(57)【要約】【課題】多様な種類の溶媒中で、カーボンナノチューブをよく分散できる手段を提供する。【解決手段】−ＳＨ、−ＮＨ２、下記化学式（１）で表される基、および下記化学式（２）で表される基からなる群より選択される頭部と、下記化学式（３）で表される尾部と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ用分散剤；2007099611.tif 000023  前記化学式（１）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、2007099611.tif 000024  前記化学式（２）中、ＸはＳ、ＮＨ、またはＯであり、ｌは２〜６０の整数であり、2007099611.tif 000025  前記化学式（３）中、Ｙは、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルケニレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキニレン基、および置換または非置換のＣ６〜Ｃ２０のアリールアルキル基からなる群より選択され、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ａは０または１であり、ｍは１〜９の整数であり、ｎは０〜９の整数である。【選択図】図１
2007099611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−ＳＨ、−ＮＨ２、下記化学式（１）で表される基、および下記化学式（２）で表される基からなる群より選択される頭部と、
下記化学式（３）で表される尾部と、
を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ用分散剤；
【化１】
2007099611.tif 000016
前記化学式（１）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、
【化２】
2007099611.tif 000017
前記化学式（２）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、ｌは２〜６０の整数であり、
【化３】
2007099611.tif 000018
前記化学式（３）中、Ｙは、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルケニレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキニレン基、および置換または非置換のＣ６〜Ｃ２０のアリールアルキル基からなる群より選択され、
Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、
ａは０または１であり、ｍは１〜９の整数であり、ｎは０〜９の整数である。
【請求項２】
前記分散剤は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、３−ヘキシルチオフェン、３−ドデシルチオフェン、ポリ（３−ペンタデシルピロール）、ヘキシルピロール、ドデシルピロール、ヘキシルチオール、ドデカンチオール、ポリヘキシルアニリン、下記化学式（４）で表される化合物、および下記化学式（５）で表される化合物からなる群より選択され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用分散剤；
【化４】
2007099611.tif 000019
前記化学式（４）中、ｌは１〜６０の整数であり、ｍは１〜１２の整数であり、
【化５】
2007099611.tif 000020
前記化学式（５）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ｌは、１〜６０の整数である。
【請求項３】
前記分散剤は、６００〜１０，０００の数平均分子量を有す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用分散剤。
【請求項４】
前記尾部は、下記化学式（６）または下記化学式（７）で表される基であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ用分散剤：
【化６】
2007099611.tif 000021
前記化学式（６）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ｏは、１〜９の整数であり、
【化７】
2007099611.tif 000022
前記化学式（７）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ｐは、１〜６の整数である。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の分散剤と、
カーボンナノチューブと、
有機溶媒、水、またはこれらの混合物から選択される分散媒と、
を含む組成物。
【請求項６】
前記組成物は、前記組成物１００質量部を基準にして、
分散剤０．００１〜１０質量部と、
カーボンナノチューブ０．０１〜５質量部と、
残部の有機溶媒、水、およびこれらの混合物から選択される分散媒と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブと分散剤との混合質量比は、１：０．００１〜１：１０であることを特徴とする請求項５または６に記載の組成物。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブは、シングルウォールカーボンナノチューブ、ダブルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、および束状カーボンナノチューブからなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記有機溶媒は、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ジアセトンアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、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、プロピレングリコール、ブチレングリコール、へキシレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２，４−ブタントリオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、エチルアセテート、ブトキシエトキシエチルアセテート、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）、ジヒドロテルピネオールアセテート（ＤＨＴＡ）、テルピネオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチルエステル（テキサノール）、ジクロロエテン（ＤＣＥ）、および１−メチルピロリドン（ＮＭＰ）からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物は、有機バインダー、感光性モノマー、光開始剤、粘度調節剤、貯蔵安定剤、湿潤剤、酸、および塩基からなる群より選択される１種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記添加剤は、前記組成物１００質量部を基準にして０．１〜６０質量部含むことを特徴とする、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記有機バインダーは、セルロース系高分子、スチレン系重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、およびポリプロピレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の組成物。
【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用分散剤およびこれを含む組成物に関し、詳細には、電気陰性度が高い原子およびカーボンナノチューブとの親和性が高い芳香族環を含む頭部と 分散媒に親和性を有する尾部とを含む構造であり、多様な種類の溶媒でカーボンナノチューブの分散性を向上できる分散剤、およびこれを含有する組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＣＮＴ）とは、各炭素原子が六角形の蜂の巣パターンに結合されてチューブ状をなす材料であり、異方性が高く、シングルウォール、マルチウォール、束状などの多様な構造を有し、チューブの直径がナノメータ（ｎｍ＝１０億分の１ｍ）程度に極めて小さい材料である。カーボンナノチューブは、優れた機械的特性、電気的選択性、および電界放出特性を有し、高効率の水素貯蔵媒体である。また、カーボンナノチューブは、巻かれた形状によって半導体または金属の性質を有することができ、直径によってエネルギーギャップが変化する。さらに、準一次元的な構造を有することで特異な量子効果を示す。このカーボンナノチューブの合成方法としては、アーク放電法、熱分解法、レーザー蒸着法、プラズマ化学気相蒸着法、熱化学気相蒸着法、および電気分解法などが知られている。また、カーボンナノチューブは、高い電気伝導度を示すので、導電膜などの形成に用いられており、今後、電界放出ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥＤ）および走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）のプローブなどに用いられる可能性が非常に高いため、カーボンナノチューブに関する研究が活発に行われている。
【０００３】
一方、一般的に、カーボンナノチューブは、製造時にカーボンブラックなどの炭素粒子と一緒に得られるので、カーボンナノチューブと炭素粒子との混合物からカーボンナノチューブを分離・精製する必要がある。また、カーボンナノチューブは、導電膜またはその他の素子などの製造時に用いられるために、まず、通常の溶剤およびバインダーと混合してペースト状にする必要がある。カーボンナノチューブを精製するか、またはペースト状にするためには、カーボンナノチューブを適切な分散媒に溶解させる必要がある。特に、カーボンナノチューブなどの取り扱いにおける分散時、カーボンナノチューブの特性上、各粒子間の凝集力が非常に大きいため、分散剤の選択はより注意深く考慮されるべきである。
【０００４】
分散剤は、一種の界面活性剤であり、頭部および尾部を含む。前記頭部は、分散させようとする物質である分散質の表面に親和性を有するべきであり、一方前記尾部は、分散させようとする溶媒、すなわち分散媒との親和性を有するべきである。さらに、分散剤は、粒子間の衝突に対する障壁の役割をするものが好ましい。
【０００５】
従来、カーボンナノチューブの分散剤は、水系分散剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＮａＤＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム、ＴＸ−１００、ポリビニルピロリドンなどの水系分散剤を含んでいる。これらのうち、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＮａＤＤＢＳ）が最も優れたものとして知られている。しかしながら、前記水系分散剤は、水でカーボンナノチューブをよく分散させるものに過ぎず、有機溶媒ではその効果をほとんど発揮できないという問題点がある。
【０００６】
また、有機系分散剤としては、未だによく知られたものはないが、特許文献１および特許文献２は、ポリチオフェン系高分子などの共役高分子を用いて、カーボンナノチューブが有機溶媒中で良好に分散されうることを開示している。しかしながら、上記の特許文献１および２では、水系溶媒でカーボンナノチューブに対して良好な分散能を与える分散剤が開示されていない。また、分子量を調節していないポリチオフェン系高分子を用いるため、使用可能な分散媒の種類が数種類に限定され、また、高い分子量を有する前記ポリチオフェン系高分子の固有粘度が、粒子の分散を阻害するため、工程に多くの制約を与えるという問題点がある。
【０００７】
したがって、最近は、有機系、水系、およびこれらの混合物を含む多様な種類の溶媒内で、カーボンナノチューブをよく分散できる新しい概念のカーボンナノチューブ用分散剤の開発が要求されている。
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００４−００３９４２５号明細書
【特許文献２】特開２００４−３３９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その目的は、多様な種類の溶媒中で、カーボンナノチューブをよく分散できる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記問題点に鑑み、鋭意研究を積み重ねた結果、所定の頭部および尾部を有する化合物が、多様な種類の溶媒中で、カーボンナノチューブを効果的に分散できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、−ＳＨ、−ＮＨ２、下記化学式（１）で表される基、および下記化学式（２）で表される基からなる群より選択される頭部と、下記化学式（３）で表される尾部と、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブ用分散剤である。
【００１１】
【化１】
2007099611.tif 000003
【００１２】
前記化学式（１）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、
【００１３】
【化２】
2007099611.tif 000004
【００１４】
前記化学式（２）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、前記化学式ｌは２〜６０の整数であり、
【００１５】
【化３】
2007099611.tif 000005
【００１６】
前記化学式（３）中、Ｙは、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルケニレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキニレン基、および置換または非置換のＣ６〜Ｃ２０のアリールアルキル基からなる群から選択され、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ａは０または１であり、ｍは１〜９の整数であり、ｎは０〜９の整数である。
【００１７】
また、本発明は、前記分散剤と、カーボンナノチューブと、有機溶媒、水、およびこれらの混合物から選択される分散媒と、を含む組成物である。
【００１８】
本発明の組成物は、前記組成物１００質量部を基準にして、分散剤０．００１〜１０質量部と、カーボンナノチューブ０．０１〜５質量部と、残量の有機溶媒、水およびこれらの混合物から選択される分散媒と、を含むことが好ましい。
【００１９】
前記組成物において、前記カーボンナノチューブと分散剤との混合質量比は、１：０．００１〜１：１０であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の組成物は、有機バインダー、感光性モノマー、光開始剤、粘度調節剤、貯蔵安定剤、湿潤剤、酸、および塩基からなる群より選択される１種以上の添加剤をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、多様な種類の溶媒中で、カーボンナノチューブをよく分散できるカーボンナノチューブ用分散剤が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明によるカーボンナノチューブ用分散剤を詳細に説明する。
【００２３】
本発明による分散剤の頭部は、−ＳＨ、−ＮＨ２、または下記化学式（１）で表される基のように、硫黄、窒素などの電気陰性度が高い原子、およびカーボンナノチューブの炭素との親和性が高い芳香族環によって構成される。したがって、前記頭部は、カーボンナノチューブに電子を容易に提供し、カーボンナノチューブと前記頭部に存在するπ−電子との間に、π−π結合を形成させ、カーボンナノチューブ粒子に櫛形構造のラッピング形態で吸着されることで、カーボンナノチューブを任意の分散媒に容易に分散させることができる。
【００２４】
【化４】
2007099611.tif 000006
【００２５】
前記化学式（１）中、Ｘは、Ｓ、ＮＨ、またはＯであり、
【００２６】
【化５】
2007099611.tif 000007
【００２７】
前記化学式（２）中、ＸはＳ、ＮＨ、またはＯであり、ｌは２〜６０の整数である。
【００２８】
前記頭部と結合される尾部は、有機溶媒および水系溶媒のほとんど全てに高い親和性を有する下記化学式（３）のような構造である。したがって、前記尾部を含む本発明の分散剤は、単独の有機溶媒または単独の水のみならず、２種以上の有機溶媒の混合物、および２種以上の極性溶媒と水との混合物などを含む、広い範囲の分散媒中で、カーボンナノチューブを容易に分散させうる。
【００２９】
前記尾部は、任意の分散媒内で前記頭部を中心に四方に展開されることで、立体障害効果および静電気的反発力を与え、カーボンナノチューブ粒子間の衝突及び凝集を防ぐ役割をする。
【００３０】
【化６】
2007099611.tif 000008
【００３１】
前記化学式（３）中、Ｙは、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルケニレン基、置換または非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキニレン基、および置換または非置換のＣ６〜Ｃ２０のアリールアルキル基からなる群から選択され、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ａは０または１であり、ｍは１〜９の整数であり、ｎは０〜９の整数である。
【００３２】
この際、前記化学式（３）において、ａが０である場合、疎水性の増加により、有機溶媒内でカーボンナノチューブをよく分散でき、ａが１である場合、親水性の増加により、極性溶媒、水、またはこれらの混合溶媒などで、カーボンナノチューブをよく分散できるが、このような分散効果は、立体障害効果によるものである。
【００３３】
さらに、電荷を帯びるカルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、またはリン酸塩基をＺに導入すると、静電的反発を誘発することになり、極性溶媒、水、または、これらの混合物などで一層効果的にカーボンナノチューブを分散できる。
【００３４】
前記化学式（３）中、前記非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルキレン基の具体的な例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソブチレン基、ｓｅｃ−ブチレン基、ペンチレン基、ｉｓｏ−アミレン基、ｎ−へキシレン基、ｎ−へプチレン基、ｎ−オクチレン基、２−エチルヘキシレン基、ｎ−ノニレン基、ｎ−デシレン基などが挙げられる。前記アルキレン基中の１つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択される基で置換されていてもよい。
【００３５】
前記非置換のＣ１〜Ｃ１０のアルケニレン基は、炭素−炭素二重結合を含有する構造である。具体的な例としては、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、オクテニル基、ノナデセニル基などが好ましく挙げられる。これらアルケニレン基中の１つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択される基で置換されていてもよい。
【００３６】
前記非置換のＣ１〜Ｃ１０のまたはアルキニレン基は、炭素−炭素三重結合を含有する構造である。具体的な例としては、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基などが挙げられる。これらアルキニレン基中の１つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択される基で置換されていてもよい。
【００３７】
前記アリールアルキル基は、例えばメチル基、エチル基、またはプロピル基などのアルキル基の１つ以上の水素原子が、１つ以上の芳香環を含む炭素原子数６〜２０個のアリール基で置換された構造を有する。前記アリールアルキル基の具体的な例としては、例えば、ベンジル基、（４−メチルフェニル）メチル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基などが挙げられる。前記アリールアルキル基中の、１つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸、およびリン酸塩基からなる群より選択される基で置換されていてもよい。
【００３８】
本発明において、前記尾部としては、前記尾部は、下記化学式（６）または下記化学式（７）で表される基であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
【化７】
2007099611.tif 000009
【００４０】
前記化学式（６）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ｏは、１〜９の整数であり、
【００４１】
【化８】
2007099611.tif 000010
【００４２】
前記化学式（７）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、およびリン酸塩基からなる群より選択され、ｐは、１〜６の整数である。
【００４３】
上記のような構造を有する本発明による分散剤の好ましい例としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、３−ヘキシルチオフェン、３−ドデシルチオフェン、ポリ（３−ペンタデシルピロール）、ヘキシルピロール、ドデシルピロール、ヘキシルチオール、ドデカンチオール、ポリヘキシルアニリン、下記化学式（４）ないし下記化学式（５）で表される化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
【化９】
2007099611.tif 000011
【００４５】
前記化学式（４）中、ｌは、１〜６０の整数であり、ｍは１〜１２の整数である。
【００４６】
【化１０】
2007099611.tif 000012
【００４７】
前記化学式（５）中、Ｚは、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＨ、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホ基、スルホン酸塩基、リン酸基、および塩リン酸塩基からなる群から選択され、ｌは、１〜６０の整数である。
【００４８】
上記のような構造の頭部および尾部を有する構造である本発明の分散剤は、６００〜１０，０００の数平均分子量を有することが好ましい。前記分散剤が６００〜１０，０００の数平均分子量を有する場合、溶解度の増加によって使用可能な分散媒の種類が一層拡大され、分散剤自体の粘度も低下することになり、工程に一層適したものとなる。なお本願において、数平均分子量は、ＧＰＣ（Ｇｅｌ  Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ゲル浸透クロマトグラフィー）法を用いて測定した値を採用するものとする。
【００４９】
次に、上述した本発明による分散剤を含有する組成物に関して説明する。
【００５０】
本発明の組成物は、本発明による分散剤と、カーボンナノチューブと、有機溶媒、水、またはこれらの混合物から選択される分散媒とを含むことが好ましい。
【００５１】
本発明の組成物は、前記組成物１００質量部を基準にして、本発明によるカーボンナノチューブ用分散剤０．００１〜１０質量部と、カーボンナノチューブ０．０１〜５質量部と、残部の有機溶媒、水、または、これらの混合物から選択される分散媒と、を含むことがより好ましい。
【００５２】
この際、前記カーボンナノチューブと分散剤との混合質量比は、１：０．００１〜１：１０であることが好ましい。これは、前記混合質量比の範囲より分散剤の量が少ないと、適切なカーボンナノチューブの分散効果が得られない場合があり、逆に、前記混合質量比の範囲より分散剤の量が多いと、分散剤自体の粘度によってカーボンナノチューブの分散効果が得られない場合があるためである。
【００５３】
本発明で使用可能なカーボンナノチューブは、シングルウォールカーボンナノチューブ、ダブルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、および束状のカーボンナノチューブからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００５４】
本発明で使用可能な分散媒としては、有機溶媒の１種のみ、水のみ、２種以上の有機溶媒の混合物、または１種以上の有機溶媒、特に極性溶媒と水との混合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５５】
前記有機溶媒の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類；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、プロピレングリコール、ブチレングリコール、へキシレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２，４−ブタントリオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオールなどのグリコール類；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などのグリコールエーテル類；プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などのグリコールエーテルアセテート類；エチルアセテート、ブトキシエトキシエチルアセテート、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）、ジヒドロテルピネオールアセテート（ＤＨＴＡ）などのアセテート類；テルピネオール類；２，２，４−トリメチルペンタン−１，３−ジオールモノイソブチルエステル（テキサノール）；１−メチルピロリドンなどが好ましく挙げられる。これらは単独でもまたは２種以上混合しても使用することができる。
【００５６】
これら有機溶媒の中で、水との混合物として好ましく用いられる極性溶媒の例としては、エチルアセテート、ブトキシエトキシエチルアセテート、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）、ジヒドロテルピネオールアセテートなどのアセテート類；テルピネオール類；２，２，４−トリメチルペンタン−１，３−ジオールモノイソブチルエステル（テキサノール）；１−メチルピロリドンなどが好ましく挙げられる。これらは単独でもまたは２種以上混合しても使用することができる。
【００５７】
また、本発明の組成物は、必要に応じて、本発明の組成物の物性を損なわない範囲で、有機バインダー、感光性モノマー、光開始剤、粘度調節剤、貯蔵安定剤、湿潤剤、酸、および塩基からなる群より選択される１種以上の添加剤をさらに含むことができる。
【００５８】
前記添加剤の含量は、本発明の組成物１００質量部を基準にして０．１〜６０質量部であることが好ましい。
【００５９】
本発明で使用可能な、有機バインダーの具体的な例としては、エチルセルロースなどのセルロース系高分子、ポリスチレン、スチレン−ブタジエンランダム共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体などのスチレン系重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンカーボネートなどが好ましく挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。より好ましくは、エチルセルロースなどのセルロース系高分子である。
【００６０】
前記感光性モノマーおよび前記光開始剤は、従来技術で公知のものを制限なしに使用できる。前記感光性モノマーの具体的な例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチルなどのアクリレート系モノマーが好ましく挙げられる。これらは単独でもまたは２種以上を混合して用いても良い。
【００６１】
前記光開始剤の例としては、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４−フェニルベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４’−メチル−ジフェニルサルファイド、および２，４，６−トリメチルベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系光開始剤、２，２’−ジエトキシアセトフェノン、２，２’−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンなどのアセトフェノン系光開始剤、または、２−イソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジクロロチオキサントン、および１−クロロ−４−プロポキシチオキサントンなどのチオキサントン系光開始剤などが好ましく挙げられる。これらは単独でもまたは２種以上を混合して用いても良い。
【００６２】
前記粘度調節剤および前記貯蔵安定剤は、従来技術で公知のものを制限なしに使用できる。前記粘度調節剤および前記貯蔵安定剤の具体的な例としては、カゼイン、カルボキシメチルセルロースなどが好ましく挙げられる。前記粘度調節剤および前記貯蔵安定剤は、単独でもまたは２種以上を混合して用いても良い。
【００６３】
前記湿潤剤も、従来技術で公知のものを制限なしに使用できる。前記湿潤剤の具体的な例としては、グリセリン、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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、２−メチル−２ペンタンジオールなどの多価アルコールが好ましく挙げられる。前記湿潤剤は、単独でもまたは２種以上を混合して用いても良い。
【００６４】
本発明の組成物には、酸または塩基がさらに含まれていてもよい。前記酸および前記塩基は、水および極性溶媒に対する分散剤の溶解度を増加させ、分散したカーボンナノチューブ粒子に静電気的反発を与え、カーボンナノチューブの分散状態を安定化させる役割を果たしうる。前記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、または炭酸などが好ましく、前記塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、または水酸化アンモニウムなどが好ましい。前記酸および前記塩基は、単独でもまたは２種以上を混合して用いても良い。
【００６５】
上述の本発明の組成物は、水性または油性であるカーボンナノチューブ組成物を使用する各種の産業分野に応用できる。具体的に例を挙げると、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）の電界放出源、カーボンナノチューブインク、および印刷可能なカーボンナノチューブなどの製造に用いられうる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明を、実施例を通じてさらに詳しく説明するが、各実施例は、説明のためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【００６７】
［本発明による分散剤の頭部の種類によるカーボンナノチューブの分散効果の確認］
（実施例１）
分散剤であるポリ（３−ヘキシルチオフェン）２０ｍｇをクロロホルム２０ｍｌに入れて溶解した後、この溶液にマルチウォールカーボンナノチューブ２ｍｇを添加して超音波分散機で１０時間分散させた後、５，６００ｒｐｍで５分間遠心分離を行ってカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００６８】
（実施例２）
分散剤として３−ヘキシルチオフェンを使用したことを除けば、実施例１と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００６９】
（実施例３）
分散剤として３−ドデシルチオフェンを使用したことを除けば、実施例１と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７０】
（実施例４）
分散剤としてドデカンチオールを使用したことを除けば、実施例１と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７１】
（比較例１）
分散剤を使用しないことを除けば、実施例１と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７２】
上記の実施例１〜４および比較例１で得られたカーボンナノチューブ溶液を遠心分離し、凝集した粉末を除去した後、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製  Ｖ−５６０、吸光度モード、スキャン速度：４００ｎｍ／ｍｉｎ）を用いて波長８００ｎｍでの吸光度を測定し、その結果を図１に示した。このとき、標準溶液としては、カーボンナノチューブが含まれていない分散剤溶液を用いた。
【００７３】
図１に示すように、本発明の分散剤を使用した実施例１〜４の場合、前記分散剤を使用しない比較例１に比べると、吸光度が高く示され、本発明の分散剤がカーボンナノチューブを有機溶媒内でよく分散させることを確認できる。特に、頭部としてチオフェンまたはポリチオフェンを有する分散剤（実施例１〜３）は、一層優れた分散効果を示すことが分かる。
【００７４】
［本発明による分散剤の尾部の種類によるカーボンナノチューブの分散効果の確認］
（実施例５）
分散剤として、頭部がポリチオフェン構造を有し、尾部がポリエチレンオキサイド構造を有する下記化学式（８）で表される化合物を使用して、カーボンナノチューブ溶液を製造した。具体的に説明すると、前記分散剤２０ｍｇをテルピネオール２０ｍｌに入れて溶解させた後、この溶液にシングルウォールカーボンナノチューブ２ｍｇを添加して超音波分散器（ｓｏｎｉｃｂａｔｈ）で１０時間分散させ、５，６００ｒｐｍで５分間遠心分離を行ってカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７５】
【化１１】
2007099611.tif 000013
【００７６】
本実施例で用いた化合物は、前記化学式（８）中のｌが５０であり、ｍが９である化合物である。
【００７７】
（実施例６）
前記実施例５の分散剤と同一のポリチオフェン頭部を有し、尾部としてヘキシル基を有するポリ（３−ヘキシルチオフェン）（数平均分子量６，０００）を分散剤として使用したことを除けば、前記実施例５と同じ方法で実施してカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７８】
（比較例２）
分散剤を使用しないことを除けば、実施例５と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００７９】
上記の実施例５〜６、および比較例２で得られたカーボンナノチューブ溶液を遠心分離し、凝集された粉末を除去した後、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製  Ｖ−５６０、吸光度法、スキャン速度：４００ｎｍ／ｍｉｎ）を用いて波長８００ｎｍでの吸光度を測定し、その結果を図２に示した。
【００８０】
図２に示すように、ポリエチレンオキサイド尾部を有する分散剤を使用した実施例５、及びアルキル尾部を有する分散剤を使用した実施例６は、前記分散剤を使用しない比較例２に比べて高い吸光度を示し、本発明の分散剤が尾部の種類と関係なしにカーボンナノチューブを有機溶媒内でよく分散させることを確認できる。このとき、本発明の分散剤のうち、アルキル尾部を有する分散剤が一層高い吸光度を示す理由は、ポリエチレンオキサイド尾部を有する分散剤のテルピネオール溶媒に対する溶解度が、前記アルキル尾部を有する分散剤の溶解度より低いためである。
【００８１】
［分散媒及び本発明による分散剤の種類によるカーボンナノチューブの分散効果測定］
（実施例７）
分散剤として下記化学式（９）で表される化合物を使用し、分散媒として水を使用したことを除けば、実施例５と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００８２】
【化１２】
2007099611.tif 000014
【００８３】
本実施例で用いた化合物は、前記化学式（９）中の、ｌが５０である化合物である。
【００８４】
（実施例８）
分散媒として水４ｍｌとエチルアルコール１６ｍｌとの混合物を使用したことを除けば、実施例７と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００８５】
（実施例９）
分散剤としてポリ(３−ペンタデシルピロール)を使用したことを除けば、実施例７と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００８６】
（実施例１０）
分散剤としてポリヘキシルアニリンを使用したことを除けば、実施例７と同様の方法でカーボンナノチューブ溶液を得た。
【００８７】
上記の実施例７〜１０によるカーボンナノチューブ溶液を遠心分離し、凝集した粉末を除去した後、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製  Ｖ−５６０、吸光度法、スキャン速度：４００ｎｍ／ｍｉｎ）を用いて８００ｎｍでの吸光度を測定し、その結果を図３に示した。
【００８８】
図３に示すように、本発明による分散剤を、水または水と極性溶媒との混合溶媒で使用した場合、全体的に吸光度が高くなった。このことから、本発明の分散剤を使用できる分散媒の範囲が有機溶媒のみならず、水のみおよび極性溶媒と水との混合溶媒まで多様であることが確認できた。
【００８９】
［本発明による分散剤の使用の有無によるカーボンナノチューブペースト組成物の粘度変化測定及びＳＥＭ撮影］
（実施例１１）
テルピネオール溶媒１３．７７５ｇに、有機バインダーとしてエチルセルロース８．３３５ｇを溶解させてバインダー溶液を作製した。前記バインダー溶液に、実施例５の分散剤０．０１９ｇおよびマルチウォールカーボンナノチューブ０．３８ｇを添加した後、ボールミルで１０時間混合してカーボンナノチューブペースト組成物を得た。
【００９０】
（比較例３）
分散剤を使用しないことを除けば、実施例１１と同様の方法でカーボンナノチューブペースト組成物を得た。
【００９１】
（１）粘度測定
上記の実施例１１および比較例３で得られたカーボンナノチューブペースト組成物の粘度変化を、剪断速度を増加させながら測定した。粘度は、粘度測定計（ＲＶ−ＩＩ、米国のＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社製）を用いて測定し、測定条件として、Ｎｏ．１４のスピンドルを使用して、温度２４．５〜２５．５℃、測定時間３０秒で剪断速度による粘度の変化を測定した。
【００９２】
その結果、比較例３の組成物の場合、２ｒｐｍで６６０００ｃｐｓ、２０ｒｐｍで２３４００ｃｐｓという粘度を示した一方、本発明の分散剤を使用した実施例１１の組成物の場合、２ｒｐｍで４６５００ｃｐｓ、２０ｒｐｍで１４３２５ｃｐｓという低い粘度を示した。したがって、本発明の分散剤を使用した組成物は、比較例の組成物に比べて粘度減少効果を明確に示すことが確認できた。
【００９３】
（２）カーボンナノチューブ膜の製造およびＳＥＭ撮影
上記の実施例１１および比較例３で得たカーボンナノチューブペースト組成物を、それぞれガラス基板に３０μｍの厚さで塗布した後、空気中３８０℃で焼成してカーボンナノチューブ膜を得た。このように得られたカーボンナノチューブ膜の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した。結果を図４および図５に示した。
【００９４】
図４および図５に示すように、本発明の分散剤を使用して得られたカーボンナノチューブペースト組成物で製造したカーボンナノチューブ膜（図４を参照）は、分散剤を使用しない比較例３の組成物で製造したカーボンナノチューブ膜（図５を参照）に比べると、カーボンナノチューブが均一に分散していることが確認できる。
【００９５】
［本発明による分散剤の分子量による溶解実験］
分散剤が適用されうる溶媒の種類は、前記分散剤の分子量によって制限される。これは、溶媒に分散剤自身が溶解されないと、所望の分散剤の効果が得られないためである。したがって、以下、本発明の分散剤の数平均分子量を調節した後、様々な溶媒への溶解度を測定した。
【００９６】
分散剤の数平均分子量は以下の条件で測定した。
【００９７】
移動相としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を用い、測定温度４５℃で、ＧＰＣ法により測定した。使用したＧＰＣ測定機器は、Ｗａｔｅｒｓ社（米国）製の２６９０であり、カラムは、Ｗａｔｅｒｓ社製のＳｔｙｒａｇｅｌ（登録商標）ＨＲ−１を２本、およびＷａｔｅｒｓ社製のＳｔｙｒａｇｅｌ（登録商標）ＨＲ−２を１本使用した。標準ポリエチレングリコール（数平均分子量が１２０００、６２４０、４４５０、１５００、９７０、６００、４２０、および１０６のもの）および標準ポリスチレン（数平均分子量が１６７００、１０９００、５９７０、５１０、および３７０のもの）を標準物質として用い、検量線および数平均分子量を得た。
【００９８】
（実施例１２〜２４）
分散剤として、８７，０００の数平均分子量を有するポリ（３−ヘキシルチオフェン）２ｍｇを、下記表１に記載された溶媒２０ｍｌにそれぞれ投入した後、超音波分散機で約４時間混合して、計１３個の分散剤溶液を得た。
【００９９】
（実施例２５〜３６）
分散剤として、６，０００の数平均分子量を有するポリ（３−ヘキシルチオフェン）２ｍｇを下記表１に記載された溶媒２０ｍｌにそれぞれ投入した後、超音波分散機で約１５分間混合して、計１２個の分散剤溶液を得た。
【０１００】
【表１】
2007099611.tif 000015
【０１０１】
上記の実施例１２〜２４および実施例２５〜３６によって製造された分散剤溶液の分散程度は、写真を撮影して、図６および図７に示した。図６および図７に示すように、数平均分子量が８７，０００である分散剤は、溶解時間を長くしたにもかかわらず、ほとんど溶解しなかったが（図６を参照）、数平均分子量が６，０００である分散剤は、極めて短い溶解時間であるにもかかわらず、ほとんどの溶媒中でよく溶解することがわかった（図７を参照）。したがって、上記の結果から、低分子量、すなわち１０，０００以下の数平均分子量である分散剤が、高い数平均分子量を有する分散剤に比べて高い溶解度を示すため、使用可能な溶媒の種類が、有機溶媒から極性溶媒に至るまで多様であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のカーボンナノチューブ用分散剤は、カーボンナノチューブの関連分野で好適に用いられうる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明による分散剤の、頭部種類によるカーボンナノチューブ溶液の吸光度測定結果を示したグラフである。
【図２】本発明による分散剤の、尾部種類によるカーボンナノチューブ溶液の吸光度測定結果を示したグラフである。
【図３】分散媒の種類および本発明による分散剤の種類によるカーボンナノチューブ溶液の吸光度測定結果を示したグラフである。
【図４】本発明による分散剤を使用して得られたカーボンナノチューブペースト組成物から製造した、カーボンナノチューブ膜表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】本発明による分散剤を使用しないカーボンナノチューブペースト組成物から製造した、カーボンナノチューブ膜表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】数平均分子量が８７，０００である本発明による分散剤（ポリ（３―ヘキシルチオフェン））の溶解実験の結果を撮影した写真である。
【図７】数平均分子量が６，０００である本発明による分散剤（ポリ（３―ヘキシルチオフェン））の溶解実験の結果を撮影した写真である。
【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】
2007099611.tif 000030
【図６】
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【図７】
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