碳材料分散液的制造方法与流程

本发明涉及碳材料分散液的制造方法、碳材料分散液和制品。

背景技术：

1、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、及石墨烯等碳材料(纳米碳材料)具有由碳原子的共价键形成的六元环石墨结构，是发挥导电性、传热性等各种特性的材料，正在研究用于使其特性在各领域发挥作用的方法。例如，关注碳材料的电性质、热性质、及作为填料的性质，正在研究应用于抗静电剂、导电材料、塑料增强材料、半导体、燃料电池电极、及换置器的阴极线等。

2、这些用中途，碳材料的分散性良好并且长时间维持分散性的碳材料分散液是必须的。但是，纳米尺寸的碳材料的表面能高，表现强的范德华力，因此容易聚集。因此，即使使其分散于液体介质中时，直接聚集的情况也较多。

3、作为制造在液体介质中稳定地分散有碳材料的分散液的方法，提出了如下方法：在表面活性剂、高分子分散剂等分散剂的存在下，使用珠磨机、超声波分散机、和高速搅拌机等，使各成分进行混合并分散(专利文献1和2)。

4、另外，提出了对于每个分散处理变更加压条件，在不同的压力条件下使碳纳米管分散的方案(专利文献3)。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开2010-174084号公报

8、专利文献2：日本特表2013-537570号公报

9、专利文献3：日本专利第6652049号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、然而，在分散剂的存在下对碳纳米管等碳材料简单地进行分散处理的情况下，可以说得到的分散液的分散性也未必充分，随着时间经过而有时粘度上升、或形成粗大的聚集物。

3、需要说明的是，专利文献3中记载有：通过在不同的压力条件下进行多次分散，从而可以抑制损伤的同时，有效地且高度地使碳纳米管分散。然而，分散液中的碳纳米管的分散性仅以目视进行评价，关于物性，仅测定了电导率。因此，未必可以充分评价得到的分散液中的碳纳米管的分散性。

4、本发明是鉴于这种现有技术所具有的问题而作出的，其课题在于，提供：能简便地制造包含碳纳米管的碳材料良好地分散而实质上不产生粗大的聚集物的、粘度稳定性优异的分散液的碳材料分散液的制造方法。另外，本发明的课题在于，提供通过该制造方法而制造的、包含碳纳米管的碳材料良好地分散而实质上不产生粗大的聚集物的、粘度稳定性优异的碳材料分散液和使用了其的制品。

5、用于解决问题的方案

6、即，根据本发明，提供以下所示的碳材料分散液的制造方法。

7、[1]一种碳材料分散液的制造方法，其具备如下工序：工序(1)，对含有包含碳纳米管的碳材料、分散剂和液体介质的原料进行搅拌处理，得到湿润混合液；以及工序(2)，使用高压均化器，对前述湿润混合液进行分散处理，前述高压均化器为使进行了加压喷射的前述湿润混合液彼此碰撞而细颗粒化的方式的高压均化器(a1)、和将进行了加压的前述湿润混合液导入至碰撞腔室而细颗粒化的方式的高压均化器(a2)中的至少任意者，以满足以下的分散条件的方式，对前述湿润混合液进行分散处理。

8、[分散条件]

9、实施x次如下的第1处理后，实施y次如下的第2处理，

10、所述第1处理如下：使用前述高压均化器(a1)和前述高压均化器(a2)中的任意者，对前述湿润混合液施加1～100mpa的处理压力而细颗粒化，且从喷嘴内径d1的排出喷嘴排出，

11、所述第2处理如下：使用前述高压均化器(a1)和前述高压均化器(a2)中的任意者，对前述湿润混合液施加120～250mpa的处理压力而细颗粒化，且从喷嘴内径d2的排出喷嘴排出的第2处理(其中，d1>d2、x≥2、2≤y≤30)。

12、[2]根据前述[1]所述的碳材料分散液的制造方法，其中，喷嘴内径d1为0.15～2.0mm，喷嘴内径d2为0.1～1.0mm。

13、[3]根据前述[1]或[2]所述的碳材料分散液的制造方法，其中，前述液体介质为水、或水与水溶性有机溶剂的混合溶剂，前述分散剂为纤维素衍生物或高分子分散剂，前述纤维素衍生物的1质量％水溶液的粘度为20～500mpa·s、且醚化度为0.5～0.9，前述高分子分散剂是如下聚合物，所述聚合物包含：源自选自由2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、1-乙烯基咪唑、和它们的季铵盐组成的组中的至少一种单体1的结构单元(1)5～40质量％；源自下述通式(1)所示的单体2的结构单元(2)50～80质量％；以及源自能与前述单体1和前述单体2共聚的单体3的结构单元(3)0.5～40质量％，前述单体3包含α-甲基苯乙烯和(甲基)丙烯酸，源自前述α-甲基苯乙烯的结构单元的含量为0.5～5质量％,源自前述(甲基)丙烯酸的结构单元的含量为0.5～30质量％，所述聚合物的数均分子量为5000～20000的聚合物。

14、

15、(前述通式(1)中，r1表示氢原子或甲基，a表示o或nh，x表示亚乙基或亚丙基，y表示o、nhcoo、或nhconh，r2互相独立地表示氢原子或甲基，n表示20～100的平均重复单元数，r3表示氢原子或甲基。其中，r2为氢原子的重复单元数nh为整体的重复单元数nt的1/2以上)

16、[4]根据前述[1]或[2]所述的碳材料分散液的制造方法，其中，前述液体介质为实质上不含有水的水溶性有机溶剂，前述分散剂是如下聚合物，所述聚合物包含：源自下述通式(a)所示的单体a的结构单元(a)3～55质量％；源自下述通式(b)所示的单体b的结构单元(b)30质量％以下；源自下述通式(c)所示的单体c的结构单元(c)45～90质量％；以及源自能与这些单体共聚的单体d的结构单元(d)0.5～20质量％，所述聚合物的胺值为100mgkoh/g以下、数均分子量为5000～20000。

17、

18、(前述通式(a)中，r表示氢原子或甲基，a表示o或nh，b表示亚乙基或亚丙基，r1和r2互相独立地表示甲基或乙基，ar表示苯基、萘基、蒽基、或芘基，x表示氯原子、溴原子、双(三氟甲基)磺酰亚胺、或双(九氟丁烷磺酰基)酰亚胺)

19、

20、(前述通式(b)中，r表示氢原子或甲基，a表示o或nh，b表示亚乙基或亚丙基，r1和r2互相独立地表示甲基或乙基)

21、

22、(前述通式(c)中，r表示氢原子或甲基，a表示o或nh，q表示亚乙基或甲基亚乙基，y表示o、nhcoo、或nhconh，m和n互相独立地表示0以上的平均重复单元数、并且m+n＝20～100，r3表示碳数1～18的烷基、芳基、或烷基芳基)

23、[5]根据前述[1]～[4]中的任一者中记载的碳材料分散液的制造方法，其中，前述原料中，相对于前述碳材料100质量份，前述分散剂的含量为10～500质量份；前述原料中，前述碳材料的含量为10质量％以下；前述原料中，前述分散剂的含量为30质量％以下。

24、另外，根据本发明，提供以下所示的碳材料分散液。

25、[6]一种碳材料分散液，其是通过前述[1]～[5]中的任一者中记载的的制造方法而制造的。

26、[7]根据前述[6]所述的碳材料分散液，其中，以属于位于350～550nm的范围内的任意波长wl与位于650～850nm的范围内的任意波长wh的中央值的波长wm的吸光度成为1.2～2.2的方式，用除不含有前述碳材料以外与前述碳材料分散液为同一组成的空白液进行稀释而得到的稀分散液的、前述波长wl的吸光度al相对于前述波长wh的吸光度ah之比(al/ah)为1.40以上。

27、进而，根据本发明，提供以下所示的制品。

28、[8]一种涂料、墨、涂布剂、树脂成型品材料、导电性材料、导热性材料、和抗静电材料的任意制品，其含有前述[6]或[7]所述的碳材料分散液。

29、[9]一种电池材料和机械部件中的任意者的制品，其具备由前述[6]或[7]所述的碳材料分散液形成的覆膜。

30、发明的效果

31、根据本发明，可以提供能简便地制造包含碳纳米管的碳材料良好地分散而实质上不产生粗大的聚集物的、粘度稳定性优异的分散液的碳材料分散液的制造方法。另外，根据本发明，可以提供通过该制造方法而制造的、包含碳纳米管的碳材料良好地分散而实质上不产生粗大的聚集物的、粘度稳定性优异的碳材料分散液和使用了其的制品。