JP2011026390A - Coating composition and film comprising the coating composition - Google Patents

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Takashi Nishino
孝 西野
Masaru Kodera
賢 小寺
Seira Morito
せいら 森棟
Kimiya Goto
公也 後藤
Katsuhiko Hata
克彦 畑
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Kobe University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating composition from which films having excellent transparency, high strengths and high elastic moduli can more certainly be obtained, and to provide a film comprising the coating composition and having excellent transparency, high strength and high elastic modulus. <P>SOLUTION: There is provided the coating composition wherein a small amount of nano diamond particles is dispersed in polyvinyl alcohol to obtain the coating composition from which films having excellent transparency, high strengths and high elastic moduli can more certainly be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子とを含むコーティング組成物及び当該コーティング組成物からなるフィルムに関する。   The present invention relates to a coating composition comprising polyvinyl alcohol and nanodiamond particles, and a film comprising the coating composition.

従来から、カーボンナノチューブやフラーレンを代表とする、いわゆるナノ炭素材料は、優れた強度及び弾性率を有し、ポリマーと組み合せることにより優れた複合材料が得られることが期待されており、活発に研究開発が実施されている。   Conventionally, so-called nanocarbon materials represented by carbon nanotubes and fullerenes have excellent strength and elastic modulus, and it is expected that excellent composite materials can be obtained by combining with polymers. Research and development is in progress.

しかし、カーボンナノチューブとポリマーとを混合した場合、得られた混合物においては、カーボンナノチューブの特性を充分には引き出すことができず、具体的には、強度及び弾性率が期待する程には上昇しない。また、カーボンナノチューブに起因してポリマーが黒色化してしまい、透明性に劣ることから用途が限定され、特にコーティング組成物及び当該コーティング組成物からなるフィルムに用いることは困難である。   However, when carbon nanotubes and a polymer are mixed, the obtained mixture cannot sufficiently bring out the characteristics of the carbon nanotubes, and specifically, the strength and elastic modulus do not increase as expected. . In addition, the polymer is blackened due to the carbon nanotubes, and its use is limited because it is inferior in transparency. In particular, it is difficult to use the coating composition and a film made of the coating composition.

これに対し、ナノ炭素材料の一つとして、ナノダイヤモンド(粒子)を用いる技術が研究されており、例えば特許文献1には、色をほとんど呈さず、経時的な色の変化も充分に抑制され、消臭性や抗菌性にも優れた消臭抗菌剤を提供することを意図して、ナノダイヤが凝集しているナノダイヤ凝集物を含む消臭抗菌剤であって、上記ナノダイヤ凝集物は、金属含有量が1質量%以下である消臭抗菌剤が開示されており、ポリビニルアルコールをバインダーとして添加することが開示されている(例えば特許文献1、段落番号[0036]参照)。   On the other hand, as one of the nanocarbon materials, a technique using nanodiamonds (particles) has been studied. For example, Patent Document 1 hardly exhibits a color and sufficiently suppresses a change in color over time. The deodorizing antibacterial agent includes a nanodiamond aggregate in which nanodiamonds are aggregated with the intention of providing a deodorizing antibacterial agent having excellent deodorizing properties and antibacterial properties. A deodorizing antibacterial agent having a content of 1% by mass or less is disclosed, and it is disclosed that polyvinyl alcohol is added as a binder (see, for example, Patent Document 1, paragraph [0036]).

また、特許文献2においては、電気絶縁性でかつ熱伝導性に優れた無機物含有熱可塑性樹脂組成物を提供することを意図して、熱可塑性樹脂(A)、単体での熱伝導率が1.5W/m・K以上でかつ体積固有抵抗が0.1Ω・cm以上の高熱伝導性無機化合物(B)、軟化点温度が350℃以下の電気絶縁性低融点無機物(C)、を少なくとも含有し、1.5W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする、電気絶縁性高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物が開示されており、高熱伝導性無機化合物(B)としてダイヤモンドが例示されている(例えば特許文献2、段落番号[0034]参照)。   Moreover, in patent document 2, the thermoplastic resin (A) and the single-piece | unit thermal conductivity are 1 in order to provide the inorganic substance containing thermoplastic resin composition excellent in electrical insulation and heat conductivity. Contains at least 5 W / m · K or more and a high thermal conductivity inorganic compound (B) having a volume resistivity of 0.1 Ω · cm or more, and an electrically insulating low-melting-point inorganic substance (C) having a softening point temperature of 350 ° C. or less. In addition, an electrically insulating high thermal conductive thermoplastic resin composition characterized by having a thermal conductivity of 1.5 W / m · K or more is disclosed, and diamond is used as the high thermal conductive inorganic compound (B). For example, see Patent Document 2 and paragraph number [0034].

しかし、上記特許文献1に記載の消臭抗菌剤は、コーティング組成物や当該コーティング組成物からなるフィルムに用いられるものではなく、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムを得られるものではなかった。また、上記特許文献2に記載の電気絶縁性高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物においては、高熱伝導性無機化合物(B)の含有量が多く(例えば特許文献2、段落番号[0039]参照)、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムを得られるものではなかった。   However, the deodorizing antibacterial agent described in Patent Document 1 is not used for a coating composition or a film made of the coating composition, and a film having excellent transparency, high strength, and high elastic modulus can be obtained. It was not a thing. Further, in the electrically insulating high thermal conductive thermoplastic resin composition described in Patent Document 2, the content of the high thermal conductive inorganic compound (B) is large (see, for example, Patent Document 2, paragraph [0039]), A film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus could not be obtained.

一方、特許文献3においては、耐熱性及び弾性率の優れた高分子複合材料及びその製造方法を提供することを意図して、ナノダイヤモンドがポリマー中に分散してなる高分子複合材料が開示されており、ポリマーとしてポリビニルアルコールが例示されている(例えば特許文献3、段落番号[0009]参照)。   On the other hand, Patent Document 3 discloses a polymer composite material in which nanodiamonds are dispersed in a polymer in an attempt to provide a polymer composite material having excellent heat resistance and elastic modulus and a method for producing the polymer composite material. Polyvinyl alcohol is exemplified as the polymer (see, for example, Patent Document 3, paragraph [0009]).

特開2009−45287号公報JP 2009-45287 A 特開2008−169265号公報JP 2008-169265 A 特開2004−51937号公報JP 2004-51937 A

しかしながら、上記特許文献3においては、高分子複合材料について、「ポリマー100重量部に対して、ナノダイヤモンドを1〜20重量部配合することがよく」(同文献、段落番号[0011])との記載はあるものの、ポリマーとしては有機溶可溶のアクリル樹脂を用いられているだけであって、弾性率上昇効果も十分ではない。また、ポリマーとしてポリビニルアルコールが例示されているが、ポリビニルアルコールを用いた実施例やポリビニルアルコールを採用することによる効果については何ら記載されていない。即ち、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルム並びにかかるフィルムを得られるコーティング組成物を得るという観点からは、未だ改善の余地があった。   However, in the above-mentioned Patent Document 3, with respect to the polymer composite material, it is preferable to add 1 to 20 parts by weight of nanodiamond with respect to 100 parts by weight of the polymer (the same document, paragraph [0011]). Although described, only an organic soluble acrylic resin is used as the polymer, and the effect of increasing the elastic modulus is not sufficient. Moreover, although polyvinyl alcohol is illustrated as a polymer, it does not describe at all about the effect by the Example using polyvinyl alcohol, or employ | adopting polyvinyl alcohol. That is, there is still room for improvement from the viewpoint of obtaining a film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus and a coating composition from which such a film can be obtained.

そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムをより確実に得ることのできるコーティング組成物、並びに当該コーティング組成物からなる優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a coating composition that can more reliably obtain a film having excellent transparency, high strength, and high elastic modulus, and the coating. It aims at providing the film which has the outstanding transparency which consists of a composition, high intensity | strength, and a high elasticity modulus.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来に比べて優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムをより確実に得ることのできるコーティング組成物を得るためには、ポリビニルアルコール(PVA)中に少量のナノダイヤモンド粒子を分散させることが極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention obtain a coating composition that can more reliably obtain a film having superior transparency, high strength, and high elastic modulus as compared with the prior art. For this purpose, the present inventors have found that it is extremely effective to disperse a small amount of nanodiamond particles in polyvinyl alcohol (PVA), and have reached the present invention.

すなわち、本発明は、ポリビニルアルコール(PVA)とナノダイヤモンド(ND)粒子とを含むコーティング組成物を提供する。   That is, the present invention provides a coating composition comprising polyvinyl alcohol (PVA) and nanodiamond (ND) particles.

本発明のコーティング組成物は、水に対する親和性に優れるポリビニルアルコールを有するため、当該ポリビニルアルコールが、ナノダイヤモンド粒子の表面と相互作用をし、分散媒中におけるナノダイヤモンド粒子を略均一にかつ長期間に亘って分散させることができ、これによって分散性が向上するものと考えられる。   Since the coating composition of the present invention has polyvinyl alcohol having an excellent affinity for water, the polyvinyl alcohol interacts with the surface of the nanodiamond particles, and the nanodiamond particles in the dispersion medium are substantially uniformly and for a long period of time. It is considered that the dispersibility is improved by this.

そして、本発明のコーティング組成物は、ナノダイヤモンド粒子の分散状態を良好に保ちつつ対象物(基材等)に塗布することができ、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムが得られるものと考えられる。なお、本発明における「分散性」とは、本発明のコーティング組成物を調製した直後において、当該コーティング組成物中でのナノダイヤモンド粒子の分散状態が優れているか否か(均一か否か)を示すものである。   The coating composition of the present invention can be applied to an object (base material or the like) while maintaining a well-dispersed state of nanodiamond particles, and a film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus. It is considered to be obtained. The “dispersibility” in the present invention means whether or not the dispersion state of the nanodiamond particles in the coating composition is excellent immediately after the coating composition of the present invention is prepared (whether it is uniform). It is shown.

本発明のコーティング組成物は、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、4.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、のが好ましい。即ち、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコール:ナノダイヤモンド粒子=96.0:4.0以下であるのが好ましい。本発明のコーティング組成物において、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、4.0質量%以下であると、コーティング組成物からなるフィルムの力学物性を十分なものとすることができ、好ましい。下限値としては、0.1質量%程度であればよい。   The coating composition of the present invention preferably contains 4.0% by mass or less of nanodiamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. That is, the content of nanodiamond particles is preferably polyvinyl alcohol: nanodiamond particles = 96.0: 4.0 or less. In the coating composition of the present invention, when the content of nanodiamond particles is 4.0% by mass or less with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles, a film made of the coating composition The mechanical properties of can be made sufficient, which is preferable. As a lower limit, what is necessary is just about 0.1 mass%.

さらに本発明のコーティング組成物は、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、1.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、のが好ましい。即ち、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコール:ナノダイヤモンド粒子=99.0:1.0以下であるのが好ましい。本発明のコーティング組成物において、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、1.0質量%以下であると、コーティング組成物からなるフィルムの光学物性を十分なものとすることができ、好ましい。   Furthermore, the coating composition of the present invention preferably contains 1.0% by mass or less of nanodiamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. That is, the content of nanodiamond particles is preferably polyvinyl alcohol: nanodiamond particles = 99.0: 1.0 or less. In the coating composition of the present invention, when the content of nanodiamond particles is 1.0% by mass or less with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles, a film made of the coating composition The optical physical properties can be made satisfactory.

ここで、「ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)」の「乾燥状態」とは、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との混合物から揮発成分を除去して得られる固形分の状態のことをいい、シリカゲル等を用いてコーティング組成物から分散媒を取り除いた後、例えば、30℃以下の常温(例えば25℃)で24時間乾燥させたときに残存する固形分の状態のことをいう。   Here, “dry state” of “total amount of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles (dry state)” is a state of a solid content obtained by removing volatile components from a mixture of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. After removing the dispersion medium from the coating composition using silica gel or the like, for example, it means the state of the solid content remaining when dried at room temperature of 30 ° C. or lower (for example, 25 ° C.) for 24 hours. .

なお、シリカゲルを用いてコーティング組成物から分散媒を取り除く方法としては、種々の方法を採用することが可能であるが、例えばガラス基板上にコーティング組成物を塗布し、シリカゲルを入れた密閉容器に塗膜付ガラス基板を24時間以上放置することにより分散媒を取り除けばよい。   Various methods can be adopted as a method of removing the dispersion medium from the coating composition using silica gel. For example, the coating composition is applied onto a glass substrate and placed in a sealed container containing silica gel. What is necessary is just to remove a dispersion medium by leaving a glass substrate with a coating film for 24 hours or more.

また、本発明は、上記本発明のコーティング組成物からなるフィルムをも提供する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、前記本発明のコーティング組成物を用いてフィルムを形成すれば、得られるフィルムが優れた透明性、高強度及び高弾性率を有することを見出した。
The present invention also provides a film comprising the above-described coating composition of the present invention.
As a result of intensive studies, the present inventors have found that when a film is formed using the coating composition of the present invention, the resulting film has excellent transparency, high strength, and high elastic modulus. .

また、本発明のフィルムは、380nmの可視光に対して、50〜90%/100μmの透過率を有し得る。
このように、本発明のコーティング組成物を用いてフィルムを形成すれば、得られるフィルムが優れた透明性を有する。
The film of the present invention may have a transmittance of 50 to 90% / 100 μm with respect to visible light of 380 nm.
Thus, if a film is formed using the coating composition of the present invention, the resulting film has excellent transparency.

本発明によれば、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムをより確実に得ることのできるコーティング組成物、並びに当該コーティング組成物からなる優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムを提供することができる。   According to the present invention, a coating composition capable of more reliably obtaining a film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus, and excellent transparency, high strength and high elastic modulus comprising the coating composition. Can be provided.

実施例における破断強度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the breaking strength in an Example. 実施例におけるヤング率の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the Young's modulus in an Example. 実施例における吸光度(透過率)の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the light absorbency (transmittance) in an Example.

以下、本発明のコーティング組成物の好適な一実施形態、及び、本発明のコーティング組成物を用いたフィルムの好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では重複する説明は省略することがある。   Hereinafter, a preferred embodiment of the coating composition of the present invention and a preferred embodiment of a film using the coating composition of the present invention will be described in detail. In the following description, overlapping description may be omitted.

[コーティング組成物]
まず、本発明のコーティング組成物の好適な実施形態について説明する。本実施形態のコーティング組成物は、主として、ポリビニルアルコールと、ポリビニルアルコール用溶媒(任意成分)と、ナノダイヤモンド粒子と、ナノダイヤモンド粒子用分散媒と、を含む構成を有している。
[Coating composition]
First, a preferred embodiment of the coating composition of the present invention will be described. The coating composition of this embodiment has a configuration mainly including polyvinyl alcohol, a solvent for polyvinyl alcohol (optional component), nanodiamond particles, and a dispersion medium for nanodiamond particles.

このような構成を有することにより、本実施形態のコーティング組成物は、水に対する親和性に優れるポリビニルアルコールを有するため、当該ポリビニルアルコールが、ナノダイヤモンド粒子の表面と相互作用をし、コーティング組成物中におけるナノダイヤモンド粒子を略均一にかつ長期間に亘って分散させることができ、これによって分散性が向上するものと考えられる。そして、本発明のコーティング組成物は、ナノダイヤモンド粒子の分散状態を良好に保ちつつ対象物(基材等)に塗布することができ、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムが得られるものと考えられる。   By having such a configuration, the coating composition of the present embodiment has polyvinyl alcohol having an excellent affinity for water. Therefore, the polyvinyl alcohol interacts with the surface of the nanodiamond particles, and the coating composition contains It is considered that the nanodiamond particles in can be dispersed almost uniformly over a long period of time, which improves the dispersibility. The coating composition of the present invention can be applied to an object (base material or the like) while maintaining a well-dispersed state of nanodiamond particles, and a film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus. It is considered to be obtained.

ここで、本発明者らは、(株)日立製作所製のUV/V is spectrometer U−2000を用いた可視吸光法による吸光度の測定、及び(株)島津製作所製のオートグラフAGS−1kNDを用いた引張試験により、本実施形態のコーティング組成物(より具体的には、後述する実施例のコーティング組成物)を用いて得られるフィルムが、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有することを確認している。   Here, the present inventors use the UV / V is spectrometer U-2000 manufactured by Hitachi, Ltd. to measure the absorbance by a visible light absorption method, and use Autograph AGS-1kND manufactured by Shimadzu Corporation. The film obtained using the coating composition of the present embodiment (more specifically, the coating composition of the examples described later) by the tensile test, has excellent transparency, high strength and high elastic modulus. Have confirmed.

(1)ポリビニルアルコール
ポリビニルアルコールとしては、本発明の効果を損なわない範囲で種々のものを用いることができるが、例えば(−CH2CH(OH)−)nで示されるポリビニルアルコール(式中、nは重合度で例えば200〜2,400)を用いることができる。
(1) Polyvinyl alcohol As polyvinyl alcohol, various types can be used as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, polyvinyl alcohol represented by (—CH 2 CH (OH) —) n (in the formula, For example, n may be 200 to 2,400).

単量体であるビニルアルコールは、不安定な構造を有し、すぐにホルムアルデヒドに変化してしまうため、一般的な製造方法としては、ポリ酢酸ビニルを加水分解(ケン化)してポリビニルアルコールを得る。エステル基の加水分解の処理度合いには、様々な水準があり、一般的には70モル%程度の低ケン化度のものから100モル%の完全ケン化のものまで市販されているが、これらに限定されることなく、本発明の効果を損なわない範囲で種々のものを用いることができる。   Since vinyl alcohol, which is a monomer, has an unstable structure and immediately changes to formaldehyde, as a general production method, polyvinyl acetate is hydrolyzed (saponified) to produce polyvinyl alcohol. obtain. There are various levels of treatment of hydrolysis of ester groups, and in general, those having a low saponification degree of about 70 mol% to those having a complete saponification degree of 100 mol% are commercially available. Without being limited to the above, various types can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.

なお、ポリビニルアルコールの特徴の一つとして、水に対する高い親和性が挙げられるが、逆に耐水性が低いともいえる。この点について、ホルマリンを用いたアセタール化などの手法により水酸基をホルマール化することで耐水性を付与する方法が確立されている。本発明においても、アセタール化したポリビニルアルコールを用いてもよい。   One characteristic of polyvinyl alcohol is its high affinity for water, but it can also be said that its water resistance is low. About this point, the method of providing water resistance by formalizing a hydroxyl group by methods, such as acetalization using formalin, is established. Also in the present invention, acetalized polyvinyl alcohol may be used.

(2)ポリビニルアルコール用溶媒
ポリビニルアルコールを溶解させて溶液化するために用いる溶媒は、ポリビニルアルコールを溶解することができれば特に制限はなく、水、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、エチレンオキサイド、メチルアセテート、N−メチルアセトアミド、ジメトキシメタン、メチルエチルケトン、1,1−ジメトキシエタン、フェノール、アニリン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、低分子量アルコール類(例えばメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン)等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で又は混合して用いることができる。消防上の危険性、環境負荷及び人体に対する有害性の面からは、水が最も好適に用いられる。
(2) Solvent for polyvinyl alcohol The solvent used for dissolving polyvinyl alcohol to form a solution is not particularly limited as long as polyvinyl alcohol can be dissolved. Water, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, formaldehyde, acetaldehyde, ethylene oxide, Methyl acetate, N-methylacetamide, dimethoxymethane, methyl ethyl ketone, 1,1-dimethoxyethane, phenol, aniline, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, low molecular weight alcohols (eg methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol) , Ethylene glycol, propylene glycol, triethylene glycol, glycerin) and the like. These can be used alone or in combination. Water is most preferably used from the viewpoint of fire hazard, environmental load and human health.

なお、ポリビニルアルコールは、分子間の水素結合が強いため、溶解時には一般的に加温を併用する。本実施形態においてもポリビニルアルコールの溶解時に加温することができる。   In addition, since polyvinyl alcohol has a strong intermolecular hydrogen bond, warming is generally used at the time of dissolution. Also in this embodiment, it can heat at the time of melt | dissolution of polyvinyl alcohol.

(3)ナノダイヤモンド粒子
本実施形態において用いることのできるナノダイヤモンド粒子は、平均一次粒子径が1nm以上11nm以下、好ましくは3nm以上7nm以下のサイズを有するものである。
また、一次粒子は通常二次凝集体として数十nm〜数百nmの大きさ(凝集粒径)で存在し、本実施形態のコーティング組成物も、ナノダイヤモンド粒子も二次凝集体として含んでいてもよい。
(3) Nanodiamond particles The nanodiamond particles that can be used in the present embodiment have an average primary particle size of 1 nm to 11 nm, preferably 3 nm to 7 nm.
Further, the primary particles are usually present as secondary aggregates with a size of several tens of nanometers to several hundreds of nanometers (aggregated particle diameter), and the coating composition of this embodiment and the nanodiamond particles are included as secondary aggregates. May be.

ここで、コーティング組成物におけるナノダイヤモンド粒子の平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡によって測定することができ、ナノダイヤモンド粒子の凝集粒径は、動的光散乱法(ドップラー散乱光解析)によるもので、例えば、(株)堀場製作所製動的光散乱式粒径分布測定装置LB−550で測定した体積基準のメディアン径(D50)で表すことができる。 Here, the average primary particle diameter of the nanodiamond particles in the coating composition can be measured by a transmission electron microscope, and the aggregated particle diameter of the nanodiamond particles is determined by a dynamic light scattering method (Doppler scattering light analysis). For example, it can be represented by a volume-based median diameter (D 50 ) measured by a dynamic light scattering particle size distribution measuring device LB-550 manufactured by Horiba, Ltd.

具体的には、純水10ミリリットル中にナノダイヤモンド粒子分散液を数滴滴下し、手で振動し分散させて測定用試料を調製する。ついで、測定用試料3ミリリットルを、(株)堀場製作所製動的光散乱式粒径分布測定装置LB−550のセル内に投入し、下記の条件にて測定する。   Specifically, a few samples of nanodiamond particle dispersion are dropped into 10 ml of pure water, and the sample for measurement is prepared by vibrating and dispersing by hand. Next, 3 ml of the measurement sample is put into a cell of a dynamic light scattering particle size distribution analyzer LB-550 manufactured by Horiba, Ltd., and measurement is performed under the following conditions.

・測定条件
データ読み込み回数:100回
セルホルダー内温度:25℃
・表示条件
分布形態:標準
反復回数:50回
粒子径基準:体積基準
分散媒の屈折率:1.33(水が主成分の場合)
・システム条件設定
強度基準:Dynamic
散乱強度レンジ上限:10000.00
散乱強度レンジ下限:1.00
・ Measurement conditions Data reading frequency: 100 times Cell holder temperature: 25 ℃
-Display conditions Distribution form: Standard Number of repetitions: 50 times Particle diameter standard: Volume standard Dispersion medium refractive index: 1.33 (when water is the main component)
・ System condition setting Strength standard: Dynamic
Scattering intensity range upper limit: 10000.00
Scattering intensity range lower limit: 1.00

合成ダイヤモンドの製造方法としては種々のものがあり、例えば、化学蒸着法(CVD)等に代表される気相(低圧)合成法によって膜状ダイヤモンドを合成する方法のほか、自然界のダイヤモンド生成を模した方法として、衝撃法、爆発法、爆射法、爆轟法、フラックス法及び高温高圧法等が実施されている。   There are various methods for producing synthetic diamond. For example, in addition to a method of synthesizing a film diamond by a vapor phase (low pressure) synthesis method represented by chemical vapor deposition (CVD) or the like, the production of diamond in the natural world is simulated. As a method, an impact method, an explosion method, an explosion method, a detonation method, a flux method, a high temperature and high pressure method, and the like have been implemented.

衝撃法は、例えば爆薬を爆発させる等によってグラファイト構造の原料物質に動的な衝撃を加え、グラファイト構造の原料物質をダイヤモンド構造の粒子に直接変換し、顆粒状のダイヤモンドを得る方法であり、フラックス法は、例えば鉄やコバルト等の金属触媒を使用するものであり、原料粉末材料であるグラファイトを、4〜6GPaの静圧および1500〜2000℃の温度で金属触媒中に溶解させた後、ダイヤモンドを析出させる方法である。   The impact method is a method in which a dynamic impact is applied to a graphite-structured raw material, for example, by detonating an explosive, and the graphite-structured raw material is directly converted into diamond-structured particles to obtain granular diamonds. The method uses, for example, a metal catalyst such as iron or cobalt, and after dissolving graphite, which is a raw material powder material, in a metal catalyst at a static pressure of 4 to 6 GPa and a temperature of 1500 to 2000 ° C., diamond Is a method of precipitating.

また、高温高圧法は、例えば密閉された高圧容器内で、13〜16GPaの高い静圧、及び3000〜4000℃の高温の雰囲気下に原料グラファイト粉末を保持し、ダイヤモンドに対する安定条件を実現することによって、グラファイト粉末をダイヤモンドへ直接相転移させる方法である(例えば特開2002−66302号公報参照)。   In addition, the high-temperature and high-pressure method realizes stable conditions for diamond by holding the raw graphite powder in an atmosphere of high static pressure of 13 to 16 GPa and high temperature of 3000 to 4000 ° C. in a sealed high-pressure vessel, for example. In this method, the graphite powder is directly phase-transformed into diamond (see, for example, JP-A-2002-66302).

近年、火薬を水、氷、窒素又は炭酸ガスなどの酸素欠如不活性雰囲気中で爆発させ、不完全燃焼によって残存した炭素原子をダイヤモンド結晶へと成長させる方法が盛んに行われており、この方法は爆轟法又は爆発法と呼ばれる。この方法では、衝撃波が急速に減衰するため、得られるダイヤモンド粒子の粒径はナノオーダーに留まり、しかも粒径が4.3±0.4nmと大きさの揃った単結晶が得られる。   In recent years, explosives are explode in an oxygen-deficient inert atmosphere such as water, ice, nitrogen or carbon dioxide, and carbon atoms remaining due to incomplete combustion are actively grown into diamond crystals. Is called the detonation method or explosion method. In this method, since the shock wave is rapidly attenuated, the obtained diamond particles have a nano-order particle size, and a single crystal having a uniform particle size of 4.3 ± 0.4 nm can be obtained.

原料火薬としては、トリニトロトルエン(TNT)及びヘキソーゲン(RDX)が用いられることが多いが、ヘキソーゲン成分をオクトーゲン(HMX)等の他の火薬で置き換えることもある(例えば、A.Kruger,F.Kataoka,M.Ozawa,T.Fujino,Y.Suzuki,A.E.Aleksenskii,A.Ya.Vul’,E.Osawa,“Unusually tight aggregation in detonation nanodiamond: Identification and disintegration”Carbon,43,1722−1730(2005)又はダイヤモンド工業協会編、ダイヤモンド技術総覧参照)。   Trinitrotoluene (TNT) and hexogen (RDX) are often used as raw material explosives, but the hexogen component may be replaced with other explosives such as octogen (HMX) (for example, A. Kruger, F. Katokaka). , M. Ozawa, T. Fujino, Y. Suzuki, A. E. Alexenskii, A. Ya. Vul ', E. Osawa, “Unusually light aggregation in detonation, 17 Id. 2005) or the diamond industry association, see Diamond Technology Overview).

このようにして得られるナノダイヤモンド粒子には、非ダイヤモンド炭素成分及び触媒金属等の不純物が多量に含まれるため、加熱又は触媒金属存在下での王水、発煙硝酸又は濃硝酸等の強酸又は強アルカリを用いた洗浄により、不純物を除去する処理が施される(例えば、特開昭63−303806号公報、特開2003−146637号公報及び特開2004−238256号公報参照)。   The nanodiamond particles thus obtained contain a large amount of impurities such as non-diamond carbon components and catalytic metals, so that strong acids or strong acids such as aqua regia, fuming nitric acid or concentrated nitric acid in the presence of heating or catalytic metals are present. A treatment for removing impurities is performed by washing with an alkali (see, for example, JP-A-63-303806, JP-A-2003-146637, and JP-A-2004-238256).

本実施形態におけるナノダイヤモンド粒子の製造方法は特に制限されるものではないが、上記のような爆轟法又は爆発法によって得られるナノダイヤモンド粒子が、供給量、価格及び品質の観点から好適に用いることができる。   The method for producing nanodiamond particles in the present embodiment is not particularly limited, but the nanodiamond particles obtained by the detonation method or the explosion method as described above are preferably used from the viewpoint of supply amount, price and quality. be able to.

(3)ナノダイヤモンド粒子用分散媒
ナノダイヤモンド粒子用分散液を調製するために用いるナノダイヤモンド粒子用分散媒は、ポリビニルアルコールの溶解に用いる上記の溶媒と相溶するものであれば特に制限はなく、先に述べたポリビニルアルコール用溶媒を用いることができる。
(3) Dispersion medium for nanodiamond particles The dispersion medium for nanodiamond particles used for preparing the dispersion liquid for nanodiamond particles is not particularly limited as long as it is compatible with the solvent used for dissolving polyvinyl alcohol. The solvent for polyvinyl alcohol described above can be used.

(4)組成
本実施形態のコーティング組成物は、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、4.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、のが好ましい。即ち、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコール:ナノダイヤモンド粒子=96.0:4.0以下であるのが好ましい。本発明のコーティング組成物において、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、4.0質量%以下であると、コーティング組成物からなるフィルムの力学物性を十分なものとすることができ、好ましい。下限値としては、0.1質量%程度であればよい。
(4) Composition It is preferable that the coating composition of this embodiment contains 4.0 mass% or less nano diamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nano diamond particles. That is, the content of nanodiamond particles is preferably polyvinyl alcohol: nanodiamond particles = 96.0: 4.0 or less. In the coating composition of the present invention, when the content of nanodiamond particles is 4.0% by mass or less with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles, a film made of the coating composition The mechanical properties of can be made sufficient, which is preferable. As a lower limit, what is necessary is just about 0.1 mass%.

また、本実施形態のコーティング組成物は、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、1.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、のが好ましい。即ち、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコール:ナノダイヤモンド粒子=99.0:1.0以下であるのが好ましい。本発明のコーティング組成物において、ナノダイヤモンド粒子の含有量が、ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、1.0質量%以下であると、コーティング組成物からなるフィルムの光学物性を十分なものとすることができ、好ましい。光学物性の観点からも、下限値としては、0.1質量%程度であればよい。   Moreover, it is preferable that the coating composition of this embodiment contains 1.0 mass% or less nanodiamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. That is, the content of nanodiamond particles is preferably polyvinyl alcohol: nanodiamond particles = 99.0: 1.0 or less. In the coating composition of the present invention, when the content of nanodiamond particles is 1.0% by mass or less with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles, a film made of the coating composition The optical physical properties can be made satisfactory. Also from the viewpoint of optical properties, the lower limit may be about 0.1% by mass.

本実施形態のコーティング組成物におけるその他の成分の含有量については、本発明の効果を損なわない範囲で適宜調整すればよい。   What is necessary is just to adjust suitably about content of the other component in the coating composition of this embodiment in the range which does not impair the effect of this invention.

[コーティング組成物の製造方法]
本実施形態のコーティング組成物は、あらかじめポリビニルアルコールとポリビニルアルコール用溶媒とを混合してポリビニルアルコールを溶解したポリビニルアルコール溶液と、別途、ナノダイヤモンド粒子とナノダイヤモンド粒子用分散媒とを混合して調製したナノダイヤモンド粒子分散液と、を、上記組成を満たすように混合して得ることができる。
[Method for producing coating composition]
The coating composition of the present embodiment is prepared by mixing a polyvinyl alcohol solution in which polyvinyl alcohol is dissolved in advance by mixing polyvinyl alcohol and a solvent for polyvinyl alcohol, and separately mixing nanodiamond particles and a dispersion medium for nanodiamond particles. The nanodiamond particle dispersion can be mixed to satisfy the above composition.

ポリビニルアルコール溶液は、ポリビニルアルコールとポリビニルアルコール用溶媒とを常法により混合・攪拌等して得ることができる。なお、かかるポリビニルアルコール溶液を調製せず、後述のように調製したナノダイヤモンド粒子分散液にポリビニルアルコール粉末を投入し、加熱・攪拌して本実施形態のコーティング組成物を得ることもできる。   The polyvinyl alcohol solution can be obtained by mixing and stirring polyvinyl alcohol and a solvent for polyvinyl alcohol by a conventional method. In addition, without preparing such a polyvinyl alcohol solution, a polyvinyl alcohol powder can be put into a nanodiamond particle dispersion prepared as described below, followed by heating and stirring to obtain the coating composition of this embodiment.

ナノダイヤモンド粒子分散液の調製には、ナノダイヤモンド粒子とナノダイヤモンド粒子用分散媒とを常法により混合・攪拌等して得ることができる。ナノダイヤモンド粒子分散液の調製に使用する装置としては、一般に知られる分散機を用いることができ、例えば、超音波照射機、超音波ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ボールミル、ペイントシェイカー、アトライター、サンドミル、ビーズミル、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサー、コロイドミル及びパールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   The nanodiamond particle dispersion can be prepared by mixing and stirring the nanodiamond particles and the nanodiamond particle dispersion medium in a conventional manner. As an apparatus used for preparing the nanodiamond particle dispersion, a generally known disperser can be used. For example, an ultrasonic irradiator, an ultrasonic homogenizer, an ultrahigh pressure homogenizer, a ball mill, a paint shaker, an attritor, a sand mill, Examples include, but are not limited to, a bead mill, a roll mill, an agitator, a Henschel mixer, a colloid mill, and a pearl mill.

[フィルム(フィルム付基材)及びその製造方法]
本実施形態のフィルムは、上記本実施形態のコーティング組成物を用いて形成されるものであり、主成分として、ポリビニルアルコールと、ナノダイヤモンド粒子と、を含み、乾燥及び必要に応じた加熱後に残留する溶媒及び分散媒並びにその他の任意成分も含み得る。
[Film (Substrate with Film) and Method for Producing the Same]
The film of the present embodiment is formed using the coating composition of the present embodiment, and contains polyvinyl alcohol and nanodiamond particles as main components, and remains after drying and heating as necessary. Solvent and dispersion medium, and other optional ingredients.

次に、本実施形態のフィルム(フィルム付基材)の製造方法は、主として、(a)コーティング組成物調製工程と、(b)コーティング組成物塗布工程と、(c)フィルム形成工程と、を含んでいる。そして、本実施形態のフィルム(フィルム付基材)の製造方法は、コーティング組成物塗布工程において先に述べた本実施形態のコーティング組成物を用い、かつ、フィルム形成工程において、塗布後のコーティング組成物を所定の温度に乾燥及び、必要に応じて加熱してフィルムを形成する。これにより、先に述べた本実施形態のフィルム(フィルム付基材)をより確実に得ることができるようになる。
以下、本実施形態のフィルム(フィルム付基材)の製造方法の各工程について説明する。
Next, the manufacturing method of the film (substrate with a film) of this embodiment mainly comprises (a) a coating composition preparation step, (b) a coating composition application step, and (c) a film formation step. Contains. And the manufacturing method of the film (base material with a film) of this embodiment uses the coating composition of this embodiment described previously in the coating composition application | coating process, and is a coating composition after application | coating in a film formation process. The product is dried to a predetermined temperature and heated as necessary to form a film. Thereby, the film (base material with a film) of this embodiment described previously can be obtained more reliably.
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the film (base material with a film) of this embodiment is demonstrated.

(a)コーティング組成物調製工程
コーティング組成物調製工程は、先に述べた本実施形態のコーティング組成物を調製する工程である。コーティング組成物は、先に述べたように、ポリビニルアルコール、又は、あらかじめポリビニルアルコールとポリビニルアルコール用溶媒とを混合してポリビニルアルコールを溶解したポリビニルアルコール溶液と、別途、ナノダイヤモンド粒子とナノダイヤモンド粒子用分散媒とを混合して調製したナノダイヤモンド粒子分散液を混合して得ることができる。上記のように、ポリビニルアルコール溶液を調製せず、後述のように調製したナノダイヤモンド粒子分散液にポリビニルアルコール粉末を投入し、加熱・攪拌して本実施形態のコーティング組成物を得ることもできる。
(A) Coating composition preparation process A coating composition preparation process is a process of preparing the coating composition of this embodiment described above. As described above, the coating composition is polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol solution in which polyvinyl alcohol and a polyvinyl alcohol solvent are mixed in advance and dissolved, and separately, for nanodiamond particles and nanodiamond particles. It can be obtained by mixing a nanodiamond particle dispersion prepared by mixing with a dispersion medium. As described above, the polyvinyl alcohol solution is not prepared, but the polyvinyl alcohol powder is put into the nanodiamond particle dispersion prepared as described below, and the coating composition of this embodiment can be obtained by heating and stirring.

(b)コーティング組成物塗布工程
コーティング組成物塗布工程は、先に述べた本実施形態のコーティング組成物を基材に塗布する工程である。
(B) Coating composition application | coating process A coating composition application | coating process is a process of apply | coating the coating composition of this embodiment described above to a base material.

本実施形態において用いることのできる基材としては、コーティング組成物を塗布して乾燥(及び必要に応じて加熱)してフィルムを搭載することのできる、少なくとも1つの主面を有するものであれば、特に制限はないが、耐熱性に優れた基材であるのが好ましい。   As a base material which can be used in this embodiment, as long as it has an at least 1 main surface which can apply | coat a coating composition, and can dry (and heat as needed) and can mount a film Although there is no particular limitation, a base material excellent in heat resistance is preferable.

基材は、本実施形態のコーティング組成物から塗布、乾燥及び必要に応じた加熱によって形成して得られるフィルムで保護すべき対象物を構成するものである。かかる対象物としては、例えば、建築物の壁、床、手すり、看板、サインボード、広告板、窓、ガラス、照明カバー、各種表示ディスプレイや太陽電池などのパネル、電気電子製品の筐体、マウスパッド、乗り物の車体、机やテーブル等の各種家具等が挙げられる。   A base material comprises the target object which should be protected by the film obtained by apply | coating, drying, and the heating as needed from the coating composition of this embodiment. Examples of such objects include building walls, floors, handrails, signboards, sign boards, advertising boards, windows, glass, lighting covers, panels such as various display displays and solar cells, housings for electrical and electronic products, mice Pads, vehicle bodies, and various furniture such as desks and tables.

したがって、基材を構成する材料としては、例えば、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステル、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、フッ素樹脂、液晶ポリマー、セラミックス、ガラス又は金属等を挙げることができる。   Accordingly, examples of the material constituting the base material include polyesters such as polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyethylene terephthalate (PET), and polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone. (PES), fluororesin, liquid crystal polymer, ceramics, glass or metal can be used.

また、基材は、例えば板状又はストリップ状等の種々の形状であってよく、リジッドでもフレキシブルでもよい。基材の厚さも適宜選択することができる。接着性若しくは密着性の向上又はその他の目的ために、表面層が形成された基材や親水化処理等の表面処理を施した基材を用いてもよい。   Further, the substrate may have various shapes such as a plate shape or a strip shape, and may be rigid or flexible. The thickness of the substrate can also be selected as appropriate. In order to improve adhesiveness or adhesion, or for other purposes, a substrate on which a surface layer is formed or a substrate that has been subjected to a surface treatment such as a hydrophilic treatment may be used.

コーティング組成物を基材に塗布する工程では、種々の方法を用いることが可能であるが、例えば、流延(キャスト)法、ディスペンサー法、インクジェット法、フレキソ法、グラビア法、スクリーン法、コータ法、スピンコーティング法、刷毛塗り法又はシリンジ法等を用いることができる。   In the step of applying the coating composition to the substrate, various methods can be used. For example, a casting method, a dispenser method, an ink jet method, a flexo method, a gravure method, a screen method, and a coater method. A spin coating method, a brush coating method, a syringe method, or the like can be used.

また、塗布されて、乾燥及び、必要に応じて、加熱により形成される前の状態のコーティング組成物からなる塗膜の形状は、最終的に得るフィルムの形状に合わせて所望する形状にすることが可能であり、したがって、本実施形態における「塗布」とは、コーティング組成物を面状に塗布する場合も線状に塗布(描画)する場合も含む概念であり、本実施形態の塗膜及びフィルムは、面状及び線状の塗膜及びフィルムのいずれも含む概念である。また、これら面状及び線状の塗膜及びフィルムは、連続していても不連続であってもよく、連続する部分と不連続の部分とを含んでいてもよい。   In addition, the shape of the coating film made of the coating composition in a state before being applied, dried and heated, if necessary, is made into a desired shape according to the shape of the film finally obtained. Therefore, “application” in the present embodiment is a concept that includes a case where the coating composition is applied in a planar form or a linear application (drawing). The film is a concept including both planar and linear coating films and films. Moreover, these planar and linear coating films and films may be continuous or discontinuous, and may include a continuous portion and a discontinuous portion.

(c)フィルム形成工程
上記のように塗布した後の塗膜を乾燥することにより、本実施形態のフィルム(フィルム付基材)を得る。本実施形態における乾燥は、例えば1.0×10-3〜0.1気圧の減圧下、12〜48時間、10〜50℃で行うのが好ましい。加熱を行う場合は、コーティング組成物や基材が熱によって変形や変色等のダメージを受けない範囲で適宜選択すればよい。
(C) Film formation process The film (base material with a film) of this embodiment is obtained by drying the coating film after apply | coating as mentioned above. The drying in this embodiment is preferably performed at 10 to 50 ° C. for 12 to 48 hours under a reduced pressure of 1.0 × 10 −3 to 0.1 atm, for example. What is necessary is just to select suitably in the range which does not receive damage, such as a deformation | transformation and discoloration, by a heat | fever when a coating composition and a base material are heated.

このようにして本実施形態のフィルム(フィルム付基材)を得ることができる。このようにして得られる本実施形態のフィルムは、例えば、0.1〜300μm程度、より好ましくは1〜100μmである。本実施形態のコーティング組成物を用いれば、上記のような厚さでも、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムが得られる。   Thus, the film (base material with a film) of this embodiment can be obtained. Thus, the film of this embodiment obtained is about 0.1-300 micrometers, for example, More preferably, it is 1-100 micrometers. If the coating composition of this embodiment is used, a film having excellent transparency, high strength, and high elastic modulus can be obtained even with the above thickness.

また、このようにして得られる本実施形態のフィルムは、380nmの可視光に対して、50〜90%/100μmの透過率を有し得る。   Moreover, the film of this embodiment obtained in this way can have a transmittance of 50 to 90% / 100 μm with respect to visible light of 380 nm.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明のコーティング組成物及び本発明のフィルム(フィルム付基材)の製造方法について更に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although the manufacturing method of the coating composition of this invention and the film (base material with a film) of this invention is further demonstrated with an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples at all. Absent.

≪実験例1≫
爆発法で合成した平均一次粒径が3〜10nmのナノダイヤモンド粒子を、4N水酸化ナトリウム水溶液と混合し、得られた混合物のナノダイヤモンド粒子含有量は15質量%に調整した。この混合物を室温で12時間撹拌した後、デカンテーションで上澄みを除去し、沈殿物(ナノダイヤモンド粒子)をイオン交換水で洗浄して回収した。
≪Experimental example 1≫
Nanodiamond particles having an average primary particle size of 3 to 10 nm synthesized by the explosion method were mixed with a 4N aqueous sodium hydroxide solution, and the nanodiamond particle content of the obtained mixture was adjusted to 15% by mass. After the mixture was stirred at room temperature for 12 hours, the supernatant was removed by decantation, and the precipitate (nanodiamond particles) was recovered by washing with ion-exchanged water.

次に、回収したナノダイヤモンド粒子を濃硫酸と混合し、得られた混合物のナノダイヤモンド粒子含有量は15質量%に調整した。この混合物を70℃で2.5時間撹拌した後、デカンテーションで上澄みを除去し、沈殿物(ナノダイヤモンド粒子)をイオン交換水で洗浄して回収した。   Next, the recovered nanodiamond particles were mixed with concentrated sulfuric acid, and the nanodiamond particle content of the obtained mixture was adjusted to 15% by mass. After stirring this mixture at 70 ° C. for 2.5 hours, the supernatant was removed by decantation, and the precipitate (nanodiamond particles) was recovered by washing with ion-exchanged water.

更に、このようにして回収したナノダイヤモンド粒子を35質量%塩酸と混合し、得られた混合物のナノダイヤモンド粒子含有量は15質量%に調整した。この混合物を室温で1.5時間撹拌した後、デカンテーションで上澄みを除去し、沈殿物(ナノダイヤモンド粒子)をイオン交換水で洗浄して回収した。   Further, the nanodiamond particles recovered in this manner were mixed with 35% by mass hydrochloric acid, and the nanodiamond particle content of the obtained mixture was adjusted to 15% by mass. After stirring this mixture at room temperature for 1.5 hours, the supernatant was removed by decantation, and the precipitate (nanodiamond particles) was washed with ion-exchanged water and collected.

このようにして回収したナノダイヤモンド粒子をイオン交換水と混合し、得られた混合物のナノダイヤモンド粒子含有量は0.8質量%に調整し、ろ液の電気伝導率が10μS/cmになるまで限外ろ過を行い、更に、ろ液のナノダイヤモンド粒子含有量が2.75質量%になるまで濃縮した後、ビーズミルで分散させ、遠心分離で粗大粒子(凝集粒子)を沈降させ、ナノダイヤモンド粒子分散液を得た。   The nanodiamond particles recovered in this way are mixed with ion-exchanged water, the nanodiamond particle content of the obtained mixture is adjusted to 0.8 mass%, and the electric conductivity of the filtrate is 10 μS / cm. After ultrafiltration, the filtrate is further concentrated until the content of nanodiamond particles in the filtrate reaches 2.75% by mass, and then dispersed by a bead mill, and coarse particles (aggregated particles) are precipitated by centrifugation to form nanodiamond particles. A dispersion was obtained.

日本合成化学工業(株)製のゴーセノールNH−18(ケン化度99%以上、重合度1,800のポリビニルアルコール)の粉末を、上記のように調製したナノダイヤモンド粒子分散液に添加し、攪拌しながら90℃に加熱し、コーティング組成物1を得た。得られたコーティング組成物におけるポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との割合は、99.5:0.5に調節した。   A powder of GOHSENOL NH-18 (polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99% or more and a polymerization degree of 1,800) manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. is added to the nanodiamond particle dispersion prepared as described above and stirred. While heating to 90 ° C., a coating composition 1 was obtained. The ratio of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles in the resulting coating composition was adjusted to 99.5: 0.5.

このようにして得たコーティング組成物を、室温にてガラス板上にキャストを行った後、減圧下、40℃で48時間乾燥させることで、厚み100μmのフィルム1を得た。   The coating composition thus obtained was cast on a glass plate at room temperature, and then dried at 40 ° C. for 48 hours under reduced pressure to obtain a film 1 having a thickness of 100 μm.

≪実験例2≫
得られたコーティング組成物におけるポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との割合は、99.9:0.1に調節したこと以外は、実験例1と同様にして、コーティング組成物2を調製し、コーティング組成物2を用いてフィルム2を形成した。
«Experimental example 2»
A coating composition 2 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that the ratio of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles in the obtained coating composition was adjusted to 99.9: 0.1. Film 2 was formed using Product 2.

≪実験例3≫
得られたコーティング組成物におけるポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との割合は、99.0:1.0に調節したこと以外は、実験例1と同様にして、コーティング組成物3を調製し、コーティング組成物3を用いてフィルム3を形成した。
«Experimental example 3»
A coating composition 3 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the ratio of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles in the obtained coating composition was adjusted to 99.0: 1.0. Film 3 was formed using object 3.

≪実験例4(比較例)≫
ナノダイヤモンド粒子を用いず、日本合成化学工業(株)製のゴーセノールNH−18(ケン化度99%以上、重合度1,800のポリビニルアルコール)の粉末を、イオン交換水に溶解させて得られる溶液(コーティング組成物4)を用い、実験例1と同様にして、フィルム4を形成した。
≪Experimental example 4 (comparative example) ≫
It is obtained by dissolving powder of Gohsenol NH-18 (polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99% or more and a polymerization degree of 1,800) manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry without using nanodiamond particles in ion-exchanged water. A film 4 was formed in the same manner as in Experimental Example 1 using the solution (coating composition 4).

≪実験例5≫
得られたコーティング組成物におけるポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との割合は、95.0:5.0に調節したこと以外は、実験例1と同様にして、コーティング組成物5を調製し、コーティング組成物5を用いてフィルム5を形成した。
<< Experimental Example 5 >>
A coating composition 5 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the ratio of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles in the obtained coating composition was adjusted to 95.0: 5.0. Film 5 was formed using object 5.

≪実験例6≫
得られたコーティング組成物におけるポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との割合は、90.0:10.0に調節したこと以外は、実験例1と同様にして、コーティング組成物6を調製し、コーティング組成物6を用いてフィルム6を形成した。
«Experimental example 6»
A coating composition 6 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the ratio of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles in the obtained coating composition was adjusted to 90.0: 10.0. Film 6 was formed using object 6.

[評価試験]
(1)フィルムの引張試験
(株)島津製作所製のオートグラフAGS−1kNDを用い、初期試料長さ:20mm、引張速度:2mm/min、及び測定温度:室温の条件で、フィルム1〜6の破断強度及びヤング率を測定した。破断強度の測定結果を図1に示し、ヤング率の測定結果を図2に示した。
[Evaluation test]
(1) Tensile test of film Using autograph AGS-1kND manufactured by Shimadzu Corporation, initial film length: 20 mm, tensile speed: 2 mm / min, and measurement temperature: conditions of films 1 to 6 The breaking strength and Young's modulus were measured. The measurement results of the breaking strength are shown in FIG. 1, and the measurement results of the Young's modulus are shown in FIG.

(2)吸光度(透過率)の測定
(株)日立製作所製のUV/V is spectrometer U−2000を用い、380nmの可視光で、波長走査レート:400nm/minの条件で、フィルム1〜6の吸光度(透過率)を測定した。結果を図3に示した。
(2) Measurement of absorbance (transmittance) Using UV / V is spectrometer U-2000 manufactured by Hitachi, Ltd., under conditions of visible light of 380 nm, wavelength scanning rate: 400 nm / min, films 1 to 6 Absorbance (transmittance) was measured. The results are shown in FIG.

なお、実験例3〜実験例6で得られたフィルム3〜フィルム6のヤング率Y(GPa)、破断強度σmax(MPa)、及び破断伸びεmax(%)については、下記の表1にまとめた。ただし、表1中、PVAはポリビニルアルコール、NDはナノダイヤモンド粒子を示し(以下、同様。)、「PVA/ND」の右横の数値は、ポリビニルアルコール及びナノダイヤモンド粒子の合計量に対するナノダイヤモンド粒子の含有量を示す。 The Young's modulus Y (GPa), breaking strength σ max (MPa), and breaking elongation ε max (%) of films 3 to 6 obtained in Experimental Examples 3 to 6 are shown in Table 1 below. Summarized. However, in Table 1, PVA represents polyvinyl alcohol, ND represents nanodiamond particles (hereinafter the same), and the numerical value to the right of “PVA / ND” represents nanodiamond particles relative to the total amount of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. The content of is shown.

Figure 2011026390
Figure 2011026390

図1〜図3及び表1に示す結果から、下記のことがわかった。
(a)力学物性の観点(図1及び図2、表1参照)
(a−1)ヤング率
図2に示すように、ナノダイヤモンド粒子を少量添加してもヤング率が急激に向上している。また、ナノダイヤモンド粒子無添加のフィルム4のヤング率約3.7GPaに対し、
PVA:ND=99.9:0.1のフィルム2で約6GPa、
PVA:ND=99.5:0.5のフィルム1で約7.5GPa、
PVA:ND=99.0:1.0のフィルム3で約9.7GPa、
PVA:ND=96.0:4.0付近でヤング率は最大となり、それ以上にナノダイヤモンド粒子の添加量を増やしても、ヤング率は変わらないか、低下する。
From the results shown in FIGS. 1 to 3 and Table 1, the following was found.
(A) Viewpoint of mechanical properties (See Fig. 1 and Fig. 2, Table 1)
(A-1) Young's modulus As shown in FIG. 2, even if a small amount of nanodiamond particles are added, the Young's modulus is rapidly improved. Moreover, for the Young's modulus of about 3.7 GPa of the film 4 with no nanodiamond particles added,
About 6 GPa with film 2 of PVA: ND = 99.9: 0.1
About 7.5 GPa with film 1 of PVA: ND = 99.5: 0.5
About 9.7 GPa with film 3 of PVA: ND = 99.0: 1.0
The Young's modulus becomes maximum near PVA: ND = 96.0: 4.0, and the Young's modulus does not change or decreases even if the amount of nanodiamond particles added is increased further.

(a−2)破断強度
図1に示すように、ナノダイヤモンド粒子無添加のフィルム4の破断強度約95.3MPaに対し、
PVA:ND=99.0:1.0のフィルム3で約115.8MPa、
PVA:ND=95.0:5.0のフィルム5で約124.3MPa、
PVA:ND=90.0:10.0のフィルム6で約126.8GPa、
である。
(A-2) Breaking strength As shown in FIG. 1, the breaking strength of the film 4 with no nanodiamond particles added is about 95.3 MPa,
About 115.8 MPa with film 3 of PVA: ND = 99.0: 1.0,
About 124.3 MPa with film 5 of PVA: ND = 95.0: 5.0,
About 126.8 GPa with film 6 of PVA: ND = 90.0: 10.0
It is.

(b)光学特性の観点(図3参照)
厚さ100μmのフィルムの透過率は、波長380nmの可視光に対し、
PVA:ND=100:0のフィルム4で約90%、
PVA:ND=99.9:0.1のフィルム2で約82%、
PVA:ND=99.5:0.5のフィルム1で約65%、
PVA:ND=99.0:1.0のフィルム3で約50%、
である。
(B) Viewpoint of optical characteristics (see FIG. 3)
The transmittance of a film with a thickness of 100 μm is for visible light with a wavelength of 380 nm.
About 90% in film 4 with PVA: ND = 100: 0,
About 82% in film 2 of PVA: ND = 99.9: 0.1
About 65% in film 1 with PVA: ND = 99.5: 0.5
About 50% in film 3 with PVA: ND = 99.0: 1.0
It is.

以上より、力学物性の観点からは、ナノダイヤモンド粒子の添加量は、PVA:ND=96.0:4.0以下が好ましく、PVA:ND=99.9:0.1以上PVA:ND=99.0:1.0以下がより好ましい範囲であることがわかる。また、光学特性の観点からは、ナノダイヤモンド粒子の添加量は、PVA:ND=99.0:1.0以下が好ましく、PVA:ND=99.5:0.5がより好ましく、PVA:ND=99.9:0.1がさらに好ましいことがわかる。   From the above, from the viewpoint of mechanical properties, the addition amount of the nanodiamond particles is preferably PVA: ND = 96.0: 4.0 or less, and PVA: ND = 99.9: 0.1 or more PVA: ND = 99 It can be seen that 0.0: 1.0 or less is a more preferable range. From the viewpoint of optical properties, the amount of nanodiamond particles added is preferably PVA: ND = 99.0: 1.0 or less, more preferably PVA: ND = 99.5: 0.5, and PVA: ND. = 99.9: 0.1 is more preferable.

本発明により得られるコーティング組成物は、従来のナノ炭素材料を用いたポリマー複合材料の欠点を解消し、優れた透明性、高強度及び高弾性率を有するフィルムを形成し得るものである。得られる本発明のフィルムの用途としては、例えば、建築物の壁、床、手すり、看板、サインボード、広告板、窓、ガラス、照明カバー、各種表示ディスプレイや太陽電池などのパネル、電気電子製品の筐体、マウスパッド、乗り物の車体、机やテーブル等の各種家具等、広範な用途が考えられる。   The coating composition obtained by the present invention eliminates the drawbacks of conventional polymer composite materials using nanocarbon materials, and can form a film having excellent transparency, high strength and high elastic modulus. Applications of the film of the present invention obtained include, for example, building walls, floors, handrails, signboards, sign boards, billboards, windows, glass, lighting covers, panels such as various display displays and solar cells, electrical and electronic products A wide range of applications are possible, such as housings, mouse pads, vehicle bodies, and various furniture such as desks and tables.

Claims (5)

ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子とを含むコーティング組成物。   A coating composition comprising polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、4.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、請求項1記載のコーティング組成物。   The coating composition according to claim 1, comprising 4.0% by mass or less of nanodiamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. ポリビニルアルコールとナノダイヤモンド粒子との合計量(乾燥状態)に対して、1.0質量%以下のナノダイヤモンド粒子を含む、請求項1記載のコーティング組成物。   The coating composition according to claim 1, comprising 1.0% by mass or less of nanodiamond particles with respect to the total amount (dry state) of polyvinyl alcohol and nanodiamond particles. 請求項1〜3のうちのいずれかに記載のコーティング組成物からなるフィルム。   The film which consists of a coating composition in any one of Claims 1-3. 380nmの可視光に対する透過率が50〜90%/100μmである、請求項4に記載のフィルム。   The film of Claim 4 whose transmittance | permeability with respect to visible light of 380 nm is 50-90% / 100 micrometers.
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