JP2015158018A

JP2015158018A - 羽毛状炭素

Info

Publication number: JP2015158018A
Application number: JP2014031971A
Authority: JP
Inventors: 維敏石丸; Masatoshi Ishimaru
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-09-03

Abstract

【課題】ナノサイズのファイバーからなり、低温から高温の広い温度範囲で柔軟性があり、クッション性に優れる羽毛状炭素を提供する。【解決手段】ナノサイズの炭素素材の集合体がひとつひとつの繊維を構成している羽毛状炭素。好ましくは、ナノサイズの炭素素材がカーボンナノファイバーであり、カーボンナノファイバーがカーボンナノチューブである。【選択図】図１

Description

本発明は、羽毛状炭素に関する。

近年、新素材に関する研究開発が盛んに行われており、その中でもナノサイズのファイバー（繊維）が注目されている。このナノサイズファイバーは主にナノサイズ効果、超比表面積効果、超分子配列効果を有しており、このような効果を利用して、例えば、エアフィルター、再生医療用の素材、二次電池の電極又は衣料品などに応用されている。

ナノサイズのファイバーとしてカーボンナノチューブの不織布が検討されている。例えば、特許文献１には、カーボンナノチューブを液中に均一分散し、濾過することで不織布状物を作ることができると開示されている。

特許４７５６２８５号公報

しかしながら、このようにして作成されたカーボンナノチューブの不織布は、カーボンナノチューブを製造後の濾過時にカーボンナノチューブ同士がパッキングされてしまうため、不織布中の空気の含有率が低いものとなってしまうという問題点がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ナノサイズのファイバーであり、低温から高温の広い温度範囲で柔軟性があり、クッション性に優れる羽毛状炭素を提供することを目的とする。

本発明は、ナノサイズの炭素素材の集合体がひとつひとつの繊維を構成している羽毛状炭素である。

上記羽毛状炭素は、好ましくはナノサイズの炭素素材がカーボンナノファイバーである羽毛状炭素である。

また、上記羽毛状炭素は、好ましくはカーボンナノファイバーがカーボンナノチューブである羽毛状炭素である。

本発明の羽毛状炭素を構成する炭素材料は、ナノサイズの炭素素材からなる。ここで、ナノサイズの炭素素材は、平均直径が０．５ｎｍ〜２００ｎｍの炭素繊維であることが好ましい。

ナノサイズの炭素素材としては、カーボンナノファイバーが挙げられる。カーボンナノファイバーは中空であってもよく、カーボンナノファイバーはカーボンナノチューブであることが好ましい。

カーボンナノチューブは、単層であっても多層であってもよい。また、カーボンナノチューブは、平均直径が０．５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、１〜１０ｎｍであることがより好ましい。

カーボンナノチューブは、表面や末端が官能基で修飾されていてもよい。官能基としては、アルキル基、水酸基、カルボキシル基などが挙げられる。

また、カーボンナノチューブは、アルカリ金属やハロゲンがドープされていてもよい。

本発明の羽毛状炭素は、ナノサイズの炭素素材の集合体が、ひとつひとつの繊維を構成している。

すなわち、本発明の羽毛状炭素は、ナノサイズの炭素素材の平均直径よりも直径の大きい繊維である。

羽毛状炭素の繊維径は、ナノサイズである限り特に限定されず、使用するナノサイズの炭素素材の平均直径や、繊維を構成する集合したナノサイズの炭素素材の総数により、細い繊維から太い繊維まで得ることができる。

本発明の羽毛状炭素は、隣り合う繊維の間に密接していない箇所がある炭素繊維の集合体である。これにより、本発明の羽毛状炭素はクッション性を持っている。また、炭素素材からなる繊維であるので低温から高温の広い温度範囲で使用することができる。

本発明の羽毛状炭素は、ナノサイズの炭素素材を分散させた電界紡糸液を調整し、シリンジポンプ横に金属製の直径1mmφの棒状コレクターを配置した電界紡糸装置を用い、シリンジポンプのシリンジ内に電界紡糸溶液を入れ、シリンジポンプのシリンジノズルから電界紡糸液を電界紡糸することにより得ることができる。このように、シリンジノズルの正面ではなくシリンジポンプ横に棒状コレクターを配置することで、棒状コレクターの先端に図１に示す羽毛状炭素材料が形成される。なお、棒状コレクターを配置する位置はシリンジポンプの近傍でシリンジノズルの正面ではなければ特に限定されない。

電界紡糸液は、ナノサイズの炭素素材を溶媒に分散して調整する。溶剤の種類は特に限定されないが、水、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルセルソルブなどのエーテルや、エトキシエタノール、メトキシエタノールなどのエーテルアルコール、エタノール、イソプロパノ―ルなどのアルコール、アセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレンなどが挙げられる。

電界紡糸液には、ナノサイズの炭素素材に対する分散剤が添加されていてもよい。分散剤の種類は特に限定されないが、ポリアクリル酸、ポリスチレン酸、アルギン酸、コンドロイチン酸、ヒアルロン酸が挙げられる。

電界紡糸液には、ナノサイズの炭素素材の他に、電界紡糸できるポリマー材料が添加されていてもよい。例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの水溶性の高分子材料、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアクリロニトリルなどの有機溶剤に可溶な高分子材料、或いは、ポリ乳酸、キチンなどの生分解性の高分子材料などを用いることができる。

本発明の羽毛状炭素は、ナノサイズのファイバーであり、低温から高温の広い温度範囲で優れた柔軟性を有する。

本発明の羽毛状炭素素材の外観写真である。本発明の羽毛状炭素素材の電子顕微鏡写真である。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
（実施例）
多層カーボンナノチューブ（MWCNT1wt%水分散液、昭和電工社製）とポリビニルアルコール（PVA10wt%水溶液、エポック社製パズルメイト(R)）とを１：1の割合で混合して電界紡糸溶液を調整した。
シリンジポンプ横に金属製の直径1mmφの棒状コレクターを配置した電界紡糸装置を用い、シリンジポンプのシリンジ内に電界紡糸溶液を入れ、電極間距離を20cm、電圧2０ｋV、シリンジポンプの送液量1ml/hに設定して電界紡糸を行った。棒状コレクターの先端に図１および図２に示す羽毛状炭素材料が形成された。得られた羽毛状炭素は、クッション性を有していた。

Claims

ナノサイズの炭素素材の集合体がひとつひとつの繊維を構成している羽毛状炭素。
ナノサイズの炭素素材がカーボンナノファイバーである請求項１記載の羽毛状炭素。
カーボンナノファイバーがカーボンナノチューブである請求項２記載の羽毛状炭素。