JP2018012763A - Nanomaterial composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノ材料組成物に関するものである。 The present invention relates to a nanomaterial composition.
セルロース繊維は、全ての植物の基本骨格物質であり、地球上に一兆トンを超える蓄積がある。また、セルロース繊維は、鋼鉄の1/5の軽さであるにも関わらず、鋼鉄の5倍以上の強度を有する繊維である。このセルロース繊維が有する機械的強度を更に向上させる目的で、セルロース繊維を解繊して得られるセルロースナノファイバー(以下、「CNF」ともいう)が検討されている(例えば特許文献1等)。CNFは、樹脂等と組み合わせて高強度・低熱膨張を可能とする複合材料として有望視されており、その構造等について種々の検討がなされている。 Cellulose fiber is the basic skeletal material of all plants, and has an accumulation of over 1 trillion tons on the earth. Cellulose fiber is a fiber having a strength 5 times or more that of steel, though it is 1/5 lighter than steel. In order to further improve the mechanical strength of the cellulose fibers, cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as “CNF”) obtained by defibrating cellulose fibers have been studied (for example, Patent Document 1). CNF is considered promising as a composite material capable of high strength and low thermal expansion in combination with a resin or the like, and various studies have been made on its structure and the like.
CNFと樹脂とを組み合わせて複合材料を製造する際は、例えばCNFが分散媒に分散された組成物(ナノ材料組成物)を樹脂と混合させて樹脂組成物を得た後、この樹脂組成物を用いて所望の形状に成形することによりCNFと樹脂とを含む複合材料(成形体)が得られる。 When a composite material is produced by combining CNF and a resin, for example, a resin composition obtained by mixing a composition (nanomaterial composition) in which CNF is dispersed in a dispersion medium with a resin is obtained. A composite material (molded body) containing CNF and resin can be obtained by molding into a desired shape using.
しかし、従来の方法でCNFを含む成形体を成形しても、成形体の表面硬度を向上させることは困難であった。 However, even when a molded body containing CNF is molded by a conventional method, it is difficult to improve the surface hardness of the molded body.
そこで、本発明においては、成形体としたときの表面硬度を向上させることができるナノ材料組成物を提供することを目的とする。 Then, in this invention, it aims at providing the nanomaterial composition which can improve the surface hardness when it is set as a molded object.
(1) 本発明のナノ材料組成物は、分散媒と、前記分散媒に分散されたセルロースナノファイバー(CNF)及びカーボンナノチューブ(以下、「CNT」ともいう)とを含むことを特徴とする。 (1) The nanomaterial composition of the present invention includes a dispersion medium, and cellulose nanofibers (CNF) and carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) dispersed in the dispersion medium.
前記(1)のナノ材料組成物によれば、成形体としたときにCNF間にCNTが介在することによってCNFを補強することができるため、成形体の表面硬度を向上させることができる。 According to the nanomaterial composition of the above (1), since CNF can be reinforced by interposing CNTs between CNFs when formed into a molded body, the surface hardness of the molded body can be improved.
(2) 前記(1)のナノ材料組成物において、前記CNTの表面の少なくとも一部が極性基で修飾されていることが好ましい。この構成の場合、CNTの分散媒への分散性を向上させることができるため、成形体とした際、CNF間にCNTを均一に介在させることができる。これにより、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。 (2) In the nanomaterial composition of (1), it is preferable that at least a part of the surface of the CNT is modified with a polar group. In the case of this configuration, since the dispersibility of CNTs in the dispersion medium can be improved, CNTs can be uniformly interposed between CNFs when formed into a molded body. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
(3) 前記(2)のナノ材料組成物において、前記極性基が、水酸基、カルボニル基及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。この構成の場合、CNTの分散媒への分散性をより向上させることができるため、成形体の表面硬度をより均一に向上させることができる。なお、カルボニル基で修飾される場合としては、CNT表面にカルボニル基が付加される場合だけでなく、CNT表面の活性点(欠陥)への酸素原子の付加によりカルボニル基が形成される場合も含む。また、カルボキシ基で修飾される場合としては、CNT表面にカルボキシ基が付加される場合だけでなく、CNT表面の活性点(欠陥)への酸素原子の付加によりカルボニル基が形成された後、このカルボニル基への水酸基の付加によりカルボキシ基が形成される場合も含む。後述するCNFの表面の少なくとも一部がカルボキシ基で修飾される場合も同様である。 (3) In the nanomaterial composition of (2), the polar group is preferably at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carbonyl group, and a carboxy group. In the case of this configuration, the dispersibility of CNTs in the dispersion medium can be further improved, so that the surface hardness of the molded body can be improved more uniformly. In addition, the case where the carbonyl group is modified includes not only the case where the carbonyl group is added to the CNT surface but also the case where the carbonyl group is formed by addition of an oxygen atom to the active point (defect) on the CNT surface. . In addition, the carboxy group is modified not only when a carboxy group is added to the CNT surface but also after a carbonyl group is formed by addition of an oxygen atom to an active point (defect) on the CNT surface. This includes the case where a carboxy group is formed by addition of a hydroxyl group to a carbonyl group. The same applies when at least a part of the surface of CNF described later is modified with a carboxy group.
(4) 前記(1)から(3)のナノ材料組成物において、前記CNTの平均直径が0.01nm以上500nm以下であることが好ましい。CNTの平均直径を0.01nm以上とすることにより、補強効果を高めることができる。また、CNTの平均直径を500nm以下とすることにより、分散媒への分散性をより向上させることができるため、成形体の表面硬度をより均一に向上させることができる。なお、前記「平均直径」は、電子顕微鏡で観察されるCNTの単体の直径の平均値であり、例えば電子顕微鏡で任意に10個のCNTの単体を選択し、これらのCNTの直径を平均した値である。 (4) In the nanomaterial composition according to (1) to (3), the average diameter of the CNT is preferably 0.01 nm or more and 500 nm or less. By making the average diameter of CNTs 0.01 nm or more, the reinforcing effect can be enhanced. Moreover, since the dispersibility to a dispersion medium can be improved more because the average diameter of CNT shall be 500 nm or less, the surface hardness of a molded object can be improved more uniformly. The “average diameter” is an average value of the diameters of single CNTs observed with an electron microscope. For example, 10 single CNTs are arbitrarily selected with an electron microscope and the diameters of these CNTs are averaged. Value.
(5) 前記(1)から(4)のナノ材料組成物において、前記CNTが多層CNTであることが好ましい。この構成によれば、CNTによる補強効果を高めることができるため、成形体の表面硬度をより向上させることができる。なお、前記「多層CNT」とは、グラファイト層を2層以上重ねて筒状に巻いた構造を有するCNTを指す。 (5) In the nanomaterial composition according to (1) to (4), the CNT is preferably a multilayer CNT. According to this structure, since the reinforcement effect by CNT can be improved, the surface hardness of a molded object can be improved more. The “multilayer CNT” refers to a CNT having a structure in which two or more graphite layers are stacked and wound in a cylindrical shape.
(6) 前記(1)から(5)のナノ材料組成物において、前記CNTの含有量が0.01質量%以上30質量%以下であることが好ましい。CNTの含有量を0.01質量%以上とすることにより、補強効果を高めることができる。また、CNTの含有量を30質量%以下とすることにより、分散媒中におけるCNTの沈殿を抑制できるため、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。 (6) In the nanomaterial composition according to (1) to (5), the content of the CNT is preferably 0.01% by mass or more and 30% by mass or less. By making the content of CNT 0.01% by mass or more, the reinforcing effect can be enhanced. Moreover, since the precipitation of CNT in a dispersion medium can be suppressed by making content of CNT into 30 mass% or less, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
(7) 前記(1)から(6)のナノ材料組成物において、前記CNFの表面の少なくとも一部がカルボキシ基で修飾されていることが好ましい。この構成の場合、CNFの分散媒への分散性を向上させることができるため、構造材であるCNFが均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。 (7) In the nanomaterial composition according to (1) to (6), at least a part of the surface of the CNF is preferably modified with a carboxy group. In the case of this configuration, since the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be improved, a molded body in which CNF as a structural material is uniformly dispersed can be obtained. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
(8) 前記(7)のナノ材料組成物において、前記カルボキシ基の対イオンとしてオニウムイオンを更に含むことが好ましい。この構成の場合、CNFの分散媒への分散性をより向上させることができるため、構造材であるCNFがより均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度をより均一に向上させることができる。 (8) In the nanomaterial composition of (7), it is preferable that an onium ion is further included as a counter ion of the carboxy group. In the case of this configuration, since the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be further improved, a molded body in which CNF as a structural material is more uniformly dispersed can be obtained. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved more uniformly.
(9) 前記(8)のナノ材料組成物において、前記オニウムイオンがアンモニウムイオンであることが好ましい。この構成の場合、CNFの分散媒への分散性を更に向上させることができるため、構造材であるCNFが更に均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度を更に均一に向上させることができる。 (9) In the nanomaterial composition of (8), the onium ion is preferably an ammonium ion. In the case of this configuration, the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be further improved, so that a molded body in which CNF as a structural material is further uniformly dispersed can be obtained. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved further more uniformly.
(10) 前記(1)から(9)のナノ材料組成物において、前記CNFの平均繊維幅が1nm以上500nm以下であることが好ましい。CNFの平均繊維幅を1nm以上とすることにより、成形体の表面硬度をより向上させることができる。また、CNFの平均繊維幅を500nm以下とすることにより、分散媒中におけるCNFの沈殿を抑制できるため、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。なお、前記「平均繊維幅」は、電子顕微鏡で観察されるCNFの単体の繊維幅の平均値であり、例えば電子顕微鏡で任意に10個のCNFの単体を選択し、これらのCNFの繊維幅を平均した値である。 (10) In the nanomaterial composition according to (1) to (9), it is preferable that an average fiber width of the CNF is 1 nm or more and 500 nm or less. By setting the average fiber width of CNF to 1 nm or more, the surface hardness of the molded body can be further improved. Moreover, since the precipitation of CNF in a dispersion medium can be suppressed by making the average fiber width of CNF 500 nm or less, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly. The “average fiber width” is an average value of the single fiber widths of CNFs observed with an electron microscope. For example, 10 CNF single bodies are arbitrarily selected with an electron microscope, and the fiber widths of these CNFs are selected. Is an average value.
(11) 前記(1)から(10)のナノ材料組成物において、前記CNFの含有量が0.01質量%以上30質量%以下であることが好ましい。CNFの含有量を0.01質量%以上とすることにより、成形体の表面硬度をより向上させることができる。また、CNFの含有量を30質量%以下とすることにより、分散媒中におけるCNFの沈殿を抑制できるため、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。 (11) In the nanomaterial composition according to (1) to (10), the CNF content is preferably 0.01% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the CNF content to 0.01% by mass or more, the surface hardness of the molded body can be further improved. Moreover, since CNF precipitation in a dispersion medium can be suppressed by making content of CNF into 30 mass% or less, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
(12) 前記(1)から(11)のナノ材料組成物において、前記CNFの前記CNTに対する含有量比が、質量比で1/10以上10/1以下であることが好ましい。この構成によれば、成形体の表面硬度をより向上させることができる。 (12) In the nanomaterial composition according to (1) to (11), a content ratio of the CNF to the CNT is preferably 1/10 or more and 10/1 or less by mass ratio. According to this structure, the surface hardness of a molded object can be improved more.
(13) 前記(1)から(12)のナノ材料組成物において、前記分散媒が、水及び有機溶媒の少なくとも一方を含んでいてもよい。 (13) In the nanomaterial composition according to (1) to (12), the dispersion medium may include at least one of water and an organic solvent.
(14) 前記(13)のナノ材料組成物において、前記分散媒がアルコールであってもよい。 (14) In the nanomaterial composition according to (13), the dispersion medium may be an alcohol.
(15) 前記(13)のナノ材料組成物において、前記分散媒が、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、スチレン、酢酸エチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン及びアセトンからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。 (15) In the nanomaterial composition of (13), the dispersion medium is water, methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, t-butanol, 1-pentanol, It may be at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, styrene, ethyl acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone and acetone.
本発明のナノ材料組成物によれば、成形体としたときの表面硬度を向上させることができる。 According to the nanomaterial composition of the present invention, the surface hardness when formed into a molded body can be improved.
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
<ナノ材料組成物>
本発明の一実施形態に係るナノ材料組成物は、分散媒と、この分散媒に分散されたCNF及びCNTとを含むことを特徴とする。本実施形態に係るナノ材料組成物によれば、成形体としたときにCNF間にCNTが介在することによってCNFを補強することができるため、成形体の表面硬度を向上させることができる。以下、本実施形態に係るナノ材料組成物の構成成分について説明する。
<Nanomaterial composition>
A nanomaterial composition according to an embodiment of the present invention includes a dispersion medium, and CNF and CNT dispersed in the dispersion medium. According to the nanomaterial composition according to the present embodiment, since the CNF can be reinforced by interposing CNTs between the CNFs when formed into a molded body, the surface hardness of the molded body can be improved. Hereinafter, the components of the nanomaterial composition according to this embodiment will be described.
(CNF)
CNFは、本実施形態に係るナノ材料組成物を用いて得られる成形体の構造材となる成分である。このCNFの原料であるセルロース繊維としては、例えば機械パルプ、化学パルプ、セミケミカルパルプ等の木材パルプ、具体的にはクラフト木材パルプ、加水分解済みクラフト木材パルプ、亜硫酸木材パルプ等をはじめ、古紙、バクテリアセルロース、バロニアセルロース、ホヤセルロース、綿セルロース、麻セルロース、これらの混合物などを用いることができる。
(CNF)
CNF is a component that becomes a structural material of a molded body obtained by using the nanomaterial composition according to the present embodiment. Examples of cellulose fibers that are the raw materials for CNF include wood pulp such as mechanical pulp, chemical pulp, and semi-chemical pulp. Specifically, kraft wood pulp, hydrolyzed kraft wood pulp, sulfite wood pulp, etc. Bacterial cellulose, valonia cellulose, squirt cellulose, cotton cellulose, hemp cellulose, a mixture thereof, and the like can be used.
CNFの製造方法としては、後述する分散媒に分散可能なCNFが得られる方法であれば特に限定されず、例えば上記例示した原料(セルロース繊維)を物理的、化学的に処理する方法が挙げられる。物理的処理方法としては、例えばセルロース繊維を機械的に解繊する方法が挙げられ、具体的にはセルロース繊維を含む水懸濁液又はスラリーを、リファイナー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、一軸又は多軸混練機、ビーズミル等によって摩砕ないし叩解することにより解繊する方法が例示できる。 The method for producing CNF is not particularly limited as long as CNF dispersible in a dispersion medium to be described later is obtained, and examples thereof include a method of physically and chemically treating the above exemplified raw materials (cellulose fibers). . Examples of the physical treatment method include a method of mechanically defibrating cellulose fibers. Specifically, an aqueous suspension or slurry containing cellulose fibers is refined, a high-pressure homogenizer, a grinder, uniaxial or multiaxial kneading. Examples thereof include a method of defibration by grinding or beating with a machine, a bead mill or the like.
また、セルロース繊維の化学的処理によってCNFを得る方法としては、例えば2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル(TEMPO)をはじめとするN−オキシル化合物を触媒とした酸化反応を用いてセルロース繊維を処理する方法が挙げられる。この方法で得られた酸化セルロースは、液中での軽度な分散処理により均質なCNFの分散体となる。 Further, as a method for obtaining CNF by chemical treatment of cellulose fibers, for example, N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy radical (TEMPO) were used as catalysts. The method of processing a cellulose fiber using an oxidation reaction is mentioned. Oxidized cellulose obtained by this method becomes a homogeneous CNF dispersion by a mild dispersion treatment in the liquid.
本実施形態で用いられるCNFの表面の少なくとも一部は、カルボキシ基で修飾されていることが好ましい。この場合、CNFの分散媒への分散性を向上させることができるため、構造材であるCNFが均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。 It is preferable that at least a part of the surface of CNF used in this embodiment is modified with a carboxy group. In this case, since the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be improved, a molded body in which CNF as a structural material is uniformly dispersed can be obtained. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
CNFの表面をカルボキシ基で修飾する方法としては、例えば上述した酸化反応を用いてセルロース繊維を処理する方法が挙げられ、具体的には特開2015−101694号公報に記載のTEMPO酸化法が例示できる。 Examples of the method of modifying the surface of CNF with a carboxy group include a method of treating cellulose fibers using the above-described oxidation reaction, and specifically, a TEMPO oxidation method described in JP-A-2015-101694 is exemplified. it can.
表面の少なくとも一部がカルボキシ基で修飾されているCNFを用いる場合、本実施形態のナノ材料組成物は、上記カルボキシ基の対イオンとしてオニウムイオンを更に含むことが好ましい。この場合、CNFの分散媒への分散性をより向上させることができるため、構造材であるCNFがより均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度をより均一に向上させることができる。 When using CNF in which at least a part of the surface is modified with a carboxy group, the nanomaterial composition of the present embodiment preferably further contains an onium ion as a counter ion of the carboxy group. In this case, since the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be further improved, it is possible to obtain a molded body in which CNF as the structural material is more uniformly dispersed. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved more uniformly.
上記オニウムイオンとしては、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、オキソニウムイオン、スルホニウムイオン、フルオロニウムイオン、クロロニウムイオン等が挙げられる。なかでもアンモニウムイオンを用いると、CNFの分散媒への分散性を更に向上させることができるため、構造材であるCNFが更に均一に分散された成形体とすることができる。これにより、成形体の表面硬度を更に均一に向上させることができる。なお、オニウムイオンの導入方法としては、公知の方法が使用でき、例えば特開2015−101694号公報に記載の方法が使用できる。 Examples of the onium ions include ammonium ions, phosphonium ions, oxonium ions, sulfonium ions, fluoronium ions, chloronium ions, and the like. Among these, when ammonium ions are used, the dispersibility of CNF in the dispersion medium can be further improved, so that a molded body in which CNF as a structural material is further uniformly dispersed can be obtained. Thereby, the surface hardness of a molded object can be improved further more uniformly. As a method for introducing onium ions, a known method can be used. For example, a method described in JP-A-2015-101694 can be used.
CNFの平均繊維幅としては、成形体の表面硬度をより向上させる観点から1nm以上が好ましく、2nm以上がより好ましい。また、分散媒中におけるCNFの沈殿を抑制し、成形体の表面硬度を均一に向上させる観点から、CNFの平均繊維幅としては、500nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましい。 The average fiber width of CNF is preferably 1 nm or more and more preferably 2 nm or more from the viewpoint of further improving the surface hardness of the molded body. Further, from the viewpoint of suppressing the precipitation of CNF in the dispersion medium and improving the surface hardness of the molded body uniformly, the average fiber width of CNF is preferably 500 nm or less, and more preferably 200 nm or less.
ナノ材料組成物中のCNFの含有量としては、成形体の表面硬度をより向上させる観点から0.01質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、分散媒中におけるCNFの沈殿を抑制し、成形体の表面硬度を均一に向上させる観点から、ナノ材料組成物中のCNFの含有量としては、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。 As content of CNF in a nanomaterial composition, 0.01 mass% or more is preferable from a viewpoint of improving the surface hardness of a molded object more, and 0.1 mass% or more is more preferable. Further, from the viewpoint of suppressing the precipitation of CNF in the dispersion medium and improving the surface hardness of the molded body uniformly, the content of CNF in the nanomaterial composition is preferably 30% by mass or less, and 10% by mass or less. Is more preferable.
(CNT)
CNTは、成形体としたときにCNF間に介在し、CNFを補強する成分である。このCNTは、後述する分散媒に分散可能である限り、その製法等について特に限定されないが、表面の少なくとも一部が極性基で修飾されているCNTが好ましい。表面の少なくとも一部が極性基で修飾されているCNTによれば、分散媒への分散性を向上させることができる。これにより、成形体とした際、CNF間にCNTを均一に介在させることができるため、成形体の表面硬度を均一に向上させることができる。
(CNT)
CNT is a component that intervenes between CNFs to reinforce CNF when formed into a molded body. As long as this CNT can be dispersed in a dispersion medium described later, its production method and the like are not particularly limited, but CNT in which at least a part of the surface is modified with a polar group is preferable. According to the CNT in which at least a part of the surface is modified with a polar group, the dispersibility in the dispersion medium can be improved. Thereby, when it is set as a molded object, since CNT can be uniformly interposed between CNFs, the surface hardness of a molded object can be improved uniformly.
上記極性基としては、水酸基、カルボニル基及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。この場合、CNTの分散媒への分散性をより向上させることができるため、成形体の表面硬度をより均一に向上させることができる。 The polar group is preferably at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carbonyl group, and a carboxy group. In this case, since the dispersibility of the CNTs in the dispersion medium can be further improved, the surface hardness of the molded body can be improved more uniformly.
CNTの表面に極性基を導入する方法は、特に限定されず、例えば特開2014−15387号公報等に記載の公知の方法を採用できる。より具体的には、まず、CNT粉末と硫酸とを少量ずつ所定の割合で混合撹拌し、混合液を生成する(工程1)。続いて、この混合液に所定の割合で硝酸を混合し撹拌する(工程2)。その後、十分に煮沸するまで該混合液を加熱した(工程3)後、加熱を止め、冷却する(工程4)。続いて、該混合液をpH12〜13のアルカリ水溶液で希釈してpH値を調整した(工程5)後、更に大気中において冷却する(工程6)。冷却後、該混合液をろ過して、ろ過水を取り出す(工程7)。そして、取り出したろ過水(混合液)を水で希釈する(工程8)。ここで、工程7及び工程8については、更に1回以上繰り返してもよい。続いて、希釈した混合液を遠心分離機により遠心分離させた(工程9)後、上澄み液に対して超音波洗浄機により超音波照射しながらろ過する(工程10)。ここで、工程9及び工程10については、それぞれ更に1回以上繰り返してもよく、工程9及び工程10のいずれか一方のみを更に1回以上繰り返してもよい。続いて、得られたろ過水を水で希釈して所定の濃度に調整することで、表面に極性基が導入されたCNTの分散液を得ることができる。 The method for introducing a polar group onto the surface of CNT is not particularly limited, and for example, a known method described in JP-A-2014-15387 can be employed. More specifically, first, CNT powder and sulfuric acid are mixed and stirred at a predetermined rate little by little to produce a mixed solution (step 1). Subsequently, nitric acid is mixed in the mixed solution at a predetermined ratio and stirred (step 2). Then, after heating this liquid mixture until it fully boils (process 3), heating is stopped and it cools (process 4). Subsequently, the mixed solution is diluted with an alkaline aqueous solution having a pH of 12 to 13 to adjust the pH value (step 5), and further cooled in the atmosphere (step 6). After cooling, the mixed solution is filtered to take out filtered water (step 7). And the taken-out filtered water (mixed liquid) is diluted with water (process 8). Here, step 7 and step 8 may be further repeated one or more times. Subsequently, the diluted mixed solution is centrifuged with a centrifuge (step 9), and then the supernatant is filtered while being irradiated with ultrasonic waves by an ultrasonic cleaner (step 10). Here, each of the step 9 and the step 10 may be further repeated once or more, and only one of the step 9 and the step 10 may be further repeated once or more. Subsequently, by diluting the obtained filtered water with water and adjusting it to a predetermined concentration, a dispersion of CNTs having polar groups introduced on the surface can be obtained.
CNTの平均直径としては、補強効果を高める観点から、0.01nm以上が好ましく、0.1nm以上がより好ましく、1nm以上が更に好ましい。また、分散媒への分散性をより向上させる観点から、CNTの平均直径としては、500nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましく、50nm以下が更に好ましい。 The average diameter of CNTs is preferably 0.01 nm or more, more preferably 0.1 nm or more, and even more preferably 1 nm or more from the viewpoint of enhancing the reinforcing effect. Further, from the viewpoint of further improving dispersibility in the dispersion medium, the average diameter of CNTs is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less, and even more preferably 50 nm or less.
本実施形態で用いられるCNTとしては、多層CNTが好ましい。多層CNTを用いると、補強効果を高めることができるため、成形体の表面硬度をより向上させることができる。 As the CNT used in the present embodiment, multi-layer CNT is preferable. When multi-layer CNTs are used, the reinforcing effect can be enhanced, so that the surface hardness of the molded body can be further improved.
ナノ材料組成物中のCNTの含有量としては、補強効果を高める観点から0.01質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、分散媒中におけるCNTの沈殿を抑制し、成形体の表面硬度を均一に向上させる観点から、ナノ材料組成物中のCNTの含有量としては、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。 As content of CNT in a nanomaterial composition, 0.01 mass% or more is preferable from a viewpoint of improving a reinforcement effect, and 0.1 mass% or more is more preferable. Moreover, from the viewpoint of suppressing the precipitation of CNT in the dispersion medium and improving the surface hardness of the molded body uniformly, the content of CNT in the nanomaterial composition is preferably 30% by mass or less, and preferably 10% by mass or less. Is more preferable.
(分散媒)
本実施形態で用いられる分散媒としては、CNF及びCNTと反応しないものが使用でき、具体的には、水、有機溶媒、これらの混合溶媒等が挙げられる。
(Dispersion medium)
As the dispersion medium used in the present embodiment, those that do not react with CNF and CNT can be used, and specific examples include water, organic solvents, and mixed solvents thereof.
上記有機溶媒としては、アルコール類(メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、ベンジルアルコール等)、多価アルコール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコール等)、多価アルコールエーテル類(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブテルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等)、アミン類(エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミン等)、アミド類(ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、複素環類(2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシド等)、スルホン類(スルホラン等)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン等)、その他、トルエン、キシレン、スチレン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the organic solvent include alcohols (methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, sec-butanol, t-butanol, 1-pentanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols (Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc.), polyhydric alcohol ethers ( Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol Methyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutene ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol Monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amines (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, ethylenediamine, diethylenediamine, triethylenetetramine, Tetrachi Pentamine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amides (formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), heterocycles (2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, Cyclohexyl pyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, etc.), sulfones (sulfolane, etc.), lower ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), toluene, Xylene, styrene, ethyl acetate, tetrahydrofuran, urea, acetonitrile and the like can be used. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
(他の成分)
本実施形態のナノ材料組成物には、必要に応じて分散剤等の他の成分を添加してもよい。分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸アルカリ金属塩等の水溶性樹脂が好ましい。これらの分散剤は、1種単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
(Other ingredients)
You may add other components, such as a dispersing agent, to the nanomaterial composition of this embodiment as needed. As the dispersant, water-soluble resins such as polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, and polyalkali alkali metal salts are preferable. These dispersants may be used alone or in combination of two or more.
また、本実施形態のナノ材料組成物には、その他の分散剤として、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等の界面活性剤を添加してもよい。 In addition, the nanomaterial composition of the present embodiment includes a surfactant such as an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant as other dispersants. Also good.
上記アニオン性界面活性剤としては、芳香族スルホン酸系界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸塩等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩など)、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤、カルボン酸系界面活性剤などが挙げられる。 Examples of the anionic surfactant include aromatic sulfonic acid surfactants (alkyl benzene sulfonates such as dodecylbenzene sulfonate, dodecyl phenyl ether sulfonate, etc.), monosoap anionic surfactants, ether sulfates. Surfactants, phosphate surfactants, carboxylic acid surfactants, and the like.
上記カチオン性界面活性剤としては、第4級アルキルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルアミン塩、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド等が挙げられる。 Examples of the cationic surfactant include quaternary alkylammonium salts, alkylpyridinium salts, alkylamine salts, polyethyleneimine, polyvinylamine, polyallylamine, polyvinylpyridine, polyacrylamide and the like.
上記ノニオン性界面活性剤としては、エーテル系ノニオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等)、エステル系ノニオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンジステアレート、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート等)、ソルビトールやグリセリン等の多価アルコール脂肪酸のアルキルエーテル、多価アルコール脂肪酸のアルキルエステル、アミノアルコール脂肪酸アミドなどが挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant include ether type nonionic surfactants (polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene dodecyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene oleyl ether). , Polyoxyethylene lauryl ether, etc.), ester-based nonionic surfactants (polyoxyethylene oleate, polyoxyethylene distearate, sorbitan laurate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan sesquioleate, etc.) , Alkyl ethers of polyhydric alcohol fatty acids such as sorbitol and glycerin, alkyl esters of polyhydric alcohol fatty acids, amino alcohol fatty acid amides, etc. That.
上記両性界面活性剤としては、アルキルベタイン系界面活性剤(ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、プロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン等)、スルホベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤などが挙げられる。 Examples of the amphoteric surfactants include alkylbetaine surfactants (such as lauryldimethylaminoacetic acid betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, propyldimethylaminoacetic acid betaine), sulfobetaine-based surfactants. Surfactant, amine oxide type surfactant, etc. are mentioned.
本実施形態のナノ材料組成物には、上述の成分以外にも、各種の水溶性樹脂や水分散性樹脂、タンパク質等の生体内の高分子、pH調整剤など、ナノ材料組成物の用途に応じて必要な成分を配合することが可能である。 In addition to the above-mentioned components, the nanomaterial composition of the present embodiment can be used for nanomaterial compositions such as various water-soluble resins, water-dispersible resins, in vivo polymers such as proteins, and pH adjusters. It is possible to blend necessary components accordingly.
本実施形態のナノ材料組成物において、CNFのCNTに対する含有量比(CNF/CNT)としては、成形体の表面硬度をより向上させる観点から、質量比で1/10以上10/1以下が好ましく、1/5以上5/1以下がより好ましい。 In the nanomaterial composition of the present embodiment, the content ratio of CNF to CNT (CNF / CNT) is preferably from 1/10 to 10/1 in terms of mass ratio from the viewpoint of further improving the surface hardness of the molded body. 1/5 or more and 5/1 or less is more preferable.
本実施形態のナノ材料組成物の製造方法は、特に限定されず、例えば粉末状のCNF及びCNTを分散媒に分散させる方法、CNFの分散液に粉末状のCNTを加える方法、CNTの分散液に粉末状のCNFを加える方法、CNFの分散液とCNTの分散液とを混合する方法等、いずれの方法であってもよい。 The method for producing the nanomaterial composition of the present embodiment is not particularly limited. For example, a method of dispersing powdered CNF and CNT in a dispersion medium, a method of adding powdered CNT to a CNF dispersion, and a CNT dispersion Any method may be used, such as a method of adding powdered CNF or a method of mixing a CNF dispersion and a CNT dispersion.
本実施形態のナノ材料組成物を用いて成形体を成形する方法についても特に限定されず、目的に応じて種々の成形方法を採用できる。例えばナノ材料組成物と樹脂とを混合して樹脂組成物を得た後、この樹脂組成物を用いて所望の形状に成形する方法や、ナノ材料組成物を基材等へ塗工することによりCNF及びCNTを含む塗膜を形成する方法等が挙げられる。なお、後者の場合、塗膜が成形体に相当する。また、ナノ材料組成物を用いて公知の製紙方法により成形体としての紙を成形してもよい。 The method for molding a molded body using the nanomaterial composition of the present embodiment is not particularly limited, and various molding methods can be employed depending on the purpose. For example, by mixing a nanomaterial composition and a resin to obtain a resin composition, the resin composition is used to mold the resin into a desired shape, or by applying the nanomaterial composition to a substrate or the like Examples include a method of forming a coating film containing CNF and CNT. In the latter case, the coating film corresponds to a molded body. Moreover, you may shape | mold the paper as a molded object by a well-known paper manufacturing method using a nanomaterial composition.
本発明のナノ材料組成物は、成形体としたときの表面硬度を向上させることができるナノ材料組成物として好適である。
The nanomaterial composition of the present invention is suitable as a nanomaterial composition capable of improving the surface hardness when formed into a molded body.
Claims (15)
前記分散媒に分散されたセルロースナノファイバー及びカーボンナノチューブと
を含むことを特徴とするナノ材料組成物。 A dispersion medium;
A nanomaterial composition comprising cellulose nanofibers and carbon nanotubes dispersed in the dispersion medium.
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WO2021033423A1 (en) * | 2019-08-19 | 2021-02-25 | 国立大学法人東京大学 | Carbon fiber-reinforced composite material |
WO2022114123A1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 株式会社カネカ | Method for producing graphite film, graphite film, and composite for producing graphite film |
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Cited By (4)
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WO2021033423A1 (en) * | 2019-08-19 | 2021-02-25 | 国立大学法人東京大学 | Carbon fiber-reinforced composite material |
JP2021031524A (en) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 国立大学法人 東京大学 | Carbon fiber-reinforced composite material |
CN111945460A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-17 | 齐鲁工业大学 | Method for dispersing short carbon fibers and application |
WO2022114123A1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 株式会社カネカ | Method for producing graphite film, graphite film, and composite for producing graphite film |
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