JP2016029003A - Flaky graphite, electrode material and flaky graphite-resin composite material - Google Patents

Flaky graphite, electrode material and flaky graphite-resin composite material Download PDF

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exfoliated graphite
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増田 浩樹
Hiroki Masuda
浩樹 増田
宏 夏井
Hiroshi Natsui
宏 夏井
延彦 乾
Nobuhiko Inui
延彦 乾
邦夫 草地
Kunio Kusachi
邦夫 草地
和洋 沢
Kazuhiro Sawa
和洋 沢
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flaky graphite having excellent dispersibility in resin and capable of effectively improving the mechanical strength of the resin.SOLUTION: The present invention provides a flaky graphite wherein, in Raman spectra obtained by Raman spectroscopy, with a peak intensity ratio between D band and G band defined as D/G ratio, a change rate of the D/G ratio, when heated at 200°C for one hour, expressed by the formula (1), is a negative value, where formula (1) represents {(D/G ratio after heating-D/G ratio before heating)/(D/G ratio before heating)}×100.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、樹脂の物性を効果的に高め得る薄片化黒鉛、該薄片化黒鉛を含む電極材料及び薄片化黒鉛−樹脂複合材料に関する。   The present invention relates to exfoliated graphite that can effectively improve the physical properties of a resin, an electrode material containing the exfoliated graphite, and an exfoliated graphite-resin composite material.

従来、少ない添加量で樹脂の機械的物性等を効果的に改善し得るため、薄片化黒鉛が注目されている。このような薄片化黒鉛の製造方法の一例が下記の特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の薄片化黒鉛の製造方法では、黒鉛を硝酸などの強酸性の水溶液中に浸漬し、加熱する。硝酸イオンなどの酸性イオンを黒鉛のグラフェン間にインターカレートさせる。この硝酸イオンがインターカレートされた黒鉛を加熱することにより、黒鉛を剥離し、グラフェン積層数がより少ない薄片化黒鉛を得ることができる。   Conventionally, exfoliated graphite has attracted attention because it can effectively improve the mechanical properties and the like of a resin with a small addition amount. An example of a method for producing such exfoliated graphite is disclosed in Patent Document 1 below. In the method for producing exfoliated graphite described in Patent Document 1, graphite is immersed in a strongly acidic aqueous solution such as nitric acid and heated. Acidic ions such as nitrate ions are intercalated between graphene graphene. By heating the graphite intercalated with nitrate ions, it is possible to peel the graphite and obtain exfoliated graphite having a smaller number of graphene stacks.

また、下記非特許文献1では、ハマーズの方法により酸化薄片化黒鉛を製造する方法が開示されている。   Non-Patent Document 1 below discloses a method for producing oxidized exfoliated graphite by the Hammers method.

特表2009−511415号公報Special table 2009-511415 gazette

J.Chem.Soc.W.S.Hummers et.al.1958,80,1339J. et al. Chem. Soc. W. S. Hummers et. al. 1958, 80, 1339

しかしながら、特許文献1や、非特許文献1の製造方法により得られた薄片化黒鉛は、酸化されている。従って、特許文献1や、非特許文献1の薄片化黒鉛は、樹脂中への分散性が十分ではなく、得られた複合材料の機械的強度を十分に高められないことがあった。   However, exfoliated graphite obtained by the production methods of Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 is oxidized. Therefore, the exfoliated graphite of Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 is not sufficiently dispersible in the resin, and the mechanical strength of the obtained composite material may not be sufficiently increased.

本発明の目的は、樹脂中での分散性に優れ、樹脂の機械的強度を効果的に高め得る、薄片化黒鉛を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記薄片化黒鉛を含む電極材料及び薄片化黒鉛−樹脂複合材料を提供することにある。   An object of the present invention is to provide exfoliated graphite that is excellent in dispersibility in a resin and can effectively increase the mechanical strength of the resin. Another object of the present invention is to provide an electrode material containing the exfoliated graphite and a exfoliated graphite-resin composite material.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛は、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である。   The exfoliated graphite according to the first invention of the present application is a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. When the peak intensity ratio between the D band and the G band is D / G ratio, the exfoliated graphite is 200 ° C. for 1 hour. The rate of change of the D / G ratio represented by the following formula (1) when heated under conditions is a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、前記D/G比の変化率が、0%より小さく、−20%より大きい。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, preferably, the rate of change of the D / G ratio is smaller than 0% and larger than −20%.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたとき、A/Bで表される屈曲度が0.7以上、1.0以下である。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, it is preferable that the shortest distance between both ends facing each other with a maximum distance is A, and the distance between the both ends is B. The degree of bending is 0.7 or more and 1.0 or less.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、厚みが0.5μm以下であり、積層面方向における最大寸法が3.0μm以上、1000μm以下である。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, preferably, the thickness is 0.5 μm or less, and the maximum dimension in the laminated surface direction is 3.0 μm or more and 1000 μm or less.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上である。   The exfoliated graphite according to the first invention of the present application preferably has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さい。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, the resistance value at a temperature of 25 ° C. when dispersed in a weight of 0.128 g in 10 g of isopropyl alcohol is preferably less than 1 MΩ.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、厚みが6nm以上、400nm以下である。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, the thickness is preferably 6 nm or more and 400 nm or less.

本願の第1の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、アスペクト比が、5以上、600以下の範囲にある。   In the exfoliated graphite according to the first invention of the present application, the aspect ratio is preferably in the range of 5 or more and 600 or less.

本願の第2の発明に係る薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上である。   The exfoliated graphite according to the second invention of the present application has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight.

本願の第2の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である。   In the exfoliated graphite according to the second invention of the present application, preferably, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, when the peak intensity ratio between the D band and the G band is defined as the D / G ratio, The rate of change of the D / G ratio represented by the following formula (1) when heated under the condition of 1 hour is a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

本願の第2の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、前記D/G比の変化率が、0%より小さく、−20%以上である。   In the exfoliated graphite according to the second invention of the present application, preferably, the rate of change of the D / G ratio is smaller than 0% and not lower than -20%.

本願の第2の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bで表される屈曲度が、0.7以上、1.0以下である。   In the exfoliated graphite according to the second invention of the present application, preferably, when A is the shortest distance between both ends facing each other with a maximum distance, and B is the distance between both ends, A / B The degree of bending represented is 0.7 or more and 1.0 or less.

本願の第2の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、厚みが0.5μm以下であり、積層面方向における最大寸法が3.0μm以上、1000μm以下である。   In the exfoliated graphite according to the second invention of the present application, preferably, the thickness is 0.5 μm or less, and the maximum dimension in the laminated surface direction is 3.0 μm or more and 1000 μm or less.

本願の第3の発明に係る薄片化黒鉛では、イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さい。   In the exfoliated graphite according to the third invention of the present application, the resistance value at a temperature of 25 ° C. when dispersed in 10 g of isopropyl alcohol at a weight of 0.128 g is smaller than 1 MΩ.

本願の第3の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である。   In the exfoliated graphite according to the third invention of the present application, preferably, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, when the peak intensity ratio between the D band and the G band is defined as the D / G ratio, The rate of change of the D / G ratio represented by the following formula (1) when heated under the condition of 1 hour is a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

本願の第3の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、厚みが6nm以上、400nm以下である。   In the exfoliated graphite according to the third invention of the present application, the thickness is preferably 6 nm or more and 400 nm or less.

本願の第3の発明に係る薄片化黒鉛では、好ましくは、アスペクト比が、5以上、600以下の範囲にある。   In the exfoliated graphite according to the third invention of the present application, the aspect ratio is preferably in the range of 5 or more and 600 or less.

以下、第1〜第3の発明を本発明と総称する場合があるものとする。   Hereinafter, the first to third inventions may be collectively referred to as the present invention.

本発明に係る電極材料は、本発明に従って構成される薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを含む。好ましくは、前記バインダー樹脂が、フッ素系樹脂である。好ましくは、前記フッ素系樹脂が、ポリフッ化ビニリデンである。   The electrode material according to the present invention includes exfoliated graphite configured according to the present invention and a binder resin. Preferably, the binder resin is a fluororesin. Preferably, the fluororesin is polyvinylidene fluoride.

本発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、本発明に従って構成される薄片化黒鉛と、樹脂とを含む。好ましくは、前記樹脂が熱可塑性樹脂である。好ましくは、前記熱可塑性樹脂がポリオレフィンである。好ましくは、前記ポリオレフィンがポリプロピレンである。   The exfoliated graphite-resin composite material according to the present invention includes exfoliated graphite configured in accordance with the present invention and a resin. Preferably, the resin is a thermoplastic resin. Preferably, the thermoplastic resin is a polyolefin. Preferably, the polyolefin is polypropylene.

本発明によれば、樹脂中での分散性に優れ、樹脂の機械的強度を効果的に高め得る薄片化黒鉛を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide exfoliated graphite which is excellent in the dispersibility in resin and can improve the mechanical strength of resin effectively.

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

(第1の発明)
第1の発明に係る薄片化黒鉛は、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である。
(First invention)
The exfoliated graphite according to the first aspect of the present invention is a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, wherein the peak intensity ratio between the D band and the G band is D / G ratio, at 200 ° C. for 1 hour. The rate of change of the D / G ratio represented by the following formula (1) when heated is a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

薄片化黒鉛;
本明細書において、薄片化黒鉛とは、グラフェン積層構造を有する炭素材料を剥離処理して得られるものであり、元の炭素材料よりも薄いグラフェンシートの積層体をいう。
Exfoliated graphite;
In the present specification, exfoliated graphite is obtained by exfoliating a carbon material having a graphene laminated structure, and means a laminate of graphene sheets thinner than the original carbon material.

グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、黒鉛などの複数のグラフェンが積層されている構造を有する炭素材料を用いることができる。また、黒鉛原料として黒鉛に酸処理を施した熱膨張性黒鉛や、その熱膨張性黒鉛を加熱膨張化させた膨張黒鉛を用いてもよい。なお、天然黒鉛よりもグラフェン積層数が少ない、一次薄片化黒鉛を炭素材料として用いてもよい。   As the carbon material having a graphene stacked structure, a carbon material having a structure in which a plurality of graphene such as graphite is stacked can be used. Further, as the graphite raw material, thermally expandable graphite obtained by subjecting graphite to acid treatment or expanded graphite obtained by heating and expanding the thermally expandable graphite may be used. Note that primary exfoliated graphite having a smaller number of graphene layers than natural graphite may be used as the carbon material.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシート積層数は、元の炭素材料より少なければよいが、通常、数層〜数千層程度である。樹脂の引張弾性率等の機械的強度を効果的に高める観点から、積層数は、500層以下であることが好ましく、300層以下であることがより好ましい。   The number of graphene sheets laminated in exfoliated graphite should be less than the original carbon material, but is usually several layers to several thousand layers. From the viewpoint of effectively increasing the mechanical strength such as the tensile modulus of the resin, the number of laminated layers is preferably 500 layers or less, and more preferably 300 layers or less.

上記のように、薄片化黒鉛は、薄いグラフェンシートが積層された構造を有する。特に、第1の発明においては、薄片化黒鉛の厚みが、0.5μm以下であることが好ましい。薄片化黒鉛の厚みが厚すぎると、十分に樹脂の機械的強度を高められないことがある。樹脂の機械的強度をより一層高める観点から、薄片化黒鉛の厚みは、6nm以上、400nm以下であることがより好ましい。   As described above, exfoliated graphite has a structure in which thin graphene sheets are laminated. In particular, in the first invention, the exfoliated graphite preferably has a thickness of 0.5 μm or less. If the exfoliated graphite is too thick, the mechanical strength of the resin may not be sufficiently increased. From the viewpoint of further increasing the mechanical strength of the resin, the thickness of exfoliated graphite is more preferably 6 nm or more and 400 nm or less.

また、薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法は、3.0μm以上、1000μm以下であることが好ましい。積層面方向の最大寸法が小さすぎると、十分に樹脂の機械的強度を高められないことがある。他方、積層面方向の最大寸法が大きすぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。   The maximum dimension of the exfoliated graphite in the direction of the laminated surface is preferably 3.0 μm or more and 1000 μm or less. If the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too small, the mechanical strength of the resin may not be sufficiently increased. On the other hand, if the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too large, the effect is saturated and a further reinforcing effect may not be expected.

薄片化黒鉛の厚みに対する薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法の比は、アスペクト比で表される。薄片化黒鉛のアスペクト比が低すぎると、上記積層面に交差する方向に加わった外力に対する補強効果が十分でないことがある。薄片化黒鉛のアスペクト比が高すぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。従って、薄片化黒鉛のアスペクト比の好ましい下限は5程度であり、好ましい上限は600程度である。より好ましくは、上記アスペクト比が、5以上、100以下の範囲にあることが望ましい。   The ratio of the maximum dimension in the laminate surface direction of exfoliated graphite to the thickness of exfoliated graphite is represented by the aspect ratio. If the aspect ratio of exfoliated graphite is too low, the reinforcing effect against external force applied in the direction intersecting the laminated surface may not be sufficient. If the aspect ratio of exfoliated graphite is too high, the effect may be saturated and a further reinforcing effect may not be expected. Therefore, the preferable lower limit of the aspect ratio of exfoliated graphite is about 5, and the preferable upper limit is about 600. More preferably, the aspect ratio is in the range of 5 or more and 100 or less.

薄片化黒鉛は、剛直であり、屈曲し難い。特に、第1の発明においては、最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bで表される屈曲度が、0.7以上、1.0以下であることが好ましい。薄片化黒鉛の屈曲度が上記範囲内にある場合、少量の薄片化黒鉛の添加によっても、樹脂の機械的強度をより一層効果的に高めることができる。   Exfoliated graphite is rigid and difficult to bend. In particular, in the first invention, when the shortest distance between both ends facing each other with a maximum distance is A, and the distance between the both ends is B, the bending degree represented by A / B is: It is preferable that it is 0.7 or more and 1.0 or less. When the bending degree of exfoliated graphite is within the above range, the mechanical strength of the resin can be further effectively increased by adding a small amount of exfoliated graphite.

上記薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上であることが好ましい。この場合、薄片化黒鉛の樹脂中での分散性をより一層高めることができ、樹脂の機械的物性をより一層効果的に高めることができる。   The exfoliated graphite preferably has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight. In this case, the dispersibility of exfoliated graphite in the resin can be further improved, and the mechanical properties of the resin can be further effectively improved.

なお、上記粘度は以下の方法で測定することができる。まず、イソプロピルアルコールと薄片化黒鉛とを、薄片化黒鉛の濃度が1重量%になるようにスクリュー管の中に測りとる。その後、超音波を28kHzで1分間照射し、薄片化黒鉛を十分に分散させる。その分散液の粘度を回転式粘度計(東機産業社製)を用いて測定する。測定を開始し、定常状態になって粘度が変化しなくなったときの値を分散液の粘度として評価する。   The viscosity can be measured by the following method. First, isopropyl alcohol and exfoliated graphite are measured in a screw tube so that the concentration of exfoliated graphite becomes 1% by weight. Then, an ultrasonic wave is irradiated for 1 minute at 28 kHz, and exfoliated graphite is fully disperse | distributed. The viscosity of the dispersion is measured using a rotary viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement is started, and the value at the time when the viscosity does not change in a steady state is evaluated as the viscosity of the dispersion.

また、上記薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さいことが好ましい。この場合、薄片化黒鉛の樹脂中での分散性をより一層高めることができ、かつ導電性を高めることができる。上記抵抗値は以下の方法で測定することができる。   The exfoliated graphite preferably has a resistance value of less than 1 MΩ at a temperature of 25 ° C. when dispersed in 10 g of isopropyl alcohol at a weight of 0.128 g. In this case, the dispersibility of exfoliated graphite in the resin can be further increased, and the conductivity can be increased. The resistance value can be measured by the following method.

まず、イソプロピルアルコール10gと、薄片化黒鉛0.128gとを、20mlの容器に入れ、28kHzで1分間、超音波を印加することにより分散液を得る。得られた分散液の温度を25℃とし、スターラーで撹拌させながらテスターを挿入する。挿入してから2分後のデータを読み取り温度25℃における抵抗値とした。なお、テスターのプラス端子とマイナス端子とは、端子間距離を2cmとし、液面から1cmの深さで分散液中に挿入するものとする。   First, 10 g of isopropyl alcohol and 0.128 g of exfoliated graphite are placed in a 20 ml container, and a dispersion is obtained by applying ultrasonic waves at 28 kHz for 1 minute. The temperature of the obtained dispersion is 25 ° C., and a tester is inserted while stirring with a stirrer. The data 2 minutes after the insertion was read as the resistance value at a temperature of 25 ° C. Note that the positive terminal and the negative terminal of the tester are inserted into the dispersion at a distance of 2 cm between the terminals and at a depth of 1 cm from the liquid surface.

第1の発明に係る薄片化黒鉛には、分子鎖の短い化合物がグラフトされている。従って、本明細書においては、上記化合物がグラフトされている薄片化黒鉛も総称して薄片化黒鉛という場合があるものとする。また、分子鎖の短い化合物とは、重量平均分子量が、50〜1000の範囲にある化合物のことをいう。樹脂への分散性をより一層高める観点から、薄片化黒鉛にグラフトされる化合物の重量平均分子量は、90〜500の範囲にあることが好ましく、90〜200の範囲にあることがより好ましい。   The exfoliated graphite according to the first invention is grafted with a compound having a short molecular chain. Therefore, in the present specification, exfoliated graphite to which the above compound is grafted is also generically called exfoliated graphite. A compound having a short molecular chain refers to a compound having a weight average molecular weight in the range of 50 to 1,000. From the viewpoint of further increasing the dispersibility in the resin, the weight average molecular weight of the compound grafted on the exfoliated graphite is preferably in the range of 90 to 500, and more preferably in the range of 90 to 200.

薄片化黒鉛にグラフトされる化合物としては、特に限定されず、例えば、Diels−Alder反応性化合物、Friedel−Crafts反応性化合物、ラジカル反応性の化合物又はシクロペンタジエニル錯体化合物等が挙げられる。なかでも、分子鎖のより一層短い化合物がグラフトされることから、Diels−Alder反応性化合物又はFriedel−Crafts反応性化合物であることが好ましい。   The compound to be grafted on exfoliated graphite is not particularly limited, and examples thereof include Diels-Alder reactive compounds, Friedel-Crafts reactive compounds, radical reactive compounds, and cyclopentadienyl complex compounds. Among these, since a compound having a shorter molecular chain is grafted, a Diels-Alder reactive compound or a Friedel-Crafts reactive compound is preferable.

Diels−Alder反応性化合物としては、一般的なジエン、および親ジエン体であればいずれも用いることができ、例えば無水マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイミド等のマレイン酸類;テトラシアノエチレン、フマル酸ジメチル、アクロレイン等のアルケン類;アセチレンジカルボン酸ジメチル等のアルキン類;ベンゾキノン、アントラキノン、キノジメタン、シクロペンタジエン、シクロヘキセン等の環状ジエン、親ジエン体;アントラセン等のアセン類;フルフリルアルコール、フルフラール等のフラン類;2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のブタジエン類;ベンザイン等のアライン類;ベンジリデンアニリン等のイミン類;スチレンやそれらの誘導体などが挙げられる。   As the Diels-Alder reactive compound, any general diene and parent diene can be used. For example, maleic acids such as maleic anhydride, dimethyl maleate, maleimide; tetracyanoethylene, dimethyl fumarate Alkenes such as dimethyl acetylenedicarboxylate; Cyclic dienes such as benzoquinone, anthraquinone, quinodimethane, cyclopentadiene, cyclohexene, and parent dienes; acenes such as anthracene; Furans such as furfuryl alcohol and furfural Butadienes such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene; aligns such as benzyne; imines such as benzylideneaniline; styrene and derivatives thereof.

Friedel−Crafts反応性化合物としては、一般的なハロゲン化物やカルボン酸ハロゲン化物、酸無水物等であればいずれも用いることができ、例えばN−クロロオクタンやN−オクタノイルクロリド等のアルキルハロゲンや脂肪族酸ハロゲン化物;ベンゾイルクロライド等の安息香酸ハロゲン化物、又は無水コハク酸や無水フタル酸、無水プロピオン酸等の酸無水物などを用いることができる。   As the Friedel-Crafts reactive compound, any of general halides, carboxylic acid halides, acid anhydrides and the like can be used. For example, alkyl halogen such as N-chlorooctane and N-octanoyl chloride, Aliphatic acid halides; benzoic acid halides such as benzoyl chloride, or acid anhydrides such as succinic anhydride, phthalic anhydride, and propionic anhydride can be used.

ラジカル反応性の化合物としては、(メタ)アクリル基、ビニル基、ビニルエーテル基、グリシジル基、チオール基、ハロゲン基など有する化合物を挙げることができる。   Examples of the radical reactive compound include compounds having (meth) acryl group, vinyl group, vinyl ether group, glycidyl group, thiol group, halogen group and the like.

また、シクロペンタジエニル錯体化合物としては、フェロセン、ニッケロセン、チタノセン、ジルコノセンやそれらの誘導体が挙げられる。すなわち、薄片化黒鉛に他の化合物がグラフトする限りグラフトの形態は特に限定されず、シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた配位結合により化合物が薄片化黒鉛に結合されていてもよい。シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた結合である場合には、薄片化後の洗浄等により化合物を除去することができ、好ましい。   Examples of the cyclopentadienyl complex compound include ferrocene, nickelocene, titanocene, zirconocene and derivatives thereof. That is, as long as another compound is grafted on exfoliated graphite, the form of grafting is not particularly limited, and the compound may be bonded to exfoliated graphite by a coordinate bond using a cyclopentadienyl complex compound. In the case of a bond using a cyclopentadienyl complex compound, the compound can be removed by washing after slicing or the like, which is preferable.

このような薄片化黒鉛にグラフトされる化合物は、一度剥離したグラフェンの再積層化や凝集を妨げる効果があり、溶媒や樹脂分散性に優れる。従って、化合物のグラフト量は、得られた薄片化黒鉛100重量部に対し、0.5〜100重量部であることが好ましい。   Such a compound grafted on exfoliated graphite has an effect of preventing re-lamination and agglomeration of once peeled graphene, and is excellent in solvent and resin dispersibility. Therefore, the graft amount of the compound is preferably 0.5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the exfoliated graphite obtained.

上記グラフトされている化合物の検出は、NMRやIR、熱重量測定等の既知の分析法により検出することができる。検出方法としては、特定の分析法に限定されないが、簡便さと定量性の観点から通常、熱重量測定が用いられる。この熱重量測定では、化合物が薄片化黒鉛にグラフトしている場合、一般的にその分解温度が通常の分解温度よりも高温側で検出される。また、この熱分解物の構造解析の目的で、MS測定などを組み合わせてもよい。   The grafted compound can be detected by a known analysis method such as NMR, IR, or thermogravimetry. The detection method is not limited to a specific analysis method, but thermogravimetry is usually used from the viewpoint of simplicity and quantification. In this thermogravimetry, when the compound is grafted on exfoliated graphite, the decomposition temperature is generally detected on the higher temperature side than the normal decomposition temperature. Moreover, you may combine MS measurement etc. for the purpose of the structural analysis of this thermal decomposition product.

D/G比;
本明細書において、D/G比とは、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比(Dバンドのピーク強度/Gバンドのピーク強度)のことをいう。
D / G ratio;
In this specification, the D / G ratio means a peak intensity ratio between the D band and the G band (D band peak intensity / G band peak intensity) in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. .

ラマンスペクトルにおけるDバンドは、欠陥構造に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Dバンドは、通常、ラマンスペクトルの1349〜1353cm−1付近に観察される。 The D band in the Raman spectrum is a peak derived from the defect structure. In exfoliated graphite, the D band is usually observed in the vicinity of 1349 to 1353 cm −1 of the Raman spectrum.

他方、ラマンスペクトルにおけるGバンドは、炭素原子の6員環構造の面内伸縮振動に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Gバンドは、通常、ラマンスペクトルの1578〜1592cm−1付近に観察される。 On the other hand, the G band in the Raman spectrum is a peak derived from in-plane stretching vibration of a six-membered ring structure of carbon atoms. In exfoliated graphite, the G band is usually observed in the vicinity of 1578 to 1592 cm −1 of the Raman spectrum.

Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比であるD/G比は、薄片化黒鉛の結晶化度の高さを示しており、D/G比が高いほど構造の乱れが大きく、結晶性が低くなっていると判断される。   The D / G ratio, which is the peak intensity ratio between the D band and the G band, indicates the degree of crystallinity of exfoliated graphite. The higher the D / G ratio, the greater the disorder of the structure and the higher the crystallinity. It is judged to be low.

第1の発明に係る薄片化黒鉛のD/G比は、0.1〜0.3の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.25の範囲内であり、さらに好ましくは、0.1〜0.2の範囲内である。薄片化黒鉛のD/G比が、上記範囲内にある場合、より一層効果的に樹脂の機械的強度を向上させることができる。   The D / G ratio of the exfoliated graphite according to the first invention is preferably in the range of 0.1 to 0.3. More preferably, it exists in the range of 0.1-0.25, More preferably, it exists in the range of 0.1-0.2. When the D / G ratio of exfoliated graphite is within the above range, the mechanical strength of the resin can be improved more effectively.

第1の発明においては、200℃、1時間の条件で加熱処理した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率(%)が負の値である。なお、加熱処理は、空気中で行われるものとする。   In the first invention, the change rate (%) of the D / G ratio represented by the following formula (1) when heat-treated at 200 ° C. for 1 hour is a negative value. Note that the heat treatment is performed in air.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

このように、第1の発明において、D/G比の変化率が負の値である理由は、以下のように説明される。   Thus, in the first invention, the reason why the change rate of the D / G ratio is a negative value is explained as follows.

通常、グラフェン積層構造を有する炭素材料は、空気中で加熱することによって酸化されるため、加熱により、D/G比が高められる。他方、第1の発明においては、上述したように薄片化黒鉛表面に分子鎖の短い化合物がグラフトされており、このグラフト分子は、加熱によって、脱離されやすい。グラフト分子が脱離すると薄片化黒鉛の結晶性が高められることとなり、D/Gが低くなる。すなわち、薄片化黒鉛のD/G比の変化率が負の値となる。   Usually, since the carbon material which has a graphene laminated structure is oxidized by heating in air, D / G ratio is raised by heating. On the other hand, in the first invention, as described above, a compound having a short molecular chain is grafted on the exfoliated graphite surface, and this graft molecule is easily detached by heating. When the graft molecules are detached, the crystallinity of exfoliated graphite is increased, and the D / G is lowered. That is, the change rate of the D / G ratio of exfoliated graphite becomes a negative value.

このように、第1の発明に係る薄片化黒鉛では、D/G比の変化率が負の値、すなわち分子鎖の短い化合物がグラフトされているため、樹脂への分散性が効果的に高められ、樹脂の機械的強度を飛躍的に高めることができる。あるいは、より少量の薄片化黒鉛の添加で樹脂の機械的強度を高めることができる。   Thus, in the exfoliated graphite according to the first invention, since the D / G ratio change rate is a negative value, that is, a compound having a short molecular chain is grafted, the dispersibility in the resin is effectively enhanced. Therefore, the mechanical strength of the resin can be dramatically increased. Alternatively, the mechanical strength of the resin can be increased by adding a smaller amount of exfoliated graphite.

また、第1の発明において、上記D/G比の変化率は、0%より小さく、−20%より大きいことが好ましい。D/G比の変化率が、−20%以下である場合、薄片化黒鉛の凝集や、スタックが生じ易い。そのため、薄片化黒鉛の樹脂中の分散性が低下し、樹脂の機械的強度を高め難くなることがある。   In the first invention, the change rate of the D / G ratio is preferably smaller than 0% and larger than -20%. When the change rate of the D / G ratio is −20% or less, flaking graphite is likely to aggregate or stack. Therefore, the dispersibility of exfoliated graphite in the resin is lowered, and it may be difficult to increase the mechanical strength of the resin.

なお、第1の発明に係る薄片化黒鉛は、例えば、後述の製造方法の欄で説明する製造方法により製造することができる。   The exfoliated graphite according to the first invention can be manufactured by, for example, a manufacturing method described in the column of the manufacturing method described later.

(第2の発明)
第2の発明に係る薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上である。そのため、第2の発明に係る薄片化黒鉛は、樹脂中での分散性に優れ、弾性率のような樹脂の機械的物性を効果的に高めることができる。
(Second invention)
The exfoliated graphite according to the second invention has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight. Therefore, exfoliated graphite according to the second invention is excellent in dispersibility in the resin, and can effectively increase the mechanical properties of the resin such as the elastic modulus.

薄片化黒鉛;
本明細書において、薄片化黒鉛とは、グラフェン積層構造を有する炭素材料を剥離処理して得られるものであり、元の炭素材料よりも薄いグラフェンシートの積層体をいう。
Exfoliated graphite;
In the present specification, exfoliated graphite is obtained by exfoliating a carbon material having a graphene laminated structure, and means a laminate of graphene sheets thinner than the original carbon material.

グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、黒鉛などの複数のグラフェンが積層されている構造を有する炭素材料を用いることができる。また、黒鉛原料として黒鉛に酸処理を施した熱膨張性黒鉛や、その熱膨張性黒鉛を加熱膨張化させた膨張黒鉛を用いてもよい。なお、天然黒鉛よりもグラフェン積層数が少ない、一次薄片化黒鉛を炭素材料として用いてもよい。   As the carbon material having a graphene stacked structure, a carbon material having a structure in which a plurality of graphene such as graphite is stacked can be used. Further, as the graphite raw material, thermally expandable graphite obtained by subjecting graphite to acid treatment or expanded graphite obtained by heating and expanding the thermally expandable graphite may be used. Note that primary exfoliated graphite having a smaller number of graphene layers than natural graphite may be used as the carbon material.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシート積層数は、元の炭素材料より少なければよいが、通常、数層〜数千層程度である。樹脂の引張弾性率等の機械的強度を効果的に高める観点から、積層数は、500層以下であることが好ましく、300層以下であることがより好ましい。   The number of graphene sheets laminated in exfoliated graphite should be less than the original carbon material, but is usually several layers to several thousand layers. From the viewpoint of effectively increasing the mechanical strength such as the tensile modulus of the resin, the number of laminated layers is preferably 500 layers or less, and more preferably 300 layers or less.

上記のように、薄片化黒鉛は、薄いグラフェンシートが積層された構造を有する。特に、第2の発明においては、薄片化黒鉛の厚みが、0.5μm以下であることが好ましい。薄片化黒鉛の厚みが厚すぎると、十分に樹脂の機械的強度を高められないことがある。樹脂の機械的強度をより一層高める観点から、薄片化黒鉛の厚みは、6nm以上、400nm以下であることがより好ましい。   As described above, exfoliated graphite has a structure in which thin graphene sheets are laminated. In particular, in the second invention, the exfoliated graphite preferably has a thickness of 0.5 μm or less. If the exfoliated graphite is too thick, the mechanical strength of the resin may not be sufficiently increased. From the viewpoint of further increasing the mechanical strength of the resin, the thickness of exfoliated graphite is more preferably 6 nm or more and 400 nm or less.

また、薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法は、3.0μm以上、1000μm以下であることが好ましい。積層面方向の最大寸法が小さすぎると、十分に樹脂の機械的強度を高められないことがある。他方、積層面方向の最大寸法が大きすぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。   The maximum dimension of the exfoliated graphite in the direction of the laminated surface is preferably 3.0 μm or more and 1000 μm or less. If the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too small, the mechanical strength of the resin may not be sufficiently increased. On the other hand, if the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too large, the effect is saturated and a further reinforcing effect may not be expected.

薄片化黒鉛の厚みに対する薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法の比は、アスペクト比で表される。薄片化黒鉛のアスペクト比が低すぎると、上記積層面に交差する方向に加わった外力に対する補強効果が十分でないことがある。薄片化黒鉛のアスペクト比が高すぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。従って、薄片化黒鉛のアスペクト比の好ましい下限は5程度であり、好ましい上限は600程度である。より好ましくは、上記アスペクト比が、5以上、100以下の範囲にあることが望ましい。   The ratio of the maximum dimension in the laminate surface direction of exfoliated graphite to the thickness of exfoliated graphite is represented by the aspect ratio. If the aspect ratio of exfoliated graphite is too low, the reinforcing effect against external force applied in the direction intersecting the laminated surface may not be sufficient. If the aspect ratio of exfoliated graphite is too high, the effect may be saturated and a further reinforcing effect may not be expected. Therefore, the preferable lower limit of the aspect ratio of exfoliated graphite is about 5, and the preferable upper limit is about 600. More preferably, the aspect ratio is in the range of 5 or more and 100 or less.

薄片化黒鉛は、剛直であり、屈曲し難い。特に、第2の発明においては、最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bで表される屈曲度が、0.7以上、1.0以下であることが好ましい。薄片化黒鉛の屈曲度が上記範囲内にある場合、より少量の薄片化黒鉛の添加によっても、樹脂の機械的強度を効果的に高めることができる。   Exfoliated graphite is rigid and difficult to bend. In particular, in the second invention, when the shortest distance between both ends facing each other at the maximum distance is A and the distance between the both ends is B, the degree of bending represented by A / B is: It is preferable that it is 0.7 or more and 1.0 or less. When the degree of bending of exfoliated graphite is within the above range, the mechanical strength of the resin can be effectively increased by adding a smaller amount of exfoliated graphite.

上記薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さいことが好ましい。この場合、薄片化黒鉛の樹脂中での分散性をより一層高めることができ、かつ導電性を高めることができる。上記抵抗値は以下の方法で測定することができる。   The exfoliated graphite preferably has a resistance value of less than 1 MΩ at a temperature of 25 ° C. when dispersed in 10 g of isopropyl alcohol at a weight of 0.128 g. In this case, the dispersibility of exfoliated graphite in the resin can be further increased, and the conductivity can be increased. The resistance value can be measured by the following method.

まず、イソプロピルアルコール10gと、薄片化黒鉛0.128gとを、20mlの容器に入れ、28kHzで1分間、超音波を印加することにより分散液を得る。得られた分散液の温度を25℃とし、スターラーで撹拌させながらテスターを挿入する。挿入してから2分後のデータを読み取り温度25℃における抵抗値とした。なお、テスターのプラス端子とマイナス端子とは、端子間距離を2cmとし、液面から1cmの深さで分散液中に挿入するものとする。   First, 10 g of isopropyl alcohol and 0.128 g of exfoliated graphite are placed in a 20 ml container, and a dispersion is obtained by applying ultrasonic waves at 28 kHz for 1 minute. The temperature of the obtained dispersion is 25 ° C., and a tester is inserted while stirring with a stirrer. The data 2 minutes after the insertion was read as the resistance value at a temperature of 25 ° C. Note that the positive terminal and the negative terminal of the tester are inserted into the dispersion at a distance of 2 cm between the terminals and at a depth of 1 cm from the liquid surface.

第2の発明に係る薄片化黒鉛には、化合物がグラフトされている。好ましくは、分子鎖の短い化合物がグラフトされていることが望ましい。本明細書においては、上記化合物がグラフトされている薄片化黒鉛も総称して薄片化黒鉛という場合があるものとする。また、分子鎖の短い化合物とは、重量平均分子量が、50〜1000の範囲にある化合物のことをいう。樹脂への分散性をより一層高める観点から、薄片化黒鉛にグラフトされる化合物の重量平均分子量は、90〜500の範囲にあることが好ましく、90〜200の範囲にあることがより好ましい。   The exfoliated graphite according to the second invention is grafted with a compound. Preferably, a compound having a short molecular chain is grafted. In the present specification, exfoliated graphite to which the above compound is grafted is also generically called exfoliated graphite. A compound having a short molecular chain refers to a compound having a weight average molecular weight in the range of 50 to 1,000. From the viewpoint of further increasing the dispersibility in the resin, the weight average molecular weight of the compound grafted on the exfoliated graphite is preferably in the range of 90 to 500, and more preferably in the range of 90 to 200.

薄片化黒鉛にグラフトされる化合物としては、特に限定されず、例えば、Diels−Alder反応性化合物、Friedel−Crafts反応性化合物、ラジカル反応性の化合物又はシクロペンタジエニル錯体化合物等が挙げられる。なかでも、分子鎖のより一層短い化合物がグラフトされることから、Diels−Alder反応性化合物又はFriedel−Crafts反応性化合物であることが好ましい。   The compound to be grafted on exfoliated graphite is not particularly limited, and examples thereof include Diels-Alder reactive compounds, Friedel-Crafts reactive compounds, radical reactive compounds, and cyclopentadienyl complex compounds. Among these, since a compound having a shorter molecular chain is grafted, a Diels-Alder reactive compound or a Friedel-Crafts reactive compound is preferable.

Diels−Alder反応性化合物としては、一般的なジエン、および親ジエン体であればいずれも用いることができ、例えば無水マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイミド等のマレイン酸類;テトラシアノエチレン、フマル酸ジメチル、アクロレイン等のアルケン類;アセチレンジカルボン酸ジメチル等のアルキン類;ベンゾキノン、アントラキノン、キノジメタン、シクロペンタジエン、シクロヘキセン等の環状ジエン、親ジエン体;アントラセン等のアセン類;フルフリルアルコール、フルフラール等のフラン類;2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のブタジエン類;ベンザイン等のアライン類;ベンジリデンアニリン等のイミン類;スチレンやそれらの誘導体などが挙げられる。   As the Diels-Alder reactive compound, any general diene and parent diene can be used. For example, maleic acids such as maleic anhydride, dimethyl maleate, maleimide; tetracyanoethylene, dimethyl fumarate Alkenes such as dimethyl acetylenedicarboxylate; Cyclic dienes such as benzoquinone, anthraquinone, quinodimethane, cyclopentadiene, cyclohexene, and parent dienes; acenes such as anthracene; Furans such as furfuryl alcohol and furfural Butadienes such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene; aligns such as benzyne; imines such as benzylideneaniline; styrene and derivatives thereof.

Friedel−Crafts反応性化合物としては、一般的なハロゲン化物やカルボン酸ハロゲン化物、酸無水物等であればいずれも用いることができ、例えばN−クロロオクタンやN−オクタノイルクロリド等のアルキルハロゲンや脂肪族酸ハロゲン化物;ベンゾイルクロライド等の安息香酸ハロゲン化物、又は無水コハク酸や無水フタル酸、無水プロピオン酸等の酸無水物などを用いることができる。   As the Friedel-Crafts reactive compound, any of general halides, carboxylic acid halides, acid anhydrides and the like can be used. For example, alkyl halogen such as N-chlorooctane and N-octanoyl chloride, Aliphatic acid halides; benzoic acid halides such as benzoyl chloride, or acid anhydrides such as succinic anhydride, phthalic anhydride, and propionic anhydride can be used.

ラジカル反応性の化合物としては、(メタ)アクリル基、ビニル基、ビニルエーテル基、グリシジル基、チオール基、ハロゲン基などを有する化合物を挙げることができる。   Examples of the radical reactive compound include compounds having a (meth) acryl group, a vinyl group, a vinyl ether group, a glycidyl group, a thiol group, a halogen group, and the like.

また、シクロペンタジエニル錯体化合物としては、フェロセン、ニッケロセン、チタノセン、ジルコノセンやそれらの誘導体が挙げられる。すなわち、薄片化黒鉛に他の化合物がグラフトする限りグラフトの形態は特に限定されず、シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた配位結合により化合物が薄片化黒鉛に結合されていてもよい。シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた結合である場合には、薄片化後の洗浄等により化合物を除去することができ、好ましい。   Examples of the cyclopentadienyl complex compound include ferrocene, nickelocene, titanocene, zirconocene and derivatives thereof. That is, as long as another compound is grafted on exfoliated graphite, the form of grafting is not particularly limited, and the compound may be bonded to exfoliated graphite by a coordinate bond using a cyclopentadienyl complex compound. In the case of a bond using a cyclopentadienyl complex compound, the compound can be removed by washing after slicing or the like, which is preferable.

このような薄片化黒鉛にグラフトされる化合物は、一度剥離したグラフェンの再積層化や凝集を妨げる効果があり、溶媒や樹脂分散性に優れる。従って、化合物のグラフト量は、得られた薄片化黒鉛100重量%に対し、0.5〜100重量%であることが好ましい。   Such a compound grafted on exfoliated graphite has an effect of preventing re-lamination and agglomeration of once peeled graphene, and is excellent in solvent and resin dispersibility. Therefore, the graft amount of the compound is preferably 0.5 to 100% by weight with respect to 100% by weight of the exfoliated graphite obtained.

上記グラフトされている化合物の検出は、NMRやIR、熱重量測定等の既知の分析法により検出することができる。検出方法としては、特定の分析法に限定されないが、簡便さと定量性の観点から通常、熱重量測定が用いられる。この熱重量測定では、化合物が薄片化黒鉛にグラフトしている場合、一般的にその分解温度が通常の分解温度よりも高温側で検出される。また、この熱分解物の構造解析の目的で、MS測定などを組み合わせてもよい。   The grafted compound can be detected by a known analysis method such as NMR, IR, or thermogravimetry. The detection method is not limited to a specific analysis method, but thermogravimetry is usually used from the viewpoint of simplicity and quantification. In this thermogravimetry, when the compound is grafted on exfoliated graphite, the decomposition temperature is generally detected on the higher temperature side than the normal decomposition temperature. Moreover, you may combine MS measurement etc. for the purpose of the structural analysis of this thermal decomposition product.

粘度;
第2の発明において、粘度は以下の方法で測定することができる。まず、イソプロピルアルコールと薄片化黒鉛とを、薄片化黒鉛の濃度が1重量%になるようにスクリュー管の中に測りとる。その後、超音波を28kHzで1分間照射し、薄片化黒鉛を十分に分散させる。その分散液の粘度を回転式粘度計(東機産業社製)を用いて測定する。測定を開始し、定常状態になって粘度が変化しなくなった時の値を分散液の粘度として評価する。
viscosity;
In the second invention, the viscosity can be measured by the following method. First, isopropyl alcohol and exfoliated graphite are measured in a screw tube so that the concentration of exfoliated graphite becomes 1% by weight. Then, an ultrasonic wave is irradiated for 1 minute at 28 kHz, and exfoliated graphite is fully disperse | distributed. The viscosity of the dispersion is measured using a rotary viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement is started, and the value at the time when the viscosity is no longer changed in the steady state is evaluated as the viscosity of the dispersion.

第2の発明に係る薄片化黒鉛では、このような方法で測定された粘度が、4.0mPa・s以上であり、粘度が高い。そのため、第2の発明に係る薄片化黒鉛は、樹脂の弾性率を高めることができる。この理由については、以下のように説明される。   In the exfoliated graphite according to the second invention, the viscosity measured by such a method is 4.0 mPa · s or more, and the viscosity is high. Therefore, exfoliated graphite according to the second invention can increase the elastic modulus of the resin. The reason for this will be explained as follows.

通常の薄片化黒鉛に化合物がグラフトする場合、グラフェンのエッジ部分に化合物がグラフトする。これに対して、第2の発明の薄片化黒鉛では、グラフェン層間においても、化合物が一部グラフトし、層間が開いている。そのため、有機溶媒中においては、グラフェン層間に有機溶媒が侵入し、薄片化黒鉛が膨潤したり、有機溶媒分子の自由運動が拘束されたりする。その結果、薄片化黒鉛が分散した溶媒の粘度が向上することとなる。   When a compound is grafted on ordinary exfoliated graphite, the compound is grafted on the edge portion of graphene. On the other hand, in the exfoliated graphite of the second invention, the compound is partially grafted even between the graphene layers, and the layers are open. Therefore, in the organic solvent, the organic solvent penetrates between the graphene layers, the exfoliated graphite swells, and the free movement of the organic solvent molecules is restricted. As a result, the viscosity of the solvent in which exfoliated graphite is dispersed is improved.

また、第2の発明に係る薄片化黒鉛においては、上記のようにグラフェン層間においても化合物がグラフトされているため、樹脂中に添加すると、樹脂もグラフェン層間に浸入する。グラフェンの層間において、樹脂は拘束されるので、得られた複合材料の弾性率がより一層効果的に高められることとなる。   In the exfoliated graphite according to the second invention, since the compound is grafted also between the graphene layers as described above, the resin also penetrates between the graphene layers when added to the resin. Since the resin is constrained between the graphene layers, the elastic modulus of the obtained composite material can be more effectively increased.

このように、第2の発明においては、薄片化黒鉛の粘度が高い範囲内にあるため、すなわちグラフェン層間において、化合物がグラフトされ層間が開いているため、樹脂の弾性率を効果的に高めることができる。   As described above, in the second invention, since the exfoliated graphite has a high viscosity, that is, the compound is grafted between the graphene layers and the layers are opened, so that the elastic modulus of the resin is effectively increased. Can do.

さらに、第2の発明においては、薄片化黒鉛の粘度が、4.5mPa・s以上であることが好ましく、5.0mPa・s以上であることがより好ましい。上記範囲内にある場合、樹脂の弾性率をより一層高めることができる。また、薄片化黒鉛の粘度は、100mPa・s以下であることが好ましく、10mPa・s以下であることがより好ましく、6mPa・s以下であることがさらに好ましい。   Furthermore, in the second invention, the exfoliated graphite preferably has a viscosity of 4.5 mPa · s or more, and more preferably 5.0 mPa · s or more. When it exists in the said range, the elasticity modulus of resin can be raised further. Further, the viscosity of exfoliated graphite is preferably 100 mPa · s or less, more preferably 10 mPa · s or less, and further preferably 6 mPa · s or less.

D/G比;
第2の発明に係る薄片化黒鉛では、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比(Dバンドのピーク強度/Gバンドのピーク強度)としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値であることが好ましい。
D / G ratio;
In the exfoliated graphite according to the second invention, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ratio between the D band and the G band is the D / G ratio (D band peak intensity / G band peak intensity). The rate of change in the D / G ratio represented by the following formula (1) when heated at 200 ° C. for 1 hour is preferably a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

ラマンスペクトルにおけるDバンドは、欠陥構造に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Dバンドは、通常、ラマンスペクトルの1349〜1353cm−1付近に観察される。 The D band in the Raman spectrum is a peak derived from the defect structure. In exfoliated graphite, the D band is usually observed in the vicinity of 1349 to 1353 cm −1 of the Raman spectrum.

他方、ラマンスペクトルにおけるGバンドは、炭素原子の6員環構造の面内伸縮振動に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Gバンドは、通常、ラマンスペクトルの1578〜1592cm−1付近に観察される。 On the other hand, the G band in the Raman spectrum is a peak derived from in-plane stretching vibration of a six-membered ring structure of carbon atoms. In exfoliated graphite, the G band is usually observed in the vicinity of 1578 to 1592 cm −1 of the Raman spectrum.

Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比であるD/G比は、薄片化黒鉛の不規則構造の割合を示しており、D/G比が高いほど構造の乱れが大きくなっていると判断される。   The D / G ratio, which is the peak intensity ratio between the D band and the G band, indicates the proportion of the irregular structure of exfoliated graphite, and it is determined that the higher the D / G ratio, the greater the disorder of the structure. Is done.

第2の発明に係る薄片化黒鉛のD/G比は、0.1〜0.3の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.25の範囲内であり、さらに好ましくは、0.1〜0.2の範囲内である。薄片化黒鉛のD/G比が、上記範囲内にある場合、より一層効果的に樹脂の弾性率を向上させることができる。   The D / G ratio of exfoliated graphite according to the second invention is preferably in the range of 0.1 to 0.3. More preferably, it exists in the range of 0.1-0.25, More preferably, it exists in the range of 0.1-0.2. When the D / G ratio of exfoliated graphite is within the above range, the elastic modulus of the resin can be improved more effectively.

第2の発明においては、200℃、1時間の条件で加熱処理した際の上記式(1)で表される、D/G比の変化率(%)が負の値であることが好ましい。この場合、樹脂への分散性がより一層に高められ、樹脂の弾性率がより一層効果的に高められる。あるいは、より少量の薄片化黒鉛の添加で樹脂の機械的強度を高めることができる。   In 2nd invention, it is preferable that the change rate (%) of D / G ratio represented by the said Formula (1) at the time of heat-processing on 200 degreeC and 1 hour conditions is a negative value. In this case, the dispersibility in the resin is further increased, and the elastic modulus of the resin is further effectively increased. Alternatively, the mechanical strength of the resin can be increased by adding a smaller amount of exfoliated graphite.

また、第2の発明において、上記D/G比の変化率は、0%より小さく、−20%以上であることが好ましい。D/G比の変化率が−20%未満である場合、薄片化黒鉛のsp欠陥構造が増加し、薄片化黒鉛の物性が低下することがある。そのため、複合材料にしたときに物性が向上し難くなる。 In the second invention, the change rate of the D / G ratio is preferably less than 0% and not less than -20%. When the rate of change in the D / G ratio is less than −20%, the sp 2 defect structure of exfoliated graphite may increase, and the physical properties of exfoliated graphite may deteriorate. Therefore, it becomes difficult to improve physical properties when a composite material is used.

なお、第2の発明に係る薄片化黒鉛は、例えば、後述の製造方法の欄で説明する製造方法により製造することができる。   The exfoliated graphite according to the second invention can be manufactured by, for example, a manufacturing method described in the column of manufacturing method described later.

(第3の発明)
第3の発明に係る薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さい。従って、第3の発明に係る薄片化黒鉛は、樹脂中での分散性が高く、かつ導電性に優れている。また、上記薄片化黒鉛は、樹脂中での分散性が高いことから、樹脂の機械的強度を効果的に高めることができる。
(Third invention)
The exfoliated graphite according to the third invention has a resistance value less than 1 MΩ at a temperature of 25 ° C. when dispersed in 10 g of isopropyl alcohol at a weight of 0.128 g. Therefore, exfoliated graphite according to the third invention has high dispersibility in the resin and is excellent in conductivity. Moreover, since the exfoliated graphite has high dispersibility in the resin, the mechanical strength of the resin can be effectively increased.

薄片化黒鉛;
本明細書において、薄片化黒鉛とは、グラフェン積層構造を有する炭素材料を剥離処理して得られるものであり、元の炭素材料よりも薄いグラフェンシートの積層体をいう。
Exfoliated graphite;
In the present specification, exfoliated graphite is obtained by exfoliating a carbon material having a graphene laminated structure, and means a laminate of graphene sheets thinner than the original carbon material.

グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、黒鉛などの複数のグラフェンが積層されている構造を有する炭素材料を用いることができる。また、黒鉛原料として黒鉛に酸処理を施した熱膨張性黒鉛や、その熱膨張性黒鉛を加熱膨張化させた膨張黒鉛を用いてもよい。なお、天然黒鉛よりもグラフェン積層数が少ない、一次薄片化黒鉛を炭素材料として用いてもよい。   As the carbon material having a graphene stacked structure, a carbon material having a structure in which a plurality of graphene such as graphite is stacked can be used. Further, as the graphite raw material, thermally expandable graphite obtained by subjecting graphite to acid treatment or expanded graphite obtained by heating and expanding the thermally expandable graphite may be used. Note that primary exfoliated graphite having a smaller number of graphene layers than natural graphite may be used as the carbon material.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシート積層数は、元の炭素材料より少なければよいが、通常、数層〜数千層程度である。樹脂の引張弾性率等の機械的強度を効果的に高める観点から、積層数は、600層以下であることが好ましく、400層以下であることがより好ましい。   The number of graphene sheets laminated in exfoliated graphite should be less than the original carbon material, but is usually several layers to several thousand layers. From the viewpoint of effectively increasing the mechanical strength such as the tensile elastic modulus of the resin, the number of laminated layers is preferably 600 layers or less, and more preferably 400 layers or less.

上記のように、薄片化黒鉛は、薄いグラフェンシートが積層された構造を有する。特に、第3の発明においては、薄片化黒鉛の厚みが、6nm以上、400nm以下であることが好ましく、6nm以上、300nm以下であることがより好ましく、6nm以上、200nm以下であることがさらに好ましい。薄片化黒鉛の厚みが厚すぎると、樹脂中に十分に分散されないことがある。   As described above, exfoliated graphite has a structure in which thin graphene sheets are laminated. In particular, in the third invention, the thickness of exfoliated graphite is preferably 6 nm or more and 400 nm or less, more preferably 6 nm or more and 300 nm or less, and further preferably 6 nm or more and 200 nm or less. . If the exfoliated graphite is too thick, it may not be sufficiently dispersed in the resin.

上記薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法は、3.0μm以上、1000μm以下であることが好ましい。積層面方向の最大寸法が小さすぎると、十分に樹脂の機械的強度を高められないことがある。他方、積層面方向の最大寸法が大きすぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。   The maximum dimension of the exfoliated graphite in the laminated surface direction is preferably 3.0 μm or more and 1000 μm or less. If the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too small, the mechanical strength of the resin may not be sufficiently increased. On the other hand, if the maximum dimension in the direction of the laminated surface is too large, the effect is saturated and a further reinforcing effect may not be expected.

また、第3の発明に係る薄片化黒鉛はアスペクト比が、5以上、600以下の範囲内にあることが好ましく、5以上、400以下の範囲内にあることがより好ましく、5以上、200以下の範囲内にあることがさらに好ましく、5以上、100以下の範囲内にあることが特に好ましい。なお、第3の発明において、アスペクト比とは、薄片化黒鉛の厚みに対する薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法の比のことをいう。   Further, the exfoliated graphite according to the third invention preferably has an aspect ratio in the range of 5 or more and 600 or less, more preferably in the range of 5 or more and 400 or less, and more preferably 5 or more and 200 or less. Is more preferably in the range of 5 or more and 100 or less. In the third invention, the aspect ratio refers to the ratio of the maximum dimension in the laminated surface direction of exfoliated graphite to the thickness of exfoliated graphite.

薄片化黒鉛のアスペクト比が低すぎると、上記積層面に交差する方向に加わった外力に対する補強効果が十分でないことがある。薄片化黒鉛のアスペクト比が高すぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。   If the aspect ratio of exfoliated graphite is too low, the reinforcing effect against external force applied in the direction intersecting the laminated surface may not be sufficient. If the aspect ratio of exfoliated graphite is too high, the effect may be saturated and a further reinforcing effect may not be expected.

上記薄片化黒鉛は、イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上であることが好ましい。この場合、薄片化黒鉛の樹脂中での分散性をより一層高めることができ、樹脂の機械的物性をより一層効果的に高めることができる。   The exfoliated graphite preferably has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight. In this case, the dispersibility of exfoliated graphite in the resin can be further improved, and the mechanical properties of the resin can be further effectively improved.

なお、上記粘度は以下の方法で測定することができる。まず、イソプロピルアルコールと薄片化黒鉛とを、薄片化黒鉛の濃度が1重量%になるようにスクリュー管の中に測りとる。その後、超音波を28kHzで1分間照射し、薄片化黒鉛を十分に分散させる。その分散液の粘度を回転式粘度計(東機産業社製)を用いて測定する。測定を開始し、定常状態になって粘度が変化しなくなったときの値を分散液の粘度として評価する。   The viscosity can be measured by the following method. First, isopropyl alcohol and exfoliated graphite are measured in a screw tube so that the concentration of exfoliated graphite becomes 1% by weight. Then, an ultrasonic wave is irradiated for 1 minute at 28 kHz, and exfoliated graphite is fully disperse | distributed. The viscosity of the dispersion is measured using a rotary viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement is started, and the value at the time when the viscosity does not change in a steady state is evaluated as the viscosity of the dispersion.

第3の発明に係る薄片化黒鉛には、化合物がグラフトされていることが望ましい。好ましくは、分子鎖の短い化合物がグラフトされていることが望ましい。本明細書においては、上記化合物がグラフトされている薄片化黒鉛も総称して薄片化黒鉛という場合があるものとする。また、分子鎖の短い化合物とは、分子量が、30〜1000の範囲にある化合物のことをいう。   The exfoliated graphite according to the third invention is desirably grafted with a compound. Preferably, a compound having a short molecular chain is grafted. In the present specification, exfoliated graphite to which the above compound is grafted is also generically called exfoliated graphite. A compound having a short molecular chain refers to a compound having a molecular weight in the range of 30 to 1,000.

薄片化黒鉛に化合物がグラフトされている場合、分散液中において、薄片化黒鉛が凝集し難く、再スタックし難い。この場合、薄片化黒鉛の分散液中への分散性をより一層高めることができ、粒子間距離をより一層近づけることができる。従って、薄片化黒鉛の抵抗値をより一層低めることができる。また、薄片化黒鉛に化合物がグラフトされている場合、樹脂中への分散性もより一層高めることができる。   When the compound is grafted on exfoliated graphite, exfoliated graphite is less likely to aggregate in the dispersion and restacking is difficult. In this case, the dispersibility of exfoliated graphite in the dispersion can be further improved, and the interparticle distance can be further reduced. Therefore, the resistance value of exfoliated graphite can be further reduced. Moreover, when the compound is grafted on exfoliated graphite, the dispersibility in the resin can be further enhanced.

分散液中や樹脂中での分散性をより一層高める観点から、薄片化黒鉛にグラフトされる化合物の分子量は、40〜600の範囲にあることが好ましく、50〜400の範囲にあることがより好ましい。   From the viewpoint of further enhancing the dispersibility in the dispersion or resin, the molecular weight of the compound grafted on the exfoliated graphite is preferably in the range of 40 to 600, more preferably in the range of 50 to 400. preferable.

薄片化黒鉛にグラフトされる化合物としては、特に限定されず、例えば、Diels−Alder反応性化合物、Friedel−Crafts反応性化合物、ラジカル反応性の化合物又はシクロペンタジエニル錯体化合物等が挙げられる。なかでも、分子鎖のより一層短い化合物がグラフトされることから、Diels−Alder反応性化合物又はFriedel−Crafts反応性化合物であることが好ましい。   The compound to be grafted on exfoliated graphite is not particularly limited, and examples thereof include Diels-Alder reactive compounds, Friedel-Crafts reactive compounds, radical reactive compounds, and cyclopentadienyl complex compounds. Among these, since a compound having a shorter molecular chain is grafted, a Diels-Alder reactive compound or a Friedel-Crafts reactive compound is preferable.

Diels−Alder反応性化合物としては、一般的なジエン、および親ジエン体であればいずれも用いることができ、例えば無水マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイミド等のマレイン酸類;テトラシアノエチレン、フマル酸ジメチル、アクロレイン等のアルケン類;アセチレンジカルボン酸ジメチル等のアルキン類;ベンゾキノン、アントラキノン、キノジメタン、シクロペンタジエン、シクロヘキセン等の環状ジエン、親ジエン体;アントラセン等のアセン類;フルフリルアルコール、フルフラール等のフラン類;2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のブタジエン類;ベンザイン等のアライン類;ベンジリデンアニリン等のイミン類;スチレンやそれらの誘導体などが挙げられる。   As the Diels-Alder reactive compound, any general diene and parent diene can be used. For example, maleic acids such as maleic anhydride, dimethyl maleate, maleimide; tetracyanoethylene, dimethyl fumarate Alkenes such as dimethyl acetylenedicarboxylate; Cyclic dienes such as benzoquinone, anthraquinone, quinodimethane, cyclopentadiene, cyclohexene, and parent dienes; acenes such as anthracene; Furans such as furfuryl alcohol and furfural Butadienes such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene; aligns such as benzyne; imines such as benzylideneaniline; styrene and derivatives thereof.

Friedel−Crafts反応性化合物としては、一般的なハロゲン化物やカルボン酸ハロゲン化物、酸無水物等であればいずれも用いることができ、例えばN−クロロオクタンやN−オクタノイルクロリド等のアルキルハロゲンや脂肪族酸ハロゲン化物;ベンゾイルクロライド等の安息香酸ハロゲン化物、又は無水コハク酸や無水フタル酸、無水プロピオン酸等の酸無水物などを用いることができる。   As the Friedel-Crafts reactive compound, any of general halides, carboxylic acid halides, acid anhydrides and the like can be used. For example, alkyl halogen such as N-chlorooctane and N-octanoyl chloride, Aliphatic acid halides; benzoic acid halides such as benzoyl chloride, or acid anhydrides such as succinic anhydride, phthalic anhydride, and propionic anhydride can be used.

ラジカル反応性の化合物としては、(メタ)アクリル基、ビニル基、ビニルエーテル基、グリシジル基、チオール基、ハロゲン基など有する化合物を挙げることができる。   Examples of the radical reactive compound include compounds having (meth) acryl group, vinyl group, vinyl ether group, glycidyl group, thiol group, halogen group and the like.

また、シクロペンタジエニル錯体化合物としては、フェロセン、ニッケロセン、チタノセン、ジルコノセンやそれらの誘導体が挙げられる。すなわち、薄片化黒鉛に他の化合物がグラフトする限りグラフトの形態は特に限定されず、シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた配位結合により化合物が薄片化黒鉛に結合されていてもよい。シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた結合である場合には、薄片化後の洗浄等により化合物を除去することができ、好ましい。   Examples of the cyclopentadienyl complex compound include ferrocene, nickelocene, titanocene, zirconocene and derivatives thereof. That is, as long as another compound is grafted on exfoliated graphite, the form of grafting is not particularly limited, and the compound may be bonded to exfoliated graphite by a coordinate bond using a cyclopentadienyl complex compound. In the case of a bond using a cyclopentadienyl complex compound, the compound can be removed by washing after slicing or the like, which is preferable.

このような薄片化黒鉛にグラフトされる化合物は、一度剥離したグラフェンの再積層化や凝集を妨げる効果があり、溶媒や樹脂分散性に優れる。従って、化合物のグラフト量は、得られた薄片化黒鉛100重量部に対し、0.5〜100重量部であることが好ましい。   Such a compound grafted on exfoliated graphite has an effect of preventing re-lamination and agglomeration of once peeled graphene, and is excellent in solvent and resin dispersibility. Therefore, the graft amount of the compound is preferably 0.5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the exfoliated graphite obtained.

上記グラフトされている化合物の検出は、NMRやIR、熱重量測定等の既知の分析法により検出することができる。検出方法としては、特定の分析法に限定されないが、簡便さと定量性の観点から通常、熱重量測定が用いられる。この熱重量測定では、化合物が薄片化黒鉛にグラフトしている場合、一般的にその分解温度が通常の分解温度よりも高温側で検出される。また、この熱分解物の構造解析の目的で、MS測定などを組み合わせてもよい。   The grafted compound can be detected by a known analysis method such as NMR, IR, or thermogravimetry. The detection method is not limited to a specific analysis method, but thermogravimetry is usually used from the viewpoint of simplicity and quantification. In this thermogravimetry, when the compound is grafted on exfoliated graphite, the decomposition temperature is generally detected on the higher temperature side than the normal decomposition temperature. Moreover, you may combine MS measurement etc. for the purpose of the structural analysis of this thermal decomposition product.

抵抗値;
第3の発明において、抵抗値は以下の方法で測定することができる。
Resistance value;
In the third invention, the resistance value can be measured by the following method.

まず、イソプロピルアルコール10gと、薄片化黒鉛0.128gとを、20mlの容器に入れ、28kHzで1分間、超音波を印加することにより分散液を得る。得られた分散液の温度を25℃とし、スターラーで撹拌させながらテスターを挿入する。挿入してから2分後のデータを読み取り温度25℃における抵抗値とした。なお、テスターのプラス端子とマイナス端子とは、端子間距離を2cmとし、液面から1cmの深さで分散液中に挿入するものとする。   First, 10 g of isopropyl alcohol and 0.128 g of exfoliated graphite are placed in a 20 ml container, and a dispersion is obtained by applying ultrasonic waves at 28 kHz for 1 minute. The temperature of the obtained dispersion is 25 ° C., and a tester is inserted while stirring with a stirrer. The data 2 minutes after the insertion was read as the resistance value at a temperature of 25 ° C. Note that the positive terminal and the negative terminal of the tester are inserted into the dispersion at a distance of 2 cm between the terminals and at a depth of 1 cm from the liquid surface.

第3の発明においては、上記の方法により測定された分散液の抵抗値が、1MΩより小さい。そのため、第3の発明に係る薄片化黒鉛は、かつ導電性に優れており、かつ樹脂中への分散性が高められている。薄片化黒鉛の抵抗値は、例えば、酸化過程を含まない製造方法により製造したり、薄片化黒鉛に化合物をグラフトさせたりすることにより低めることができる。   In the third invention, the resistance value of the dispersion measured by the above method is smaller than 1 MΩ. Therefore, exfoliated graphite according to the third invention is excellent in conductivity and dispersibility in the resin is enhanced. The resistance value of exfoliated graphite can be lowered by, for example, producing by a production method that does not include an oxidation process, or by grafting a compound to exfoliated graphite.

さらに、第3の発明においては、薄片化黒鉛の抵抗値が、1Ω以上、1MΩ以下の範囲にあることが好ましく、100Ω以上、0.5MΩ以下の範囲にあることがより好ましく、100Ω以上、0.3MΩ以下の範囲にあることがさらに好ましい。上記範囲内にある場合、導電性や、樹脂中への分散性をより一層高めることができる。   Furthermore, in the third invention, the resistance value of exfoliated graphite is preferably in the range of 1Ω to 1MΩ, more preferably in the range of 100Ω to 0.5MΩ, more preferably 100Ω to 0 More preferably, it is in the range of 3 MΩ or less. When it exists in the said range, electroconductivity and the dispersibility in resin can be improved further.

D/G比;
第3の発明に係る薄片化黒鉛では、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比(Dバンドのピーク強度/Gバンドのピーク強度)としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率(%)が負の値であることが好ましい。
D / G ratio;
In the exfoliated graphite according to the third invention, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ratio between the D band and the G band is the D / G ratio (D band peak intensity / G band peak intensity). The rate of change (%) in the D / G ratio expressed by the following formula (1) when heated at 200 ° C. for 1 hour is preferably a negative value.

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

本明細書において、D/G比とは、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比のことをいう。   In this specification, the D / G ratio means a peak intensity ratio between the D band and the G band in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy.

ラマンスペクトルにおけるDバンドは、欠陥構造に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Dバンドは、通常、ラマンスペクトルの1349〜1353cm−1付近に観察される。 The D band in the Raman spectrum is a peak derived from the defect structure. In exfoliated graphite, the D band is usually observed in the vicinity of 1349 to 1353 cm −1 of the Raman spectrum.

他方、ラマンスペクトルにおけるGバンドは、炭素原子の6員環構造の面内伸縮振動に由来するピ−クである。薄片化黒鉛において、Gバンドは、通常、ラマンスペクトルの1578〜1592cm−1付近に観察される。 On the other hand, the G band in the Raman spectrum is a peak derived from in-plane stretching vibration of a six-membered ring structure of carbon atoms. In exfoliated graphite, the G band is usually observed in the vicinity of 1578 to 1592 cm −1 of the Raman spectrum.

Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比であるD/G比は、薄片化黒鉛の結晶化度の高さを示しており、D/G比が高いほど構造の乱れが大きく、結晶性が低くなっていると判断される。   The D / G ratio, which is the peak intensity ratio between the D band and the G band, indicates the degree of crystallinity of exfoliated graphite. The higher the D / G ratio, the greater the disorder of the structure and the higher the crystallinity. It is judged to be low.

第3の発明に係る薄片化黒鉛のD/G比は、0.1〜0.3の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.25の範囲内であり、さらに好ましくは、0.1〜0.2の範囲内である。薄片化黒鉛のD/G比が、上記範囲内にある場合、より一層効果的に樹脂中への分散性を高めることができる。   The D / G ratio of exfoliated graphite according to the third invention is preferably in the range of 0.1 to 0.3. More preferably, it exists in the range of 0.1-0.25, More preferably, it exists in the range of 0.1-0.2. When the D / G ratio of exfoliated graphite is within the above range, the dispersibility in the resin can be more effectively increased.

第3の発明においては、200℃、1時間の条件で加熱処理した際の上記式(1)で表される、D/G比の変化率(%)が負の値であることが好ましい。この場合、樹脂中への分散性や、導電性をより一層高めることができる。また、樹脂中での分散性が高められることから、樹脂の弾性率もより一層高めることができる。   In 3rd invention, it is preferable that the change rate (%) of D / G ratio represented by the said Formula (1) at the time of heat-processing on 200 degreeC and 1 hour conditions is a negative value. In this case, dispersibility in the resin and conductivity can be further improved. In addition, since the dispersibility in the resin is improved, the elastic modulus of the resin can be further increased.

また、第3の発明において、上記D/G比の変化率は、−5%以下であることが好ましい。また、D/G比の変化率は、−20%より大きいことが好ましく、−10%より大きいことがより好ましい。D/G比の変化率が、上記範囲内である場合、グラフト鎖が薄片化黒鉛の凝集や、再スタックをより一層防止することができ、樹脂中への分散性をより一層高めることができる。そのため、樹脂の引張弾性率をより一層高めることができる。   In the third invention, the change rate of the D / G ratio is preferably -5% or less. Further, the change rate of the D / G ratio is preferably larger than −20%, and more preferably larger than −10%. When the change rate of the D / G ratio is within the above range, the graft chain can further prevent flaking graphite from agglomerating and restacking, and the dispersibility in the resin can be further enhanced. . Therefore, the tensile elastic modulus of the resin can be further increased.

なお、第3の発明に係る薄片化黒鉛は、例えば、後述の製造方法の欄で説明する製造方法により製造することができる。   The exfoliated graphite according to the third invention can be manufactured by, for example, a manufacturing method described in the column of manufacturing method described later.

以下、第1〜第3の発明(以下、第1〜第3の発明を、本発明と総称するものとする)に係る薄片化黒鉛の製造方法、電極材料及び薄片化黒鉛−樹脂複合材料についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, a method for producing exfoliated graphite, an electrode material, and an exfoliated graphite-resin composite material according to the first to third inventions (hereinafter, the first to third inventions are collectively referred to as the present invention) Further details will be described.

(薄片化黒鉛の製造方法)
本発明に係る薄片化黒鉛の製造方法は、特に限定されない。例えば、以下の方法により、製造することができる。
(Method for producing exfoliated graphite)
The method for producing exfoliated graphite according to the present invention is not particularly limited. For example, it can be produced by the following method.

まず、上述したグラフェン積層構造を有する炭素材料を、20℃における表面張力が50mN/m以下である液状物を含む液体に浸漬させる。しかる後、電磁波を照射し炭素材料を液体の沸点より低い温度で加熱する。それによって、炭素材料に接触している液体を気化させることなく、炭素材料を薄片化し、薄片化黒鉛を得る。上記炭素材料の薄片化は、炭素材料に化合物を化学結合させることにより、より一層確実に行うことができる。   First, the carbon material having the graphene laminated structure described above is immersed in a liquid containing a liquid material having a surface tension at 20 ° C. of 50 mN / m or less. Thereafter, the carbon material is irradiated with electromagnetic waves and heated at a temperature lower than the boiling point of the liquid. Thereby, the carbon material is exfoliated without vaporizing the liquid in contact with the carbon material, and exfoliated graphite is obtained. The thinning of the carbon material can be more reliably performed by chemically bonding a compound to the carbon material.

グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、黒鉛などの複数のグラフェンが積層されている構造を有する炭素材料を用いることができる。また、黒鉛原料として黒鉛に酸処理を施した熱膨張性黒鉛や、その熱膨張性黒鉛を加熱膨張化させた膨張黒鉛を用いてもよい。なお、天然黒鉛よりもグラフェン積層数が少ない、一次薄片化黒鉛を炭素材料として用いてもよい。   As the carbon material having a graphene stacked structure, a carbon material having a structure in which a plurality of graphene such as graphite is stacked can be used. Further, as the graphite raw material, thermally expandable graphite obtained by subjecting graphite to acid treatment or expanded graphite obtained by heating and expanding the thermally expandable graphite may be used. Note that primary exfoliated graphite having a smaller number of graphene layers than natural graphite may be used as the carbon material.

本明細書において、液体とは、20℃における表面張力が50mN/m以下である液状物、あるいは少なくとも一種の20℃における表面張力が50mN/m以下である液状物を含む液状物の混合物のことをいう。上記液状物の混合物については、混合物そのものの表面張力が50mN/m以下であってもよいし、20℃における表面張力が50mN/m以下である少なくとも一種の液状物を含んでいれば、混合物そのものの表面張力は50mN/m以下でなくともよい。   In this specification, the liquid means a liquid material having a surface tension at 20 ° C. of 50 mN / m or less, or at least one liquid mixture containing a liquid material having a surface tension at 20 ° C. of 50 mN / m or less. Say. Regarding the mixture of the liquid materials, the mixture itself may have a surface tension of 50 mN / m or less, and if it contains at least one liquid material having a surface tension at 20 ° C. of 50 mN / m or less, the mixture itself The surface tension may not be 50 mN / m or less.

例えば、炭素材料を浸漬させる液体として、炭素材料に化学結合し得る化合物を用いることができる。また、溶媒と炭素材料に結合し得る化合物の混合物を用いてもよい。   For example, a compound that can be chemically bonded to the carbon material can be used as the liquid in which the carbon material is immersed. Moreover, you may use the mixture of the compound which can couple | bond with a solvent and a carbon material.

炭素材料にグラフトさせる(化学結合させる)化合物としては、特に限定されず、例えば、Diels−Alder反応性化合物、Friedel−Crafts反応性化合物、ラジカル反応性の化合物又はシクロペンタジエニル錯体化合物等が挙げられる。なかでも、分子鎖のより短い化合物がグラフトされることから、Diels−Alder反応性化合物又はFriedel−Crafts反応性化合物であることが好ましい。   The compound to be grafted (chemically bonded) to the carbon material is not particularly limited, and examples thereof include Diels-Alder reactive compounds, Friedel-Crafts reactive compounds, radical reactive compounds, and cyclopentadienyl complex compounds. It is done. Especially, since a compound with a shorter molecular chain is grafted, it is preferably a Diels-Alder reactive compound or a Friedel-Crafts reactive compound.

Diels−Alder反応性化合物としては、一般的なジエン、および親ジエン体であればいずれも用いることができ、例えば無水マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイミド等のマレイン酸類、テトラシアノエチレン、フマル酸ジメチル、アクロレイン等のアルケン類、アセチレンジカルボン酸ジメチル等のアルキン類、ベンゾキノン、アントラキノン、キノジメタン、シクロペンタジエン、シクロヘキセン等の環状ジエン、親ジエン体、アントラセン等のアセン類、フルフリルアルコール、フルフラール等のフラン類、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のブタジエン類、ベンザイン等のアライン類、ベンジリデンアニリン等のイミン類、スチレンやそれらの誘導体などが挙げられる。   As the Diels-Alder reactive compound, any general diene and parent diene can be used. For example, maleic acid such as maleic anhydride, dimethyl maleate, maleimide, tetracyanoethylene, dimethyl fumarate, etc. , Alkenes such as acrolein, alkynes such as dimethyl acetylenedicarboxylate, cyclic dienes such as benzoquinone, anthraquinone, quinodimethane, cyclopentadiene, cyclohexene, acenes such as the parent diene, anthracene, and furans such as furfuryl alcohol and furfural Butadienes such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, alignments such as benzyne, imines such as benzylideneaniline, styrene and derivatives thereof.

Friedel−Crafts反応性化合物としては、一般的なハロゲン化物やカルボン酸ハロゲン化物、酸無水物等であればいずれも用いることができ、例えばN−クロロオクタンやN−オクタノイルクロリド等のアルキルハロゲンや脂肪族酸ハロゲン化物、ベンゾイルクロライド等の安息香酸ハロゲン化物、又は無水コハク酸や無水フタル酸、無水プロピオン酸等の酸無水物などを用いることができる。   As the Friedel-Crafts reactive compound, any of general halides, carboxylic acid halides, acid anhydrides and the like can be used. For example, alkyl halogen such as N-chlorooctane and N-octanoyl chloride, Aliphatic acid halides, benzoic acid halides such as benzoyl chloride, or acid anhydrides such as succinic anhydride, phthalic anhydride, and propionic anhydride can be used.

ラジカル反応性の化合物としては、(メタ)アクリル基、ビニル基、ビニルエーテル基、グリシジル基、チオール基、ハロゲン基など有する化合物を挙げることができる。   Examples of the radical reactive compound include compounds having (meth) acryl group, vinyl group, vinyl ether group, glycidyl group, thiol group, halogen group and the like.

また、シクロペンタジエニル錯体化合物としては、フェロセン、ニッケロセン、チタノセン、ジルコノセンやそれらの誘導体が挙げられる。すなわち、薄片化黒鉛に他の化合物がグラフトする限り化学結合の形態は特に限定されず、シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた配位結合により化合物が薄片化黒鉛に結合されていてもよい。シクロペンタジエニル錯体化合物を用いた化学結合である場合には、薄片化後の洗浄等により化合物を除去することができ、好ましい。   Examples of the cyclopentadienyl complex compound include ferrocene, nickelocene, titanocene, zirconocene and derivatives thereof. That is, the form of chemical bonding is not particularly limited as long as another compound is grafted on exfoliated graphite, and the compound may be bonded to exfoliated graphite by a coordinate bond using a cyclopentadienyl complex compound. In the case of a chemical bond using a cyclopentadienyl complex compound, the compound can be removed by washing after thinning, etc., which is preferable.

上記溶媒としては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどの炭素数8以下のアルコール類、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、ベンジルアミン、メチルベンジルアミン、N−メチルピロリドン及びN,N−ジメチルホルムアミドなどを挙げることができる。好ましくは、炭素数8以下のアルコール類、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、ベンジルアミン、メチルベンジルアミン、N−メチルピロリドン及びN,N−ジメチルホルムアミドからなる群から選択された少なくとも1種を含む。溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上の混合溶媒であってもよい。また、上記好ましい溶媒に加えて、さらに水等の他の溶媒を加えて用いてもよい。   The solvent is not particularly limited, but alcohols having 8 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, bromobenzene, dibromobenzene, benzylamine, methylbenzylamine, N- Examples include methyl pyrrolidone and N, N-dimethylformamide. Preferably, it is selected from the group consisting of alcohols having 8 or less carbon atoms, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, bromobenzene, dibromobenzene, benzylamine, methylbenzylamine, N-methylpyrrolidone and N, N-dimethylformamide. Including at least one species. Only 1 type may be used for a solvent and 2 or more types of mixed solvents may be sufficient as it. Further, in addition to the above preferred solvent, another solvent such as water may be added.

上述したように本製造方法においては、液体に浸漬されている炭素材料に電磁波を照射する。この場合の電磁波としては、特に限定されず、5kHz〜100GHz程度の波長の電磁波を用いることができる。従って、電磁波はマイクロ波であってもよい。   As described above, in this manufacturing method, the carbon material immersed in the liquid is irradiated with electromagnetic waves. The electromagnetic wave in this case is not particularly limited, and an electromagnetic wave having a wavelength of about 5 kHz to 100 GHz can be used. Therefore, the electromagnetic wave may be a microwave.

上記電磁波を照射する装置については、電磁波を照射し得る限り適宜の電磁波発生装置を用いることができる。また、市販の調理用電子レンジを電磁波照射装置として用いてもよい。その場合には、調理用電子レンジ内に上記液体に浸漬されている炭素材料を配置し、電磁波を照射すればよい。   About the apparatus which irradiates the said electromagnetic wave, a suitable electromagnetic wave generator can be used as long as an electromagnetic wave can be irradiated. Moreover, you may use a commercially available microwave oven for cooking as an electromagnetic wave irradiation apparatus. In that case, a carbon material immersed in the liquid may be placed in a cooking microwave and irradiated with electromagnetic waves.

より一層効率よくマイクロ波などの電磁波を照射するために、例えば、フロー式のリアクターと、電磁波を発生する電磁波発生器と、電磁波を伝送する導波管とを備える装置を用いてもよい。上記フロー式のリアクターとしては、直列に連続した複数の室を有する横型のリアクターを使用できる。   In order to irradiate electromagnetic waves such as microwaves more efficiently, for example, an apparatus including a flow reactor, an electromagnetic wave generator that generates electromagnetic waves, and a waveguide that transmits electromagnetic waves may be used. As the above flow type reactor, a horizontal reactor having a plurality of chambers continuous in series can be used.

上記フロー式のリアクター内では、炭素材料と、液体との混合物が、上方に空間を残した状態で搬送される。また、電磁波は、上記導波管により上記空間に伝送される。このようなフロー式のリアクターを用いた場合、薄片化黒鉛を連続的に生産することができる。   In the flow type reactor, the mixture of the carbon material and the liquid is transported with a space left above. Further, the electromagnetic wave is transmitted to the space by the waveguide. When such a flow type reactor is used, exfoliated graphite can be continuously produced.

また、上記フロー式のリアクターは、仕切り板によって複数の室に区切られていてもよく、リアクター内の内容物を撹拌するための撹拌手段を有していてもよい。導波管は、仕切り板の位置に設けられていてもよい。このような照射装置を用いた場合には、より一層確実に炭素材料に電磁波を照射することができる。   Further, the flow type reactor may be divided into a plurality of chambers by a partition plate, and may have a stirring means for stirring the contents in the reactor. The waveguide may be provided at the position of the partition plate. When such an irradiation device is used, the carbon material can be irradiated with electromagnetic waves more reliably.

電磁波の照射量については、炭素材料を加熱して薄片化黒鉛を得ることができる限り、特に限定されない。   The amount of electromagnetic wave irradiation is not particularly limited as long as the exfoliated graphite can be obtained by heating the carbon material.

電磁波の照射により、液体に浸漬されている炭素材料が加熱される。炭素材料の加熱は、液体の沸点より低い温度で行われる。そのため、液体を気化させることなく、炭素材料に化合物が効率よくグラフトする。これにより、グラフェン間のπ結合が弱まり、化合物がグラフェン積層構造の端部だけでなく、内部にまでグラフトされることとなる。それによって、グラフェン間が剥離し、炭素材料が薄片化するものと考えられる。   The carbon material immersed in the liquid is heated by the electromagnetic wave irradiation. The carbon material is heated at a temperature lower than the boiling point of the liquid. Therefore, the compound is efficiently grafted onto the carbon material without vaporizing the liquid. Thereby, the π bond between the graphenes is weakened, and the compound is grafted not only to the end of the graphene stacked structure but also to the inside. As a result, the graphene is separated, and the carbon material is considered to be thinned.

電磁波の照射以外の加熱方法としては、ヒーター等を用いた全体加熱も可能であるが、この場合は、炭素材料の薄片化が十分に進行しない。この理由としては、以下のように考えられる。   As a heating method other than electromagnetic wave irradiation, overall heating using a heater or the like is possible, but in this case, thinning of the carbon material does not proceed sufficiently. The reason is considered as follows.

ヒーター等による全体加熱する場合は副反応が生じやすく、炭素材料に対する化合物の結合反応の効率も低い。そのため、化合物のグラフトが炭素材料の端部のみで生じ、内部へと進行しないものと考えられる。他方、電磁波の照射による加熱は、炭素材料を直接加熱することから、局所的に炭素材料表面が高温となり、化合物の結合が生じやすくなるものと考えられる。   When the whole is heated by a heater or the like, side reactions are likely to occur, and the efficiency of the compound binding reaction to the carbon material is low. Therefore, it is considered that the compound graft occurs only at the end of the carbon material and does not proceed to the inside. On the other hand, heating by irradiation with electromagnetic waves directly heats the carbon material, so that the surface of the carbon material locally becomes high temperature, and the compound is likely to be bonded.

電磁波照射による加熱の昇温速度については、特に限定されないが、昇温速度が高いほど炭素材料の局所加熱が生じやすいことから、薄片化黒鉛を得やすい。従って、電磁波の照射により加熱される炭素材料の昇温速度は直接測定することが困難であるが、炭素材料が浸漬されている液体の温度としての昇温速度は、15℃/分以上が好ましく、より好ましくは100℃/分以上であり、さらに好ましくは500℃/分以上である。もっとも、昇温速度が高すぎると、電磁波の照射量が膨大になるため、炭素材料が浸漬されている液体の温度としての昇温速度は、1000℃/分以下であることが好ましい。   The heating rate of heating by electromagnetic wave irradiation is not particularly limited. However, the higher the heating rate, the easier the local heating of the carbon material occurs, so that exfoliated graphite is easily obtained. Therefore, it is difficult to directly measure the rate of temperature rise of the carbon material heated by the irradiation of electromagnetic waves, but the rate of temperature rise as the temperature of the liquid in which the carbon material is immersed is preferably 15 ° C./min or more. More preferably, it is 100 ° C./min or more, and further preferably 500 ° C./min or more. However, if the rate of temperature rise is too high, the amount of electromagnetic wave irradiation becomes enormous, and therefore the rate of temperature rise as the temperature of the liquid in which the carbon material is immersed is preferably 1000 ° C./min or less.

本製造方法においては、電磁波の照射による加熱以外にも、ヒーター等による加熱を併用してもよい。例えば、ヒーター等を用いて液体の沸点より低い温度に予備加熱しておくことで、電磁波の照射量を低減できる。これによって、電磁波エネルギーや装置の負荷を下げることができる。   In this production method, heating by a heater or the like may be used in addition to heating by electromagnetic wave irradiation. For example, the amount of electromagnetic wave irradiation can be reduced by preheating to a temperature lower than the boiling point of the liquid using a heater or the like. As a result, the electromagnetic energy and the load on the apparatus can be reduced.

なお、本製造方法においては、上記のように電磁波の照射により炭素材料を加熱する工程において、炭素材料に接触している液体を気化させることにより薄片化黒鉛を得る。従って、詳細には、薄片化黒鉛が液体中に分散している薄片化黒鉛分散液が得られる。この薄片化黒鉛分散液から液体を除去することにより、薄片化黒鉛を回収できる。   In the present production method, exfoliated graphite is obtained by vaporizing the liquid in contact with the carbon material in the step of heating the carbon material by irradiation with electromagnetic waves as described above. Therefore, in detail, an exfoliated graphite dispersion in which exfoliated graphite is dispersed in a liquid is obtained. Exfoliated graphite can be recovered by removing the liquid from the exfoliated graphite dispersion.

薄片化黒鉛分散液からの薄片化黒鉛の回収に当たっては、濾過、遠心分離、重力沈降、溶媒分離、凝集剤又は吸着剤等の既知の手法を用いることができる。その場合は、未反応化合物等の不純物を溶媒等を用いて分離することが望ましい。   In recovering the exfoliated graphite from the exfoliated graphite dispersion, known methods such as filtration, centrifugation, gravity sedimentation, solvent separation, aggregating agent or adsorbent can be used. In that case, it is desirable to separate impurities such as unreacted compounds using a solvent or the like.

上記のように、本製造方法では、酸化過程を経ず薄片化黒鉛が製造される。よって、得られた薄片化黒鉛は、導電性に優れている。   As described above, in this production method, exfoliated graphite is produced without undergoing an oxidation process. Therefore, the exfoliated graphite obtained is excellent in conductivity.

(薄片化黒鉛−樹脂複合材料)
第1の発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、上述した第1の発明に係る薄片化黒鉛と、樹脂とを含む。上記薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、薄片化黒鉛と、樹脂とを混合することにより得られる。上記薄片化黒鉛は、D/G比の変化率が負の値、すなわち分子鎖の短い化合物がグラフトされているため、樹脂への分散性に優れている。従って、第1の発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、機械的強度が飛躍的に高められている。
(Exfoliated graphite-resin composite material)
The exfoliated graphite-resin composite material according to the first invention includes the exfoliated graphite according to the first invention described above and a resin. The exfoliated graphite-resin composite material can be obtained by mixing exfoliated graphite and a resin. The exfoliated graphite is excellent in dispersibility in the resin because the D / G ratio change rate is negative, that is, a compound having a short molecular chain is grafted. Therefore, the mechanical strength of the exfoliated graphite-resin composite material according to the first invention is dramatically increased.

第2の発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、上述した第2の発明に係る薄片化黒鉛と、樹脂とを含む。上記薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、薄片化黒鉛と、樹脂とを混合することにより得られる。   The exfoliated graphite-resin composite material according to the second invention includes the exfoliated graphite according to the second invention described above and a resin. The exfoliated graphite-resin composite material can be obtained by mixing exfoliated graphite and a resin.

上記薄片化黒鉛の温度23℃における粘度は、4.0mPa・s以上である。よって、第2の発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、弾性率などの機械的強度に優れている。   The exfoliated graphite has a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more. Therefore, the exfoliated graphite-resin composite material according to the second invention is excellent in mechanical strength such as elastic modulus.

さらに、上記薄片化黒鉛は、D/G比の変化率が負の値、すなわち分子鎖の短い化合物がグラフトされている場合、樹脂への分散性がより一層高められる。従って、このような薄片化黒鉛が樹脂中に分散されている薄片化黒鉛−樹脂複合材料では、より一層弾性率が高められている。   Further, when the exfoliated graphite has a negative D / G ratio change rate, that is, when a compound having a short molecular chain is grafted, the dispersibility into the resin is further enhanced. Therefore, in the exfoliated graphite-resin composite material in which such exfoliated graphite is dispersed in the resin, the elastic modulus is further increased.

第3の発明に係る薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、上述した第3の発明に係る薄片化黒鉛と、樹脂とを含む。上記薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、薄片化黒鉛と、樹脂とを混合することにより得られる。   The exfoliated graphite-resin composite material according to the third invention includes the exfoliated graphite according to the third invention described above and a resin. The exfoliated graphite-resin composite material can be obtained by mixing exfoliated graphite and a resin.

上記薄片化黒鉛の温度25℃における抵抗値は、1MΩより小さい。従って、第3の発明に係る樹脂複合材料は、導電性に優れる。また、上記薄片化黒鉛は樹脂中での分散性にも優れることから、第3の発明に係る樹脂複合材料は、弾性率などの機械的強度にも優れている。   The resistance value of the exfoliated graphite at a temperature of 25 ° C. is smaller than 1 MΩ. Therefore, the resin composite material according to the third invention is excellent in conductivity. Further, since the exfoliated graphite is excellent in dispersibility in the resin, the resin composite material according to the third invention is also excellent in mechanical strength such as elastic modulus.

さらに、上記薄片化黒鉛は、D/G比の変化率が負の値、すなわち分子鎖の短い化合物がグラフトされている場合、熱可塑性樹脂中での分散性がより一層高められる。従って、このような薄片化黒鉛が分散されている樹脂複合材料では、より一層弾性率が高められている。   Further, when the exfoliated graphite has a negative D / G ratio change rate, that is, when a compound having a short molecular chain is grafted, the dispersibility in the thermoplastic resin is further enhanced. Therefore, the elastic modulus is further increased in the resin composite material in which such exfoliated graphite is dispersed.

また、本発明においては、炭素材料にグラフトさせる化合物として、所望の樹脂と親和性の高い化合物を用いることで、樹脂中での薄片化黒鉛の分散性をより一層高めることができる。従って、樹脂としては、特に限定されず、様々な公知の樹脂を用いることができる。樹脂は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。   Moreover, in this invention, the dispersibility of exfoliated graphite in resin can be improved further by using a compound with high affinity with desired resin as a compound grafted to a carbon material. Accordingly, the resin is not particularly limited, and various known resins can be used. Only one type of resin may be used, or two or more types may be used in combination.

なかでも、樹脂として、熱可塑性樹脂が用いられることが好ましい。熱可塑性樹脂を用いた薄片化黒鉛−樹脂複合材料では、加熱下により様々な成形方法を用いて、容易に様々な成形品とすることができる。   Especially, it is preferable that a thermoplastic resin is used as resin. In the exfoliated graphite-resin composite material using a thermoplastic resin, various molded products can be easily formed by using various molding methods under heating.

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン又はこれらの共重合体などが挙げられる。   Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyacrylate, polyacrylonitrile, polyester, polyamide, polyurethane, polyethersulfone, polyetherketone, polyimide, polydimethylsiloxane, and copolymers thereof.

好ましくは、樹脂としてポリオレフィンを用いることができる。ポリオレフィンは安価であり、加熱下の成形が容易である。そのため、熱可塑性樹脂としてポリオレフィンを用いることにより、薄片化黒鉛−樹脂複合材料のコストを低減でき、かつ薄片化黒鉛−樹脂複合材料をより一層容易に成形することができる。   Preferably, polyolefin can be used as the resin. Polyolefin is inexpensive and easy to mold under heating. Therefore, by using polyolefin as the thermoplastic resin, the cost of the exfoliated graphite-resin composite material can be reduced, and the exfoliated graphite-resin composite material can be more easily molded.

上記ポリオレフィンとしては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン単独重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのポリエチレン系樹脂、プロピレン単独重合体、プロピレン−α−オレフィン共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体などのポリプロピレン系樹脂、ブテン単独重合体、ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエンの単独重合体又は共重合体などが挙げられる。好ましくは、より安価であるポリプロピレンが用いられる。なお、ポリオレフィンは、マレイン酸などで変性されたものであってもよい。   The polyolefin is not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, ethylene homopolymer, ethylene-α-olefin copolymer, ethylene- (meth) acrylic acid copolymer, ethylene- (meth) acrylic acid ester copolymer Polypropylene resins, such as polymers, ethylene-vinyl acetate copolymers, propylene homopolymers, propylene-α-olefin copolymers, propylene-ethylene random copolymers, propylene-ethylene block copolymers, Examples include butene homopolymers, homopolymers or copolymers of conjugated dienes such as butadiene and isoprene. Preferably, less expensive polypropylene is used. The polyolefin may be modified with maleic acid or the like.

薄片化黒鉛と樹脂との配合割合は特に限定されないが、好ましくは、樹脂100質量部に対し、薄片化黒鉛が0.1〜50質量部の範囲である。配合割合をこのような範囲とすることにより、本発明の薄片化黒鉛−樹脂複合材料の引張弾性率等の機械的強度を効果的に高めることができる。   The blending ratio of exfoliated graphite and resin is not particularly limited, but preferably exfoliated graphite is in the range of 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of resin. By setting the blending ratio in such a range, mechanical strength such as tensile elastic modulus of the exfoliated graphite-resin composite material of the present invention can be effectively increased.

薄片化黒鉛の配合割合が0.1質量部未満であると、薄片化黒鉛−樹脂複合材料の機械的強度を十分に高められないことがある。薄片化黒鉛の配合割合が50質量部を超えると、薄片化黒鉛−樹脂複合材料が脆くなり、割れやすくなることがある。   When the blending ratio of exfoliated graphite is less than 0.1 parts by mass, the mechanical strength of the exfoliated graphite-resin composite material may not be sufficiently increased. When the mixing ratio of exfoliated graphite exceeds 50 parts by mass, the exfoliated graphite-resin composite material becomes brittle and may be easily broken.

本発明の薄片化黒鉛−樹脂複合材料においては、本発明の目的を阻害しない範囲で、様々な添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤としては、フェノール系、リン系、アミン系もしくはイオウ系等の酸化防止剤;ベンゾトリアゾール系、ヒドロキシフェニルトリアジン系等の紫外線吸収剤;金属害防止剤;ヘキサブロモビフェニルエーテルもしくはデカブロモジフェニルエーテル等のハロゲン化難燃剤;ポリリン酸アンモニウムもしくはトリメチルフォスフェート等の難燃剤;各種充填剤;帯電防止剤;安定剤;顔料等を挙げることができる。   The exfoliated graphite-resin composite material of the present invention may contain various additives as long as the object of the present invention is not impaired. Such additives include phenol, phosphorus, amine or sulfur antioxidants; UV absorbers such as benzotriazole and hydroxyphenyl triazine; metal hazard inhibitors; hexabromobiphenyl ether or deca Halogenated flame retardants such as bromodiphenyl ether; flame retardants such as ammonium polyphosphate or trimethyl phosphate; various fillers; antistatic agents; stabilizers;

薄片化黒鉛と樹脂とを混合する方法としては、特に限定されないが、例えば、プラストミルなどの二軸スクリュー混練機、単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールなどの混練装置を用いて、加熱下において混練りする方法などが挙げられる。これらの中でも、プラストミルを用いて溶融混練する方法が挙げられる。   The method for mixing exfoliated graphite and resin is not particularly limited. For example, a twin screw kneader such as a plast mill, a single screw extruder, a twin screw extruder, a Banbury mixer, a kneading apparatus such as a roll is used. And kneading under heating. Among these, the method of melt-kneading using a plast mill is mentioned.

さらに、本発明により得られる薄片化黒鉛−樹脂複合材料は、適宜の賦型方法を用いて様々な形状とすることができる。このような賦型方法としては、プレス加工、射出成型、または押出成型などの成型方法を好適に用いることができる。さらに、溶融塗工方法により賦型してもよい。上記のような賦型方法を用い、シート状などの所望の形状とすることができる。   Furthermore, the exfoliated graphite-resin composite material obtained by the present invention can be formed into various shapes using an appropriate shaping method. As such a shaping method, a molding method such as press working, injection molding, or extrusion molding can be suitably used. Further, it may be shaped by a melt coating method. Using the shaping method as described above, a desired shape such as a sheet shape can be obtained.

(電極材料)
本発明に係る電極材料は、上述した薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを含む。上記電極材料は、薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを混合することによって得られる。本発明の薄片化黒鉛は、酸化過程を経ずに製造されるため、該薄片化黒鉛がバインダー樹脂中に分散された電極材料は、導電性に優れている。特に、上記薄片化黒鉛の抵抗値が、1MΩより小さい場合、電極材料の導電性をより一層高めることができるため好ましい。
(Electrode material)
The electrode material according to the present invention includes the exfoliated graphite described above and a binder resin. The electrode material is obtained by mixing exfoliated graphite and a binder resin. Since exfoliated graphite of the present invention is produced without undergoing an oxidation process, an electrode material in which exfoliated graphite is dispersed in a binder resin is excellent in conductivity. In particular, it is preferable that the exfoliated graphite has a resistance value smaller than 1 MΩ because the conductivity of the electrode material can be further increased.

従って、本発明の電極材料は、リチウムイオン二次電池用の正極助材、負極材、キャパシタ用電極材等の用途に好適に用いることができる。   Therefore, the electrode material of the present invention can be suitably used for applications such as a positive electrode auxiliary material, a negative electrode material, and a capacitor electrode material for lithium ion secondary batteries.

バインダー樹脂としては、特に限定されず、水系バインダー樹脂を用いてもよく、非水系バインダー樹脂を用いてもよい。水系バインダー樹脂としては、上記スチレンブタジエンゴム(SBR)または、カルボキシメチルセルロース(CMC)などを用いることができる。非水系バインダー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、及びブチラール樹脂などを用いることができる。   It does not specifically limit as binder resin, A water-based binder resin may be used and a non-aqueous binder resin may be used. As the aqueous binder resin, the styrene butadiene rubber (SBR) or carboxymethyl cellulose (CMC) can be used. As the non-aqueous binder resin, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide resin, acrylic resin, butyral resin, or the like can be used.

好ましくは、バインダー樹脂として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素系樹脂を用いることが望ましい。その場合においては、薄片化黒鉛の導電性を阻害することなく、電解液への濡れ性をより一層向上させることができる。   Preferably, a fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder resin. In that case, the wettability to the electrolytic solution can be further improved without inhibiting the conductivity of exfoliated graphite.

以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be clarified by giving specific examples and comparative examples of the present invention. In addition, this invention is not limited to a following example.

[実施例1〜4及び比較例1〜4]
(実施例1)
60mlのポリテトラフルオロエチレン容器に炭素材料として、熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)0.5gと、N−メチルピロリドン(沸点=202℃、20℃における表面張力=41mN/m)19.5gとを入れ、熱膨張性黒鉛にN−メチルピロリドンを十分浸透させてなる分散液を得た。この分散液に、無水マレイン酸0.5gを添加し、十分に撹拌した。しかる後ポリテトラフルオロエチレン容器の開口部を開放した状態で、マイクロ波発生装置(アクタック社製、品番:スピードウェーブ2)を用いて昇温速度60℃/分にて190℃まで加熱、30分間保持したのち常温まで自然冷却した。この加熱−冷却操作は、3回繰り返し行った。得られた分散液をろ過し、アセトンを用いて十分洗浄し、乾燥し、薄片化黒鉛を得た。
[Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4]
Example 1
As a carbon material in a 60 ml polytetrafluoroethylene container, 0.5 g of thermally expandable graphite (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., product number: PF-8) and N-methylpyrrolidone (boiling point = 202 ° C., surface tension at 20 ° C. = (41 mN / m) 19.5 g was added to obtain a dispersion obtained by sufficiently infiltrating N-methylpyrrolidone into thermally expandable graphite. To this dispersion, 0.5 g of maleic anhydride was added and stirred sufficiently. Thereafter, with the opening of the polytetrafluoroethylene container being opened, heating to 190 ° C. at a temperature rising rate of 60 ° C./min using a microwave generator (manufactured by Actac, product number: Speed Wave 2) for 30 minutes After holding, it was naturally cooled to room temperature. This heating-cooling operation was repeated three times. The obtained dispersion was filtered, thoroughly washed with acetone, and dried to obtain exfoliated graphite.

また、得られた薄片化黒鉛10質量部と、ポリプロピレン系樹脂(プライムポリマー社製、商品名「J−721GR」)90質量部と、マレイン酸変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製、商品名「アドマーQE800」)10質量部とを押出機に供給して溶融混練し、押出機先端に取り付けたTダイから押出し冷却ロールにてシート成形することにより、表面平滑な厚み0.5mmの複合材料シートを得た。   In addition, 10 parts by mass of the exfoliated graphite obtained, 90 parts by mass of a polypropylene resin (manufactured by Prime Polymer, trade name “J-721GR”), and a maleic acid-modified polypropylene resin (manufactured by Mitsui Chemicals, trade name “ Admer QE800 ") 10 parts by mass is supplied to an extruder, melted and kneaded, extruded from a T-die attached to the tip of the extruder, and formed into a sheet with a cooling roll, thereby a composite material sheet having a smooth surface thickness of 0.5 mm Got.

(実施例2)
60mlのポリテトラフルオロエチレン容器に炭素材料として、熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)0.5gと、フルフリルアルコール(沸点=170℃、20℃における表面張力=38mN/m)20gとを入れ、熱膨張性黒鉛にフルフリルアルコールを十分浸透させてなる分散液を得た。この分散液に、ポリテトラフルオロエチレン容器の開口部を開放した状態で、マイクロ波発生装置(アクタック社製、品番:スピードウェーブ2)を用いて昇温速度50℃/分にて160℃まで加熱、30分間保持したのち常温まで自然冷却した。この加熱−冷却操作は、3回繰り返し行った。得られた分散液をろ過し、アセトンを用いて十分洗浄し、乾燥し、薄片化黒鉛を得た。
(Example 2)
As a carbon material in a 60 ml polytetrafluoroethylene container, 0.5 g of thermally expandable graphite (product number: PF-8, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) and furfuryl alcohol (boiling point = 170 ° C., surface tension at 20 ° C. = 38 mN) / M) 20 g was added, and a dispersion obtained by sufficiently infiltrating furfuryl alcohol into thermally expandable graphite was obtained. The dispersion is heated to 160 ° C. at a heating rate of 50 ° C./min using a microwave generator (actac product, product number: Speed Wave 2) with the opening of the polytetrafluoroethylene container opened. After holding for 30 minutes, it was naturally cooled to room temperature. This heating-cooling operation was repeated three times. The obtained dispersion was filtered, thoroughly washed with acetone, and dried to obtain exfoliated graphite.

また、得られた薄片化黒鉛10質量部と、ポリプロピレン系樹脂(プライムポリマー社製、商品名「J−721GR」)90質量部と、マレイン酸変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製、商品名「アドマーQE800」)10質量部とを押出機に供給して溶融混練し、押出機先端に取り付けたTダイから押出し冷却ロールにてシート成形することにより、表面平滑な厚み0.5mmの複合材料シートを得た。   In addition, 10 parts by mass of the exfoliated graphite obtained, 90 parts by mass of a polypropylene resin (manufactured by Prime Polymer, trade name “J-721GR”), and a maleic acid-modified polypropylene resin (manufactured by Mitsui Chemicals, trade name “ Admer QE800 ") 10 parts by mass is supplied to an extruder, melted and kneaded, extruded from a T-die attached to the tip of the extruder, and formed into a sheet with a cooling roll, thereby a composite material sheet having a smooth surface thickness of 0.5 mm Got.

(実施例3)
炭素材料として、熱膨張性黒鉛の代わりに市販天然黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、品番:SRP−150)を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、薄片化黒鉛及び複合材料シートを得た。
(Example 3)
Exfoliated graphite and composite material sheet in the same manner as in Example 2 except that commercially available natural graphite (product number: SRP-150, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.) was used instead of thermally expandable graphite as the carbon material. Got.

(実施例4)
炭素材料として、熱膨張性黒鉛の代わりに天然黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、品番:SG−BH8)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、薄片化黒鉛及び複合材料シートを得た。
Example 4
Exfoliated graphite and a composite material sheet were obtained in the same manner as in Example 1 except that natural graphite (Ito Graphite Industries, Ltd., product number: SG-BH8) was used as the carbon material instead of thermally expandable graphite. Obtained.

(比較例1)
実施例1で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 1)
In place of the exfoliated graphite obtained in Example 1, commercially available expandable graphite (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., product number: PF-8) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a composite material sheet. Obtained.

(比較例2)
実施例1で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販天然黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、品番:SRP−150)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 2)
Instead of the exfoliated graphite obtained in Example 1, a composite sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that commercially available natural graphite (product number: SRP-150, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.) was used. Obtained.

(比較例3)
実施例1で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販薄片化黒鉛(Asbury社製、品番:グラフェンNano27)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 3)
A composite sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that commercially available exfoliated graphite (manufactured by Asbury, product number: graphene Nano27) was used instead of exfoliated graphite obtained in Example 1.

(比較例4)
実施例1で得られた薄片化黒鉛の代わりに、ハマーズの方法(J.Chem.Soc.W.S.Hummers et.al.1958,80,1339)により作製した酸素含有量32重量%の酸化黒鉛を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 4)
Instead of the exfoliated graphite obtained in Example 1, an oxidation with an oxygen content of 32% by weight prepared by the Hammers method (J. Chem. Soc. W. S. Hummers et. Al. 1958, 80, 1339) A composite material sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that graphite was used.

(評価)
実施例1〜4及び比較例1〜4の薄片化黒鉛、膨張性黒鉛、天然黒鉛及び酸化黒鉛のD/G比の変化率、複合材料シートの引張弾性率並びに屈曲度は、以下の要領で測定した。
(Evaluation)
The rate of change in the D / G ratio of exfoliated graphite, expandable graphite, natural graphite and oxidized graphite of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the tensile modulus of elasticity and the bending degree of the composite material sheet are as follows. It was measured.

(1)D/G比の変化率
まず、顕微レーザーラマン測定装置(サーモサイエンティフィック社製、品番:NICORET ALMEGA XR)を用い、以下の条件で、薄片化黒鉛、膨張性黒鉛、天然黒鉛及び酸化黒鉛のラマンスペクトルを測定した。
(1) Rate of change of D / G ratio First, using a microscopic laser Raman measuring apparatus (manufactured by Thermo Scientific, product number: NICORET ALMEGA XR), exfoliated graphite, expandable graphite, natural graphite, and The Raman spectrum of graphite oxide was measured.

測定条件;
レーザー波長:532nm
レーザー出力:25%
スリット:25μmホール
積算回数:32回
Measurement condition;
Laser wavelength: 532 nm
Laser output: 25%
Slit: 25 μm hole Integration count: 32 times

ラマンスペクトルは、薄片化黒鉛、膨張性黒鉛、天然黒鉛及び酸化黒鉛を、空気中で200℃、1時間の条件で加熱処理したものと、加熱処理していないもののそれぞれについて測定した。   The Raman spectrum was measured for exfoliated graphite, expandable graphite, natural graphite and graphite oxide which were heat-treated in air at 200 ° C. for 1 hour and those which were not heat-treated.

なお、D/G比は、得られたラマンスペクトルの1300cm−1〜1400cm−1の範囲の最大ピーク強度をDバンドのピーク強度とし、また、1540cm−1〜1640cm−1の最大ピーク強度をGバンドのピーク強度とすることにより求めた。 The D / G ratio is determined by taking the maximum peak intensity in the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 of the obtained Raman spectrum as the D band peak intensity, and the maximum peak intensity of 1540 cm −1 to 1640 cm −1 as G. It was determined by taking the peak intensity of the band.

このようにして得られた加熱前後のD/G比を用い、下記式(1)からD/Gの変化率(%)を算出した。   Using the D / G ratio before and after heating thus obtained, the change rate (%) of D / G was calculated from the following formula (1).

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

(2)屈曲度
実施例及び比較例で得られた複合材料シートを断面試料作製装置(JEOL社製、商品名「IB−09010CP」)で切断することにより試料を得た。得られた試料の断面を、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名「S−3400N」)を用いて観察した。試料断面における薄片化黒鉛、膨張性黒鉛、天然黒鉛又は酸化黒鉛を無作為に30個以上選択し、屈曲度を測定した。具体的に、屈曲度は、最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bとして算出した。
(2) Flexibility A sample was obtained by cutting the composite material sheets obtained in Examples and Comparative Examples with a cross-section sample preparation device (trade name “IB-09010CP” manufactured by JEOL). The cross section of the obtained sample was observed using a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name “S-3400N”). Thirty or more pieces of exfoliated graphite, expandable graphite, natural graphite or graphite oxide in the sample cross section were randomly selected and the degree of bending was measured. Specifically, the degree of bending was calculated as A / B where A is the shortest distance between both ends facing each other with a maximum distance, and B is the distance between both ends.

(3)引張弾性率
実施例及び比較例で得られた複合材料シートの引張弾性率をJIS K6767に準拠して測定した。
(3) Tensile Elastic Modulus The tensile elastic modulus of the composite material sheets obtained in Examples and Comparative Examples was measured according to JIS K6767.

引張弾性率の判定基準;
◎:2.1GPa以上
○:1.8GPa以上、2.1GPa未満
×:1.8GPa未満
Criteria for tensile modulus of elasticity;
◎: 2.1 GPa or more ○: 1.8 GPa or more, less than 2.1 GPa ×: less than 1.8 GPa

結果を下記表1に示す。   The results are shown in Table 1 below.

Figure 2016029003
Figure 2016029003

[実施例5,6及び比較例5,6]
(実施例5)
200mlのガラス瓶に炭素材料として、熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)0.5gと、N−メチルピロリドン(沸点=202℃、20℃における表面張力=41mN/m)19.5gとを入れ、熱膨張性黒鉛にN−メチルピロリドンを十分浸透させてなる分散液を得た。この分散液に、無水マレイン酸0.5gを添加し、十分に撹拌した。しかる後ガラス瓶の開口部を開放した状態で、マイクロ波発生装置(アクタック社製、品番:スピードウェーブ2)を用いて昇温速度60℃/分にて190℃まで加熱、30分間保持したのち常温まで自然冷却した。この加熱−冷却操作は、3回繰り返し行った。得られた分散液をろ過し、アセトンを用いて十分洗浄し、乾燥し、薄片化黒鉛を得た。
[Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6]
(Example 5)
As a carbon material in a 200 ml glass bottle, 0.5 g of thermally expandable graphite (product number: PF-8, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) and N-methylpyrrolidone (boiling point = 202 ° C., surface tension at 20 ° C. = 41 mN / m) 19.5 g was added, and a dispersion obtained by sufficiently infiltrating N-methylpyrrolidone into thermally expandable graphite was obtained. To this dispersion, 0.5 g of maleic anhydride was added and stirred sufficiently. Thereafter, with the opening of the glass bottle opened, using a microwave generator (manufactured by Actac Co., product number: Speed Wave 2), heated to 190 ° C. at a temperature rising rate of 60 ° C./min, held at room temperature for 30 minutes. Naturally cooled until. This heating-cooling operation was repeated three times. The obtained dispersion was filtered, thoroughly washed with acetone, and dried to obtain exfoliated graphite.

また、得られた薄片化黒鉛10質量部と、ポリプロピレン系樹脂(プライムポリマー社製、品番:J−721GR)100質量部とを押出機に供給して溶融混練し、押出機先端に取り付けたTダイから押出し冷却ロールにてシート成形することにより、表面平滑な厚み0.5mmの複合材料シートを得た。   Further, 10 parts by mass of the exfoliated graphite obtained and 100 parts by mass of a polypropylene resin (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., product number: J-721GR) were supplied to an extruder, melted and kneaded, and T attached to the tip of the extruder A composite sheet with a smooth surface and a thickness of 0.5 mm was obtained by extruding from a die and forming a sheet with a cooling roll.

(実施例6)
炭素材料として、熱膨張性黒鉛ではなく、天然黒鉛(SECカーボン社製、品番:SNO15)を用いたこと以外は、実施例5と同様にして、薄片化黒鉛を得た。
(Example 6)
Exfoliated graphite was obtained in the same manner as in Example 5 except that natural graphite (manufactured by SEC Carbon, product number: SNO15) was used as the carbon material instead of thermally expandable graphite.

また、得られた薄片化黒鉛10重量部と、上記ポリプロピレン系樹脂100重量部とを押出機に供給して、実施例5と同様にして複合材料シートを作成した。   Further, 10 parts by weight of the exfoliated graphite obtained and 100 parts by weight of the polypropylene resin were supplied to an extruder, and a composite material sheet was prepared in the same manner as in Example 5.

(比較例5)
薄片化黒鉛の代わりに、実施例5のもとの炭素材料である熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)をそのまま用いた。上記熱膨張性黒鉛10重量部と、上記ポリプロピレン系樹脂100重量部とを押出機に供給して、実施例5と同様にして複合材料シートを作成した。
(Comparative Example 5)
Instead of exfoliated graphite, the heat-expandable graphite (product number: PF-8, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.), which is the original carbon material of Example 5, was used as it was. 10 parts by weight of the thermally expandable graphite and 100 parts by weight of the polypropylene resin were supplied to an extruder, and a composite material sheet was prepared in the same manner as in Example 5.

(比較例6)
薄片化黒鉛の代わりに、実施例6のもとの炭素材料である天然黒鉛(SECカーボン社製、品番:SNO15)をそのまま用いた。上記天然黒鉛10重量部と、上記ポリプロピレン系樹脂100重量部とを押出機に供給して、実施例5と同様にして複合材料シートを作成した。
(Comparative Example 6)
Instead of exfoliated graphite, natural graphite (product number: SNO15, manufactured by SEC Carbon Co.), which is the original carbon material of Example 6, was used as it was. 10 parts by weight of the natural graphite and 100 parts by weight of the polypropylene resin were supplied to an extruder, and a composite material sheet was prepared in the same manner as in Example 5.

(評価)
実施例5,6及び比較例5,6の薄片化黒鉛の粘度、D/G比の変化率並びに複合材料シートの引張弾性率は、以下の要領で測定した。
(Evaluation)
The viscosity of exfoliated graphite of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6, the change rate of the D / G ratio, and the tensile modulus of the composite material sheet were measured in the following manner.

(1)粘度
まず、イソプロピルアルコールと薄片化黒鉛とを、薄片化黒鉛の濃度が1重量%になるようにスクリュー管の中に測りとる。その後、超音波を28kHzで1分間照射し、薄片化黒鉛を十分に分散させる。その分散液の粘度を回転式粘度計(東機産業社製)を用いて測定する。測定を開始し、定常状態になって粘度が変化しなくなった時の値を分散液の粘度として評価した。
(1) Viscosity First, isopropyl alcohol and exfoliated graphite are measured in a screw tube so that the concentration of exfoliated graphite becomes 1% by weight. Then, an ultrasonic wave is irradiated for 1 minute at 28 kHz, and exfoliated graphite is fully disperse | distributed. The viscosity of the dispersion is measured using a rotary viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement was started, and the value at the time when the viscosity did not change after reaching a steady state was evaluated as the viscosity of the dispersion.

(2)D/G比の変化率
まず、顕微レーザーラマン測定装置(サーモサイエンティフィック社製、品番:NICORET ALMEGA XR)を用い、以下の条件で、薄片化黒鉛、膨張性黒鉛、天然黒鉛又は酸化黒鉛のラマンスペクトルを測定した。
(2) Rate of change in D / G ratio First, using a microscopic laser Raman measuring apparatus (manufactured by Thermo Scientific, product number: NICORET ALMEGA XR), exfoliated graphite, expandable graphite, natural graphite or The Raman spectrum of graphite oxide was measured.

測定条件;
レーザー波長:532nm
レーザー出力:25%
スリット:25μmホール
積算回数:32回
Measurement condition;
Laser wavelength: 532 nm
Laser output: 25%
Slit: 25 μm hole Integration count: 32 times

ラマンスペクトルは、薄片化黒鉛、熱膨張性黒鉛及び天然黒鉛を、空気中で200℃、1時間の条件で加熱処理したものと、加熱処理していないもののそれぞれについて測定した。   The Raman spectrum was measured for exfoliated graphite, thermally expandable graphite, and natural graphite that were heat-treated in air at 200 ° C. for 1 hour and those that were not heat-treated.

なお、D/G比は、得られたラマンスペクトルの1300cm−1〜1400cm−1の範囲の最大ピーク強度をDバンドのピーク強度とし、また、1540cm−1〜1640cm−1の最大ピーク強度をGバンドのピーク強度とすることにより求めた。 The D / G ratio is determined by taking the maximum peak intensity in the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 of the obtained Raman spectrum as the D band peak intensity, and the maximum peak intensity of 1540 cm −1 to 1640 cm −1 as G. It was determined by taking the peak intensity of the band.

このようにして得られた加熱前後のD/G比を用い、下記式(1)からD/Gの変化率(%)を算出した。   Using the D / G ratio before and after heating thus obtained, the change rate (%) of D / G was calculated from the following formula (1).

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

(3)引張弾性率
実施例5,6及び比較例5,6で得られた複合材料シートの引張弾性率は、JIS K7113に準拠して測定した。
(3) Tensile Elastic Modulus The tensile elastic modulus of the composite material sheets obtained in Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6 was measured according to JIS K7113.

引張弾性率の判定基準;
◎:2.1GPa以上
○:1.8GPa以上、2.1GPa未満
×:1.8GPa未満
Criteria for tensile modulus of elasticity;
◎: 2.1 GPa or more ○: 1.8 GPa or more, less than 2.1 GPa ×: less than 1.8 GPa

結果を下記表2に示す。   The results are shown in Table 2 below.

Figure 2016029003
Figure 2016029003

[実施例7,8及び比較例7〜11]
(実施例7)
50mlのガラス容器に炭素材料として、熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)0.5gと、N−メチルピロリドン(沸点=202℃、20℃における表面張力=41mN/m)37gとを入れ、熱膨張性黒鉛にN−メチルピロリドンを十分浸透させてなる分散液を得た。この分散液に、無水マレイン酸3gを添加し、28kHz、10分間の条件で超音波を印加する。しかる後専用フッ素容器に移し、密閉した状態で、マイクロ波発生装置(アクタック社製、品番:スピードウェーブ2)を用いて昇温速度60℃/分にて170℃まで加熱、30分間保持したのち常温まで自然冷却した。この加熱−冷却操作は、3回繰り返し行った。得られた分散液をろ過し、アセトンを用いて十分洗浄し、乾燥し、薄片化黒鉛(グラフェンシート積層数:302層、厚み:101nm、面サイズ:1.82μm)を得た。
[Examples 7 and 8 and Comparative Examples 7 to 11]
(Example 7)
As a carbon material in a 50 ml glass container, 0.5 g of thermally expandable graphite (Toyo Tanso Co., Ltd., product number: PF-8) and N-methylpyrrolidone (boiling point = 202 ° C., surface tension at 20 ° C. = 41 mN / m) 37 g was added, and a dispersion obtained by sufficiently infiltrating N-methylpyrrolidone into thermally expandable graphite was obtained. To this dispersion is added 3 g of maleic anhydride, and ultrasonic waves are applied at 28 kHz for 10 minutes. After that, after being transferred to a dedicated fluorine container and sealed, it was heated to 170 ° C. at a temperature rising rate of 60 ° C./min using a microwave generator (Actac Corp., product number: Speed Wave 2) and held for 30 minutes. Naturally cooled to room temperature. This heating-cooling operation was repeated three times. The obtained dispersion was filtered, sufficiently washed with acetone, and dried to obtain exfoliated graphite (the number of graphene sheets laminated: 302 layers, thickness: 101 nm, surface size: 1.82 μm).

また、得られた薄片化黒鉛10重量部と、ホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製、品番:EA9)100重量部とを、ラボプラストミル(東洋精機社製、品番:R-100)
により溶融混練し複合材料を得た。しかる後、加熱プレスにより、厚さ0.5mmの複合材料シートを得た。
Further, 10 parts by weight of the exfoliated graphite obtained and 100 parts by weight of homopolypropylene (manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd., product number: EA9) were combined with Labo Plast Mill (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., product number: R-100).
To obtain a composite material. Thereafter, a composite material sheet having a thickness of 0.5 mm was obtained by a heating press.

(実施例8)
50mlのガラス容器に炭素材料として、熱膨張性黒鉛(東洋炭素株式会社製、品番:PF−8)0.5gと、フルフリルアルコール(沸点=170℃、20℃における表面張力=38mN/m)40gとを入れ、熱膨張性黒鉛にフルフリルアルコールを十分浸透させてなる分散液を得た。この分散液に、28kHz、10分間の条件で超音波を印加する。しかる後専用フッ素容器に移し、密閉した状態で、マイクロ波発生装置(アクタック社製、品番:スピードウェーブ2)を用いて昇温速度50℃/分にて160℃まで加熱、30分間保持したのち常温まで自然冷却した。この加熱−冷却操作は、3回繰り返し行った。得られた分散液をろ過し、アセトンを用いて十分洗浄し、乾燥し、薄片化黒鉛(グラフェンシート積層数:522層、厚み:175nm、面サイズ:1.93μm)を得た。
(Example 8)
As a carbon material in a 50 ml glass container, 0.5 g of thermally expandable graphite (Toyo Tanso Co., Ltd., product number: PF-8) and furfuryl alcohol (boiling point = 170 ° C., surface tension at 20 ° C. = 38 mN / m) 40 g was added, and a dispersion obtained by sufficiently infiltrating furfuryl alcohol into thermally expandable graphite was obtained. An ultrasonic wave is applied to this dispersion under conditions of 28 kHz and 10 minutes. After that, after being transferred to a dedicated fluorine container and sealed, it was heated to 160 ° C. at a temperature rising rate of 50 ° C./min using a microwave generator (Actac Corp., product number: Speed Wave 2) and held for 30 minutes. Naturally cooled to room temperature. This heating-cooling operation was repeated three times. The obtained dispersion was filtered, sufficiently washed with acetone, and dried to obtain exfoliated graphite (the number of graphene sheets laminated: 522 layers, thickness: 175 nm, surface size: 1.93 μm).

また、得られた薄片化黒鉛10重量部と、ホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製、品番:EA9)100重量部とを、ラボプラストミル(東洋精機社製、品番:R−100)により溶融混練し複合材料を得た。しかる後、加熱プレスにより、厚さ0.5mmの複合材料シートを得た。   Further, 10 parts by weight of the exfoliated graphite obtained and 100 parts by weight of homopolypropylene (manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd., product number: EA9) were melt-kneaded by a Laboplast mill (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., product number: R-100). A composite material was obtained. Thereafter, a composite material sheet having a thickness of 0.5 mm was obtained by a heating press.

(比較例7)
実施例7で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販薄片化黒鉛(インキュベーションアライアンス社製、商品名:グラフェンフラワー、グラフェンシート積層数:10層、厚み:3nm、BET値:1000m/g、面サイズ:1〜10μm)用いた。それ以外は、実施例7と同様にして、厚さ5mmの複合材料シートを得た。
(Comparative Example 7)
Instead of exfoliated graphite obtained in Example 7, commercially available exfoliated graphite (manufactured by Incubation Alliance, trade name: graphene flower, number of graphene sheets laminated: 10 layers, thickness: 3 nm, BET value: 1000 m 2 / g, Surface size: 1 to 10 μm) was used. Other than that was carried out similarly to Example 7, and obtained the composite material sheet of thickness 5mm.

(比較例8)
実施例7で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販薄片化黒鉛(XGscience社製、商品名:xGnP−M5、グラフェンシート積層数:1200層、厚み420nm、BET値:140m/g、面サイズ:5μm)用いた。それ以外は、実施例7と同様にして、厚さ5mmの複合材料シートを得た。
(Comparative Example 8)
Instead of exfoliated graphite obtained in Example 7, commercially available exfoliated graphite (manufactured by XGscience, trade name: xGnP-M5, graphene sheet lamination number: 1200 layers, thickness 420 nm, BET value: 140 m 2 / g, surface Size: 5 μm). Other than that was carried out similarly to Example 7, and obtained the composite material sheet of thickness 5mm.

(比較例9)
実施例7で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販薄片化黒鉛(XGscience社製、商品名:xGnP−C750、グラフェンシート積層数:840層、厚み280nm、BET値:700m/g、面サイズ:1μm)用いた。それ以外は、実施例7と同様にして、厚さ5mmの複合材料シートを得た。
(Comparative Example 9)
Instead of exfoliated graphite obtained in Example 7, commercially available exfoliated graphite (manufactured by XGscience, trade name: xGnP-C750, number of graphene sheets laminated: 840 layers, thickness 280 nm, BET value: 700 m 2 / g, surface Size: 1 μm) was used. Other than that was carried out similarly to Example 7, and obtained the composite material sheet of thickness 5mm.

(比較例10)
実施例7で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販天然黒鉛(SECカーボン社製、品番:SNO−5、グラフェンシート積層数:1500層、厚み500nm、BET値:12m/g、面サイズ:5μm)を用いた。それ以外は、実施例7と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 10)
Instead of exfoliated graphite obtained in Example 7, commercially available natural graphite (manufactured by SEC Carbon, product number: SNO-5, number of graphene sheets laminated: 1500 layers, thickness 500 nm, BET value: 12 m 2 / g, surface size : 5 μm). Other than that was carried out similarly to Example 7, and obtained the composite material sheet.

(比較例11)
実施例7で得られた薄片化黒鉛の代わりに、市販熱膨張性黒鉛(東洋炭素社製、品番:PF−8、グラフェンシート積層数:1100層、厚み380nm、BET値:22m/g、面サイズ:6μm)を用いた。それ以外は、実施例7と同様にして、複合材料シートを得た。
(Comparative Example 11)
Instead of exfoliated graphite obtained in Example 7, commercially available thermally expandable graphite (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., product number: PF-8, number of graphene sheets laminated: 1100 layers, thickness 380 nm, BET value: 22 m 2 / g, Surface size: 6 μm) was used. Other than that was carried out similarly to Example 7, and obtained the composite material sheet.

(評価)
実施例7,8及び比較例7〜11の薄片化黒鉛、熱膨張性黒鉛及び天然黒鉛の抵抗値、D/G比の変化率、アスペクト比並びに複合材料シートの引張弾性率は、以下の要領で測定した。
(Evaluation)
The resistance values, the D / G ratio change rate, the aspect ratio, and the tensile modulus of the composite sheet of Examples 7 and 8 and Comparative Examples 7 to 11 were as follows. Measured with

(1)抵抗値
まず、イソプロピルアルコール10gと、抵抗値の測定に供するサンプル0.128gとを、20mlの容器(サンプル瓶スナップカップNo.30 φ30×45)に入れ、28kHzで1分間、超音波を印加することにより分散液を得た。得られた分散液の温度を25℃とし、スターラーで撹拌させながらテスターを挿入した。挿入してから2分後のデータを読み取り温度25℃における抵抗値とした。なお、テスターのプラス端子とマイナス端子とは、端子間距離を2cmとし、液面から1cmの深さで分散液中に挿入した。なお、イソプロピルアルコールそのものの抵抗値は、9.05MΩであった。
(1) Resistance value First, 10 g of isopropyl alcohol and 0.128 g of a sample for measurement of resistance value are placed in a 20 ml container (sample bottle snap cup No. 30 φ30 × 45), and subjected to ultrasonic waves at 28 kHz for 1 minute. Was applied to obtain a dispersion. The temperature of the obtained dispersion was 25 ° C., and a tester was inserted while stirring with a stirrer. The data 2 minutes after the insertion was read as the resistance value at a temperature of 25 ° C. The tester plus terminal and minus terminal were inserted into the dispersion at a distance of 2 cm between the terminals and a depth of 1 cm from the liquid surface. The resistance value of isopropyl alcohol itself was 9.05 MΩ.

(2)D/G比の変化率
まず、顕微レーザーラマン測定装置(サーモサイエンティフィック社製、品番:NICORET ALMEGA XR)を用い、以下の条件で、薄片化黒鉛、熱膨張性黒鉛、又は天然黒鉛のラマンスペクトルを測定した。
(2) Rate of change of D / G ratio First, using a microscopic laser Raman measuring apparatus (manufactured by Thermo Scientific, product number: NICORET ALMEGA XR), exfoliated graphite, thermally expandable graphite, or natural The Raman spectrum of graphite was measured.

測定条件;
レーザー波長:532nm
レーザー出力:25%
スリット:25μmホール
積算回数:32回
Measurement condition;
Laser wavelength: 532 nm
Laser output: 25%
Slit: 25 μm hole Integration count: 32 times

ラマンスペクトルは、薄片化黒鉛、膨張性黒鉛及び天然黒鉛を、空気中で200℃、1時間の条件で加熱処理したものと、加熱処理していないもののそれぞれについて測定した。   The Raman spectrum was measured for exfoliated graphite, expandable graphite, and natural graphite that were heat-treated in air at 200 ° C. for 1 hour and those that were not heat-treated.

なお、D/G比は、得られたラマンスペクトルの1300cm−1〜1400cm−1の範囲の最大ピーク強度をDバンドのピーク強度とし、また、1540cm−1〜1640cm−1の最大ピーク強度をGバンドのピーク強度とすることにより求めた。 The D / G ratio is determined by taking the maximum peak intensity in the range of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 of the obtained Raman spectrum as the D band peak intensity, and the maximum peak intensity of 1540 cm −1 to 1640 cm −1 as G. It was determined by taking the peak intensity of the band.

このようにして得られた加熱前後のD/G比を用い、下記式(1)からD/Gの変化率(%)を算出した。   Using the D / G ratio before and after heating thus obtained, the change rate (%) of D / G was calculated from the following formula (1).

式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100

(3)形状
アスペクト比を求めるサンプル0.1gを、THF10g中に28kHz、1分間の条件で超音波を印加することにより分散させた。得られた分散液に、さらにポリスチレン1gを添加しポリスチレンを溶かした。得られた溶液をバットに入れ、THFをオーブンで気化させた。しかる後、加熱プレスで、厚みが0.5mmであり、アスペクト比を求めるサンプルの濃度10重量%のシートを作製した。次にクロスポリッシャーでグラフェンシート断面を研磨し、カーボン蒸着した。次にシート断面を倍率:3000倍のSEM観察を行い、画像解析により、厚みと積層面方向における最大寸法を得、アスペクト比を算出した。
(3) Shape 0.1 g of the sample for which the aspect ratio was determined was dispersed in 10 g of THF by applying ultrasonic waves at 28 kHz for 1 minute. To the obtained dispersion, 1 g of polystyrene was further added to dissolve the polystyrene. The resulting solution was placed in a vat and THF was evaporated in an oven. Thereafter, a sheet having a thickness of 0.5 mm and a sample concentration of 10% by weight for obtaining an aspect ratio was produced by a heating press. Next, the cross section of the graphene sheet was polished with a cross polisher and carbon was deposited. Next, SEM observation of the sheet cross section at a magnification of 3000 times was performed, and by image analysis, the maximum dimensions in the thickness and the laminated surface direction were obtained, and the aspect ratio was calculated.

(4)引張弾性率
実施例及び比較例で得られた複合材料シートの引張弾性率は、JIS K6767に準拠して測定した。
(4) Tensile Elastic Modulus The tensile elastic modulus of the composite material sheets obtained in Examples and Comparative Examples was measured according to JIS K6767.

引張弾性率の判定基準;
◎:2.1GPa以上
○:1.8GPa以上、2.1GPa未満
×:1.8GPa未満
Criteria for tensile modulus of elasticity;
◎: 2.1 GPa or more ○: 1.8 GPa or more, less than 2.1 GPa ×: less than 1.8 GPa

結果を下記表3に示す。   The results are shown in Table 3 below.

Figure 2016029003
Figure 2016029003

なお、比較例7の市販薄片化黒鉛は、CVD法により作製されており、化合物がグラフトされていない。また、比較例8,9の市販薄片化黒鉛は、GIC法により作製されており、製造工程に酸化過程が含まれている。   In addition, the commercially available exfoliated graphite of Comparative Example 7 is produced by the CVD method, and the compound is not grafted. Moreover, the commercially available exfoliated graphite of Comparative Examples 8 and 9 is produced by the GIC method, and an oxidation process is included in the production process.

表3より、実施例7,8の薄片化黒鉛では、比較例7〜11の薄片化黒鉛、天然黒鉛及び熱膨張性黒鉛と比較して抵抗値が低く導電性に優れている。また、実施例7,8の薄片化黒鉛は、樹脂中への分散性が高められていることから、引張弾性率が高められていることが確認できた。   From Table 3, the exfoliated graphite of Examples 7 and 8 has a low resistance value and excellent conductivity compared to the exfoliated graphite, natural graphite and thermally expandable graphite of Comparative Examples 7 to 11. Moreover, since exfoliated graphite of Examples 7 and 8 has improved dispersibility in the resin, it was confirmed that the tensile elastic modulus was increased.

Claims (32)

ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である、薄片化黒鉛。
式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
In the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, when the peak intensity ratio between the D band and the G band is the D / G ratio, it is expressed by the following formula (1) when heated at 200 ° C. for 1 hour. Exfoliated graphite having a negative change rate of the D / G ratio.
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100
前記D/G比の変化率が、0%より小さく、−20%より大きい、請求項1に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to claim 1, wherein a change rate of the D / G ratio is smaller than 0% and larger than -20%. 最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bで表される屈曲度が、0.7以上、1.0以下である、請求項1又は2に記載の薄片化黒鉛。   When the shortest distance between both ends facing each other at the maximum distance is A and the distance between both ends is B, the degree of bending represented by A / B is 0.7 or more and 1.0 or less. The exfoliated graphite according to claim 1 or 2, wherein 厚みが0.5μm以下であり、積層面方向における最大寸法が3.0μm以上、1000μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 1 to 3, which has a thickness of 0.5 µm or less and a maximum dimension in the direction of the laminated surface of 3.0 µm or more and 1000 µm or less. イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 1 to 4, wherein a viscosity at a temperature of 23 ° C when dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 1% by weight is 4.0 mPa · s or more. イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 1 to 5, wherein a resistance value at a temperature of 25 ° C is less than 1 MΩ when dispersed in 10 g of isopropyl alcohol at a weight of 0.128 g. 厚みが6nm以上、400nm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 1 to 6, wherein the thickness is 6 nm or more and 400 nm or less. アスペクト比が、5以上、600以下の範囲にある、請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 1 to 7, wherein the aspect ratio is in the range of 5 or more and 600 or less. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを含む、電極材料。   The electrode material containing the exfoliated graphite of any one of Claims 1-8, and binder resin. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、樹脂とを含む、薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material containing exfoliated graphite of any one of Claims 1-8, and resin. 前記樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項10に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 10, wherein the resin is a thermoplastic resin. 前記熱可塑性樹脂がポリオレフィンである、請求項11に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 11, wherein the thermoplastic resin is a polyolefin. 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、請求項12に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 12, wherein the polyolefin is polypropylene. イソプロピルアルコール中に1重量%の濃度で分散させたときの、温度23℃における粘度が、4.0mPa・s以上である、薄片化黒鉛。   Exfoliated graphite having a viscosity at a temperature of 23 ° C. of 4.0 mPa · s or more when dispersed at a concentration of 1% by weight in isopropyl alcohol. ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である、請求項14に記載の薄片化黒鉛。
式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
In the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, when the peak intensity ratio between the D band and the G band is the D / G ratio, it is expressed by the following formula (1) when heated at 200 ° C. for 1 hour. The exfoliated graphite according to claim 14, wherein the change rate of the D / G ratio is a negative value.
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100
前記D/G比の変化率が、0%より小さく、−20%以上である、請求項14又は15に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to claim 14 or 15, wherein a change rate of the D / G ratio is less than 0% and -20% or more. 最大距離を隔てて対向している両端間の最短距離をAとし、該両端間の道のりをBとしたときに、A/Bで表される屈曲度が、0.7以上、1.0以下である、請求項14〜16のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   When the shortest distance between both ends facing each other at the maximum distance is A and the distance between both ends is B, the degree of bending represented by A / B is 0.7 or more and 1.0 or less. The exfoliated graphite according to any one of claims 14 to 16, which is 厚みが0.5μm以下であり、積層面方向における最大寸法が3.0μm以上、1000μm以下である、請求項14〜17のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 14 to 17, having a thickness of 0.5 µm or less and a maximum dimension in the direction of the laminated surface of 3.0 µm or more and 1000 µm or less. 請求項14〜18のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを含む、電極材料。   The electrode material containing the exfoliated graphite of any one of Claims 14-18, and binder resin. 請求項14〜18のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、樹脂とを含む、薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material containing exfoliated graphite of any one of Claims 14-18, and resin. 前記樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項20に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 20, wherein the resin is a thermoplastic resin. 前記熱可塑性樹脂がポリオレフィンである、請求項21に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 21, wherein the thermoplastic resin is a polyolefin. 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、請求項22に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 22, wherein the polyolefin is polypropylene. イソプロピルアルコール10g中に0.128gの重量で分散させたときの、温度25℃における抵抗値が、1MΩより小さい、薄片化黒鉛。   Exfoliated graphite having a resistance of less than 1 MΩ at a temperature of 25 ° C. when dispersed at a weight of 0.128 g in 10 g of isopropyl alcohol. ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、200℃、1時間の条件で加熱した際の下記式(1)で表される、D/G比の変化率が負の値である、請求項24に記載の薄片化黒鉛。
式(1)
{(加熱後のD/G比−加熱前のD/G比)/(加熱前のD/G比)}×100
In the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, when the peak intensity ratio between the D band and the G band is the D / G ratio, it is expressed by the following formula (1) when heated at 200 ° C. for 1 hour. The exfoliated graphite according to claim 24, wherein the change rate of the D / G ratio is a negative value.
Formula (1)
{(D / G ratio after heating−D / G ratio before heating) / (D / G ratio before heating)} × 100
厚みが6nm以上、400nm以下である、請求項24又は25に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to claim 24 or 25, wherein the thickness is 6 nm or more and 400 nm or less. アスペクト比が、5以上、600以下の範囲にある、請求項24〜26のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛。   The exfoliated graphite according to any one of claims 24 to 26, wherein the aspect ratio is in the range of 5 or more and 600 or less. 請求項24〜27のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、バインダー樹脂とを含む、電極材料。   An electrode material comprising exfoliated graphite according to any one of claims 24 to 27 and a binder resin. 前記バインダー樹脂が、フッ素系樹脂である、請求項28に記載の電極材料。   The electrode material according to claim 28, wherein the binder resin is a fluororesin. 前記フッ素系樹脂が、ポリフッ化ビニリデンである、請求項29に記載の電極材料。   30. The electrode material according to claim 29, wherein the fluororesin is polyvinylidene fluoride. 請求項24〜27のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛と、樹脂とを含む、薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material containing exfoliated graphite of any one of Claims 24-27, and resin. 前記樹脂がポリオレフィンである、請求項31に記載の薄片化黒鉛−樹脂複合材料。   The exfoliated graphite-resin composite material according to claim 31, wherein the resin is a polyolefin.
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