JP2014108998A - Method of producing carbonaceous material-polymer composite material and carbonaceous material-polymer composition material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a carbonaceous material-polymer composition material being obtainable by a simple process and allowing grafting of a polymer onto the surface diamond or carbon nano-tubes.SOLUTION: A method of producing a carbonaceous material-polymer composite material consisting of diamond or a carbon nano-tube grafted with a polymer includes a step of mixing diamond or a carbon nano-tube with a decomposable monomer whose polymer is decomposed by heating to form a radical and change into the monomer or oligomers or a polymer of the decomposable monomer or a polymer forming a radical near the decomposition temperature to obtain a mixture and a step of putting the mixture in a non-opened container and heating to a first temperature range equal to or higher than the ceiling temperature and equal to or lower than the decomposition initiation temperature.

Description

本発明は、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにポリマーをグラフトしてなる複合材料の製造方法に関し、より詳細には、解重合性のモノマーまたは該モノマーのポリマー、もしくは分解温度付近でラジカルを形成するポリマーと、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブとを混合し、加熱することにより、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにポリマーをグラフトしてなる複合材料を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a composite material obtained by grafting a polymer to diamond or carbon nanotubes. More specifically, the present invention relates to a depolymerizable monomer, a polymer of the monomer, or a polymer that forms radicals near the decomposition temperature; The present invention relates to a method for producing a composite material obtained by grafting a polymer to diamond or carbon nanotubes by mixing and heating diamond or carbon nanotubes.

従来、カーボンナノチューブ等の炭素質材料を含む様々な無機材料と、ポリマーとの複合材料が種々提案されている。無機材料とポリマーとの複合化により、単独では得られない物性を発現させることができる。このような複合材料としては、ポリマー中に無機材料を分散させてなるもの、並びに無機材料表面にポリマーを結合させてなるもの等が知られている。   Conventionally, various composite materials of various inorganic materials including carbonaceous materials such as carbon nanotubes and polymers have been proposed. By combining the inorganic material and the polymer, physical properties that cannot be obtained alone can be expressed. As such a composite material, a material obtained by dispersing an inorganic material in a polymer, a material obtained by bonding a polymer to the surface of an inorganic material, and the like are known.

例えば、下記の特許文献1には、カーボンナノチューブを高比率で含む伝導性複合繊維の製造方法が開示されている。この製造方法では、カーボンナノチューブを、カーボンナノチューブに共有結合または非共有結合で結合された安定化剤の存在下で、ビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーの溶液中に分散し、分散液を得る。この分散液を凝固溶液中に注入しプレファィバーを形成し、該プレファィバーを乾燥することにより、伝導性複合繊維を得る。上記安定化剤としては、ポリエチレングリコール等が用いられ、ポリエチレングリコール基がナノチューブにグラフトしている。   For example, Patent Document 1 below discloses a method for producing conductive composite fibers containing carbon nanotubes in a high ratio. In this production method, carbon nanotubes are dispersed in a vinyl alcohol homopolymer or copolymer solution in the presence of a stabilizer covalently or non-covalently bonded to the carbon nanotubes to obtain a dispersion. The dispersion is poured into a coagulation solution to form a pre-fiber, and the pre-fiber is dried to obtain a conductive conjugate fiber. As the stabilizer, polyethylene glycol or the like is used, and the polyethylene glycol group is grafted to the nanotube.

他方、下記の特許文献2には、金属水酸化物または酸化物からなる無機粒子と、無機粒子にウレタン結合を介して連結され、エチレン性不飽和末端基を備える表面改質剤とを含む改質無機粒子が開示されている。ここでは、この改質無機粒子をスチレン、アクリル酸メチル等の反応性溶媒中に分散させ、かつこれらの反応性溶媒を構成する材料からなるポリマーを無機粒子表面にコーティングする改質無機粒子の製造方法が開示されている。   On the other hand, the following Patent Document 2 includes a modified material containing inorganic particles made of a metal hydroxide or an oxide, and a surface modifier connected to the inorganic particles through a urethane bond and having an ethylenically unsaturated end group. Quality inorganic particles are disclosed. Here, the modified inorganic particles are produced by dispersing the modified inorganic particles in a reactive solvent such as styrene or methyl acrylate, and coating the surface of the inorganic particles with a polymer composed of a material constituting the reactive solvent. A method is disclosed.

特開2010−281024号公報JP 2010-281024 A 特開2009−138178号公報JP 2009-138178 A

従来、黒鉛、カーボンナノチューブ等の炭素質材料と、ポリマーとを混合してなる複合材料が種々提案されているが、ポリマー中に炭素質材料を単に分散させているだけであるため、物性改善効果に限度があった。特許文献1に記載の伝導性複合繊維の製造方法では、カーボンナノチューブ表面に、上記安定化剤由来のポリエチレングリコール基などをグラフトさせ、それによってポリビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマー中にカーボンナノチューブを高い割合で含有させることが可能とされている。しかしながら、この方法においても、単にポリマー中にカーボンナノチューブに高充填し得るものにすぎなかった。   Conventionally, various composite materials made by mixing carbonaceous materials such as graphite and carbon nanotubes and polymers have been proposed, but the physical properties are improved because the carbonaceous materials are simply dispersed in the polymer. There was a limit. In the method for producing a conductive conjugate fiber described in Patent Document 1, a polyethylene glycol group or the like derived from the stabilizer is grafted on the surface of the carbon nanotube, whereby a high proportion of the carbon nanotube is contained in the homopolymer or copolymer of polyvinyl alcohol. It is possible to contain. However, even in this method, the carbon nanotubes can only be highly filled in the polymer.

他方、特許文献2に記載の改質無機粒子の製造方法では、金属水酸化物または金属酸化物表面にウレタン結合を介して表面改質剤を結合し、該表面改質剤のエチレン性不飽和末端基と、スチレンやアクリル酸メチル等の反応性溶媒を架橋により結合させている。この方法では、無機粒子と反応性溶媒からなるポリマーコーティング層との結合強度を高めることができる。しかしながら、上記表面改質剤とポリマー層を形成するための反応性溶媒との組み合わせに制約があった。また得られるポリマー層におけるポリマーの鎖長を制御すること等は困難であった。   On the other hand, in the method for producing modified inorganic particles described in Patent Document 2, a surface modifier is bonded to a metal hydroxide or metal oxide surface via a urethane bond, and the ethylenic unsaturation of the surface modifier is performed. End groups and reactive solvents such as styrene and methyl acrylate are bonded by crosslinking. In this method, the bond strength between the inorganic particles and the polymer coating layer comprising a reactive solvent can be increased. However, there are restrictions on the combination of the surface modifier and the reactive solvent for forming the polymer layer. In addition, it has been difficult to control the chain length of the polymer in the obtained polymer layer.

本発明の目的は、簡単な工程でダイヤモンドまたはカーボンナノチューブ表面に様々なポリマーをグラフトさせることができる、炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法、並びに該製造方法により得られた炭素質材料−ポリマー複合材料を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a carbonaceous material-polymer composite material production method capable of grafting various polymers onto the surface of diamond or carbon nanotubes by a simple process, and a carbonaceous material-polymer obtained by the production method. It is to provide a composite material.

本発明の製造方法は、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにポリマーがグラフトしている炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法であり、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、加熱によりポリマーが分解し、ラジカルを発生させかつモノマーやオリゴマー化する解重合性のモノマーまたは該モノマーのポリマー、もしくは分解温度付近でラジカルを形成するポリマーとを混合し混合物を得る工程と、前記混合物を、非開放容器内に設置し、天井温度以上かつ分解開始温度以下の第1の温度域以上に加熱される工程とを備える。   The production method of the present invention is a production method of a carbonaceous material-polymer composite material in which a polymer is grafted to diamond or carbon nanotubes. The polymer is decomposed by heating with diamond or carbon nanotubes to generate radicals and monomers. And a step of mixing a depolymerizable monomer to be oligomerized or a polymer of the monomer, or a polymer that forms a radical near the decomposition temperature to obtain a mixture, and the mixture is placed in a non-open container, and the temperature is higher than the ceiling temperature. And a step of heating above a first temperature range not higher than the decomposition start temperature.

上記天井温度以上かつ分解開始温度以下の第1の温度域以上に加熱する工程を、以後、A操作と適宜略す。なお、ここでいう分解開始温度とは、窒素雰囲気下で、TGDTA測定をした場合、前記ポリマーの10重量%が分解するに至る温度を指している。また、天井温度の定義は、「ラジカル重合ハンドブック」第112頁(エヌ・ティー・エス発行)に記載されている。   The step of heating above the first temperature range above the ceiling temperature and below the decomposition start temperature will be abbreviated as A operation as appropriate. In addition, the decomposition start temperature here refers to the temperature at which 10% by weight of the polymer is decomposed when TGDTA measurement is performed in a nitrogen atmosphere. The definition of the ceiling temperature is described in “Radical Polymerization Handbook”, page 112 (issued by NTS).

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法のある特定の局面では、前記ポリマーが官能基含有ポリマーである。この場合には、上記官能基を含む材料に導入でき、官能基由来の物性を発現させることができる。   In a specific aspect of the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, the polymer is a functional group-containing polymer. In this case, it can introduce | transduce into the material containing the said functional group, and can express the physical property derived from a functional group.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法の他の特定の局面では、前記ポリマーの10重量%が分解するに至る温度を分解開始温度、前記ポリマーの90重量%が分解するに至る温度を分解完了温度としたときに、前記加熱工程において前記分解開始温度以上、分解完了温度以下の第2の温度域で加熱する工程を備える。この加熱工程を、以降、B操作と略す。この方法の別の形態としては、第1の温度域と第2の温度域での加熱処理を繰り返す工程を含んでおり、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブへのポリマーグラフトと、ポリマーの分子量低下を抑制することを可能にする。なお、ここでいう分解完了温度とは、窒素雰囲気下で、TGDTA測定をした場合、前記ポリマーの90重量%が分解するに至る温度を指している。   In another specific aspect of the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, a temperature at which 10% by weight of the polymer is decomposed is a decomposition start temperature, and 90% by weight of the polymer is decomposed. When the temperature is set as the decomposition completion temperature, the heating step includes a step of heating in a second temperature range not less than the decomposition start temperature and not more than the decomposition completion temperature. This heating process is hereinafter abbreviated as B operation. As another form of this method, the method includes a step of repeating the heat treatment in the first temperature range and the second temperature range, and suppresses a polymer graft to diamond or carbon nanotube and a decrease in the molecular weight of the polymer. Enable. The decomposition completion temperature here refers to a temperature at which 90% by weight of the polymer is decomposed when TGDTA measurement is performed in a nitrogen atmosphere.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法のある特定の局面では、前記加熱工程において前記分解完了温度より高い第3の温度域に加熱する工程を備えることもできる。この第3の温度域に加熱する工程を、以降、C操作と適宜略す。この方法の別の形態としては、分解完了温度以下の第2の温度域に加熱する中温加熱工程と、前記分解完了温度より高い第3の温度域に加熱する高温加熱工程を繰り返す場合も含んでおり、それによって、グラフト率を高めることが可能となる。   In a specific aspect of the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, the heating step may include a step of heating to a third temperature range higher than the decomposition completion temperature. Hereinafter, the process of heating to the third temperature range is abbreviated as C operation as appropriate. Another form of this method includes a case where a medium temperature heating step of heating to a second temperature range below the decomposition completion temperature and a high temperature heating step of heating to a third temperature range higher than the decomposition completion temperature are repeated. Thus, the graft rate can be increased.

A操作は、熱分解によるラジカル発生がゆっくりと起きる温度領域であるため、比較的ポリマーのグラフト率は低いが、グラフトされるポリマーの長さを長くすることができる。   Since the operation A is a temperature region where radical generation due to thermal decomposition occurs slowly, the graft ratio of the polymer is relatively low, but the length of the grafted polymer can be increased.

B操作はA操作よりも、ポリマーの熱分解が活発に引き起こされる温度領域であるため、グラフト率を高めることができる。   Since the B operation is a temperature region in which the thermal decomposition of the polymer is actively caused than the A operation, the graft ratio can be increased.

C操作はA,B操作よりもさらに、熱分解が活発に引き起こされる温度領域であるため、グラフト点の数密度を向上させることができる。   Since the C operation is a temperature region in which thermal decomposition is actively caused more than the A and B operations, the number density of graft points can be improved.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の他の特定の局面では、前記ポリマーの分解完了温度より高い第3の温度域での分解残渣の最小重量をR,第1の温度域でのポリマーの最大重量をA(吸着水や吸着ガス、含有溶剤は含まない重量),分解開始温度でのポリマーの重量をX,分解完了温度でのポリマーの重量をYとしたときに、分解開始温度は(X−R)/(A−R)=0.9である温度であり、分解完了温度は(Y−R)/(A−R)=0.1である温度である。このように、分解開始温度及び分解完了温度は、上記ポリマーを第3の温度域に加熱した場合に分解残渣が生じるものであっても、分解残渣が生じないものであっても、上記式により決定することができる。この分解開始温度および分解完了温度は、窒素雰囲気下でのTGDTA測定から読み取ることができる。   In another specific aspect of the carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, the minimum weight of the decomposition residue in the third temperature range higher than the decomposition completion temperature of the polymer is R, and the polymer in the first temperature range is When the maximum weight of A is A (weight not including adsorbed water, adsorbed gas and solvent), X is the polymer weight at the decomposition start temperature, and Y is the polymer weight at the decomposition completion temperature, the decomposition start temperature is The temperature at which (X−R) / (A−R) = 0.9 is established, and the decomposition completion temperature is the temperature at which (Y−R) / (A−R) = 0.1. As described above, the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature are determined according to the above formulas even when a decomposition residue is generated or no decomposition residue is generated when the polymer is heated to the third temperature range. Can be determined. The decomposition start temperature and decomposition completion temperature can be read from the TGDTA measurement under a nitrogen atmosphere.

また、本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記モノマーまたはポリマーとして、2種以上のモノマーや、2種以上のモノマーの混合体を出発物質として得られたポリマーや、すでに重合されたポリマーを混合して用いる場合には、この混合物のTGDTAパターンから分解開始温度と分解終了温度を読み取り、上記の操作法に従ってグラフト処理を行うことが可能である。   Further, in still another specific aspect of the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, as the monomer or polymer, two or more monomers or a mixture of two or more monomers is used as a starting material. When the obtained polymer or a polymer already polymerized is mixed and used, it is possible to read the decomposition start temperature and decomposition end temperature from the TGDTA pattern of this mixture and perform the graft treatment according to the above operating method. .

また、これらの複数のモノマーまたはポリマーを逐次に処理を行うこともできる。この場合には、複数種のポリマーを炭素質材料に順次グラフトすることができる。この場合に、分解温度の高い方のモノマーもしくは、ポリマーによってグラフト処理を施したのち、さらに別の比較的分解温度の低いモノマーもしくはポリマーを追加添加し、混合することによりグラフト処理を繰り返し行うことが好ましい。この方法によって、異種のポリマーをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトすることが可能となり、両親媒性などの様々な物性の複合材料を容易に提供することが可能となる。   Moreover, these several monomers or polymers can also be processed sequentially. In this case, a plurality of types of polymers can be sequentially grafted onto the carbonaceous material. In this case, after grafting with a monomer or polymer having a higher decomposition temperature, the grafting process may be repeated by adding another monomer or polymer having a relatively lower decomposition temperature and mixing them. preferable. By this method, different types of polymers can be grafted onto diamond or carbon nanotubes, and composite materials having various physical properties such as amphiphilic properties can be easily provided.

さらに別の特定の局面では、加熱処理において、超臨界状態にある二酸化炭素もしくは水を混入させる。   In still another specific aspect, carbon dioxide or water in a supercritical state is mixed in the heat treatment.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記混合物が重合開始剤を含まない。重合開始剤を用いずとも、本発明によれば、ポリマーの自発的分解により生じたラジカルにより、上記モノマーもしくはポリマーをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトすることができる。   In still another specific aspect of the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, the mixture does not contain a polymerization initiator. Even without using a polymerization initiator, according to the present invention, the monomer or polymer can be grafted to diamond or carbon nanotubes by radicals generated by spontaneous decomposition of the polymer.

以下、本発明の詳細を説明する。   Details of the present invention will be described below.

(炭素質材料)
本発明では、炭素質材料として、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブが用いられる。ダイヤモンドやカーボンナノチューブのような炭素質材料の表面はラジカルトラップ性を有する。従って、本発明の製造方法に従って解重合性モノマーからなるポリマーを高い効率でグラフトさせることができる。
(Carbonaceous material)
In the present invention, diamond or carbon nanotube is used as the carbonaceous material. The surface of a carbonaceous material such as diamond or carbon nanotube has radical trapping properties. Therefore, the polymer comprising the depolymerizable monomer can be grafted with high efficiency according to the production method of the present invention.

(解重合性のモノマーまたは該モノマーのポリマー)
本発明の製造方法では、上記ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、解重合性のモノマーもしくはそのモノマーを重合してなるポリマー、もしくは分解温度付近でラジカルを形成するポリマーを混合し、混合物を得る。この解重合性のモノマーは先に述べた第1の温度域に、非開放容器内で加熱されることによって自発的にラジカルが発生し、重合が進行する。また、重合したポリマーは、ゆっくりとした解重合も進行する。このようなモノマーとしては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、α−エチルアクリル酸メチル、α−ベンジルアクリル酸メチル、α−[2,2−ビス(カルボメトキシ)エチル]アクリル酸メチル、イタコン酸ジブチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジシクロヘキシル、α−メチレン−δ−バレロラクトン、α−メチルスチレン、α−アセトキシスチレンからなるα−置換アクリル酸エステルなどのモノマーが挙げられる。
(Depolymerizable monomer or polymer of the monomer)
In the production method of the present invention, the diamond or carbon nanotube is mixed with a depolymerizable monomer, a polymer obtained by polymerizing the monomer, or a polymer that forms a radical near the decomposition temperature to obtain a mixture. When this depolymerizable monomer is heated in the first temperature range described above in a non-open container, radicals are spontaneously generated and polymerization proceeds. In addition, the polymerized polymer also undergoes slow depolymerization. Examples of such monomers include polystyrene, polymethyl methacrylate, methyl α-ethyl acrylate, methyl α-benzyl acrylate, methyl α- [2,2-bis (carbomethoxy) ethyl] acrylate, dibutyl itaconate, and itacon. And monomers such as α-substituted acrylic acid ester composed of dimethyl acid, dicyclohexyl itaconate, α-methylene-δ-valerolactone, α-methylstyrene, α-acetoxystyrene.

これらの解重合性のモノマーを原料として重合してなるポリマーは、第1の温度域ではわずかながら分解反応し、第2の温度域では、平均重合度が下がる程度に分解反応し、第3の温度域では、そのポリマーのユニット単位となるモノマーに近い低分子まで分解反応が進行している。非開放状態でこのような温度域に保持されたポリマーは、加熱時間を長く保持された場合でも、得られる生成物の分子量は開放系ほど劇的に低下することはない。これは、開放系での分解反応とは全く異なる現象である。この現象からみると、非開放系での高温加熱では、重合度が迅速に低下しないことから、ラジカル種が持続的に生成されているのであろうと想像される。   A polymer obtained by polymerizing these depolymerizable monomers as raw materials undergoes a slight decomposition reaction in the first temperature range, and undergoes a decomposition reaction in such a manner that the average degree of polymerization decreases in the second temperature range. In the temperature range, the decomposition reaction proceeds to a low molecule close to the monomer as a unit unit of the polymer. A polymer held in such a temperature range in a non-open state will not drop as dramatically as an open system even if the heating time is kept long. This is a phenomenon completely different from the decomposition reaction in an open system. From this phenomenon, it is assumed that radical species are generated continuously because the degree of polymerization does not decrease rapidly by high-temperature heating in a non-open system.

分解温度付近でラジカルを形成するポリマーとしては、ほとんどの有機ポリマーが分解温度でラジカルを発生するけれども、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、などのモノマーやそれらを原料としてなるポリ(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ポリプロピレン、ポリビニルフェノール、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、などのビニル基を重合してなるモノマーやそれを原料としてなるポリマーを挙げることができる。   As the polymer that forms radicals near the decomposition temperature, most organic polymers generate radicals at the decomposition temperature. However, monomers such as ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and benzyl acrylate, and polymers made from them are used as raw materials. Examples include monomers formed by polymerizing vinyl groups such as alkyl (meth) acrylates, polypropylene, polyvinylphenol, polyphenylene sulfide, and polyphenylene ether, and polymers made from such monomers.

また、ポリ塩化ビニルや塩素化塩化ビニル、フッ化エチレン樹脂、フッ化ビニリデンまたは塩化ビニリデン樹脂などの、塩素などのハロゲン元素を含有するポリマーなども使用可能である。   In addition, polymers containing halogen elements such as chlorine such as polyvinyl chloride, chlorinated vinyl chloride, ethylene fluoride resin, vinylidene fluoride, or vinylidene chloride resin can also be used.

エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドンやそれらの共重合体も、使用可能である。   Ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl acetal, polyvinyl pyrrolidone and copolymers thereof can also be used.

ポリイソブチレンやポリアルキレンエーテルなどのカチオン重合によって得られたポリマーも使用可能である。   Polymers obtained by cationic polymerization such as polyisobutylene and polyalkylene ether can also be used.

オリゴマーを架橋してなる、ポリウレタン、ポリエポキシ、変性シリコーンや、シリコーン樹脂なども、使用可能である   Polyurethane, polyepoxy, modified silicone, silicone resin, etc. made by crosslinking oligomers can also be used.

ポリアリルアミンなどを用いると、カーボン材料にアミノ基をグラフトすることができる。ポリビニルフェノールやポリフェノール類を用いると、フェノール性OHをカーボン材料にグラフトすることができる。また、リン酸基を有するポリマーを用いると、リン酸基をグラフトすることができる。   When polyallylamine or the like is used, an amino group can be grafted onto the carbon material. When polyvinylphenol or polyphenols are used, phenolic OH can be grafted onto the carbon material. Further, when a polymer having a phosphate group is used, the phosphate group can be grafted.

また、ポリエステル、ポリアミドなどの縮合系ポリマーでは、分解温度で得られるラジカル濃度が低いけれども、分解物がグラフトされる。   Further, in the case of condensation polymers such as polyester and polyamide, the decomposition product is grafted although the radical concentration obtained at the decomposition temperature is low.

また、好ましくは、上記ポリマーは、官能基含有ポリマーである。その場合には、複合材料に該官能基を導入することができ、官能基由来の物性を発現させることができる。このような官能基としては、特に限定されず、ポバール、エポキシ基含有メタクリ―レート樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸などを挙げることができる。中でも、エポキシ基含有メタクリレート樹脂としては、MMAとGMA(グリシジルメタクリレート)共重合体が好ましい。   Preferably, the polymer is a functional group-containing polymer. In that case, the functional group can be introduced into the composite material, and physical properties derived from the functional group can be expressed. Such a functional group is not particularly limited, and examples thereof include poval, epoxy group-containing methacrylate resin, poly (meth) acrylic acid, polyhydroxyethyl (meth) acrylic acid and the like. Among these, as the epoxy group-containing methacrylate resin, MMA and GMA (glycidyl methacrylate) copolymers are preferable.

上記第1〜第3の温度域を、ポリスチレンを例にとり、図1を参照して説明する。図1は、ポリマーとしてポリスチレンを用いた場合の加熱温度とポリマーの相対的重量との関係を示す図である。図1に示すように、第1の温度域ではポリスチレンは殆ど分解しないが、第1の温度域を越えて加熱すると、ポリスチレンの重量が低下し、すなわち、ポリマーが分解し始め、ラジカルを発生させる。さらに、第2の温度域を越えると、分解が完了し、ポリスチレンがスチレンに分解し、スチレンとなる。また、第3の温度域から第2の温度域を越えて第1の温度域までゆっくり冷却すると未反応スチレンモノマーが再度重合し、ポリスチレンとなる。   The first to third temperature ranges will be described with reference to FIG. 1, taking polystyrene as an example. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the relative weight of the polymer when polystyrene is used as the polymer. As shown in FIG. 1, polystyrene hardly decomposes in the first temperature range, but when heated beyond the first temperature range, the weight of the polystyrene decreases, that is, the polymer starts to decompose and generates radicals. . When the temperature exceeds the second temperature range, the decomposition is completed, and polystyrene is decomposed into styrene to be styrene. Moreover, when it cools slowly from the 3rd temperature range over the 2nd temperature range to the 1st temperature range, an unreacted styrene monomer will superpose | polymerize again and will become polystyrene.

それぞれの温度領域で、ポリスチレンを密閉溶液中で加熱保存したところ、開放系と同様に高温にすることによる分子量低下が起きるが、その分子量は加熱時間を長くしても、開放系ほど迅速に分子量低下が起きることはない。   In each temperature range, polystyrene was heated and stored in a closed solution, and the molecular weight decreased due to the high temperature as in the open system. However, even when the heating time was increased, the molecular weight increased more rapidly as the open system. There will be no decline.

本発明では、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと上記モノマーとを混合し、混合物を得てもよく、上記ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、上記モノマーのポリマーとを混合し、混合物を得てもよい。上記混合に際しては、超音波分散装置やホモジナイザー、遊星撹拌機などの適宜の混合方法を用いることができ、また後述の加熱工程に至るまでは、常圧で混合してもよいが、好ましくは、後述するようにモノマーが揮発しない圧力下に加圧することが望ましい。それによって、モノマーの揮発を抑制し、十分な量のポリマーをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトすることができる。   In the present invention, a mixture may be obtained by mixing diamond or carbon nanotubes and the monomer, or a mixture may be obtained by mixing the diamond or carbon nanotubes and a polymer of the monomer. In the above mixing, an appropriate mixing method such as an ultrasonic dispersing device, a homogenizer, a planetary stirrer or the like can be used, and until the heating step described later, it may be mixed at normal pressure, As described later, it is desirable to pressurize under a pressure at which the monomer does not volatilize. Thereby, the volatilization of the monomer can be suppressed, and a sufficient amount of polymer can be grafted onto diamond or carbon nanotube.

圧力を加えるためのガスとしては、炭酸ガスや水などが好ましい。これらのガスによって、圧力を高圧に持っていくことにより、これらのガスを用いない場合に比べて、より低い温度でグラフトが可能となる。   As the gas for applying pressure, carbon dioxide gas or water is preferable. By bringing the pressure to a high pressure with these gases, grafting is possible at a lower temperature than when these gases are not used.

なお、原料として上記ポリマーを用いる場合、ポリマーをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと加熱下で混練して混合物を用意することが望ましい。それによって、混合物を可塑化し、加熱工程におけるダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと発生したラジカルとの接触確率をより一層高めることができる。   When the above polymer is used as a raw material, it is desirable to prepare a mixture by kneading the polymer with diamond or carbon nanotubes under heating. Accordingly, the mixture can be plasticized, and the contact probability between the generated diamond or carbon nanotube and the generated radical can be further increased in the heating process.

上記ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、上記モノマーとの配合割合は、特に限定されないが、重量比で対50〜50対〜0.1対99.9の割合とすることが望ましい。また、上記ポリマーを原料として用いる場合、上記ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと上記ポリマーとの配合割合は、重量比50対50〜0.5対99.5とすることが望ましい。   The blending ratio of the diamond or carbon nanotube and the monomer is not particularly limited, but it is desirable that the weight ratio is 50-50 to 0.1: 99.9. Moreover, when using the said polymer as a raw material, it is desirable that the mixture ratio of the said diamond or carbon nanotube and the said polymer shall be 50: 50-0.5: 99.5 by weight ratio.

上記モノマーまたはポリマーは2種以上用いられてもよく、それによって、複数種のポリマーのアロイをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブに複合させてなる複合材料を得ることを可能となる。この場合、2種以上のモノマーを用いてもよく、2種以上のポリマーを用いてもよく、1種以上のモノマーと1種以上のポリマーとを用いてもよい。   Two or more monomers or polymers may be used, thereby making it possible to obtain a composite material obtained by combining a plurality of types of polymer alloys with diamond or carbon nanotubes. In this case, two or more types of monomers may be used, two or more types of polymers may be used, and one or more types of monomers and one or more types of polymers may be used.

(加熱工程)
本発明においては、上記混合物として、解重合性モノマーとダイヤモンドまたはカーボンナノチューブとの混合物を用いる場合、上記モノマーの揮発しない非開放容器内で、天井温度を超えて、第2の温度領域である分解開始温度付近まで加熱する。それによって、モノマーの揮発を抑制しつつ、ラジカルを発生させ、モノマーを重合することができる。非開放容器とは上記モノマーやポリマーの分解生成物等が容器外に漏出しない容器をいうものとする。
(Heating process)
In the present invention, when a mixture of a depolymerizable monomer and diamond or carbon nanotube is used as the mixture, the decomposition is in a second temperature region exceeding the ceiling temperature in a non-open container where the monomer does not volatilize. Heat to near start temperature. Accordingly, radicals can be generated and the monomer can be polymerized while suppressing the volatilization of the monomer. The non-open container means a container in which the above-mentioned monomer and polymer decomposition products do not leak out of the container.

さらに、第2の温度領域である分解開始温度以上に加熱することにより、分解によって得られた熱分解ラジカルが、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトされる。この場合、上記分解開始温度以上では、ポリマーの分解が少なからず始まり、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトしたポリマーも分子量低下が起きる。   Furthermore, the thermal decomposition radical obtained by decomposition | disassembly is grafted on a diamond or a carbon nanotube by heating more than the decomposition start temperature which is a 2nd temperature range. In this case, the decomposition of the polymer starts not less than the above decomposition start temperature, and the molecular weight of the polymer grafted to diamond or carbon nanotube also decreases.

高温で加熱した反応系を急速に冷却することによってダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにポリマーがグラフトしてなる本発明の炭素質材料−ポリマー複合材料を回収することができる。また、第1の温度域までゆっくりと徐冷すると、未反応モノマーが再度ポリマー化するため、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブに吸着するポリマーの比率を高めることができる。   By rapidly cooling the reaction system heated at a high temperature, the carbonaceous material-polymer composite material of the present invention in which the polymer is grafted onto diamond or carbon nanotubes can be recovered. Further, when slowly cooled to the first temperature range, the unreacted monomer is polymerized again, so that the ratio of the polymer adsorbed on the diamond or the carbon nanotube can be increased.

なお、原料として上記ポリマーを用いた場合、第1の温度域の上限までポリマーが加熱され、第2の温度域に至ると、該ポリマーが分解し始め、ラジカルを発生させると共に、その活性種がダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトされると考えられる。   When the polymer is used as a raw material, the polymer is heated to the upper limit of the first temperature range. When the polymer reaches the second temperature range, the polymer starts to decompose, generating radicals, and the active species is It is believed to be grafted to diamond or carbon nanotubes.

より好ましくは、上記分解完了温度よりも高い第3の温度域に加熱する高温加熱工程を実施し、次に、第2の温度域に加熱する中温加熱工程を実施する。それによって、ポリマーから熱分解により大量の活性ラジカルを生成され黒鉛にグラフトするが、その後の中温加熱工程において未反応モノマーが重合され、吸着されるポリマーの平均的鎖長を長くすることができる。あるいは、上記高温加熱工程及び中温加熱工程を繰り返すことにより、鎖長をより一層長くできる。   More preferably, a high temperature heating step of heating to a third temperature range higher than the decomposition completion temperature is performed, and then an intermediate temperature heating step of heating to the second temperature range is performed. As a result, a large amount of active radicals are generated from the polymer by thermal decomposition and grafted onto the graphite, but unreacted monomers are polymerized in the subsequent intermediate temperature heating step, and the average chain length of the adsorbed polymer can be increased. Alternatively, the chain length can be further increased by repeating the high temperature heating step and the intermediate temperature heating step.

また、ポリマーによっては、上記分解完了温度よりも高い温度で難熱分解性の残渣が生じる。この場合、分解開始温度及び分解完了温度は以下のように同定できる。すなわち、分解残渣の重量をR、上記第1の温度域におけるポリマーの最大重量をA、分解開始温度におけるポリマーの重量をX、分解完了温度におけるポリマーの重量をYとしたとき、分解開始温度は、(X−R)/(A−R)=0.9である温度であり、分解完了温度を(Y−R)/(A−R)=0.1である温度となる。   Depending on the polymer, a hardly thermally decomposable residue is generated at a temperature higher than the decomposition completion temperature. In this case, the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature can be identified as follows. That is, when the weight of the decomposition residue is R, the maximum weight of the polymer in the first temperature range is A, the weight of the polymer at the decomposition start temperature is X, and the weight of the polymer at the decomposition completion temperature is Y, the decomposition start temperature is , (X−R) / (AR) = 0.9, and the decomposition completion temperature is (Y−R) / (A−R) = 0.1.

一例として、難分解後の残渣が残る系の場合の、加熱温度とポリマーとしてのポリメチルメタクリレートの相対的重量との関係を図2に示す。図2に示すように、第1の温度域では該ポリマーの分解速度は遅いが、第2の温度域まで加熱すると、ポリマーが分解し始め、モノマーとなり、かつラジカルを発生させる。さらに、第3の温度域まで加熱するとポリマーが分解し、モノマーと分解残渣とになる。この分解残渣の相対的重量をRとする。この分解残渣の重量Rを考慮して上記式により分解開始温度及び分解完了温度を定義すればよい。   As an example, FIG. 2 shows the relationship between the heating temperature and the relative weight of polymethyl methacrylate as a polymer in a system in which a residue after persistent decomposition remains. As shown in FIG. 2, the decomposition rate of the polymer is slow in the first temperature range, but when heated to the second temperature range, the polymer begins to decompose, becomes a monomer, and generates radicals. Furthermore, when heated to the third temperature range, the polymer is decomposed into monomers and decomposition residues. Let R be the relative weight of this decomposition residue. In consideration of the weight R of the decomposition residue, the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature may be defined by the above formula.

なお、上記式において、ポリマーが第3の温度域に加熱されても分解残渣を生じない場合には、Rは0となる。従って、上記分解開始温度及び分解完了温度を決定する式は、分解残渣を生じないポリマーにも適用することができる。   In the above formula, R is 0 when no decomposition residue is produced even when the polymer is heated to the third temperature range. Therefore, the above-described equations for determining the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature can be applied to a polymer that does not generate a decomposition residue.

なお、上記加熱工程は、前述したようにモノマーが揮発しない圧力下で行う必要がある。このような圧力下は、使用するモノマーの揮発性によっても異なるが、上述したスチレン、(メタ)アクリル酸アルキルエステルまたはポリプロピレンを用いる場合、また容器と容器に収納されるモノマーの量を考慮すると、50mPa以下とすることが好ましく、容器を選択すれば、10mPa以下とすることが望ましい。従って、既存の圧力容器を用いて、上記加熱工程を容易に実施することができる。   In addition, it is necessary to perform the said heating process under the pressure which a monomer does not volatilize as mentioned above. Under such pressure, depending on the volatility of the monomer used, when using the above-mentioned styrene, (meth) acrylic acid alkyl ester or polypropylene, and also considering the amount of monomer contained in the container and the container, The pressure is preferably 50 mPa or less, and if a container is selected, it is preferably 10 mPa or less. Therefore, the above heating step can be easily performed using an existing pressure vessel.

好ましくは、発生したラジカルとダイヤモンドまたはカーボンナノチューブとの接触確率を高めるため、上記加熱工程に際し不活性ガスを供給することも望ましい。このような不活性ガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴンガスなどを挙げることができる。さらに、加熱により超臨界状態となる流体を上記混合物に供給し、上記加熱工程を実施することも望ましい。それによって、発生したラジカルとダイヤモンドまたはカーボンナノチューブとの接触確率をより一層高めることができる。このような超臨界状態の流体としては、加熱により超臨界状態となり、かつラジカルトラップ特性のない二酸化炭素や水などを挙げることができる。   Preferably, in order to increase the contact probability between the generated radical and diamond or carbon nanotube, it is also desirable to supply an inert gas during the heating step. Examples of such an inert gas include nitrogen, carbon dioxide gas, and argon gas. Furthermore, it is also desirable to carry out the heating step by supplying a fluid that becomes supercritical by heating to the mixture. Thereby, the contact probability between the generated radical and diamond or carbon nanotube can be further increased. Examples of such a supercritical fluid include carbon dioxide and water that become supercritical by heating and have no radical trapping properties.

さらに、ラジカルとダイヤモンドまたはカーボンナノチューブとの接触確率を高めるために、第2の温度域と第3の温度域に維持する加熱処理を繰り返してもよい。   Furthermore, in order to increase the contact probability between the radical and diamond or carbon nanotube, the heat treatment maintained in the second temperature range and the third temperature range may be repeated.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料は、本発明の製造方法により得られたものである。   The carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention is obtained by the production method of the present invention.

本発明に係る炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法によれば、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、上記解重合性のモノマーまたは該モノマーのポリマーとを混合し、加熱するだけで、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブへのポリマーのグラフトを達成することが可能となる。従って、さらに加熱工程に際して温度制御を行うだけで、すなわち長時間のグラフト重合工程を実施することなく、ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブポリマー複合材料を得ることが可能となる。また、本発明のダイヤモンドまたはカーボンナノチューブを無溶剤工程で行うことができるので、排出する揮発性有機化合物を低減できる。   According to the method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to the present invention, diamond or carbon nanotubes and the above depolymerizable monomer or polymer of the monomer are mixed and heated to obtain diamond or carbon nanotubes. It is possible to achieve grafting of polymers. Therefore, it is possible to obtain a diamond or carbon nanotube polymer composite material only by controlling the temperature in the heating step, that is, without performing a long graft polymerization step. Moreover, since the diamond or the carbon nanotube of the present invention can be performed in a solvent-free process, the volatile organic compound to be discharged can be reduced.

加えて、得られた加えて複合材料では、従来グラフトが困難だった種々のポリマーをダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにグラフトすることが可能となる。また、異種のポリマーグラフトすることも可能となり、両親媒性のような特徴ある機能をフィラーに持たせることができる。   In addition, the obtained composite material can be used to graft various polymers, which have been difficult to be grafted, to diamond or carbon nanotubes. In addition, it is possible to graft different types of polymers, and the filler can have a characteristic function such as amphiphilicity.

図1は、ポリマーとしてポリスチレンを用いた場合の加熱温度とポリマーの相対重量との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the relative weight of the polymer when polystyrene is used as the polymer. 図2は、ポリマーとしてポリメチルメタクリレートを用いた場合の加熱温度とポリマーの相対重量との関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the relative weight of the polymer when polymethyl methacrylate is used as the polymer. 図3は、比較例1で得られた前処理済CNTのTG測定結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a TG measurement result of the pretreated CNT obtained in Comparative Example 1. 図4は、実施例1で得たCNT−ポリマー複合材料としての固体残渣のTG測定結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a TG measurement result of the solid residue as the CNT-polymer composite material obtained in Example 1. 図5は、実施例2で得たCNT−メタクリレート樹脂複合材料のTG測定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a TG measurement result of the CNT-methacrylate resin composite material obtained in Example 2. 図6は、実施例3で得たダイヤモンド−メタクリレート樹脂複合材料のTG/DTA測定結果を示す図である。6 is a diagram showing the TG / DTA measurement results of the diamond-methacrylate resin composite material obtained in Example 3. FIG.

以下、本発明の具体的実施例及び比較例を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Specific examples and comparative examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a following example.

〔評価方法〕
後述する実施例及び比較例について、以下の評価方法1),2)のいずれかを用い、評価した。
〔Evaluation method〕
About the Example and comparative example which are mentioned later, it evaluated using either of the following evaluation methods 1) and 2).

評価方法1):TG/DTA測定
ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブの2〜10mgを精秤し、エスアイアイナノテクノロジー社製のTG/DTA6300を用いてTG/DTAを測定した。
Evaluation Method 1): TG / DTA Measurement 2-10 mg of diamond or carbon nanotube was precisely weighed, and TG / DTA was measured using TG / DTA6300 manufactured by SII Nano Technology.

初期温度は25℃とし、一分間に10℃の昇温速度で1000℃まで昇温した。   The initial temperature was 25 ° C., and the temperature was raised to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C. per minute.

なお、分解開始温度及び分解開始温度及び分解完了温度は、窒素ガス雰囲気下で、ガス流路を50ml/分として測定した。   The decomposition start temperature, decomposition start temperature, and decomposition completion temperature were measured under a nitrogen gas atmosphere with a gas flow path of 50 ml / min.

ポリマーグラフト率は、空気雰囲気下でガス流路を50ml/分として測定した。   The polymer graft rate was measured under an air atmosphere with a gas flow path of 50 ml / min.

なお、標準的なホモポリマーを入手し、上記測定法に従って、分解開始温度及び分解完了温度を測定したところ、以下の結果が得られた。ただし、これらの値は、ポリマーの分子量等によって変動し得る。   In addition, when the standard homopolymer was obtained and the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature were measured according to the above measurement method, the following results were obtained. However, these values may vary depending on the molecular weight of the polymer.

ポリスチレンの天井温度は「ラジカル重合ハンドブック」第112頁(エヌ・ティー・エス発行、2010年9月10日発行)によれば250℃と報告されている。もっとも、市販のポリスチレン(和光純薬社製、商品名:スチレンポリマー、重合度2000)について上記のようにして測定したところ、分解開始温度は350℃付近、分解完了温度は390℃付近であった。   The ceiling temperature of polystyrene is reported to be 250 ° C. according to “Radical Polymerization Handbook”, page 112 (issued by NTS, published on September 10, 2010). However, when measured as described above for commercially available polystyrene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name: styrene polymer, polymerization degree 2000), the decomposition start temperature was around 350 ° C., and the decomposition completion temperature was around 390 ° C. .

PMMAの天井温度は、上記の文献によれば155.5℃であることが報告されている。上記評価方法に従って、分解開始温度及び分解完了温度は(アルドリッチ社製、商品名:PMMA、MW350000)について測定したところ、分解開始温度は300℃付近、分解完了温度は350℃付近であった。   The ceiling temperature of PMMA is reported to be 155.5 ° C. according to the above literature. When the decomposition start temperature and the decomposition completion temperature were measured according to the above evaluation method (trade name: PMMA, MW 350,000, manufactured by Aldrich), the decomposition start temperature was around 300 ° C. and the decomposition completion temperature was around 350 ° C.

また、ポリプロピレン(日本ポリプロ社製、商品名:ノバテックPP、MA3H)の分解開始温度は350℃付近、分解完了温度は400℃付近であった。   The decomposition start temperature of polypropylene (manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd., trade name: Novatec PP, MA3H) was around 350 ° C., and the decomposition completion temperature was around 400 ° C.

ポリエチレンテレフタレート(デュポン社製、商品名:SELAR、PT7001)の分解開始温度は360℃付近であり、500℃まで加熱したときの残渣をベースとしたとき、分解完了温度は400℃付近であった。もっとも、1000℃まで加熱したときの残渣をベースとしたときの分解完了温度は600℃付近と見積もられた。この場合の第2の温度域は、360℃〜600℃と定義される。   The decomposition start temperature of polyethylene terephthalate (manufactured by DuPont, trade name: SELAR, PT7001) was around 360 ° C., and the decomposition completion temperature was around 400 ° C. when the residue was heated to 500 ° C. However, the decomposition completion temperature based on the residue when heated to 1000 ° C. was estimated at around 600 ° C. The second temperature range in this case is defined as 360 ° C to 600 ° C.

分解開始温度や、分解完了温度の測定は、窒素ガス雰囲気下で行い、ガス流量は、50ml/分とした。   The decomposition start temperature and the decomposition completion temperature were measured in a nitrogen gas atmosphere, and the gas flow rate was 50 ml / min.

ポリマーグラフト率の測定は、空気ガス雰囲気下で行い、ガス流量は、50ml/分であった。   The polymer graft ratio was measured under an air gas atmosphere, and the gas flow rate was 50 ml / min.

評価方法2):ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブへのポリマー吸着率の測定
高圧加熱反応処理されたダイヤモンドまたはカーボンナノチューブを含有するサンプル1〜10gを50倍以上量の溶媒で溶解する。超音波装置を用いて45kHz、100Wの出力で、常温で30分間分散処理を行った。
Evaluation Method 2): Measurement of Polymer Adsorption Rate on Diamond or Carbon Nanotube 1 to 10 g of a sample containing diamond or carbon nanotube subjected to a high-pressure heating reaction treatment is dissolved in a solvent 50 times or more. Dispersion treatment was performed at room temperature for 30 minutes at an output of 45 kHz and 100 W using an ultrasonic device.

得られた溶液を、3μmの穴径を有するアドバンテック社製、品番PTFE−T300A090Cを用いて、アスピレーター吸引をしながら濾過した。さらに、溶液量と同量の溶剤を添加して、再度濾過し、グラフェンに未反応のポリマーを洗浄濾過した。   The obtained solution was filtered using a product number PTFE-T300A090C manufactured by Advantech having a hole diameter of 3 μm while suctioning with an aspirator. Further, the same amount of solvent as the amount of the solution was added and filtered again, and the unreacted polymer in the graphene was washed and filtered.

ロ紙上のサンプルを、オーブンで乾燥し、含有する溶剤を除去した。   The sample on the paper was dried in an oven to remove the contained solvent.

該サンプルを用いて、評価方法1)のTG/DTA測定を行った。   TG / DTA measurement of evaluation method 1) was performed using the sample.

(比較例1)
カーボンナノチューブ(CNT)原料としてHANWHA社製、品番CM250を用いた。
(Comparative Example 1)
As a carbon nanotube (CNT) raw material, product number CM250 manufactured by HANWHA was used.

500mlフラスコに、テトロヒドロフラン(THF)300mlを入れ、エポキシ基含有メタクリレート樹脂(日油社製、商品名:マープルーフG−2050M)を30g溶解し、さらに上記CNTを3g添加した。このCNT混合液を超音波処理した。装置は、本多電子社製、W−113サンパ、出力を100W、発振周波数28kHzで、60分間超音波処理を行った。   In a 500 ml flask, 300 ml of tetrohydrofuran (THF) was added, 30 g of an epoxy group-containing methacrylate resin (manufactured by NOF Corporation, trade name: Marproof G-2050M) was dissolved, and 3 g of the above CNT was further added. This CNT mixture was sonicated. The apparatus was manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., W-113 sampler, subjected to ultrasonic treatment for 60 minutes at an output of 100 W and an oscillation frequency of 28 kHz.

本分散溶液を、減圧乾燥器で乾燥した。時間は常温で1時間、続いて60℃で行った。   This dispersion solution was dried with a vacuum dryer. The time was 1 hour at room temperature followed by 60 ° C.

得られたCNTポリマー混合物を粉砕し、さらに、加熱で減圧乾燥した。   The obtained CNT polymer mixture was pulverized and further dried under reduced pressure by heating.

乾燥温度条件は、120℃で1時間、続いて、150℃で1時間行った。   The drying temperature condition was 120 ° C. for 1 hour, followed by 150 ° C. for 1 hour.

得られた乾燥CNT混合物を粉砕した。以降これを前処理済CNTとよぶ。   The resulting dry CNT mixture was pulverized. Hereinafter, this is referred to as pretreated CNT.

得られた混合物のTG/DTA測定を行った。得られたTG測定結果を図3に示す。   The obtained mixture was subjected to TG / DTA measurement. The obtained TG measurement results are shown in FIG.

10mlのバイアル瓶に酢酸エチル5g、エポキシ基含有メタクリレート樹脂(日油社製、商品名:マープルーフG−2050M)を0.5g溶解し、上記の前処理済CNT0.1g程度を混合した。   In a 10 ml vial, 5 g of ethyl acetate and 0.5 g of an epoxy group-containing methacrylate resin (manufactured by NOF Corporation, trade name: Marproof G-2050M) were dissolved, and about 0.1 g of the above pretreated CNTs were mixed.

超音波処理30分すると分散状態が得られたが、静置後、1時間で、完全に黒いCNT部分が沈降した。   After 30 minutes of sonication, a dispersed state was obtained, but a completely black CNT portion settled in 1 hour after standing.

(実施例1)
比較例1と同様の方法で、前処理済CNTを作成した。
Example 1
Pretreated CNTs were prepared in the same manner as in Comparative Example 1.

該試料の2.5gを、パイプの両端をボルト締めできる構造を有する5mlの内容積のパイプに投入した。パイプの両端をボルト締めし、温度を340℃に設定したソルトバスに投入し、120分間放置した。パイプを冷水に投入し冷却した。冷却後に、ボルトを開けたところ、黒色の樹脂の塊が得られた。   2.5 g of the sample was put into a 5 ml internal volume pipe having a structure capable of bolting both ends of the pipe. Both ends of the pipe were bolted, put into a salt bath set at a temperature of 340 ° C., and left for 120 minutes. The pipe was poured into cold water and cooled. When the bolt was opened after cooling, a black resin mass was obtained.

この樹脂塊をTHFの100mlに浸漬して溶解し、30分間超音波処理を行った。   This resin mass was dissolved by immersing in 100 ml of THF and subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes.

CNT分散溶液を吸引ろ過し、得られた固体を100mlのTHFで洗浄し、残渣を真空乾燥し、TG/DTA測定を行った。得られたTG測定結果を図4に示す。   The CNT dispersion solution was suction filtered, the obtained solid was washed with 100 ml of THF, the residue was vacuum-dried, and TG / DTA measurement was performed. The obtained TG measurement results are shown in FIG.

図4から読み取ると、CNT由来のピークが34%、グラフトされたメタクリレート樹脂由来と帰属される部分が51%であった。グラフト率は60%だった。   When read from FIG. 4, the peak derived from CNT was 34%, and the part attributed to the grafted methacrylate resin was 51%. The graft rate was 60%.

得られた残渣、すなわちメタクリレート樹脂がグラフトされたCNT、すなわちCNT−ポリマー複合材料は、酢酸エチル溶媒に対して、非常に分散性が高く、静置して6時間後も、CNTの沈降がなかった。   The obtained residue, that is, the CNT grafted with the methacrylate resin, that is, the CNT-polymer composite material, is very dispersible in the ethyl acetate solvent, and there is no precipitation of CNT even after 6 hours of standing. It was.

(実施例2)
比較例1と同様の方法で、前処理済CNTを作成した。
(Example 2)
Pretreated CNTs were prepared in the same manner as in Comparative Example 1.

該試料の2.5gを、パイプの両端をボルト締めできる構造を有する5mlの内容積のパイプに投入した。パイプの両端をボルト締めし、温度を320℃に設定したソルトバスに投入し、120分間放置した。パイプを冷水に投入し冷却した。冷却後に、ボルトを開けたところ、黒色の樹脂の塊が得られた。   2.5 g of the sample was put into a 5 ml internal volume pipe having a structure capable of bolting both ends of the pipe. Both ends of the pipe were bolted, put into a salt bath set at 320 ° C., and left for 120 minutes. The pipe was poured into cold water and cooled. When the bolt was opened after cooling, a black resin mass was obtained.

この樹脂塊をTHFの100mlに浸漬して溶解し、30分間超音波処理を行った。   This resin mass was dissolved by immersing in 100 ml of THF and subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes.

CNT分散溶液を吸引ろ過し、得られた固体を100mlのTHFで洗浄し、残渣を濾過残渣を真空乾燥し、TG/DTA測定を行った。得られたTG測定結果を図5に示す。   The CNT dispersion solution was subjected to suction filtration, the obtained solid was washed with 100 ml of THF, the residue was dried in vacuo, and TG / DTA measurement was performed. The obtained TG measurement results are shown in FIG.

図5から読み取ると、CNT由来のピークが75%、グラフトされたメタクリレート樹脂由来と帰属される部分が25%であった。グラフト率は、25%だった。   When read from FIG. 5, the peak derived from CNT was 75%, and the part attributed to the grafted methacrylate resin was 25%. The graft rate was 25%.

得られた残渣、すなわちCNT−メタクリレート樹脂複合材料は、酢酸エチル溶媒に対して、非常に分散性が高く、静置して6時間後も、CNTの沈降がなかった。   The obtained residue, that is, the CNT-methacrylate resin composite material, was very dispersible in the ethyl acetate solvent, and CNT did not settle even after 6 hours of standing.

(実施例3)
THF20mlに、エポキシ基含有メタクリレート樹脂(日油社製、商品名:マープルーフG−2050M)を2.02g溶解し、そこにダイヤモンドパウダー(住石マテリアルズ株式会社製、ナノダイヤモンドパウダー)を41.3mg加え、超音波処理を30分間行った。該分散液をフッ化エチレン樹脂シートの上にキャスティングして、80℃の乾燥オーブンで2時間乾燥処理した。該ダイヤモンド分散樹脂を、7.5mlの内容積のサンプルパイプに入れた他は、実施例1と同様の方法でサンプルパイプを用意し、それを温度340℃に設定したサンドバスに投入し180分間加熱した。
(Example 3)
In 20 ml of THF, 2.02 g of an epoxy group-containing methacrylate resin (manufactured by NOF Corporation, trade name: Marproof G-2050M) is dissolved, and diamond powder (manufactured by Sumiishi Materials Co., Ltd., nano diamond powder) is added to 41. 3 mg was added and sonication was performed for 30 minutes. The dispersion was cast on a fluorinated ethylene resin sheet and dried in a drying oven at 80 ° C. for 2 hours. A sample pipe was prepared in the same manner as in Example 1 except that the diamond-dispersed resin was put in a 7.5 ml internal volume sample pipe, which was put into a sand bath set at a temperature of 340 ° C. for 180 minutes. Heated.

得られたパイプを冷水に投入し冷却した。冷却後に、ボルトを開けたところ、粘稠な灰色の樹脂の塊が得られた。   The obtained pipe was put into cold water and cooled. When the bolt was opened after cooling, a thick gray resin mass was obtained.

この樹脂塊をテトロヒドロフランTHF100mlに浸漬して溶解した。30分間超音波処理を行い、粗い分散溶液を作成した。この分散体をとりだしその全体を、1μmの穴径を有するアドバンテック社製PTFE−T100A090Cを用いて、アスピレーター吸引をしながら濾過した。残渣中に残った未反応メタクリレート樹脂を洗浄するために、THF50mlを用いて濾過残渣を再分散し、再濾過した。この濾過残渣を乾燥オーブンで100℃で加熱して、残留する溶媒を蒸発乾燥した。   This resin mass was immersed in 100 ml of tetrohydrofuran THF and dissolved. Sonication was performed for 30 minutes to prepare a coarse dispersion solution. The dispersion was taken out and the whole was filtered using PTFE-T100A090C manufactured by Advantech having a hole diameter of 1 μm while suctioning with an aspirator. In order to wash the unreacted methacrylate resin remaining in the residue, the filtration residue was redispersed with 50 ml of THF and refiltered. The filtration residue was heated in a drying oven at 100 ° C., and the remaining solvent was evaporated to dryness.

得られた残渣、すなわちダイヤモンド−メタクリレート樹脂複合材料について、TG/DTA測定を行った。結果を図6に示す。   TG / DTA measurement was performed on the obtained residue, that is, the diamond-methacrylate resin composite material. The results are shown in FIG.

図6から読み取ると、ダイヤモンド由来のピークは97%、グラフトされたPMMA由来と帰属される部分が3%であった。したがって、グラフト率は3%だった。   When read from FIG. 6, the peak derived from diamond was 97%, and the portion attributed to grafted PMMA was 3%. Therefore, the graft rate was 3%.

Claims (10)

ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブにポリマーがグラフトしている炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法であって、
ダイヤモンドまたはカーボンナノチューブと、加熱によりポリマーが分解し、ラジカルを発生させかつモノマーやオリゴマー化する解重合性のモノマーまたは該モノマーのポリマー、もしくは分解温度付近でラジカルを形成するポリマーとを混合し混合物を得る工程と、
前記混合物を、非開放容器内に設置し、天井温度以上かつ分解開始温度以下の第1の温度域以上に加熱される工程とを備える、炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
A method for producing a carbonaceous material-polymer composite material in which a polymer is grafted to diamond or carbon nanotubes,
Mixing a diamond or carbon nanotube with a depolymerizable monomer that decomposes a polymer by heating to generate radicals and a monomer or oligomer, or a polymer of the monomer, or a polymer that forms radicals near the decomposition temperature. Obtaining a step;
A method for producing a carbonaceous material-polymer composite material, comprising: placing the mixture in a non-open container and heating the mixture to a first temperature range not lower than a ceiling temperature and not higher than a decomposition start temperature.
前記ポリマーが官能基含有ポリマーである、請求項1に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to claim 1, wherein the polymer is a functional group-containing polymer. 前記ポリマーの10重量%が分解するに至る温度を分解開始温度、前記ポリマーの90重量%が分解するに至る温度を分解完了温度としたときに、前記加熱工程において前記分解開始温度以上、分解完了温度以下の第2の温度域に加熱する加熱工程をさらに備える、請求項1または2に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   When the temperature at which 10% by weight of the polymer is decomposed is the decomposition start temperature, and the temperature at which 90% by weight of the polymer is decomposed is the decomposition completion temperature, the decomposition is completed at the decomposition start temperature or more in the heating step. The manufacturing method of the carbonaceous material-polymer composite material of Claim 1 or 2 further equipped with the heating process heated to the 2nd temperature range below temperature. 前記加熱工程において、前記分解完了温度より高い第3の温度域に加熱する加熱工程をさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to any one of claims 1 to 3, further comprising a heating step of heating to a third temperature range higher than the decomposition completion temperature in the heating step. 前記第2の温度域に加熱する加熱工程と、前記第3の温度域に加熱する加熱工程とを繰り返す、請求項4に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The manufacturing method of the carbonaceous material-polymer composite material of Claim 4 which repeats the heating process heated to the said 2nd temperature range, and the heating process heated to the said 3rd temperature range. 前記ポリマーの分解完了温度より高い温度での分解残渣の重量をR,第1の温度域でのポリマーの最大重量をA(吸着水や吸着ガス、含有溶剤は含まない重量),分解開始温度でのポリマーの重量をX,分解完了温度でのポリマーの重量をYとしたときに、分解開始温度は(X−R)/(A−R)=0.9である温度であり、分解完了温度は(Y−R)/(A−R)=0.1である温度である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The weight of the decomposition residue at a temperature higher than the decomposition completion temperature of the polymer is R, the maximum weight of the polymer in the first temperature range is A (weight not including adsorbed water, adsorbed gas, and contained solvent), and the decomposition start temperature. When the weight of the polymer is X and the weight of the polymer at the decomposition completion temperature is Y, the decomposition start temperature is a temperature at which (X−R) / (A−R) = 0.9, and the decomposition completion temperature The manufacturing method of the carbonaceous material-polymer composite material of any one of Claims 1-5 which is the temperature which is (YR) / (AR) = 0.1. 前記モノマーまたはポリマーとして、2種以上のモノマーまたはポリマーを用いる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to any one of claims 1 to 6, wherein two or more monomers or polymers are used as the monomer or polymer. 加熱処理において、超臨界状態にある二酸化炭素もしくは水を混入させることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to any one of claims 1 to 7, wherein carbon dioxide or water in a supercritical state is mixed in the heat treatment. 前記混合物が重合開始剤を含まない、請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。   The method for producing a carbonaceous material-polymer composite material according to any one of claims 1 to 8, wherein the mixture does not contain a polymerization initiator. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法で得られた、炭素質材料−ポリマー複合材料。   A carbonaceous material-polymer composite material obtained by the production method according to claim 1.
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