JP2018070412A - Process for manufacturing nanodiamond dispersion and nanodiamond dispersion - Google Patents

Process for manufacturing nanodiamond dispersion and nanodiamond dispersion Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for manufacturing a nanodiamond dispersion which is suitable for obtaining a nanodiamond dispersion of low electrolyte concentration, which contains nanodiamond particles of positive zeta potential, and provide such a nanodiamond dispersion.SOLUTION: The process for manufacturing a nanodiamond dispersion of the present invention comprises an oxygen oxidation step S3 for oxidizing nanodiamond with oxygen, and a hydrogenation step S4 for hydrogenating the nanodiamond which has been processed in the above step. The nanodiamond dispersion of the present invention contains an aqueous dispersion medium, and nanodiamond particles which are dispersed in the medium and have positive zeta potential, and are 30 μS/cm wt% or less in electric conductivity.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ナノダイヤモンドの分散液の製造方法、および、ナノダイヤモンド分散液に関する。   The present invention relates to a method for producing a dispersion of nanodiamond and a nanodiamond dispersion.

近年、ナノダイヤモンドと呼称される微粒子状のダイヤモンド材料の開発が進められている。ナノダイヤモンドについては、用途によっては、粒径が10nm以下のいわゆる一桁ナノダイヤモンドが求められる場合がある。そのようなナノダイヤモンドの製造に関する技術については、例えば下記の特許文献1〜3に記載されている。   In recent years, development of fine-grained diamond materials called nanodiamonds has been promoted. As for nanodiamonds, so-called single-digit nanodiamonds having a particle size of 10 nm or less may be required depending on applications. The technology relating to the production of such nanodiamonds is described in, for example, the following Patent Documents 1 to 3.

特開2005−001983号公報JP-A-2005-001983 特開2010−126669号公報JP 2010-126669 A 特表2016−520035号公報JP-T-2006-520035 Publication

一次粒子の粒径が10nm以下であるナノダイヤモンドは、バルクダイヤモンドがそうであるように、高い機械的強度や、高い熱伝導性、高い屈折率などを示し得る。微粒子たるナノ粒子は、一般に、表面原子(配位的に不飽和である)の割合が大きいので、隣接粒子の表面原子間で作用し得るファンデルワールス力の総和が大きくて凝集(aggregation)を生じやすい。これに加えて、ナノダイヤモンド粒子の場合、隣接結晶子の結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成する凝着(agglutination)という現象が生じ得る。ナノダイヤモンドは、このように結晶子ないし一次粒子の間に重畳的な相互作用が生じ得る特異な性質を有するところ、例えば溶媒中において、ナノダイヤモンド一次粒子が分散した状態を創り出すことや、そのような状態を維持することには、技術的困難を伴う場合が多い。ナノダイヤモンドは、例えば爆轟法によって得られる生成物にて先ずは、一次粒子間の非常に強い相互作用に因って一次粒子どうしが集成している凝着体(二次粒子)の形態をとり、二次粒子から一次粒子への解砕や、所望の溶媒中で一次粒子の分散状態を維持させることなどに、技術的困難を伴うのである。   Nanodiamonds having a primary particle size of 10 nm or less can exhibit high mechanical strength, high thermal conductivity, high refractive index, and the like, as do bulk diamonds. Nanoparticles, which are fine particles, generally have a large proportion of surface atoms (coordinately unsaturated). Therefore, the sum of van der Waals forces that can act between surface atoms of adjacent particles is large, causing aggregation. Prone to occur. In addition to this, in the case of nanodiamond particles, a phenomenon called agglutination can be generated in which coulomb interaction between crystal planes of adjacent crystallites contributes and is very strongly assembled. Nanodiamond has such a unique property that superimposing interaction can occur between crystallites or primary particles. For example, nanodiamond creates a state in which nanodiamond primary particles are dispersed in a solvent, and so on. Maintaining the correct state often involves technical difficulties. Nanodiamond is a product obtained by detonation, for example. First, it forms an aggregate (secondary particle) in which primary particles are aggregated due to a very strong interaction between primary particles. However, there are technical difficulties associated with pulverization from secondary particles to primary particles and maintaining the dispersed state of primary particles in a desired solvent.

ナノダイヤモンドの二次粒子から一次粒子への実効的な解砕手法としてビーズミリング等の湿式の解砕処理が知られている。そして、当該処理に供されることとなるナノダイヤモンド含有のスラリーや当該処理を経て得られるナノダイヤモンド水分散液には、当該水分散液中のナノダイヤモンド粒子について大きなゼータ電位を確保して分散安定化を図る目的で、pH調整剤が添加されてpH調整が行われる場合が多い。例えば、水分散液中のナノダイヤモンド粒子について大きな正のゼータ電位を確保するためには、pH調整剤として塩酸等の酸が用いられる。   A wet crushing process such as bead milling is known as an effective crushing technique from secondary particles of nanodiamond to primary particles. The nanodiamond-containing slurry to be subjected to the treatment and the nanodiamond aqueous dispersion obtained through the treatment ensure a large zeta potential for the nanodiamond particles in the aqueous dispersion to stabilize the dispersion. In many cases, the pH is adjusted by adding a pH adjusting agent for the purpose of achieving the above. For example, in order to ensure a large positive zeta potential for nanodiamond particles in an aqueous dispersion, an acid such as hydrochloric acid is used as a pH adjuster.

しかしながら、そのようなpH調整剤の添加は、得られるナノダイヤモンド水分散液の電解質濃度の上昇を招き、好ましくない。ナノダイヤモンドと例えば樹脂との複合化材料を作製する過程においては、有機溶媒等の所定の有機材料とナノダイヤモンド水分散液との混合工程を経る場合が多いところ、ナノダイヤモンド水分散液の電解質濃度が高いほど、有機材料に対する当該水分散液の混和性ないし分散性は低い傾向にあり、ひいては、当該水分散液と有機材料との混合を経て得られる溶液等における有機材料相へのナノダイヤモンド分散量は減少する傾向にあり、複合化材料を作製するうえでは好ましくないのである。また、pH調整剤としての酸の添加は、得られるナノダイヤモンド水分散液の酸濃度の上昇を招き、好ましくない。ナノダイヤモンド水分散液の使用にあたり、当該ナノダイヤモンド水分散液の酸濃度が高いほど、当該ナノダイヤモンド水分散液は金属材料の腐食を生じさせやすい。ナノダイヤモンドと樹脂との複合化材料の作製にあたりナノダイヤモンド水分散液が用いられる場合において、当該ナノダイヤモンド水分散液の酸濃度が高いほど、当該ナノダイヤモンド水分散液は樹脂の劣化・分解を生じさせやすい。   However, the addition of such a pH adjuster causes an increase in the electrolyte concentration of the obtained nanodiamond aqueous dispersion, which is not preferable. In the process of preparing a composite material of nanodiamond and, for example, a resin, a mixture process of a predetermined organic material such as an organic solvent and a nanodiamond aqueous dispersion is often performed. The electrolyte concentration of the nanodiamond aqueous dispersion The higher the is, the lower the miscibility or dispersibility of the aqueous dispersion with respect to the organic material. As a result, the nanodiamond dispersion in the organic material phase in the solution obtained by mixing the aqueous dispersion with the organic material, etc. The amount tends to decrease, which is not preferable for producing a composite material. Moreover, the addition of an acid as a pH adjuster causes an increase in the acid concentration of the resulting nanodiamond aqueous dispersion, which is not preferable. In using the nanodiamond aqueous dispersion, the higher the acid concentration of the nanodiamond aqueous dispersion, the easier the nanodiamond aqueous dispersion causes corrosion of the metal material. When a nanodiamond aqueous dispersion is used in the production of a composite material of nanodiamond and resin, the higher the acid concentration of the nanodiamond aqueous dispersion, the more the nanodiamond aqueous dispersion will cause degradation and decomposition of the resin. Easy to make.

本発明は、以上のような事情の下で考え出されたものであって、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブで且つ電解質濃度の低いナノダイヤモンド分散液を得るのに適したナノダイヤモンド分散液製造方法を提供すること、および、そのようなナノダイヤモンド分散液を提供することを、目的とする。   The present invention has been conceived under the circumstances as described above, and is suitable for obtaining a nanodiamond dispersion having a positive zeta potential of nanodiamond particles and a low electrolyte concentration. It is an object to provide a method and to provide such a nanodiamond dispersion.

本発明の第1の側面によると、ナノダイヤモンド分散液製造方法が提供される。この製造方法は、ナノダイヤモンドを酸素酸化処理するための酸素酸化工程と、当該酸素酸化工程を経たナノダイヤモンドを水素化処理するための水素化工程とを含む。本発明において、酸素酸化処理とは、酸素の存在する雰囲気下にナノダイヤモンドがおかれた状態で酸素酸化反応を生じさせる処理である。本発明において、水素化処理とは、水素の存在する雰囲気下にナノダイヤモンドがおかれた状態で水素化反応を生じさせる処理である。   According to a first aspect of the present invention, a method for producing a nanodiamond dispersion is provided. This manufacturing method includes an oxygen oxidation step for subjecting nanodiamond to oxygen oxidation treatment, and a hydrogenation step for subjecting nanodiamond subjected to the oxygen oxidation step to hydrogenation treatment. In the present invention, the oxygen oxidation treatment is a treatment for causing an oxygen oxidation reaction in a state where nanodiamonds are placed in an atmosphere in which oxygen is present. In the present invention, the hydrogenation treatment is a treatment for causing a hydrogenation reaction in a state where nanodiamonds are placed in an atmosphere in which hydrogen is present.

ナノダイヤモンドの表面にグラファイトやアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素が存在している場合においてその非ダイヤモンド炭素に酸素酸化反応が生じると、二酸化炭素が発生して当該非ダイヤモンド炭素はナノダイヤモンド表面から除去されることとなる。また、ナノダイヤモンド自体の表面にて酸素酸化反応が生じると、ナノダイヤモンド表面は酸素修飾されることとなる。具体的には、酸素原子を含有する官能基や部分構造がナノダイヤモンド表面に生ずることとなる。そのような官能基または部分構造としては、カルボニル基や、カルボキシ基、ラクトン構造、酸無水物構造などが挙げられる。一方、酸素原子を含有するカルボキシル基等の官能基や部分構造がナノダイヤモンド表面に存在している場合においてその官能基等に水素化反応が生じると、当該官能基等は水素還元体をなすか或いはナノダイヤモンド表面から除去されることとなる。ナノダイヤモンドについて、このような水素化反応を生じさせるための水素化処理よりも前に、上述の酸素酸化反応を生じさせるための酸素酸化処理を行うことにより、水素化処理後の湿式の解砕工程の前後においてpH調整剤の添加を伴うpH調整を行うことなく、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド分散液を得ることが可能であることを、本発明者らは見出した。例えば、後記の実施例をもって示すとおりである。ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド分散液を得るうえで湿式の解砕工程の前後にpH調整を行う必要のない本製造方法は、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブで且つ電解質濃度の低いナノダイヤモンド分散液を得るのに好適である。   When non-diamond carbon such as graphite or amorphous carbon exists on the surface of nano-diamond, if oxygen oxidation reaction occurs on the non-diamond carbon, carbon dioxide is generated and the non-diamond carbon is removed from the nano-diamond surface. The Rukoto. Further, when an oxygen oxidation reaction occurs on the surface of the nanodiamond itself, the surface of the nanodiamond is modified with oxygen. Specifically, functional groups and partial structures containing oxygen atoms are generated on the nanodiamond surface. Examples of such a functional group or partial structure include a carbonyl group, a carboxy group, a lactone structure, and an acid anhydride structure. On the other hand, when a functional group such as a carboxyl group containing oxygen atoms or a partial structure is present on the surface of the nanodiamond, if a hydrogenation reaction occurs on the functional group or the like, does the functional group form a hydrogen reductant? Or it will be removed from the nanodiamond surface. The nano-diamond is subjected to an oxygen oxidation treatment for causing the above-described oxygen oxidation reaction before the hydrogenation treatment for causing such a hydrogenation reaction, thereby performing wet crushing after the hydrogenation treatment. The present inventors have found that a nanodiamond dispersion having a positive zeta potential of nanodiamond particles can be obtained without adjusting pH with addition of a pH adjuster before and after the process. For example, as shown in the examples described later. In order to obtain a nanodiamond dispersion liquid in which the nanodiamond particles have a positive zeta potential, it is not necessary to adjust the pH before and after the wet crushing process. Suitable for obtaining a low nanodiamond dispersion.

本発明の第1の側面におけるナノダイヤモンド分散液製造方法は、好ましくは、不活性ガス雰囲気下での爆轟法によってナノダイヤモンドを生じさせるための生成工程と、当該生成工程で得られたナノダイヤモンド粗生成物を精製するための精製工程とを、酸素酸化工程より前に含む。精製工程は、好ましくは、硫酸と硝酸とを含有する混酸を用いて行う混酸処理を含む。爆轟法によると、一次粒子の粒径が10nm以下のナノダイヤモンドを適切に生じさせることが可能である。不活性ガス雰囲気下での爆轟法は、粒径が小さく且つ一次粒子表面の官能基量の少ないナノダイヤモンドを生じさせるうえで好適である。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、およびヘリウムから選択される少なくとも一つを用いることができる。混酸処理を好ましくは含む上述の精製工程を、酸素酸化工程より前に本製造方法が含むという構成は、酸素酸化工程に供されるナノダイヤモンドの精製の度合いを高めるうえで好適である。酸素酸化工程に供されるナノダイヤモンドの精製の度合いが高いほど、即ち、酸素酸化工程に供されるナノダイヤモンドの表面に存在するグラファイトやアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素が少ないほど、製造されるナノダイヤモンド分散液中のナノダイヤモンド粒子について、大きな正のゼータ電位を実現しやすい。   The method for producing a nanodiamond dispersion liquid according to the first aspect of the present invention is preferably a production process for producing nanodiamonds by a detonation method in an inert gas atmosphere, and the nanodiamond obtained in the production process A purification step for purifying the crude product prior to the oxygen oxidation step. The purification step preferably includes a mixed acid treatment performed using a mixed acid containing sulfuric acid and nitric acid. According to the detonation method, it is possible to appropriately generate nanodiamond having a primary particle size of 10 nm or less. The detonation method under an inert gas atmosphere is suitable for producing nanodiamond having a small particle size and a small amount of functional groups on the surface of primary particles. As the inert gas, for example, at least one selected from nitrogen, argon, carbon dioxide, and helium can be used. The configuration in which the present production method includes the above-described purification step preferably including a mixed acid treatment prior to the oxygen oxidation step is suitable for increasing the degree of purification of the nanodiamond used in the oxygen oxidation step. The higher the degree of purification of the nanodiamond subjected to the oxygen oxidation process, that is, the less non-diamond carbon such as graphite or amorphous carbon present on the surface of the nanodiamond subjected to the oxygen oxidation process, It is easy to achieve a large positive zeta potential for nanodiamond particles in a diamond dispersion.

本発明の第2の側面によると、ナノダイヤモンド分散液が提供される。このナノダイヤモンド分散液は、水系分散媒と、当該分散媒中に分散してゼータ電位がポジティブであるナノダイヤモンド粒子とを含み、電気伝導度が30μS/cm・wt%以下である。本発明において、水系分散媒とは、質量比で最も多い分散媒成分として水を50質量%以上含む分散媒とする。本分散液中のナノダイヤモンド粒子は、ナノダイヤモンド一次粒子および/またはナノダイヤモンド二次粒子を含む。ナノダイヤモンド一次粒子とは、粒径10nm以下のナノダイヤモンドをいうものとする。本発明において、ナノダイヤモンド分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子のゼータ電位とは、ナノダイヤモンド濃度0.2質量%のナノダイヤモンド分散液中のナノダイヤモンド粒子について25℃で測定される値とする。ナノダイヤモンド濃度0.2質量%のナノダイヤモンド分散液の調製のためにナノダイヤモンド分散液の原液を希釈する必要がある場合には、希釈液として超純水を用いるものとする。溶液の電気伝導度は、JIS K 0130(2008)「電気伝導率測定法通則」に記載されている方法に準拠して測定することが可能である。   According to a second aspect of the present invention, a nanodiamond dispersion is provided. This nanodiamond dispersion liquid includes an aqueous dispersion medium and nanodiamond particles dispersed in the dispersion medium and having a positive zeta potential, and has an electric conductivity of 30 μS / cm · wt% or less. In the present invention, the aqueous dispersion medium is a dispersion medium containing 50% by mass or more of water as a dispersion medium component having the largest mass ratio. The nanodiamond particles in this dispersion include nanodiamond primary particles and / or nanodiamond secondary particles. The nanodiamond primary particles are nanodiamonds having a particle diameter of 10 nm or less. In the present invention, the zeta potential of the nanodiamond particles contained in the nanodiamond dispersion is a value measured at 25 ° C. for the nanodiamond particles in the nanodiamond dispersion having a nanodiamond concentration of 0.2 mass%. When it is necessary to dilute the nanodiamond dispersion liquid for the preparation of the nanodiamond dispersion having a nanodiamond concentration of 0.2% by mass, ultrapure water is used as the diluent. The electrical conductivity of the solution can be measured according to the method described in JIS K 0130 (2008) “General Rules for Electrical Conductivity Measurement”.

本ナノダイヤモンド分散液には、上述のように、ゼータ電位がポジティブであるナノダイヤモンド粒子が分散している。このようなナノダイヤモンド分散液は、ナノダイヤモンド含有複合化材料を作製するうえで例えば、ゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド粒子を供給するための材料として用いることが可能である。そして、本ナノダイヤモンド分散液の電解質濃度の指標となる電気伝導度は、上述のように30μS/cm・wt%以下である。ナノダイヤモンド分散液の電解質濃度が低いほど、有機材料に対する当該分散液の分散性は高い傾向にあるところ、本ナノダイヤモンド分散液の電気伝導度が30μS/cm・wt%以下となる低電解質濃度の構成は、有機材料に対して充分に高い分散性を実現するうえで好適である。本ナノダイヤモンド分散液の電気伝導度が30μS/cm・wt%以下となる低電解質濃度の構成は、ひいては、当該水分散液と有機材料との混合を経て得られる溶液等において、有機材料相への高いナノダイヤモンド分散量を実現するうえで、好適である。加えて、本ナノダイヤモンド分散液の電気伝導度が30μS/cm・wt%以下となる低電解質濃度の構成は、本ナノダイヤモンド分散液が電解質として たとえ酸を含有する場合であっても、当該ナノダイヤモンド水分散液の使用にあたり、他材料たる金属材料の腐食や樹脂材料の劣化・分解などを抑制するうえで、好適である。   As described above, nanodiamond particles having a positive zeta potential are dispersed in this nanodiamond dispersion. Such a nanodiamond dispersion liquid can be used as a material for supplying nanodiamond particles having a positive zeta potential, for example, in producing a nanodiamond-containing composite material. And the electrical conductivity used as the parameter | index of the electrolyte concentration of this nano diamond dispersion liquid is 30 microS / cm * wt% or less as mentioned above. The lower the electrolyte concentration of the nanodiamond dispersion, the higher the dispersibility of the dispersion with respect to the organic material. However, the electrical conductivity of the nanodiamond dispersion is less than 30 μS / cm · wt%. The configuration is suitable for realizing sufficiently high dispersibility with respect to the organic material. The low electrolyte concentration constitution in which the electrical conductivity of the nano-diamond dispersion is 30 μS / cm · wt% or less is eventually transferred to the organic material phase in a solution obtained by mixing the aqueous dispersion and the organic material. This is suitable for realizing a high nano-diamond dispersion amount. In addition, the low-electrolyte concentration configuration in which the electrical conductivity of the nanodiamond dispersion is 30 μS / cm · wt% or less is applicable even if the nanodiamond dispersion contains an acid as an electrolyte. The use of an aqueous diamond dispersion is suitable for suppressing corrosion of metal materials as other materials and deterioration / decomposition of resin materials.

本ナノダイヤモンド分散液のゼータ電位は、好ましくは30mV以上である。このような構成は、ナノダイヤモンド粒子の分散状態を安定的に維持するうえで好適である。   The zeta potential of the nanodiamond dispersion is preferably 30 mV or more. Such a configuration is suitable for stably maintaining the dispersion state of the nanodiamond particles.

本ナノダイヤモンド分散液のpHは、好ましくは5以上の範囲にある。このような構成は、本ナノダイヤモンド水分散液の使用にあたり、他材料の上述の腐食や劣化・分解などを抑制するうえで好適である。   The pH of the nanodiamond dispersion is preferably in the range of 5 or more. Such a configuration is suitable for suppressing the above-described corrosion, deterioration, decomposition, etc. of other materials when the nano-diamond aqueous dispersion is used.

本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド分散液製造方法の工程図である。It is process drawing of the nano diamond dispersion liquid manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド分散液の拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the nano diamond dispersion liquid concerning one embodiment of the present invention.

図1は、本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド分散液製造方法の工程図である。本方法は、ゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド粒子の分散する分散液を製造するための方法であって、生成工程S1と、精製工程S2と、酸素酸化工程S3と、水素化工程S4と、解砕工程S5とを少なくとも含む。   FIG. 1 is a process diagram of a method for producing a nanodiamond dispersion according to an embodiment of the present invention. This method is a method for producing a dispersion in which nanodiamond particles having a positive zeta potential are dispersed, and includes a production step S1, a purification step S2, an oxygen oxidation step S3, a hydrogenation step S4, and a solution. And crushing step S5.

生成工程S1では、例えば爆轟法によって、ナノダイヤモンドを生じさせる。具体的には、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において所定の気体と使用爆薬とが共存する状態で、容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は、例えば0.5〜40m3である。爆薬としては、トリニトロトルエン(TNT)とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン(RDX)との混合物を使用することができる。TNTとRDXの質量比(TNT/RDX)は、例えば40/60〜60/40の範囲とされる。爆薬の使用量は、例えば0.05〜2.0kgである。使用爆薬とともに容器内に密閉される上記の気体は、大気組成を有してもよいし、不活性ガスであってもよい。一次粒子表面の官能基量の少ないナノダイヤモンドを生じさせるという観点からは、使用爆薬とともに容器内に密閉される上記気体は、不活性ガスであるのが好ましい。すなわち、一次粒子表面の官能基量の少ないナノダイヤモンドを生じさせるという観点からは、ナノダイヤモンドを生じさせるための爆轟法は不活性ガス雰囲気下で行われるのが好ましい。当該不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、およびヘリウムから選択される少なくとも一つを用いることができる。 In the production step S1, nanodiamonds are generated, for example, by detonation. Specifically, first, a molded explosive equipped with an electric detonator is installed inside a pressure-resistant container for detonation, and in a state where a predetermined gas and a used explosive coexist in the container. To seal. The container is made of, for example, iron, and the volume of the container is, for example, 0.5 to 40 m 3 . As the explosive, a mixture of trinitrotoluene (TNT) and cyclotrimethylenetrinitroamine, ie hexogen (RDX), can be used. The mass ratio (TNT / RDX) between TNT and RDX is, for example, in the range of 40/60 to 60/40. The amount of explosive used is, for example, 0.05 to 2.0 kg. The above gas sealed in the container together with the explosive used may have an atmospheric composition or may be an inert gas. From the viewpoint of producing nanodiamonds having a small amount of functional groups on the surface of the primary particles, the gas sealed in the container together with the explosive used is preferably an inert gas. That is, from the viewpoint of generating nanodiamonds having a small amount of functional groups on the surface of primary particles, it is preferable that the detonation method for generating nanodiamonds is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, at least one selected from nitrogen, argon, carbon dioxide, and helium can be used.

生成工程S1では、次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させる。爆轟とは、化学反応に伴う爆発のうち反応の生じる火炎面が音速を超えた高速で移動するものをいう。爆轟の際、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素を原料として、爆発で生じた衝撃波の圧力とエネルギーの作用によってナノダイヤモンドが生成する。爆轟法によると、一次粒子の粒径が10nm以下のナノダイヤモンドを適切に生じさせることが可能である。ナノダイヤモンドは、爆轟法により得られる生成物にて先ずは、隣接する一次粒子ないし結晶子の間がファンデルワールス力の作用に加えて結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成し、凝着体をなす。   Next, in the generation step S1, the electric detonator is detonated and the explosive is detonated in the container. Detonation refers to an explosion associated with a chemical reaction in which the reaction flame surface moves at a speed exceeding the speed of sound. At the time of detonation, the diamond used is generated by the action of the pressure and energy of the shock wave generated by the explosion, using the carbon that is liberated due to partial incomplete combustion of the explosive used. According to the detonation method, it is possible to appropriately generate nanodiamond having a primary particle size of 10 nm or less. Nanodiamond is a product obtained by the detonation method. First, the adjacent primary particles or crystallites are very strong due to the coulomb interaction between crystal planes in addition to the action of van der Waals force. Gather and form a cohesive.

生成工程S1では、次に、室温での例えば24時間の放置により、容器およびその内部を降温させる。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物(上述のようにして生成したナノダイヤモンドの凝着体と煤を含む)をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収する。以上のような爆轟法によって、ナノダイヤモンド粒子の粗生成物を得ることができる。また、以上のような生成工程S1を必要回数行うことによって、所望量のナノダイヤモンド粗生成物を取得することが可能である。   In the production step S1, the temperature of the container and its interior is then lowered by leaving it at room temperature, for example, for 24 hours. After this cooling, the nanodiamond coarse product (including the nanodiamond adherends and wrinkles produced as described above) adhering to the inner wall of the container is scraped off with a spatula, and the nanodiamond coarse product is scraped off. The product is recovered. A crude product of nanodiamond particles can be obtained by the detonation method as described above. Moreover, it is possible to obtain a desired amount of the nanodiamond crude product by performing the generation step S1 as described above as many times as necessary.

精製工程S2は、本実施形態では、原料たるナノダイヤモンド粗生成物に例えば水溶媒中で強酸を作用させる酸処理を含む。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物には金属酸化物が含まれやすいところ、この金属酸化物は、爆轟法に使用される容器等に由来するFe,Co,Ni等の酸化物である。例えば水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる(酸処理)。この酸処理に用いられる強酸としては、鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、および王水が挙げられる。酸処理では、一種類の強酸を用いてもよいし、二種類以上の強酸を用いてもよい。酸処理で使用される強酸の濃度は例えば1〜50質量%である。酸処理温度は例えば70〜150℃である。酸処理時間は例えば0.1〜24時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後、例えばデカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体を含む)の水洗を行う。沈殿液のpHが例えば2〜3に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行うのが好ましい。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物における金属酸化物の含有量が少ない場合には、以上のような酸処理を省略してもよい。   In the present embodiment, the purification step S2 includes an acid treatment in which a strong acid is allowed to act on the raw nanodiamond product as a raw material in, for example, an aqueous solvent. The nano-diamond crude product obtained by the detonation method is likely to contain a metal oxide. This metal oxide is an oxide such as Fe, Co, Ni, etc. derived from the container used for the detonation method. is there. For example, by applying a predetermined strong acid in an aqueous solvent, the metal oxide can be dissolved and removed from the nanodiamond crude product (acid treatment). The strong acid used for this acid treatment is preferably a mineral acid, and examples thereof include hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid, and aqua regia. In the acid treatment, one type of strong acid may be used, or two or more types of strong acid may be used. The concentration of the strong acid used in the acid treatment is, for example, 1 to 50% by mass. The acid treatment temperature is, for example, 70 to 150 ° C. The acid treatment time is, for example, 0.1 to 24 hours. The acid treatment can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. After such an acid treatment, the solid content (including the nanodiamond adherend) is washed with water, for example, by decantation. It is preferable to repeat the washing of the solid content by decantation until the pH of the precipitation liquid reaches, for example, 2 to 3. When the content of the metal oxide in the nanodiamond crude product obtained by the detonation method is small, the above acid treatment may be omitted.

精製工程S2は、本実施形態では、酸化剤を用いてナノダイヤモンド粗生成物(精製終了前のナノダイヤモンド凝着体)からグラファイトやアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素を除去するための溶液酸化処理を含む。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物にはグラファイト(黒鉛)やアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素が含まれているところ、この非ダイヤモンド炭素は、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素のうちナノダイヤモンド結晶を形成しなかった炭素に由来する。例えば上記の酸処理を経た後に、例えば水溶媒中で所定の酸化剤を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から非ダイヤモンド炭素を除去することができる(溶液酸化処理)。この溶液酸化処理に用いられる酸化剤としては、例えば、クロム酸、無水クロム酸、二クロム酸、過マンガン酸、過塩素酸、及びこれらの塩、硝酸、並びに混酸(硫酸と硝酸の混合物)が挙げられる。溶液酸化処理では、一種類の酸化剤を用いてもよいし、二種類以上の酸化剤を用いてもよい。溶液酸化処理で使用される酸化剤の濃度は例えば3〜50質量%である。溶液酸化処理における酸化剤の使用量は、溶液酸化処理に付されるナノダイヤモンド粗生成物100質量部に対して例えば300〜2000質量部である。溶液酸化処理温度は例えば50〜250℃である。溶液酸化処理時間は例えば1〜72時間である。溶液酸化処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような溶液酸化処理の後、例えばデカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体を含む)の水洗を行う。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行うのが好ましい。   In the present embodiment, the purification step S2 is a solution oxidation treatment for removing non-diamond carbon such as graphite and amorphous carbon from a crude nanodiamond product (nanodiamond aggregate before purification is finished) using an oxidizing agent. Including. The nano-diamond crude product obtained by the detonation method contains non-diamond carbon such as graphite and amorphous carbon. This non-diamond carbon causes partial incomplete combustion of the explosive used. It originates from the carbon which did not form the nano diamond crystal among the free carbon. For example, after the acid treatment described above, non-diamond carbon can be removed from the nanodiamond crude product by applying a predetermined oxidizing agent in an aqueous solvent, for example (solution oxidation treatment). Examples of the oxidizing agent used in the solution oxidation treatment include chromic acid, chromic anhydride, dichromic acid, permanganic acid, perchloric acid, and salts thereof, nitric acid, and mixed acid (a mixture of sulfuric acid and nitric acid). Can be mentioned. In the solution oxidation treatment, one kind of oxidizing agent may be used, or two or more kinds of oxidizing agents may be used. The concentration of the oxidizing agent used in the solution oxidation treatment is, for example, 3 to 50% by mass. The usage-amount of the oxidizing agent in a solution oxidation process is 300-2000 mass parts with respect to 100 mass parts of nano diamond rough products attached | subjected to a solution oxidation process, for example. The solution oxidation treatment temperature is, for example, 50 to 250 ° C. The solution oxidation treatment time is, for example, 1 to 72 hours. The solution oxidation treatment can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. After such solution oxidation treatment, the solid content (including the nanodiamond adherend) is washed with water, for example, by decantation. When the supernatant liquid at the beginning of water washing is colored, it is preferable to repeat the washing of the solid content by decantation until the supernatant liquid becomes transparent visually.

このような溶液酸化処理としては、後記の酸素酸化工程に供されるナノダイヤモンドの精製の度合いを高めるという観点からは、混酸を用いて行う混酸処理が好ましい。当該混酸を調製するための濃硫酸と濃硝酸の比率(体積比)は、好ましくは1:1〜10:1、より好ましくは2:1〜9:1、より好ましくは3:1〜8:1である。溶液酸化処理として混酸処理を採用する場合、混酸処理温度は、好ましくは80〜200℃、より好ましくは100〜190℃、より好ましくは120〜180℃であり、混酸処理時間は、好ましくは1〜96時間、より好ましくは5〜84時間、より好ましくは10〜72時間である。   As such a solution oxidation treatment, a mixed acid treatment using a mixed acid is preferable from the viewpoint of increasing the degree of purification of nanodiamonds used in the oxygen oxidation step described later. The ratio (volume ratio) of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid for preparing the mixed acid is preferably 1: 1 to 10: 1, more preferably 2: 1 to 9: 1, more preferably 3: 1 to 8: 1. When the mixed acid treatment is adopted as the solution oxidation treatment, the mixed acid treatment temperature is preferably 80 to 200 ° C, more preferably 100 to 190 ° C, more preferably 120 to 180 ° C, and the mixed acid treatment time is preferably 1 to It is 96 hours, More preferably, it is 5-84 hours, More preferably, it is 10-72 hours.

以上のような酸処理および溶液酸化処理を経た後であっても、爆轟法ナノダイヤモンドは、一次粒子間が非常に強く相互作用して集成している凝着体(二次粒子)の形態をとる。この凝着体からの一次粒子の分離を促すために、本実施形態では、次に、ナノダイヤモンドに対して水溶媒中で所定のアルカリおよび過酸化水素を作用させてもよい。これにより、例えば、上述の酸処理によっても除去しきれなかった金属酸化物がナノダイヤモンドに残存する場合に当該金属酸化物を除去することができ、そして、ナノダイヤモンド凝着体からのナノダイヤモンド一次粒子の分離が促される(アルカリ過水処理)。この処理に用いられるアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリウム等が挙げられる。本処理において、アルカリの濃度は例えば0.1〜10質量%であり、過酸化水素の濃度は例えば1〜15質量%であり、処理温度は例えば40〜100℃であり、処理時間は例えば0.5〜5時間である。また、本処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。本処理を経たナノダイヤモンド含有溶液から例えばデカンテーションによって上澄みが除かれた後、残留画分について乾燥処理に付して乾燥粉体を得る。乾燥処理の手法としては、例えば、噴霧乾燥装置を使用して行う噴霧乾燥や、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固が挙げられる。   Even after the acid treatment and solution oxidation treatment as described above, detonation nanodiamonds are in the form of aggregates (secondary particles) in which the primary particles are assembled with very strong interactions. Take. In this embodiment, in order to promote separation of the primary particles from the adherend, a predetermined alkali and hydrogen peroxide may be allowed to act on the nanodiamond in an aqueous solvent. Thereby, for example, when the metal oxide that could not be removed even by the above-mentioned acid treatment remains in the nanodiamond, the metal oxide can be removed, and the primary nanodiamond from the nanodiamond adherend is removed. Separation of particles is promoted (alkaline overwater treatment). Examples of the alkali used for this treatment include sodium hydroxide, ammonia, potassium hydroxide and the like. In this treatment, the alkali concentration is, for example, 0.1 to 10% by mass, the hydrogen peroxide concentration is, for example, 1 to 15% by mass, the treatment temperature is, for example, 40 to 100 ° C., and the treatment time is, for example, 0. .5-5 hours. In addition, this treatment can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. After the supernatant is removed from the nanodiamond-containing solution that has undergone this treatment, for example, by decantation, the residual fraction is subjected to a drying treatment to obtain a dry powder. Examples of the drying treatment include spray drying performed using a spray drying apparatus and evaporation to dryness performed using an evaporator.

本方法においては、次に、酸素酸化工程S3が行われる。本工程では、精製工程S2を経たナノダイヤモンドの粉体について、ガス雰囲気炉を使用して、酸素を含有する所定組成のガス雰囲気下にて加熱する。具体的には、ガス雰囲気炉内にナノダイヤモンド粉体が配され、当該炉に対して酸素含有ガスが供給ないし通流され、加熱温度として設定された温度条件まで当該炉内が昇温されて酸素酸化処理が実施される。この酸素酸化処理の温度条件は、好ましくは250〜500℃である。酸素酸化処理の温度条件の下限は、より好ましくは280℃、より好ましくは320℃である。酸素酸化処理の温度条件の上限は、より好ましくは450℃、より好ましくは400℃である。また、本実施形態では、酸素含有ガスは、酸素に加えて不活性ガスを含有する混合ガスである。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、およびヘリウムが挙げられる。当該混合ガスの酸素含有率すなわち酸素濃度は、好ましくは1〜35体積%、より好ましくは1〜10体積%であり、より好ましくは2〜5体積%である。   Next, in this method, an oxygen oxidation step S3 is performed. In this step, the nanodiamond powder that has undergone the purification step S2 is heated in a gas atmosphere having a predetermined composition containing oxygen using a gas atmosphere furnace. Specifically, nano-diamond powder is disposed in a gas atmosphere furnace, oxygen-containing gas is supplied to or passed through the furnace, and the furnace is heated to a temperature condition set as a heating temperature. Oxygen oxidation treatment is performed. The temperature condition of this oxygen oxidation treatment is preferably 250 to 500 ° C. The lower limit of the temperature condition for the oxygen oxidation treatment is more preferably 280 ° C, more preferably 320 ° C. The upper limit of the temperature condition of the oxygen oxidation treatment is more preferably 450 ° C., more preferably 400 ° C. In the present embodiment, the oxygen-containing gas is a mixed gas containing an inert gas in addition to oxygen. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, carbon dioxide, and helium. The oxygen content of the mixed gas, that is, the oxygen concentration, is preferably 1 to 35% by volume, more preferably 1 to 10% by volume, and more preferably 2 to 5% by volume.

本方法においては、次に、水素化工程S4が行われる。本工程では、酸素酸化工程S3を経たナノダイヤモンドの粉体について、ガス雰囲気炉を使用して、水素を含有する所定組成のガス雰囲気下にて加熱する。具体的には、ナノダイヤモンド粉体が内部に配されているガス雰囲気炉に対して水素含有ガスが供給ないし通流され、加熱温度として設定された温度条件まで当該炉内が昇温されて水素化処理が実施される。この水素化処理の温度条件は、好ましくは400〜800℃である。水素化処理の温度条件の下限は、より好ましくは500℃、より好ましくは550℃である。水素化処理の温度条件の上限は、より好ましくは700℃、より好ましくは650℃である。また、本実施形態では、水素含有ガスは、水素に加えて不活性ガスを含有する混合ガスである。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、およびヘリウムが挙げられる。当該混合ガスの水素含有率すなわち水素濃度は、好ましくは0.1〜99.9体積%、より好ましくは0.5〜50体積%であり、より好ましくは1〜10体積%である。   In this method, next, hydrogenation process S4 is performed. In this step, the nanodiamond powder that has undergone the oxygen oxidation step S3 is heated in a gas atmosphere having a predetermined composition containing hydrogen using a gas atmosphere furnace. Specifically, a hydrogen-containing gas is supplied to or passed through a gas atmosphere furnace in which nanodiamond powder is arranged, and the temperature in the furnace is increased to a temperature condition set as a heating temperature. Processing is performed. The temperature condition for the hydrogenation treatment is preferably 400 to 800 ° C. The lower limit of the temperature condition of the hydrogenation treatment is more preferably 500 ° C, and more preferably 550 ° C. The upper limit of the temperature condition of the hydrotreatment is more preferably 700 ° C., more preferably 650 ° C. In the present embodiment, the hydrogen-containing gas is a mixed gas containing an inert gas in addition to hydrogen. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, carbon dioxide, and helium. The hydrogen content of the mixed gas, that is, the hydrogen concentration, is preferably 0.1 to 99.9% by volume, more preferably 0.5 to 50% by volume, and more preferably 1 to 10% by volume.

以上のような生成工程S1、精製工程S2、酸素酸化工程S3、および水素化工程S4を含む一連の過程を経ることによって、ナノダイヤモンド分散液の調製に用いられ得るナノダイヤモンドを得ることができる。   Through a series of processes including the production step S1, the purification step S2, the oxygen oxidation step S3, and the hydrogenation step S4 as described above, nanodiamonds that can be used for the preparation of the nanodiamond dispersion liquid can be obtained.

以上のような一連の過程を経て精製等された後であっても、爆轟法ナノダイヤモンドは、一次粒子間が非常に強く相互作用して集成している凝着体(二次粒子)の形態をとる。この凝着体から一次粒子を分離させるために、本方法では、次に解砕工程S5が行われる。具体的には、まず、水素化工程S4を経たナノダイヤモンドを純水に懸濁し、ナノダイヤモンドを含有するスラリーが調製される。スラリーの調製にあたっては、比較的に大きな集成体をナノダイヤモンド懸濁液から除去するために遠心分離処理を行ってもよいし、ナノダイヤモンド懸濁液に超音波処理を施してもよい。そして、当該スラリーが湿式の解砕処理に付される。解砕処理は、例えば、高剪断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、またはコロイドミルを使用して行うことができる。これらを組み合わせて解砕処理を実施してもよい。効率性の観点からはビーズミルを使用するのが好ましい。   Even after being refined through a series of processes as described above, detonation nanodiamonds are formed of aggregates (secondary particles) in which the primary particles are assembled with very strong interactions. Takes form. In order to separate the primary particles from the adherend, in the present method, the crushing step S5 is then performed. Specifically, first, nanodiamonds that have undergone the hydrogenation step S4 are suspended in pure water to prepare a slurry containing nanodiamonds. In preparing the slurry, a centrifugal separation treatment may be performed to remove a relatively large assembly from the nanodiamond suspension, or an ultrasonic treatment may be applied to the nanodiamond suspension. And the said slurry is attached | subjected to a wet crushing process. The crushing treatment can be performed using, for example, a high shear mixer, a high shear mixer, a homomixer, a ball mill, a bead mill, a high-pressure homogenizer, an ultrasonic homogenizer, or a colloid mill. You may implement a crushing process combining these. From the viewpoint of efficiency, it is preferable to use a bead mill.

粉砕装置ないし分散機たるビーズミルは、例えば、円筒形状のミル容器と、ローターピンと、遠心分離機構と、原料タンクと、ポンプとを具備する。ローターピンは、ミル容器と共通の軸心を有してミル容器内部で高速回転可能に構成されている。遠心分離機構は、ミル容器内の上部に配されている。解砕工程S5におけるビーズミルによるビーズミリングでは、ミル容器内に所定量のビーズが充填され且つローターピンが当該ビーズを撹拌している状態で、ポンプの作用によって原料タンクからミル容器の下部に原料としての上記スラリー(ナノダイヤモンド凝着体を含む)が投入される。スラリーは、ミル容器内でビーズが高速撹拌されている中を通ってミル容器内の上部に到達する。この過程で、スラリーに含まれているナノダイヤモンド凝着体は、激しく運動しているビーズとの接触によって粉砕ないし分散化の作用を受ける。これにより、ナノダイヤモンドの凝着体(二次粒子)から一次粒子への解砕が進む。ミル容器内の上部の遠心分離機構に到達したスラリーとビーズは、稼働する遠心分離機構によって比重差を利用した遠心分離がなされ、ビーズはミル容器内に留まり、スラリーは、遠心分離機構に対して摺動可能に連結された中空ラインを経由してミル容器外に排出される。排出されたスラリーは、原料タンクに戻され、その後、ポンプの作用によって再びミル容器に投入される(循環運転)。このようなビーズミリングにおいて、使用される解砕メディアは例えばジルコニアビーズであり、ビーズの直径は例えば15〜500μmである。ミル容器内に充填されるビーズの量(見掛け体積)は、ミル容器の容積に対して例えば50〜80%である。ローターピンの周速は例えば8〜12m/分である。循環させるスラリーの量は例えば200〜600mlであり、スラリーの流速は例えば5〜15L/時間である。また、処理時間(循環運転時間)は例えば30〜300分間である。本実施形態においては、以上のような連続式のビーズミルに代えてバッチ式のビーズミルを使用してもよい。   A bead mill as a pulverizer or a disperser includes, for example, a cylindrical mill container, a rotor pin, a centrifugal separation mechanism, a raw material tank, and a pump. The rotor pin has a common axis with the mill container and is configured to be rotatable at high speed inside the mill container. The centrifugal separation mechanism is arranged at the upper part in the mill container. In the bead milling by the bead mill in the crushing step S5, a predetermined amount of beads are filled in the mill container and the rotor pin is stirring the beads, and the raw material is supplied from the raw material tank to the lower part of the mill container by the action of the pump. The above slurry (including nano-diamond adherends) is charged. The slurry reaches the upper part in the mill container through the bead being rapidly stirred in the mill container. In this process, the nanodiamond aggregate contained in the slurry is subjected to the action of pulverization or dispersion by contact with the beads moving vigorously. Thereby, the crushing from the nanodiamond adherend (secondary particles) to the primary particles proceeds. The slurry and beads that have reached the centrifuge mechanism in the upper part of the mill container are centrifuged using the specific gravity difference by the operating centrifuge mechanism, the beads remain in the mill container, and the slurry is in contact with the centrifuge mechanism. It is discharged out of the mill container via a slidably connected hollow line. The discharged slurry is returned to the raw material tank, and then charged again into the mill container by the action of the pump (circulation operation). In such bead milling, the crushing medium used is, for example, zirconia beads, and the diameter of the beads is, for example, 15 to 500 μm. The amount (apparent volume) of beads filled in the mill container is, for example, 50 to 80% with respect to the volume of the mill container. The peripheral speed of the rotor pin is, for example, 8 to 12 m / min. The amount of the slurry to be circulated is, for example, 200 to 600 ml, and the flow rate of the slurry is, for example, 5 to 15 L / hour. The processing time (circulation operation time) is, for example, 30 to 300 minutes. In the present embodiment, a batch type bead mill may be used instead of the continuous bead mill as described above.

このような解砕工程S5を経ることによって、コロイド粒子として分散するナノダイヤモンドの一次粒子を含有するナノダイヤモンド分散液を得ることができる。   By passing through such a crushing step S5, a nanodiamond dispersion containing primary particles of nanodiamond dispersed as colloidal particles can be obtained.

解砕工程S5を経たスラリーについては、粗大粒子を除去するための分級操作を行ってもよい。例えば分級装置を使用して、遠心分離を利用した分級操作によってスラリーから粗大粒子を除去することができる。これにより、ナノダイヤモンドの一次粒子がコロイド粒子として分散する黒色透明のナノダイヤモンド分散液が得られる。   About the slurry which passed through crushing process S5, you may perform classification operation for removing a coarse particle. For example, using a classifier, coarse particles can be removed from the slurry by a classification operation utilizing centrifugation. Thereby, a black transparent nanodiamond dispersion liquid in which primary particles of nanodiamond are dispersed as colloidal particles is obtained.

以上のようにして、ナノダイヤモンドの一次粒子がコロイド粒子として分散するナノダイヤモンド分散液を、製造することができる。   As described above, a nanodiamond dispersion liquid in which primary particles of nanodiamond are dispersed as colloidal particles can be produced.

上述の酸素酸化工程S3においては、ナノダイヤモンドの表面にグラファイトやアモルファス炭素等の非ダイヤモンド炭素が存在している場合にその非ダイヤモンド炭素に酸素酸化反応が生じると、二酸化炭素が発生して当該非ダイヤモンド炭素はナノダイヤモンド表面から除去される。また、上述の酸素酸化工程S3においては、ナノダイヤモンド自体の表面にて酸素酸化反応が生じると、ナノダイヤモンド表面は酸素修飾される。具体的には、酸素原子を含有する官能基や部分構造がナノダイヤモンド表面に生ずることとなる。そのような官能基または部分構造としては、カルボニル基や、カルボキシ基、ラクトン構造、酸無水物構造などが挙げられる。そして、上述の水素化工程S4においては、酸素原子を含有するカルボキシル基等の官能基や部分構造がナノダイヤモンド表面に存在している場合にその官能基等に水素化反応が生じると、当該官能基等は水素還元体をなすか或いはナノダイヤモンド表面から除去されることとなる。ナノダイヤモンドについて、このような水素化反応を生じさせるための水素化処理よりも前に、上述の酸素酸化反応を生じさせるための酸素酸化処理を行うことにより、水素化処理後の湿式の解砕工程S5の前後においてpH調整剤の添加を伴うpH調整を行うことなく、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド分散液を得ることが可能であることを、本発明者らは見出した。例えば、後記の実施例をもって示すとおりである。ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブのナノダイヤモンド分散液を得るうえで湿式の解砕工程S5の前後にpH調整を行う必要のない本製造方法は、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位がポジティブで且つ電解質濃度の低いナノダイヤモンド分散液を得るのに好適である。   In the oxygen oxidation step S3 described above, when non-diamond carbon such as graphite or amorphous carbon is present on the surface of the nanodiamond, if an oxygen oxidation reaction occurs in the non-diamond carbon, carbon dioxide is generated and the non-diamond carbon is generated. Diamond carbon is removed from the nanodiamond surface. In the oxygen oxidation step S3 described above, when an oxygen oxidation reaction occurs on the surface of the nanodiamond itself, the surface of the nanodiamond is modified with oxygen. Specifically, functional groups and partial structures containing oxygen atoms are generated on the nanodiamond surface. Examples of such a functional group or partial structure include a carbonyl group, a carboxy group, a lactone structure, and an acid anhydride structure. In the hydrogenation step S4 described above, when a functional group such as a carboxyl group containing oxygen atoms or a partial structure exists on the surface of the nanodiamond, a hydrogenation reaction occurs on the functional group or the like. The group or the like forms a hydrogen reductant or is removed from the nanodiamond surface. The nano-diamond is subjected to an oxygen oxidation treatment for causing the above-described oxygen oxidation reaction before the hydrogenation treatment for causing such a hydrogenation reaction, thereby performing wet crushing after the hydrogenation treatment. The present inventors have found that a nanodiamond dispersion having a positive zeta potential of nanodiamond particles can be obtained without adjusting the pH with addition of a pH adjuster before and after step S5. For example, as shown in the examples described later. In order to obtain a nanodiamond dispersion liquid in which the nanodiamond particles have a positive zeta potential, the present manufacturing method, which does not require pH adjustment before and after the wet crushing step S5, has a positive zeta potential of the nanodiamond particles and an electrolyte concentration. Is suitable for obtaining a nanodiamond dispersion having a low particle size.

図2は、本発明の一の実施形態に係るナノダイヤモンド分散液たるND分散液10の拡大模式図である。ND分散液10は、ND粒子11および水系分散媒12を含有し、電気伝導度が30μS/cm・wt%以下である。ND分散液10は、例えば、ナノダイヤモンドを含有する複合化材料を作製する際のナノダイヤモンド供給材料として使用することができる。   FIG. 2 is an enlarged schematic view of the ND dispersion 10 which is a nanodiamond dispersion according to an embodiment of the present invention. The ND dispersion 10 contains ND particles 11 and an aqueous dispersion medium 12 and has an electric conductivity of 30 μS / cm · wt% or less. The ND dispersion 10 can be used, for example, as a nanodiamond supply material when producing a composite material containing nanodiamond.

ND分散液10に含有されるND粒子11は、ナノダイヤモンドの一次粒子または二次粒子であり、水系分散媒12中にて互いに離隔してコロイド粒子として分散している。ND粒子11の粒径D50(メディアン径)は、例えば60nm以下であり、好ましくは30nm以下、より好ましくは28nm以下、より好ましくは25nm以下、より好ましくは22nm以下、より好ましくは20nm以下である。また、ND粒子11をなすナノダイヤモンド一次粒子の粒径D50(メディアン径)は、例えば10nm以下であり、好ましくは8nm以下、より好ましくは6nm以下である。例えば、ナノダイヤモンド含有透明部材を形成する際に透明樹脂等にナノダイヤモンドを添加ないし供給するための材料としてND分散液10を用いる場合、ND粒子11の粒径D50が小さいほど、当該透明部材において高い透明性を実現するうえで好ましい傾向にある。一方、ND粒子11の粒径D50の下限は、例えば1nmである。分散液中の粒子の粒径D50は、いわゆる動的光散乱法によって測定することができる。   The ND particles 11 contained in the ND dispersion 10 are primary or secondary particles of nanodiamond, and are dispersed as colloidal particles in the aqueous dispersion medium 12 so as to be separated from each other. The particle size D50 (median diameter) of the ND particles 11 is, for example, 60 nm or less, preferably 30 nm or less, more preferably 28 nm or less, more preferably 25 nm or less, more preferably 22 nm or less, and more preferably 20 nm or less. Moreover, the particle diameter D50 (median diameter) of the nanodiamond primary particles forming the ND particle 11 is, for example, 10 nm or less, preferably 8 nm or less, more preferably 6 nm or less. For example, when the ND dispersion 10 is used as a material for adding or supplying nanodiamonds to a transparent resin or the like when forming a nanodiamond-containing transparent member, the smaller the particle diameter D50 of the ND particles 11 is, It tends to be favorable in realizing high transparency. On the other hand, the lower limit of the particle size D50 of the ND particles 11 is, for example, 1 nm. The particle diameter D50 of the particles in the dispersion can be measured by a so-called dynamic light scattering method.

ND分散液10に含有されるND粒子11のゼータ電位は、ポジティブであり(即ち、正の値をとり)、ND粒子11の分散状態を安定的に維持するという観点からは、好ましくは30mV以上、より好ましくは35mV以上、より好ましくは40mV以上である。本発明において、ナノダイヤモンド分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子のゼータ電位とは、ナノダイヤモンド濃度0.2質量%のナノダイヤモンド分散液中のナノダイヤモンド粒子について25℃で測定される値とする。ナノダイヤモンド濃度0.2質量%のナノダイヤモンド分散液の調製のためにナノダイヤモンド分散液の原液を希釈する必要がある場合には、希釈液として超純水を用いるものとする。   The zeta potential of the ND particles 11 contained in the ND dispersion 10 is positive (that is, takes a positive value), and is preferably 30 mV or more from the viewpoint of stably maintaining the dispersion state of the ND particles 11. More preferably, it is 35 mV or more, more preferably 40 mV or more. In the present invention, the zeta potential of the nanodiamond particles contained in the nanodiamond dispersion is a value measured at 25 ° C. for the nanodiamond particles in the nanodiamond dispersion having a nanodiamond concentration of 0.2 mass%. When it is necessary to dilute the nanodiamond dispersion liquid for the preparation of the nanodiamond dispersion having a nanodiamond concentration of 0.2% by mass, ultrapure water is used as the diluent.

ND分散液10に含有される水系分散媒12は、ND分散液10においてND粒子11を適切に分散させるための媒体である。水系分散媒12は、質量比で最も多い分散媒成分として水を50質量%以上含む分散媒であり、好ましくは水である。水系分散媒12の水以外の分散媒成分としては、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、およびN-メチルピロリドンが挙げられる。   The aqueous dispersion medium 12 contained in the ND dispersion 10 is a medium for appropriately dispersing the ND particles 11 in the ND dispersion 10. The aqueous dispersion medium 12 is a dispersion medium containing 50% by mass or more of water as a dispersion medium component having the largest mass ratio, and is preferably water. Examples of the dispersion medium component other than water of the aqueous dispersion medium 12 include methanol, ethanol, ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, and N-methylpyrrolidone.

ND分散液10の電気伝導度は、上述のように30μS/cm・wt%以下であり、好ましくは28μS/cm・wt%以下、より好ましくは26μS/cm・wt%以下、より好ましくは25μS/cm・wt%以下、より好ましくは23μS/cm・wt%以下、より好ましくは20μS/cm・wt%以下である。溶液の電気伝導度は、当該溶液の電解質濃度の指標となるところ、JIS K 0130(2008)「電気伝導率測定法通則」に記載されている方法に準拠して測定することが可能である。   As described above, the electrical conductivity of the ND dispersion 10 is 30 μS / cm · wt% or less, preferably 28 μS / cm · wt% or less, more preferably 26 μS / cm · wt% or less, and more preferably 25 μS / wt%. It is not more than cm · wt%, more preferably not more than 23 μS / cm · wt%, more preferably not more than 20 μS / cm · wt%. The electrical conductivity of the solution is an index of the electrolyte concentration of the solution, and can be measured in accordance with the method described in JIS K 0130 (2008) “General Rules for Electrical Conductivity Measurement”.

ND分散液10のpHは、好ましくは5以上、より好ましくは6〜10、より好ましくは7〜9の範囲にある。   The pH of the ND dispersion 10 is preferably in the range of 5 or more, more preferably 6 to 10, more preferably 7 to 9.

以上のような構成のND分散液10は、例えば、図1を参照して上述したナノダイヤモンド分散液製造方法によって製造することができる。   The ND dispersion 10 having the above-described configuration can be manufactured by, for example, the nanodiamond dispersion manufacturing method described above with reference to FIG.

ND分散液10には、上述のように、ゼータ電位がポジティブであるND粒子11が分散している。このようなND分散液10は、ナノダイヤモンド含有複合化材料を作製するうえで、ゼータ電位がポジティブのND粒子11を供給するための材料として用いることが可能である。そして、ND分散液10の電解質濃度の指標となる電気伝導度は、上述のように30μS/cm・wt%以下であり、好ましくは28μS/cm・wt%以下、より好ましくは26μS/cm・wt%以下、より好ましくは25μS/cm・wt%以下、より好ましくは23μS/cm・wt%以下、より好ましくは20μS/cm・wt%以下である。ND分散液10の電解質濃度が低いほど、有機材料に対する当該分散液の分散性は高い傾向にあるところ、ND分散液10がこのように低い電気伝導度を示す低電解質濃度の構成は、有機材料に対して充分に高い分散性を実現するうえで好適である。ND分散液10がこのように低い電気伝導度を示す低電解質濃度の構成は、ひいては、当該水分散液と有機材料との混合を経て得られる溶液等において、有機材料相への高いナノダイヤモンド分散量を実現するうえで、好適である。加えて、ND分散液10がこのように低い電気伝導度を示す低電解質濃度の構成は、ND分散液10が電解質として たとえ酸を含有する場合であっても、当該ナノダイヤモンド水分散液の使用にあたり、他材料たる金属材料の腐食や樹脂材料の劣化・分解などを抑制するうえで、好適である。   As described above, ND particles 11 having a positive zeta potential are dispersed in the ND dispersion liquid 10. Such an ND dispersion liquid 10 can be used as a material for supplying ND particles 11 having a positive zeta potential in producing a nanodiamond-containing composite material. The electrical conductivity that serves as an index of the electrolyte concentration of the ND dispersion 10 is 30 μS / cm · wt% or less as described above, preferably 28 μS / cm · wt% or less, more preferably 26 μS / cm · wt. % Or less, more preferably 25 μS / cm · wt% or less, more preferably 23 μS / cm · wt% or less, more preferably 20 μS / cm · wt% or less. The lower the electrolyte concentration of the ND dispersion liquid 10 is, the higher the dispersibility of the dispersion liquid with respect to the organic material tends to be higher. In contrast, it is suitable for realizing sufficiently high dispersibility. The low electrolyte concentration configuration in which the ND dispersion 10 exhibits such low electrical conductivity is, as a result, high nanodiamond dispersion in the organic material phase in a solution obtained by mixing the water dispersion and the organic material. It is suitable for realizing the quantity. In addition, the low electrolyte concentration configuration in which the ND dispersion 10 exhibits such a low electrical conductivity is the use of the nanodiamond aqueous dispersion even when the ND dispersion 10 contains an acid as an electrolyte. In this case, it is suitable for suppressing corrosion of a metal material as another material and deterioration / decomposition of a resin material.

また、ND分散液10のpHは、上述のように、好ましくは5以上、より好ましくは6〜10、より好ましくは7〜9の範囲にある。このような構成は、ND分散液10の使用にあたり、他材料の上述の腐食や劣化・分解などを抑制するうえで好適である。   Further, as described above, the pH of the ND dispersion 10 is preferably 5 or more, more preferably 6 to 10, and more preferably 7 to 9. Such a configuration is suitable for suppressing the above-described corrosion, deterioration, and decomposition of other materials when using the ND dispersion liquid 10.

〔ナノダイヤモンド分散液〕
以下のような生成工程、精製工程、酸素酸化工程、水素化工程、および解砕工程を経て、ナノダイヤモンド分散液を製造した。
[Nanodiamond dispersion]
A nanodiamond dispersion was produced through the following production process, purification process, oxygen oxidation process, hydrogenation process, and crushing process.

生成工程では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置して容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は15m3である。爆薬としては、トリニトロトルエン(TNT)とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン(RDX)との混合物0.50kgを使用した。当該爆薬におけるTNTとRDXの質量比(TNT/RDX)は、50/50である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた。次に、室温での24時間の放置により、容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物(上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む)をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。 In the production process, first, a molded explosive with an electric detonator was installed inside a pressure-resistant container for detonation, and the container was sealed. The container is made of iron and the volume of the container is 15 m 3 . As the explosive, 0.50 kg of a mixture of trinitrotoluene (TNT) and cyclotrimethylenetrinitroamine or hexogen (RDX) was used. The mass ratio (TNT / RDX) of TNT and RDX in the explosive is 50/50. Next, the electric detonator was detonated, and the explosive was detonated in the container. Next, the container and its interior were cooled by being left at room temperature for 24 hours. After this cooling, the nanodiamond crude product (including the nanodiamond particle aggregates and soot produced by the above detonation method) adhering to the inner wall of the container is scraped off with a spatula. The crude product was recovered.

次に、上述のような生成工程を複数回行うことによって取得されたナノダイヤモンド粗生成物に対して精製工程の酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物200gに6Lの10質量%塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で1時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は85〜100℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む)の水洗を行った。沈殿液のpHが低pH側から2に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。   Next, the acid treatment of the refinement | purification process was performed with respect to the nano diamond crude product acquired by performing the above production | generation processes in multiple times. Specifically, the slurry obtained by adding 6 L of 10 mass% hydrochloric acid to 200 g of the nanodiamond crude product was subjected to a heat treatment for 1 hour under reflux under normal pressure conditions. The heating temperature in this acid treatment is 85 to 100 ° C. Next, after cooling, the solid content (including the nanodiamond adherend and soot) was washed with water by decantation. The solid content was washed repeatedly with decantation until the pH of the precipitate reached 2 from the low pH side.

次に、精製工程の溶液酸化処理ないし混酸処理を行った。具体的には、酸処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液(ナノダイヤモンド凝着体を含む)に、6Lの98質量%硫酸水溶液と1Lの69質量%硝酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で48時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は140〜160℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体を含む)の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。   Next, solution oxidation treatment or mixed acid treatment in the purification step was performed. Specifically, 6 L of 98% by mass sulfuric acid aqueous solution and 1 L of 69% by mass nitric acid aqueous solution were added to a precipitate obtained by decantation after acid treatment (including nano-diamond adherends) to form a slurry. Thereafter, the slurry was heated for 48 hours under reflux under normal pressure conditions. The heating temperature in this oxidation treatment is 140 to 160 ° C. Next, after cooling, the solid content (including the nanodiamond adherend) was washed with water by decantation. The supernatant liquid at the beginning of water washing was colored, and the solid contents were washed repeatedly by decantation until the supernatant liquid became transparent visually.

次に、溶液酸化処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液(ナノダイヤモンド凝着体を含む)に対して1Lの10質量%水酸化ナトリウム水溶液と1Lの30質量%過酸化水素水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で1時間の加熱処理を行った(アルカリ過水処理)。この処理における加熱温度は50〜105℃である。次に、冷却後、デカンテーションによって上澄みを除いた。そして、残留画分について乾燥処理に付して乾燥粉体を得た。乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。   Next, 1 L of a 10% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 1 L of a 30% by mass hydrogen peroxide aqueous solution are added to the precipitate (including the nanodiamond adherend) obtained through decantation after the solution oxidation treatment. Then, the slurry was subjected to heat treatment for 1 hour under reflux under normal pressure conditions (alkaline overwater treatment). The heating temperature in this treatment is 50 to 105 ° C. Next, after cooling, the supernatant was removed by decantation. The residual fraction was subjected to a drying treatment to obtain a dry powder. As a drying process, evaporation to dryness using an evaporator was employed.

次に、ガス雰囲気炉(商品名「ガス雰囲気チューブ炉 KTF045N1」,光洋サーモシステム株式会社製)を使用して酸素酸化工程を行った。具体的には、上述のようにして得られたナノダイヤモンド粉体4.5gをガス雰囲気炉の炉心管内に静置し、炉心管に窒素ガスを流速1L/分で30分間通流させ続けた後、通流ガスを窒素から酸素と窒素との混合ガスへと切り替えて当該混合ガスを流速1L/分で炉心管に通流させ続けた。混合ガス中の酸素濃度は4体積%である。混合ガスへの切り替えの後、炉内を加熱設定温度350℃まで昇温させた。昇温速度については、加熱設定温度より20℃低い330℃までは10℃/分とし、その後、330℃から加熱設定温度350℃までは1℃/分とした。そして、炉内の温度条件を350℃に維持しつつ、炉内のナノダイヤモンド粉体について酸素酸化処理を行った。処理時間は3時間とした。以上のようにして、酸素酸化工程ないし酸素酸化処理を経たナノダイヤモンド粉体を得た。   Next, an oxygen oxidation process was performed using a gas atmosphere furnace (trade name “Gas Atmosphere Tube Furnace KTF045N1”, manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd.). Specifically, 4.5 g of the nanodiamond powder obtained as described above was placed in the core tube of a gas atmosphere furnace, and nitrogen gas was continuously passed through the core tube at a flow rate of 1 L / min for 30 minutes. Thereafter, the flow gas was switched from nitrogen to a mixed gas of oxygen and nitrogen, and the mixed gas was continuously passed through the reactor core tube at a flow rate of 1 L / min. The oxygen concentration in the mixed gas is 4% by volume. After switching to the mixed gas, the temperature in the furnace was raised to a heating set temperature of 350 ° C. The rate of temperature increase was 10 ° C./min up to 330 ° C., which is 20 ° C. lower than the heating set temperature, and then 1 ° C./min from 330 ° C. to the heating set temperature 350 ° C. And the oxygen oxidation process was performed about the nano diamond powder in a furnace, maintaining the temperature conditions in a furnace at 350 degreeC. The processing time was 3 hours. As described above, nano-diamond powder subjected to an oxygen oxidation process or an oxygen oxidation treatment was obtained.

次に、上述のガス雰囲気炉を引き続き使用して水素化工程を行った。具体的には、酸素酸化工程を経たナノダイヤモンド粉体が内部に配されているガス雰囲気炉に対して窒素ガスを流速1L/分で30分間通流させ続けた後、通流ガスを窒素から水素と窒素との混合ガスへと切り替えて当該混合ガスを流速1L/分で炉心管に通流させ続けた。混合ガス中の水素濃度は2体積%である。混合ガスへの切り替えの後、炉内を加熱設定温度600℃まで昇温させた。昇温速度は10℃/分とした。そして、炉内の温度条件を600℃に維持しつつ、炉内のナノダイヤモンド粉体について水素酸化処理を行った。処理時間は5時間とした。以上のようにして、水素酸化工程ないし水素酸化処理を経たナノダイヤモンド粉体を得た。   Next, the hydrogenation process was performed using the above-mentioned gas atmosphere furnace. Specifically, after continuously flowing nitrogen gas at a flow rate of 1 L / min for 30 minutes through a gas atmosphere furnace in which nano-diamond powder that has undergone an oxygen oxidation step is arranged, the flow gas is changed from nitrogen. Switching to a mixed gas of hydrogen and nitrogen, the mixed gas was kept flowing through the core tube at a flow rate of 1 L / min. The hydrogen concentration in the mixed gas is 2% by volume. After switching to the mixed gas, the temperature in the furnace was raised to a heating set temperature of 600 ° C. The heating rate was 10 ° C./min. And the hydrogen oxidation process was performed about the nano diamond powder in a furnace, maintaining the temperature conditions in a furnace at 600 degreeC. The processing time was 5 hours. As described above, nano-diamond powder subjected to a hydrogen oxidation step or a hydrogen oxidation treatment was obtained.

次に、解砕工程を行った。具体的には、まず、上述の水素化工程を経たナノダイヤモンド粉体0.9gと純水29.1mlとを50mlのサンプル瓶に加えて混合し、スラリー約30mlを得た。次に、当該スラリーについて、遠心分離処理(遠心力20000×gで10分間)とその後の超音波処理を施した。超音波処理においては、超音波照射器(商品名「超音波洗浄機 AS−3」,アズワン(AS ONE)社製)を使用して、当該スラリーに対して2時間の超音波照射を行った。この後、ビーズミリング装置(商品名「並列四筒式サンドグラインダー LSG−4U−2L型」,アイメックス株式会社製)を使用してビーズミリングを行った。具体的には、100mlのミル容器たるベッセル(アイメックス株式会社製)に対して超音波照射後のスラリー30mlと直径30μmのジルコニアビーズとを投入して封入し、装置を駆動させてビーズミリングを実行した。このビーズミリングにおいて、ジルコニアビーズの投入量はミル容器の容積に対して例えば33%であり、ミル容器の回転速度は2570rpmであり、ミリング時間は2時間である。   Next, the crushing process was performed. Specifically, first, 0.9 g of nanodiamond powder that had undergone the above hydrogenation step and 29.1 ml of pure water were added to a 50 ml sample bottle and mixed to obtain about 30 ml of slurry. Next, the slurry was subjected to centrifugation (centrifugal force 20000 × g for 10 minutes) and subsequent ultrasonic treatment. In the ultrasonic treatment, an ultrasonic irradiator (trade name “ultrasonic cleaner AS-3”, manufactured by AS ONE) was used, and the slurry was subjected to ultrasonic irradiation for 2 hours. . Then, bead milling was performed using a bead milling device (trade name “parallel four-cylinder sand grinder LSG-4U-2L type”, manufactured by Imex Corporation). Specifically, 30 ml of slurry after ultrasonic irradiation and zirconia beads with a diameter of 30 μm are placed in a 100 ml mill vessel (Imex Co., Ltd.) and sealed, and the apparatus is driven to perform bead milling. did. In this bead milling, the input amount of zirconia beads is, for example, 33% with respect to the volume of the mill container, the rotation speed of the mill container is 2570 rpm, and the milling time is 2 hours.

次に、上述のような解砕工程を経たスラリーないし懸濁液について、遠心分離装置を使用して遠心分離処理を行った(分級操作)。この遠心分離処理における遠心力は20000×gとし、遠心時間は10分間とした。次に、当該遠心分離処理を経たナノダイヤモンド含有溶液の上清10mlを回収した。このようにして、ナノダイヤモンドが純水に分散するナノダイヤモンド分散液を得た。このナノダイヤモンド分散液について、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度は2.1質量%であり、pHは8.07であった。   Next, about the slurry thru | or suspension which passed through the above crushing processes, the centrifugation process was performed using the centrifuge (classification operation). The centrifugal force in this centrifugation treatment was 20000 × g, and the centrifugation time was 10 minutes. Next, 10 ml of the supernatant of the nanodiamond-containing solution that had undergone the centrifugation treatment was collected. In this way, a nanodiamond dispersion liquid in which nanodiamonds are dispersed in pure water was obtained. With respect to this nanodiamond dispersion, the solid content concentration or nanodiamond concentration was 2.1 mass%, and the pH was 8.07.

〈粒径D50〉
上述のようにして得られたナノダイヤモンド分散液について、動的光散乱法によってナノダイヤモンドの粒度分布を測定した。具体的には、Malvern社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、ナノダイヤモンドの粒度分布を動的光散乱法(非接触後方散乱法)によって測定した。測定に付されたナノダイヤモンド分散液は、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度が2.1質量%であり、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。測定の結果、ナノダイヤモンドの粒径D50(メディアン径)は5.05nmであり、ナノダイヤモンドの粒径D90は7.54nmであった。
<Particle size D50>
With respect to the nanodiamond dispersion liquid obtained as described above, the particle size distribution of nanodiamond was measured by a dynamic light scattering method. Specifically, the particle size distribution of the nano diamond was measured by a dynamic light scattering method (non-contact back scattering method) using a device (trade name “Zetasizer Nano ZS”) manufactured by Malvern. The nanodiamond dispersion liquid subjected to the measurement has a solid content concentration or a nanodiamond concentration of 2.1% by mass, and is subjected to ultrasonic irradiation by an ultrasonic cleaner. As a result of the measurement, the particle diameter D50 (median diameter) of nanodiamond was 5.05 nm, and the particle diameter D90 of nanodiamond was 7.54 nm.

〈ゼータ電位〉
上述のようにして得られたナノダイヤモンド分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子に関するゼータ電位について、Malvern社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、レーザードップラー式電気泳動法によって測定した。測定に付されたナノダイヤモンド分散液は、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度が0.2質量%となるように超純水で希釈した後に超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。ゼータ電位測定温度は25℃である。本測定の結果、ナノダイヤモンド分散液のゼータ電位は41.8mVであった。
<Zeta potential>
The zeta potential of nanodiamond particles contained in the nanodiamond dispersion obtained as described above was measured by laser Doppler electrophoresis using a device (trade name “Zetasizer Nano ZS”) manufactured by Malvern. It was measured. The nanodiamond dispersion subjected to the measurement is diluted with ultrapure water so that the solid content concentration or the nanodiamond concentration is 0.2% by mass, and then subjected to ultrasonic irradiation with an ultrasonic cleaner. The zeta potential measurement temperature is 25 ° C. As a result of this measurement, the zeta potential of the nanodiamond dispersion was 41.8 mV.

〈電気伝導度測定〉
上述のようにして得られたナノダイヤモンド分散液について、電気伝導度測定装置(商品名「TWIN-COND B-771」,株式会社堀場製作所製)を使用して、測定温度25℃にて電気伝導度を測定した。測定に付されたナノダイヤモンド分散液は、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度が2.1質量%であり、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。本測定の結果、ナノダイヤモンド分散液の電気伝導度は25.2μS/cm・wt%であった。
<Electrical conductivity measurement>
About the nanodiamond dispersion liquid obtained as described above, electrical conductivity was measured at a measurement temperature of 25 ° C. using an electrical conductivity measuring device (trade name “TWIN-COND B-771”, manufactured by Horiba, Ltd.). The degree was measured. The nanodiamond dispersion liquid subjected to the measurement has a solid content concentration or a nanodiamond concentration of 2.1% by mass, and is subjected to ultrasonic irradiation by an ultrasonic cleaner. As a result of this measurement, the electric conductivity of the nanodiamond dispersion liquid was 25.2 μS / cm · wt%.

[評価]
上述のナノダイヤモンド製造方法により得られたナノダイヤモンド分散液は、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位が41.8mVであって比較的に大きな正の値をとり、電解質濃度が25.2μS/cm・wt%と低く、且つ、pHが8.07とアルカリ領域にある。一方、株式会社ナノ炭素研究所製のゼータ電位ポジティブのナノダイヤモンド水分散液たる「ナノアマンド」について、その電気伝導度を測定したところ、66.6μS/cm・wt%と高かった。
[Evaluation]
The nanodiamond dispersion liquid obtained by the above-described nanodiamond manufacturing method has a zeta potential of nanodiamond particles of 41.8 mV, a relatively large positive value, and an electrolyte concentration of 25.2 μS / cm · wt%. And pH is 8.07 in the alkaline region. On the other hand, the electrical conductivity of “Nanoamand”, an aqueous nanodiamond dispersion of zeta potential positive manufactured by Nanocarbon Laboratory, Inc. was measured and found to be as high as 66.6 μS / cm.

10 ND分散液(ナノダイヤモンド分散液)
11 ND粒子(ナノダイヤモンド粒子)
12 水系分散媒
S1 生成工程
S2 精製工程
S3 酸素酸化工程
S4 水素化工程
S5 解砕工程
10 ND dispersion (nanodiamond dispersion)
11 ND particles (nanodiamond particles)
12 Aqueous dispersion medium S1 Production process S2 Purification process S3 Oxygen oxidation process S4 Hydrogenation process S5 Crushing process

Claims (6)

ナノダイヤモンドを酸素酸化処理するための酸素酸化工程と、
前記酸素酸化工程を経たナノダイヤモンドを水素化処理するための水素化工程とを含む、ナノダイヤモンド分散液製造方法。
An oxygen oxidation process for subjecting nanodiamond to oxygen oxidation,
And a hydrogenation step for hydrotreating the nanodiamond that has undergone the oxygen oxidation step.
不活性ガス雰囲気下での爆轟法によってナノダイヤモンドを生じさせるための生成工程と、
前記生成工程で得られたナノダイヤモンド粗生成物を精製するための精製工程とを、前記酸素酸化工程より前に含む、請求項1に記載のナノダイヤモンド分散液製造方法。
A production process for producing nanodiamonds by detonation under an inert gas atmosphere;
The method for producing a nanodiamond dispersion according to claim 1, further comprising a purification step for purifying the nanodiamond crude product obtained in the generation step before the oxygen oxidation step.
前記精製工程は、混酸を用いて行う混酸処理を含む、請求項2に記載のナノダイヤモンド分散液製造方法。   The method for producing a nanodiamond dispersion according to claim 2, wherein the purification step includes a mixed acid treatment using a mixed acid. 水系分散媒と、
前記水系分散媒中に分散してゼータ電位がポジティブであるナノダイヤモンド粒子とを含み、
電気伝導度が30μS/cm・wt%以下である、ナノダイヤモンド分散液。
An aqueous dispersion medium;
Comprising nanodiamond particles dispersed in the aqueous dispersion medium and having a positive zeta potential,
A nanodiamond dispersion liquid having an electric conductivity of 30 μS / cm · wt% or less.
前記ゼータ電位は30mV以上である、請求項4に記載のナノダイヤモンド分散液。   The nanodiamond dispersion liquid according to claim 4, wherein the zeta potential is 30 mV or more. pHが5以上の範囲にある、請求項4または5に記載のナノダイヤモンド分散液。   The nanodiamond dispersion liquid according to claim 4 or 5, wherein the pH is in the range of 5 or more.
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