JP2012082544A - Carbon nanofiber and manufacturing method thereof - Google Patents

Carbon nanofiber and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2012082544A
JP2012082544A JP2010228578A JP2010228578A JP2012082544A JP 2012082544 A JP2012082544 A JP 2012082544A JP 2010228578 A JP2010228578 A JP 2010228578A JP 2010228578 A JP2010228578 A JP 2010228578A JP 2012082544 A JP2012082544 A JP 2012082544A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phthalocyanine
group
atom
substituent
nanowire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010228578A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norimasa Fukazawa
憲正 深澤
Hideyuki Murata
秀之 村田
Hideki Etori
秀樹 餌取
Sho Inagaki
翔 稲垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DIC Corp
Original Assignee
DIC Corp
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DIC Corp, Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd filed Critical DIC Corp
Priority to JP2010228578A priority Critical patent/JP2012082544A/en
Publication of JP2012082544A publication Critical patent/JP2012082544A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a simple and efficient carbon nanofiber and a carbon nanofiber aggregate, and to provide a carbon nanofiber and a carbon nanofiber aggregate manufactured by the manufacturing method.SOLUTION: A phthalocyanine nanowire having a minor diameter of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor diameter (length/minor diameter) of 10 or more is heated and calcined. A composition comprising the phthalocyanine nanowire and an organic solvent is dried in a container having any shape and calcined to form a carbon nanofiber aggregate having any external appearance shape. And, the composition is applied on a heat-resistant substrate such as glass and ceramic and then subjected to calcination.

Description

本発明は、カーボンナノファイバー、カーボンナノファイバーの製造方法、カーボンナノファイバー集合体、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon nanofiber, a method for producing a carbon nanofiber, a carbon nanofiber aggregate, and a method for producing a carbon nanofiber aggregate.

カーボンナノファイバーとは、繊維状の炭素材料の中で直径が十〜数百nm程度のものであり、十nmのものは、カーボンナノチューブと呼ばれているが、以下、カーボンナノチューブも含めて、カーボンナノファイバーと総称する。近年、カーボンナノファイバーの優れた特性が注目され、盛んに研究が行われている。 Carbon nanofibers are those with a diameter of about 10 to several hundreds of nanometers in fibrous carbon materials, and those with 10 nm are called carbon nanotubes. Collectively called carbon nanofiber. In recent years, the excellent properties of carbon nanofibers have attracted attention and are actively researched.

例えば、樹脂材料に導電性を付与したり、樹脂材料の機械的特性を向上したりする目的でフィラーとして用いられており、また、水素吸収、放出能やメタン吸収能を利用したガス吸蔵材料、燃料電池用負極材料、さらに、ディスプレイ用の電子放出材料等への応用が期待されている。   For example, it is used as a filler for the purpose of imparting conductivity to the resin material or improving the mechanical properties of the resin material, and also a gas storage material utilizing hydrogen absorption, release ability and methane absorption ability, Applications to negative electrode materials for fuel cells and electron emission materials for displays are expected.

このようなカーボンナノファイバーの製造法としては、アーク放電(例えば、特許文献1,2)、レーザー昇華(例えば、特許文献3)、化学気相(CVD)法(例えば、特許文献4〜8)等といった、気相法での製造法が良く知られている。しかしながら、これら気相法では、生産性が低く、ファイバー形状の制御性にも乏しいという欠点があった。
一方、これを改善するために、熱炭化性のポリマー材料を紡糸し、ファイバー状にして、これを焼成することにより、カーボンファイバーを得る方法が知られている。この方法では、例えば、フェノール樹脂やアクリロニトリル系ポリマー等の繊維を炭素化することによってカーボンファイバーを得るが、それらのポリマー繊維単独では、細い径での紡糸や、紡糸後の延伸が困難なため、μmオーダーの太いファイバーしか得ることができなかった。
As a method for producing such carbon nanofibers, arc discharge (for example, Patent Documents 1 and 2), laser sublimation (for example, Patent Document 3), chemical vapor phase (CVD) method (for example, Patent Documents 4 to 8). A manufacturing method using a gas phase method such as the above is well known. However, these gas phase methods have the disadvantages of low productivity and poor fiber shape controllability.
On the other hand, in order to improve this, a method is known in which a carbon fiber is obtained by spinning a thermo-carbonizable polymer material into a fiber and firing it. In this method, for example, carbon fibers are obtained by carbonizing fibers such as phenolic resins and acrylonitrile-based polymers. However, since these polymer fibers alone are difficult to spin with a small diameter or stretch after spinning, Only thick fibers on the order of μm could be obtained.

そこで、細線化されたカーボンナノファイバーを得るための手段として、熱炭化性ポリマーと、熱分解消失性ポリマーや溶媒溶解性ポリマーを組み合わせたブレンドポリマーを紡糸し、このファイバーから、加熱、もしくは溶媒抽出によって熱分解性ポリマーや溶媒溶解性ポリマー部を除去した後、炭化させることによってカーボンナノファイバーを得る方法が開示されている(特許文献9−11)。しかしながら、これらの方法は、2種以上のポリマー材料を溶融混練し、紡糸してファイバー状に成形した後に、その一部を除去し、さらに炭化してカーボンナノファイバーを得るという複雑な工程を経るものであった。   Therefore, as a means to obtain thinned carbon nanofibers, a blend polymer that combines a thermal carbonizable polymer with a thermally decomposable polymer or solvent-soluble polymer is spun and heated or solvent extracted from this fiber. Has disclosed a method of obtaining carbon nanofibers by carbonization after removing the thermally decomposable polymer and solvent-soluble polymer part (Patent Documents 9-11). However, these methods involve a complicated process in which two or more polymer materials are melt-kneaded, spun and formed into a fiber shape, and then a part thereof is removed and further carbonized to obtain carbon nanofibers. It was a thing.

また、従来の方法で得られたカーボンナノファイバーを、例えばガラスやセラミックス等の基材上に堆積させ導電膜を形成させる場合、カーボンナノファイバー自身の溶媒分散性が乏しいため、カーボンナノファイバー製造後に、さらに分散処理を施す必要があった。   In addition, when carbon nanofibers obtained by conventional methods are deposited on a substrate such as glass or ceramics to form a conductive film, the carbon nanofibers themselves have poor solvent dispersibility. Further, it was necessary to perform a dispersion process.

特開平7−165406号公報JP 7-165406 A 特開平7−197325号公報JP-A-7-197325 特開平10−273308号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-273308 昭60−54998号公報Sho 60-54998 昭60−27700号公報Sho 60-27700 第2778434号特許公報Japanese Patent No. 2778434 特公平3−64606号公報Japanese Patent Publication No. 3-64606 特公平3−77288号公報Japanese Patent Publication No. 3-77288 特開2001−73226号公報JP 2001-73226 A 特開2004−176236号公報JP 2004-176236 A 特開2005−163329号公報JP 2005-163329 A

本発明の課題は、本発明は上記に鑑み、より簡便で効率の高いカーボンナノファイバー及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法を提供すること、及び当該製造法を用いて作製されたカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体を提供することである。 In view of the above, the problem of the present invention is to provide a simpler and more efficient carbon nanofiber and carbon nanofiber aggregate production method, and carbon nanofibers produced using the production method, And providing a carbon nanofiber assembly.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤーを加熱焼成することによって、良好なカーボンナノファイバーを得られること、また、該フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤からなる組成物を、任意形状の容器内で乾燥させ、これを焼成することによって任意の外観形状を有するカーボンナノファイバー集合体を形成できること、また、当該組成物をガラスやセラミックスなどの耐熱性基材上に塗布した後、焼成を施すという簡便な操作によって、容易に、基材上に導電膜を形成可能であることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the short diameter is 100 nm or less and the ratio of the length to the short diameter (length / short diameter) is 10 or more. By heating and baking, a good carbon nanofiber can be obtained, and a composition comprising the phthalocyanine nanowire and an organic solvent is dried in a container of an arbitrary shape, and this is fired to have an arbitrary appearance. A carbon nanofiber aggregate having a shape can be formed, and the composition is applied on a heat-resistant substrate such as glass or ceramics, and then baked and then easily conducted on the substrate. The present inventors have found that a film can be formed and completed the present invention.

本発明によれば、カーボンナノファイバー、および、その集合体を簡便に効率良く製造することが可能であり、当該製造方法によって製造されたカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体は、樹脂材料に導電性を付与したり、樹脂材料の機械的特性を向上したりする目的でフィラーとして用いることが可能である。また、水素吸収、放出能やメタン吸収能を利用したガス吸蔵材料、燃料電池用負極材料としても利用可能であり、さらに、ディスプレイ用の電子放出材料や、触媒担持体として有用である。 According to the present invention, it is possible to easily and efficiently produce carbon nanofibers and aggregates thereof, and the carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates produced by the production method are used as resin materials. It can be used as a filler for the purpose of imparting electrical conductivity or improving the mechanical properties of the resin material. Further, it can be used as a gas storage material utilizing hydrogen absorption, emission ability and methane absorption ability, and a negative electrode material for fuel cells, and is also useful as an electron emission material for displays and a catalyst carrier.

実施例1におけるフタロシアニンナノワイヤーの透過電子顕微鏡写真である。2 is a transmission electron micrograph of phthalocyanine nanowires in Example 1. FIG. 実施例1におけるフタロシアニンナノワイヤーの透過電子顕微鏡写真である。2 is a transmission electron micrograph of phthalocyanine nanowires in Example 1. FIG. 実施例1で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型透過電子顕微鏡写真(a)、(a)に対応する位置での銅元素存在マッピング図(b)、及び(a)に対応する位置での炭素元素の存在マッピング図(c)である。Scanning transmission electron micrograph (a) of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 1 (a), copper element presence mapping diagram at a position corresponding to (a), and a position corresponding to (a) It is a carbon element presence mapping diagram (c). 実施例2で石英基板上に形成されたカーボンナノファイバー集合体のAFM画像である。2 is an AFM image of a carbon nanofiber aggregate formed on a quartz substrate in Example 2. FIG. 実施例3で石英基板上に形成されたカーボンナノファイバー集合体のAFM画像である。4 is an AFM image of a carbon nanofiber aggregate formed on a quartz substrate in Example 3. FIG. 実施例4におけるフタロシアニンナノワイヤーの透過電子顕微鏡写真である。4 is a transmission electron micrograph of phthalocyanine nanowires in Example 4. 実施例4におけるフタロシアニンナノワイヤーの透過電子顕微鏡写真である。4 is a transmission electron micrograph of phthalocyanine nanowires in Example 4. 実施例4で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 4. FIG. 実施例4で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 4. FIG. 実施例5で得られたフタロシアニンナノワイヤーの走査型電子微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of phthalocyanine nanowires obtained in Example 5. FIG. 実施例5で得られたフタロシアニンナノワイヤーの走査型電子微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of phthalocyanine nanowires obtained in Example 5. FIG. 実施例5で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 5. FIG. 実施例5で得られたカーボンナノファイバー集合体の走査型電子微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the carbon nanofiber aggregate obtained in Example 5. FIG. 実施例6で得られた焼結体の走査型電子微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the sintered body obtained in Example 6. 実施例6で得られた焼結体の走査型電子微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the sintered body obtained in Example 6. 比較例2で得られた焼結体の走査型電子微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of a sintered body obtained in Comparative Example 2. 比較例2で得られた焼結体の走査型電子微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of a sintered body obtained in Comparative Example 2.

即ち、本発明は、
(1)短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程と、
(2)フタロシアニンナノワイヤー(A)を焼成する第二工程、
とを有することを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法を提供するものである。
また、本発明は、
(1)短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程と、
(2)フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤とを必須成分とする組成物(B)を得る第二工程、
(3)組成物(B)を任意の基材上、もしくは容器内で乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体(C1)を得る第三工程
(4)フタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成する第四工程、
とを有することを特徴とするカーボンナノファイバー集合体の製造方法を提供するものである。
さらに、本発明は、
(1)短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程と、
(2)フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤とを必須成分とする組成物(B)を得る第二工程、
(3)組成物(B)を任意の耐熱性基板上に塗布乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体膜(C2)を得る第三工程(c)
(4)フタロシアニンナノワイヤー集合体膜(C2)を焼成する第四工程(d)、
とを有することを特徴とするカーボンナノファイバー集合体膜の製造方法を提供するものである。
本発明は、さらに、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を前駆体として用い、これを焼成することによって得られるカーボンナノファイバー及び、カーボンナノファイバー集合体を提供するものである
That is, the present invention
(1) a first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more;
(2) a second step of firing the phthalocyanine nanowire (A),
The present invention provides a method for producing carbon nanofibers.
The present invention also provides:
(1) a first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more;
(2) a second step of obtaining a composition (B) comprising phthalocyanine nanowires and an organic solvent as essential components;
(3) The third step of drying the phthalocyanine nanowire aggregate (C1) by drying the composition (B) on an arbitrary substrate or in a container, and the fourth step of firing the phthalocyanine nanowire aggregate,
A method for producing a carbon nanofiber aggregate characterized by comprising:
Furthermore, the present invention provides
(1) a first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more;
(2) a second step of obtaining a composition (B) comprising phthalocyanine nanowires and an organic solvent as essential components;
(3) Third step (c) to obtain the phthalocyanine nanowire aggregate film (C2) by applying and drying the composition (B) on an arbitrary heat-resistant substrate.
(4) Fourth step (d) for firing the phthalocyanine nanowire assembly film (C2),
And a method for producing a carbon nanofiber aggregate film.
The present invention further uses a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more as a precursor, which is fired. To provide carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明において、カーボンナノファイバーとは、繊維状の炭素材料の中で直径が十〜数百nmのものを言い、カーボンナノファイバー集合体とは、該カーボンナノファイバーが複数本集合した状態で存在するものを意味する。また、該カーボンナノファイバー、カーボンナノファイバー集合体は、そのラマンスペクトルに1580〜1590cm−1(G−band)、1350〜1360cm−1付近の炭素材料に特徴的なピークを有することによって同定することができる。さらに、該カーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体は、その表面や内部に金属微粒子を内包、もしくは、担持していても良い。
The present invention is described in detail below.
In the present invention, the carbon nanofiber means a fibrous carbon material having a diameter of 10 to several hundred nm, and the carbon nanofiber aggregate exists in a state where a plurality of the carbon nanofibers are aggregated. Means what to do. Moreover, the carbon nanofibers, carbon nanofibers aggregate, be identified by having characteristic peaks at Raman spectrum 1580~1590cm -1 (G-band), the carbon material in the vicinity of 1350~1360Cm -1 Can do. Further, the carbon nanofibers and the carbon nanofiber aggregates may contain or carry metal fine particles on the surface or inside thereof.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法においては、その第一工程において、フタロシアニンとフタロシアニン誘導体を用いて、フタロシアニンナノワイヤーを製造する第一工程を有する。 In the manufacturing method of the carbon nanofiber of this invention and a carbon nanofiber aggregate | assembly, it has the 1st process of manufacturing a phthalocyanine nanowire in the 1st process using a phthalocyanine and a phthalocyanine derivative.

(フタロシアニンナノワイヤーに含有されるフタロシアニン)
本発明の第一工程において製造されるフタロシアニンナノワイヤーに含有されるフタロシアニンは、中心金属原子を有する公知慣用の金属フタロシアニン、および中心金属原子を有しない無金属フタロシアニンを用いることができる。中心金属原子としては、ナノワイヤーを構成するものであれば制限はないが、銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子、チタニル(TiO)、バナジル(VO)、塩化アルミニウム(AlCl)等を挙げることができ、中でも銅原子、亜鉛原子、鉄原子が特に好ましい。
(Phthalocyanine contained in phthalocyanine nanowires)
As the phthalocyanine contained in the phthalocyanine nanowire produced in the first step of the present invention, a known and commonly used metal phthalocyanine having a central metal atom and a metal-free phthalocyanine having no central metal atom can be used. The central metal atom is not limited as long as it constitutes a nanowire. However, copper atom, zinc atom, cobalt atom, nickel atom, tin atom, lead atom, magnesium atom, silicon atom, iron atom, titanyl (TiO2) ), Vanadyl (VO), aluminum chloride (AlCl) and the like, among which a copper atom, a zinc atom, and an iron atom are particularly preferable.

(フタロシアニンナノワイヤーに含有されるフタロシアニン誘導体)
本発明の第一工程で製造されるフタロシアニンナノワイヤーは、前記フタロシアニンと、下記一般式(1)又は(2)であるフタロシアニン誘導体を含有するフタロシアニンナノワイヤーである。
(Phthalocyanine derivatives contained in phthalocyanine nanowires)
The phthalocyanine nanowire manufactured by the 1st process of this invention is a phthalocyanine nanowire containing the said phthalocyanine and the phthalocyanine derivative which is the following general formula (1) or (2).

Figure 2012082544
Figure 2012082544

但し、式中、Xは、銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子、チタニル(TiO)、バナジル(VO)、塩化アルミニウム(AlCl)からなる群から選ばれる何れかであり、YからYは、フタロシアニン骨格とR〜Rを結合させる結合基を表し、
からYが結合基として存在しない場合には、R〜Rは、SOH、COH、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基、置換基を有してもよい(オリゴ)へテロアリール基、置換基を有してもよいフタルイミド基又は置換基を有してもよいフラーレン類であり、
からYが、−(CH−(nは1〜10の整数を表す)、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−NH−、−S−、−S(O)−、又は−S(O)−で表される結合基である場合には、R〜Rは、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基、置換基を有してもよい(オリゴ)へテロアリール基、置換基を有してもよいフタルイミド基又は置換基を有してもよいフラーレン類であり、a、b、c及びdは各々独立に0〜4の整数を表すが、そのうち少なくとも一つは0でない。
However, in the formula, X is a copper atom, a zinc atom, a cobalt atom, a nickel atom, a tin atom, a lead atom, a magnesium atom, a silicon atom, an iron atom, titanyl (TiO), vanadyl (VO), aluminum chloride (AlCl). Y 1 to Y 4 are each selected from the group consisting of: a linking group that connects the phthalocyanine skeleton and R 1 to R 4 ;
When Y 1 to Y 4 are not present as a linking group, R 1 to R 4 may have SO 3 H, CO 2 H, an alkyl group that may have a substituent, or a substituent ( (Oligo) aryl group, optionally substituted (oligo) heteroaryl group, optionally substituted phthalimide group or optionally substituted fullerene,
Y 1 to Y 4 are — (CH 2 ) n — (n represents an integer of 1 to 10), —CH═CH—, —C≡C—, —O—, —NH—, —S—, When it is a bonding group represented by —S (O) — or —S (O) 2 —, R 1 to R 4 have an alkyl group which may have a substituent, and a substituent. (Oligo) aryl group which may have a substituent, (oligo) heteroaryl group which may have a substituent, phthalimide group which may have a substituent or fullerenes which may have a substituent, b, c and d each independently represent an integer of 0 to 4, but at least one of them is not 0.

本発明のフタロシアニン誘導体と錯体を形成する金属原子Xとしては、金属フタロシアニンの中心金属として公知慣用であれば特に限定はないが、好ましい金属原子として、銅、亜鉛、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、マグネシウム、ケイ素、及び鉄から選ばれるいずれか一種の金属原子を挙げることができる。また、Xとして、チタニル(TiO)、バナジル(VO)、塩化アルミニウム(AlCl)が配位した金属フタロシアニンも用いることができる。ここで、一般式(2)で表されるフタロシアニン誘導体のように、中心金属Xを含まない化合物も本発明のフタロシアニン誘導体として用いることができる。   The metal atom X that forms a complex with the phthalocyanine derivative of the present invention is not particularly limited as long as it is commonly used as the central metal of metal phthalocyanine, but preferred metal atoms include copper, zinc, cobalt, nickel, tin, lead, Any one kind of metal atom selected from magnesium, silicon, and iron can be exemplified. As X, metal phthalocyanine coordinated with titanyl (TiO), vanadyl (VO), or aluminum chloride (AlCl) can also be used. Here, like the phthalocyanine derivative represented by the general formula (2), a compound not containing the central metal X can also be used as the phthalocyanine derivative of the present invention.

からYは、フタロシアニン環とR〜Rを結合させる結合基であれば、特に制限なく使用することが可能である。このような結合基としては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、ビニレン結合、エチニレン、スルフィド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホニル基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、アミノ基、イミノ基、ケトン基、エステル基等を挙げることができ、より具体的には、−(CH−(nは1〜10の整数を表す)、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−NH−、−S−、−S(O)−又は−S(O)−等である。また、フラーレン類も本発明の結合基として用いることができる。 Y 1 to Y 4 can be used without particular limitation as long as they are linking groups that bind the phthalocyanine ring and R 1 to R 4 . Examples of such linking groups include alkylene groups, arylene groups, heteroarylene groups, vinylene bonds, ethynylene, sulfide groups, ether groups, sulfoxide groups, sulfonyl groups, urea groups, urethane groups, amide groups, amino groups, imino groups. Group, ketone group, ester group, and the like. More specifically, — (CH 2 ) n — (n represents an integer of 1 to 10), —CH═CH—, —C≡C— , -O-, -NH-, -S-, -S (O)-or -S (O) 2- . In addition, fullerenes can also be used as the linking group of the present invention.

〜Rは、上記結合基YからYを介してフタロシアニン環と結合しえる官能基である。このような官能基としては、例えば、アルキル基、アルキルオキシ基、アミノ基、メルカプト基、カルボキシ基、スルホン酸基、シリル基、シラノール基、ボロン酸基、ニトロ基、リン酸基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、ニトリル基、イソニトリル基、アンモニウム塩またはフラーレン類、フタルイミド基等を挙げることができ、より具体的には、フェニル基やナフチル基などのアリール基や、インドイル基、ピリジニル基などのヘテロアリール基やメリル基などを挙げることができる。この中でも具体的に好ましい基としては、SOH、COH、アルキル基、エーテル基若しくはアミノ基を有するアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいヘテロアリール基、置換基を有してもよいフタルイミド基又は置換基を有してもよいフラーレン類等を挙げることができる。 R 1 to R 4 are functional groups that can be bonded to the phthalocyanine ring via the bonding groups Y 1 to Y 4 . Examples of such functional groups include alkyl groups, alkyloxy groups, amino groups, mercapto groups, carboxy groups, sulfonic acid groups, silyl groups, silanol groups, boronic acid groups, nitro groups, phosphoric acid groups, aryl groups, Examples include heteroaryl groups, cycloalkyl groups, heterocycloalkyl groups, nitrile groups, isonitrile groups, ammonium salts or fullerenes, phthalimide groups, and more specifically, aryl groups such as phenyl groups and naphthyl groups, And heteroaryl groups such as indoyl group and pyridinyl group and meryl group. Among these, specifically preferred groups include SO 3 H, CO 2 H, an alkyl group, an alkyl group having an ether group or an amino group, an aryl group which may have a substituent, and a substituent. Examples include a heteroaryl group, a phthalimide group which may have a substituent, or a fullerene which may have a substituent.

上記置換基を有してもよいアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基を挙げることができるが、特にメチル基、エチル基、プロピル基等の低級アルキル基が好ましい。また、エーテル基若しくはアミノ基を有するアルキル基も好ましく、例えば、下記式 Examples of the alkyl group that may have a substituent include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, or a propyl group is particularly preferable. Further, an alkyl group having an ether group or an amino group is also preferable.

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(mは1〜20の整数であり、R及びR’は、各々独立に炭素数1〜20のアルキル基、又はアリール基である。)
で表される基も用いることができる。
(M is an integer of 1 to 20, and R and R ′ are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group.)
The group represented by can also be used.

上記置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基としては、好ましくは、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいオリゴフェニレン基、又は置換基を有してもよいオリゴナフチル基等を挙げることができる。置換基としては、アリール基に置換が可能な通常公知の置換基を挙げることができる。   The (oligo) aryl group which may have a substituent is preferably a phenyl group which may have a substituent, a naphthyl group which may have a substituent, or a substituent. An oligophenylene group or an oligonaphthyl group which may have a substituent can be exemplified. Examples of the substituent include conventionally known substituents that can be substituted on the aryl group.

上記置換基を有してもよい(オリゴ)ヘテロアリール基としては、好ましくは、置換基を有してもよいピロール基、置換基を有してもよいチオフェン基、置換基を有してもよいオリゴピロール基、置換基を有してもよいオリゴチオフェン基を挙げることができる。置換基としては、ヘテロアリール基に置換が可能な通常公知の置換基を挙げることができる。   The (oligo) heteroaryl group which may have a substituent is preferably a pyrrole group which may have a substituent, a thiophene group which may have a substituent, or a substituent. Examples thereof include a good oligopyrrole group and an oligothiophene group which may have a substituent. Examples of the substituent include conventionally known substituents that can be substituted on the heteroaryl group.

また、置換基を有してもよいフラーレン類としては、フラーレン類に通常公知の置換基を有するフラーレン類を挙げることができ、例えば、C60フラーレン、C70フラーレンやフェニルC61−酪酸メチル[60]フラーレン(PCBM)等を挙げることできる。
上記置換基を有してもよいフタルイミド基としては、例えば、
In addition, examples of fullerenes which may have a substituent include fullerenes having a generally known substituent in fullerenes, such as C60 fullerene, C70 fullerene and phenyl C61-methyl butyrate [60] fullerene. (PCBM).
Examples of the phthalimide group that may have the substituent include, for example,

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、qは1〜20の整数である。)
で表される基を挙げることができる。置換基としては、フタルイミド基に置換が可能な通常公知の置換基を挙げることができる。
(Here, q is an integer of 1 to 20.)
The group represented by these can be mentioned. Examples of the substituent include a generally known substituent that can be substituted on the phthalimide group.

また、a、b、c及びdは各々独立に0〜4の整数を表わし、フタロシアニン環に置換するY〜Yの置換基数を示す。なお、フタロシアニン環に置換する置換基の数a〜dのうち少なくとも一つは0ではない。 A, b, c and d each independently represents an integer of 0 to 4, and represents the number of substituents Y 1 R 1 to Y 4 R 4 substituted on the phthalocyanine ring. Note that at least one of the numbers a to d of the substituents substituted on the phthalocyanine ring is not zero.

本発明の一般式(1)で表されるフタロシアニン誘導体の具体例としては以下が挙げられるが、これらに限らない。なお、ここで、フタロシアニン誘導体の式の括弧の横の数字はフタロシアニン分子に対する官能基の平均導入数を表している(実際の使用においては、置換基導入数の異なるものが混在している)。
Specific examples of the phthalocyanine derivative represented by the general formula (1) of the present invention include, but are not limited to, the following. Here, the number next to the parentheses in the formula of the phthalocyanine derivative represents the average number of functional groups introduced into the phthalocyanine molecule (in actual use, different numbers of substituents introduced are mixed).

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、Xは、銅原子又は亜鉛原子、nは1〜20の整数、mは平均的な官能基の導入数を表わす1〜4の数値である。) (Here, X is a copper atom or a zinc atom, n is an integer of 1 to 20, and m is a numerical value of 1 to 4 representing the average number of functional groups introduced.)

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、Xは銅原子又は亜鉛原子、nは1〜20の整数、mは平均的な官能基の導入数を表わす1〜4の数値であり、RからRは、各々独立に水素原子、ハロゲン、炭素数1〜20のアルキル基、アルキルオキシ基又はアルキルチオ基を表す。) (Where X is a copper atom or zinc atom, n is an integer of 1 to 20, m is a numerical value of 1 to 4 representing the average number of introduced functional groups, and R 1 to R 4 are each independently Represents a hydrogen atom, halogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyloxy group or an alkylthio group.)

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、Xは銅原子又は亜鉛原子、nは1〜20の整数、mは平均的な官能基の導入数を表わす1〜4の数値であり、RからRは、各々独立に水素原子、ハロゲン、炭素数1〜20のアルキル基、アルキルオキシ基又はアルキルチオ基を表す。)
また、一般式(2)で表される具体的化合物としては、上記式(4)〜(12)において中心金属が存在しないフタロシアニン誘導体も用いることができる。
(Where X is a copper atom or zinc atom, n is an integer of 1 to 20, m is a numerical value of 1 to 4 representing the average number of introduced functional groups, and R 1 to R 2 are each independently Represents a hydrogen atom, halogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyloxy group or an alkylthio group.)
Moreover, as a specific compound represented by General formula (2), the phthalocyanine derivative in which a central metal does not exist in said formula (4)-(12) can also be used.

本発明の一般式(3)   General formula (3) of the present invention

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(但し、式中、Xは銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子、チタニル(TiO)、バナジル(VO)、塩化アルミニウム(AlCl)からなる群から選ばれる何れかであり、Zは下記式(a)又は(b)で表される基であり、a、b、c及びdは各々独立に0〜4の整数を表すが、そのうち少なくとも一つは0でない。) (Wherein, X is a copper atom, zinc atom, cobalt atom, nickel atom, tin atom, lead atom, magnesium atom, silicon atom, iron atom, titanyl (TiO), vanadyl (VO), aluminum chloride (AlCl)) Z is a group represented by the following formula (a) or (b), and a, b, c and d each independently represents an integer of 0 to 4, At least one of them is not 0.)

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、nは4〜100の整数であり、Qは各々独立に水素原子又はメチル基であり、Q’は炭素数1〜30の非環状炭化水素基である。) (Here, n is an integer of 4 to 100, Q is each independently a hydrogen atom or a methyl group, and Q 'is an acyclic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.)

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、mは1〜20の整数であり、R及びR’は、各々独立に炭素数1〜20のアルキル基である。)
で表されるフタロシアニン誘導体では、フタロシアニン環が少なくとも1個以上のスルファモイル基で置換された化合物を挙げることができる。導入されるスルファモイル基は、フタロシアニン環1個あたり少なくとも1個であれば特に限定なく用いることができるが、好ましくは1又は2個、より好ましくは1個である。置換される位置は、特に限定はない。
(Here, m is an integer of 1 to 20, and R and R ′ are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
In the phthalocyanine derivative represented by the formula, a compound in which the phthalocyanine ring is substituted with at least one sulfamoyl group can be exemplified. The sulfamoyl group to be introduced can be used without particular limitation as long as it is at least one per phthalocyanine ring, but is preferably 1 or 2, more preferably 1. The position to be substituted is not particularly limited.

一般式(a)の分子量には特に制限は無く、アルキル基やエーテル基などの各種官能基でも、これらの官能基が数個の繰り返し単位を持つオリゴマーでも、さらに繰り返し単位の多いポリマーでもよい。ポリマーの場合は数平均分子量が10000以下であることが、ナノワイヤー化において、立体障害によるフタロシアニンの結晶成長が阻害されず、十分に長いナノワイヤーが得られるために好ましい。該ポリマーとしてアルキル基やビニル化合物の重合体からなるポリマーやウレタン結合やエステル結合、エーテル結合を有するポリマーなどを挙げることができる。
最も好ましい本発明の鎖状化合物Zとして、一般式(a)で表されるポリアルキレンオキシドコポリマーを挙げることができ、エチレンオキシドポリマー及びエチレンオキシド/プロピレンオキシドコポリマーなどのあらゆるポリアルキレンオキシドであり、ブロック重合したものでも、ランダム重合したものでも用いることができる。
ここで、Q’は、炭素数1〜30に非環状炭化水素基として、直鎖状炭化水素基でも分岐状炭化水素基でもどちらでもよく、炭化水素基は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基のどちらでもよい。このような非環状炭化水素基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、2−エチル−ヘキシル基、n−ドデシル基、ステアリル基、n−テトラコシル基、n−トリアコンチル基等の直鎖状或いは分岐状飽和炭化水素基を挙げることができる。
The molecular weight of the general formula (a) is not particularly limited, and may be various functional groups such as an alkyl group or an ether group, an oligomer in which these functional groups have several repeating units, or a polymer having many repeating units. In the case of a polymer, the number average molecular weight is preferably 10,000 or less because, in the formation of nanowires, crystal growth of phthalocyanine due to steric hindrance is not inhibited, and sufficiently long nanowires can be obtained. Examples of the polymer include a polymer made of a polymer of an alkyl group or a vinyl compound, a polymer having a urethane bond, an ester bond, or an ether bond.
As the most preferable chain compound Z of the present invention, a polyalkylene oxide copolymer represented by the general formula (a) can be mentioned, and any polyalkylene oxide such as an ethylene oxide polymer and an ethylene oxide / propylene oxide copolymer is block-polymerized. Those that are randomly polymerized can also be used.
Here, Q ′ may be a linear hydrocarbon group or a branched hydrocarbon group as a non-cyclic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, and the hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group. Either hydrogen group may be used. Examples of such an acyclic hydrocarbon group include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-octyl group, 2 Examples thereof include linear or branched saturated hydrocarbon groups such as -ethyl-hexyl group, n-dodecyl group, stearyl group, n-tetracosyl group and n-triacontyl group.

また、直鎖状或いは分岐状不飽和炭化水素基としては、炭化水素基が二重結合又は三重結合を有してもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、イソプレン基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、デセニル基、ゲラニル基、エチニル基、2−プロピニル基、2−ペンテン−4−イニル基等の直鎖状或いは分岐状不飽和炭化水素基を挙げることができる。 In addition, as the linear or branched unsaturated hydrocarbon group, the hydrocarbon group may have a double bond or a triple bond, for example, a vinyl group, a propenyl group, an isopropenyl group, a butenyl group, a pentenyl group. , Linear or branched unsaturated hydrocarbon groups such as isoprene group, hexenyl group, heptenyl group, octenyl group, decenyl group, geranyl group, ethynyl group, 2-propynyl group, 2-penten-4-ynyl group be able to.

ポリアルキレンオキシド部分の繰り返し数nには特に制限はないが、分散溶媒との親和性即ち、得られるナノワイヤーの分散安定性の観点からは、4以上100以下であることが好ましく、より好ましくは5以上80以下、更により好ましくは10以上50以下である。
本発明で用いる一般式(1)で表されるフタロシアニン誘導体は、公知慣用の方法を組み合わせることにより、例えば、銅フタロシアニンスルホニルクロライドとポリエーテル主鎖の末端にアミンを持つポリエーテルアミン(以下、「ポリエーテルモノアミン」と略記)とを反応させて製造できる。
The repeating number n of the polyalkylene oxide moiety is not particularly limited, but it is preferably 4 or more and 100 or less, more preferably from the viewpoint of the affinity with the dispersion solvent, that is, the dispersion stability of the resulting nanowires. It is 5 or more and 80 or less, and more preferably 10 or more and 50 or less.
The phthalocyanine derivative represented by the general formula (1) used in the present invention can be obtained by combining, for example, a copper phthalocyanine sulfonyl chloride and a polyether amine having an amine at the end of the polyether main chain (hereinafter, “ It can be produced by reacting with “polyether monoamine”.

原料となる銅フタロシアニンスルホニルクロライドは、銅フタロシアニンとクロロスルホン酸又は塩化チオニルとの反応により得ることができる。他方の原料であるポリエーテルモノアミンは、公知慣用の方法で得ることができる。例えば、ポリエーテル骨格の末端にある水酸基をニッケル/銅/クロム触媒を用いて還元的にアミノ化することにより得ることができるし、ポリエーテル骨格の末端にある水酸基を光延反応(参考文献:Synthesis,1−28(1981))によりイミド化したのち、ヒドラジン還元によりアミノ化(参考文献:Chem.Commun.,2062−2063(2003))することにより得ることができる。
ポリエーテルモノアミンは市販品としても提供されており、例えばアメリカHuntsman Corporationから「JEFFAMINE(商品名)Mシリーズ」がある。
本発明で用いられる一般式(3)で表されるフタロシアニン誘導体としては、例えば[化16]式の化合物が挙げられるが、これに限定されるわけではない。
Copper phthalocyanine sulfonyl chloride as a raw material can be obtained by reaction of copper phthalocyanine with chlorosulfonic acid or thionyl chloride. The polyether monoamine which is the other raw material can be obtained by a known and conventional method. For example, the hydroxyl group at the end of the polyether skeleton can be obtained by reductive amination using a nickel / copper / chromium catalyst, and the hydroxyl group at the end of the polyether skeleton can be obtained by Mitsunobu reaction (reference document: Synthesis). , 1-28 (1981)), and then amination by hydrazine reduction (reference document: Chem. Commun., 2062-2063 (2003)).
Polyether monoamine is also available as a commercial product, for example, “JEFFAMINE (trade name) M series” from Huntsman Corporation.
Examples of the phthalocyanine derivative represented by the general formula (3) used in the present invention include a compound represented by [Chemical Formula 16], but are not limited thereto.

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(但し、式中、Q及びRは水素原子又はメチル基を表す。nは4〜100の整数である。またスルファモイル結合を介してフタロシアニンに結合するポリアルキレンオキシド鎖の導入数mはフタロシアニンが有する4つのベンゼン環に対して、官能基の平均導入数を表わす0〜4の数値である。)
本発明で用いることができるフタロシアニン誘導体には前記のフタロシアニン誘導体のほか、一般式(b)で表される基を有していてもよい。
本誘導体は、上記の一般式(a)で表される基の導入に用いたポリエーテルアミンの替わりに
下記式で表されるアミンと反応させればよい。
(However, in the formula, Q and R represent a hydrogen atom or a methyl group. N is an integer of 4 to 100. In addition, the number m of polyalkylene oxide chains bonded to the phthalocyanine via a sulfamoyl bond is included in the phthalocyanine. (It is a numerical value of 0 to 4 representing the average number of functional groups introduced for four benzene rings.)
The phthalocyanine derivative that can be used in the present invention may have a group represented by the general formula (b) in addition to the phthalocyanine derivative.
This derivative may be reacted with an amine represented by the following formula instead of the polyetheramine used for introducing the group represented by the general formula (a).

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(ここで、mは1〜20の整数であり、R及びR’は、各々独立に炭素数1〜20のアルキル基である。)
好ましいR及びR’として、低級アルキル基、特にメチル基を挙げることができ、mとしては、1〜6の整数であるものが好ましい。具体的に好ましいフタロシアニン誘導体として以下が挙げられる。なお、ここで、フタロシアニン誘導体の式の括弧の横の数字はフタロシアニン分子に対する官能基の平均導入数を表している(実際の使用においては、置換基導入数の異なるものが混在している)。
(Here, m is an integer of 1 to 20, and R and R ′ are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
Preferred examples of R and R ′ include a lower alkyl group, particularly a methyl group, and m is preferably an integer of 1 to 6. Specific preferred phthalocyanine derivatives include the following. Here, the number next to the parentheses in the formula of the phthalocyanine derivative represents the average number of functional groups introduced into the phthalocyanine molecule (in actual use, different numbers of substituents introduced are mixed).

Figure 2012082544
Figure 2012082544

また、一般式(1)で表されるフタロシアニン誘導体のうち、R〜Rで表される基がSOH又はCOHである基を有するものであってもよく、SOH又はCOHである基の個数に制限はないが、1〜4個、より好ましくは1〜2個を挙げることができる。これらの基は、一種類の基を有していても2種類の基を有していてもどちらでもよい。SOH又はCOHの導入は公知慣用の方法で行うことができる。
一般式(3)で表されるフタロシアニン誘導体のスルファモイル基の個数に制限はないが、1〜4個、より好ましくは1〜2個を挙げることができる。これらの基は、一種類の基を有していても2種類の基を有していてもどちらでもよい。これらのフタロシアニン誘導体は、公知慣用の方法で合成することができる。
Moreover, among the phthalocyanine derivatives represented by the general formula (1), the group represented by R 1 to R 4 may have a group that is SO 3 H or CO 2 H, and SO 3 H or CO 2 is a no limit to the number of group H, but 1-4, more preferably can be exemplified one or two a. These groups may have one type of group or two types of groups. Introduction of SO 3 H or CO 2 H can be performed by a known and conventional method.
Although there is no restriction | limiting in the number of sulfamoyl groups of the phthalocyanine derivative represented by General formula (3), 1-4 can be mentioned more preferably. These groups may have one type of group or two types of groups. These phthalocyanine derivatives can be synthesized by a known and commonly used method.

上記のフタロシアニン誘導体の式の括弧の横の数字はフタロシアニン分子に対する平均的な官能基の導入数を表し、好ましい官能基の導入数は後述するナノワイヤー化機構の観点から、0.2から3.0、さらに好ましくは0.5から2.0の範囲にある。
前記の各種フタロシアニン誘導体は、フタロシアニン環に側鎖もしくは官能基を導入することにより、合成することができる。例えば[化16]記載の銅フタロシアニンスルファモイル化合物は前記の方法で合成することができ、[化4]、[化5]、[化6]記載のスルホン酸化銅フタロシアニンは銅フタロシアニンを発煙硫酸(三酸化硫黄濃度:20%)中で加熱することにより得ることができ、[化9]の化合物の合成は、例えば特許文献(米国特許2761868号)に開示の方法で合成することができる。
The number next to the parentheses in the formula of the above phthalocyanine derivative represents the average number of functional groups introduced into the phthalocyanine molecule, and the preferred number of functional groups introduced is 0.2 to 3. 0, more preferably in the range of 0.5 to 2.0.
The various phthalocyanine derivatives can be synthesized by introducing side chains or functional groups into the phthalocyanine ring. For example, the copper phthalocyanine sulfamoyl compound described in [Chemical Formula 16] can be synthesized by the above-described method. It can be obtained by heating in (sulfur trioxide concentration: 20%), and the compound of [Chemical 9] can be synthesized, for example, by the method disclosed in the patent document (US Pat. No. 2,761,868).

該フタロシアニン誘導体は、例えば、特開2005−145896号広報、特開2007−39561号公報に記載のある公知公用のフタロシアニン類合成方法によっても得られ、例えば4−フェノキシ−フタロニトリルや4−フェニルチオ−フタロニトリル、4−(1,3−ベンゾチアゾール−2−イル)−フタロニトリルなどの各種フタロニトリル化合物を、置換基を有しないオルトフタロニトリルに対して任意の比率で混合し、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデック−7−エンなどの有機塩基存在下で硫酸銅(II)や塩化亜鉛(II)などの金属塩とともにエチレングリコール中で加熱することにより、前記の各種官能基を任意の比率で有するフタロシアニン誘導体を合成できる。ここで該フタロニトリル化合物を原料の一つとして合成できるフタロシアニン誘導体が有する前記の官能基の数は、該フタロニトリル化合物とオルトフタロニトリルとの混合比を変化させることにより任意に変えることができ、例えば平均してフタロシアニン分子あたり、1つの官能基を有するフタロシアニン誘導体を合成したい場合は、該フタロニトリル誘導体とオルトフタロニトリルとの混合を1:3にすればよく、平均して1.5導入したい場合は3:5の比率で、特許文献に記載の方法などを用いて合成することができる。また二種類以上のフタロニトリル化合物とオルトフタロニトリルから、複数種の官能基を有するフタロシアニン誘導体を合成することもできる。 The phthalocyanine derivative can also be obtained, for example, by a publicly known phthalocyanine synthesis method described in JP-A-2005-145896 and JP-A-2007-39561. For example, 4-phenoxy-phthalonitrile and 4-phenylthio- Various phthalonitrile compounds such as phthalonitrile and 4- (1,3-benzothiazol-2-yl) -phthalonitrile are mixed at an arbitrary ratio with respect to orthophthalonitrile having no substituent, and 1,8- By heating in ethylene glycol with a metal salt such as copper (II) sulfate or zinc (II) in the presence of an organic base such as diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene, the above various functional groups Can be synthesized in any ratio. Here, the number of the functional groups of the phthalocyanine derivative that can be synthesized using the phthalonitrile compound as one of the raw materials can be arbitrarily changed by changing the mixing ratio of the phthalonitrile compound and orthophthalonitrile, For example, when it is desired to synthesize a phthalocyanine derivative having one functional group per phthalocyanine molecule on average, the mixture of the phthalonitrile derivative and orthophthalonitrile may be 1: 3, and an average of 1.5 is desired to be introduced. In this case, the compound can be synthesized at a ratio of 3: 5 using the method described in the patent document. A phthalocyanine derivative having a plurality of types of functional groups can be synthesized from two or more types of phthalonitrile compounds and orthophthalonitrile.

さらに置換基を有するフタロニトリル誘導体には前記以外に公知慣用の各種フタロニトリル誘導体が含まれるが、一例として、特開2007−519636号広報の0001段落の化2、特開2007−526881号公報の0006段落記載の化2を挙げることができ、さらには特開2006−143680号広報の0014段落の化2で記載されるオリゴチオフェン類が連結したフタロニトリル誘導体、特開2009−135237号公報の0021段落の化9記載のフラーレン類を連結したフタロニトリル誘導体なども、本発明で用いることができるフタロシアニン誘導体を合成するための原料に含まれる。 Further, the phthalonitrile derivative having a substituent includes various known and commonly used phthalonitrile derivatives in addition to the above. As an example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-519636, paragraph 0001, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-526881 The phthalonitrile derivative described in paragraph 0014 of the publication of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-143680, and the phthalonitrile derivative linked with the oligothiophene described in the chemical formula 2 of paragraph 0014 of the publication of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-143680, The phthalonitrile derivative linked with the fullerenes described in Chemical Formula 9 in the paragraph is also included as a raw material for synthesizing the phthalocyanine derivative that can be used in the present invention.

第一工程(フタロシアニンナノワイヤー(A)の製造工程)
本発明の第一工程であるフタロシアニンナノワイヤーの製造方法(I)〜(III)について説明する。
First step (Phthalocyanine nanowire (A) manufacturing process)
The production methods (I) to (III) of the phthalocyanine nanowire, which is the first step of the present invention, will be described.

<製造方法(I)>
本製造方法は、
(1)フタロシアニンとフタロシアニン誘導体とを酸に溶解させた後に、貧溶媒に析出させて複合体を得る工程(a)と、
(2)前記複合体を微粒子化して、微粒子化複合体を得る工程(b)と、
(3)前記微粒子化複合体を有機溶媒に分散させて分散体を得る工程(c)と、
(4)前記分散体をナノワイヤー化する工程(d)と
を有するものである。
<Manufacturing method (I)>
This manufacturing method
(1) Step (a) of obtaining a composite by dissolving phthalocyanine and a phthalocyanine derivative in an acid, and then precipitating in a poor solvent;
(2) Step (b) of obtaining a finely divided composite by making the composite fine particles;
(3) a step (c) of obtaining a dispersion by dispersing the micronized composite in an organic solvent;
(4) A step (d) of forming the dispersion into a nanowire.

・工程(a)
一般にフタロシアニン類は硫酸などの酸溶媒に可溶であることが知られており、本発明のフタロシアニンナノワイヤーの製造方法においても、まず前記フタロシアニンと前記フタロシアニン誘導体とを硫酸、クロロ硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等の酸溶媒に溶解させる。その後に水などの貧溶媒に投入して該フタロシアニンとフタロシアニン誘導体の複合体を析出させる。
・ Process (a)
In general, phthalocyanines are known to be soluble in an acid solvent such as sulfuric acid. In the method for producing phthalocyanine nanowires of the present invention, the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative are first combined with sulfuric acid, chlorosulfuric acid, methanesulfonic acid. And dissolved in an acid solvent such as trifluoroacetic acid. Thereafter, it is poured into a poor solvent such as water to precipitate a complex of the phthalocyanine and phthalocyanine derivative.

ここで、該フタロシアニン誘導体の該フタロシアニンに対する混合比は5質量%から200質量%の範囲が好ましく、さらに好ましくは30質量%から120質量%である。混合比が5質量%以上の場合は、該フタロシアニン誘導体が有する官能基あるいはポリマー側鎖の作用により、後述する工程を経て一方向に結晶成長して良好にナノワイヤー化する傾向を有しており、一方、200質量%以下の範囲にあれば該官能基やポリマー側鎖が結晶成長を阻害するほど多くないため、良好に一方向結晶成長を経てナノワイヤー化し、アモルファス状態もしくは粒子状となることはない。 Here, the mixing ratio of the phthalocyanine derivative to the phthalocyanine is preferably in the range of 5% by mass to 200% by mass, and more preferably 30% by mass to 120% by mass. When the mixing ratio is 5% by mass or more, there is a tendency that the phthalocyanine derivative has a functional group or a side chain of the polymer, so that the crystal grows in one direction through the steps described later and becomes a good nanowire. On the other hand, if it is in the range of 200% by mass or less, the functional group and the polymer side chain are not so many as to inhibit crystal growth, and therefore, the nanowire is successfully formed through unidirectional crystal growth to become an amorphous state or a particulate state. There is no.

該フタロシアニンとフタロシアニン誘導体の酸溶媒に対する添加量は未溶解分が無く、完全に溶解できる濃度であれば特に制限はないが、該溶液が十分な流動性を有している程度の粘性を保つ範囲として、20質量%以下が好ましい。 The amount of the phthalocyanine and phthalocyanine derivative added to the acid solvent is not particularly limited as long as there is no undissolved content and the concentration can be completely dissolved, but the range in which the solution has sufficient fluidity is maintained. Is preferably 20% by mass or less.

該フタロシアニンとフタロシアニン誘導体とを溶解させた溶液を水などの貧溶媒に投入して該フタロシアニンとフタロシアニン誘導体の複合体を析出させる際、該溶液は、貧溶媒に対して、0.01質量%から50質量%の範囲が好ましい。0.01質量%以上であれば、析出する該複合体の濃度も十分高いので、固形分回収が容易であり、50質量%以下であれば、すべての該フタロシアニンとフタロシアニン誘導体が析出して固体状の複合体となり、溶解成分がなく、回収が容易となる。
前記の貧溶媒に関してフタロシアニン及びフタロシアニン誘導体が不溶もしくは難溶性の液体であれば特に制限はないが、析出する複合体の均質性を高く保てることができ、かつ、後述する微細化工程に好適な環境負荷の少ない水もしくは水を主成分とする水溶液を最も好ましい貧溶媒として挙げることができる。
前記工程(a)で得られたフタロシアニンとフタロシアニン誘導体の複合体は透過型電子顕微鏡による観察結果から、アモルファス状態で均一に存在することを確認した。
When the solution in which the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative are dissolved is poured into a poor solvent such as water to precipitate the complex of the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative, the solution is added from 0.01% by mass with respect to the poor solvent. A range of 50% by mass is preferred. If it is 0.01% by mass or more, the concentration of the complex to be precipitated is sufficiently high, so that the solid content can be easily recovered. If it is 50% by mass or less, all the phthalocyanine and phthalocyanine derivatives are precipitated to form a solid. It becomes a complex and has no dissolved components and is easy to recover.
There is no particular limitation as long as the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative are insoluble or sparingly soluble liquid with respect to the poor solvent, but the homogeneity of the complex to be precipitated can be kept high, and an environment suitable for the miniaturization process described later. The most preferable poor solvent may be water with a small load or an aqueous solution containing water as a main component.
From the observation result with a transmission electron microscope, it confirmed that the composite body of the phthalocyanine and phthalocyanine derivative obtained at the said process (a) existed uniformly in an amorphous state.

該複合体は濾紙及び、ブフナーロートを用いて濾過し、酸性水を除去するともに、濾液が中性になるまで水洗して、含水した該複合体を回収することができる。回収した複合体は、脱水・乾燥して水分を除去するか、又は次工程において湿式分散法にて微粒子化する場合には、含水状態のままであってもよい。 The composite can be filtered using a filter paper and a Buchner funnel to remove acidic water and washed with water until the filtrate becomes neutral to recover the water-containing composite. The recovered complex may be dehydrated and dried to remove moisture, or may be kept in a water-containing state when it is microparticulated by a wet dispersion method in the next step.

・工程(b)
前記工程(a)を経て得られた複合体を微粒子化することができれば、その方法は特に限定されるものではないが、湿式分散法で前記複合体を微粒子化することが好ましい。例えば、工程(a)で得られた複合体をビーズミル、ペイントコンディショナーなどの微小ビーズを用いた湿式分散機や、プライミクス社製のT.K.フィルミックスに代表されるメディアレス分散機を用いて、水もしくは有機溶媒および含水有機溶媒などの分散溶媒とともに湿式分散して、該複合体を微粒子化する。ここで該複合体の分散溶媒に対する質量比に関しては特に制限はないが、分散効率の観点から、固形分濃度を1質量%から30質量%の範囲で分散処理することが好ましい。分散処理にジルコニアビーズなどの微小メディアを使用する場合は、該複合体の微粒子化の程度を鑑みて、そのビーズ径は0.01mmから2mmの範囲にあると考えてよい。また微小メディアは微粒子化の効率と回収効率の観点から、該複合体の分散液に対して、100質量%から1000質量%の範囲が最も好適に微粒子化できる。
・ Process (b)
The method is not particularly limited as long as the composite obtained through the step (a) can be formed into fine particles, but the composite is preferably formed into fine particles by a wet dispersion method. For example, a wet disperser using microbeads such as a bead mill or a paint conditioner is used for the composite obtained in the step (a), or T.I. K. Using a medialess disperser typified by Fillmix, wet dispersion is performed together with a dispersion solvent such as water or an organic solvent and a water-containing organic solvent, and the composite is made into fine particles. Although there is no restriction | limiting in particular regarding the mass ratio with respect to the dispersion solvent of this composite here, from a viewpoint of dispersion | distribution efficiency, it is preferable to carry out a dispersion process in solid content concentration in the range of 1 mass% to 30 mass%. When using micro media such as zirconia beads for the dispersion treatment, it may be considered that the bead diameter is in the range of 0.01 mm to 2 mm in view of the degree of micronization of the composite. In addition, from the viewpoint of the efficiency of microparticulation and recovery efficiency, the micromedia can be most preferably microparticulated in the range of 100% by mass to 1000% by mass with respect to the dispersion of the composite.

なお、得られた微粒子化複合体の水分散液を脱水、乾燥して水分を除去することが好ましい。脱水、乾燥の方法については特に制限はないが、ろ過や遠心分離、ロータリーエバポレーター等による蒸発を挙げることができる。さらに脱水後、さらに真空乾燥機などを用いて水分を完全に除去するまで乾燥してもよい。また前記工程(a)含水複合体を乾燥して水分を完全に除去した後、N−メチルピロリドンやジクロロベンゼンなどの有機溶媒中で湿式分散して、微粒子化複合体を得てもよい。   It is preferable to remove the water by dehydrating and drying the obtained aqueous dispersion of the micronized composite. Although there is no restriction | limiting in particular about the method of dehydration and drying, Filtration, centrifugation, evaporation by a rotary evaporator etc. can be mentioned. Further, after dehydration, drying may be further performed using a vacuum dryer or the like until moisture is completely removed. Further, after drying the water-containing composite (a) and completely removing moisture, it may be wet-dispersed in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or dichlorobenzene to obtain a micronized composite.

・工程(c)
工程(b)を経て得られた微粒子化複合体をN−メチルピロリドンなどのナノワイヤー化に供される有機溶媒に分散させる。該有機溶媒に関してはフタロシアニン類との親和性が低いものでなければ特に制限はないが、例えば、フタロシアニン類との親和性が高いアミド系溶媒及び芳香族有機溶媒が好ましく、具体的には、フタロシアニンと特に親和性が高いN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンやトルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンを最も好適な有機溶媒として挙げることができる。上記アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒は単独で用いることもできるが、該アミド系有機溶媒と該芳香族有機溶媒とを任意の比率で混合して使用することもでき、さらには他の有機溶媒と併用して用いることもできる。
・ Process (c)
The microparticulate complex obtained through the step (b) is dispersed in an organic solvent used for nanowire formation such as N-methylpyrrolidone. The organic solvent is not particularly limited as long as it does not have low affinity with phthalocyanines. For example, amide solvents and aromatic organic solvents having high affinity with phthalocyanines are preferable. Specifically, phthalocyanines N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, toluene, xylene, ethylbenzene, chlorobenzene and dichlorobenzene, which have particularly high affinity, can be mentioned as the most suitable organic solvent. The amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used alone, but the amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used in a mixture at an arbitrary ratio. It can also be used in combination with a solvent.

アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒と併用できる有機溶媒としては、後述する工程においてナノワイヤー化を促進させることができる点からエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル類を挙げることができる。これらの有機溶媒は微粒子化複合体をアミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒に分散させた後に添加してもよいし、予め上記有機溶媒と混合してから微粒子化複合体を添加し分散させてもよい。

上述の微粒子化複合体に対する有機溶媒の添加量に関しては、適当な流動性を有し、かつ、凝集防止の観点から、該微粒子化複合体の該有機溶媒に対する固形分濃度が0.1%から20%の範囲にあり、さらに好ましくは1%から10%である。
Organic solvents that can be used in combination with amide organic solvents and aromatic organic solvents include ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and diethylene glycol from the point that nanowire formation can be promoted in the steps described below. Mention may be made of glycol esters such as monoethyl ether acetate. These organic solvents may be added after the micronized complex is dispersed in an amide organic solvent and an aromatic organic solvent, or after mixing with the organic solvent in advance, the micronized complex is added and dispersed. Also good.

With respect to the amount of the organic solvent added to the above-mentioned micronized composite, the solid content concentration of the micronized composite with respect to the organic solvent is 0.1% from the viewpoint of appropriate fluidity and prevention of aggregation. It is in the range of 20%, more preferably 1% to 10%.

ここで、前記工程(b)で水分散によって微粒子化複合体を得た場合は遠心分離などによって脱水した該微粒子化複合体を上述の有機溶媒に分散することもでき、該分散液が水分を含んでいても後述する工程でナノワイヤーを得ることができる。 Here, when the micronized complex is obtained by water dispersion in the step (b), the micronized complex dehydrated by centrifugation or the like can be dispersed in the organic solvent described above, Even if it contains, a nanowire can be obtained by the process mentioned later.

・工程(d)
工程(c)を経て得られた微粒子化複合体の有機溶媒分散液を加熱、攪拌、もしくは静置することにより、フタロシアニンのナノワイヤーが製造できる。本工程におけるナノワイヤーの製造においては、加熱を行っても行わなくてもよい。加熱を行う場合には、加熱温度は、50℃から250℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは100℃から200℃である。加熱温度が50℃以上であれば、十分にフタロシアニン類の結晶成長を誘発することができ、目的とする一方向結晶成長により、ナノワイヤーへ成長可能であり、また250℃以下であればナノワイヤーの凝集、融着がほとんど見られず、幅方向に結晶成長して粗大化することもない。また加熱時間には特に限定は無いが、フタロシアニンナノワイヤーの長さが100nm以上に成長するまでに、少なくとも10分以上加熱することが好ましい。
・ Process (d)
A phthalocyanine nanowire can be produced by heating, stirring, or leaving the organic solvent dispersion of the micronized composite obtained through the step (c). In the production of nanowires in this step, heating may or may not be performed. When heating is performed, the heating temperature is preferably in the range of 50 ° C to 250 ° C, more preferably 100 ° C to 200 ° C. If the heating temperature is 50 ° C. or higher, the crystal growth of phthalocyanines can be sufficiently induced, and can be grown into nanowires by the desired unidirectional crystal growth. Aggregation and fusion are hardly observed, and the crystal grows in the width direction and does not become coarse. There is no particular limitation on the heating time, but it is preferable to heat for at least 10 minutes until the length of the phthalocyanine nanowire grows to 100 nm or more.

前記の工程(a)から工程(d)まで処理することにより、幅(短径)が100nm以下であり、ワイヤーの長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤーを製造することができる。フタロシアニンとフタロシアニン誘導体が工程(a)の晶析で複合化され、さらに工程(b)の微粒子化複合体を経て、工程(d)でナノワイヤー化する機構に関しては必ずしも明確ではないが、工程(b)で得られる微粒子化複合体の粒子径が10nmから20nmであり、該微粒子化複合体粒子が工程(d)により、フタロシアニンの結晶面方向に連結して、一方向にのみ結晶成長することにより、ナノワイヤー化するものと推測できる。この際、工程(c)の有機溶媒はフタロシアニンの良分散媒として機能しており、一方向結晶成長を誘発してナノワイヤー化をより促進しているものと考えられる。あるいは、加熱により微粒子複合体からフタロシアニンとフタロシアニン誘導体が一旦溶解し、複合体表面に再結晶化することにより、ナノワイヤー化するとも推測できる。この際、複合体表面には比較的溶解度の低いフタロシアニンが多く残留したドメインが存在し、このドメインがナノサイズであるが為に、ナノサイズの直径を持った結晶が得られると考えられる。 By treating from the step (a) to the step (d), a phthalocyanine nanowire having a width (minor axis) of 100 nm or less and a wire length ratio (length / minor axis) of 10 or more is obtained. Can be manufactured. Although the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative are complexed by crystallization in the step (a), and further through the micronized complex in the step (b), the mechanism for forming the nanowire in the step (d) is not necessarily clear, but the step ( The particle size of the micronized composite obtained in b) is 10 nm to 20 nm, and the micronized composite particles are connected in the crystal plane direction of phthalocyanine by the step (d) to grow crystals only in one direction. Thus, it can be assumed that the nanowire is formed. At this time, the organic solvent in the step (c) functions as a good dispersion medium for phthalocyanine, and it is considered that nanowire formation is further promoted by inducing unidirectional crystal growth. Alternatively, it can be assumed that phthalocyanine and a phthalocyanine derivative are once dissolved from the fine particle composite by heating and recrystallized on the surface of the composite to form nanowires. At this time, there is a domain in which a large amount of phthalocyanine having a relatively low solubility remains on the surface of the composite, and since this domain is nano-sized, it is considered that a crystal having a nano-sized diameter can be obtained.

<製造方法(II)>
本製造方法は、
1.(1)フタロシアニンとフタロシアニン誘導体とを酸に溶解させた後に、貧溶媒に析出させて複合体(A1)を得る工程(a)と、
(2)前記複合体(A1)を微粒子化して、微粒子化複合体(A2)を得る工程(b)と、
(3)前記微粒子化複合体(A2)を基材上に塗布する工程(c)と
(4)有機溶媒蒸気を暴露し、基材上でナノワイヤーを成長させる工程(d)と
を有することを特徴とするフタロシアニンナノワイヤー、及びナノワイヤー集合体の製造方法、である。
<Production method (II)>
This manufacturing method
1. (1) Step (a) of obtaining a composite (A1) by dissolving phthalocyanine and a phthalocyanine derivative in an acid, and then precipitating them in a poor solvent;
(2) Step (b) of obtaining a fine particle composite (A2) by making the composite (A1) into fine particles;
(3) having the step (c) of applying the micronized composite (A2) on the substrate and (4) the step (d) of exposing the organic solvent vapor to grow nanowires on the substrate. A phthalocyanine nanowire and a method for producing a nanowire aggregate.

製造方法(II)の工程(a)〜(b)においては、前記の製造方法(I)と同様の工程を経ることによって微粒子化複合体(b)を得ることができる。   In the steps (a) to (b) of the production method (II), the micronized composite (b) can be obtained through the same steps as in the production method (I).

・工程(c)
工程(b)を経て得られた微粒子化複合体(A2)を、粉末あるいは有機溶媒分散体として基板に塗布し、微粒子化複合体塗布基材を得る。微粒子化複合体粉末の塗布方法としては、特に制限はなく、公知慣用の方式を採用することができ、具体的には静電粉体塗装、摩擦転写法、ラビング法等が挙げられる。一方、微粒子化複合体(A2)の有機溶媒分散体の製膜方法にも、特に制限はなく、公知慣用の方式を採用することができ、具体的には、インクジェット法、グラビア法、グラビアオフセット法、オフセット法、凸版法、凸版反転法、スクリーン法、マイクロコンタクト法、リバース法、エアドクターコーター法、ブレードコーター法、エアナイフコーター法、ロールコーター法、スクイズコーター法、含浸コーター法、トランスファーロールコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレイコーター法、ダイコーター法、スピンコーター法、バーコーター法、スリットコーター法、ドロップキャスト法等が挙げられる。
・ Process (c)
The finely divided composite (A2) obtained through the step (b) is applied to a substrate as a powder or an organic solvent dispersion to obtain a finely divided composite-coated substrate. The method for applying the fine composite powder is not particularly limited, and a known and commonly used method can be employed. Specific examples include electrostatic powder coating, a friction transfer method, and a rubbing method. On the other hand, the method of forming the organic solvent dispersion of the micronized composite (A2) is not particularly limited, and a known and commonly used method can be employed. Specifically, the inkjet method, the gravure method, the gravure offset, and the like. Method, offset method, letterpress method, letterpress inversion method, screen method, microcontact method, reverse method, air doctor coater method, blade coater method, air knife coater method, roll coater method, squeeze coater method, impregnation coater method, transfer roll coater Method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, die coater method, spin coater method, bar coater method, slit coater method, drop cast method and the like.

工程(c)において、微粒子化複合体(A2)の有機溶媒分散体を基材に塗布する場合には、工程(b)を経て得られた微粒子化複合体を有機溶媒に分散して用いる。この分散体作製用の有機溶媒に関しては、フタロシアニン類との親和性が低いものでなければ特に制限はないが、例えば、フタロシアニン類との親和性が高いアミド系溶媒及び芳香族有機溶媒が好ましく、具体的には、フタロシアニンと特に親和性が高いN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンやトルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンを最も好適な分散用有機溶媒として挙げることができる。上記アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒は単独で用いることもできるが、該アミド系有機溶媒と該芳香族有機溶媒とを任意の比率で混合して使用することもでき、さらには他の有機溶媒と併用して用いることもできる。 In the step (c), when the organic solvent dispersion of the micronized composite (A2) is applied to the substrate, the micronized composite obtained through the step (b) is dispersed in an organic solvent and used. The organic solvent for preparing the dispersion is not particularly limited as long as it does not have low affinity with phthalocyanines, but for example, amide solvents and aromatic organic solvents with high affinity with phthalocyanines are preferable, Specifically, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, toluene, xylene, ethylbenzene, chlorobenzene, and dichlorobenzene, which have a particularly high affinity with phthalocyanine, are the most suitable organic solvents for dispersion. Can be mentioned. The amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used alone, but the amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used in a mixture at an arbitrary ratio. It can also be used in combination with a solvent.

アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒と併用できる有機溶媒としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル類を挙げることができる。これらの有機溶媒は微粒子化複合体(A2)をアミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒に分散させた後に添加してもよいし、予め上記有機溶媒と混合してから微粒子化複合体を添加し分散させてもよい。 Examples of the organic solvent that can be used in combination with the amide organic solvent and the aromatic organic solvent include glycol esters such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and diethylene glycol monoethyl ether acetate. These organic solvents may be added after the finely divided complex (A2) is dispersed in an amide organic solvent and an aromatic organic solvent, or may be added in advance after mixing with the organic solvent. It may be dispersed.

上述の微粒子化複合体(A2)に対する有機溶媒の添加量に関しては、適当な流動性を有し、かつ、凝集防止の観点から、該微粒子化複合体の該有機溶媒に対する固形分濃度が0.1%から20%の範囲にあり、さらに好ましくは1%から10%である。
ここで、前記工程(b)で水分散によって微粒子化複合体(A2)を得た場合は、遠心分離などによって脱水した該微粒子化複合体を上述の有機溶媒に分散することもできる。
With respect to the amount of the organic solvent added to the above-described finely divided composite (A2), the solid content concentration of the finely divided composite with respect to the organic solvent is 0. It is in the range of 1% to 20%, more preferably 1% to 10%.
Here, when the micronized complex (A2) is obtained by water dispersion in the step (b), the micronized complex dehydrated by centrifugation or the like can be dispersed in the organic solvent.

微粒子化複合体(A2)を塗布する基板としては、塗布によって微粒子化複合体が基材上に固定化されるものであれば、特に制限はなく、金属、ガラスや無機酸化物、ポリマー材料を用いることができる。金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、タングステン、シリコンなどを用いることができ、また、無機酸化物としては、例えば、酸化アルミ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、シリカなどを用いることができる。またポリマー材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等を挙げることができる。 The substrate on which the fine particle composite (A2) is applied is not particularly limited as long as the fine particle composite is fixed on the base material by coating. Metal, glass, inorganic oxide, and polymer material may be used. Can be used. As the metal, for example, iron, aluminum, gold, silver, copper, nickel, tungsten, silicon can be used, and as the inorganic oxide, for example, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, Silica or the like can be used. Examples of the polymer material include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC). , Cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like.

・工程(d)
工程(c)を経て得られた微粒子化複合体塗布基材に有機溶媒の蒸気を暴露することによって、該基材上でフタロシアニンナノワイヤーを成長させる。工程(d)において、暴露に用いる有機溶剤としては、フタロシアニン類との親和性が低いものでなければ特に制限はないが、例えば、フタロシアニン類との親和性が高いアミド系溶媒及び芳香族有機溶媒が好ましく、具体的には、フタロシアニンと特に親和性が高いN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンやトルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンを最も好適な有機溶媒として挙げることができる。上記アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒は単独で用いることもできるが、該アミド系有機溶媒と該芳香族有機溶媒とを任意の比率で混合して使用することもでき、さらには他の有機溶媒と併用して用いることもできる。
・ Process (d)
The phthalocyanine nanowires are grown on the substrate by exposing the vaporized organic solvent to the substrate for applying the micronized composite obtained through the step (c). In the step (d), the organic solvent used for exposure is not particularly limited as long as it does not have low affinity with phthalocyanines. For example, amide solvents and aromatic organic solvents having high affinity with phthalocyanines. Specifically, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, toluene, xylene, ethylbenzene, chlorobenzene and dichlorobenzene, which have a particularly high affinity with phthalocyanine, are the most suitable organic solvents. Can be mentioned. The amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used alone, but the amide organic solvent and the aromatic organic solvent can be used in a mixture at an arbitrary ratio. It can also be used in combination with a solvent.

アミド系有機溶媒及び芳香族有機溶媒と併用できる有機溶媒としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭素を挙げることができる。 Examples of organic solvents that can be used in combination with amide organic solvents and aromatic organic solvents include glycol esters such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, acetone, and methyl ethyl ketone. Mention may be made of halogenated carbons such as ketones, dichloromethane, chloroform and carbon tetrachloride.

有機溶剤の蒸気温度は、0℃から200℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは20℃から100℃である。蒸気温度が0℃以上であれば、ナノワイヤー化に十分な濃度の有機溶剤蒸気を発生させることができる。また暴露時間には特に限定は無いが、フタロシアニンナノワイヤーの長さが100nm以上に成長するまでに、少なくとも10分以上暴露することが好ましい。
前記の工程(a)から工程(d)までの処理を行うことにより、基材上に短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤーを作製することができる。また、微粒子化複合体(A2)の塗布時に何らかの応力が付与されると、その応力方向に配向成長した、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー集合体の膜を得ることができる。
The vapor temperature of the organic solvent is preferably in the range of 0 ° C to 200 ° C, more preferably 20 ° C to 100 ° C. When the vapor temperature is 0 ° C. or higher, an organic solvent vapor having a concentration sufficient for nanowire formation can be generated. There is no particular limitation on the exposure time, but it is preferable to expose at least 10 minutes before the length of the phthalocyanine nanowire grows to 100 nm or more.
By performing the processes from the step (a) to the step (d), the minor axis on the substrate is 100 nm or less, and the ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) is 10 or more. Certain phthalocyanine nanowires can be made. Further, when any stress is applied during the application of the micronized composite (A2), the minor diameter is 100 nm or less, which is oriented and grown in the stress direction, and the ratio of the length to the minor diameter (length / minor diameter). ) Is a phthalocyanine nanowire aggregate film having 10 or more.

本発明において、塗布時に生じる応力とは、例えば、スピンコート法であれば、塗布回転時に基材中央から外端に生じる放射状の液流れに沿ったものであり、また、バーコートやアプリケーターによる塗布では、バーやアプリケーターの移動方向に生じる応力のことをいう。また、微粒子化複合体(A2)を基材上に塗布した後、別の基材を上部から押しつけて動かすことにより、表面に一定方向の応力を付与しても良い。 In the present invention, the stress generated at the time of application is, for example, spin coating, along the radial liquid flow generated from the center of the substrate to the outer edge during application rotation, and application by a bar coat or applicator. Then, it refers to the stress generated in the direction of movement of the bar or applicator. Further, after applying the micronized composite (A2) on the base material, a stress in a certain direction may be applied to the surface by pressing another base material and moving it from above.

また、塗布された微粒子化複合膜に応力を付与しない場合にも、溶媒蒸気を一定方向に流して暴露を行うことにより、フタロシアニンナノワイヤーを一定方向に成長させることが可能である。
本発明のカーボンナノファイバー、カーボンナノファイバー集合体の製造方法においては、後述する様に、フタロシアニンナノワイヤーもしくはフタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成する工程を含む。本フタロシアニンナノワイヤー、フタロシアニンナノワイヤー集合体の製造方法(II)によって得られたフタロシアニンナノワイヤー、もしくは、フタロシアニンナノワイヤー集合体は、基材上に形成された状態で、後工程の焼成過程に供しても良いし、基材上から剥離して、後述する組成物を作製しても良い。
Further, even when no stress is applied to the applied micronized composite film, it is possible to grow phthalocyanine nanowires in a certain direction by performing exposure by flowing solvent vapor in a certain direction.
The method for producing carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates of the present invention includes a step of firing phthalocyanine nanowires or phthalocyanine nanowire aggregates, as will be described later. The present phthalocyanine nanowire, the phthalocyanine nanowire obtained by the method (II) for producing a phthalocyanine nanowire aggregate, or the phthalocyanine nanowire aggregate is formed on a base material and subjected to a subsequent baking process. Alternatively, the composition described later may be prepared by peeling from the substrate.

<製造方法(III)>
本製造方法は、水溶性多価アルコール中において、フタロシアニン誘導体の存在下、イソインドリン化合物と金属イオンとを反応させることを特徴とするものである。
<Production method (III)>
This production method is characterized in that an isoindoline compound and a metal ion are reacted in a water-soluble polyhydric alcohol in the presence of a phthalocyanine derivative.

即ち、本製造方法では、水溶性多価アルコールに、フタロシアニン誘導体と、イソインドリン化合物と、金属イオンとを溶解させ、十分攪拌することにより、均一な混合溶液を得る。
撹拌時の温度が80℃よりも高い場合は混合が不十分な段階で一部に不均一な形状のフタロシアニン化合物が生成したり、収率が低下したりする場合もあるため、80℃以下で行うことが好ましい。
That is, in this production method, a phthalocyanine derivative, an isoindoline compound, and a metal ion are dissolved in a water-soluble polyhydric alcohol and sufficiently stirred to obtain a uniform mixed solution.
When the temperature at the time of stirring is higher than 80 ° C., the phthalocyanine compound having a non-uniform shape may be generated in a part where mixing is insufficient, or the yield may be reduced. Preferably it is done.

該フタロシアニン誘導体、該イソインドリン化合物及び金属塩の多価アルコール溶液を80℃以下の温度で混合して混合溶液を得た後、この混合溶液を攪拌しながら80〜200、100〜180℃に加熱することによりイソインドリン化合物と金属イオンとを反応させて固形の反応生成物を得る。   After the polyhydric alcohol solution of the phthalocyanine derivative, the isoindoline compound, and the metal salt is mixed at a temperature of 80 ° C. or lower to obtain a mixed solution, the mixed solution is heated to 80 to 200, 100 to 180 ° C. while stirring. By doing so, the isoindoline compound and the metal ion are reacted to obtain a solid reaction product.

あるいは該フタロシアニン誘導体を溶解させた水溶性多価アルコール溶液に、該イソインドリン化合物及び金属塩を含む混合多価アルコール溶液を滴下し、上記と同じ温度範囲に設定しておくことで、イソインドリン化合物と金属イオンとを反応させて、固形の反応生成物を得ることもできる。   Alternatively, the mixed polyhydric alcohol solution containing the isoindoline compound and the metal salt is dropped into the water-soluble polyhydric alcohol solution in which the phthalocyanine derivative is dissolved, and the isoindoline compound is set in the same temperature range as described above. And a metal ion can be reacted to obtain a solid reaction product.

該イソインドリン化合物と金属塩の混合比に関しては、化学量論的な観点から原料のフタロニトリル化合物4モルに対して金属イオンが1〜4モルになるように調整することが好ましい。   The mixing ratio of the isoindoline compound and the metal salt is preferably adjusted so that the metal ion is 1 to 4 mol with respect to 4 mol of the starting phthalonitrile compound from the stoichiometric viewpoint.

本発明で用いることができる水溶性多価アルコールはエチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオールなどのα−グリコール類及びグリセリンであり、その分子構造中の2つもしくは3つの水酸基が結合している炭素原子が隣接しているものが良い。   Water-soluble polyhydric alcohols that can be used in the present invention are α-glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 2,3-butanediol, and glycerin, and two of their molecular structures. Or what adjoins the carbon atom which three hydroxyl groups couple | bond is good.

本発明で用いるフタロシアニン誘導体としては、フタロシアニン環が少なくとも1個以上のスルファモイル基で置換され、かつ多価アルコールに対して溶解性を示す化合物を挙げることができ、より具体的には、前記一般式(3)で表される化合物を挙げることができる。   Examples of the phthalocyanine derivative used in the present invention include a compound in which the phthalocyanine ring is substituted with at least one sulfamoyl group and is soluble in a polyhydric alcohol. The compound represented by (3) can be mentioned.

本製造方法における一般式(3)におけるZは、数平均分子量が1000以上の水溶性ポリマー鎖であれば特に制限は無いが、より好ましくは1000以上10000以下の水溶性ポリマーが挙げられる。この様な水溶性ポリマー鎖としては、水溶性を有し水溶性多価アルコールに対して親和性を示すものであれば特に限定無く用いることができるが、より具体的には、ポリアルキレンオキシドを部分構造として有するポリマーの残基が挙げられ、より詳しくは、エチレンオキシドポリマー及びエチレンオキシド/プロピレンオキシドコポリマーなどのあらゆるポリアルキレンオキシドを部分構造として有するポリマー鎖であり、ブロック重合したものでも、ランダム重合したものでも用いることができる。好ましくは、Zは前記一般式化14(a)で表される基であるアルキレンオキシドコポリマーに由来するポリマー鎖であり、用いる多価アルコールへの溶解性に応じて、その親水性や親油性を最適化するのが望ましい。ここで、Qは各々独立に水素原子又はメチル基であり、Q’は、炭素数1〜30に非環状炭化水素基として、直鎖状炭化水素基でも分岐状炭化水素基でもどちらでもよく、炭化水素基は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基のどちらでもよい。このような非環状炭化水素基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、2−エチル−ヘキシル基、n−ドデシル基、ステアリル基、n−テトラコシル基、n−トリアコンチル基等の直鎖状或いは分岐状飽和炭化水素基を挙げることができる。 Z in the general formula (3) in this production method is not particularly limited as long as it is a water-soluble polymer chain having a number average molecular weight of 1000 or more, and more preferably a water-soluble polymer having a number average molecular weight of 1000 or more and 10,000 or less. As such a water-soluble polymer chain, any water-soluble polymer chain can be used without particular limitation as long as it is water-soluble and has an affinity for water-soluble polyhydric alcohols. Residue of polymer having partial structure is mentioned, more specifically, polymer chain having partial structure of all polyalkylene oxides such as ethylene oxide polymer and ethylene oxide / propylene oxide copolymer, block polymerization or random polymerization But it can also be used. Preferably, Z is a polymer chain derived from an alkylene oxide copolymer which is a group represented by the general formula 14 (a), and the hydrophilicity or lipophilicity of the polymer chain depends on the solubility in the polyhydric alcohol used. It is desirable to optimize. Here, each Q is independently a hydrogen atom or a methyl group, and Q ′ may be either a linear hydrocarbon group or a branched hydrocarbon group as an acyclic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, The hydrocarbon group may be either a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group. Examples of such an acyclic hydrocarbon group include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-octyl group, 2 Examples thereof include linear or branched saturated hydrocarbon groups such as -ethyl-hexyl group, n-dodecyl group, stearyl group, n-tetracosyl group and n-triacontyl group.

また、直鎖状或いは分岐状不飽和炭化水素基としては、炭化水素基が二重結合又は三重結合を有してもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、イソプレン基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、デセニル基、ゲラニル基、エチニル基、2−プロピニル基、2−ペンテン−4−イニル基等の直鎖状或いは分岐状不飽和炭化水素基を挙げることができる。   In addition, as the linear or branched unsaturated hydrocarbon group, the hydrocarbon group may have a double bond or a triple bond, for example, a vinyl group, a propenyl group, an isopropenyl group, a butenyl group, a pentenyl group. , Linear or branched unsaturated hydrocarbon groups such as isoprene group, hexenyl group, heptenyl group, octenyl group, decenyl group, geranyl group, ethynyl group, 2-propynyl group, 2-penten-4-ynyl group be able to.

ポリアルキレンオキシド部分の繰り返し数nは4以上100以下であることが好ましく、より好ましくは5以上80以下、更により好ましくは10以上50以下である。繰り返し数nは4未満では分散媒との親和性が不足し、100を超えると分散安定性が低下する傾向がある。   The repeating number n of the polyalkylene oxide moiety is preferably 4 or more and 100 or less, more preferably 5 or more and 80 or less, and even more preferably 10 or more and 50 or less. If the repeating number n is less than 4, the affinity with the dispersion medium is insufficient, and if it exceeds 100, the dispersion stability tends to be lowered.

前記一般式(3)で表されるフタロシアニン誘導体は、公知慣用の方法を注意深く組み合わせることにより、例えば、銅フタロシアニンスルホニルクロライドとポリエーテル主鎖の末端にアミンを持つポリエーテルアミン(以下、「ポリエーテルモノアミン」と略記)とを反応させて製造できる。原料となる銅フタロシアニンスルホニルクロライドは、銅フタロシアニンとクロロスルホン酸及び/又は塩化チオニルとの反応により得ることができる。他方の原料であるポリエーテルモノアミンは、公知慣用の方法で得ることができる。例えば、ポリエーテル骨格の末端にある水酸基をニッケル/銅/クロム触媒を用いて還元的にアミノ化することにより得ることができるし、ポリエーテル骨格の末端にある水酸基を光延反応(参考文献:Synthesis,1−28(1981))によりイミド化したのち、ヒドラジン還元によりアミノ化(参考文献:Chem.Commun.,2062−2063(2003))することにより得ることができる。ポリエーテルモノアミンは市販品としても提供されており、例えばアメリカHuntsman Corporationから「JEFFAMINE(商品名)Mシリーズ」がある。本発明で用いられる一般式(3)で表されるフタロシアニン誘導体としては、例えば前記化16の化合物が挙げられるが、これに限定されるわけではない。
(但し、式中、Qは水素原子又はメチル基を表し、プロピレンオキシド/エチレンオキシド=30/70(モル比)、nの平均値=47である。)
本発明に用いるイソインドリン化合物は、公知の方法によって合成されうる。例えば、オルトフタロニトリルなどのフタロニトリル化合物をα−グリコール又はグリセリンなどの多価アルコールに加熱溶解させながら、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデック−7−エン(以下、「DBU」という)などの有機塩基や金属アルコキシドの存在下又は非存在下で反応させ、水溶性多価アルコールに可溶なフタロニトリル化合物と該多価アルコール反応生成物を合成する。該反応生成物の構造については、既に我々の研究によりイソインドリン化合物と推定されている。このため、本発明においては、以下、当該反応生成物をイソインドリン化合物と言う。
The phthalocyanine derivative represented by the general formula (3) can be obtained by carefully combining known and commonly used methods, for example, copper phthalocyanine sulfonyl chloride and a polyether amine having an amine at the end of the polyether main chain (hereinafter referred to as “polyether”). It can be produced by reacting "monoamine" and abbreviated). The raw material copper phthalocyanine sulfonyl chloride can be obtained by reaction of copper phthalocyanine with chlorosulfonic acid and / or thionyl chloride. The polyether monoamine which is the other raw material can be obtained by a known and conventional method. For example, the hydroxyl group at the end of the polyether skeleton can be obtained by reductive amination using a nickel / copper / chromium catalyst, and the hydroxyl group at the end of the polyether skeleton can be obtained by Mitsunobu reaction (reference document: Synthesis). , 1-28 (1981)), and then amination by hydrazine reduction (reference document: Chem. Commun., 2062-2063 (2003)). Polyether monoamine is also available as a commercial product, for example, “JEFFAMINE (trade name) M series” from Huntsman Corporation. Examples of the phthalocyanine derivative represented by the general formula (3) used in the present invention include, but are not limited to, the compound of Chemical Formula 16 above.
(In the formula, Q represents a hydrogen atom or a methyl group, propylene oxide / ethylene oxide = 30/70 (molar ratio), and average value of n = 47.)
The isoindoline compound used in the present invention can be synthesized by a known method. For example, while dissolving a phthalonitrile compound such as orthophthalonitrile in a polyhydric alcohol such as α-glycol or glycerin while heating, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (hereinafter referred to as “DBU”). The reaction is performed in the presence or absence of an organic base such as a metal alkoxide or the like to synthesize a phthalonitrile compound soluble in a water-soluble polyhydric alcohol and the polyhydric alcohol reaction product. The structure of the reaction product has already been estimated as an isoindoline compound by our research. For this reason, in the present invention, the reaction product is hereinafter referred to as an isoindoline compound.

本発明で用いることができるフタロニトリル化合物は、オルトフタロニトリルをはじめ、ベンゼン環又はナフタレン環のオルト位に−CN基を2つ有するものをいい、例えば、下記式[化197]   The phthalonitrile compound that can be used in the present invention includes orthophthalonitrile and those having two —CN groups at the ortho position of the benzene ring or naphthalene ring. For example, the following formula [Chemical Formula 197]

Figure 2012082544
Figure 2012082544

(式中の環Aは、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、ハロゲン基の置換基を有していてもよいベンゼン環又はナフタレン環を示す。)
が挙げられる。環Aがベンゼン環である場合に、その他の部位にハロゲン原子やアルキル基などの官能基が導入されているものでもよい。
(Ring A in the formula represents a benzene ring or a naphthalene ring which may have a substituent of an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, or a halogen group.)
Is mentioned. When ring A is a benzene ring, a functional group such as a halogen atom or an alkyl group may be introduced at other sites.

フタロニトリル化合物と水溶性多価アルコールの反応温度は有機塩基や金属アルコキシドを添加しない場合、80℃以上ならば問題ないが、高い温度では無金属フタロシアニン化合物を生じるので、濾過などの工程が必要になり好ましくない。また温度が低い場合は反応が長時間化する場合もあるので、実用上は100℃から130℃の範囲で15分から8時間反応させることが好ましく、さらに好ましくは1時間から3時間反応させるとよい。得られたイソインドリン化合物を含む溶液は反応終了後、直ちに80℃以下に冷却し、それ以上の反応の進行を停止させることが好ましい。また反応中は窒素雰囲気下に置くなど、大気中の水分の混入を避けることが好ましく、該水溶性多価アルコールもあらかじめ脱水しておくことが好ましい。   If the reaction temperature of the phthalonitrile compound and the water-soluble polyhydric alcohol is 80 ° C. or higher when no organic base or metal alkoxide is added, a metal-free phthalocyanine compound is produced at a high temperature, so a process such as filtration is necessary. It is not preferable. In addition, since the reaction may take a long time when the temperature is low, the reaction is preferably carried out in the range of 100 ° C. to 130 ° C. for 15 minutes to 8 hours, more preferably 1 hour to 3 hours. . It is preferable that the obtained solution containing the isoindoline compound is immediately cooled to 80 ° C. or lower immediately after the completion of the reaction to stop the further progress of the reaction. Further, during the reaction, it is preferable to avoid mixing moisture in the air, such as by placing in a nitrogen atmosphere, and it is preferable to dehydrate the water-soluble polyhydric alcohol in advance.

DBUなどの有機塩基を添加してフタロニトリル化合物と多価アルコールを反応させる場合は、該有機塩基を用いない場合に比べてより低い温度で反応させることができ、無金属フタロシアニン化合物の生成を抑制する上でも都合がよい。具体的には30℃から100℃の範囲で10分から2時間で反応させるとよい。   When an organic base such as DBU is added to react a phthalonitrile compound with a polyhydric alcohol, the reaction can be carried out at a lower temperature than when the organic base is not used, thereby suppressing generation of a metal-free phthalocyanine compound. It is convenient to do. Specifically, the reaction may be performed in the range of 30 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes to 2 hours.

フタロニトリル化合物と水溶性多価アルコールとを反応させる際の質量比に関しては特に限定はないものの、フタロニトリル化合物の濃度が2%よりも低い場合は、後に金属フタロシアニン化合物を合成する際の生産性が低くなり、40%よりも高い場合は得られた溶液の粘度が著しく高くなり、かつ、無金属フタロシアニン化合物の生成量が多くなる場合もあるため、フタロニトリル化合物の濃度が2質量%から40質量%、特に5質量%から20質量%の範囲とすることが好ましい。   Although there is no particular limitation on the mass ratio when the phthalonitrile compound and the water-soluble polyhydric alcohol are reacted, when the concentration of the phthalonitrile compound is lower than 2%, the productivity when the metal phthalocyanine compound is synthesized later When the viscosity is higher than 40%, the viscosity of the obtained solution is remarkably increased, and the amount of metal-free phthalocyanine compound produced may increase, so that the concentration of the phthalonitrile compound is 2% by mass to 40%. It is preferable to set it in the range of 5% by mass, particularly 5% by mass to 20% by mass.

本発明で用いることができる金属イオンとしては金属フタロシアニンの中心金属となり得るすべての金属イオンを挙げることができ、具体的には銅イオン、亜鉛イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、鉄イオンなどが挙げられる。これらの金属イオンは、通常、金属塩を水溶性多価アルコールに溶解させることによって反応に供される。塩としては、ハロゲン化物や硫酸塩などを挙げることができる。例えば銅塩の場合は塩化銅(II)や硫酸銅(II)を好ましい塩として挙げることができる。
フタロシアニン誘導体の存在下で、イソインドリン化合物と金属イオンとを反応させる際、これらの化合物及び金属イオンを含む水溶性多価アルコール溶液に対して、グリコール系溶剤を加えてもよい。グリコール系溶剤は、生成する金属フタロシアニンナノワイヤーとの親和性及び加熱可能な温度を考慮すると、特にグリコールエステル系溶剤が好ましい。具体的な溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを挙げることができるが、これに限定されるものではない。グリコール系溶剤が好ましい理由として本発明のフタロシアニンをナノワイヤー化させるための一方向の結晶成長を促進させる作用を挙げることができる。
Examples of metal ions that can be used in the present invention include all metal ions that can be a central metal of metal phthalocyanine, and specifically include copper ions, zinc ions, cobalt ions, nickel ions, iron ions, and the like. . These metal ions are usually subjected to the reaction by dissolving a metal salt in a water-soluble polyhydric alcohol. Examples of the salt include halides and sulfates. For example, in the case of a copper salt, copper chloride (II) and copper sulfate (II) can be mentioned as preferable salts.
When an isoindoline compound and a metal ion are reacted in the presence of a phthalocyanine derivative, a glycol solvent may be added to a water-soluble polyhydric alcohol solution containing these compound and metal ion. The glycol-based solvent is particularly preferably a glycol ester-based solvent in consideration of the affinity with the metal phthalocyanine nanowire to be generated and the heatable temperature. Specific examples of the solvent include, but are not limited to, propylene glycol monomethyl ether acetate. A glycol-based solvent is preferred because it can promote unidirectional crystal growth for making the phthalocyanine of the present invention into a nanowire.

上記で挙げた本発明のフタロシアニンナノワイヤーの製造方法のうち、(I)及び(II)の製造方法が好ましく、生産性の観点から(I)の製造方法がより好ましい。上記フタロシアニンとフタロシアニン誘導体の配合を調整することにより、長さと短径が異なる種々のフタロシアニンナノワイヤーを適宜得ることができる。
本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法の一形態においては、その第二工程において、フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤とを必須成分とする組成物(B)を得ることを特徴とする。
Of the production methods of the phthalocyanine nanowires of the present invention mentioned above, the production methods (I) and (II) are preferred, and the production method (I) is more preferred from the viewpoint of productivity. By adjusting the blend of the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative, various phthalocyanine nanowires having different lengths and minor diameters can be appropriately obtained.
In one form of the manufacturing method of the carbon nanofiber of this invention, and a carbon nanofiber aggregate | assembly, in the 2nd process, the composition (B) which has a phthalocyanine nanowire and an organic solvent as an essential component is obtained. And

(組成物)
前記、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤーを有機溶剤に分散させることにより、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体作製用組成物を得ることができる。
前記組成物(B)に用いられる溶剤種は、フタロシアニンナノワイヤーを安定分散させるものであれば特に限定されるものではなく、単独の有機溶剤であっても、二種以上を混合した有機溶剤を用いても良いが、フタロシアニンナノワイヤーを良好かつ安定に分散させることができる点からは、アミド系溶媒が好ましく、具体的には、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、N,N−ジエチルホルムアミドを挙げることができ、中でもN−メチルピロリドンが特に好ましい。
(Composition)
Carbon nanofibers and carbon nanofibers are obtained by dispersing phthalocyanine nanowires having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of length to minor axis (length / minor axis) of 10 or more in an organic solvent. A composition for producing an aggregate can be obtained.
The solvent species used in the composition (B) is not particularly limited as long as it can stably disperse phthalocyanine nanowires. Even if it is a single organic solvent, an organic solvent in which two or more types are mixed is used. Although it may be used, an amide solvent is preferred from the viewpoint that phthalocyanine nanowires can be dispersed favorably and stably. Specifically, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N- Examples thereof include methyl pyrrolidone and N, N-diethylformamide, and N-methyl pyrrolidone is particularly preferable.

また、フタロシアニンナノワイヤーに含有されるフタロシアニン誘導体の種類によって、組成物を構成する溶媒を適宜選択することができ、例えば、[化9]の誘導体を含有するフタロシアニンナノワイヤーを良好かつ安定に分散させることができる好ましい有機溶剤として、アミド系溶剤の他に、例えば、芳香族系溶剤として、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ハロゲン化芳香族系有機溶剤として、クロロベンゼン、又はジクロロベンゼン等の有機溶剤を挙げることができる。
また、ハロゲン系有機溶剤として、クロロホルム、塩化メチレン、又はジクロロエタン等の有機溶剤を挙げることができる。
Moreover, the solvent which comprises a composition can be suitably selected with the kind of phthalocyanine derivative contained in a phthalocyanine nanowire, for example, the phthalocyanine nanowire containing the derivative of [Chemical 9] is disperse | distributed favorably and stably. Examples of preferable organic solvents that can be used include, in addition to amide solvents, for example, aromatic solvents such as toluene, xylene, ethylbenzene, and halogenated aromatic organic solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene. Can do.
Examples of the halogen organic solvent include organic solvents such as chloroform, methylene chloride, and dichloroethane.

本発明の組成物において、印刷適性付与や良好な膜形成のためには、組成物中のフタロシアニンナノワイヤーの含有率を、0.05〜20質量%とすることが好ましく、特に、0.1〜10質量%とすることが好ましい。 In the composition of the present invention, the content of phthalocyanine nanowires in the composition is preferably 0.05 to 20% by mass, particularly 0.1% for imparting printability and forming a good film. It is preferable to set it as -10 mass%.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法の一形態においては、その第二工程において作製した組成物(B)を、任意の基材上、もしくは容器内で乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体(C1)を得る第三工程を有することを特徴とする。 In one form of the manufacturing method of the carbon nanofiber of this invention, and the carbon nanofiber aggregate | assembly, the composition (B) produced in the 2nd process is dried on arbitrary base materials or a container, and a phthalocyanine It has the 3rd process of obtaining a nanowire aggregate | assembly (C1), It is characterized by the above-mentioned.

(フタロシアニンナノワイヤー集合体膜の作製)
前記のようにして得られた組成物を印刷もしくは塗工(ウェットプロセス)によって任意の基材上に製膜し、これを乾燥させることにより、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤーを含有する集合体膜を得ることができる。
前記組成物(B)の製膜方法としては、特に制限なく公知慣用の方式を採用することができ、具体的には、インクジェット法、グラビア法、グラビアオフセット法、オフセット法、凸版法、凸版反転法、スクリーン法、マイクロコンタクト法、リバース法、エアドクターコーター法、ブレードコーター法、エアナイフコーター法、ロールコーター法、スクイズコーター法、含浸コーター法、トランスファーロールコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレイコーター法、ダイコーター法、スピンコーター法、バーコーター法、スリットコーター法、ドロップキャスト法等が挙げられるが、精密なパターニングが必要なときには、インクジェット法、凸版反転法、マイクロコンタクト法が好ましい。
(Preparation of phthalocyanine nanowire assembly film)
The composition obtained as described above is formed into a film on an arbitrary substrate by printing or coating (wet process), and this is dried, so that the minor axis is 100 nm or less and the length relative to the minor axis. An aggregate film containing phthalocyanine nanowires having a thickness ratio (length / minor axis) of 10 or more can be obtained.
As the film forming method of the composition (B), a known and commonly used method can be adopted without any particular limitation. Specifically, an inkjet method, a gravure method, a gravure offset method, an offset method, a letterpress method, a letterpress inversion Method, screen method, micro contact method, reverse method, air doctor coater method, blade coater method, air knife coater method, roll coater method, squeeze coater method, impregnation coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, cast coater method, spray Examples include a coater method, a die coater method, a spin coater method, a bar coater method, a slit coater method, and a drop cast method. When precise patterning is required, an ink jet method, a letterpress inversion method, and a microcontact method are preferable.

前記組成物(B)製膜後の乾燥には、特に制限は無く、インキを構成する有機溶媒の成分に応じて、適宜選択すれば良いが、常温、常圧で乾燥する方法の他、常圧での加熱乾燥、気流下での加熱乾燥、減圧乾燥などを適宜選択することができる。   There is no particular limitation on the drying after the film formation of the composition (B), and it may be appropriately selected according to the components of the organic solvent constituting the ink. Heat drying under pressure, heat drying under an air current, drying under reduced pressure, and the like can be appropriately selected.

前記組成物(B)を塗布する基材としては、インキを構成する有機溶媒によって損傷を受けない材料であれば特に制限はなく、任意の材料を用いることができ、ガラス、金属、金属酸化物、ポリマー材料などの基材を用いることが可能であるが、基材上にカーボンナノファイバー、もしくは、カーボンナノファイバー集合体を形成させる場合には、後述する焼成過程で温度による損傷を受けない、耐熱性の基材を用いることが必要である。   The base material to which the composition (B) is applied is not particularly limited as long as it is a material that is not damaged by the organic solvent constituting the ink, and any material can be used. Glass, metal, metal oxide It is possible to use a base material such as a polymer material, but when forming carbon nanofibers or carbon nanofiber aggregates on the base material, there is no damage due to temperature in the baking process described later. It is necessary to use a heat-resistant substrate.

本発明における耐熱性基材とは、ガラス、金属、セラミックスなどを挙げることができ、特に、熱の影響を受けにくい、石英ガラス、アルミナ、酸化チタンなどを好適に用いることができる。   Examples of the heat-resistant substrate in the present invention include glass, metal, ceramics and the like, and particularly, quartz glass, alumina, titanium oxide and the like that are not easily affected by heat can be preferably used.

(フタロシアニンナノワイヤー集合体の作製)
前記のようにして得られた組成物を任意の容器内で乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体(C1)を得る場合に用いる容器としては、インキを構成する有機溶媒によって損傷を受ける材料でなければ、特に制限無く用いることができ、ガラス、金属、金属酸化物、ポリマー材料の容器を用いることができる。また、容器の形状についても特に制限は無く、任意の形状のものを好適に用いることができる。
乾燥は、容器のふたを開けた状態、常温、常圧で静置する方法の他、常温で加熱、凍結乾燥、減圧乾燥、減圧加熱乾燥などの乾燥方法を適宜選択することが可能である。
(Preparation of phthalocyanine nanowire assembly)
The container used for obtaining the phthalocyanine nanowire aggregate (C1) by drying the composition obtained as described above in an arbitrary container must be a material that is not damaged by the organic solvent constituting the ink. In particular, it can be used without limitation, and a container of glass, metal, metal oxide, or polymer material can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the shape of a container, The thing of arbitrary shapes can be used conveniently.
Drying can be appropriately selected from drying methods such as heating at normal temperature, freeze-drying, drying under reduced pressure, drying under reduced pressure, etc., in addition to a method of leaving the container open and leaving it at room temperature and normal pressure.

フタロシアニン集合体の作製は、例えば、ろ過によって、ろ紙上、もしくはガラスやポリマー等のフィルター上に、前記組成物(B)を展開することによって行っても良い。この場合、減圧ろ過を行うと作業効率が向上するので良い。
The production of the phthalocyanine aggregate may be performed, for example, by spreading the composition (B) on a filter paper or a filter such as glass or polymer by filtration. In this case, it is sufficient to perform the vacuum filtration because the working efficiency is improved.

なお、前記、フタロシアニンナノワイヤー及びフタロシアニンナノワイヤー集合体の製造方法(II)において、基材上でフタロシアニンナノワイヤー及びフタロシアニンナノワイヤー集合体を形成させた場合には、この基板を直接、後段の焼成工程に利用することが可能である。   In addition, in the manufacturing method (II) of the phthalocyanine nanowire and the phthalocyanine nanowire aggregate, when the phthalocyanine nanowire and the phthalocyanine nanowire aggregate are formed on the base material, the substrate is directly baked in the subsequent stage. It can be used in the process.

(フタロシアニンナノワイヤー、フタロシアニンナノワイヤー集合体の焼成工程)
本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法は、前記のようにして得られたフタロシアニンナノワイヤー、もしくはフタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成する工程を有することを特徴とする。
(Calcination process of phthalocyanine nanowires and phthalocyanine nanowire aggregates)
The carbon nanofiber and the method for producing a carbon nanofiber aggregate of the present invention include a step of firing the phthalocyanine nanowire or the phthalocyanine nanowire aggregate obtained as described above.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法において、加熱焼成温度は、500℃〜1800℃であることが好ましいが、焼成温度が低すぎると、フタロシアニンナノワイヤーが充分炭化せず、カーボンファイバーの形成不良が起こり、焼成温度が高すぎると、分解反応が起こって、カーボンファイバーが消失してしまうので、より好ましい焼成温度は、600℃〜1500℃であり、さらに好ましくは、700℃〜1200℃の範囲である。   In the method for producing carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates of the present invention, the heating and firing temperature is preferably 500 ° C. to 1800 ° C., but if the firing temperature is too low, the phthalocyanine nanowires are not sufficiently carbonized. If the formation failure of the carbon fiber occurs and the firing temperature is too high, the decomposition reaction occurs and the carbon fiber disappears. Therefore, the more preferred firing temperature is 600 ° C. to 1500 ° C., more preferably 700 It is the range of ° C to 1200 ° C.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造方法において、焼成工程は、フタロシアニンナノワイヤーが熱分解して消失するのを防ぐために、酸素の少ない環境で行うことが好ましい。具体的には、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下で行うことが好ましい。   In the method for producing the carbon nanofibers and the carbon nanofiber aggregate of the present invention, the firing step is preferably performed in an environment with little oxygen in order to prevent the phthalocyanine nanowires from being thermally decomposed and lost. Specifically, it is preferably performed in a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere.

前記、焼成工程は、公知慣用の設備、手法を用いて行うことができ、一般に知られているマッフル炉、雰囲気炉、赤外線炉等の各種の焼成炉の他、マイクロウェーブオーブン等も用いることができる。   The firing step can be performed using known and commonly used equipment and techniques. In addition to various known firing furnaces such as a muffle furnace, an atmospheric furnace, and an infrared furnace, a microwave oven can also be used. it can.

(カーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体)
本発明の一形態は、前記の工程を行うことにより得られるカーボンナノファイバー、及び該カーボンナノファイバーの集合体であり、該カーボンナノファイバーは、短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であることを特徴とする。
(Carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates)
One embodiment of the present invention is a carbon nanofiber obtained by performing the above-described steps, and an aggregate of the carbon nanofiber. The carbon nanofiber has a short diameter of 100 nm or less and a long length relative to the short diameter. The thickness ratio (length / minor axis) is 10 or more.

該カーボンナノファイバーの集合体は、その製造工程において、フタロシアニンナノワイヤーの集合体が有する外観構造を反映する。すなわち、フタロシアニンナノワイヤーと有機溶媒とを含有する前記組成物(B)の乾燥工程によって形成された外観構造を反映する。具体的には、前記組成物(B)が基材上に塗布された場合には、基材上に膜状にカーボンナノファイバー集合体が形成され、サンプル管の様な円柱状容器内で乾燥した後に、焼成したものは、円柱状の外観を有するカーボンナノファイバー集合体となる。また、ろ過によってフィルター上に形成されたフタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成することによって得られるカーボンナノファイバー集合体は、円盤状の外観を示す。カーボンナノファイバーの外観形状は、使用目的によって適宜必要な形状のものを選択すればよい。   The aggregate of carbon nanofibers reflects the appearance structure of the aggregate of phthalocyanine nanowires in the manufacturing process. That is, the external structure formed by the drying process of the composition (B) containing the phthalocyanine nanowire and the organic solvent is reflected. Specifically, when the composition (B) is applied on a substrate, a carbon nanofiber aggregate is formed on the substrate in a film shape and dried in a cylindrical container such as a sample tube. Then, the fired product becomes a carbon nanofiber aggregate having a cylindrical appearance. Moreover, the carbon nanofiber aggregate obtained by firing the phthalocyanine nanowire aggregate formed on the filter by filtration exhibits a disk-like appearance. The appearance of the carbon nanofibers may be selected as appropriate depending on the purpose of use.

種々の外観形状を有するカーボンナノファイバー集合体のうち、石英ガラスなど、耐熱性透明ガラス基板上に形成された薄膜状のカーボンナノファイバー集合体は、透明導電膜としての
応用が期待できる。
Among the carbon nanofiber aggregates having various appearance shapes, thin-film carbon nanofiber aggregates formed on a heat-resistant transparent glass substrate such as quartz glass can be expected to be applied as a transparent conductive film.

(金属粒子担持カーボンナノファイバー、金属粒子担持カーボンナノファイバー集合体)
本発明のカーボンナノファイバー、及び、カーボンナノファイバー集合体は、フタロシアニンナノワイヤー、及びフタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成することによって得るものであるため、フタロシアニンナノワイヤーを構成するフタロシアニン、フタロシアニン誘導体の中心金属(X)を選択することによって、適宜、カーボンナノファイバー表面に、フタロシアニン分子の中心金属(X)由来の金属微粒子を担持させることが可能である。
(Metal particle-supported carbon nanofibers, metal particle-supported carbon nanofiber assemblies)
Since the carbon nanofiber and the carbon nanofiber aggregate of the present invention are obtained by firing the phthalocyanine nanowire and the phthalocyanine nanowire aggregate, the central metal of the phthalocyanine and the phthalocyanine derivative constituting the phthalocyanine nanowire By selecting (X), metal fine particles derived from the central metal (X) of the phthalocyanine molecule can be appropriately supported on the carbon nanofiber surface.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造に用いることができるフタロシアニンナノワイヤーを構成するフタロシアニン分子の中心金属(X)としては、前記の通り、銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子、チタニル(TiO)、バナジル(VO)、塩化アルミニウム(AlCl)などを好適に用いることができ、それぞれ焼成によって、銅、亜鉛、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、マグネシウム、鉄、チタニル、バナジル、アルミなどの金属微粒子を担持したカーボンナノファイバーを製造することができる。
As described above, the central metal (X) of the phthalocyanine molecule constituting the phthalocyanine nanowire that can be used for the production of the carbon nanofiber and the carbon nanofiber aggregate of the present invention is a copper atom, a zinc atom, a cobalt atom, A nickel atom, a tin atom, a lead atom, a magnesium atom, a silicon atom, an iron atom, titanyl (TiO), vanadyl (VO), aluminum chloride (AlCl), etc. can be suitably used. Carbon nanofibers carrying fine metal particles such as cobalt, nickel, tin, lead, magnesium, iron, titanyl, vanadyl, and aluminum can be produced.

本発明のカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体の製造において、前記、金属粒子担持カーボンナノファイバー、もしくは金属粒子担持カーボンナノファイバー集合体から、金属粒子を除去することによって金属粒子を担持しないカーボンナノファイバー、もしくはカーボンナノファイバー集合体とすることも可能である。この目的には、担持している金属粒子が溶解する溶媒、例えば酸性洗浄剤などをもちいることができる。酸性洗浄剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、スルファミン酸、リン酸、フッ酸などの無機酸、シュウ酸、酒石酸、クエン酸、蟻酸、グリコール酸、酢酸などの有機酸を必要に応じて用いることができる。   In the production of the carbon nanofiber and the carbon nanofiber aggregate of the present invention, the metal particle-supported carbon nanofiber or the carbon that does not support the metal particle by removing the metal particle from the metal particle-supported carbon nanofiber aggregate. Nanofibers or carbon nanofiber aggregates can also be used. For this purpose, it is possible to use a solvent in which the supported metal particles dissolve, for example, an acidic cleaning agent. Examples of the acidic cleaning agent include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfamic acid, phosphoric acid, and hydrofluoric acid, and organic acids such as oxalic acid, tartaric acid, citric acid, formic acid, glycolic acid, and acetic acid as necessary. Can be used.

本発明の製造方法を用いることにより、カーボンナノファイバー、および、その集合体を簡便に効率良く製造することが可能であり、当該製造方法によって製造されたカーボンナノファイバー、及びカーボンナノファイバー集合体は、樹脂材料に導電性を付与したり、樹脂材料の機械的特性を向上したりする目的でフィラーとして用いることが可能である。また、水素吸収、放出能やメタン吸収能を利用したガス吸蔵材料、燃料電池用負極材料、透明導電膜用材料としても利用可能であり、さらに、ディスプレイ用の電子放出材料や、触媒担持体、として有用である。   By using the production method of the present invention, it is possible to easily and efficiently produce carbon nanofibers and aggregates thereof. The carbon nanofibers and carbon nanofiber aggregates produced by the production method are It can be used as a filler for the purpose of imparting electrical conductivity to the resin material or improving the mechanical properties of the resin material. It can also be used as a gas storage material utilizing hydrogen absorption, emission ability and methane absorption capacity, anode material for fuel cells, transparent conductive film material, and further, electron emission material for display, catalyst carrier, Useful as.

以下に、実施例を用いて本発明の詳細を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の実施例において、生成したカーボンナノファイバー集合体の形態観察は、キーエンス社製VE−9800リアルサーフェスビュー顕微鏡(SEM)を用いて行った。また、基材上に作製したカーボンナノファイバー集合体の形態観察は、SIIナノテクノロジー株式会社製の表面プローブ顕微鏡(SPI−4000、SPA―400)を用いた。   Details of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the following examples, morphology observation of the produced carbon nanofiber aggregates was performed using a VE-9800 real surface view microscope (SEM) manufactured by Keyence Corporation. Moreover, the surface probe microscope (SPI-4000, SPA-400) by SII nanotechnology Co., Ltd. was used for the morphology observation of the carbon nanofiber aggregate produced on the base material.

(実施例1)第一工程 <フタロシアニンナノワイヤーの製造>
ポリエーテルモノアミンとして、Huntsman Corporation製「Surfonamine B−200」(商品名)(第一アミン−末端ポリ(エチレンオキシド/プロピレンオキシド)(5/95)コポリマー、数平均分子量約2,000)692質量部と炭酸ナトリウム66質量部と水150質量部の混合物に、銅フタロシアニンスルホニルクロリド(スルホン化度=1)210質量部を投入し、5℃〜室温で6時間反応させた。得られた反応混合物を真空下で90℃に加熱して水を除去し、下記[化20]で表される銅フタロシアニンスルファモイル化合物を得た。
(Example 1) First step <Production of phthalocyanine nanowire>
As polyether monoamine, 692 parts by mass of “Surfamine B-200” (trade name) (primary amine-terminated poly (ethylene oxide / propylene oxide) (5/95) copolymer, number average molecular weight of about 2,000) manufactured by Huntsman Corporation) To a mixture of 66 parts by mass of sodium carbonate and 150 parts by mass of water, 210 parts by mass of copper phthalocyanine sulfonyl chloride (degree of sulfonation = 1) was added and reacted at 5 ° C. to room temperature for 6 hours. The obtained reaction mixture was heated to 90 ° C. under vacuum to remove water to obtain a copper phthalocyanine sulfamoyl compound represented by the following [Chemical Formula 20].

Figure 2012082544
Figure 2012082544

前記化合物において、Qは水素原子又はメチル基を表し、プロピレンオキシド/エチレンオキシド=29/6(モル比)、nの平均値=35である。 In the compound, Q represents a hydrogen atom or a methyl group, and propylene oxide / ethylene oxide = 29/6 (molar ratio), and the average value of n = 35.

・(晶析)
銅フタロシアニン(DIC(株)製、Fastogen Blue 5380E)1.0gとフタロシアニン誘導体のうち、[化20]で表される銅フタロシアニンスルファモイル化合物1.5gを濃硫酸(関東化学(株)製)81gに投入して完全に溶解させ、濃硫酸溶液を調製した。続いて蒸留水730gを1000mLのビーカーに投入し、これを氷水で十分、冷却した後、該蒸留水を撹拌しながら、先に調製した濃硫酸溶液を投入し、銅フタロシアニンと[化20]で表される銅フタロシアニンスルファモイル化合物をとからなる複合体を析出させた。
続いて得られた該複合体を、濾紙を用いてろ過し、蒸留水を用いて十分に洗浄し、含水した該複合体を回収した。この含水複合体の重量を測定したところ、12.4gであった。
・ (Crystallization)
Copper phthalocyanine (DIC Co., Ltd., Fastogen Blue 5380E) 1.0 g and phthalocyanine derivatives of copper phthalocyanine sulfamoyl compound represented by [Chemical Formula 20] 1.5 g of concentrated sulfuric acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) The solution was poured into 81 g and completely dissolved to prepare a concentrated sulfuric acid solution. Subsequently, 730 g of distilled water was put into a 1000 mL beaker, which was sufficiently cooled with ice water, and the concentrated sulfuric acid solution prepared above was added while stirring the distilled water, and copper phthalocyanine and [Chemical Formula 20] were used. A composite consisting of the copper phthalocyanine sulfamoyl compound represented was precipitated.
Subsequently, the obtained composite was filtered using a filter paper, washed sufficiently with distilled water, and the composite containing water was recovered. The weight of this water-containing composite was measured and found to be 12.4 g.

・(水分散)
工程(1)で得られた銅フタロシアニンと[化20]で表される銅フタロシアニンスルファモイル化合物からなる複合体2.5gを含む含水複合体12.4gを容量50mLのポリプロピレン製容器に投入し、さらに蒸留水を4.3g加えて、該複合体の水に対する重量比を15%とし、次いでφ0.5mmのジルコニアビーズ60gを加えて、ペイントシェイカーを用いて2時間、微分散した。続いて微粒子化した複合体をジルコニアビーズから分離回収し、さらに蒸留水を加えて重量50gの微粒子化複合体水分散液(固形物濃度5%)を得た。
・ (Water dispersion)
12.4 g of a hydrous composite containing 2.5 g of a composite composed of the copper phthalocyanine obtained in step (1) and the copper phthalocyanine sulfamoyl compound represented by [Chemical Formula 20] is charged into a polypropylene container having a capacity of 50 mL. Further, 4.3 g of distilled water was added so that the weight ratio of the composite to water was 15%, and then 60 g of zirconia beads having a diameter of 0.5 mm were added and finely dispersed for 2 hours using a paint shaker. Subsequently, the finely divided composite was separated and recovered from the zirconia beads, and distilled water was further added to obtain a finely divided composite aqueous dispersion (solid concentration 5%) having a weight of 50 g.

・(有機溶媒への分散)
工程(2)で得られた微粒子化複合体水分散液から10g分取し、さらに濃度5Nの塩酸水(和光純薬工業(株)社製)0.5gを加えて、2000回転で1時間、遠心分離したところ、該微粒子化複合体が沈殿した。上澄みの塩酸水を除去し、含水した該微粒子化複合体に4.5gのN−メチルピロリドン(和光純薬工業(株)社製)を加えて、よく振とうした。該分散液を100mLナスフラスコに投入し、さらにエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(和光純薬工業(株)社製)を5.0g追加投入して、1時間撹拌した。
・ (Dispersion in organic solvent)
10 g was taken from the finely divided composite aqueous dispersion obtained in step (2), 0.5 g of 5N hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was rotated at 2000 rpm for 1 hour. When centrifuged, the micronized complex was precipitated. The hydrochloric acid solution in the supernatant was removed, and 4.5 g of N-methylpyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the hydrated micronized complex and shaken well. The dispersion was charged into a 100 mL eggplant flask, and 5.0 g of ethylene glycol monomethyl ether acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was additionally charged and stirred for 1 hour.

(ナノワイヤー化)
該微粒子化複合体を分散したN−メチルピロリドンとエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含む該ナスフラスコを、オイルバスを用いて加熱し、90分かけて145℃まで昇温した。145℃に到達後、そのままの温度でさらに30分間加熱を継続した。
(Nanowire)
The eggplant flask containing N-methylpyrrolidone and ethylene glycol monomethyl ether acetate in which the micronized complex was dispersed was heated using an oil bath and heated to 145 ° C. over 90 minutes. After reaching 145 ° C., heating was continued for 30 minutes at the same temperature.

第二工程 <フタロシアニンナノワイヤー組成物の製造>
加熱後の分散液を、メンブレンフィルター(孔径0.1μm)を用いて濾過し、濾残をN−メチルピロリドンでよく洗浄した。該濾残を固形物濃度が2%になるようにN−メチルピロリドンに投入し、よく振とうして銅フタロシアニンナノワイヤー組成物(1)(N−メチルピロリドン分散液)を得た。
ここで得られたフタロシアニンナノワイヤー組成物(1)の固形分を透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、短径が約6nm、短径に対する長さの比率が80以上にまで成長したナノワイヤー形状を有することが確認された(図1、2参照)。さらに、X線回折(理学電機(株)製 RINT−ULTIMA+使用)により、得られたフタロシアニンナノワイヤーは鋭いX線回折ピークを示すことから、高い結晶性を有することが確認できた。また、フタロシアニンナノワイヤー組成物(1)は極めて安定で、フタロシアニンナノワイヤーの沈降は見られなかった。
Second step <Production of phthalocyanine nanowire composition>
The heated dispersion was filtered using a membrane filter (pore size: 0.1 μm), and the residue was thoroughly washed with N-methylpyrrolidone. The filtered residue was put into N-methylpyrrolidone so that the solid concentration was 2%, and shaken well to obtain a copper phthalocyanine nanowire composition (1) (N-methylpyrrolidone dispersion).
When the solid content of the phthalocyanine nanowire composition (1) obtained here was observed using a transmission electron microscope, the nanowire was grown to a minor axis of about 6 nm and a ratio of the length to the minor axis of 80 or more. It was confirmed to have a shape (see FIGS. 1 and 2). Furthermore, since the obtained phthalocyanine nanowire showed a sharp X-ray diffraction peak by X-ray diffraction (using RINT-ULTIMA + manufactured by Rigaku Corporation), it was confirmed that it had high crystallinity. Moreover, the phthalocyanine nanowire composition (1) was extremely stable, and no precipitation of phthalocyanine nanowires was observed.

第三工程〜第四工程
第二工程によって得たフタロシアニンナノワイヤー組成物(1)を、ガラス容器中、80℃で真空加熱乾燥し、フタロシアニンナノワイヤー集合体を得た。このフタロシアニンナノワイヤー集合体を、窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、表面に微粒子を担持した、主として500nm以下の径を有するファイバー状の集合体を得た(図3、4)。このファイバー状集合体のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、この集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。また、X線回折、TEM観察の元素マッピング(図5)により、ファイバー表面に存在する微粒子は、銅の微結晶であることが確認された。
3rd process-4th process The phthalocyanine nanowire composition (1) obtained by the 2nd process was vacuum-heat-dried at 80 degreeC in the glass container, and the phthalocyanine nanowire aggregate was obtained. This phthalocyanine nanowire aggregate was heated and baked at 800 ° C. in a nitrogen stream using an electric furnace to obtain a fibrous aggregate mainly having a diameter of 500 nm or less carrying fine particles on the surface (FIG. 3, 4). Measurement of the Raman spectrum of the fibrous aggregate, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, the aggregate was confirmed that the carbon fibers. Further, it was confirmed by X-ray diffraction and elemental mapping of TEM observation (FIG. 5) that the fine particles present on the fiber surface were copper microcrystals.

(実施例2)
実施例1で得たフタロシアニンナノワイヤー組成物(1)を、スピンコート法により製膜し、石英基板上のフタロシアニンナノワイヤー集合体膜を得た。この青色の膜を窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、石英基板上の発色はほぼ透明となった。この表面のAFM観察を行うと、主として500nm以下の径を有するファイバー状の集合体が基板表面に存在することが確認できた(図6)。この膜のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、表面に存在するファイバー状集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。
(Example 2)
The phthalocyanine nanowire composition (1) obtained in Example 1 was formed by a spin coating method to obtain a phthalocyanine nanowire assembly film on a quartz substrate. When this blue film was heated and baked at 800 ° C. in a nitrogen stream using an electric furnace, the color on the quartz substrate became almost transparent. When AFM observation of this surface was performed, it was confirmed that a fiber-like aggregate having a diameter of 500 nm or less was present on the substrate surface (FIG. 6). Measurement of the Raman spectrum of this film, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, fibrous aggregates on the surface it was confirmed that the carbon fiber.

(実施例3)
実施例1で得たフタロシアニンナノワイヤー組成物(1)を、キャスト法により製膜し、石英基板上のフタロシアニンナノワイヤー集合体膜を得た。この青色の膜を窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、薄黒色の半透明膜となった。この膜の透過率は49.6%で、三菱化学社製、ロレスタGPにより測定した表面抵抗が1.2x10Ω/□を示す導電膜であった。この膜表面のAFM観察を行うと、主として500nm以下の径を有するファイバー状の集合体が基板表面に存在することが確認できた(図7)。この膜のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、表面に存在するファイバー状集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。
(Example 3)
The phthalocyanine nanowire composition (1) obtained in Example 1 was formed by a casting method to obtain a phthalocyanine nanowire aggregate film on a quartz substrate. The blue film was heated and baked at 800 ° C. in a nitrogen stream using an electric furnace to obtain a light black translucent film. The transmittance of this film was 49.6%, and it was a conductive film having a surface resistance of 1.2 × 10 5 Ω / □ measured by Loresta GP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. When AFM observation of the film surface was performed, it was confirmed that a fiber-like aggregate having a diameter of 500 nm or less was present on the substrate surface (FIG. 7). Measurement of the Raman spectrum of this film, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, fibrous aggregates on the surface it was confirmed that the carbon fiber.

(実施例4)
実施例1において銅フタロシアニンを1.67g、[化20]式に代えて[化5]式のフタロ
シアニン誘導体を0.83g用いる以外は、実施例1と同様にして銅フタロシアニンナノワイヤー組成物(2)を得た。ここで得られたフタロシアニンナノワイヤー組成物中のフタロシアニンナノワイヤー固形分を、透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、短径が約10nm、短径に対する長さの比率が50以上にまで成長したナノワイヤー形状を有することが確認された(図8、図9参照)。さらに得られたフタロシアニンナノワイヤーは鋭いX線回折ピークを示すことから、高い結晶性を有することが確認でき、その分散液は極めて安定で、フタロシアニンナノワイヤーの沈降は見られなかった。
この組成物(2)を、実施例1と同様にして、ガラス容器中で真空加熱乾燥し、フタロシアニンナノワイヤー集合体を得た後、窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、表面に微粒子を担持した、200nm以下の径を有するファイバー状の集合体を得た(図10、11)。このファイバー状集合体のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、この集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。また、X線回折、TEMの元素マッピングにより、ファイバー表面に存在する微粒子は、銅の微結晶であることが確認された。
Example 4
The copper phthalocyanine nanowire composition (2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.67 g of copper phthalocyanine and 0.83 g of a phthalocyanine derivative of the [Chemical 5] formula were used instead of the [Chemical 20] formula in Example 1. ) When the phthalocyanine nanowire solid content in the phthalocyanine nanowire composition obtained here was observed using a transmission electron microscope, the minor axis grew to about 10 nm and the ratio of the length to the minor axis increased to 50 or more. It was confirmed to have a nanowire shape (see FIGS. 8 and 9). Furthermore, since the obtained phthalocyanine nanowire showed a sharp X-ray diffraction peak, it was confirmed that the phthalocyanine nanowire had high crystallinity, the dispersion was extremely stable, and precipitation of the phthalocyanine nanowire was not observed.
The composition (2) was vacuum-heated and dried in a glass container in the same manner as in Example 1 to obtain a phthalocyanine nanowire aggregate, and then heated and fired at 800 ° C. using an electric furnace in a nitrogen stream. As a result, a fiber-like aggregate having a diameter of 200 nm or less with fine particles carried on the surface was obtained (FIGS. 10 and 11). Measurement of the Raman spectrum of the fibrous aggregate, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, the aggregate was confirmed that the carbon fibers. In addition, X-ray diffraction and TEM elemental mapping confirmed that the fine particles present on the fiber surface were copper microcrystals.

(実施例5)
実施例1において銅フタロシアニンを1.67g、[化20]式に代えて[化9]式のフタロシアニン誘導体を0.83g用いる以外は、実施例1と同様にして銅フタロシアニンナノワイヤー組成物(3)を得た。ここで得られたフタロシアニンナノワイヤー分散液中のフタロシアニンナノワイヤーを、透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、短径が約25nm、短径に対する長さの比率が20以上にまで成長したナノワイヤー形状を有することが確認された(図12、13参照)。さらに得られたフタロシアニンナノワイヤーは鋭いX線回折ピークを示すことから、高い結晶性を有することが確認でき、その分散液は極めて安定で、フタロシアニンナノワイヤーの沈降は見られなかった。
(Example 5)
A copper phthalocyanine nanowire composition (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.67 g of copper phthalocyanine and 0.83 g of a phthalocyanine derivative of the [Chemical 9] formula were used instead of the [Chemical 20] formula in Example 1. ) When the phthalocyanine nanowires in the phthalocyanine nanowire dispersion obtained here were observed using a transmission electron microscope, the nanowires grew to a short diameter of about 25 nm and a length ratio to the short diameter of 20 or more. It was confirmed to have a shape (see FIGS. 12 and 13). Furthermore, since the obtained phthalocyanine nanowire showed a sharp X-ray diffraction peak, it was confirmed that the phthalocyanine nanowire had high crystallinity, the dispersion was extremely stable, and precipitation of the phthalocyanine nanowire was not observed.

この組成物(3)を、実施例1と同様にして、ガラス容器中で真空加熱乾燥し、ロシアニンナノワイヤー集合体を得た後、窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、表面に微粒子を担持した、200nm以下の径を有するファイバー状の集合体を得た(図14、15)。このファイバー状集合体のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、この集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。また、X線回折、TEMの元素マッピングにより、ファイバー表面に存在する微粒子は、銅の微結晶であることが確認された。 This composition (3) was vacuum-heated and dried in a glass container in the same manner as in Example 1 to obtain a Russianine nanowire aggregate, and then heated and fired at 800 ° C. using an electric furnace in a nitrogen stream. As a result, a fibrous aggregate having a diameter of 200 nm or less having fine particles supported on the surface was obtained (FIGS. 14 and 15). Measurement of the Raman spectrum of the fibrous aggregate, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, the aggregate was confirmed that the carbon fibers. In addition, X-ray diffraction and TEM elemental mapping confirmed that the fine particles present on the fiber surface were copper microcrystals.

(実施例6)
実施例5で得たフタロシアニンナノワイヤー組成物(3)を、直径2.5cm、孔径0.1μmのメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、フィルター上に直径約2cmの円板状フタロシアニンナノワイヤー集合体を得た。この円板状のフタロシアニンナノワイヤー集合体を、窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、黒色の円板状固体を得た。この固体のSEM観察を行うと、表面に多数の微粒子を担持した、主として500nm以下の径を有するファイバー状の集合体を得た(図16、17)。このファイバー状集合体のラマンスペクトルを測定すると、1590cm−1、1350cm−1にピークが観測され、この集合体がカーボンファイバーであることが確認できた。また、X線回折、TEM観察の元素マッピングにより、ファイバー表面に存在する微粒子は、銅の微結晶であることが確認された。
(Example 6)
The phthalocyanine nanowire composition (3) obtained in Example 5 was suction filtered using a membrane filter having a diameter of 2.5 cm and a pore diameter of 0.1 μm, and a disk-shaped phthalocyanine nanowire assembly having a diameter of about 2 cm was placed on the filter. Got. This disk-shaped phthalocyanine nanowire aggregate was heated and fired at 800 ° C. using an electric furnace in a nitrogen stream to obtain a black disk-shaped solid. When this solid was observed by SEM, a fiber-like aggregate mainly having a diameter of 500 nm or less carrying a large number of fine particles on the surface was obtained (FIGS. 16 and 17). Measurement of the Raman spectrum of the fibrous aggregate, 1590 cm -1, a peak was observed at 1350 cm -1, the aggregate was confirmed that the carbon fibers. Further, the elemental mapping of X-ray diffraction and TEM observation confirmed that the fine particles present on the fiber surface were copper microcrystals.

(比較例1)
銅フタロシアニン(DIC(株)製、Fastogen Blue 5380E)の結晶粉末を窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、黒色の粉末を得た。SEM観察を行ったところ、数μ〜数十μmサイズの無定形塊状粒子が観察され、カーボンナノファイバーの存在は認められなかった。
(Comparative Example 1)
A crystalline powder of copper phthalocyanine (manufactured by DIC Corporation, Fastogen Blue 5380E) was heated and fired at 800 ° C. using an electric furnace in a nitrogen stream to obtain a black powder. When SEM observation was performed, amorphous massive particles having a size of several μ to several tens μm were observed, and the presence of carbon nanofibers was not recognized.

(比較例2)
[化9]式のフタロシアニン誘導体を窒素気流下、電気炉を用い、800℃で加熱焼成することによって、黒色の粉末を得た。この粉末は、数μ〜数十μmサイズの無定形塊状粒子であり、SEM観察を行ったところ、表面に微粒子が観察されるが、カーボンナノファイバーは認められなかった(図18、19)。
(Comparative Example 2)
A black powder was obtained by baking the phthalocyanine derivative of the formula [9] at 800 ° C. using an electric furnace in a nitrogen stream. This powder was amorphous massive particles having a size of several μ to several tens of μm. When SEM observation was performed, fine particles were observed on the surface, but no carbon nanofibers were observed (FIGS. 18 and 19).

本発明のカーボンナノファイバーは、樹脂材料に導電性を付与したり、樹脂材料の機械的特性を向上したりする目的でフィラーとして利用することができる。また、水素吸収、放出能やメタン吸収能を利用したガス吸蔵材料、燃料電池用負極材料として、さらにディスプレイ用の電子放出材料や触媒担持体としての利用が可能である。   The carbon nanofiber of the present invention can be used as a filler for the purpose of imparting electrical conductivity to a resin material or improving the mechanical properties of the resin material. In addition, it can be used as a gas storage material utilizing hydrogen absorption, emission ability and methane absorption ability, and a negative electrode material for fuel cells, and further as an electron emission material for display and a catalyst carrier.

Claims (5)

フタロシアニン及びフタロシアニン誘導体を含有するフタロシアニンナノワイヤーを焼成して得られるカーボンナノファイバーにおいて、
(1)フタロシアニンが、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン又は鉄フタロシアニンであり、
(2)フタロシアニン誘導体が、一般式(1)、(2)又は(3)で表されるものであり、
Figure 2012082544
(但し、式中、Xは、銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子からなる群から選ばれる何れかであり、YからYは、フタロシアニン骨格とR〜Rを結合させる結合基を表し、
からYが結合基として存在しない場合には、R〜Rは、SOH、COH、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基、置換基を有してもよい(オリゴ)へテロアリール基、置換基を有してもよいフタルイミド基又は置換基を有してもよいフラーレン類であり、
からYが、−(CH−(nは1〜10の整数を表す)、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−NH−、−S−、−S(O)−、又は−S(O)−で表される結合基である場合には、R〜Rは、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基、置換基を有してもよい(オリゴ)へテロアリール基、置換基を有してもよいフタルイミド基又は置換基を有してもよいフラーレン類であり、a、b、c及びdは各々独立に0〜4の整数を表すが、そのうち少なくとも一つは0ではない。)
Figure 2012082544
(但し、式中、Xは銅原子、亜鉛原子、コバルト原子、ニッケル原子、スズ原子、鉛原子、マグネシウム原子、ケイ素原子、鉄原子からなる群から選ばれる何れかであり、Zは下記式(a)又は(b)で表される基であり、a、b、c及びdは各々独立に0〜4の整数を表すが、そのうち少なくとも一つは0ではない。)
Figure 2012082544
(ここで、nは4〜100の整数であり、Qは各々独立に水素原子又はメチル基であり、Q’は炭素数1〜30の非環状炭化水素基である。)
Figure 2012082544
(ここで、mは1〜20の整数であり、R及びR’は、各々独立に炭素数1〜20のアルキル基である。)
(3)フタロシアニンナノワイヤーの短径が100nm以下であり、その短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上である、
ことを特徴とするカーボンナノファイバー。
In carbon nanofibers obtained by firing phthalocyanine nanowires containing phthalocyanine and phthalocyanine derivatives,
(1) The phthalocyanine is copper phthalocyanine, zinc phthalocyanine or iron phthalocyanine,
(2) The phthalocyanine derivative is represented by the general formula (1), (2) or (3),
Figure 2012082544
(Wherein, X is any one selected from the group consisting of copper atom, zinc atom, cobalt atom, nickel atom, tin atom, lead atom, magnesium atom, silicon atom, iron atom, Y 1 to Y 4 represents a linking group for bonding the phthalocyanine skeleton and R 1 to R 4 ;
When Y 1 to Y 4 are not present as a linking group, R 1 to R 4 may have SO 3 H, CO 2 H, an alkyl group that may have a substituent, or a substituent ( (Oligo) aryl group, optionally substituted (oligo) heteroaryl group, optionally substituted phthalimide group or optionally substituted fullerene,
Y 1 to Y 4 are — (CH 2 ) n — (n represents an integer of 1 to 10), —CH═CH—, —C≡C—, —O—, —NH—, —S—, When it is a bonding group represented by —S (O) — or —S (O) 2 —, R 1 to R 4 have an alkyl group which may have a substituent, and a substituent. (Oligo) aryl group which may have a substituent, (oligo) heteroaryl group which may have a substituent, phthalimide group which may have a substituent or fullerenes which may have a substituent, b, c and d each independently represents an integer of 0 to 4, but at least one of them is not 0. )
Figure 2012082544
(In the formula, X is any one selected from the group consisting of a copper atom, a zinc atom, a cobalt atom, a nickel atom, a tin atom, a lead atom, a magnesium atom, a silicon atom, and an iron atom, and Z is the following formula ( a) or a group represented by (b), wherein a, b, c and d each independently represent an integer of 0 to 4, of which at least one is not 0.)
Figure 2012082544
(Here, n is an integer of 4 to 100, Q is each independently a hydrogen atom or a methyl group, and Q ′ is an acyclic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.)
Figure 2012082544
(Here, m is an integer of 1 to 20, and R and R ′ are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
(3) The minor axis of the phthalocyanine nanowire is 100 nm or less, and the ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) is 10 or more.
Carbon nanofiber characterized by that.
前記一般式(1)又は(2)における置換基を有してもよいアルキル基が、メチル基、エチル基又はプロピル基であり、置換基を有してもよい(オリゴ)アリール基が、置換基を有してもよい(オリゴ)フェニレン基又は置換基を有してもよい(オリゴ)ナフチレン基であり、置換基を有してもよい(オリゴ)へテロアリール基が、置換基を有してもよい(オリゴ)ピロール基、置換基を有してもよい(オリゴ)チオフェン基、置換基を有してもよい(オリゴ)ベンゾピロール基又は置換基を有してもよい(オリゴ)ベンゾチオフェン基である請求項1に記載のカーボンナノファイバー。 The alkyl group which may have a substituent in the general formula (1) or (2) is a methyl group, an ethyl group or a propyl group, and the (oligo) aryl group which may have a substituent is substituted. An (oligo) phenylene group which may have a group or an (oligo) naphthylene group which may have a substituent, and an (oligo) heteroaryl group which may have a substituent has a substituent (Oligo) pyrrole group, which may have a substituent (oligo) thiophene group, which may have a substituent (oligo) benzopyrrole group or which may have a substituent (oligo) benzo The carbon nanofiber according to claim 1, which is a thiophene group. 請求項1又は2に記載のカーボンナノファイバーの製造方法において、
(1)短径が100nm以下であって、その短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程、
(2)フタロシアニンナノワイヤー(A)を焼成する第二工程、
を有することを特徴とするカーボンナノファイバーの製造方法。
In the manufacturing method of the carbon nanofiber of Claim 1 or 2,
(1) A first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more,
(2) a second step of firing the phthalocyanine nanowire (A),
A method for producing carbon nanofibers, comprising:
請求項1又は2に記載のカーボンナノファイバーの集合体の製造方法において、
(1)短径が100nm以下であって、その短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程、
(2)フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤とを必須成分とする組成物(B)を得る第二工程、
(3)組成物(B)を基材上、もしくは容器内で乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体(C1)を得る第三工程、
(4)フタロシアニンナノワイヤー集合体を焼成する第四工程、
を有することを特徴とするカーボンナノファイバーの集合体の製造方法。
In the manufacturing method of the aggregate | assembly of the carbon nanofiber of Claim 1 or 2,
(1) A first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more,
(2) a second step of obtaining a composition (B) comprising phthalocyanine nanowires and an organic solvent as essential components;
(3) A third step of obtaining the phthalocyanine nanowire aggregate (C1) by drying the composition (B) on a substrate or in a container,
(4) a fourth step of firing the phthalocyanine nanowire aggregate,
The manufacturing method of the aggregate | assembly of the carbon nanofiber characterized by having.
請求項1又は2に記載のカーボンナノファイバーの集合体膜の製造方法において、
(1)短径が100nm以下であってその短径に対する長さの比率(長さ/短径)が10以上であるフタロシアニンナノワイヤー(A)を得る第一工程、
(2)フタロシアニンナノワイヤーと有機溶剤とを必須成分とする組成物(B)を得る第二工程、
(3)組成物(B)を耐熱性基板上に塗布乾燥させてフタロシアニンナノワイヤー集合体膜(C2)を得る第三工程(c)、
(4)フタロシアニンナノワイヤー集合体膜(C2)を焼成する第四工程(d)、
を有することを特徴とするカーボンナノファイバーの集合体膜の製造方法。
In the manufacturing method of the aggregate | assembly film | membrane of the carbon nanofiber of Claim 1 or 2,
(1) A first step of obtaining a phthalocyanine nanowire (A) having a minor axis of 100 nm or less and a ratio of the length to the minor axis (length / minor axis) of 10 or more,
(2) a second step of obtaining a composition (B) comprising phthalocyanine nanowires and an organic solvent as essential components;
(3) The third step (c) for obtaining the phthalocyanine nanowire aggregate film (C2) by coating and drying the composition (B) on a heat-resistant substrate,
(4) Fourth step (d) for firing the phthalocyanine nanowire assembly film (C2),
A method for producing an aggregate film of carbon nanofibers, comprising:
JP2010228578A 2010-10-08 2010-10-08 Carbon nanofiber and manufacturing method thereof Pending JP2012082544A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010228578A JP2012082544A (en) 2010-10-08 2010-10-08 Carbon nanofiber and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010228578A JP2012082544A (en) 2010-10-08 2010-10-08 Carbon nanofiber and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012082544A true JP2012082544A (en) 2012-04-26

Family

ID=46241711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010228578A Pending JP2012082544A (en) 2010-10-08 2010-10-08 Carbon nanofiber and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012082544A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105294706A (en) * 2015-11-03 2016-02-03 昆明学院 Iron phthalocyanine nanowire with new crystal structure and preparation method of iron phthalocyanine nanowire

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105294706A (en) * 2015-11-03 2016-02-03 昆明学院 Iron phthalocyanine nanowire with new crystal structure and preparation method of iron phthalocyanine nanowire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101748894B1 (en) Solvent-based and water-based carbon nanotube inks with removable additives
JP7489694B2 (en) Small molecule-based free-standing films and hybrid materials
WO2010122921A1 (en) Phthalocyanine nanowires, ink composition and electronic element each containing same, and method for producing phthalocyanine nanowires
JP5034544B2 (en) Carbon nanotube aggregate and method for producing the same
US8039681B2 (en) Functionalized carbon materials
KR101364221B1 (en) Phthalocyanine nano rod, and photoelectric conversion element
KR100912807B1 (en) Method of fabrication for carbon nanotubes uniformly coated with Titanium dioxide
US9340697B2 (en) Solvent-based and water-based carbon nanotube inks with removable additives
TWI495690B (en) Material for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element
US20080292530A1 (en) Calcination of carbon nanotube compositions
Bu et al. Optically active SiO2/TiO2/polyacetylene multilayered nanospheres: preparation, characterization, and application for low infrared emissivity
JP5552904B2 (en) Method for producing nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber, and nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber obtained by these methods
JP5800678B2 (en) Nanocarbon aqueous dispersion, method for producing the same, and nanocarbon-containing structure
JP5387116B2 (en) Metal phthalocyanine nanowire and manufacturing method thereof
JP6275743B2 (en) Solvent-based and water-based carbon nanotube inks with removable additives
JP5725799B2 (en) Nanocarbon aqueous dispersion, method for producing the same, and nanocarbon-containing structure
JP2009023886A (en) Carbon nanotube dispersion liquid, its production process and its use
JP2012082544A (en) Carbon nanofiber and manufacturing method thereof
JP5475645B2 (en) Carbon nanotube solubilizer composed of aroylbiphenyl-based hyperbranched polymer
Ning et al. Effect of surface “groove” structure of carbon nanotube bundles on the formation of nanohybrid shish kebab
JP4666115B1 (en) Phthalocyanine nanowire, ink composition and electronic device containing the same, and method for producing phthalocyanine nanowire
JP5704037B2 (en) Method for producing phthalocyanine nanosize structure aggregate, and electronic device using the phthalocyanine nanosize structure aggregate
TWI413662B (en) Phthalocyanin nanorod and photoelectric conversion element
JP5858272B2 (en) Method for producing phthalocyanine nanowire
ES2764598A1 (en) Procedure for the preparation of graphene and boron nitride heterojunctions (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)