣと同様に高速気流中衝撃装置を用いて解砕し、カーボンナノチューブＣを捕集したバグフィルター２１を用いて、解砕されたポリエチレン２２を捕集する。カーボンナノチューブＣに加えてポリエチレン２２を捕集したバグフィルター２１を所定の形状・サイズに切断した後、ポリエチレン２２のガラス転移点または融点以上に加熱してポリエチレン２２の微粒子を融解し、バグフィルター２１上にポリエチレン２２の膜を形成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的解砕法により解砕されたカーボンナノチューブを多孔質材で捕集した後、機械的解砕法により解砕された熱可塑性樹脂を前記カーボンナノチューブを捕集した前記多孔質材で捕集し、前記カーボンナノチューブに加えて前記熱可塑性樹脂を捕集した前記多孔質材を前記熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点以上に加熱することによりカーボンナノチューブを含有する複合体を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法。
【請求項２】
前記多孔質材はシート状の多孔質材であることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点は３００℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ含有複合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、直径が数ｎｍ〜十数ｎｍ、長さが数十ｎｍ〜数十μｍのチューブ状の素材であり、燃料電池用電極や複合材料など多くの用途が検討されている。特に、複合材料や吸着剤、触媒などとして利用する場合には、カーボンナノチューブを含有する樹脂製のシートやフィルム若しくは多孔質体に成形されていることが望ましい。
通常、樹脂製のシートやフィルムは、樹脂バインダーにフィラーや添加剤を混合した後、成形機を使用して薄く引き伸ばして製造される。また、多孔質体の場合は、バインダーを含んだ含浸液にフィラーを分散させ、この液体を多孔質体に浸透させて製造する。そして、これら製造方法では、樹脂やバインダー中におけるフィラーの分散性の程度が最終製品の品質に大きく影響する。
しかし、カーボンナノチューブは極めて細い繊維状であるため、容易に絡み合い、樹脂やバインダー中あるいは各種の溶媒中における分散が悪い。そのため、カーボンナノチューブの分散性を向上させるため、例えば、化学薬品による表面処理やプラズマ処理等が検討されているが（非特許文献１参照。）、多大のエネルギーを必要とし、ナノサイズの繊維を解砕するのは容易ではない。
一方、カーボンナノチューブ膜の製造方法に関する発明として、特許文献１や特許文献２がある。特許文献１や特許文献２では、微量酸素を含有する雰囲気において炭化珪素を高温加熱処理することにより、炭化珪素が分解して炭化珪素の表面から珪素原子が失われ、カーボンナノチューブ膜が得られる発明が開示されている。
【非特許文献１】技術情報協会編、「カーボンナノチューブの合成・評価，実用化とナノ分散・配合制御技術」、技術情報協会、２００３年、ｐ．１６１−１７１
【特許文献１】特開２００３−６３８１３号公報  （第３−５頁、第１図）
【特許文献２】特開２００３−２９２３１２号公報  （第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された発明では、１２００〜２０００℃という高温加熱処理を伴うため、カーボンナノチューブを含有する樹脂製のシートや膜を成形することは不可能である。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、強度および導電性に富む樹脂製のシートや複合体を容易に且つ低コストで製造する方法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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法では、機械的解砕法により解砕されたカーボンナノチューブを多孔質材で捕集した後、機械的解砕法により解砕された熱可塑性樹脂を前記カーボンナノチューブを捕集した前記多孔質材で捕集し、前記カーボンナノチューブに加えて前記熱可塑性樹脂を捕集した前記多孔質材を前記熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点以上に加熱することによりカーボンナノチューブを含有する複合体を形成することを特徴とする。
ここで、解砕とは、凝集した粒子を解きほぐすことをいう。また、機械的解砕法とは、粒子表面に強い機械的エネルギーを付与し、粒子を解砕する処理方法のことであり、高速気流中衝撃法やメカノフュージョン法などがある。高速気流中衝撃法では、高速気流中衝撃装置を使用して、高速気流中における粒子同士の衝突や装置内壁への衝突を誘発することにより、粒子表面に強い機械的エネルギーを付与し、粒子を解砕する。一方、メカノフュージョン法では、メカノフュージョンシステムを使用し、回転容器内に投入された粒子を、遠心力によりその内壁に押し付けて固定し、曲率半径の異なるプレスヘッドとの間に強力な圧縮・せん断力を発生させて粒子を解砕する。
また、多孔質材は、粉体が捕集できるものであればよく、例えば、多孔質樹脂や多孔質セラミックスや多孔質金属などが利用できる。
本発明では、機械的解砕法により解砕されたカーボンナノチューブを多孔質材で捕集することにより、多孔質材の表面および内部にカーボンナノチューブが均一に捕集される。次いで、機械的解砕法により解砕された熱可塑性樹脂を前記多孔質材で捕集することにより、多孔質材の表面およびカーボンナノチューブの間隙に熱可塑性樹脂の微粒子が充填される。その後、前記多孔質材を熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点以上に加熱することにより、熱可塑性樹脂の微粒子が融解し、カーボンナノチューブを含有する複合体が形成される。
本発明によれば、カーボンナノチューブが均一に分散した複合体を形成することができるため、強度や導電性に富む複合体を製造することが可能となる。しかも、カーボンナノチューブを樹脂原料や溶剤に分散させる過程を経ないので、カーボンナノチューブ含有複合体を容易に且つ低コストで製造することができる。
【０００５】
また、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法では、前記多孔質材はシート状の多孔質材であってもよい。
本発明では、多孔質材をシート状の多孔質材とすることにより、カーボンナノチューブを含有する樹脂シートを製造することが可能となる。
【０００６】
また、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法では、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点は３００℃以下であることが好適である。なぜならば、熱可塑性樹脂のガラス転移点または融点が高すぎると、熱可塑性樹脂の融解に高温加熱が必要となり、樹脂製の膜やシートを成形することができなくなるからである。
過冷却状態からガラス状態に移るときに性質が大きく変わる（例えば、熱膨脹係数が急に小さくなる）現象をガラス転移現象といい、ガラス転移現象を示す温度をガラス転移点と呼ぶ。ガラス転移点が１００℃以下の熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどがある。
本発明では、ガラス転移点または融点が３００℃以下の熱可塑性樹脂を使用して低温加熱処理を行うことにより、樹脂製の膜やシートの成形が可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カーボンナノチューブが均一に分散した樹脂シートや複合体を形成することができるため、強度や導電性に富む樹脂シートや複合体を製造することが可能となる。しかも、カーボンナノチューブを樹脂原料や溶剤に分散させる過程を経ないため、容易に且つ低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法の実施形態について図面に基いて説明する。本実施形態では、カーボンナノチューブおよび熱可塑性樹脂の解砕に高速気流中衝撃装置を使用して、カーボンナノチューブを含有する樹脂シートを製造する。図１は高速気流中衝撃装置の立断面図であり、図２は高速気流中衝撃装置の側断面図である。また、図３は、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法を示す模式図である。
高速気流中衝撃装置１は、円筒状の衝突リング１１と円筒状の衝突リング１１の両端面を塞ぐ前部カバー１４と後部カバー１５とから形成される衝撃室５内に、円筒状の衝突リング１１の中心軸上に回転軸１３を有する円盤状のローター９を備えたものである。ローター９の盤上には、ブレード１０と呼ばれる板状の突起物が、回転軸１３を中心とする放射状に配設されている。ここで、ブレード１０が描く最外周軌道面と衝突リング１１の内周面とのギャップは、０．５〜２０ｍｍ程度である。
また、高速気流中衝撃装置１は、一端が衝突リング１１の一部を貫通して衝撃室５内に開口するとともに、他端が前部カバー１４の中心部から衝撃室５内に開口して閉回路を形成する循環回路６と、衝突リング１１の一部に設けられた第二開閉弁７によって開閉される排出口８を備えている。循環回路６には、原料を投入するための原料ホッパー２が、第一開閉弁３と原料供給用シュート４を介して連結されている。
衝突リング１１内部には、ジャケット１２が設けられており、ジャケット１２内に冷却水を通水することで衝突リング１１の内周面を冷却できるようになっている。
【０００９】
次に、上記高速気流中衝撃装置１を用いたカーボンナノチューブを含有する樹脂シートの製造方法について説明する。
先ず、第一開閉弁３と第二開閉弁７を閉じた状態で、図示していない駆動手段によって回転軸１３を介してローター９を、外周速度１００ｍ／ｓ程度で回転させる。これにより、衝撃室５から衝突リング１１上の開口、循環回路６、前部カバー１４の中心部の開口を経て衝撃室５へ戻る循環気流が形成される。
その後、第一開閉弁３を開き、原料ホッパー２から衝撃室５内へカーボンナノチューブＣを投入し、カーボンナノチューブＣの解砕処理を行う。解砕処理では、カーボンナノチューブＣが循環回路６を循環しつつ、ブレード１０や衝突リング１１内壁に多数回衝突することにより、カーボンナノチューブＣ表面に強い機械的エネルギーが付与され、カーボンナノチューブＣの解砕が促進される。
カーボンナノチューブＣの解砕が完了すると、第一開閉弁３を開くとともに、第二開閉弁７も開き、排出口８からカーボンナノチューブＣを排出し、解砕されたカーボンナノチューブＣを多孔質材で捕集する。多孔質材には、ポリエステル製のフェルト（不織布）からなるシート状のバグフィルター２１を使用する。
【００１０】
熱可塑性樹脂についてもカーボンナノチューブＣと同様に高速気流中衝撃装置１を用いて解砕し、カーボンナノチューブＣを捕集したバグフィルター２１を用いて、解砕された熱可塑性樹脂を捕集する。なお、熱可塑性樹脂には、比較的低いガラス転移点を有するポリエチレン２２を使用する。
【００１１】
カーボンナノチューブＣに加えてポリエチレン２２を捕集したバグフィルター２１を所定の形状・サイズに切断した後、ポリエチレン２２のガラス転移点または融点以上に加熱してポリエチレン２２の微粒子を融解し、バグフィルター２１上にポリエチレン２２の膜を形成する。この時、必要に応じてプレス成型してもよい。以上により、カーボンナノチューブＣが均一に分散した樹脂シート２０が完成する。
【００１２】
本実施形態によるカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法によれは、カーボンナノチューブＣが均一に分散した樹脂シート２０を形成することができるため、強度や導電性に富む樹脂シートを製造することが可能となる。しかも、カーボンナノチューブＣを樹脂原料や溶剤に分散させる過程を経ないため、容易に且つ低コストで製造することができる。
【００１３】
以上、本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、カーボンナノチューブおよび熱可塑性樹脂の解砕に高速気流中衝撃装置を使用しているが、メカノフュージョンシステムを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】高速気流中衝撃装置の立断面図である。
【図２】高速気流中衝撃装置の側断面図である。
【図３】本発明に係るカーボンナノチューブ含有複合体の製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  高速気流中衝撃装置
２  原料ホッパー
３  第一開閉弁
４  原料供給用シュート
５  衝撃室
６  循環回路
７  第二開閉弁
８  排出口
９  ローター
１０  ブレード
１１  衝突リング
１２  ジャケット
１３  回転軸
１４  前部カバー
１５  後部カバー
２０  樹脂シート
２１  バグフィルター
２２  ポリエチレン
Ｃ  カーボンナノチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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