JP2013060364A - 複合材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂からなる基材と、基材表面の少なくとも一部を覆うように設けられたグラフェンライク炭素材料層とを備え、基材の表面にグラフェンライク炭素が密着している複合材料。
【選択図】なし
Description
本発明に係る複合材料及びその製造方法では、樹脂からなる基材を用いる。基材を構成する樹脂については、超臨界または亜臨界状態の流体を作用させつつ加熱することにより、表面を柔らかくし得る適宜の樹脂を用いることができる。このような樹脂は、合成樹脂であってもよく、天然樹脂であってもよい。
本発明に係る複合材料では、上記樹脂からなる基材の表面の少なくとも一部を覆うように、グラフェンライク炭素材料層が設けられている。このグラフェンライク炭素材料層を構成するグラフェンライク炭素材料としては、グラフェンまたは薄片化黒鉛を好適に用いることができる。周知のように、黒鉛は、グラフェンの積層体である。薄片化黒鉛は、黒鉛を剥離することにより得られ、薄片化黒鉛の積層体におけるグラフェンの積層数は数層〜200層程度である。また、薄片化黒鉛の比表面積は黒鉛よりもはるかに大きく、600m2/g以上である。本発明において、上記薄片化黒鉛とは、黒鉛を剥離することにより得られ、上記のようなグラフェン積層数のグラフェン積層体をいうものとする。
本発明の製造方法では、先ず、樹脂からなる上記基材と、上記グラフェンライク炭素材料とを用意する。次に、樹脂からなる基材の表面の少なくとも一部に、上記グラフェンライク炭素材料を接触させ、その状態で、超臨界または亜臨界状態の流体を作用させつつ加熱する。超臨界または亜臨界状態の流体としては、CO2、H2O、などを用いることができる。
本発明に係る複合材料では、上記のように、グラフェンライク炭素材料の基材表面への密着性が高められ、好ましくは、グラフェンライク炭素材料の一部が樹脂からなる基材表面に入り込むようにして、グラフェンライク炭素材料層が形成されている。従って、グラフェンライク炭素材料層と基材との密着性を効果的に高め得る。よって、熱履歴を伴う環境に晒されたとしても、グラフェンライク炭素材料層の基材からの剥離等が生じ難い。また、密着性に優れているため、炭素材料による機械的強度の改善等も効果的に図ることができる。
1)薄片化黒鉛の調製
原料の黒鉛シートとして東洋炭素社製、品番:PF100−UHPを用意した。この黒鉛シートと同じ製法で、圧延処理時の圧延倍率を下げて密度0.7、厚み1mmの低密度黒鉛シートを用意した。
樹脂からなる基材として、ポリメチルメタクリレートからなる微粒子(Aldrich社製、品番:445746−500G、Mw:35万、Tg:122℃)を用意した。このポリメチルメタクリレートからなる微粒子1.0gと、上記のようにして得られた薄片化黒鉛0.01gを圧力容器内に配置し、室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた後、いったんCO2を除去した(水分を除去し、乾燥させるため)。その後、再度室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた。その後、温度を65℃まで上昇させ5時間かき混ぜながら加熱した。このときの圧力は約35MPaまで上昇した。しかる後、室温まで冷却し、複合材料を得た。得られた複合材料は粒子状であるその平均粒径は120μmであった。また、このようにして得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.005gとポリメチルメタクリレートからなる微粒子(Aldrich社製、品番:445746−500G、Mw:35万、Tg:122℃)1.0gを混合し、実施例1と同様に圧力容器内に配置し、室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた後、いったんCO2を除去した(水分を除去し、乾燥させるため)。その後、再度室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた。その後、温度を65℃まで上昇させ5時間かき混ぜながら加熱した。このときの圧力は約35MPaまで上昇した。しかる後、室温まで冷却し、複合材料を得た。得られた複合材料は粒子状であるその平均粒径は120μmであった。また、このようにして得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
比較例として、実施例で用意した材料としてのポリメチルメタクリレート微粒子を用意した。このポリメチルメタクリレート微粒子の120倍の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。図5から明らかなように、このポリメチルメタクリレート微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.01gとポリスチレンからなる微粒子(積水化成品工業株式会社製、品番:S−20、平均粒子径:300μm、Tg:106℃)1.0gを混合し、実施例1と同様に圧力容器内に配置し、室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた後、いったんCO2を除去した(水分を除去し、乾燥させるため)。その後、再度室温(23℃)及び10MPaの圧力で超臨界状態とされているCO2を10mL加えた。その後、温度を55℃まで上昇させ12時間かき混ぜながら加熱した。このときの圧力は約28MPaまで上昇した。しかる後、室温まで冷却し、複合材料を得た。得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例3で用意した材料としてのポリスチレン微粒子を用意した。このポリスチレン微粒子の200倍の走査型電子顕微鏡写真を図8に示す。図8から明らかなように、このポリスチレン微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.001gとポリスチレンからなる微粒子(積水化成品工業株式会社製、品番:S−30、平均粒子径:800μm、Tg:105℃)1.0gを混合したこと、及び温度を60℃まで上昇させ4.5時間かき混ぜながら加熱したこと以外は、実施例3と同様にして、複合材料を得た。なお、混合時の圧力は28MPaまで上昇した。得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例4で用意した材料としてのポリスチレン微粒子を用意した。このポリスチレン微粒子の100倍及び500倍の走査型電子顕微鏡写真を、それぞれ図11及び図12に示す。図11及び図12から明らかなように、このポリメチルメタクリレート微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.005gとポリスチレンからなる微粒子(積水化成品工業株式会社製、品番:S−40、平均粒子径:600μm、Tg:105℃)1.0gを混合したこと以外は、実施例4と同様にして、複合材料を得た。なお、混合時の圧力は約28MPaまで上昇した。得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例5で用意した材料としてのポリスチレン微粒子を用意した。このポリスチレン微粒子の100倍の走査型電子顕微鏡写真を図14に示す。図14から明らかなように、この微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.3gと、ポリスチレン及びメタクリル酸2−ヒドロキシエチルの共重合体からなる微粒子(積水化成品工業株式会社製、品番:CS−10、平均粒子径:100μm、Tg:98℃)1.0gを混合したこと、及び温度を35℃まで上昇させ12時間かき混ぜたこと以外は、実施例3と同様にして、複合材料を得た。なお、混合時の圧力は約21MPaまで上昇した。得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例6で用意した材料としてのポリスチレン及びメタクリル酸2−ヒドロキシエチルの共重合体微粒子を用意した。この微粒子の450倍の走査型電子顕微鏡写真を図17に示す。図17から明らかなように、この微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
実施例1と同様の薄片化黒鉛0.001gと、ポリスチレン及びアクリル酸ブチルの共重合体からなる微粒子(積水化成品工業株式会社製、品番:CS−50、平均粒子径:1100μm、Tg:46℃)1.0gを混合したこと、及び温度を室温のまま12時間かき混ぜたこと以外は、実施例3と同様にして、複合材料を得た。なお、混合時の圧力は約28MPaまで上昇した。得られた複合材料としての粒子の表面を走査型電子顕微鏡(日本電子社製 JCM−5700)により観察した。
実施例7で用意した材料としてのポリスチレン及びアクリル酸ブチルの共重合体微粒子を用意した。この微粒子の80倍の走査型電子顕微鏡写真を図19に示す。図19から明らかなように、この微粒子では、表面にグラフェンライク炭素が全く存在しないため、平滑な表面を呈していることがわかる。
Claims (5)
- 樹脂からなる基材と、前記基材表面の少なくとも一部を覆うように設けられたグラフェンライク炭素材料層とを備え、前記基材の表面にグラフェンライク炭素が密着している、複合材料。
- 前記グラフェンライク炭素の一部が前記基材の表面から内部に入り込んでいる、請求項1に記載の複合材料。
- 前記樹脂からなる基材が、樹脂微粒子であり、前記樹脂微粒子の外表面を覆うように前記グラフェンライク炭素材料層が形成されている、請求項1または2に記載の複合材料。
- 前記樹脂からなる基材がシート状基材であって、該シート状基材の少なくとも一方面に前記グラフェンライク炭素材料層が設けられている、請求項1または2に記載の複合材料。
- 前記グラフェンライク炭素材料がグラフェンまたは薄片化黒鉛からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合材料。
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