JP2007231471A - Method for producing fine carbon fiber aggregate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コーティング材料等の電気特性、熱特性等の物理特性向上に適した添加剤として有用な微細炭素繊維集合体の製造方法、及びこの製造方法で得られた微細炭素繊維集合体を含有するコーティング材料に関する。 The present invention includes a method for producing a fine carbon fiber aggregate useful as an additive suitable for improving physical properties such as electrical properties and thermal properties of a coating material, and the fine carbon fiber aggregate obtained by this production method. It relates to a coating material.
微細炭素繊維を製造する方法として、ベンゼン、トルエン又はキシレン等の炭素源となる炭化水素を気相中で熱分解する気相成長法が知られている。例えば、熱分解帯域に置かれた基板上に金属微粒子を散布し、そこから微細炭素繊維を成長させる基板法、浮遊する金属微粒子を触媒として微細炭素繊維を生成させる浮遊法などである。この気相成長法で得られる微細炭素繊維は、有機材料、無機材料及び金属材料等の母材の性能向上及び新規機能を発現させる添加物として期待されている。 As a method for producing fine carbon fibers, a vapor phase growth method is known in which hydrocarbons serving as a carbon source such as benzene, toluene or xylene are thermally decomposed in a gas phase. For example, there are a substrate method in which metal fine particles are dispersed on a substrate placed in a thermal decomposition zone and fine carbon fibers are grown therefrom, and a floating method in which fine carbon fibers are generated using floating metal fine particles as a catalyst. The fine carbon fiber obtained by this vapor phase growth method is expected as an additive for improving the performance of a base material such as an organic material, an inorganic material, and a metal material and exhibiting a new function.
しかし、この気相成長法により得られる微細炭素繊維は、非常に大きなアスペクト比を有し、また、微細炭素繊維同士の間にファンデルワールス力が働く。このため、製造された微細炭素繊維は、相互に密に絡み合った凝集状態で生成される(特許文献1及び特許文献2)。 However, the fine carbon fiber obtained by this vapor growth method has a very large aspect ratio, and van der Waals force acts between the fine carbon fibers. For this reason, the manufactured fine carbon fiber is produced | generated in the aggregation state intertwined closely (patent document 1 and patent document 2).
例えば、基板法により得られる微細炭素繊維は、微細炭素繊維同士が互いに絡み合い粒状の凝集状態を形成している。また、浮遊法により得られる微細炭素繊維に関しても、絡み合いが生じる。凝集した微細炭素繊維を使用すると、樹脂等のマトリックス中において炭素繊維凝集体の分散が進まず、従来より、凝集状態を形成した微細炭素繊維を細分化する方法が行われていた。
従来行われていた細分化方法としては、例えば特許文献1には振動ボールミルを使用して粉砕処理する手法、特許文献2には気相法炭素繊維を2400℃以上で黒鉛化したのちジェットミルにて粉砕する手法、特許文献3に示すボールミル、ロータースピードミル、カッティングミル、ホモジナイザー、振動ミル又はアトライタ等で機械的に粉砕する手法、並びに特許文献4には衝撃羽根を備える高衝撃力処理装置を利用して創生微細炭素繊維に高衝撃力を作用させて創生微細炭素繊維を切断・分散する手法などが挙げられる。
For example, in the fine carbon fiber obtained by the substrate method, the fine carbon fibers are entangled with each other to form a granular aggregated state. In addition, entanglement occurs with respect to the fine carbon fiber obtained by the floating method. When agglomerated fine carbon fibers are used, the dispersion of carbon fiber aggregates does not proceed in a matrix such as a resin, and conventionally, a method of subdividing fine carbon fibers having formed an agglomerated state has been performed.
As a conventional subdivision method, for example, Patent Document 1 discloses a method of pulverizing using a vibrating ball mill, and Patent Document 2 discloses that a vapor-grown carbon fiber is graphitized at 2400 ° C. or higher and then converted into a jet mill. , A method of mechanically pulverizing with a ball mill, a rotor speed mill, a cutting mill, a homogenizer, a vibration mill, or an attritor as shown in Patent Document 3, and Patent Document 4 includes a high impact force processing apparatus equipped with impact blades. A method of cutting and dispersing the generated fine carbon fiber by applying a high impact force to the generated fine carbon fiber by using it may be mentioned.
しかしながら、凝集した微細炭素繊維を粉砕して細分化する従来の手法には種々の問題点が存在する。例えば、圧壊に分類されるボールミルタイプの粉砕機では、粉砕メディアとして用いられる剛性ボールによって微細炭素繊維を押し潰し破壊しながら細分化が進行する為、微細炭素繊維自体の構造欠陥が生じ、このため、導電性等の物性が低下することとなる。また、セラミック球などの粉砕媒体を使用するとセラミック粉が発生し、このセラミック粉が不純物として細分化された微細炭素繊維に混入されることとなる。 However, there are various problems in the conventional method of pulverizing and subdividing the agglomerated fine carbon fibers. For example, in a ball mill type pulverizer classified as crushing, since the fine carbon fibers are crushed and broken by the rigid balls used as the pulverizing media, the fine carbon fibers themselves cause structural defects. The physical properties such as conductivity will be lowered. In addition, when a grinding medium such as a ceramic sphere is used, ceramic powder is generated, and this ceramic powder is mixed into the fine carbon fibers that are subdivided as impurities.
また、高温熱処理(アニール)を受けた微細炭素繊維は弾性体であるので、これを気流粉砕しようとする場合には、(イ)微細炭素繊維の表面に存在する空気の層は、粉砕時、微細炭素繊維の同士の衝突、又は、壁あるいは運動体との衝突において中間に存在して衝撃を抑え、粉砕効率の低下を招くという問題や、(ロ)粉砕において過酷な条件を用いる必要があり、多大なエネルギーを要するという問題があった。
本発明の目的は、優れた電気特性、熱特性、機械特性を有する、面積基準の円相当平均径が150μm未満の微細炭素繊維集合体を、経済的に有利に効率よく得ることができる微細炭素繊維集合体の製造方法を提供することである。また、本発明の目的はそのようにして得られた微細炭素繊維集合体を含有するコーティング材料を提供することである。 An object of the present invention is to provide fine carbon fiber aggregates having excellent electrical properties, thermal properties, and mechanical properties and having an area-based circle equivalent average diameter of less than 150 μm, which is economically advantageous and efficient. It is providing the manufacturing method of a fiber assembly. Moreover, the objective of this invention is providing the coating material containing the fine carbon fiber aggregate | assembly obtained in that way.
本発明は、面積基準の円相当平均径が150μm以上の微細炭素繊維集合体(以下、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体という)を気流粉砕及び/又は気流解繊した後、1800〜3000℃にて熱処理を行なう、面積基準の円相当平均径が150μm未満の微細炭素繊維集合体(以下、粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体という)の製造方法を提供するものである。 In the present invention, fine carbon fiber aggregates (hereinafter referred to as fine carbon fiber aggregates used for pulverization and / or defibration) having an area-based circle equivalent average diameter of 150 μm or more are subjected to airflow pulverization and / or airflow defibration. Thereafter, heat treatment is performed at 1800 to 3000 ° C., and a fine carbon fiber aggregate having an area-based circle-equivalent mean diameter of less than 150 μm (hereinafter, a fine carbon fiber aggregate obtained by annealing after pulverization and / or defibration) Is provided).
更に、本発明は、この製造方法で得られた微細炭素繊維集合体と有機バインダーを含有するコーティング材料を提供するものである。 Furthermore, this invention provides the coating material containing the fine carbon fiber aggregate obtained by this manufacturing method, and an organic binder.
本発明において、「微細炭素繊維」とは外径が500nm以下、より好ましくは外径が15〜100nm程度の、炭素で構成された繊維状部分を有するものをいう。また、「粉砕」とは繊維を切断し繊維長を短くすることをいい、「解繊」とは繊維が実質的に切断されずに繊維同士が絡み合った状態をほぐすことをいう。 In the present invention, “fine carbon fiber” refers to a fiber having a fibrous portion composed of carbon having an outer diameter of 500 nm or less, more preferably an outer diameter of about 15 to 100 nm. Further, “pulverization” refers to cutting the fiber to shorten the fiber length, and “defibration” refers to loosening the state in which the fibers are intertwined without being substantially cut.
本発明によれば、微細炭素繊維集合体の導電性等の特徴的物性を著しく低下させることなく、多大な粉砕エネルギーを使用することなく経済的有利に効率よく、粉砕及び/又は解繊された微細炭素繊維集合体を得ることができる。また、この製造方法で得られた微細炭素繊維集合体を導電コーティング材料の成分として使用すれば、塗膜中に微細炭素繊維集合体に起因する凝集体がなく、外観が良好な導電膜を得ることができる。 According to the present invention, the fine carbon fiber aggregate was pulverized and / or defibrated efficiently and economically without significantly reducing the characteristic physical properties such as conductivity and without using a great amount of pulverization energy. A fine carbon fiber aggregate can be obtained. Moreover, if the fine carbon fiber aggregate obtained by this production method is used as a component of the conductive coating material, a conductive film having a good appearance without an aggregate resulting from the fine carbon fiber aggregate in the coating film is obtained. be able to.
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
〔粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体〕
本発明において粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体としては、気相成長法などの微細炭素繊維合成後におけるいわゆるアズグロウン(as grown)のものであっても、その後に何らかの熱履歴を受けたものであってもよいが、好ましくは、高温熱処理(アニール処理)を受けていないもの、具体的には、1800〜3000℃の熱履歴を受けていないものが使用される。このような微細炭素繊維集合体を用いることにより、多大な粉砕エネルギー及び/又は解繊エネルギーを使うことなく、微細炭素繊維集合体への損傷を抑制しつつ効率よく粉砕及び/又は解繊を行なうことができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[A fine carbon fiber aggregate used for pulverization and / or defibration]
In the present invention, the fine carbon fiber aggregate subjected to pulverization and / or defibration may be a so-called as grown after fine carbon fiber synthesis such as vapor phase growth method, but after that, Although what received the history may be used, Preferably, the thing which has not received high temperature heat processing (annealing process), specifically, the thing which has not received the heat history of 1800-3000 degreeC is used. By using such a fine carbon fiber aggregate, the fine carbon fiber aggregate is efficiently pulverized and / or defibrated while suppressing damage to the fine carbon fiber aggregate without using much pulverization energy and / or defibration energy. be able to.
特に、微細炭素繊維合成後に、800〜1200℃で加熱して未反応原料及び/又はタール分を除去したものであって、かつ1800〜3000℃の熱履歴を受けていないものが望ましい。 In particular, after the synthesis of the fine carbon fiber, it is preferable to heat at 800 to 1200 ° C. to remove unreacted raw materials and / or tars and not to receive a heat history at 1800 to 3000 ° C.
粉砕及び/解繊に供される微細炭素繊維集合体として、外径が500nm以下の炭素繊維部分を有する炭素繊維集合体であれば、本発明の製造方法に使用され得る。この中でも、本発明の製造方法において得られる粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体を樹脂等のマトリックス中に添加したとき、その添加量が少なくても十分な電気的特性特性、機械的特性、熱的特性等を発揮させるために、微細炭素繊維集合体は可能な限り微細な炭素繊維を有し、さらにこれら炭素繊維が一本一本ばらばらなることなく互いに強固に結合し、疎な構造で樹脂中に保持される構造を有する炭素繊維構造体の集合体であることが好ましい。 As a fine carbon fiber aggregate used for pulverization and / or defibration, any carbon fiber aggregate having a carbon fiber portion with an outer diameter of 500 nm or less can be used in the production method of the present invention. Among these, when the fine carbon fiber aggregate obtained by annealing after pulverization and / or defibration obtained in the production method of the present invention is added to a matrix such as a resin, it is sufficient even if the addition amount is small. In order to exhibit electrical characteristics, mechanical characteristics, thermal characteristics, etc., the fine carbon fiber aggregate has as fine a carbon fiber as possible, and these carbon fibers are not separated from one another. It is preferably an aggregate of carbon fiber structures having a structure that is firmly bonded and held in a resin with a sparse structure.
すなわち、本発明において粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体として、外径15〜100nmの炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の構造を有する炭素繊維構造体の集合体であって、前記3次元ネットワーク状炭素繊維構造体は、前記炭素繊維が複数延出する態様で、当該炭素繊維を互いに結合する粒状部を有しており、かつ当該粒状部は前記炭素繊維の成長過程において形成されてなるものであることが好ましい。 That is, as a fine carbon fiber aggregate used for pulverization and / or defibration in the present invention, an aggregate of carbon fiber structures having a three-dimensional network structure composed of carbon fibers having an outer diameter of 15 to 100 nm. The three-dimensional network-like carbon fiber structure has a granular part that couples the carbon fibers to each other in a form in which a plurality of the carbon fibers extend, and the granular part is a growth of the carbon fiber. It is preferably formed in the process.
このような炭素繊維構造体は、例えば、図1(SEM写真)及び図2(TEM写真)に見られるように、外径15〜100nmの炭素繊維構造体から構成される3次元ネットワーク状の炭素繊維構造体であって、前記炭素繊維構造体は、前記炭素繊維が複数延出する態様で、当該炭素繊維を互いに結合する粒状部を有するものである。 Such a carbon fiber structure is, for example, a three-dimensional network-like carbon composed of a carbon fiber structure having an outer diameter of 15 to 100 nm as seen in FIG. 1 (SEM photograph) and FIG. 2 (TEM photograph). It is a fiber structure, Comprising: The said carbon fiber structure has a granular part which couple | bonds the said carbon fiber mutually in the aspect with which the said carbon fiber is extended in multiple numbers.
粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体において、炭素繊維構造体を構成する炭素繊維の外径を、好ましくは15〜100nmの範囲のものとするのは、外径がこの範囲の場合に、本発明の製造方法において得られる、粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体を樹脂等のマトリックスへ改質剤、添加剤として使用した場合、高い導電性が得られるためである。粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体において、この外径範囲を有する筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層したもの、すなわち多層であるものは、曲がりにくく、弾性、すなわち変形後も元の形状に戻ろうとする性質が付与されるため、炭素繊維構造体が一旦圧縮された後においても、樹脂等のマトリックスに配された後において、疎な構造を採りやすくなる。 In the fine carbon fiber aggregate used for pulverization and / or defibration, the outer diameter of the carbon fiber constituting the carbon fiber structure is preferably in the range of 15 to 100 nm. In this case, when the fine carbon fiber aggregate obtained by pulverization and / or defibration and obtained by annealing in the production method of the present invention is used as a modifier or additive in a matrix such as a resin, it is high. This is because conductivity is obtained. In a fine carbon fiber aggregate obtained by annealing after pulverization and / or defibration, a cylindrical graphene sheet having this outer diameter range is laminated in a direction perpendicular to the axis, that is, a multilayer is difficult to bend. In addition, since elasticity, that is, the property of returning to the original shape after deformation, is imparted, the carbon fiber structure has a sparse structure even after being compressed and after being placed in a matrix such as a resin. It becomes easy.
さらに、この粒状部の粒径は、図2に示すように、前記微細炭素繊維の外径よりも大きい、好ましくは1.3〜250倍、より好ましくは1.5〜100倍、さらに好ましくは2.0〜25倍程度のものであることが望ましい。なお、前記値は平均値である。このように炭素繊維相互の結合点である粒状部の粒径が十分に大きなものであると、当該粒状部より延出する炭素繊維に対して高い結合力がもたらされ、粉砕及び/又は解繊工程においても炭素繊維構造体自体が破壊されにくく、かつ粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体を樹脂等のマトリックス中に配した場合に、ある程度のせん弾力を加えた場合であっても、3次元ネットワーク構造を保持したままマトリックス中に分散させることができる。なお、本明細書でいう「粒状部の粒径」とは、炭素繊維相互の結合点である粒状部を1つの粒子とみなして測定した値である。 Furthermore, as shown in FIG. 2, the particle size of the granular part is larger than the outer diameter of the fine carbon fiber, preferably 1.3 to 250 times, more preferably 1.5 to 100 times, and still more preferably. It is desirable that it is about 2.0 to 25 times. In addition, the said value is an average value. When the particle size of the granular part, which is the bonding point between the carbon fibers, is sufficiently large as described above, a high bonding force is brought about for the carbon fiber extending from the granular part, and pulverization and / or disintegration is achieved. Even in the fiber process, the carbon fiber structure itself is not easily destroyed, and when a fine carbon fiber aggregate obtained by annealing after pulverization and / or defibration is placed in a matrix such as a resin, a certain degree of elasticity Can be dispersed in the matrix while maintaining the three-dimensional network structure. The “particle size of the granular part” in the present specification is a value measured by regarding the granular part, which is a bonding point between carbon fibers, as one particle.
さらに、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体として使用される炭素繊維構造体は、3次元ネットワーク状に存在する炭素繊維が粒状部において互いに結合され、該粒状部から前記炭素繊維が複数延出する形状を呈しており、このため当該構造体は炭素繊維が疎に存在した嵩高な構造を有するが、具体的には、例えば、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体の嵩密度が0.0001〜0.05g/cm3であることが望ましい。 Further, in the carbon fiber structure used as a fine carbon fiber aggregate to be subjected to pulverization and / or defibration, carbon fibers existing in a three-dimensional network are bonded to each other in the granular part, and the carbon The fiber has a shape in which a plurality of fibers extend, and thus the structure has a bulky structure in which carbon fibers are sparsely present. Specifically, for example, a fine structure that is used for pulverization and / or defibration. The bulk density of the carbon fiber aggregate is desirably 0.0001 to 0.05 g / cm 3 .
〔粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維集合体の製造工程〕
基本的には、遷移金属超微粒子を触媒として炭化水素等の有機化合物をCVD法で化学熱分解して、本発明において用いられる微細炭素繊維の集合体(以下、中間体という)が得られる。
[Manufacturing process of fine carbon fiber aggregate used for pulverization and / or defibration]
Basically, an organic compound such as hydrocarbon is chemically pyrolyzed by CVD using transition metal ultrafine particles as a catalyst to obtain an aggregate of fine carbon fibers (hereinafter referred to as an intermediate) used in the present invention.
原料有機化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素、一酸化炭素(CO)、エタノール等のアルコール類などが使用できる。本発明に好ましいものとして用いられる微細炭素繊維構造体の集合体を得る上においては、炭素源として、分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることが好ましい。なお、本明細書において述べる「少なくとも2つ以上の炭素化合物」とは、必ずしも原料有機化合物として2種以上のものを使用するというものではなく、原料有機化合物としては1種のものを使用した場合であっても、微細炭素繊維構造体の集合体の合成反応過程において、例えば、トルエンやキシレンの水素脱アルキル化(hydrodealkylation)などのような反応を生じて、その後の熱分解反応系においては分解温度の異なる2つ以上の炭素化合物となっているような態様も含むものである。雰囲気ガスには、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性ガスや水素を用いることができる。 As the raw material organic compound, hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, alcohols such as carbon monoxide (CO) and ethanol can be used. In obtaining an aggregate of fine carbon fiber structures used as preferred in the present invention, it is preferable to use at least two or more carbon compounds having different decomposition temperatures as a carbon source. The “at least two or more carbon compounds” described in the present specification does not necessarily mean that two or more kinds of raw material organic compounds are used, and one kind of raw material organic compound is used. However, in the process of synthesizing the aggregate of fine carbon fiber structures, for example, a reaction such as hydrodealkylation of toluene or xylene occurs, and in the subsequent thermal decomposition reaction system, decomposition occurs. An embodiment in which two or more carbon compounds having different temperatures are included is also included. As the atmospheric gas, an inert gas such as argon, helium, xenon, or hydrogen can be used.
また、触媒としては、鉄、コバルト、モリブデンなどの遷移金属あるいはフェロセン、酢酸金属塩などの遷移金属化合物と硫黄あるいはチオフェン、硫化鉄などの硫黄化合物の混合物を使用する。 As the catalyst, a transition metal such as iron, cobalt or molybdenum, or a mixture of a transition metal compound such as ferrocene or metal acetate and sulfur or a sulfur compound such as thiophene or iron sulfide is used.
本発明において好ましいものとして粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体の調製は、通常行われている炭化水素等のCVD法を用い、原料となる炭化水素および触媒の混合液を蒸発させ、水素ガス等をキャリアガスとして反応炉内に導入し、800〜1300℃の温度で熱分解する。これにより、外径が15〜100nmの炭素繊維相互が、前記触媒の粒子を核として成長した粒状体によって結合した疎な三次元構造を有する炭素繊維構造体が複数集まった数cmから数十cmの大きさの集合体を合成する。 Preparation of a fine carbon fiber structure aggregate to be subjected to pulverization and / or defibration as preferred in the present invention is performed by using a commonly used CVD method such as hydrocarbon, and the raw material hydrocarbon and catalyst. The mixed liquid is evaporated, hydrogen gas or the like is introduced into the reaction furnace as a carrier gas, and is thermally decomposed at a temperature of 800 to 1300 ° C. As a result, several tens of centimeters to several tens of centimeters of carbon fiber structures having a sparse three-dimensional structure in which carbon fibers having an outer diameter of 15 to 100 nm are bonded together by granular materials grown using the catalyst particles as nuclei. Synthesize an aggregate of size.
原料となる炭化水素の熱分解反応は、主として触媒粒子ないしこれを核として成長した粒状体表面において生じ、分解によって生じた炭素の再結晶化が当該触媒粒子ないし粒状体より一定方向に進むことで、微細炭素状に成長する。しかしながら、本工程に使用される炭素繊維構造体の集合体を得る上においては、このような熱分解速度と成長速度とのバランスを意図的に変化させる、例えば上記したように炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることで、一次元的方向にのみ炭素物質を成長させることなく、粒状体を中心として三次元的に炭素物質を成長させる。もちろん、このような三次元的な炭素繊維の成長は、熱分解速度と成長速度とのバランスにのみ依存するものではなく、触媒粒子の結晶面選択性、反応炉内における滞留時間、炉内温度分布等によっても影響を受け、また、前記熱分解反応と成長速度とのバランスは、上記したような炭素源の種類のみならず、反応温度およびガス温度等によっても影響受けるが、概して、上記したような熱分解速度よりも成長速度の方が速いと、炭素物質は繊維状に成長し、一方、成長速度よりも熱分解速度の方が速いと、炭素物質は触媒粒子の周面方向に成長する。従って、熱分解速度と成長速度とのバランスを意図的に変化させることで、上記したような炭素物質の成長方向を一定方向とすることなく、制御下に多方向として、前述の三次元構造を形成することができるものである。なお、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体において、繊維相互が粒状体により結合された前記したような三次元構造を容易に形成する上では、触媒等の組成、反応炉内における滞留時間、反応温度、およびガス温度等を最適化することが望ましい。 The thermal cracking reaction of the hydrocarbon as a raw material mainly occurs on the surface of the granular particles grown using the catalyst particles or the core, and the recrystallization of carbon generated by the decomposition proceeds in a certain direction from the catalytic particles or granular materials. , Grows in the form of fine carbon. However, in obtaining the aggregate of carbon fiber structures used in this step, the balance between the thermal decomposition rate and the growth rate is intentionally changed, for example, as described above, the decomposition temperature as a carbon source. By using at least two or more carbon compounds having different from each other, the carbon material is grown three-dimensionally around the granular body without growing the carbon material only in one-dimensional direction. Of course, the growth of such three-dimensional carbon fibers does not depend only on the balance between the thermal decomposition rate and the growth rate, but the crystal surface selectivity of the catalyst particles, the residence time in the reactor, and the furnace temperature. The balance between the pyrolysis reaction and the growth rate is influenced not only by the type of carbon source as described above but also by the reaction temperature and gas temperature, etc. When the growth rate is faster than the thermal decomposition rate, the carbon material grows in a fibrous form. On the other hand, when the thermal decomposition rate is faster than the growth rate, the carbon material grows in the circumferential direction of the catalyst particles. To do. Therefore, by deliberately changing the balance between the pyrolysis rate and the growth rate, the aforementioned three-dimensional structure can be controlled in multiple directions under control without making the growth direction of the carbon material as described above constant. It can be formed. In the assembly of fine carbon fiber structures used for pulverization and / or defibration, in order to easily form the above-described three-dimensional structure in which the fibers are bound together by granular materials, the composition of the catalyst and the like It is desirable to optimize the residence time in the reaction furnace, the reaction temperature, the gas temperature, and the like.
触媒および炭化水素の混合ガスを800〜1300℃の範囲の一定温度で加熱生成して得られる、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体は、炭素原子からなるパッチ状のシート片を貼り合わせたような(生焼け状態の、不完全な)構造を有し、ラマン分光分析をすると、後述するようにDバンドが非常に大きく、欠陥が多い。また、このようにして得られる、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体は、未反応原料、非繊維状炭化物、タール分および触媒金属を含んでいる。 An assembly of fine carbon fiber structures used for pulverization and / or defibration obtained by heating a mixed gas of catalyst and hydrocarbon at a constant temperature in the range of 800 to 1300 ° C is a patch comprising carbon atoms. When a Raman spectroscopic analysis is performed, the D band is very large and has many defects as will be described later. Moreover, the aggregate | assembly of the fine carbon fiber structure used for grinding | pulverization and / or defibration obtained in this way contains an unreacted raw material, a non-fibrous carbide, a tar content, and a catalyst metal.
本発明において、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体をN2、Ar等の不活性ガス雰囲気で800〜1200℃に加熱して未反応原料及び/又はタール分などの揮発分を除去することが好ましい。 In the present invention, an aggregate of fine carbon fiber structures subjected to pulverization and / or defibration is heated to 800 to 1200 ° C. in an inert gas atmosphere such as N 2 , Ar, etc. It is preferable to remove volatile components such as.
また、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体は、例えば、ラマン分光分析法で測定されるID/IG比が、好ましくは0.2を超え、1.5以下であることが望ましい。ここで、ラマン分光分析では、大きな単結晶の黒鉛では1580cm−1付近のピーク(Gバンド)しか現れない。結晶が有限の微小サイズであることや格子欠陥により、1360cm−1付近にピーク(Dバンド)が出現する。このため、DバンドとGバンドの強度比(R=I1360/I1580=ID/IG)が上記したように所定値の範囲内であると、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体の集合体中における欠陥量が所定範囲内である。 In addition, the aggregate of fine carbon fiber structures subjected to pulverization and / or defibration, for example, has an I D / IG ratio measured by Raman spectroscopy of preferably more than 0.2. It is desirable to be 5 or less. Here, in the Raman spectroscopic analysis, only a peak (G band) near 1580 cm −1 appears in large single crystal graphite. A peak (D band) appears in the vicinity of 1360 cm −1 due to the crystal having a finite minute size or lattice defects. For this reason, when the intensity ratio of the D band and the G band (R = I 1360 / I 1580 = I D / I G ) is within the predetermined value range as described above, it is used for pulverization and / or defibration. The amount of defects in the aggregate of fine carbon fiber structures is within a predetermined range.
〔気流粉砕及び/又は気流解繊工程〕
このようにして得られた微細炭素繊維集合体、好ましくは微細炭素繊維構造体の集合体を気流粉砕及び/又は気流解繊する。気流粉砕及び/又は気流解繊する方法としては、微細炭素繊維集合体、好ましくは微細炭素繊維構造体の集合体(以下、これを微細炭素繊維集合体ということもある)に圧力変動を与える方法が挙げられる。これを行なう方法として、例えば、ニューミクロシクロマット(商標名、(株)増野製作所製)等が挙げられる。
[Airflow crushing and / or airflow defibrating process]
The fine carbon fiber aggregate thus obtained, preferably an aggregate of fine carbon fiber structures, is subjected to airflow pulverization and / or airflow defibration. As a method of airflow pulverization and / or airflow defibration, a method of applying pressure fluctuation to a fine carbon fiber aggregate, preferably an aggregate of fine carbon fiber structures (hereinafter sometimes referred to as a fine carbon fiber aggregate). Is mentioned. As a method for doing this, for example, New Microcyclomat (trade name, manufactured by Masuno Seisakusho Co., Ltd.) and the like can be mentioned.
なお、気流粉砕とするか気流解繊とするかは、処理される微細炭素繊維集合体の元々の嵩密度、平均径等に応じて適宜決定され、例えば、上記圧力変動を与える上での圧力を調整することによって行い得る。 Whether to use airflow pulverization or airflow defibration is appropriately determined according to the original bulk density, average diameter, etc. of the fine carbon fiber aggregate to be treated. For example, the pressure for giving the pressure fluctuation It can be done by adjusting.
この気流粉砕及び/又は気流解繊により、微細炭素繊維集合体は面積基準の円相当平均径が150μm未満、好ましくは140μm未満、より好ましくは130μm未満に粉砕及び/又は解繊される。この場合において、本工程の粉砕及び/又は解繊後の微細炭素繊維集合体の嵩密度を0.02g/cm3以下、好ましくは0.01g/cm3以下、より好ましくは0.005g/cm3以下とすることが、アニール後にさらに粉砕及び/又は解繊する際に凝集体を残さず粉砕及び/又は解繊できるので好ましい。粉砕及び/又は解繊工程は上記の円相当平均径を満足するために、粉砕効率及び/又は解繊効率の観点より多段階で行なっても良い。 By this airflow pulverization and / or airflow defibration, the fine carbon fiber aggregate is pulverized and / or defibrated to an area-based circle equivalent average diameter of less than 150 μm, preferably less than 140 μm, more preferably less than 130 μm. In this case, the bulk density of the fine carbon fiber aggregate after pulverization and / or defibration in this step is 0.02 g / cm 3 or less, preferably 0.01 g / cm 3 or less, more preferably 0.005 g / cm. It is preferable to set it to 3 or less, since it can be pulverized and / or defibrated without leaving an aggregate when further pulverized and / or defibrated after annealing. The pulverization and / or defibration process may be performed in multiple stages from the viewpoint of pulverization efficiency and / or defibration efficiency in order to satisfy the above-mentioned equivalent circle average diameter.
〔1800〜3000℃の熱処理(アニール)工程〕
上記のようにして気流粉砕及び/又は気流解繊した微細炭素繊維集合体を1800〜3000℃で熱処理(アニール)する。本熱処理工程を行なうことにより、後述する所望の構造体を調製し、同時に微細炭素繊維集合体に含まれる触媒金属を蒸発させて除去する。なお、この際、微細炭素繊維構造体を保護するために不活性ガス雰囲気中に還元ガスや微量の一酸化炭素ガスを添加してもよい。
[Heat treatment (annealing) at 1800 to 3000 ° C.]
The fine carbon fiber aggregate subjected to airflow pulverization and / or airflow defibration as described above is heat-treated (annealed) at 1800 to 3000 ° C. By performing this heat treatment step, a desired structure to be described later is prepared, and at the same time, the catalyst metal contained in the fine carbon fiber aggregate is evaporated and removed. At this time, a reducing gas or a small amount of carbon monoxide gas may be added to the inert gas atmosphere in order to protect the fine carbon fiber structure.
本熱処理工程において、炭素原子からなるパッチ状のシート片は、それぞれ結合して複数のグラフェンシート状の層を形成するので、本工程によって得られた微細炭素繊維集合体がマトリックス中に分散配合された場合に、良好な導電パスを形成させることができる。 In this heat treatment step, the patch-like sheet pieces made of carbon atoms are bonded to each other to form a plurality of graphene sheet-like layers. Therefore, the fine carbon fiber aggregate obtained in this step is dispersed and blended in the matrix. In this case, a good conductive path can be formed.
〔粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体〕
このようにして得られた微細炭素繊維集合体において、炭素繊維構造体はこのような所定外径を有する微細炭素繊維が3次元ネットワーク状に存在するが、これら炭素繊維は、当該炭素繊維の成長過程において形成された粒状部において互いに結合され、該粒状部から前記炭素繊維が複数延出する形状を呈しているものである。このように、微細炭素繊維同士が単に絡合しているものではなく、粒状部において相互に強固に結合されているものであることから、樹脂等のマトリックス中に配した場合に当該構造体が炭素繊維単体として分散されることなく、嵩高な構造体のままマトリックス中に分散配合されることができる。また、このような炭素繊維構造体においては、当該炭素繊維の成長過程において形成された粒状部によって炭素繊維同士が互いに結合されていることから、その構造体自体の電気的特性等も非常に優れたものであり、例えば、一定圧縮密度において測定した電気抵抗値は、微細炭素繊維の単なる絡合体、あるいは微細炭素繊維同士の接合点を当該炭素繊維合成後に炭素質物質ないしその炭化物によって付着させてなる構造体等の値と比較して、非常に低い値を示し、マトリックス中に分散配合された場合に、良好な導電パスを形成できることができる。
[A fine carbon fiber aggregate obtained by annealing after pulverization and / or defibration]
In the fine carbon fiber aggregate obtained in this way, the carbon fiber structure has fine carbon fibers having such a predetermined outer diameter in a three-dimensional network form. These carbon fibers are grown on the carbon fibers. In the granular part formed in the process, they are bonded to each other and have a shape in which a plurality of the carbon fibers extend from the granular part. In this way, the fine carbon fibers are not simply entangled with each other, but are firmly bonded to each other in the granular portion, so that when the structure is disposed in a matrix such as a resin, the structure is Without being disperse | distributed as a carbon fiber single-piece | unit, it can be disperse-blended in a matrix with a bulky structure. Further, in such a carbon fiber structure, since the carbon fibers are bonded to each other by the granular part formed in the growth process of the carbon fiber, the electrical characteristics of the structure itself are very excellent. For example, the electrical resistance value measured at a constant compression density is obtained by attaching a simple entangled body of fine carbon fibers or a joining point between fine carbon fibers by a carbonaceous material or a carbide thereof after the synthesis of the carbon fiber. Compared with the value of the structure or the like, it shows a very low value, and when it is dispersed and blended in the matrix, a good conductive path can be formed.
また、粉砕及び/又は解繊後、アニールして得られた微細炭素繊維集合体のID/IG比は、高い機械強度及び導電性を有する上から0.2以下、より好ましくは0.1以下であることが望ましい。 Also, I D / I G ratio of grinding and / or defibrilated foreign, annealed to the obtained fine carbon fiber aggregate, 0.2 or less from the above having a high mechanical strength and conductivity, and more preferably 0. 1 or less is desirable.
このようにして得られた微細炭素繊維集合体において、積層したグラフェンシートの面間隔が狭まり真密度が1.89g/cm3(アニール前)から2.1g/cm3(アニール後)に増加するとともに、炭素繊維の軸直交断面が多角形状となり、この構造の炭素繊維は、積層方向および炭素繊維を構成する筒状のグラフェンシートの面方向の両方において緻密で欠陥の少ないものとなるため、曲げ剛性(EI)が向上したものとなる。 In the thus obtained fine carbon fiber aggregate, true density narrowed spacing of graphene sheets stacked is increased 1.89g / cm 3 2.1g / cm 3 from (pre-anneal) (after annealing) In addition, the carbon fiber has a polygonal axial cross section, and the carbon fiber having this structure is dense and has few defects in both the laminating direction and the surface direction of the cylindrical graphene sheet constituting the carbon fiber. The rigidity (EI) is improved.
加えて、このようにして得られた微細炭素繊維は、その外径が軸方向に沿って変化するものであることが望ましい。このように炭素繊維の外径が軸方向に沿って一定でなく、変化するものであると、樹脂等のマトリックス中において当該炭素繊維に一種のアンカー効果が生じるものと思われ、マトリックス中における移動が生じにくく分散安定性が高まるものとなる。 In addition, it is desirable that the fine carbon fiber obtained in this way has an outer diameter that changes along the axial direction. If the outer diameter of the carbon fiber is not constant along the axial direction and varies, it is considered that a kind of anchoring effect occurs in the carbon fiber in the matrix such as resin, and the movement in the matrix Is less likely to occur and the dispersion stability is increased.
また、このようにして得られた微細炭素繊維集合体における炭素繊維構造体は、3次元ネットワーク状に存在する炭素繊維がその成長過程において形成された粒状部において互いに結合されていることから、上記したように構造体自体の電気的特性等も非常に優れたものであるが、例えば、一定圧縮密度0.8g/cm3において測定した粉体抵抗値が、0.02Ω・cm以下、より好ましくは、0.001〜0.010Ω・cmであることが望ましい。粉体抵抗値が0.02Ω・cm以下の場合に、樹脂等のマトリックスに配合された際に、良好な導電パスを形成することができるため好ましい。 In addition, the carbon fiber structure in the fine carbon fiber aggregate obtained in this way is because the carbon fibers present in a three-dimensional network form are bonded to each other in the granular part formed in the growth process. As described above, the electrical characteristics of the structure itself are very excellent. For example, the powder resistance value measured at a constant compression density of 0.8 g / cm 3 is preferably 0.02 Ω · cm or less. Is preferably 0.001 to 0.010 Ω · cm. A powder resistance value of 0.02 Ω · cm or less is preferable because a good conductive path can be formed when blended in a matrix such as a resin.
なお、本発明において、各物性値は次のようにして測定される。 In the present invention, each physical property value is measured as follows.
<嵩密度の測定>
内径70mmで分散板付透明円筒に1g粉体を充填し、圧力0.1Mpa、容量1.3リットルの空気を分散板下部から送り粉体を吹出し、自然沈降させる。5回吹出した時点で沈降後の粉体層の高さを測定する。このとき測定箇所は6箇所とることとし、6箇所の平均を求めた後、嵩密度を算出する。
<Measurement of bulk density>
A transparent cylinder with an inner diameter of 70 mm is filled with 1 g of powder, and air with a pressure of 0.1 Mpa and a capacity of 1.3 liters is sent from the lower part of the dispersion plate to blow out the powder and let it settle naturally. At the time of blowing out 5 times, the height of the powder layer after settling is measured. At this time, the number of measurement points is six, and after obtaining the average of the six points, the bulk density is calculated.
<面積基準の円相当平均径>
まず、炭素繊維構造体の集合体の写真を光学顕微鏡で観察し、写真撮影する。得られた写真において、炭素繊維構造体の集合体の輪郭が明瞭なもののみを測定対象とし、炭素繊維構造体が崩れているようなもの、あるいは明らかに面積基準の円相当径が5ミクロン以下または輪郭が不明瞭であるものは対象としなかった。1視野で対象とできる炭素繊維構造体の集合体はすべて用い、3視野で200個以上の炭素繊維構造体の集合体を対象とした。対象とされた各炭素繊維構造体の集合体の輪郭を、画像解析ソフトウェア WinRoof(商品名、三谷商事株式会社製)を用いてなぞり、輪郭内の面積を求め、各繊維構造体の集合体の円相当径を計算し、これを平均化した。
<Area-based circle equivalent average diameter>
First, a photograph of an aggregate of carbon fiber structures is observed with an optical microscope and photographed. In the obtained photograph, only the carbon fiber structure aggregate with a clear outline is the object to be measured, the carbon fiber structure is broken, or the area-based circle equivalent diameter is 5 microns or less Or the object whose outline is unclear was not considered. All aggregates of carbon fiber structures that can be targeted in one field of view were used, and aggregates of 200 or more carbon fiber structures in three fields of view were targeted. The outline of each carbon fiber structure aggregate targeted is traced using image analysis software WinRoof (trade name, manufactured by Mitani Corp.) to determine the area within the outline, The equivalent circle diameter was calculated and averaged.
<表面抵抗値>
三菱化学(株)製低抵抗率計 Loresta−GP(MCP−T600)で、ECPプローブを用いJIS K 7194に準拠して測定した。
<Surface resistance value>
A low resistivity meter Loresta-GP (MCP-T600) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used and measured according to JIS K 7194 using an ECP probe.
<ラマン分光分析>
堀場ジョバンイボン製LabRam800を用い、アルゴンレーザーの514nmの波長を用いて測定する。
<Raman spectroscopy>
Using a LabRam800 manufactured by Horiba Joban Yvon, measurement is performed using a wavelength of 514 nm of an argon laser.
<酸化温度>
マックスサイエンス製TG−DTAを用い、空気を0.1リットル/分の流速で流通させながら、10℃/分の速度で昇温し、微細炭素繊維集合体の酸化挙動を測定した。DTAの発熱ピークトップの温度を酸化温度として求める。
<Oxidation temperature>
TG-DTA manufactured by Max Science was used to raise the temperature at a rate of 10 ° C./min while circulating air at a flow rate of 0.1 liter / min, and the oxidation behavior of the fine carbon fiber aggregate was measured. The temperature at the top of the exothermic peak of DTA is determined as the oxidation temperature.
〔コーティング材料〕
本発明のコーティング材料は、上記した製造方法によって得られた粉砕ないし解繊された微細炭素繊維集合体と有機バインダー成分を含有するものであるが、本発明において用いられる有機バインダーとしては、常温(25℃±5℃)で液状のものであっても、固体状のものであってもよく、その用途に応じて、公知の各種のものを用いることができる。
[Coating material]
The coating material of the present invention contains finely pulverized or fibrillated fine carbon fiber aggregates obtained by the above-described production method and an organic binder component. As the organic binder used in the present invention, (25 ° C. ± 5 ° C.) may be liquid or solid, and various known ones may be used depending on the application.
具体的には、例えば、溶剤系塗料用や油性印刷インクに通常使用されているアクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ガムロジン、ライムロジン等のロジン系樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ニトロセルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂等のロジン変性樹脂、石油樹脂等を用いることができる。また、水系塗料用や水性インク用としては、水溶性アクリル樹脂、水溶性スチレン−マレイン酸樹脂、水溶性アルキッド樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性ウレタンエマルジョン樹脂、水溶性エポキシ樹脂、水溶性ポリエステル樹脂等を用いることができる。 Specifically, for example, acrylic resins, alkyd resins, polyester resins, polyurethane resins, epoxy resins, phenol resins, melamine resins, amino resins, vinyl chloride resins, silicones commonly used for solvent-based paints and oil-based printing inks Resin, rosin resin such as gum rosin, lime rosin, maleic acid resin, polyamide resin, nitrocellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, rosin modified phenolic resin, rosin modified resin such as rosin modified maleic resin, petroleum resin, etc. be able to. For water-based paints and water-based inks, water-soluble acrylic resins, water-soluble styrene-maleic acid resins, water-soluble alkyd resins, water-soluble melamine resins, water-soluble urethane emulsion resins, water-soluble epoxy resins, water-soluble polyester resins Etc. can be used.
また、本発明に係る導電性コーティング材料中には、上記したような有機バインダー成分および炭素繊維集合体の他、必要に応じて、溶剤、油脂、消泡剤、染料および顔料ないし体質顔料等の着色剤、乾燥促進剤、界面活性剤、硬化促進剤、助剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種安定剤等の添加剤が配合され得る。 Further, in the conductive coating material according to the present invention, in addition to the organic binder component and the carbon fiber aggregate as described above, a solvent, fats and oils, an antifoaming agent, a dye, a pigment or an extender pigment, etc. Additives such as colorants, drying accelerators, surfactants, curing accelerators, auxiliaries, plasticizers, lubricants, antioxidants, ultraviolet absorbers, and various stabilizers may be blended.
溶剤としては、溶剤系塗料ないしインク用に通常使用されている大豆油、トルエン、キシレン、シンナー、ブチルアセテート、メチルアセテート、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、シクロヘキサン等の脂環族炭化水素系溶剤、ミネラルスピリット等の石油系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶剤、脂肪族炭化水素等を用いることができる。 Solvents include soybean oil, toluene, xylene, thinner, butyl acetate, methyl acetate, methyl isobutyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, propyl cellosolve, butyl cellosolve, propylene glycol monomethyl ether commonly used for solvent-based paints or inks. Such as glycol ether solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and amyl acetate, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane and octane, alicyclic hydrocarbon solvents such as cyclohexane, mineral spirits, etc. Petroleum solvents, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, alcohol solvents such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol, aliphatic hydrocarbons, and the like can be used.
また水系塗料用溶剤としては、水系塗料ないしインク用に通常使用されている、水と、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のオキシエチレン又はオキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール等のアルキレングリコール、グリセリン、2−ピロリドン等の水溶性有機溶剤とを混合して使用することができる。 Water-based paint solvents include water and alcohol solvents such as ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol, and glycols such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, propyl cellosolve, and butyl cellosolve that are commonly used for water-based paints and inks. Ether solvents, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol and other oxyethylene or oxypropylene addition polymers, ethylene glycol, propylene glycol, 1,2,6-hexanetriol, etc. It can be used by mixing with a water-soluble organic solvent such as alkylene glycol, glycerin, 2-pyrrolidone and the like.
油脂としては、あまに油、きり油、オイチシカ油、サフラワー油等の乾性油を加工したボイル油を用いることができる。 As oils and fats, boil oils obtained by processing dry oils such as linseed oil, persimmon oil, sea lion oil, safflower oil and the like can be used.
消泡剤、着色剤、乾燥促進剤、界面活性剤、硬化促進剤、助剤界可塑剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種安定剤等等としても、従来、これらの導電性コーティング材料において、用いられている公知の各種のものを用いることができる。 Conventionally, these conductive coatings have also been used as antifoaming agents, coloring agents, drying accelerators, surfactants, curing accelerators, auxiliary agent plasticizers, lubricants, antioxidants, UV absorbers, various stabilizers, and the like. Various known materials used can be used as the material.
本発明のコーティング材料は、前記のような有機バインダー成分と共に、前述の微細炭素繊維集合体を含有する。微細炭素繊維集合体の含有量は、コーティング材料の用途や有機バインダー成分の種類等によって異なるが、好ましくはコーティング材中0.01〜50質量%、特に好ましくは0.1〜30質量%である。 The coating material of the present invention contains the above-mentioned fine carbon fiber aggregate together with the organic binder component as described above. The content of the fine carbon fiber aggregate varies depending on the application of the coating material, the type of the organic binder component, etc., but is preferably 0.01 to 50% by mass, particularly preferably 0.1 to 30% by mass in the coating material. .
本発明のコーティング材料の調製方法としては、湿式あるいは乾式の各種の混合方法を用いることができる。また、得られる導電性コーティング材料の品質安定性をさらに向上させるために、遠心処理やフィルター処理を施し、粗大粒子を除去する工程を設けても良い。 As a method for preparing the coating material of the present invention, various wet or dry mixing methods can be used. Moreover, in order to further improve the quality stability of the obtained conductive coating material, a step of removing coarse particles by performing a centrifugal treatment or a filter treatment may be provided.
以下、本発明を実施例に基づき、より具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.
(実施例1)
CVD法によって、トルエンを原料として微細炭素繊維構造体の集合体を合成した。
Example 1
An aggregate of fine carbon fiber structures was synthesized by CVD using toluene as a raw material.
触媒としてフェロセン及びチオフェンの混合物を使用し、水素ガスの還元雰囲気で行った。トルエン、触媒を水素ガスとともに380℃に加熱し、生成炉に供給し、1300℃で熱分解して、微細炭素繊維構造体(第一中間体)の集合体を得た。この第一中間体をトルエン中に分散して電子顕微鏡用試料調製後に観察したSEM及びTEM写真を図1及び2に示す。 A mixture of ferrocene and thiophene was used as a catalyst, and the reaction was performed in a hydrogen gas reducing atmosphere. Toluene and the catalyst were heated to 380 ° C. together with hydrogen gas, supplied to the production furnace, and thermally decomposed at 1300 ° C. to obtain an aggregate of fine carbon fiber structures (first intermediate). FIGS. 1 and 2 show SEM and TEM photographs observed after the first intermediate was dispersed in toluene and the sample for the electron microscope was prepared.
合成された第一中間体を窒素中で900℃で焼成して、タールなどを分離し、粉砕及び/又は解繊に供される微細炭素繊維構造体(第二中間体)を得た。 The synthesized first intermediate was fired in nitrogen at 900 ° C. to separate tar and the like, and a fine carbon fiber structure (second intermediate) used for pulverization and / or defibration was obtained.
このようにして得られた微細炭素繊維構造体(第二中間体)の集合体を、ニューミクロシクロマット(商標名、(株)増野製作所製)MCM−3型にて粉砕及び/又は解繊した。空気供給量は700L/min、微細炭素繊維構造体(第二中間体)の集合体の供給量は120g/hr、溝傾斜角15°、ローター回転数10,880rpmにて圧力変動させて運転を行なった。粉砕及び/又は解繊された炭素繊維構造体の集合体を光学顕微鏡にて観察した写真を図3に示す。 The aggregate of the fine carbon fiber structure (second intermediate) thus obtained was pulverized and / or defibrated with New Microcyclomat (trade name, manufactured by Masuno Seisakusho) MCM-3 type. did. The air supply rate is 700 L / min, the aggregate carbon fiber structure (second intermediate) aggregate supply rate is 120 g / hr, the groove inclination angle is 15 °, and the pressure is changed at a rotor rotation speed of 10,880 rpm. I did it. The photograph which observed the aggregate | assembly of the pulverized and / or fibrillated carbon fiber structure with an optical microscope is shown in FIG.
このようにして粉砕及び/又は解繊して得られた微細炭素繊維構造体の集合体をアルゴン中で2400℃で高温熱処理(アニール)した。このようにして得られた微細炭素繊維構造体の集合体の円相当平均径は140μm、嵩密度は0.0029g/cm3であった。得られた微細炭素繊維構造体のTEM写真を図4に示す。 The aggregate of fine carbon fiber structures obtained by pulverization and / or defibration in this manner was subjected to high-temperature heat treatment (annealing) at 2400 ° C. in argon. The aggregate of fine carbon fiber structures thus obtained had an equivalent circle average diameter of 140 μm and a bulk density of 0.0029 g / cm 3 . A TEM photograph of the obtained fine carbon fiber structure is shown in FIG.
(比較例1)
実施例1において、粉砕及び/又は解繊工程と高温熱処理(アニール)工程の順序を逆にすること以外は、実施例1と同じ操作を行なうことにより、微細炭素繊維構造体の集合体を得た。得られた微細炭素繊維構造体の集合体の微細炭素繊維構造体の集合体の円相当平均径は200μm、嵩密度は0.0052g/cm3であった。また、得られた炭素繊維構造体の集合体をトルエン中に超音波で分散して電子顕微鏡用試料調製後に観察した光学顕微鏡写真を図5に示す。
(Comparative Example 1)
In Example 1, an aggregate of fine carbon fiber structures is obtained by performing the same operation as in Example 1 except that the order of the pulverization and / or defibration process and the high-temperature heat treatment (annealing) process is reversed. It was. The resulting fine carbon fiber structure aggregate had an equivalent circle diameter of 200 μm and a bulk density of 0.0052 g / cm 3 . In addition, FIG. 5 shows an optical micrograph of the obtained carbon fiber structure aggregate dispersed in toluene with ultrasonic waves and observed after preparing a sample for an electron microscope.
(実施例2)
実施例1で得られた微細炭素繊維構造体の集合体の含有量が0.5質量%、1.0質量%、2.0質量%となるように、微細炭素繊維構造体の集合体を、エポキシ樹脂(アデカレジンEP4100E、エポキシ当量190、旭電化工業(株)製)10g、硬化剤(アデカハードナーEH3636−AS、旭電化工業(株)製)に配合し、10分混練し、コーティング材料を調製した。
(Example 2)
The fine carbon fiber structure aggregate was adjusted so that the content of the fine carbon fiber structure aggregate obtained in Example 1 was 0.5 mass%, 1.0 mass%, and 2.0 mass%. , 10 g of epoxy resin (Adeka Resin EP4100E, epoxy equivalent 190, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), a curing agent (Adeka Hardener EH3636-AS, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), kneaded for 10 minutes, and coating material Prepared.
このコーティング材料を200μmのギャップでドクターブレードを用いて製膜した。170℃で30分硬化後、塗膜の中の微細炭素繊維構造体の集合体に起因する凝集体を目視観察した。また、塗膜の表面抵抗値を測定した結果を表1に示す。 This coating material was formed into a film using a doctor blade with a gap of 200 μm. After curing at 170 ° C. for 30 minutes, the aggregate due to the aggregate of fine carbon fiber structures in the coating film was visually observed. The results of measuring the surface resistance value of the coating film are shown in Table 1.
(比較例2)
実施例2において、実施例1で得られた微細炭素繊維構造体の集合体の代わりに、比較例1で得られた微細炭素繊維構造体の集合体を使用すること以外は、実施例2と同様の操作を行ない、塗膜を作製した。塗膜の中の微細炭素繊維構造体の集合体に起因する凝集体を目視観察した。また、塗膜の表面抵抗値を測定した結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
In Example 2, instead of using the aggregate of the fine carbon fiber structure obtained in Example 1, instead of using the aggregate of the fine carbon fiber structure obtained in Comparative Example 1, Example 2 and The same operation was performed to prepare a coating film. The aggregate resulting from the aggregate | assembly of the fine carbon fiber structure in a coating film was visually observed. The results of measuring the surface resistance value of the coating film are shown in Table 1.
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JP2016098168A (en) * | 2014-11-24 | 2016-05-30 | 台湾ナノカーボンテクノロジー股▲ふん▼有限公司 | Method for producing plate-shaped graphene |
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2006
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