(57)【要約】【課題】ＣＮＴの特性を低下させず、分散媒中でＣＮＴを安定に分散させることができるＣＮＴ分散剤、及びＣＮＴ分散液を提供すること。【解決手段】シリカコロイド、及び／又は遷移金属の酸化物のコロイドを含むことを特徴とするＣＮＴ分散剤。前記遷移金属の酸化物は、ジルコニア、セリア、チタニア、及び酸化亜鉛から成る群から選ばれる１種以上であることが好ましい。上述したＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴとを含むことを特徴とするＣＮＴ分散液。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカコロイド、及び／又は遷移金属の酸化物のコロイドを含むことを特徴とするＣＮＴ分散剤。
【請求項２】
前記遷移金属の酸化物は、ジルコニア、セリア、チタニア、及び酸化亜鉛から成る群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載のＣＮＴ分散剤。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴとを含むことを特徴とするＣＮＴ分散液。
【請求項４】
前記シリカコロイド、及び／又は前記遷移金属の酸化物のコロイドの濃度が０．０５〜３０重量％であることを特徴とする請求項３記載のＣＮＴ分散液。
【請求項５】
ｐＨが７以下であることを特徴とする請求項３又は４記載のＣＮＴ分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を液中で分散させるために用いられるＣＮＴ分散剤、及びＣＮＴ分散液に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴは、電界放出特性、機械的強度、電気伝導性、熱伝導性、化学的安定性等において優れた特性を有する。そのため、ＣＮＴを含む材料は、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）、透明電極、燃料電池、導電性樹脂、ヒートシンク、宇宙エレベータ、化学センサ等、様々な用途において期待されている。
【０００３】
ＣＮＴを含む材料を製造するとき、ＣＮＴが分散媒中で安定に分散している分散液（ＣＮＴ分散液）を調製する必要がある。ＣＮＴを分散媒中で安定に分散させるために、ＣＮＴを酸で処理する方法（非特許文献１参照）、ＣＮＴをプラズマで処理する方法（特許文献１参照）、界面活性剤を添加する方法（特許文献２参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003-300715号公報
【特許文献２】特開2010-13312号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Carbon46（2008）、p833-840
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＣＮＴを酸やプラズマで処理すると、ＣＮＴ表面に欠陥を形成し、ＣＮＴが元来有している優れた特性（電気伝導性、熱伝導性、機械強度等）を低下させてしまう。
【０００７】
また、従来の界面活性剤（通常、ドデシル硫酸ナトリウム等の有機系材料）を添加する方法では、分散媒中におけるＣＮＴ濃度が高い場合、ＣＮＴを安定に分散できず、ＣＮＴの凝集や沈降が生じてしまう。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、ＣＮＴの特性を低下させず、分散媒中でＣＮＴを安定に分散させることができるＣＮＴ分散剤、及びＣＮＴ分散液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】
【０００９】
本発明のＣＮＴ分散剤は、シリカコロイド、及び／又は遷移金属の酸化物のコロイドを含むことを特徴とする。
本発明のＣＮＴ分散剤を用いれば、ＣＮＴを分散媒中で安定に分散させることができる。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【００１０】
本発明のＣＮＴ分散剤の使用方法としては、例えば、本発明のＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴの粉末とを混合する方法がある。また、本発明のＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴを含む分散液とを混合してもよい。
【００１１】
本発明のＣＮＴ分散剤におけるコロイド粒子の粒径は、１〜１１０ｎｍの範囲が好適である。この範囲内であることにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。
また、ＣＮＴ分散剤におけるコロイド粒子の濃度は、０．０５〜３０重量％の範囲が好適である。０．０５重量％以上であることにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。また、３０重量％以下であることにより、コロイド粒子がゲル化しにくい。イオン交換により作製したシリカコロイドを含むＣＮＴ分散剤の場合は、０．０５〜５重量％の範囲が好適である。
【００１２】
前記遷移金属の酸化物としては、例えば、ジルコニア、セリア、チタニア、及び酸化亜鉛から成る群から選ばれる１種以上が挙げられる。これらのコロイド粒子は、アルミナのコロイド粒子よりも、ＣＮＴの分散性が一層高い。
【００１３】
本発明のＣＮＴ分散剤におけるｐＨは、７以下であることが好ましい。この範囲内であることにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。
本発明のＣＮＴ分散剤に含まれる分散媒としては、例えば、水、ＩＰＡ、エチレングリコール等が挙げられる。
【００１４】
本発明のＣＮＴ分散剤（シリカコロイドを含むもの）は、例えば、以下のように製造することができる。まず、ケイ酸ソーダ（１〜５号ケイ酸ソーダ、高純度ケイ酸ソーダ）を、ＳｉＯ2濃度が１〜５重量％となるように希釈する。この希釈したケイ酸ソーダを、強酸性陽イオン交換樹脂に通す。このとき、ケイ酸ソーダのＮａイオンがＨイオンに置換される。その結果、シリカゾル（活性ケイ酸）が得られる。このシリカゾルを、シリカコロイドを含むＣＮＴ分散剤とすることができる。また、硫酸とケイ酸ソーダとから調製した酸性シリカゾル等も、シリカコロイドを含むＣＮＴ分散剤とすることができる。
【００１５】
本発明のＣＮＴ分散液は、上述したＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴとを含むことを特徴とする。本発明のＣＮＴ分散液は、上述したＣＮＴ分散剤を含むことにより、ＣＮＴを分散媒中で安定に分散させることができる。
【００１６】
ＣＮＴ分散液におけるコロイド粒子の濃度は、０．０５〜３０重量％の範囲が好適である。０．０５重量％以上であることにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。また、３０重量％以下であることにより、コロイド粒子がゲル化しにくい。イオン交換により作製したシリカコロイドを含むＣＮＴ分散液の場合は、０．０５〜５重量％の範囲が好適である。
【００１７】
本発明のＣＮＴ分散液におけるｐＨは、７以下であることが好ましい。この範囲内であることにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。
本発明のＣＮＴ分散液における分散媒は、ＣＮＴ分散剤に含まれていた分散媒であってもよいし、それとは別に加えられた分散媒であってもよいし、ＣＮＴ分散剤に含まれていた分散媒と他の分散剤との混合物であってもよい。
【００１８】
本発明のＣＮＴ分散液は、例えば、ＣＮＴ分散剤と、ＣＮＴとを混合させることで製造できる。混合後、分散処理（例えば、超音波処理、機械的な攪拌処理等）を行うことが好ましい。分散処理を行うことにより、ＣＮＴの分散性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＣＮＴを表す電子顕微鏡写真であって、（ａ）はＶＧＣＦ−Ｈを表し、（ｂ）はＶＧＣＦ−Ｘを表す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２１】
１．ＣＮＴ分散剤の製造
５号ケイ酸ナトリウム水溶液(SiO2濃度25.6重量％、モル比3.7)を、SiO2濃度が１重量％となるようにイオン交換水で希釈した。この希釈したケイ酸ナトリウム溶液を、カラムに充てんした強酸性陽イオン交換樹脂に通液することで、SiO2濃度1重量％のシリカコロイド溶液(ｐＨ3.9)を調製した。このシリカコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤１Ａとする。
【００２２】
また、3ｇのＣＮＴ分散剤１Ａに、イオン交換水27ｇを加えて希釈することにより、SiO2濃度0.1重量％のシリカコロイド溶液(ｐＨ5.2)を調製した。このシリカコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤１Ｂとする。
【００２３】
また、0.3ｇのＣＮＴ分散剤１Ａに、イオン交換水29.7ｇを加えて希釈することにより、SiO2濃度0.01重量％のシリカコロイド溶液(ｐＨ5.6)を調製した。このシリカコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤１Ｃとする。
【００２４】
また、ＣＮＴ分散剤１ＡのｐＨを、1mol/lの塩酸を加えることで、1.5、2.5、3.4にそれぞれ調整した。ｐＨが1.5であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｄとし、ｐＨが2.5であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｅとし、ｐＨが3.4であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｆとする。また、ＣＮＴ分散剤１ＡのｐＨを、0.1mol/lのアンモニア水を用いて、4.5、5.5、6.4にそれぞれ調整した。ｐＨが4.5であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｇとし、ｐＨが5.5であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｈとし、ｐＨが6.4であるシリカコロイド溶液をＣＮＴ分散剤１Ｉとする。
【００２５】
また、市販のシリカコロイド溶液である、日産化学工業製のシリカゾルスノーテックスOXS(ｐＨ2〜4、粒径4〜6ｎｍ、SiO2濃度10重量％)、スノーテックスOS(ｐＨ2〜4、粒径8〜11ｎｍ、SiO2濃度20重量％)、スノーテックスOUP(ｐＨ2〜4、粒径40〜100ｎｍ、SiO2濃度15重量％)を、それぞれ、ＣＮＴ分散剤１Ｊ、１Ｋ、１Ｌとする。
【００２６】
なお、本実施例における各ＣＮＴ分散剤の概略を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また、表１には、後述する実施例２〜７で調製する各ＣＮＴ分散剤の概略も示す。
２. ＣＮＴ分散液の製造
30ｇのＣＮＴ分散剤１Ａに、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。ＣＮＴとしては、図１（ａ）に示すＶＧＣＦ−Ｈ（Vapor Grown Carbon Fiber、昭和電工製）と図１（ｂ）に示すＶＧＣＦ−Ｘ（Vapor Grown Carbon Fiber、昭和電工製）を、それぞれ用いた。ＶＧＣＦ−Ｈは直径150ｎｍ、長さ6μｍのＣＮＴである。また、ＶＧＣＦ−Ｘは、直径15ｎｍ、長さ３μｍのＣＮＴである。なお、後述する実施例２以降でも、同様のＣＮＴを用いた。
【００２９】
また、ＣＮＴ分散剤１Ａの代わりに、ＣＮＴ分散剤１Ｂ〜１Ｌをそれぞれ用いて、上と同様に、ＣＮＴ分散液を得た。
得られた各ＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置し、凝集や沈降が生じたかを確認した。その結果を上記表１に示す。表１において「○」は凝集や沈降が生じないことを表し、「×」は凝集や沈降が生じたことを表す。
【００３０】
また、30ｇのＣＮＴ分散剤１Ａに、1.5ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。このＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降がないことを確認した。
【００３１】
また、30ｇのＣＮＴ分散剤１Ａに、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た後、アンモニア水を用いて、このＣＮＴ分散液のｐＨを9.5に調整した。その後、２４時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００３２】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【００３３】
なお、ＣＮＴ分散剤１ＡのｐＨを、0.1mol/Lのアンモニア水を用いて、7.4、8.6、9.5としてから、上と同様にＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行ったところ、ｐＨが酸性である場合に比べて、凝集や沈降が生じ易かった。
【実施例２】
【００３４】
日産化学工業製のジルコニアコロイド溶液(ｐＨ2.9、粒径80〜110ｎｍ、ZrO2濃度30重量％)を、ＣＮＴ分散剤２とする。
30ｇのＣＮＴ分散剤２に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。得られたＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００３５】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【実施例３】
【００３６】
日産化学工業製のセリアコロイド溶液(ｐＨ3.1、粒径30〜80ｎｍ、CeO2濃度20重量％)を、ＣＮＴ分散剤３とする。
30ｇのＣＮＴ分散剤３に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。得られたＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００３７】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【実施例４】
【００３８】
0.2mol/lの硝酸亜鉛水溶液とアンモニア水とを、それぞれ100ml調製した後に混合した。この結果得られた沈殿物を3000ｒｐｍで10分間遠心分離させ、未反応成分を除去した。これにエチレングリコール（ＥＧ）を溶媒として添加して、40℃で24時間静置して酸化亜鉛コロイド溶液を得た。この酸化亜鉛コロイド溶液をＣＮＴ分散剤４とする。ＣＮＴ分散剤４における酸化亜鉛の濃度は8重量％であり、ＣＮＴ分散剤４のｐＨは5.7である。
【００３９】
30ｇのＣＮＴ分散剤４に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。得られたＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００４０】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【実施例５】
【００４１】
シリカコロイド粒子が、分散媒であるイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)中に分散しているコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤５とする。シリカコロイド粒子は、ＣＮＴ分散剤１Ａにおけるシリカコロイド粒子と同様のものである。また、ＣＮＴ分散剤５におけるシリカ濃度は30重量％である。
【００４２】
30ｇのＣＮＴ分散剤５に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。得られたＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００４３】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成してしまうことがない。
【実施例６】
【００４４】
酸化チタン（TiO2）コロイド粒子が、分散媒であるＩＰＡ中に分散しているコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤６とする。ＣＮＴ分散剤６における酸化チタン濃度は10重量％である。
【００４５】
30ｇのＣＮＴ分散剤６に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行い、ＣＮＴ分散液を得た。得られたＣＮＴ分散液を、超音波処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
【００４６】
以上のように、本実施例のＣＮＴ分散液は、ＣＮＴを安定に分散させることができた。また、ＣＮＴを酸やプラズマで処理する方法のように、ＣＮＴ表面に欠陥を形成しまうことがない。
【実施例７】
【００４７】
まず、前記実施例１と同様にして、SiO2濃度1重量％のシリカコロイド溶液を調製した。次に、このSiO2濃度1重量％のシリカコロイド溶液をイオン交換水で希釈して、SiO2濃度0.25重量％のシリカコロイド溶液を調製した。このSiO2濃度0.25重量％のシリカコロイド溶液を、ＣＮＴ分散剤７とする。なお、ＣＮＴ分散剤７におけるシリカ濃度は、後述する比較例４におけるアルミナ濃度と同じである。
【００４８】
上記のように調製したＣＮＴ分散剤７の30ｇに、0.15ｇのＣＮＴを添加し、分散処理（超音波処理）を行った。分散処理後、24時間静置しても、凝集や沈降は生じなかった。
（比較例１）
30ｇの塩酸水溶液（ｐＨ2.5）に、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行った。その後24時間静置すると、凝集や沈降が生じた。
【００４９】
（比較例２）
30ｇのＩＰＡに、0.15ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行った。その後24時間静置すると、凝集や沈降が生じた。
【００５０】
（比較例３）
ドデシル硫酸ナトリウムの(ＳＤＳ)の1重量％溶液40ｇに、2ｇのＣＮＴを添加し、20分間の超音波処理を行った。その後24時間静置すると、凝集や沈降が生じた。また、ＳＤＳ溶液は、超音波処理時に、泡を発生させた。
【００５１】
（比較例４）
Al2O3濃度0.25重量％のアルミナコロイド溶液を調製した。このアルミナ濃度は、前記実施例７におけるシリカ濃度と同じである。上記のアルミナコロイド溶液30ｇに、0.15gのＣＮＴを添加し、分散処理（超音波処理）を行った。その後24時間静置すると、凝集や沈降が生じた。
【００５２】
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図１】
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