CN107074555A - 纳米金刚石凝聚物的悬浮液、及纳米金刚石个位数纳米分散液 - Google Patents

纳米金刚石凝聚物的悬浮液、及纳米金刚石个位数纳米分散液 Download PDF

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Abstract

本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液为爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，悬浮液的pH及电导率满足下述(1)或(2)的条件。(1)在pH4～7下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为50μS/cm以下；(2)在pH8～10.5下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为300μS/cm以下。

Description

纳米金刚石凝聚物的悬浮液、及纳米金刚石个位数纳米分 散液
技术领域
本发明涉及一种经过提纯的爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液、及纳米金刚石个位数纳米分散液。本申请对2014年11月7日于日本申请的特愿2014-226655、及2015年6月19日于日本申请的特愿2015-123758主张优先权，且在此引用其内容。
背景技术
纳米金刚石粒子具有高机械强度、导热性、光学透明性、低折射率、高电绝缘性、低介电常数性、低摩擦系数等特性，因此被广泛用作润滑剂、表面改性剂、研磨剂、半导体及电路板的绝缘材料等。另外，正在开展玻璃替代用途、及向电气和电子领域、能量领域、生物医药领域等的应用研究。
纳米金刚石粒子利用静态高压法或爆轰法制造。作为利用爆轰法制造的纳米金刚石粒子而言，将在密闭状态下使炸药爆炸而得到爆炸烟尘供给于化学处理，进行提纯，并且在分散到水中的该状态下，使用珠磨机或超声波均质机等分散机进行粉碎，得到水分散体，利用超速离心分离法、浓缩干燥法、冷冻干燥法、喷雾干燥机法等从得到的水分散体中除去水分，从而制得纳米金刚石粒子。
专利文献1中记载有，将爆炸法纳米金刚石凝胶体粉末分散于纯水中，利用珠磨机对凝胶结构进行解胶，由此，得到直径为5～6nm的一次粒子胶体[ξ电位：-39.2mV(25℃)](实施例1)。但是，该一次粒子胶体(浆料)如在室温长时间放置，则逐渐凝聚，数周后，成长至平均粒径为105nm(实施例1)。
专利文献2中记载有，若利用珠磨机对爆轰法纳米金刚石凝胶体的10％水性浆料进行解胶，则可以获得纯黑色透明胶体溶液，放置数小时后，成为柔软的凝胶，向该凝胶中加入水以将浓度降低至2％，利用400微米PTFE过滤器过滤后，获得稳定的存储用胶体母液；及在该胶体溶液中，作为个位数纳米尺寸具有4.6±0.7nm直径的特细粒子占有相当大的比例，剩余为具有双位数纳米尺寸且分布范围广的粒子群(实施例1)。但是，该微小纳米金刚石分散液的浓度低。
专利文献3中记载有，对利用爆炸法(explosion method)生成的金刚石粒子实施前处理提纯，使用得到提纯物(平均粒径D50：89nm)制成浆料[10重量％，pH10(利用氨水制备)]，通过球磨机实施分散处理之后，调整浓度从而得到微小金刚石粒子分散液(2.0重量％、pH8)，对其进行分级，并加入纯水，从而获得1.0重量％的微小金刚石分散液[平均粒径D50：21.2nm、ξ电位：-40.5mV(25℃)](实施例1)。但是，该微小金刚石分散液的纳米金刚石的粒径大，且浓度低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-001983号公报
专利文献2：日本特开2009-209027号公报
专利文献3：日本特开2010-126669号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
因此，本发明的目的在于提供一种即使浓度高分散稳定性也优异的纳米金刚石个位数纳米分散液及其制造方法。
另外，本发明的其它目的在于提供一种提纯后的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，该悬浮液在获得具备如上优异特性的纳米金刚石个位数纳米分散液方面很有用。
用于解决课题的技术方案
本发明人等对从包含由爆轰法(detonation method)合成的人工金刚石的爆轰煤中除去阻碍个位数纳米分散的主要原因(金属杂质、石墨碳等)的工序进行了详细探讨，结果发现，氯化钠等电解质阻碍纳米金刚石的个位数纳米分散，由此，发现了将电导率作为指标的清洗方法。更具体的而言，实施分散预处理(清洗处理)，即将爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液调整为特定的pH及电导率，然后对其进行分散处理(粉碎处理)，可以得到即使为例如4重量％以上这样的高浓度，在长时间存储的情况下，也不易产生凝聚的分散稳定性优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。本发明是基于这些发现，进一步反复探讨而完成的。
即，本发明提供一种纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其为爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，悬浮液的pH及电导率满足下述(1)或(2)的条件。
(1)在pH4～7下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为50μS/cm以下；
(2)在pH8～10.5下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为300μS/cm以下。
在所述纳米金刚石凝聚物的悬浮液中，优选固体成分浓度为4重量％以上。
所述爆轰法纳米金刚石凝聚物优选为空气冷却爆轰法纳米金刚石凝聚物。
本发明还提供一种对所述纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎而得到的纳米金刚石个位数纳米分散液I(下面，有时称为“个位数纳米分散液”)。
在所述个位数纳米分散液I中，优选固体成分浓度为4重量％以上。
本发明进一步提供一种纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其包含对所述纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎的工序。
在该金刚石个位数纳米分散液的制造方法中，优选在使纳米金刚石凝聚物的悬浮液的pH调节为8以上的状态下，对该悬浮液进行粉碎处理。
另外，优选使用珠磨机或超声波对纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎处理。
本发明还提供一种纳米金刚石个位数纳米分散液(下面，有时称为“个位数纳米分散液II”)，其固体成分浓度为5.2重量％以上，且固体成分浓度为1重量％的分散液的电导率为300μS/cm以下。
在该个位数纳米分散液II中，优选固体成分浓度为5.5重量％以上。
另外，在该个位数纳米分散液II中，优选pH为8以上。
而且，在该个位数纳米分散液I中，优选纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃)为-42mV以下。
另外，优选该个位数纳米分散液II中的金刚石来自通过空气冷却爆轰法合成的金刚石。
即，本发明涉及以下内容。
[1]一种纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其为爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，悬浮液的pH及电导率满足下述(1)或(2)的条件：
(1)在pH4～7下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为50μS/cm以下；
(2)在pH8～10.5下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为300μS/cm以下。
[2]根据上述[1]所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其固体成分浓度为4重量％以上。
[3]根据上述[1]或[2]所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，爆轰法纳米金刚石凝聚物为空气冷却爆轰法纳米金刚石凝聚物。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，爆轰法纳米金刚石凝聚物是对通过爆轰法生成的纳米金刚石粒子进行酸处理及/或氧化处理而得到的。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，所述纳米金刚石凝聚物的D50为20nm～10μm。
[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，悬浮液的分散介质为包含50重量％以上的水的水性溶剂。
[7]一种纳米金刚石个位数纳米分散液，其是使上述[1]～[6]中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液粉碎而得到的。
[8]根据上述[7]所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，固体成分浓度为4重量％以上。
[9]根据上述[7]或[8]所述的纳米金刚石个位数分散液，其中，纳米金刚石粒子的D50为3.5～9nm。
[10]根据上述[7]～[9]中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，分散液的分散介质为包含50重量％以上的水的水性溶剂。
[11]一种纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其包含对上述[1]～[6]中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎的工序。
[12]根据上述[11]所述的纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其中，在使纳米金刚石凝聚物的悬浮液的pH为8以上的状态下，对该悬浮液进行粉碎处理。
[13]根据上述[11]或[12]所述的纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其中，纳米金刚石凝聚物的悬浮液的粉碎处理是使用珠磨机或超声波进行的。
[14]一种纳米金刚石个位数纳米分散液，其固体成分浓度为5.2重量％以上，且固体成分浓度为1重量％的分散液的电导率为300μS/cm以下。
[15]根据上述[14]所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，固体成分浓度为5.5重量％以上。
[16]根据上述[14]或[15]所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，pH为8以上。
[17]根据上述[14]～[16]中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃)为-42mV以下。
[18]根据上述[14]～[17]中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，所述金刚石来自通过空气冷却爆轰法合成的金刚石。
[19]根据上述[14]～[18]中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，纳米金刚石粒子的D50为3.5～9nm。
[20]根据上述[14]～[19]中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，分散液的分散介质为包含50重量％以上的水的水性溶剂。
发明的效果
根据本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，通过粉碎处理，可以容易地得到即使在高浓度下分散稳定性依然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。
本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液即使在高浓度下仍不易凝聚，分散稳定性优异。
根据本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，可以通过简易的操作，容易地制备即使在高浓度下仍不易凝聚的、分散稳定性优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。
具体实施方式
[纳米金刚石凝聚物的悬浮液]
本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液为爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液，该悬浮液的pH及电导率满足下述(1)或(2)的条件。
(1)在pH4～7下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为50μS/cm以下；
(2)在pH8～10.5下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为300μS/cm以下。
下面，有时将满足上述(1)的条件的纳米金刚石凝聚物的悬浮液称为“纳米金刚石凝聚物的悬浮液A”。另外，有时将满足上述(2)的条件的纳米金刚石凝聚物的悬浮液称为“纳米金刚石凝聚物的悬浮液B”。
纳米金刚石粒子可以由碳形成的元素矿物(例如，石墨等)为原料，通过例如，爆轰法、助熔剂法、静态高压法，高温高压法等进行制造。本发明中，由于可以得到一次粒子的平均粒径极小的纳米金刚石粒子，因此有选使用通过爆轰法(特别是缺氧爆轰法)生成的纳米金刚石。
上述爆轰法为通过使炸药爆炸而施加动态冲击，从而将由碳形成的元素矿物直接转化为金刚石结构的粒子的方法。作为上述炸药，没有特别限制，例如，可以使用：环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)、三硝基甲苯(TNT)、三硝基苯甲硝胺、季戊四醇四硝酸酯、四硝基甲烷及它们的混合物(例如，TNT/HMX、TNT/RDX等)。
需要说明的是，根据除热法的区别，爆轰法具有水冷爆轰法和空气冷却爆轰法。一直以来，没有从通过空气冷却爆轰法合成的由爆轰煤获得纳米金刚石个位数纳米分散液的例子，因此，本发明在以通过空气冷却爆轰法合成的爆轰煤为原料时，特别有用。需要说明的是，就空气冷却爆轰法纳米金刚石和水冷爆轰法纳米金刚石而言，表面官能团的种类及量、平均一次粒径等不同。与水冷爆轰法纳米金刚石相比，空气冷却爆轰法纳米金刚石的酸性官能团多，亲水性高，因此具有在水中湿润性高这一优点。另外，水冷爆轰法中，平均一次粒径为5～6nm，与此相对，空气冷却爆轰法中，平均一次粒径较小，为4～5nm，这一点也是空气冷却爆轰法纳米金刚石的优点。
通过上述方法得到的纳米金刚石粒子(纳米金刚石煤)中容易混入制造装置等包含的Fe、Co、Ni等金属的氧化物(例如，Fe2O3、Fe3O4、Co2O3、Co3O4、NiO、Ni2O3等)。因此，通过上述方法得到的纳米金刚石粒子(纳米金刚石煤)优选使用强酸溶解从而去除上述金属的氧化物(＝金属氧化物)(酸处理)。
作为用于酸处理的强酸，优选无机酸，例如，可以举出：盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、王水等。这些可以单独使用一种，或组合使用两种以上。
酸处理通常在水中进行。酸处理中强酸(无机酸等)的浓度为例如，1～50重量％，优选为3～30重量％，进一步优选为5～20重量％。酸处理时间为例如，0.1～24小时，优选为0.2～10小时，进一步优选为0.3～5小时。酸处理温度为例如，70～150℃，优选为90～130℃，进一步优选为100～125℃。酸处理可以在任意减压下、常压下、加压下等进行，但在操作性及设备等方面，优选在常压下进行。
上述纳米金刚石煤除上述金属成分之外，还包含石墨(石墨)。为了除去该石墨，优选对纳米金刚石煤(优选对该纳米金刚石煤进行上述酸处理而得到的物质)进行氧化处理。
作为用于氧化处理的氧化剂，例如，可以举出：浓硝酸、发烟硝酸、发烟硫酸；铬酸、铬酸酐、二铬酸、高锰酸、高氯酸或它们的盐；过氧化氢等。它们可以单独使用一种，或组合使用两种以上。其中，作为氧化剂，优选使用选自铬酸、铬酸酐、二铬酸、高锰酸、高氯酸或者它们的盐及过氧化氢中的一种。
上述氧化处理通常在溶剂中进行。作为溶剂，优选水。氧化处理中氧化剂的浓度为例如，3～50重量％，优选为6～30重量％。另外，氧化剂的使用量相对于100重量份纳米金刚石，为例如，300～5000重量份，优选为500～3000重量份，进一步优选为800～2000重量份。
从石墨除去效率方面考虑，优选上述氧化处理在无机酸共存下进行。作为无机酸，可以举出上述例示的物质。优选的无机酸为硫酸。当氧化处理使用无机酸时，无机酸(例如硫酸)的浓度为例如，5～80重量％，优选为10～70重量％，进一步优选为20～60重量％。
氧化处理的处理时间为例如，1小时以上(例如1～24小时)，优选为2小时以上(例如2～15小时)，进一步优选为3小时以上(例如3～10小时)。另外，处理温度为例如，100℃以上(例如100～200℃)，优选为120℃以上(例如120～180℃)，进一步优选为130℃以上(例如130～160℃)，特别优选为135℃以上(例如135～150℃)。氧化处理可以在任意减压下、常压下、加压下进行，但从操作性及设备等方面考虑，优选在常压下进行，在加压下进行的情况，优选5MPa以下。因此，上述压力优选为0.1～5MPa，更优选为0.1～1MPa，进一步优选为0.1～0.5MPa。
需要说明的是，对上述纳米金刚石煤进行酸处理而得到的纳米金刚石粒子一般在纳米金刚石一次粒子表面上沉积附着石墨层，该石墨层卷入多个一次粒子从而生成所谓的团粒聚集结构，显示出比范德华凝聚还牢固的集合状态的集合体(凝胶体)的形式存在。另外，上述纳米金刚石煤或对其酸处理品进行氧化处理而得到的纳米金刚石粒子一般以纳米金刚石一次粒子发生粒子间凝聚(范德华凝聚)而成的凝聚物形式而存在。在本说明书中，有时将上述凝胶体和上述范德华凝聚而成的凝聚物统称为“纳米金刚石凝聚物”。纳米金刚石凝聚物的D50(中值粒径)通常为20nm以上，一般为100nm～10μm的范围。
上述氧化处理之后，利用水(纯水、离子交换水等)清洗，由此可以得到纳米金刚石粒子(凝聚物)。这样得到的纳米金刚石粒子的表面通常存在羧基等酸性官能团。
需要说明的是，通过利用碱溶液(例如，氢氧化钠水溶液等)对氧化处理后的纳米金刚石粒子(凝聚物)进行处理，可以将纳米金刚石粒子表面的酸性官能团(例如，羧基)转化为盐(例如，羧酸盐)。碱处理时的碱浓度为例如，1～50重量％，优选为3～30重量％，更优选为5～20重量％。碱处理温度为例如，70～150℃，优选为90～130℃，进一步优选为100～125℃。碱处理时间为例如，0.1～24小时，优选为0.2～10小时，进一步优选为0.3～5小时。而且，通过利用酸(例如，盐酸等)处理上述碱处理后的纳米金刚石粒子，可以使纳米金刚石粒子表面再次成为游离酸性官能团。酸处理可以在室温下进行，也可以加热下进行。
对于氧化处理后的纳米金刚石凝聚物、氧化处理后的纳米金刚石凝聚物进行碱处理后得到的物质、或者其进一步进行酸处理得到的物质，通过进行反复水洗，可以除去作为杂质的电解质(NaCl等)。通过除去电解质，可以提高纳米金刚石的分散性及分散稳定性。
在本发明中，上述爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液是将通过上述方法得到的纳米金刚石(凝聚物)(表面的酸性官能团的至少一部分可以形成盐，另外，可以为根据需要实施分级处理的部分)悬浮在分散介质中而成的。作为分散介质，可以举出：水；甲醇、乙醇、乙二醇等醇；丙酮等酮；N-甲基吡咯烷酮等内酰胺或酰胺等极性有机溶剂；它们的混合溶剂等。其中，优选至少包含水的(例如，包含50重量％以上的水)分散介质，特别优选水。
在本发明中，在上述(1)的情况下，纳米金刚石凝聚物的悬浮液A的pH为4～7。纳米金刚石凝聚物的悬浮液A的pH优选为4～6，进一步优选为4.1～5.5。另外，纳米金刚石凝聚物的悬浮液A在固体成分浓度(纳米金刚石的浓度)为1重量％时的电导率为50μS/cm以下。纳米金刚石凝聚物中悬浮液A中在固体成分浓度为1重量％时的电导率优选为30μS/cm以下，进一步优选为20μS/cm以下，特别优选为10μS/cm以下。优选纳米金刚石凝聚物的悬浮液A中在固体成分浓度为1重量％时的电导率较低。上述电导率的下限可以为0.5μS/cm左右。若pH及电导率在上述范围内，则通过粉碎纳米金刚石凝聚物的悬浮液，可以得到即使为高浓度分散稳定性仍然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。当纳米金刚石凝聚物的悬浮液的pH低于4、或者超过7且低于9.5时，及当pH在4～7的范围内但固体成分浓度为1重量％时的电导率超过50μS/cm时，难以得到即使为高浓度分散稳定性仍然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。
另外，在上述(2)的情况下，纳米金刚石凝聚物的悬浮液B的pH为8～10.5。纳米金刚石凝聚物的悬浮液B的pH优选为9～10.3，进一步优选为9.5～10.2。另外，纳米金刚石凝聚物的悬浮液在固体成分浓度(纳米金刚石的浓度)为1重量％时的电导率为300μS/cm以下。纳米金刚石凝聚物的悬浮液B在固体成分浓度为1重量％时的电导率优选为200μS/cm以下，进一步优选为150μS/cm以下，特别优选为100μS/cm以下。优选纳米金刚石凝聚物的悬浮液B在固体成分浓度为1重量％时的电导率较低。上述电导率的下限可以为5μS/cm左右。若pH及电导率在上述范围内，则通过粉碎纳米金刚石凝聚物的悬浮液，可以得到即使为高浓度分散稳定性仍然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。当纳米金刚石凝聚物的悬浮液的pH超过7且低于8、或者超过10.5时，及当pH在8～10.5的范围内但固体成分浓度为1重量％时的电导率超过300μS/cm时，难以得到即使为高浓度分散稳定性仍然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。
上述(1)的情况下纳米金刚石凝聚物的悬浮液A可以如下制造；例如，利用氢氧化钠水溶液等对上述强酸等处理后的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行碱处理(优选加热处理)，优选利用倾析等除去上清，然后加入盐酸等酸调节pH，并反复水洗，由此调节电导率，并根据需要添加超纯水等以调节为指定浓度，由此制得悬浮液A。通过增加水洗次数、水洗用水的使用量，可以更完全地除去离子成分，降低电导率。
另外，上述(2)的情况下纳米金刚石凝聚物的悬浮液B可以如下制造：例如，利用氢氧化钠水溶液等对经上述强酸等处理后的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行碱处理(优选加热处理)，并在碱性下直接反复水洗，由此调节pH及电导率，并更加需要添加超纯水等以调节为指定浓度，从而制得悬浮液B。可以通过水洗次数及水洗用水的使用量，将pH及电导率调节为所需值。
在本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液中，从通过分散处理得到高浓度纳米金刚石个位数纳米分散液这一观点考虑，固体成分浓度(纳米金刚石的浓度)优选4重量％以上(例如，4～20重量％)，更优选5.5重量％以上(例如，5.5～15重量％)，进一步优选7重量％以上(例如，7～12重量％)。
[纳米金刚石个位数纳米分散液]
本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I)是对上述本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎处理(下面，有时称为分散处理)而得到的分散液。纳米金刚石个位数纳米分散液是指金刚石以个位数纳米尺寸分散而成的分散液，更具体而言，其为分散液中的金刚石粒子的D50为1～9nm的分散液。需要说明的是，在本发明中，“粉碎”用作包括解胶在内的广义。该个位数纳米分散液I具有即使固体成分浓度较高，分散稳定性仍很优异的特征。个位数纳米分散液I中的固体成分浓度为例如，4重量％以上(例如，4～15重量％)。
上述分散处理可以使用例如，高剪切混合机、高剪力混合机、均质机、球磨机、珠磨机、高压均质机、超声波均质机、胶体磨、湿式喷射式粉碎机等分散机来进行。其中，在效率方面，优选使用珠磨机、超声波均质机进行分散的方法。
对纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行分散处理时，从提高分散性及分散稳定性方面考虑，在使该悬浮液的pH为8以上(例如，8～12)，优选9以上(例如，9～11)，进一步优选9.5～10.5的状态下进行分散处理。分散处理后，可以根据需要进行分级处理。
本发明还提供一种纳米金刚石个位数分散液(个位数纳米分散液II)，其固体成分浓度(纳米金刚石的浓度)为5.2重量％以上(例如，5.2～15重量％)，且固体成分浓度为1重量％的分散液的电导率为300μS/cm以下(例如，50～300μS/cm)。这样的纳米金刚石个位数纳米分散液可以通过对上述本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行分散处理而容易地制得。该纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液II)具有即使固体成分浓度较高，分散稳定性仍然优异的特征。
在本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I、个位数纳米分散液II)中，纳米金刚石粒子的D50为例如3.5～9nm，优选为4～7nm。
作为分散液的分散介质，可以举出作为上述爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液的分散介质所示例的物质。其中，优选至少包含水的(例如，包含50重量％以上的水)分散介质，特别优选水。
在本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I、个位数纳米分散液II)中，固体成分浓度优选为5.5重量％以上(例如，5.5～12重量％)，更优选为6重量％以上(例如，6～10重量％)。另外，固体成分浓度为1重量％时的电导率优选为250μS/cm以下(例如，120～250μS/cm)，进一步优选为210μS/cm以下(例如，160～210μS/cm)。
另外，从分散稳定性方面考虑，本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I、个位数纳米分散液II)的pH优选为8以上(例如，8～12)，更优选为8.3以上(例如，8.3～11)，进一步优选为8.6以上(例如，8.6～10)。
而且，从分散稳定性方面考虑，本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I、个位数纳米分散液II)中的纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃)为例如，-30mV以下(例如，-70mV～-30mV)，优选为-42mV以下(例如，-65mV～-42mV)，进一步优选为-45mV以下(例如，-60mV～-45mV)。纳米金刚石个位数纳米分散液中的纳米金刚石粒子的ξ电位是指针对纳米金刚石浓度为0.2重量％的25℃下纳米金刚石个位数纳米分散液所测得的值。当为制备纳米金刚石浓度为0.2重量％的纳米金刚石个位数分散液而需要稀释纳米金刚石分散液原液时，使用超纯水作为稀释液。
优选本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液(个位数纳米分散液I、个位数纳米分散液II)来自通过空气冷却爆轰法合成的金刚石。
实施例
下面，基于实施例对本发明进行更详细说明，但本发明不受这些实施例限定。“％”为重量％。
悬浮液、分散液、纳米金刚石的物性通过下面的方法测定。
<pH>
悬浮液、分散液的pH使用HORIBA公司制造的商品名“pH METER D-51”进行测定。
<电导率>
悬浮液、分散液的电导率使用HORIBA公司制造的商品名“LAQUAtwin”进行测定。
<固体成分浓度>
将精确称量的3～5g液体液加热至100℃以上使水分蒸发，利用精密天平精确称量干燥物，从而求得悬浮液、分散液的固体成分含量。
<D50(中值粒径)及ξ电位>
纳米金刚石粒子的D50及分散液中的纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)使用Spectris公司制造的商品名“Zata sizer NanoZS”[D50：动态光散射法(非接触后向散射法)，ξ电位：激光多普勒电泳法]求得。
制备例1(空气冷却爆轰纳米金刚石煤的氧化处理)
称量200g纳米金刚石的一次粒径为4-6nm的空气冷却式爆轰纳米金刚石煤(CzechALIT公司制造)，加入10％盐酸水溶液2L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，通过倾析进行水洗，清洗至沈殿液的pH为2，最大限度除去上清。
接着，向其沈殿液中加入60％硫酸水溶液2L、50％铬酸水溶液2L，然后在回流下加热处理5小时。冷却后，通过倾析进行水洗，清洗至上清的着色消失，最大限度除去上清。通过该氧化处理得到的纳米金刚石凝聚物的D50为2μm。
实施例1(空气冷却爆轰纳米金刚石的分散预处理-1)
向制备例1中得到的沈殿液中加入1L 10％氢氧化钠水溶液，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，通过倾析除去上清之后，加入6N盐酸将pH调节为2.5，然后通过离心沉降法进行水洗。向最终离心沈殿物中加入超纯水进行调整，使固体成分浓度为8％。该状态下的电导率为64μS/cm，pH为4.3。
实施例2(空气冷却爆轰纳米金刚石的分散预处理-2)
向制备例1中得到的沈殿液中加入10％氢氧化钠水溶液1L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，在碱性下直接通过离心沉降法水洗至pH为10。向最终离心沈殿物中加入超纯水进行调整，使固体成分浓度为8％。该状态下的电导率为400μS/cm，pH为10.3。
实施例3(空气冷却爆轰纳米金刚石的分散预处理-3)
向制备例1中得到的沈殿液中加入10％氢氧化钠水溶液1L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，通过倾析除去上清之后，加入盐酸将pH调节为2.5，然后通过超滤膜进行水洗。向最终浓缩液中加入超纯水进行调整，使固体成分浓度成为8％。该状态下的电导率为50μS/cm，pH为5.2。
实施例4(空气冷却爆轰纳米金刚石的分散预处理-4)
向制备例1中得到的沈殿液中加入10％氢氧化钠水溶液1L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，在碱性下直接通过超滤膜水洗至pH10。向最终浓缩液中加入超纯水进行调整，使固体成分浓度为8％。该状态下的电导率为511μS/cm，pH为9.8。
实施例5(空气冷却爆轰纳米金刚石的个位数纳米分散-1)
使用实施例1、实施例3中得到的分散前浆料，利用超声波均质机进行分散。装置使用SMT制造的UH-300。在使用氢氧化钠将实施例1及实施例3的各浆料的pH调节为10而得到的液体中浸渍标准喇叭并照射超声波30分钟。照射后，利用离心分离进行分级操作以除去粗大粒子，从而得到空气冷却爆轰纳米金刚石分散液。由实施例1得到的分散液的固体成分浓度为6.4％，纳米金刚石粒子的D50为8.7nm，电导率为1,260μS/cm，pH为8.67，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-47mV。由实施例3得到的分散液其固体成分浓度为6.2％，纳米金刚石粒子的D50为7.4nm，电导率为1,230μS/cm，pH为8.55，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-48mV。
实施例6(空气冷却爆轰纳米金刚石的个位数纳米分散-2)
除不进行pH调整之外，使用实施例2、实施例4中得到的分散前浆料，进行与实施例5相同的操作，得到空气冷却爆轰纳米金刚石分散液。由实施例2得到的分散液其固体成分浓度为6.6％，纳米金刚石粒子的D50为6.8nm，电导率为1,250μS/cm，pH为9.04，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-48mV。由实施例4得到的分散液其固体成分浓度为6.4％，纳米金刚石粒子的D50为6.4nm，电导率为1,280μS/cm，pH为9.12，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-47mV。
实施例7(空气冷却爆轰纳米金刚石的个位数纳米分散-3)
使用实施例1、实施例3中得到的分散前浆料，利用珠磨机进行分散。装置使用寿工业株式会社制造的Ultra Apex Mill UAM-015。将作为粉碎介质的直径为0.03mm的氧化锆珠填充至粉碎容器体积的60％，然后使pH调节为10的实施例1及实施例3的各浆料300mL以10L/h的流速循环，将周速度设置为10m/S，粉碎90分钟。回收粉碎液，利用离心分离进行分级操作除去粗大粒子，得到空气冷却爆轰纳米金刚石分散液。由实施例1得到的分散液的固体成分浓度为7.4％，纳米金刚石粒子的D50为5.4nm，电导率为1,410μS/cm，pH为9.14，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-49mV。由实施例3得到的分散液的固体成分浓度为7.2％，纳米金刚石粒子的D50为5.8nm，电导率为1,380μS/cm，pH为9.05，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-48mV。
实施例8(空气冷却爆轰纳米金刚石的个位数纳米分散-4)
使用实施例2、实施例4中得到的分散前浆料，使用珠磨机进行分散。除不调节pH之外，进行与实施例7相同的操作，得到空气冷却爆轰纳米金刚石分散液。由实施例2得到的分散液的固体成分浓度为7.3％，纳米金刚石粒子的D50为5.2nm，电导率为1,320μS/cm，pH为8.78，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-48mV。由实施例3得到的分散液其固体成分浓度为7.2％，纳米金刚石粒子的D50为5.5nm，电导率为1,350μS/cm，pH为9.07，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃；浓度0.2重量％)为-48mV。
比较例1
向制备例1中得到的沈殿液中加入10％氢氧化钠水溶液1L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，通过倾析除去上清之后，加入盐酸将pH调节为2.5，然后通过离心沉降法进行水洗，在固体成分浓度为8％、电导率为800μS/cm的时刻结束清洗。使用得到的浆料，通过与实施例5相同的操作得到分散液。分散液的固体成分浓度为1.2％，并测定粒径，结果纳米金刚石粒子的D50为22nm。若在电导率较高的状态下进行分散处理，则纳米金刚石仅一部分分散(粗大粒子较多)，而且未以一次粒子分散。
比较例2
向制备例1中得到的沈殿液中加入10％氢氧化钠水溶液1L，然后在回流下加热处理1小时。冷却后，在碱性下直接通过离心沉降法水洗至pH为11。向最终离心沈殿物中加入超纯水进行调节，使固体成分浓度为8％。该状态下的电导率为2,000μS/cm。使用得到的浆料，通过与实施例5相同的操作得到分散液。分散液的固体成分浓度为2.2％，并测定粒径，结果纳米金刚石粒子的D50为25nm。若在电导率较高的状态下进行分散处理，则纳米金刚石仅一部分分散(粗大粒子较多)，而且未以一次粒子分散。
评价试验(分散稳定性)
通过下面的方法对实施例及比较例中得到的分散液的分散稳定性进行评价。
自制得分散液日起一月后，测定纳米金刚石粒子的D50。结果，实施例的分散液与刚刚制得的分散液制备的纳米金刚石粒子的D50相同，没有变化。与此相对，比较例的分散液凝聚形成沈殿，显然未以纳米尺寸分散。
工业实用性
由本发明的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，可以容易地得到即使为高浓度分散稳定性仍然优异的纳米金刚石个位数纳米分散液。
本发明的纳米金刚石个位数纳米分散液即使为高浓度也不易凝聚，分散稳定性优异。

Claims (13)

1.一种纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其为爆轰法纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，
悬浮液的pH及电导率满足下述(1)或(2)的条件：
(1)在pH4～7下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为50μS/cm以下；
(2)在pH8～10.5下，固体成分浓度为1重量％的悬浮液的电导率为300μS/cm以下。
2.如权利要求1所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其固体成分浓度为4重量％以上。
3.如权利要求1或2所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液，其中，爆轰法纳米金刚石凝聚物为空气冷却爆轰法纳米金刚石凝聚物。
4.一种纳米金刚石个位数纳米分散液，其是对权利要求1～3中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎而得到的。
5.如权利要求4所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其固体成分浓度为4重量％以上。
6.一种纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其包括对权利要求1～3中任一项所述的纳米金刚石凝聚物的悬浮液进行粉碎的工序。
7.如权利要求6所述的纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其中，在使纳米金刚石凝聚物的悬浮液的pH为8以上的状态下，对该悬浮液进行粉碎处理。
8.如权利要求6或7所述的纳米金刚石个位数纳米分散液的制造方法，其中，纳米金刚石凝聚物的悬浮液的粉碎处理是使用珠磨机或超声波进行的。
9.一种纳米金刚石个位数纳米分散液，其固体成分浓度为5.2重量％以上，且固体成分浓度为1重量％的分散液的电导率为300μS/cm以下。
10.如权利要求9所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，固体成分浓度为5.5重量％以上。
11.如权利要求9或10所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，pH为8以上。
12.如权利要求9～11中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，纳米金刚石粒子的ξ电位(25℃)为-42mV以下。
13.权利要求9～12中任一项所述的纳米金刚石个位数纳米分散液，其中，所述金刚石来自通过空气冷却爆轰法合成的金刚石。
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