碳材料分散液和其应用的制作方法

本发明涉及碳材料分散液和使用了其的制品。

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。因此，为了使碳纳米管稳定地分散于液体介质，进行了各种研究。

3、为了使碳材料稳定地分散在液体介质中，使用一般的分散剂。例如专利文献1和2中提出了，使用了烷醇胺盐等阳离子性表面活性剂、苯乙烯-丙烯酸类树脂等高分子分散剂的碳纳米管的溶剂系分散液。需要说明的是，专利文献3和4中提出了，测定平均粒度分布来判断分散状态的分散液。另外，专利文献5和6中提出了，进行粘度测定来判断分散状态的分散液。进而，专利文献7中提出了，根据动态粘弹性与相位角之积来评价碳纳米管的分散性。专利文献8和9中提出了，根据吸光度比来判定石墨烯分散液的分散状态。专利文献10和11中提出了，使用羧甲基纤维素或其盐使碳纳米管分散。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2010-174084号公报

7、专利文献2：日本特表2013-537570号公报

8、专利文献3：日本特开2007-076998号公报

9、专利文献4：日本特开2020-019924号公报

10、专利文献5：日本特开2010-254546号公报

11、专利文献6：日本特开2015-003859号公报

12、专利文献7：日本专利第6860740号公报

13、专利文献8：日本专利第6152924号公报

14、专利文献9：日本专利第6696632号公报

15、专利文献10：日本特开2016-028109号公报

16、专利文献11：日本特开2016-204203号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、为了把握包含碳纳米管的碳材料在液体介质中的分散状态，判断碳材料分散液的粘度稳定性等特性的好坏，例如有测定碳材料分散液中的碳材料的分散粒径、粒度分布的方法等。然而，仅凭借粒度分布的中值粒径原本就难以把握碳材料的分散状态。进而，碳纳米管是长宽比非常大的纤维状物，因此，难以区分纤维直径与纤维长度而测定，更进而难以准确地把握分散状态。需要说明的是，通过一般的分散处理方法使碳纳米管分散于液体介质中的情况下，难以由粒度分布的中值粒径判定是碳纳米管的聚集物被松解而分散粒径变小、还是碳纳米管本身被切断而分散粒径变小。

3、另外，作为判断碳材料分散液的粘度稳定性等特性的好坏的方法，还有：测定碳材料分散液的粘度来判断的方法。然而，根据以碳纳米管为代表的碳材料的种类、浓度的差异，得到的分散液的粘度容易发生变动。进而，碳纳米管的情况下，聚集如果被松解，则分散液的粘度上升，随着分散的进行，分散液的粘度降低。分散如果进一步进行，则被破坏的碳纳米管再次聚集，因此，分散液的粘度上升。因此，仅凭借测定分散液的粘度，难以判断碳材料的分散状态的好坏。进而，无法立即判断制备好的分散液的粘度稳定性，需要在长期保管后进行试验。

4、例如，专利文献7中提出了根据动态粘弹性与相位角之积来评价碳纳米管的分散性。然而，对于动态粘弹性与相位角的任意者，根据要使用的碳纳米管的种类，均有成为不同于设想的数值的可能性，因此，实质上难以评价碳纳米管的分散性。

5、另外，专利文献8和9中提出了根据吸光度比来判定石墨烯分散液的分散状态。然而，石墨烯以外的碳材料(例如碳纳米管)中，用于求出吸光度比的波长不同，且适当的浓度、吸光度比也不同。因此，难以准确地评价石墨烯以外的碳材料的分散状态。

6、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，提供不依赖于液体组成、分散方法、包含碳纳米管的碳材料实质上不产生粗大的聚集物而良好地进行分散的、粘度稳定性优异的碳材料分散液。另外，本发明的课题在于，提供使用该碳材料分散液得到的各种制品。

7、用于解决问题的方案

8、即，根据本发明，提供以下所示的碳材料分散液。

9、[1]一种碳材料分散液，其含有：包含碳纳米管的碳材料、液体介质和分散剂，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，用包含前述液体介质的稀释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。

10、[2]根据前述[1]所述的碳材料分散液，其中，前述稀释液是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。

11、[3]根据前述[1]或[2]所述的碳材料分散液，其中，前述波长wl为380nm、前述波长wh为780nm、和前述波长wm为580nm，前述波长wm下的吸光度为1.5～2.0，前述吸光度al相对于前述吸光度ah之比(a380/a780)为1.60以上。

12、[4]根据前述[1]～[3]中任一者所述的碳材料分散液，其中，前述液体介质为水性介质，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％，并且所述聚合物的数均分子量为5000～20000。

13、

14、(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)

15、[5]根据前述[4]所述的碳材料分散液，其中，前述纤维素衍生物为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠盐。

16、[6]根据前述[1]～[3]中任一者所述的碳材料分散液，其中，前述液体介质为有机溶剂，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、[7]根据前述[1]～[6]中任一者所述的碳材料分散液，其中，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，前述碳材料的含量为10质量％以下，前述分散剂的含量为30质量％以下。

24、另外，根据本发明，提供以下所示的制品。

25、[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[1]～[7]中任一者所述的碳材料分散液。

26、[9]一种电池材料和机械部件的任意制品，其具备由前述[1]～[7]中任一者所述的碳材料分散液形成的覆膜。

27、发明的效果

28、根据本发明，可以提供不依赖于液体组成、分散方法，包含碳纳米管的碳材料实质上不产生粗大的聚集物而良好地进行分散的、粘度稳定性优异的碳材料分散液。另外，根据本发明，可以提供使用该碳材料分散液得到的各种制品。

29、通过选择碳材料分散液中使用的碳纳米管的种类等，从而期待例如能形成透明性高的覆膜。另外，包含充分松解了的状态的碳纳米管的碳材料分散，因此，期待较大地发挥导电性、导热性、和抗静电性等碳纳米管本身的特性。