JP2020066569A - Process for producing carbon material composite - Google Patents

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Abstract

To provide a process for easily producing high-quality graphite oxide.SOLUTION: Provided is a process for producing a carbon material composite composed by including amphoteric surfactant and graphite oxide, and said production process is characterized to include steps of: oxidizing graphite; mixing an amphoteric surfactant with an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidization step is dispersed; and refining carbon material composite.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭素材料複合体の製造方法に関する。より詳しくは、触媒、電池やキャパシタの電極活物質、熱電変換材料、導電性材料、発光材料、潤滑油用添加剤、高分子(樹脂)用添加剤、透過膜材料、抗菌材料、撥水材料、吸着材料等として好適に用いることができる炭素材料複合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon material composite. More specifically, catalysts, electrode active materials for batteries and capacitors, thermoelectric conversion materials, conductive materials, light emitting materials, lubricant additives, polymer (resin) additives, permeable membrane materials, antibacterial materials, water repellent materials. The present invention relates to a method for producing a carbon material composite which can be preferably used as an adsorbent material or the like.

炭素材料は、硬度等の特性に優れ、半導体、電池、自動車、情報通信、産業機器等の分野で種々用いられている。
炭素材料の1種である酸化黒鉛は、sp結合で結合した炭素原子が平面的に並んだ層状構造をもつ黒鉛を酸化し、酸素含有官能基を付与したものであり、その特異な構造や物性のために数多くの研究がなされている。酸化黒鉛は、触媒、電池やキャパシタの電極活物質、熱電変換材料、導電性材料、発光材料、潤滑油用添加剤、高分子用添加剤、透過膜材料、抗菌材料、撥水材料、吸着材料等の種々の用途に用いることが期待されている。
Carbon materials are excellent in properties such as hardness and are used in various fields such as semiconductors, batteries, automobiles, information communication, and industrial equipment.
Graphite oxide, which is one type of carbon material, is obtained by oxidizing graphite having a layered structure in which carbon atoms bonded by sp 2 bonds are arranged in a plane to give an oxygen-containing functional group. Many studies have been conducted due to their physical properties. Graphite oxide is a catalyst, electrode active material for batteries and capacitors, thermoelectric conversion material, conductive material, light emitting material, lubricant additive, polymer additive, permeable membrane material, antibacterial material, water repellent material, adsorbent material. It is expected to be used for various purposes such as.

酸化黒鉛の製造方法としては、黒鉛を酸溶媒中で強力な酸化剤と作用させることで酸化黒鉛を合成する方法が一般的であり、酸化剤として硫酸と過マンガン酸カリウムを用いるHummers法が知られている(非特許文献1参照)。またその他の方法として、硝酸と塩素酸カリウムを用いるBrodie法、酸化剤として硫酸、硝酸と塩素酸カリウムを用いるStaudenmaier法等が知られている。 As a manufacturing method of graphite oxide, a method of synthesizing graphite oxide by reacting graphite with a strong oxidizing agent in an acid solvent is generally used, and a Hummers method using sulfuric acid and potassium permanganate as an oxidizing agent is known. (See Non-Patent Document 1). Also known as other methods are the Brodie method using nitric acid and potassium chlorate, and the Staudenmeier method using sulfuric acid, nitric acid and potassium chlorate as oxidants.

例えば、酸化黒鉛誘導体の製造方法として、黒鉛を酸化する工程と、酸化黒鉛誘導体を得る工程との間に、酸化工程で得られる酸化黒鉛を含む反応液に、水に対する溶解度が0.01%以上であって、かつ、水と任意には混和しない溶媒を添加した後、酸化黒鉛含有組成物を分離することが開示されている(特許文献1参照)。
ところで、酸化グラフェン(酸化黒鉛)を特定のアミンオキシドで修飾することが開示されている(非特許文献2参照)。また、酸化グラフェンの懸濁液に特定のベタインの水溶液を添加することが開示されている(非特許文献3参照)。
For example, as a method for producing an oxidized graphite derivative, the solubility in water is 0.01% or more in a reaction liquid containing the oxidized graphite obtained in the oxidation step between the step of oxidizing graphite and the step of obtaining the oxidized graphite derivative. It is disclosed that the graphite oxide-containing composition is separated after the addition of a solvent that is immiscible with water (see Patent Document 1).
By the way, it is disclosed that graphene oxide (graphite oxide) is modified with a specific amine oxide (see Non-Patent Document 2). Further, it is disclosed that an aqueous solution of specific betaine is added to a suspension of graphene oxide (see Non-Patent Document 3).

国際公開第2017/082263号International Publication No. 2017/082263

William S. Hummers, et.al, J. Am. Chem. Soc, 1958, 80, 1339.William S. Hummers, et.al, J. Am. Chem. Soc, 1958, 80, 1339. Wensheng Gao, et.al, RSC Adv. 2017, 7, 31085-31092Wensheng Gao, et.al, RSC Adv. 2017, 7, 31085-31092 Zonghua Wang, et.al, Electrochimica Acta 160 (2015) 288-295Zonghua Wang, et.al, Electrochimica Acta 160 (2015) 288-295

上記のとおり、炭素材料の1種である酸化黒鉛の製造方法として種々の方法が知られているが、酸化工程で酸化黒鉛を得た後、酸化黒鉛を反応溶液中から精製することが一般的であり、通常は遠心分離を繰り返して行ったり、反応液をろ過したりする。前者の場合、工程が煩雑になるとともに廃液の量が多くなるといった課題があり、後者の場合、フィルターが目詰まりしやすいという課題があった。いずれの場合も、精製に手間がかかるため、高コスト化し、酸化黒鉛を製造する場合に効率的な生産の面から改善の余地があった。これに対して、特許文献1に記載の方法は、水層・有機層の液/液分離により酸化黒鉛の分離を効率的に行うことが可能となり、高品質な酸化黒鉛を簡便に得ることができるものである。一方、酸化黒鉛を工業的に製造するうえで、酸化黒鉛の分離工程、特にろ過工程を更に効率的に行い、高品質な酸化黒鉛をより簡便に製造することが強く望まれていた。 As described above, various methods are known as a method for producing graphite oxide, which is one type of carbon material, but it is common to purify graphite oxide from the reaction solution after obtaining graphite oxide in the oxidation step. Usually, the centrifugation is repeated or the reaction solution is filtered. In the former case, there is a problem that the process becomes complicated and the amount of waste liquid increases, and in the latter case, there is a problem that the filter is easily clogged. In either case, refining takes time, resulting in high cost, and there is room for improvement in terms of efficient production when producing graphite oxide. On the other hand, the method described in Patent Document 1 makes it possible to efficiently separate graphite oxide by liquid / liquid separation of an aqueous layer / organic layer, and easily obtain high-quality graphite oxide. It is possible. On the other hand, in industrially producing graphite oxide, there has been a strong demand for more efficient production of a graphite oxide separation step, particularly a filtration step, to more easily produce high-quality graphite oxide.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものでもあり、高品質な酸化黒鉛を簡便に製造することができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method capable of easily producing high-quality graphite oxide.

本発明者らは、高品質な酸化黒鉛をより簡便に製造することができる方法について種々検討し、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液からの酸化黒鉛の精製の際に、水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を精製する工程により、水系分散液中に酸が残留していても両性界面活性剤の作用によって炭素材料複合体が凝集し、分散性の低い大きな凝集体となり、水系分散液をろ過してもフィルターの目詰まりが起こりにくい等、精製に要する時間が非常に短くなるとともに、酸を充分に除去することができ、炭素材料複合体を極めて効率的に精製できることを見出した。この理由は、以下の通りであると考えられる。先ず、酸が残留していても両性界面活性剤の作用によって炭素材料複合体が凝集する作用について、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と、両性界面活性剤とを混合すると、酸化黒鉛と両性界面活性剤とが相互作用し、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体として凝集させることで、酸や塩などの水溶性の不純物から容易に分離することができる。すなわち、酸化工程後の水系分散液(反応液)に両性界面活性剤を混合することで、簡便に不純物を除去することが可能である。本発明者らは、このような精製方法により、高品質な炭素材料複合体を低コストかつ簡便に製造することが可能となり、この方法を特に炭素材料複合体の工業的製造に適用した場合に当該効果が顕著なものとなることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The present inventors have conducted various studies on a method capable of more easily producing high-quality graphite oxide, and when purifying graphite oxide from an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed. By the step of mixing the aqueous dispersion and the amphoteric surfactant, and the step of purifying the carbon material composite containing the amphoteric surfactant and graphite oxide, the acid remains in the aqueous dispersion. However, the action of the amphoteric surfactant aggregates the carbon material complex to form a large aggregate with low dispersibility, and even when the aqueous dispersion is filtered, the filter is unlikely to be clogged. It has been found that the carbon material composite can be purified very efficiently because the acid can be sufficiently removed while the length is shortened. The reason for this is considered as follows. First, regarding the action of the carbon material complex to aggregate by the action of the amphoteric surfactant even if the acid remains, the aqueous dispersion liquid in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed is mixed with the amphoteric surfactant. Then, the graphite oxide and the amphoteric surfactant interact with each other to aggregate into a carbon material complex composed of the amphoteric surfactant and the graphite oxide, so that water-soluble impurities such as acids and salts can be easily formed. Can be separated. That is, the impurities can be easily removed by mixing the amphoteric surfactant with the aqueous dispersion liquid (reaction liquid) after the oxidation step. The present inventors have made it possible to easily produce a high-quality carbon material composite at low cost by such a purification method, and particularly when this method is applied to the industrial production of the carbon material composite. The inventors have found that the effect becomes remarkable, and have arrived at the present invention by thinking that the above problems can be solved satisfactorily.

また本発明者らは、上記酸化工程、上記混合工程、及び、上記精製工程を経て得られる炭素材料複合体は、分散媒中でその層間を好適に剥離できることを見出した。この理由は、酸化黒鉛の表面を両性界面活性剤で修飾することで、後述するように酸化黒鉛の表面側に疎水性基及び陰イオン電離基が向き、比較的極性が高い有機分散媒との相互作用が高まることで両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体が該有機分散媒中で分散するようになり、酸化黒鉛の層間剥離が可能となるためであると考えられる。
本発明者らは、このような方法により、高品質な炭素材料複合体を低コストかつ簡便に製造することが可能となることを見出した。
Further, the present inventors have found that the carbon material composite obtained through the above-mentioned oxidation step, the above-mentioned mixing step, and the above-mentioned purification step can suitably separate the layers in the dispersion medium. The reason for this is that by modifying the surface of the graphite oxide with an amphoteric surfactant, hydrophobic groups and anion ionizing groups face the surface side of the graphite oxide, as described below, and with an organic dispersion medium of relatively high polarity. It is considered that this is because the carbon material composite including the amphoteric surfactant and the graphite oxide is dispersed in the organic dispersion medium due to the increased interaction, and the delamination of the graphite oxide becomes possible. To be
The present inventors have found that such a method makes it possible to easily produce a high-quality carbon material composite at low cost.

また本発明者らは、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、両性界面活性剤に加えて非イオン性界面活性剤を混合する工程、並びに、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及び、酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を精製する工程により、水系分散液中に酸が残留していても非イオン性界面活性剤及び両性界面活性剤の作用によって炭素材料複合体が凝集し、分散性の低い大きな凝集体となり、水系分散液をろ過してもフィルターの目詰まりが起こりにくい等、精製に要する時間が非常に短くなるとともに、酸を充分に除去することができ、炭素材料複合体を極めて効率的に精製できることを見出した。また両性界面活性剤のみを加えた酸化黒鉛では比較的高い極性の有機溶媒中で特に好適に剥離できるのに対し、非イオン性界面活性剤を同時に混合したものでは、極性及び疎水性を制御可能であり、水やメタノール等の高極性分散媒中での層間剥離に特に好適であることを見出した。この理由は、凝集力の弱い非イオン性界面活性剤による炭素材料複合体の凝集はあまり強固ではないので、高極性分散媒中でも剥離工程を経ることで容易に凝集を解き、再度分散媒に分散させることができるためと考えられる。すなわち、両性界面活性剤だけでなく、非イオン性界面活性剤を併用することで、分散性を制御可能である。 Further, the present inventors have added a step of mixing a nonionic surfactant in addition to an amphoteric surfactant to an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and a nonionic surfactant. , The amphoteric surfactant, and the step of purifying the carbon material composite containing graphite oxide, even if the acid remains in the aqueous dispersion, the nonionic surfactant and amphoteric surfactant Due to the action, the carbon material complex aggregates into a large aggregate with low dispersibility, and the filter does not easily become clogged even if the aqueous dispersion is filtered. It was found that the carbon material complex can be purified very efficiently. In addition, graphite oxide containing only amphoteric surfactant can be exfoliated particularly well in an organic solvent of relatively high polarity, whereas a mixture of nonionic surfactants can control polarity and hydrophobicity. It was found that it is particularly suitable for delamination in a highly polar dispersion medium such as water or methanol. The reason for this is that the aggregation of the carbon material composite with a nonionic surfactant having a weak cohesive force is not so strong, so even in a highly polar dispersion medium, the aggregation process can be easily broken down and dispersed again in the dispersion medium. It is thought that this can be done. That is, the dispersibility can be controlled by using a nonionic surfactant in addition to the amphoteric surfactant.

更に、本発明者らは、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、両性界面活性剤に加えて陽イオン性界面活性剤を混合する工程、並びに、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及び、酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を精製する工程により、水系分散液中に酸が残留していても陽イオン性界面活性剤及び両性界面活性剤の作用によって炭素材料複合体が凝集し、分散性の低い大きな凝集体となり、水系分散液をろ過してもフィルターの目詰まりが起こりにくい等、精製に要する時間が非常に短くなるとともに、酸を充分に除去することができ、炭素材料複合体を極めて効率的に精製できることを見出した。また両性界面活性剤のみを加えた酸化黒鉛では比較的高い極性の有機溶媒中で特に好適に剥離できるのに対し、陽イオン性界面活性剤を同時に混合したものでは、極性および疎水性を制御可能であり、炭素数4〜12程度の高級アルコール等の中程度の極性分散媒中での層間剥離に特に好適であることを見出した。 Furthermore, the present inventors have added a step of mixing a cationic surfactant in addition to an amphoteric surfactant to an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and a cationic surfactant. Of a cationic surfactant and an amphoteric surfactant even if an acid remains in the aqueous dispersion by the step of purifying a carbon material composite including an agent, an amphoteric surfactant, and graphite oxide. By the action of, the carbon material complex aggregates to become a large aggregate with low dispersibility, the filter is less likely to be clogged even if the aqueous dispersion is filtered, and the time required for purification is extremely short, and the acid It has been found that the carbon material composite can be sufficiently removed and the carbon material composite can be purified very efficiently. Also, graphite oxide containing only amphoteric surfactant can be exfoliated particularly well in an organic solvent of relatively high polarity, whereas the mixture of cationic surfactant can control polarity and hydrophobicity. It was found that it is particularly suitable for delamination in a medium polar dispersion medium such as a higher alcohol having about 4 to 12 carbon atoms.

また更に、本発明者らは、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、両性界面活性剤に加えて非イオン性界面活性剤及び陽イオン性界面活性剤を混合し、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、及び、陽イオン性界面活性剤を各種割合で混合することで、上記性質を利用し、炭素材料複合体の極性、疎水性を制御することが可能であることを見出した。例えば両性界面活性剤のみ、両性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤の組み合わせ、両性界面活性剤及び陽イオン性界面活性剤の組み合わせでは特に好適とは言えなかった鎖状エステル系の分散媒中でも層間剥離に特に好適であることを見出した。すなわち両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、及び、陽イオン性界面活性剤を各種割合で混合することで、種々の溶媒、例えば各種官能基を持つ溶媒や、特に疎水性溶媒、親水性溶媒、両親媒性溶媒や、低沸点溶媒、高沸点溶媒等の溶媒中で剥離可能であると共に、種々の溶媒の分散体が調整可能となる。 Furthermore, the present inventors have added a nonionic surfactant and a cationic surfactant in addition to an amphoteric surfactant to an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, By mixing the amphoteric surfactant, nonionic surfactant, and cationic surfactant in various ratios, it is possible to control the polarity and hydrophobicity of the carbon material composite by utilizing the above properties. I found that. For example, even in the case of a chain ester type dispersion medium which is not particularly suitable in the combination of an amphoteric surfactant alone, a combination of an amphoteric surfactant and a nonionic surfactant, and a combination of an amphoteric surfactant and a cationic surfactant. It has been found to be particularly suitable for delamination. That is, by mixing the amphoteric surfactant, the nonionic surfactant, and the cationic surfactant in various ratios, various solvents, for example, solvents having various functional groups, and particularly hydrophobic solvents and hydrophilic solvents are mixed. It can be stripped in a solvent such as a solvent, an amphipathic solvent, a low boiling point solvent, or a high boiling point solvent, and a dispersion of various solvents can be prepared.

更に、本発明者らは、両性界面活性剤が、第4級アンモニウム塩基のような、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中で実質的に陽イオンに電離する基(陽イオン電離基)、及び、カルボン酸(塩)基、スルホン酸(塩)基、リン酸(塩)基のような、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中で実質的に陰イオンに電離する基(陰イオン電離基)の他、ポリオキシアルキレン基等の比較的極性が低い低極性親水性基を有することで、疎水性や極性の程度を調整でき、このような特定の両性界面活性剤単独によって前述のような両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤とを併用した場合と同様の効果を発揮することが出来ることを見出した。 Further, the present inventors have found that the amphoteric surfactant is a group (such as a quaternary ammonium salt group) which is substantially ionized into a cation in an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed ( (Cationic ionization group), and substantially in an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step, such as a carboxylic acid (salt) group, a sulfonic acid (salt) group, and a phosphoric acid (salt) group, is dispersed. In addition to a group that ionizes to an anion (anion ionizing group), by having a low polarity hydrophilic group having a relatively low polarity such as a polyoxyalkylene group, the degree of hydrophobicity and polarity can be adjusted. It has been found that such a specific amphoteric surfactant alone can exhibit the same effect as in the case where the amphoteric surfactant and the nonionic surfactant as described above are used in combination.

すなわち本発明は、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を製造する方法であって、該製造方法は、黒鉛を酸化する工程、該酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、炭素材料複合体を精製する工程を含むことを特徴とする炭素材料複合体の製造方法である。
本発明の炭素材料複合体の製造方法は、上記混合工程が、更に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合することが好ましい。
本発明の炭素材料複合体の製造方法は、上記両性界面活性剤が、陽イオン電離基、陰イオン電離基、及び、該陽イオン電離基又は該陰イオン電離基よりも極性が低い親水性基を有することが好ましい。
That is, the present invention is a method for producing a carbon material composite comprising an amphoteric surfactant and graphite oxide, which comprises a step of oxidizing graphite and a graphite oxide obtained in the oxidation step. Is a method for producing a carbon material composite, comprising a step of mixing an aqueous dispersion liquid in which is dispersed with an amphoteric surfactant, and a step of purifying the carbon material composite.
In the method for producing a carbon material composite according to the present invention, it is preferable that the mixing step further comprises mixing a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant.
In the method for producing a carbon material composite of the present invention, the amphoteric surfactant is a cation ionizing group, an anion ionizing group, and a hydrophilic group having a lower polarity than the cation ionizing group or the anion ionizing group. It is preferable to have

本発明はまた、酸化黒鉛を製造する方法であって、該製造方法は、黒鉛を酸化する工程、該酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、酸化黒鉛を精製する工程を含む酸化黒鉛の製造方法でもある。 The present invention is also a method for producing graphite oxide, which comprises a step of oxidizing graphite, an aqueous dispersion liquid in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and an amphoteric surfactant. It is also a method for producing graphite oxide, which includes a step of mixing and a step of purifying graphite oxide.

なお、本発明の炭素材料複合体の製造方法又は本発明の酸化黒鉛の製造方法の好ましい一実施形態では、上記精製工程は、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により炭素材料複合体又は酸化黒鉛を精製する工程である。 In a preferred embodiment of the method for producing a carbon material composite of the present invention or the method for producing a graphite oxide of the present invention, the purification step comprises filtration, decantation, centrifugation, and separation extraction. It is a step of purifying the carbon material composite or the graphite oxide by at least one method selected.

本発明の炭素材料複合体の製造方法により、高品質な炭素材料複合体を低コストで簡便に得ることができる。また得られた炭素材料複合体は、分散媒に非常によく分散できる。また、必要な場合は、本発明に係る界面活性剤を適宜組み合わせることで、炭素材料複合体の極性、疎水性を調整でき、炭素材料複合体を、用途に応じた適切な分散媒中で分散させたり層間剥離させたりするのに好適なものとすることができる。例えば、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と、両性界面活性剤と、酸化黒鉛とを含んで構成される炭素材料複合体は、水を含む高極性分散媒中に分散させた場合であってもその層間を好適に剥離することができる。また得られた炭素材料複合体は樹脂系の分散媒に非常に良く分散できる。上述のとおりの効果により一般的な水系溶媒や有機溶媒だけでなく、樹脂前駆体であるモノマー等の樹脂系の分散媒に対しても非常に良く分散することが出来る。同様に必要な場合は、本発明に係る界面活性剤を適宜組み合わせることで、炭素材料複合体の極性、疎水性を調整でき、炭素材料複合体を、用途に応じた適切な樹脂系の分散媒中で分散させるのに好適なものとすることができる。 According to the method for producing a carbon material composite of the present invention, a high quality carbon material composite can be easily obtained at low cost. The obtained carbon material composite can be dispersed very well in the dispersion medium. In addition, if necessary, by appropriately combining the surfactant according to the present invention, the polarity and hydrophobicity of the carbon material composite can be adjusted, and the carbon material composite is dispersed in an appropriate dispersion medium according to the application. It can be made to be suitable for removing or delamination. For example, a carbon material composite including a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and graphite oxide is dispersed in a highly polar dispersion medium containing water. Even in the case of allowing the layers, the layers can be suitably peeled off. The obtained carbon material composite can be dispersed very well in a resin-based dispersion medium. Due to the effects as described above, it can be dispersed very well not only in a general aqueous solvent or organic solvent, but also in a resin-based dispersion medium such as a monomer as a resin precursor. Similarly, if necessary, the polarity and hydrophobicity of the carbon material composite can be adjusted by appropriately combining the surfactant according to the present invention, and the carbon material composite can be prepared by using an appropriate resin-based dispersion medium according to the application. It may be suitable for dispersion in.

以下に本発明を詳述する。
なお、以下において段落に分けて記載される個々の本発明の好ましい特徴を2つ以上組み合わせた形態も、本発明の好ましい形態である。
The present invention is described in detail below.
In addition, a form in which two or more preferable features of the present invention described in the paragraphs below are combined is also a preferable form of the present invention.

<炭素材料複合体の製造方法>
本発明の炭素材料複合体の製造方法における、上記酸化工程以降の各工程の順序については特に限定されないが、必要に応じて後述する酸化反応停止(クエンチ)工程を行った後、上記混合工程、上記精製工程をこの順で行うことが特に好ましい。また、上記混合工程前に更に酸化黒鉛の精製工程を適宜行ってもよく、例えば、必要に応じて酸化反応停止工程を行った後、酸化黒鉛の精製工程、上記混合工程、上記精製工程(炭素材料複合体の精製工程)をこの順で行ってもよい。更に、後述するように上記精製工程を混合工程の途中で行ってもよく(例えば、界面活性剤の一部を混合する工程を第1混合工程とし、残りの界面活性剤を混合する工程を第2混合工程とした場合に、上記精製工程を第1混合工程と第2混合工程との間で行ってもよく)、必要に応じて酸化反応停止工程を行った後、上記第1混合工程、上記精製工程、上記第2混合工程をこの順で行ってもよい。
<Method for producing carbon material composite>
In the method for producing a carbon material composite of the present invention, the order of each step after the oxidation step is not particularly limited, but after performing an oxidation reaction termination (quenching) step described below, if necessary, the mixing step, It is particularly preferable to carry out the purification steps in this order. Further, a purification step of graphite oxide may be appropriately performed before the mixing step. For example, after performing an oxidation reaction stopping step as necessary, a purification step of graphite oxide, the mixing step, the purification step (carbon The purification step of the material complex) may be performed in this order. Further, the purification step may be performed in the middle of the mixing step as described later (for example, the step of mixing a part of the surfactant is the first mixing step, and the step of mixing the remaining surfactant is the first step). In the case of two mixing steps, the purification step may be performed between the first mixing step and the second mixing step), and after the oxidation reaction stopping step is performed if necessary, the first mixing step, The purification step and the second mixing step may be performed in this order.

本発明の炭素材料複合体の製造方法により得られる炭素材料複合体は、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成され、更に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を含んでいてもよい。
中でも、本発明の炭素材料複合体の製造方法により得られる炭素材料複合体の好ましい一実施形態では、両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と酸化黒鉛とを含んで構成される。
例えば、第3の本発明の炭素材料複合体の製造方法により得られる炭素材料複合体は、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成され、更に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を含んでいてもよい。
上記酸化黒鉛は、グラフェン、黒鉛(グラファイト)等の黒鉛質の炭素材料を酸化することにより酸素が結合したもの(該炭素材料に酸素が結合したもの)であり、該酸素は黒鉛質の炭素材料に対しカルボキシル基、カルボニル基、水酸基、エポキシ基等の置換基として存在している。
上記酸化黒鉛は、グラフェンの炭素に酸素が結合した酸化グラフェンであることが好ましい。
なお、一般的にグラフェンとは、sp結合で結合した炭素原子が平面的に並んだ1層からなるシートをいい、グラフェンシートが多数積層されたものはグラファイトといわれるが、本発明における酸化グラフェンには、炭素原子1層のみからなるシートだけではなく、2層〜100層程度積層した構造を有するものも含まれる。該酸化グラフェンは、炭素原子1層のみからなるシートであるか、又は、2層〜20層程度積層した構造を有するものであることが好ましい。
上記酸化黒鉛は、更に、硫黄含有基、窒素含有基等の官能基を有していてもよいが、全構成元素に対する炭素、水素、及び、酸素の構成元素としての含有率が97モル%以上であることが好ましく、99モル%以上であることがより好ましく、酸化黒鉛が炭素、水素、及び、酸素のみを構成元素とするものであることが更に好ましい。
The carbon material composite obtained by the method for producing a carbon material composite according to the present invention comprises an amphoteric surfactant and graphite oxide, and further contains a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant. May be included.
Among them, in one preferred embodiment of the carbon material composite obtained by the method for producing a carbon material composite of the present invention, an amphoteric surfactant and a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and graphite oxide are used. It is configured to include.
For example, the carbon material composite obtained by the method for producing a carbon material composite according to the third aspect of the present invention comprises an amphoteric surfactant and graphite oxide, and further comprises a nonionic surfactant and / or a cation. It may contain a surface active agent.
The above-mentioned graphite oxide is one in which oxygen is bound by oxidizing a graphitic carbon material such as graphene or graphite (the one in which oxygen is bound to the carbon material), and the oxygen is a graphitic carbon material. On the other hand, it exists as a substituent such as a carboxyl group, a carbonyl group, a hydroxyl group, and an epoxy group.
The above graphite oxide is preferably graphene oxide in which oxygen is bonded to carbon of graphene.
Note that graphene generally refers to a sheet including one layer in which carbon atoms bonded by sp 2 bonds are arranged in a plane, and a stack of a plurality of graphene sheets is referred to as graphite. Includes not only a sheet consisting of only one layer of carbon atoms but also a sheet having a structure in which about 2 to 100 layers are laminated. The graphene oxide is preferably a sheet composed of only one layer of carbon atoms, or has a structure in which about 2 to 20 layers are laminated.
The graphite oxide may further have a functional group such as a sulfur-containing group and a nitrogen-containing group, but the content ratio of carbon, hydrogen, and oxygen as constituent elements to all constituent elements is 97 mol% or more. Is preferable, 99 mol% or more is more preferable, and it is more preferable that the graphite oxide has carbon, hydrogen, and oxygen as the only constituent elements.

以下では、先ず、本発明の炭素材料複合体の製造方法における、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と、両性界面活性剤、あるいは、両性界面活性剤並びに非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤とを混合する混合工程、炭素材料複合体を精製する精製工程について順に説明するが、後述するように精製工程を混合工程の途中で行ってもよい(例えば、界面活性剤の一部を混合する工程を第1混合工程とし、残りの界面活性剤を混合する工程を第2混合工程とした場合に、精製工程を第1混合工程と第2混合工程との間で行ってもよい)ことから、混合工程の説明中に精製工程についても説明する。次いで、精製工程で精製された炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛の層間を剥離する工程、精製工程前の黒鉛を酸化する工程について説明する。 In the following, first, in the method for producing a carbon material composite of the present invention, an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, an amphoteric surfactant, or an amphoteric surfactant and a nonionic interface. The mixing step of mixing the active agent and / or the cationic surfactant and the purification step of purifying the carbon material composite will be described in order, but the purification step may be performed during the mixing step as described later ( For example, when the step of mixing a part of the surfactant is the first mixing step and the step of mixing the remaining surfactant is the second mixing step, the purification step is the first mixing step and the second mixing step. Therefore, the purification step will be described in the description of the mixing step. Next, a step of separating the layers of graphite oxide contained in the carbon material composite body purified in the refining step and a step of oxidizing graphite before the refining step will be described.

(混合工程)
本発明の製造方法は、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と、両性界面活性剤とを混合する混合工程を含む。
該混合工程では、水系分散液に両性界面活性剤を添加してもよく、両性界面活性剤に水系分散液を添加してもよく、容器に対して水系分散液と両性界面活性剤を同時に添加してもよい。また、本明細書中、混合方法は、特に限定されず、公知の方法で適宜行うことが可能であるが、例えば、撹拌や超音波処理を行ったり、公知の分散機を用いたりして固形分を均一に分散させることが好ましい。
(Mixing process)
The production method of the present invention includes a mixing step of mixing an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed with an amphoteric surfactant.
In the mixing step, an amphoteric surfactant may be added to the aqueous dispersion, an aqueous dispersion may be added to the amphoteric surfactant, and the aqueous dispersion and the amphoteric surfactant may be added to the container at the same time. You may. Further, in the present specification, the mixing method is not particularly limited and can be appropriately performed by a known method, for example, stirring or ultrasonic treatment, or by using a known disperser, solid It is preferable to disperse the components uniformly.

上記酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液は、酸化工程直後の反応組成物であってもよく、その後の濃縮工程で反応組成物から硫酸を除去したり、酸化反応停止(クエンチ)工程で反応組成物に水及び/又は過酸化水素水を添加したりした液であってもよいが、例えば酸化反応停止工程で反応組成物に水及び/又は過酸化水素水を添加した液であることが好ましい。
なお、水系分散液は、分散媒として水を含有していれば良く、その他に水と混和する有機分散媒を更に含有していてもよいが、炭素材料複合体の凝集し易さの観点から、有機分散媒を含有しないことが好ましい。
The aqueous dispersion obtained by dispersing the graphite oxide obtained in the oxidation step may be the reaction composition immediately after the oxidation step, and removes sulfuric acid from the reaction composition in the subsequent concentration step or stops the oxidation reaction. A liquid obtained by adding water and / or hydrogen peroxide solution to the reaction composition in the (quench) step may be used, but for example, water and / or hydrogen peroxide solution is added to the reaction composition in the oxidation reaction stopping step. It is preferable that it is a liquid.
The aqueous dispersion may contain water as a dispersion medium, and may further contain an organic dispersion medium which is miscible with water, but from the viewpoint of easiness of aggregation of the carbon material composite. It is preferable that no organic dispersion medium is contained.

本明細書中、両性界面活性剤は、一般的に界面活性剤と称される疎水性基と親水性基とを有する化合物のうち、親水性基として陽イオン電離基及び陰イオン電離基を有するものであり、言い換えれば、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中で実質的に両性イオンに電離するものである。
酸化黒鉛は、このような両性界面活性剤の陽イオン電離基と相互作用する。これにより、両性界面活性剤の疎水性基及び陰イオン電離基が外側を向いて酸化黒鉛の表面がややアニオン性となり、比較的極性の高い有機分散媒との相互作用を高め層間剥離を可能とする。
In the present specification, the amphoteric surfactant has a cation ionizing group and an anion ionizing group as a hydrophilic group among compounds having a hydrophobic group and a hydrophilic group which are generally called a surfactant. In other words, in a water-based dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, it is substantially ionized into amphoteric ions.
Graphite oxide interacts with the cationic ionizing groups of such amphoteric surfactants. As a result, the hydrophobic groups and anionic ionizing groups of the amphoteric surfactant face outward, and the surface of the oxidized graphite becomes slightly anionic, which enhances the interaction with an organic dispersion medium having a relatively high polarity and enables delamination. To do.

上記両性界面活性剤の疎水性基としては、例えば脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基等の炭化水素基が好ましいものとして挙げられる。炭化水素基の炭素数は、3以上であることがより好ましく、4以上であることが更に好ましく、5以上であることが特に好ましい。炭化水素基の炭素数は、例えば24以下であることが好ましい。また、両性界面活性剤は、親水性基として、陽イオン電離基及び陰イオン電離基を含む。陽イオン電離基としては、例えば第4級アンモニウム塩基、ピリジニウム塩基、アミン基等が好ましいものとして挙げられる。陰イオン電離基としては、例えばカルボン酸(塩)基、スルホン酸(塩)基、リン酸(塩)基等が好ましいものとして挙げられる。さらに疎水性基、陽イオン電離基、陰イオン電離基は各一種類ずつである必要はない。例えば両性界面活性剤は、陽イオン電離基及び陰イオン電離基(いずれも高極性親水性基)の他に同分子内にポリオキシアルキレン基(例えばポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基)、エーテル基、エステル基、水酸基等の比較的小さな極性をもつ官能基(低極性親水性基)を有していてもよい。両性界面活性剤が、陽イオン電離基、陰イオン電離基、及び、該陽イオン電離基又は該陰イオン電離基よりも極性が低い親水性基を有することで、疎水性や極性の程度を調整でき、一分子(両性界面活性剤)のみにより前述のような両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤とを混合した場合と同様の効果を発揮することが出来る。すなわち、両性界面活性剤は、陽イオン電離基、陰イオン電離基、及び、該陽イオン電離基又は該陰イオン電離基よりも極性が低い親水性基を有することが好ましい。該極性が低い親水性基は、ポリオキシアルキレン基、エーテル基、エステル基、水酸基等が挙げられ、好ましくは、アルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレン基である。また、例えば、両性界面活性剤が陽イオン電離基を複数有することでも、疎水性や極性の程度を調整でき、このような特定の両性界面活性剤単独によって前述のような両性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤とを併用した場合と同様の効果を発揮することが出来る。 As the hydrophobic group of the amphoteric surfactant, for example, a hydrocarbon group such as an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group is preferable. The hydrocarbon group preferably has 3 or more carbon atoms, more preferably 4 or more carbon atoms, and particularly preferably 5 or more carbon atoms. The hydrocarbon group preferably has, for example, 24 or less carbon atoms. In addition, the amphoteric surfactant contains a cationic ionizing group and an anionic ionizing group as the hydrophilic group. Preferred examples of the cation ionizing group include a quaternary ammonium base, a pyridinium base and an amine group. Preferred examples of the anion ionizing group include a carboxylic acid (salt) group, a sulfonic acid (salt) group, and a phosphoric acid (salt) group. Furthermore, the hydrophobic group, the cation ionizing group, and the anion ionizing group do not have to be one type each. For example, an amphoteric surfactant includes a cation ionizing group and an anion ionizing group (both are highly polar hydrophilic groups), as well as a polyoxyalkylene group (eg, polyoxyethylene group, polyoxypropylene group), ether in the same molecule. It may have a functional group having a relatively small polarity (a low-polar hydrophilic group) such as a group, an ester group, and a hydroxyl group. The amphoteric surfactant has a cation ionizing group, an anion ionizing group, and a hydrophilic group having a lower polarity than the cation ionizing group or the anion ionizing group, thereby adjusting the degree of hydrophobicity or polarity. It is possible to achieve the same effect as in the case where the amphoteric surfactant and the nonionic surfactant as described above are mixed with only one molecule (amphoteric surfactant). That is, the amphoteric surfactant preferably has a cation ionizing group, an anion ionizing group, and a hydrophilic group having a lower polarity than the cation ionizing group or the anion ionizing group. Examples of the hydrophilic group having a low polarity include a polyoxyalkylene group, an ether group, an ester group, a hydroxyl group and the like, and a polyoxyalkylene group having an alkylene group having 2 to 3 carbon atoms is preferable. In addition, for example, the amphoteric surfactant having a plurality of cationic ionizing groups can also adjust the degree of hydrophobicity and polarity, and such a specific amphoteric surfactant alone can be used together with the above-mentioned amphoteric surfactant. It is possible to exhibit the same effect as when the ionic surfactant is used in combination.

上記両性界面活性剤としては、例えば、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシメチルイミダゾリニウムベタイン、アルキルアミドプロピルベタイン、アルキルスルホベタイン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。該両性界面活性剤は、中でも、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタインが好ましく、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(ラウリルベタイン)がより好ましい。陽イオン電離基が塩である場合、塩としては、好ましくはハロゲン化物およびヒドロキシドが挙げられ、ハロゲン化物の中でも塩化物が好ましい。陰イオン電離基が塩である場合、塩としては、好ましくはアルカリ金属塩が挙げられ、アルカリ金属塩の中でもナトリウム塩、カリウム塩が好ましい。 Examples of the amphoteric surfactant include alkyldimethylaminoacetic acid betaine, alkyldimethylamine oxide, alkylcarboxymethylimidazolinium betaine, alkylamidopropyl betaine, alkylsulfobetaine, and the like, and one or more of these may be used. Can be used. Among these amphoteric surfactants, alkyldimethylaminoacetic acid betaine is preferable, and lauryldimethylaminoacetic acid betaine (laurylbetaine) is more preferable. When the cation ionizing group is a salt, the salt preferably includes a halide and a hydroxide, and among the halides, a chloride is preferable. When the anion ionizing group is a salt, the salt is preferably an alkali metal salt, and among the alkali metal salts, sodium salt and potassium salt are preferable.

上記混合工程において酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と混合する両性界面活性剤の量は適宜設定すればよいが、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中の酸化黒鉛100質量%に対して10〜1000質量%であることが好ましい。両性界面活性剤の量は、より好ましくは、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中の酸化黒鉛100質量%に対して20〜700質量%であり、更に好ましくは25〜600質量%であり、特に好ましくは30〜500質量%である。 The amount of the amphoteric surfactant to be mixed with the aqueous dispersion liquid in which graphite oxide is dispersed in the above mixing step may be set appropriately, but with respect to 100% by mass of graphite oxide in the aqueous dispersion liquid in which graphite oxide is dispersed. It is preferably 10 to 1000% by mass. The amount of the amphoteric surfactant is more preferably 20 to 700% by mass, further preferably 25 to 600% by mass, relative to 100% by mass of the graphite oxide in the aqueous dispersion liquid in which graphite oxide is dispersed. , And particularly preferably 30 to 500% by mass.

本発明の製造方法において、上記混合工程は、更に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合することが好ましい。これにより、上述したように、後の精製工程において、精製に要する時間がより短くなるとともに、酸をより充分に除去することができ、炭素材料複合体を極めて効率的に精製できる。また、各種分散媒中でも炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛の層間剥離が可能となる。
上記混合工程が更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合する場合、混合の順序は特に限定されないが、例えば酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤とを混合する第1混合工程、並びに、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する第2混合工程を含むものであってもよく、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、両性界面活性剤を同時に混合するものであってもよい。
In the production method of the present invention, it is preferable that in the mixing step, a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant is further mixed. As a result, as described above, in the subsequent purification step, the time required for purification can be shortened, the acid can be removed more sufficiently, and the carbon material composite can be purified extremely efficiently. In addition, it becomes possible to delaminate graphite oxide contained in the carbon material composite in various dispersion media.
When the above-mentioned mixing step further mixes a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, the order of mixing is not particularly limited, but for example, an aqueous dispersion in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed. First mixing step of mixing a liquid with a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, and a dispersion of the nonionic surfactant and / or cationic surfactant and graphite oxide It may include a second mixing step of mixing the water-based dispersion liquid and the amphoteric surfactant, and the non-ionic interface is added to the water-based dispersion liquid in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed. An active agent and / or a cationic surfactant and an amphoteric surfactant may be mixed at the same time.

上記混合工程の途中で、精製工程を行ってもよい。すなわち、界面活性剤の一部を混合する工程を第1混合工程とし、残りの界面活性剤を混合する工程を第2混合工程とした場合に、精製工程を第1混合工程と第2混合工程との間で行ってもよい。例えば、上記混合工程が、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤とを混合する第1混合工程、及び、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する第2混合工程を含む場合、第1混合工程と第2混合工程との間に、第1混合工程で得られた混合液から、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を精製する工程を含んでいてもよい。なお、精製工程は特に限定されず、従来公知の方法を適宜用いることができるが、例えばろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法より精製する工程であることが好ましい。このように、第1混合工程と第2混合工程との間で予め硫酸を充分に洗い除いてもよく、これにより、続く第2混合工程において、酸化黒鉛の酸基が電離し、両性界面活性剤との相互作用がより強くなり、その結果、有機分散媒中で酸化黒鉛の層間を剥離する効果が顕著なものとなる。また、第1混合工程と第2混合工程との間に、例えばろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により炭素材料複合体を精製した後、必要に応じて更に水洗を行ってもよい。精製工程については、混合工程の説明の後に詳しく説明する。 You may perform a refinement | purification process in the middle of the said mixing process. That is, when the step of mixing a part of the surfactant is the first mixing step and the step of mixing the remaining surfactants is the second mixing step, the purification step is the first mixing step and the second mixing step. You may go to and from. For example, the mixing step is a first mixing step of mixing an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed with a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, and In the case of including the second mixing step of mixing the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant, and the aqueous dispersion liquid in which graphite oxide is dispersed with the amphoteric surfactant, the first mixing step and A carbon material composite including a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and graphite oxide from the mixed solution obtained in the first mixing step between the second mixing step and the second mixing step. It may include a step of purifying the body. The purification step is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately used, for example, purification by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and separation extraction. It is preferable that the step is In this way, the sulfuric acid may be sufficiently washed off in advance between the first mixing step and the second mixing step, which causes the acid groups of the oxidized graphite to be ionized in the subsequent second mixing step, resulting in amphoteric surface activity. The interaction with the agent becomes stronger, and as a result, the effect of separating the layers of the graphite oxide in the organic dispersion medium becomes remarkable. Further, between the first mixing step and the second mixing step, the carbon material complex is purified by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and liquid separation extraction. After that, you may wash with water as needed. The purification process will be described in detail after the description of the mixing process.

なお、上記第1混合工程は、水系分散液に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を添加するものであってもよく、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤に水系分散液を添加するものであってもよく、容器に対して水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を同時に添加するものであってもよい。第2混合工程についても同様であり、水系分散液に両性界面活性剤を添加するものであってもよく、両性界面活性剤に水系分散液を添加するものであってもよく、容器に対して水系分散液と両性界面活性剤を同時に添加するものであってもよい。 In the first mixing step, a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant may be added to the aqueous dispersion liquid, and the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant may be added. The aqueous dispersion may be added to the surfactant, or the aqueous dispersion and the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant may be simultaneously added to the container. . The same applies to the second mixing step, which may be one in which an amphoteric surfactant is added to the aqueous dispersion, or one in which the aqueous dispersion is added to the amphoteric surfactant. The aqueous dispersion and the amphoteric surfactant may be added at the same time.

上記酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、両性界面活性剤を同時に混合する場合、例えば、水系分散液に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と両性界面活性剤とをそれぞれ同時に添加してもよく、容器に対して水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と両性界面活性剤とをそれぞれ同時に添加してもよい。 When a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and an amphoteric surfactant are simultaneously mixed with an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the above oxidation step is dispersed, for example, an aqueous system A nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and an amphoteric surfactant may be simultaneously added to the dispersion liquid, and the aqueous dispersion liquid and the nonionic surfactant and / or the container may be added to the container. The cationic surfactant and the amphoteric surfactant may be added simultaneously.

上記酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、両性界面活性剤を同時に混合する場合、例えば、水系分散液に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と両性界面活性剤とをそれぞれ同時に添加してもよく、容器に対して水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と両性界面活性剤とをそれぞれ同時に添加してもよい。 When a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and an amphoteric surfactant are simultaneously mixed with an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the above oxidation step is dispersed, for example, an aqueous system A nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and an amphoteric surfactant may be simultaneously added to the dispersion liquid, and the aqueous dispersion liquid and the nonionic surfactant and / or the container may be added to the container. The cationic surfactant and the amphoteric surfactant may be added simultaneously.

本明細書中、非イオン性界面活性剤は、一般的に界面活性剤と称される疎水性基と親水性基とを有する化合物のうち、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中で実質的にイオンに電離しないものである。また、本明細書中、陽イオン界面活性剤は一般的に界面活性剤と称される疎水性基と親水性基とを有する化合物のうち、親水性基として陽イオン電離基を有し、かつ陰イオン電離基を有しないものであり、言い換えれば、酸化工程で得られる酸化黒鉛が分散してなる水系分散液中で実質的に陽イオンに電離するものである。
酸化黒鉛は、このような非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と疎水的相互作用及び/又はイオン性相互作用し、凝集する。これにより、ろ過等の精製工程を効率的に行うことができ、炭素材料複合体の製造を低コスト化できる。
In the present specification, the nonionic surfactant is an aqueous system in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed among compounds having a hydrophobic group and a hydrophilic group, which are generally called surfactants. It does not substantially ionize ions in the dispersion. Further, in the present specification, the cationic surfactant has a cationic ionizing group as a hydrophilic group among compounds having a hydrophobic group and a hydrophilic group generally called a surfactant, and It does not have an anion ionizing group, in other words, it substantially ionizes into cations in an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed.
Graphite oxide undergoes hydrophobic interaction and / or ionic interaction with such nonionic surfactant and / or cationic surfactant, and aggregates. Thereby, the purification process such as filtration can be efficiently performed, and the production cost of the carbon material composite can be reduced.

上記非イオン性界面活性剤及び陽イオン性界面活性剤の疎水性基としては、例えば脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基等の炭化水素基が好ましいものとして挙げられる。炭化水素基の炭素数は、3以上であることがより好ましく、4以上であることが更に好ましく、5以上であることが一層好ましく、6以上であることがより一層好ましく、9以上であることが特に好ましい。炭化水素基の炭素数は、例えば24以下であることが好ましい。また、非イオン性界面活性剤及び陽イオン性界面活性剤の親水性基としては、例えばアルキレンオキシド基、エーテル基、エステル基、アミド基、水酸基等が好ましいものとして挙げられる。アルキレンオキシド基は、エチレンオキシド基であることがより好ましい。 Examples of the hydrophobic group of the nonionic surfactant and the cationic surfactant include hydrocarbon groups such as aliphatic hydrocarbon groups and aromatic hydrocarbon groups as preferable ones. The hydrocarbon group preferably has 3 or more carbon atoms, more preferably 4 or more carbon atoms, even more preferably 5 or more carbon atoms, still more preferably 6 or more carbon atoms, and 9 or more carbon atoms. Is particularly preferable. The hydrocarbon group preferably has, for example, 24 or less carbon atoms. In addition, as the hydrophilic group of the nonionic surfactant and the cationic surfactant, for example, an alkylene oxide group, an ether group, an ester group, an amide group, a hydroxyl group and the like are preferable. More preferably, the alkylene oxide group is an ethylene oxide group.

上記非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、高級脂肪酸アルカノールアミド又はそのエチレンオキシド付加物、ショ糖脂肪酸エステル、アルキルグリコキシド、脂肪酸グリセリンモノエステル、アルコールエトキシレート、ソルビタンエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンエステル類、又は、これらの誘導体等が好ましいものとして挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。例えば、非イオン性界面活性剤は、アルコールエトキシレートがもつ(ポリ)エチレングリコール鎖の末端に水酸基(−OH)を有するもの(例えば、ソフタノール50、ソフタノール120〔株式会社日本触媒製〕)、ポリオキシエチレンソルビタンエステル類(例えば、ニューコール85〔日本乳化剤株式会社製〕)であることが特に好ましい。 Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkenyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, higher fatty acid alkanolamide or ethylene oxide adduct thereof, sucrose fatty acid ester, alkylglycoxide, Fatty acid glycerin monoester, alcohol ethoxylate, sorbitan esters, polyoxyethylene sorbitan esters, derivatives thereof and the like are mentioned as preferable ones, and one or more of these can be used. For example, the nonionic surfactant has a hydroxyl group (-OH) at the end of the (poly) ethylene glycol chain of alcohol ethoxylate (for example, Softanol 50, Softanol 120 [manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.]), poly Particularly preferred are oxyethylene sorbitan esters (for example, Newcol 85 [manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.]).

上記陽イオン性界面活性剤としては、例えば、ベンザルコニウム塩、トリブチルメチルアンモニウム塩、ジメチルジステアリルアンモニウム塩、トリメチルステアリルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、トリス(ポリオキシアルキレン)ドデシルアンモニウム塩(例えば、テクスノールL7〔日本乳化剤株式会社製〕)などの第4級アンモニウム塩;ラウリル(ドデシル)ピリジニウム塩、セチルピリジニウム塩等のピリジニウム塩;ステアラミドプロピルジメチルアミン、ステアラミドエチルジエチルアミン等の脂肪酸アミドアミン;ステアロキシプロピルジメチルアミン等のアルキルエーテルアミン;ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルイミダゾリン等が好ましいものとして挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。中でも、陽イオン性界面活性剤は、第4級アンモニウム塩、ピリジニウム塩であることが好ましい。第4級アンモニウム塩、ピリジニウム塩の塩としては、ハロゲン化物及びヒドロキシドが挙げられ、ハロゲン化物の中でも塩化物が好ましい。 As the cationic surfactant, for example, benzalkonium salt, tributylmethyl ammonium salt, dimethyl distearyl ammonium salt, trimethyl stearyl ammonium salt, benzyl tributyl ammonium salt, tris (polyoxyalkylene) dodecyl ammonium salt (for example, Texnol L7 (manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.)); quaternary ammonium salts; lauryl (dodecyl) pyridinium salts, cetylpyridinium salts, and other pyridinium salts; stearamidepropyldimethylamine, stearamidoethyldiethylamine, and other fatty acid amide amines; Alkyl ether amines such as propyl dimethyl amine; polyoxyethylene alkyl amines, alkyl imidazolines and the like are mentioned as preferable ones, and one or two of these Or more can be used. Among them, the cationic surfactant is preferably a quaternary ammonium salt or a pyridinium salt. Examples of the quaternary ammonium salt and pyridinium salt include halides and hydroxides, and chlorides are preferable among the halides.

上記混合工程において水系分散液と混合する非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤の量は適宜設定すればよいが、水系分散液中の酸化黒鉛100質量%に対して10〜1000質量%であることが好ましい。非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤の量は、より好ましくは、酸化黒鉛を含む水系分散液中の酸化黒鉛100質量%に対して20〜700質量%であり、更に好ましくは30〜600質量%であり、特に好ましくは40〜500質量%である。
なお、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤の量とは、非イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤を併用する場合は、合計量である。
The amount of the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant mixed with the aqueous dispersion in the mixing step may be appropriately set, but is 10 to 10% by mass of graphite oxide in the aqueous dispersion. It is preferably 1000% by mass. The amount of the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant is more preferably 20 to 700% by mass based on 100% by mass of oxidized graphite in the aqueous dispersion containing the oxidized graphite, and further preferably Is 30 to 600% by mass, and particularly preferably 40 to 500% by mass.
The amount of the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant is the total amount when the nonionic surfactant and the cationic surfactant are used in combination.

本発明の炭素材料複合体の製造方法において、両性界面活性剤と混合される上記水系分散液は、水系分散液100質量%に対して硫酸イオンを1質量%以上含有することが好ましい。
上記硫酸イオンの含有量は、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが更に好ましい。また、該硫酸イオンの含有量は、90質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。
上記硫酸イオンの含有量は、硫酸由来の硫酸イオンと、硫酸塩由来の硫酸イオンとの合計含有量である。
更に、上記水系分散液は、pHが2以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましい。pHは、その下限値は特に限定されないが、通常−1以上である。
本発明の炭素材料複合体の製造方法では、混合工程で更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合した場合、酸化工程等で用いた硫酸等の強酸存在下で、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤が酸化黒鉛と相互作用して凝集するという意外な作用が発現し、本発明の効果をより顕著に発揮できる。
In the method for producing a carbon material composite according to the present invention, the aqueous dispersion mixed with the amphoteric surfactant preferably contains 1 mass% or more of sulfate ion based on 100 mass% of the aqueous dispersion.
The content of the sulfate ion is more preferably 3% by mass or more, further preferably 5% by mass or more. Further, the content of the sulfate ion is preferably 90% by mass or less, and more preferably 70% by mass or less.
The content of sulfate ions is the total content of sulfate ions derived from sulfuric acid and sulfate ions derived from sulfate salts.
Further, the pH of the above aqueous dispersion is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less. Although the lower limit of pH is not particularly limited, it is usually -1 or higher.
In the method for producing a carbon material composite of the present invention, when a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant is further mixed in the mixing step, in the presence of a strong acid such as sulfuric acid used in the oxidation step, The surprising effect that the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant interacts with the graphite oxide and aggregates is exhibited, and the effect of the present invention can be more remarkably exhibited.

本発明の炭素材料複合体の製造方法において、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液(界面活性剤との混合前の水系分散液)は、水系分散液100質量%に対して水濃度が20質量%以上であることが好ましい。
上記水濃度は、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましく、35質量%以上であることが特に好ましい。
このような水濃度の範囲内とすることで、酸化工程等で用いた硫酸存在下であっても、両性界面活性剤が酸化黒鉛と相互作用して凝集するという意外な作用がより充分に発現し、本発明の効果がより優れたものになる。
また上記水濃度は、例えば、99質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。
In the method for producing a carbon material composite according to the present invention, the aqueous dispersion liquid (the aqueous dispersion liquid before mixing with the surfactant) in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed is 100% by mass of the aqueous dispersion liquid. On the other hand, the water concentration is preferably 20% by mass or more.
The water concentration is more preferably 25% by mass or more, further preferably 30% by mass or more, and particularly preferably 35% by mass or more.
By setting it within such a water concentration range, even in the presence of sulfuric acid used in the oxidation step, etc., the amphoteric surfactant interacts with the graphite oxide and aggregates more unexpectedly. However, the effect of the present invention becomes more excellent.
Further, the water concentration is, for example, preferably 99% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less.

本発明の炭素材料複合体の製造方法では、混合工程で更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合した場合、酸化工程等で用いた硫酸等の強酸存在下で、非イオン性界面活性剤が酸化黒鉛と相互作用して凝集するという意外な作用がより一層発現し、本発明の効果がより一層優れたものとなる。中でも、混合工程で更に非イオン性界面活性剤を混合した場合、上記作用が更に一層発現し、本発明の効果が更に一層優れたものとなり、顕著なものとなる。 In the method for producing a carbon material composite of the present invention, when a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant is further mixed in the mixing step, in the presence of a strong acid such as sulfuric acid used in the oxidation step, The unexpected effect that the nonionic surfactant interacts with the graphite oxide and aggregates is further developed, and the effect of the present invention is further enhanced. Above all, when a nonionic surfactant is further mixed in the mixing step, the above-mentioned action is further manifested, and the effect of the present invention is further excellent and is remarkable.

上述したように、精製工程を混合工程の途中で行ってもよく、例えば、本発明の製造方法が、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤とを混合する第1混合工程、並びに、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する第2混合工程を含む場合、上述したように第1混合工程と第2混合工程との間で、第1混合工程で得られた混合液を精製してもよい。これにより、続く第2混合工程において、酸化黒鉛と両性界面活性剤との相互作用がより強いものとなる。例えば、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液は、水系分散液100質量%に対して硫酸イオンを10質量%以下含有することが好ましい。該硫酸イオンの含有量は、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが更に好ましく、0.1質量%以下であることが特に好ましい。また、該硫酸イオンの含有量は、その下限値は特に限定されず、0質量%であってもよい。
また非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液は、pHが2〜10であることが好ましく、9以下であることがより好ましく、8以下であることが更に好ましい。
As described above, the purification step may be performed in the middle of the mixing step. For example, in the production method of the present invention, an aqueous dispersion liquid in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed and a nonionic surfactant are used. And / or a cationic surfactant in a first mixing step, and a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, and an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide is dispersed and amphoteric When the second mixing step of mixing with the surfactant is included, the mixed solution obtained in the first mixing step may be purified between the first mixing step and the second mixing step as described above. Thereby, in the subsequent second mixing step, the interaction between the graphite oxide and the amphoteric surfactant becomes stronger. For example, an aqueous dispersion in which a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and graphite oxide are dispersed contains 10% by mass or less of sulfate ion based on 100% by mass of the aqueous dispersion. It is preferable. The content of the sulfate ion is more preferably 5% by mass or less, further preferably 1% by mass or less, and particularly preferably 0.1% by mass or less. The lower limit of the content of the sulfate ion is not particularly limited and may be 0% by mass.
The pH of the aqueous dispersion liquid in which the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant and the graphite oxide are dispersed is preferably 2 to 10, and more preferably 9 or less. , 8 or less is more preferable.

本発明の炭素材料複合体の製造方法において、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤、及び、酸化黒鉛が分散してなる水系分散液は、水系分散液100質量%に対して水濃度が20質量%以上であることが好ましい。
上記水濃度は、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましく、35質量%以上であることが特に好ましい。
また上記水濃度は、例えば、99質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。
In the method for producing a carbon material composite according to the present invention, the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant, and the aqueous dispersion in which graphite oxide is dispersed are 100% by mass of the aqueous dispersion. The water concentration is preferably 20% by mass or more.
The water concentration is more preferably 25% by mass or more, further preferably 30% by mass or more, and particularly preferably 35% by mass or more.
Further, the water concentration is, for example, preferably 99% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less.

なお、上記混合工程は、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを先ず混合し、次いで、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合するものであってもよい。その場合も各種好ましい態様は、上述した、上記混合工程が、酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤とを先ず混合し、次いで、両性界面活性剤を混合する場合と同様である。 In the mixing step, the aqueous dispersion liquid obtained by dispersing the graphite oxide obtained in the oxidation step and the amphoteric surfactant are first mixed, and then the nonionic surfactant and / or the cationic surfactant is used. It may be a mixture of agents. In that case as well, various preferable embodiments include the above-mentioned mixing step in which the aqueous dispersion liquid in which the oxidized graphite obtained in the oxidation step is dispersed and a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant are used. It is similar to the case of mixing first and then the amphoteric surfactant.

(炭素材料複合体の精製工程)
本発明の炭素材料複合体の製造方法において、上記混合工程において少なくとも酸化黒鉛を含む水系分散液と両性界面活性剤とを混合した後、又は、上述したように上記混合工程が上記第1混合工程及び上記第2混合工程を含む場合に第1混合工程と第2混合工程との間に、炭素材料複合体を精製する工程が行われる。なお、精製工程は特に限定されず、従来公知の方法を適宜用いることができるが、例えばろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法より精製する工程であることが好ましい。
また、中でも、上記水系分散液と上記界面活性剤との混合工程を完了した後、精製工程を行うことが好ましい。なお、第1混合工程と第2混合工程との間で精製工程を行う場合、精製工程により得られる炭素材料複合体に対して更に残りの界面活性剤が混合されるため、精製工程により精製される炭素材料複合体は、当該残りの界面活性剤を含んでいない点で、本発明の製造方法により最終的に得られる炭素材料複合体とは異なるものである。
これらの方法を用いることで、水系分散液中の硫酸を効率的かつ充分に除去することができ、炭素材料複合体を短時間で精製することができる。その結果、炭素材料複合体の精製の際に、炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛が有する反応性の酸素含有官能基が還元及び/又は不活化されてしまうことを充分に防止でき、高品質な炭素材料複合体を得ることができる。なお、本明細書中、精製工程とは、水系分散液から固形不純物(例えば、過マンガン酸塩等の酸化剤等)及び/又は酸化反応時の溶媒(硫酸等の強酸等)を除く工程を言う。
これらの方法の中でも、より好ましくはろ過、分液抽出であり、更に好ましくはろ過である。上記精製工程によれば、両性界面活性剤の作用により水系分散液中で炭素材料複合体粒子の凝集が促進され、炭素材料複合体粒子が大きな凝集体となり、その結果、水系分散液をろ過してもフィルターの目詰まりが起こりにくく、ろ過に要する時間が非常に短い。また、混合工程で更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合した場合は、凝集力の弱い非イオン性界面活性剤による炭素材料複合体の凝集はあまり強固ではないので、凝集塊中に水が入って硫酸を充分に洗い除くことができる。また例えば、混合工程で陽イオン性界面活性剤を混合した場合は、酸化黒鉛が陽イオン性界面活性剤の陽イオン電離基と相互作用することで、陽イオン性界面活性剤の疎水性基が外側を向いて、酸化黒鉛の表面側が疎水性となるところ、その疎水性を利用し、極性の高い硫酸を追い出すことが出来る。このため、炭素材料複合体を精製する方法としてろ過を用いることで、高品質な炭素材料複合体を非常に簡便に得ることができる。
(Purification process of carbon material composite)
In the method for producing a carbon material composite of the present invention, after mixing the aqueous dispersion liquid containing at least graphite oxide and the amphoteric surfactant in the mixing step, or as described above, the mixing step is the first mixing step. When the second mixing step is included, a step of purifying the carbon material composite body is performed between the first mixing step and the second mixing step. The purification step is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately used, for example, purification by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and separation extraction. It is preferable that the step is
In addition, it is preferable to carry out the purification step after completing the mixing step of the aqueous dispersion and the surfactant. When performing the refining step between the first mixing step and the second mixing step, the remaining surfactant is further mixed with the carbon material composite obtained by the refining step, and thus the refining step is performed. The carbon material composite according to the present invention is different from the carbon material composite finally obtained by the production method of the present invention in that it does not contain the remaining surfactant.
By using these methods, sulfuric acid in the aqueous dispersion can be efficiently and sufficiently removed, and the carbon material composite can be purified in a short time. As a result, it is possible to sufficiently prevent the reactive oxygen-containing functional group of the graphite oxide contained in the carbon material composite from being reduced and / or inactivated during the purification of the carbon material composite, which results in high quality. It is possible to obtain a complex carbon material composite. In the present specification, the purification step means a step of removing solid impurities (for example, an oxidizing agent such as permanganate) and / or a solvent (such as a strong acid such as sulfuric acid) during the oxidation reaction from the aqueous dispersion. To tell.
Among these methods, filtration and liquid separation extraction are more preferable, and filtration is more preferable. According to the above purification step, aggregation of the carbon material composite particles is promoted in the aqueous dispersion liquid by the action of the amphoteric surfactant, and the carbon material composite particles become large aggregates, and as a result, the aqueous dispersion liquid is filtered. However, the filter is unlikely to become clogged and the time required for filtration is extremely short. Further, when a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant is further mixed in the mixing step, the aggregation of the carbon material composite by the nonionic surfactant having a weak cohesive force is not so strong. The water can enter the agglomerate and the sulfuric acid can be thoroughly washed away. In addition, for example, when a cationic surfactant is mixed in the mixing step, graphite oxide interacts with the cationic ionizing group of the cationic surfactant, so that the hydrophobic group of the cationic surfactant is changed. When the surface side of the oxidized graphite becomes hydrophobic when facing outward, the hydrophobicity can be utilized to drive out highly polar sulfuric acid. Therefore, by using filtration as a method for purifying the carbon material composite, a high quality carbon material composite can be obtained very easily.

なお、精製される炭素材料複合体は、両性界面活性剤、及び、酸化黒鉛を含むものであってもよく、精製工程前の混合工程で更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合した場合は、更に非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を含むものであってもよい。 The carbon material complex to be purified may contain an amphoteric surfactant and graphite oxide, and may be further mixed with a nonionic surfactant and / or a cationic interface in the mixing step before the purification step. When the active agent is mixed, it may further contain a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant.

本発明の炭素材料複合体の製造方法において、炭素材料複合体をより簡便に得る観点からは、上記精製工程は、上述したうちの2種以下の方法により行われることが好ましく、1種の方法により行われることがより好ましい。また、上記方法を繰り返すことなく1工程で完了することが本発明の製造方法における好ましい形態の1つである。
またより充分に炭素材料複合体を精製する観点からは、上記方法は繰り返すことが好ましい。中でも、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法を繰り返して行うことが本発明の製造方法における好ましい形態の1つである。
上記精製工程は、空気中で行ってもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また、加圧条件下、常圧条件下、減圧条件下のいずれで行ってもよい。
In the method for producing a carbon material composite of the present invention, from the viewpoint of more easily obtaining the carbon material composite, the purification step is preferably performed by two or less of the methods described above, and one method. More preferably, Further, it is one of the preferable modes in the manufacturing method of the present invention that the above method is completed in one step without repeating.
Further, from the viewpoint of more sufficiently purifying the carbon material composite, the above method is preferably repeated. Among them, repeating at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and liquid separation extraction is one of the preferable modes in the production method of the present invention.
The purification step may be performed in air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium or argon. Further, it may be carried out under pressure, normal pressure or reduced pressure.

本発明の製造方法は、例えば、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により炭素材料複合体を精製した後、水洗等のその他の精製工程を含んでいてもよい。なお、上記精製工程の後、水洗を繰り返して行う場合、水洗の回数は、硫酸をより充分に除去し、後述する剥離工程において酸化黒鉛の層をより好適に剥離する観点からは、例えば1回以上であることが好ましく、2回以上であることがより好ましい。また、本発明の製造方法により得られる炭素材料複合体から使用した界面活性剤を除き過ぎない観点からは、水洗の回数は、例えば10回以下であることが好ましく、7回以下であることがより好ましい。なお、使用した界面活性剤を除き過ぎない観点から、水の代わりに水と使用した界面活性剤との混合液で洗浄してもよい。さらに最終的に得られる炭素材料複合体中の酸化黒鉛と各種界面活性剤との比率を任意に調整することもこの洗浄液を調製することで可能となる。 In the production method of the present invention, for example, after purifying the carbon material complex by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and separation extraction, other purification such as washing with water. The process may be included. In the case where the washing step is repeated after the above-mentioned purification step, the number of washing steps is, for example, once from the viewpoint of more sufficiently removing sulfuric acid and more suitably peeling the graphite oxide layer in the peeling step described later. It is preferably at least 2 times, more preferably at least twice. Further, from the viewpoint of not removing too much the surfactant used from the carbon material composite obtained by the production method of the present invention, the number of times of water washing is preferably 10 times or less, and preferably 7 times or less. More preferable. From the viewpoint of not removing too much the used surfactant, washing may be performed with a mixed solution of water and the used surfactant instead of water. Furthermore, it is possible to adjust the ratio of graphite oxide and various surfactants in the finally obtained carbon material composite by adjusting the cleaning liquid.

(剥離工程)
また本発明の製造方法は、更に、上記精製工程で精製された炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛の層間を剥離する工程を含むことが好ましい。剥離工程は、上述したように酸化黒鉛の層間を剥離する工程であり、超音波処理やホモジナイザー処理等によって行うことができ、通常、剥離工程によりその層間が剥離された酸化黒鉛を含む炭素材料複合体は、分散媒に分散する。剥離工程は、精製工程で精製された、両性界面活性剤のみ、又は、両性界面活性剤並びに非イオン性界面活性剤及び/若しくは陽イオン性界面活性剤と、酸化黒鉛とを含んで構成される複合体を、分散媒と混合したうえで行うことができる。
なお、第1混合工程と第2混合工程との間で精製工程を行う場合は、精製工程の後、第2混合工程の前に剥離工程を行ってもよいが、第2混合工程の後に(混合工程が完了した後に)剥離工程を行うことが好ましい。
(Peeling process)
Further, it is preferable that the production method of the present invention further include a step of peeling the layers of the graphite oxide contained in the carbon material composite purified in the purification step. The peeling step is a step of peeling the layers of the graphite oxide as described above, and can be performed by ultrasonic treatment, homogenizer treatment, or the like, and usually, the carbon material composite containing graphite oxide whose layers are peeled by the peeling step. The body disperses in the dispersion medium. The exfoliation step is constituted by the amphoteric surfactant alone or the amphoteric surfactant and the nonionic surfactant and / or cationic surfactant purified in the purification step, and graphite oxide. The complex can be carried out after mixing with the dispersion medium.
When the purification step is performed between the first mixing step and the second mixing step, the peeling step may be performed after the purification step and before the second mixing step, but after the second mixing step ( The stripping step is preferably performed (after the mixing step is completed).

本発明の炭素材料複合体の製造方法における、剥離工程で用いる分散媒について説明する。両性界面活性剤のみと酸化黒鉛との複合体では、分散媒として有機分散媒(水を含んでいてもよい)を使用でき、有機分散媒は、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の炭素数1〜3の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン等が好ましい。これらの1種又は2種以上の混合分散媒を使用できる。更にこれらの1種又は2種以上の混合分散媒を含む場合は上記好ましい分散媒以外の例えばトルエン、ヘキサンのような非極性分散媒であっても適宜混合することが可能であり、これは本発明の好ましい形態でもある。また、両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤と酸化黒鉛との複合体では、分散媒は、水を含有する水系分散媒、有機分散媒(水を含んでいてもよい)のいずれであってもよく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の炭素数1〜3の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン、水等が好ましい。これらの1種又は2種以上の混合分散媒を使用できる。更にこれらの1種又は2種以上の混合分散媒を含む場合は上記好ましい分散媒以外の例えばトルエン、ヘキサンのような非極性分散媒であっても適宜混合することが可能であり、これは本発明の好ましい形態でもある。また、両性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤と酸化黒鉛との複合体では、分散媒は、水を含有する水系分散媒、有機分散媒(水を含んでいてもよい)のいずれであってもよく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等の炭素数4〜12の脂肪族アルコール等が好ましい。これらの1種又は2種以上の混合分散媒を使用できる。更にこれらの1種又は2種以上の混合分散媒を含む場合は上記好ましい分散媒以外の例えばトルエン、ヘキサンのような非極性分散媒であっても適宜混合することが可能であり、これは本発明の好ましい形態でもある。また、両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤と酸化黒鉛との複合体では、分散媒は、水を含有する水系分散媒、有機分散媒(水を含んでいてもよい)のいずれであってもよく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等の炭素数4〜12の脂肪族アルコール、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の鎖状エステル系溶媒、グリコールエーテル、グリコールエステル等のグリコール誘導体等が好ましい。これらの1種又は2種以上の混合分散媒を使用できる。更にこれらの1種又は2種以上の混合分散媒を含む場合は上記好ましい分散媒以外の例えばトルエン、ヘキサンのような非極性分散媒であっても適宜混合することが可能であり、これは本発明の好ましい形態でもある。
上記精製工程により硫酸を充分に除去できることと、両性界面活性剤が表面に結合した酸化黒鉛が有機分散媒と好適に相互作用すること、両性界面活性剤に加えて非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤も表面に結合した酸化黒鉛は水系分散媒、有機分散媒のいずれにも好適に相互作用することから、剥離工程において酸化黒鉛の層を非常に好適に剥離し、その結果、炭素材料複合体を分散媒に分散させることができる。
The dispersion medium used in the peeling step in the method for producing a carbon material composite according to the present invention will be described. In the composite of amphoteric surfactant alone and graphite oxide, an organic dispersion medium (which may contain water) can be used as the dispersion medium, and the organic dispersion medium is, for example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol. Preferred are lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as acetone, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), acetonitrile, diacetone alcohol, acetylacetone, and tetrahydrofuran. One or more of these mixed dispersion media can be used. Further, in the case of containing one or more of these mixed dispersion media, it is possible to appropriately mix even nonpolar dispersion media such as toluene and hexane other than the above-mentioned preferred dispersion media. It is also a preferred form of the invention. Further, in the composite of the amphoteric surfactant, the nonionic surfactant and graphite oxide, the dispersion medium is either an aqueous dispersion medium containing water or an organic dispersion medium (which may contain water). However, lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, diacetone alcohol, acetylacetone, tetrahydrofuran, water and the like are preferable. One or more of these mixed dispersion media can be used. Further, in the case of containing one or more mixed dispersion media, even nonpolar dispersion media such as toluene and hexane other than the above-mentioned preferred dispersion media can be appropriately mixed. It is also a preferred form of the invention. Further, in the composite of the amphoteric surfactant, the cationic surfactant, and the graphite oxide, the dispersion medium is either an aqueous dispersion medium containing water or an organic dispersion medium (which may contain water). However, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetonitrile, diacetone alcohol, acetylacetone, tetrahydrofuran, propylene carbonate, butanol, pentanol, hexanol, and other aliphatic alcohols having 4 to 12 carbon atoms are preferable. One or more of these mixed dispersion media can be used. Further, in the case of containing one or more of these mixed dispersion media, it is possible to appropriately mix even nonpolar dispersion media such as toluene and hexane other than the above-mentioned preferred dispersion media. It is also a preferred form of the invention. Further, in the complex of the amphoteric surfactant, the nonionic surfactant, the cationic surfactant, and the graphite oxide, the dispersion medium is an aqueous dispersion medium containing water, an organic dispersion medium (including water). Or any of), and an aliphatic alcohol having 4 to 12 carbon atoms such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetonitrile, diacetone alcohol, acetylacetone, tetrahydrofuran, propylene carbonate, butanol, pentanol, and hexanol. Chain ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate, and glycol derivatives such as glycol ether and glycol ester are preferable. One or more of these mixed dispersion media can be used. Further, in the case of containing one or more of these mixed dispersion media, it is possible to appropriately mix even nonpolar dispersion media such as toluene and hexane other than the above-mentioned preferred dispersion media. It is also a preferred form of the invention.
Sulfuric acid can be sufficiently removed by the above purification step, that the graphite oxide having the amphoteric surfactant bound to the surface interacts favorably with the organic dispersion medium, and in addition to the amphoteric surfactant, a nonionic surfactant and / or Alternatively, since the graphite oxide bound to the surface of the cationic surfactant also interacts favorably with both the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium, the layer of the graphite oxide is very suitably peeled in the peeling step, As a result, the carbon material composite can be dispersed in the dispersion medium.

また上記分散媒としては、液状高分子化合物もまた好ましい。該液状高分子化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、シリコーンオイル等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。 A liquid polymer compound is also preferable as the dispersion medium. Examples of the liquid polymer compound include polyethylene glycol, polypropylene glycol, silicone oil and the like, and one or more of these can be used.

更に、上記分散媒としては、樹脂前駆体(モノマー)もまた好ましい。樹脂前駆体としては、親水性(水系)樹脂前駆体であっても親油性(有機系)樹脂前駆体であってもよく、従来公知の熱可塑性樹脂の前駆体、熱硬化性樹脂の前駆体、光硬化性樹脂の前駆体等を適宜使用できる。 Further, a resin precursor (monomer) is also preferable as the dispersion medium. The resin precursor may be a hydrophilic (water-based) resin precursor or a lipophilic (organic-based) resin precursor, and is a conventionally known thermoplastic resin precursor or thermosetting resin precursor. A precursor of a photocurable resin or the like can be used as appropriate.

上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−オレフィン共重合体(エチレン−プロピレン共重合体等)、ポリメチルペンテン等のオレフィン系樹脂;ポリ(メタ)アクリレート樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸樹脂、ポリ(メタ)アクリロニトリル樹脂等の(メタ)アクリル系樹脂;ポリスチレン、AS樹脂(アクリロニトリル−スチレン樹脂)、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂)、ACS樹脂(塩素化ポリエチレン−アクリロニトリル−スチレン樹脂)、AES樹脂(アクリロニトリル−エチレン−スチレン樹脂)等のスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル樹脂;脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド等のアミド樹脂;ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の酢酸ビニル樹脂;ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリビニルケトン樹脂等のその他のビニル樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂;PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)、変性PPE樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド等のフェニレン基含有樹脂;ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルニトリル等のポリエーテル樹脂;ポリカーボネート;シリコーン樹脂;ポリスルホン樹脂;液晶ポリマー;これら樹脂を得るために用いられるモノマーを適宜組み合わせて得られる共重合体等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin include olefin resins such as polyethylene, polypropylene, ethylene-olefin copolymers (ethylene-propylene copolymer, etc.), polymethylpentene; poly (meth) acrylate resins, poly (meth) acryl. (Meth) acrylic resin such as acid resin and poly (meth) acrylonitrile resin; polystyrene, AS resin (acrylonitrile-styrene resin), ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene resin), ACS resin (chlorinated polyethylene-acrylonitrile-styrene) Resin), AES resin (acrylonitrile-ethylene-styrene resin) and other styrene-based resins; polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride and other halogenated vinyl resins; aliphatic polyamide, aromatic polyamide, etc. Resins; vinyl acetate resins such as polyvinyl acetate and ethylene-vinyl acetate copolymers; other vinyl resins such as polyvinyl alcohol resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl ether resins, polyvinyl ketone resins; polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene Polyester resin such as phthalate; PPE resin (polyphenylene ether resin), modified PPE resin, phenylene group-containing resin such as polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide; fluorine resin such as polytetrafluoroethylene; polyether ether ketone, polyether ketone, polyether Polyether resin such as sulfone and polyether nitrile; polycarbonate; silicone resin; polysulfone resin; liquid crystal polymer; to obtain these resins Copolymers based on a proper combination of monomers used and the like.

上記熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアン酸エステル樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ビニルエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, phenol resin, cyanate ester resin, melamine resin, polyimide resin, bismaleimide resin, urea resin, alkyd resin, silicone resin, vinyl ester resin, benzoxazine resin, urethane resin and the like. Is mentioned.

上記光硬化性樹脂としては、例えばウレタン(メタ)アクリル系樹脂、エポキシ(メタ)アクリル系樹脂等の光硬化性(メタ)アクリル系樹脂;ポリビニルアセテート樹脂等のポリビニルカーボネート樹脂等が挙げられる。 Examples of the photocurable resin include photocurable (meth) acrylic resins such as urethane (meth) acrylic resin and epoxy (meth) acrylic resin; polyvinyl carbonate resins such as polyvinyl acetate resin.

上記樹脂前駆体としては、上述した樹脂(例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂)を得るために用いられるモノマーを使用でき、中でも、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマー(ビニルモノマー)、エポキシ化合物(エポキシモノマー)が好ましい。
上記エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーとしては、単官能であってもよく、多官能であってもよく、例えば(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル等の(メタ)アクリル系モノマー:スチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系モノマー、酢酸ビニル、塩化ビニル、ビニルエーテル、ブタジエン等のその他のビニルモノマー等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。
また上記エポキシ化合物としては、例えば脂環式エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、水添エポキシ化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。
As the resin precursor, a monomer used to obtain the above-described resin (for example, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a photocurable resin) can be used, and among them, a monomer having an ethylenically unsaturated double bond. (Vinyl monomer) and epoxy compound (epoxy monomer) are preferable.
The monomer having an ethylenically unsaturated double bond may be monofunctional or polyfunctional, and examples thereof include (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid and (meth) acrylonitrile. (Meth) acrylic monomers: Styrene monomers such as styrene and divinylbenzene, and other vinyl monomers such as vinyl acetate, vinyl chloride, vinyl ether, and butadiene, and the like, and one or more of these can be used.
Examples of the epoxy compound include alicyclic epoxy compounds, aromatic epoxy compounds, hydrogenated epoxy compounds and the like, and one or more of these can be used.

また上記分散媒は、水、有機分散媒、液状高分子化合物、及び、樹脂前駆体からなる群より選択される少なくとも2種を組み合わせた混合分散媒であってもよい。
例えば、水系分散媒又は有機分散媒に、上述した液状高分子化合物や、樹脂前駆体が溶解又は分散しているものであってもよい。
Further, the dispersion medium may be a mixed dispersion medium in which at least two kinds selected from the group consisting of water, an organic dispersion medium, a liquid polymer compound, and a resin precursor are combined.
For example, the liquid polymer compound or the resin precursor described above may be dissolved or dispersed in an aqueous dispersion medium or an organic dispersion medium.

また上記分散媒は、樹脂を含むものであってもよく、例えば、上記分散媒が水及び/又は有機分散媒を含んでいて、該水及び/又は有機分散媒に、上述した樹脂が溶解又は分散しているものであってもよい。樹脂としては、上述した熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。例えば、水に水溶性樹脂が溶解しているものや、水にエマルション粒子が分散しているもの、有機分散媒にビニル樹脂等のポリマーが溶解しているものを分散媒として好適に使用できる。
なお、有機分散媒として、上述した剥離工程における好ましい有機分散媒を用いることが好ましい。
Further, the dispersion medium may include a resin, for example, the dispersion medium contains water and / or organic dispersion medium, the water and / or organic dispersion medium, the resin is dissolved or It may be dispersed. Examples of the resin include the above-mentioned thermoplastic resins, thermosetting resins, and photocurable resins, and one or more of these can be used. For example, one in which a water-soluble resin is dissolved in water, one in which emulsion particles are dispersed in water, and one in which a polymer such as a vinyl resin is dissolved in an organic dispersion medium can be preferably used as the dispersion medium.
As the organic dispersion medium, it is preferable to use the preferable organic dispersion medium in the peeling step described above.

以上を纏めると、上記分散媒は、水、有機分散媒、液状高分子化合物、樹脂、及び、樹脂前駆体からなる群より選択される1種であってもよく、少なくとも2種を適宜組み合わせた混合分散媒であってもよい。 In summary, the dispersion medium may be one kind selected from the group consisting of water, an organic dispersion medium, a liquid polymer compound, a resin, and a resin precursor, and at least two kinds are appropriately combined. It may be a mixed dispersion medium.

なお、上述したように、上記分散媒のうち、樹脂及び/又は樹脂前駆体を含む樹脂分散媒としては、例えば、エポキシ化合物(エポキシモノマー)、エポキシ樹脂、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマー(ビニルモノマー)、ビニル樹脂、これらモノマーを2種以上組み合わせて得られる共重合体、これらの2種以上の混合分散媒が好ましいものとして挙げられる。また、該樹脂分散媒が、更に、有機分散媒及び/又は水を含むものであっても構わない。 As described above, as the resin dispersion medium containing the resin and / or the resin precursor among the above dispersion media, for example, an epoxy compound (epoxy monomer), an epoxy resin, a monomer having an ethylenically unsaturated double bond is used. (Vinyl monomer), vinyl resin, a copolymer obtained by combining two or more kinds of these monomers, and a mixed dispersion medium of two or more kinds of these are preferable. Further, the resin dispersion medium may further contain an organic dispersion medium and / or water.

なお、上記剥離工程における分散媒中の硫酸含有量は、例えば、分散媒100質量%に対して0.1質量%以下であることが好ましい。 The content of sulfuric acid in the dispersion medium in the peeling step is preferably 0.1% by mass or less with respect to 100% by mass of the dispersion medium.

上記剥離工程は、例えば空気中、又は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行うことができる。また、上記剥離工程は、その温度条件は特に限定されないが、例えば10〜50℃の範囲内で行うことが好ましい。また、また、上記剥離工程は、その圧力条件は特に限定されず、加圧条件下、常圧条件下、減圧条件下のいずれで行ってもよいが、例えば常圧条件下で行うことが好ましい。
上記剥離工程の時間は、炭素材料複合体分散液の総量、剥離装置のサイズにより適宜調整すればよいが、例えば、1分〜120時間とすることができる。また、1〜100分とすることが好ましく、2〜80分とすることがより好ましい。
The peeling step can be performed, for example, in air or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, or argon. The temperature condition of the peeling step is not particularly limited, but it is preferably carried out within the range of 10 to 50 ° C, for example. Moreover, the pressure condition of the peeling step is not particularly limited, and may be performed under any of a pressure condition, a normal pressure condition, and a reduced pressure condition, but it is preferably performed under a normal pressure condition, for example. .
The time of the peeling step may be appropriately adjusted depending on the total amount of the carbon material composite dispersion liquid and the size of the peeling device, and can be, for example, 1 minute to 120 hours. Further, it is preferably 1 to 100 minutes, and more preferably 2 to 80 minutes.

(黒鉛を酸化する工程)
上記黒鉛を酸化する工程は、黒鉛が酸化されることになる限り、その方法は特に制限されず、上述したHummers法、Brodie法、Staudenmaier法等のいずれの方法における黒鉛の酸化方法を用いてもよく、Hummers法における酸化方法を採用した、黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程であってもよい。
(Process of oxidizing graphite)
The method of oxidizing the graphite is not particularly limited as long as the graphite is oxidized, and any method of oxidizing graphite may be used, such as the Hummers method, Brodie method, or Staudenmaire method. It may be a step of adding permanganate to a mixed liquid containing graphite and sulfuric acid, which employs the Hummers oxidation method.

上述した黒鉛を酸化する方法では、上記酸化工程は、通常、酸を用いて黒鉛を酸化する。
本発明の製造方法は、精製工程に供される水系分散液中に酸が残留するが、該酸が残留していても、両性界面活性剤が酸化黒鉛と相互作用して凝集し、酸等の不純物を容易に除くことが可能になるという意外な作用が発現する。その結果、高品質な炭素材料複合体を簡便に製造することができる。
In the above-mentioned method of oxidizing graphite, the above-mentioned oxidation step usually oxidizes graphite using acid.
In the production method of the present invention, the acid remains in the aqueous dispersion that is subjected to the purification step, but even if the acid remains, the amphoteric surfactant interacts with the graphite oxide and aggregates the acid, etc. The surprising effect is that the impurities can be easily removed. As a result, a high-quality carbon material composite can be easily manufactured.

中でも、上記酸化工程が、黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程であることは、本発明の好適な実施形態の1つである。
また上記酸化工程において、硫酸の使用量は、黒鉛に対する硫酸の質量比(硫酸/黒鉛)が25〜60となる量であることが好ましい。該質量比が25以上であることにより、酸化反応中に反応組成物(混合液)の高粘度化を充分に防止して酸化黒鉛を効率的に製造することができる。また、該質量比が60以下であることにより、廃液量を充分に少なくすることができる。
Among them, it is one of preferred embodiments of the present invention that the oxidation step is a step of adding permanganate to a mixed liquid containing graphite and sulfuric acid.
In the above-mentioned oxidation step, the amount of sulfuric acid used is preferably such that the mass ratio of sulfuric acid to graphite (sulfuric acid / graphite) is 25 to 60. When the mass ratio is 25 or more, it is possible to sufficiently prevent the reaction composition (mixed liquid) from becoming highly viscous during the oxidation reaction and to efficiently produce oxidized graphite. Further, when the mass ratio is 60 or less, the amount of waste liquid can be sufficiently reduced.

上記酸化工程に用いる黒鉛は、平均粒子径が3μm以上、80μm以下であることが好ましい。このような平均粒子径のものを用いることで、酸化反応をより効率的に進めることができる。黒鉛の平均粒子径は、より好ましくは3.2μm以上、70μm以下である。
上記平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準の平均粒子径を採用することが好ましい。
The graphite used in the oxidation step preferably has an average particle size of 3 μm or more and 80 μm or less. By using the one having such an average particle diameter, the oxidation reaction can be promoted more efficiently. The average particle size of graphite is more preferably 3.2 μm or more and 70 μm or less.
As the average particle diameter, it is preferable to adopt a volume-based average particle diameter measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device.

上記酸化工程に用いる黒鉛の形状は特に制限されず、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、鱗片状、多面体状、ロッド状、曲面含有状等が挙げられる。なお、平均粒子径が上述のような範囲の粒子は、例えば、粒子を粉砕機等により粉砕する方法や、粒子をふるい等にかけて粒子径を選別する方法、これら方法の組み合わせのほか、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、所望の粒子径の粒子を得る方法等により製造することが可能である。 The shape of graphite used in the oxidation step is not particularly limited, and examples thereof include fine powder, powder, granules, granules, scales, polyhedrons, rods, and curved surface-containing shapes. Incidentally, the particles having an average particle diameter in the above-mentioned range are, for example, a method of pulverizing the particles with a pulverizer, a method of selecting the particle diameter by sieving the particles, a combination of these methods, and producing particles. The production conditions can be optimized by the method of obtaining particles having a desired particle size and the like.

上記黒鉛と硫酸とを含む混合液中における黒鉛の含有量は、混合液100質量%に対して0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、1.5質量%以上であることが更に好ましく、2質量%以上であることが特に好ましい。該黒鉛の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましく、7質量%以下であることが更に好ましく、6質量%以下であることが特に好ましい。
本発明の製造方法における酸化工程に用いる黒鉛は、1種のみであってもよく、上記平均粒子径、形状等のいずれかにおいて異なる2種以上のものを用いてもよい。
The content of graphite in the mixed liquid containing the above graphite and sulfuric acid is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, based on 100% by mass of the mixed liquid. It is more preferably 5% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. The graphite content is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, further preferably 7% by mass or less, and particularly preferably 6% by mass or less.
Only one type of graphite may be used in the oxidation step in the production method of the present invention, or two or more types of graphite having different average particle diameters or shapes may be used.

上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程で添加する過マンガン酸塩としては、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸アンモニウム、過マンガン酸銀、過マンガン酸亜鉛、過マンガン酸マグネシウム、過マンガン酸カルシウム、過マンガン酸バリウム等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できるが、中でも過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムが好ましく、過マンガン酸カリウムがより好ましい。 When the oxidation step is a step of adding permanganate to a mixed solution containing graphite and sulfuric acid, the permanganate added in the oxidation step may be sodium permanganate, potassium permanganate, or permanganate. Ammonium acid, silver permanganate, zinc permanganate, magnesium permanganate, calcium permanganate, barium permanganate and the like can be mentioned, and one or more of these can be used, among which sodium permanganate , Potassium permanganate is preferable, and potassium permanganate is more preferable.

上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程における上記過マンガン酸塩の全添加量は、上記混合液中の黒鉛量100質量%に対し、50〜500質量%であることが好ましい。これにより、酸化黒鉛を安全かつ効率的に製造することができる。なお、酸化剤の全添加量を変化させることで、酸化黒鉛に導入される酸素原子の量を調節することができる。 When the oxidizing step is a step of adding permanganate to a mixed solution containing graphite and sulfuric acid, the total addition amount of the permanganate in the oxidizing step is 100% by mass of the graphite in the mixed solution. On the other hand, it is preferably 50 to 500 mass%. Thereby, graphite oxide can be manufactured safely and efficiently. The amount of oxygen atoms introduced into the oxidized graphite can be adjusted by changing the total amount of the oxidizing agent added.

上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程では、過マンガン酸塩を一括で添加してもよく、複数回に分けて添加してもよく、また連続的に添加しても良いが、複数回に分けて添加するか連続的に添加することが好ましい。これにより、酸化反応が急激に進行することを抑えて反応の制御をよりしやすくすることができる。
上記過マンガン酸塩を複数回に分けて添加する場合、1回当たりの添加量は、それぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
When the oxidation step is a step of adding permanganate to a mixed solution containing graphite and sulfuric acid, in the oxidation step, permanganate may be added all at once, or added in multiple times. Alternatively, it may be added continuously, but it is preferable to add it in plural times or to add it continuously. This makes it possible to suppress the rapid progress of the oxidation reaction and make it easier to control the reaction.
When the above-mentioned permanganate is added in a plurality of times, the addition amount per one time may be the same or different.

上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程では、上記混合液の温度を10〜50℃の範囲内に維持しながら過マンガン酸塩を添加することが好ましい。このような温度範囲に維持することで、酸化反応を制御しながら充分に進行させることができる。
また上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程は、上記混合液の温度変化を30℃以下に維持しながら過マンガン酸塩を添加する工程であることが好ましい。これにより、より安定的に酸化工程を行うことができる。
When the oxidizing step is a step of adding permanganate to a mixed solution containing graphite and sulfuric acid, in the oxidizing step, permanganic acid is maintained while maintaining the temperature of the mixed solution within the range of 10 to 50 ° C. It is preferred to add salt. By maintaining such a temperature range, the oxidation reaction can be progressed sufficiently while being controlled.
When the oxidizing step is a step of adding permanganate to a mixed solution containing graphite and sulfuric acid, the oxidizing step removes the permanganate while maintaining the temperature change of the mixed solution at 30 ° C or lower. The step of adding is preferable. Thereby, the oxidation process can be performed more stably.

上記酸化工程が黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程である場合、上記酸化工程では、安定的に酸化工程を行う観点から、過マンガン酸塩を10分〜10時間の間にわたって添加することが好ましい。 In the case where the oxidation step is a step of adding permanganate to a mixed liquid containing graphite and sulfuric acid, in the oxidation step, permanganate is added for 10 minutes to 10 hours from the viewpoint of stably performing the oxidation step. It is preferable to add it during the period.

上記酸化工程は、公知の撹拌機等を用いて撹拌しながら行うことが好ましい。
上記酸化工程は、例えば空気中、又は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行うことができる。また、上記酸化工程は、その圧力条件は特に限定されず、加圧条件下、常圧条件下、減圧条件下のいずれであってもよいが、例えば常圧条件下で行うことが好ましい。
上記酸化工程は、連続的に行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
The oxidation step is preferably performed with stirring using a known stirrer or the like.
The oxidation step can be performed, for example, in air or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, or argon. The pressure condition of the oxidation step is not particularly limited and may be any of pressurized condition, normal pressure condition and reduced pressure condition, but it is preferably carried out under normal pressure condition, for example.
The above oxidation step may be performed continuously or intermittently.

上記混合液は、黒鉛、硫酸、及び、必要に応じてその他の成分を混合して得ることができる。上記混合は、公知の方法で適宜行うことが可能であるが、例えば、超音波処理を行ったり、公知の分散機を用いたりして黒鉛を均一に分散させることが好ましい。 The mixed solution can be obtained by mixing graphite, sulfuric acid, and, if necessary, other components. The above mixing can be appropriately performed by a known method, but it is preferable to uniformly disperse the graphite by, for example, performing ultrasonic treatment or using a known disperser.

本発明の炭素材料複合体の製造方法は、上述した黒鉛を酸化する工程と、上記精製工程との間に、熟成工程、酸化反応停止工程、濃縮工程等のその他の工程を含んでいてもよい。上述したように、例えば、酸化反応停止工程で反応組成物に水及び/又は過酸化水素水を添加した液を精製工程で水系分散液として用いることが好ましい。 The method for producing a carbon material composite according to the present invention may include other steps such as an aging step, an oxidation reaction stopping step, and a concentrating step between the above-mentioned graphite oxidizing step and the above-mentioned purification step. . As described above, for example, it is preferable to use a liquid obtained by adding water and / or hydrogen peroxide solution to the reaction composition in the oxidation reaction stopping step as an aqueous dispersion in the refining step.

上記熟成工程において、酸化工程で得られた反応組成物を熟成させる温度及び時間は適宜選択すればよいが、反応組成物を0〜90℃の温度に維持することが好ましい。
また熟成させる時間は、0.1〜24時間であることが好ましい。
In the aging step, the temperature and time for aging the reaction composition obtained in the oxidation step may be appropriately selected, but it is preferable to maintain the reaction composition at a temperature of 0 to 90 ° C.
The time for aging is preferably 0.1 to 24 hours.

上記酸化反応停止工程は、空気中で行ってもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また真空中で行っても良い。
上記酸化反応停止工程は、例えば、反応組成物の温度を5〜15℃に設定し、反応組成物に水を添加し、次いで還元剤として過酸化水素水を添加したり、過酸化水素水のみを添加したりして行うことができる。また、反応組成物を、5〜25℃に設定した、水又は過酸化水素水に添加して行ってもよい。
上記酸化反応停止工程の時間は、例えば0.01〜5時間とすることができる。
The oxidation reaction stopping step may be performed in air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, or argon. It may also be performed in vacuum.
In the oxidation reaction stopping step, for example, the temperature of the reaction composition is set to 5 to 15 ° C., water is added to the reaction composition, and then hydrogen peroxide solution is added as a reducing agent, or only hydrogen peroxide solution is added. Can be added. Alternatively, the reaction composition may be added to water or hydrogen peroxide solution set at 5 to 25 ° C.
The time of the oxidation reaction stopping step can be set to, for example, 0.01 to 5 hours.

上記濃縮工程により反応組成物から酸や水を適度に除去することで、酸や水の量を好適な範囲内に調節することができる。この工程は、遠心分離、水等を加え再分散、ろ過、減圧濃縮等の方法を使用して行うことができる。また、これらの工程は繰り返してもよいが、繰り返すことなく1工程で完了することが好ましい。 By appropriately removing the acid and water from the reaction composition in the concentration step, the amount of acid and water can be adjusted within a suitable range. This step can be performed by using a method such as centrifugation, redispersion with addition of water or the like, filtration, or vacuum concentration. Further, although these steps may be repeated, it is preferable to complete them in one step without repeating.

本発明の製造方法は、上記精製工程の後、該精製工程で精製される炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛と、酸化黒鉛の酸素含有官能基と反応する化合物とを反応させて酸化黒鉛誘導体を得る工程を含んでいてもよい。
上記酸化黒鉛の酸素含有官能基と反応する化合物は、例えば、アルコール、シラン化合物、脂肪酸(塩)、脂肪酸エステル、イソシアネート化合物、及び、アミンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。なお、シラン化合物は、酸化黒鉛の酸素含有官能基との反応性を良好なものとする観点から、珪素原子と直接結合したシロキシ基及び/又はアルコキシ基を有することが好ましい。
After the purification step, the production method of the present invention is a graphite oxide derivative obtained by reacting graphite oxide contained in the carbon material complex purified in the purification step with a compound that reacts with an oxygen-containing functional group of graphite oxide. May be included.
The compound that reacts with the oxygen-containing functional group of the graphite oxide preferably contains, for example, at least one selected from the group consisting of alcohols, silane compounds, fatty acids (salts), fatty acid esters, isocyanate compounds, and amines. . The silane compound preferably has a siloxy group and / or an alkoxy group directly bonded to a silicon atom from the viewpoint of improving the reactivity with the oxygen-containing functional group of graphite oxide.

<炭素材料複合体>
本発明は、両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体である。本発明の炭素材料複合体は、有機分散媒中で好適に分散することができる。本発明の炭素材料複合体の好ましい形態は、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と、両性界面活性剤と、酸化黒鉛とを含んで構成される炭素材料複合体である。また、本発明の炭素材料複合体の別の好ましい形態は、両性界面活性剤、及び、酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体であって、該両性界面活性剤は、陽イオン電離基、陰イオン電離基、及び、該陽イオン電離基又は該陰イオン電離基よりも極性が低い親水性基を有する炭素材料複合体でもある。これらの炭素材料複合体は、水系分散媒、有機分散媒のいずれにも好適に分散することができる。
上記酸化黒鉛は、酸素原子数に対する炭素原子数の比(C/O)が5.5以下であることが好ましい。該比は、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。また、1以上であることが好ましい。
酸素原子数に対する炭素原子数の比は、XPS測定で得られるO1s領域の全ピーク面積とC1s領域の全ピーク面積との比率により確認することができる。
本発明の炭素材料複合体は、本発明の炭素材料複合体の製造方法により得ることができる。
<Carbon material composite>
The present invention is a carbon material composite including an amphoteric surfactant and graphite oxide. The carbon material composite of the present invention can be suitably dispersed in an organic dispersion medium. A preferred form of the carbon material composite of the present invention is a carbon material composite containing a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and graphite oxide. . Another preferred form of the carbon material composite of the present invention is a carbon material composite containing an amphoteric surfactant and graphite oxide, wherein the amphoteric surfactant is a cationic ionizing group. And a carbon material composite having an anion ionizing group and a hydrophilic group having a lower polarity than the cation ionizing group or the anion ionizing group. These carbon material composites can be suitably dispersed in both an aqueous dispersion medium and an organic dispersion medium.
The graphite oxide preferably has a ratio of the number of carbon atoms to the number of oxygen atoms (C / O) of 5.5 or less. The ratio is preferably 5 or less, more preferably 4 or less. Further, it is preferably 1 or more.
The ratio of the number of carbon atoms to the number of oxygen atoms can be confirmed by the ratio of the total peak area of the O1s region and the total peak area of the C1s region obtained by XPS measurement.
The carbon material composite of the present invention can be obtained by the method for producing a carbon material composite of the present invention.

<分散体>
本発明は、本発明の炭素材料複合体が分散媒中に分散してなる分散体でもある。本発明の炭素材料複合体(両性界面活性剤と非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と酸化黒鉛との複合体)を分散する分散媒は、水系分散媒、有機分散媒(水を含んでいてもよい)のいずれでもよく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の炭素数1〜3の低級アルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等の炭素数4〜12の脂肪族アルコール、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の鎖状エステル系溶媒等が好ましい。また、両性界面活性剤のみと酸化黒鉛との複合体を分散するための分散媒は、比較的極性が高い有機分散媒(水を含んでいてもよい)であり、比較的極性が高い有機分散媒としては、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の炭素数1〜3の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジアセトンアルコール、アセチルアセトン等が好ましい。
なお、これら分散媒の1種又は2種以上の混合分散媒を使用できる。
<Dispersion>
The present invention is also a dispersion obtained by dispersing the carbon material composite of the present invention in a dispersion medium. The dispersion medium in which the carbon material composite of the present invention (complex of an amphoteric surfactant and a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant and graphite oxide) is dispersed is an aqueous dispersion medium or an organic dispersion medium. Any of (may contain water), a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol, and 2-propanol, and a carbon number having 4 to 12 carbon atoms such as butanol, pentanol, and hexanol. A chain ester solvent such as aliphatic alcohol, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), acetonitrile, diacetone alcohol, acetylacetone, tetrahydrofuran, propylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate and the like are preferable. The dispersion medium for dispersing the composite of amphoteric surfactant alone and graphite oxide is an organic dispersion medium having a relatively high polarity (may include water), and an organic dispersion medium having a relatively high polarity. As the medium, for example, lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, diacetone alcohol and acetylacetone are preferable.
In addition, 1 type of these dispersion media or 2 or more types of mixed dispersion media can be used.

また上記分散媒として、水、有機分散媒の他、上述した液状高分子化合物、樹脂、又は、樹脂前駆体を好適に使用できる。液状高分子化合物、樹脂、樹脂前駆体としては剥離工程の説明で示したものを用いることができ、その好ましいものは、それぞれ、剥離工程の説明で上述したものと同様である。
液状高分子化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールが好適なものとして挙げられる。
樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂等のビニル樹脂、エポキシ樹脂が好適なものとして挙げられる。
樹脂前駆体としては、例えば、(メタ)アクリルモノマー等のビニルモノマー、エポキシモノマーが好適なものとして挙げられる。
上記分散媒は、水、有機分散媒、液状高分子化合物、樹脂、及び、樹脂前駆体からなる群より選択される少なくとも2種を適宜組み合わせた混合分散媒であってもよい。好ましい組み合わせは、剥離工程において上述した通りである。
なお、上記有機分散媒としては、上述した剥離工程における好ましい有機分散媒を用いることが好ましい。
本発明の分散体中の本発明の炭素材料複合体の含有割合は、適宜調整することができる。
As the dispersion medium, water, an organic dispersion medium, or the liquid polymer compound, resin, or resin precursor described above can be preferably used. As the liquid polymer compound, the resin, and the resin precursor, those described in the description of the peeling step can be used, and the preferable ones are the same as those described above in the description of the peeling step.
Suitable examples of the liquid polymer compound include polyethylene glycol and polypropylene glycol.
Preferred examples of the resin include vinyl resins such as (meth) acrylic resin and epoxy resins.
Examples of suitable resin precursors include vinyl monomers such as (meth) acrylic monomers and epoxy monomers.
The dispersion medium may be a mixed dispersion medium in which at least two kinds selected from the group consisting of water, an organic dispersion medium, a liquid polymer compound, a resin, and a resin precursor are appropriately combined. A preferable combination is as described above in the peeling step.
As the organic dispersion medium, it is preferable to use the preferable organic dispersion medium in the peeling step described above.
The content ratio of the carbon material composite of the present invention in the dispersion of the present invention can be appropriately adjusted.

上述したように、本発明の分散体は、本発明の炭素材料複合体が樹脂及び/又は樹脂前駆体中に分散してなるもの(樹脂分散体)であってもよい。なお、樹脂分散体は、更に、分散媒として水、有機分散媒、及び、液状高分子化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含むものであっても構わない。 As described above, the dispersion of the present invention may be a dispersion of the carbon material composite of the present invention in a resin and / or a resin precursor (resin dispersion). The resin dispersion may further contain at least one selected from the group consisting of water, an organic dispersion medium, and a liquid polymer compound as a dispersion medium.

上記樹脂分散体の形態は、液体状又はゲル状の組成物であってもよく、固形状のもの(例えば、成形体)であってもよい。
上記樹脂分散体は、例えば、本発明の炭素材料複合体を水系分散媒又は有機分散媒中に分散してなる分散体、又は、本発明の炭素材料複合体そのもの(粉体)と、上述した樹脂(熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は、光硬化性樹脂)とを混錬(好ましくは、樹脂を溶融させたうえで混錬)する工程を経て得ることができる。
また上記成形体は、例えば、本発明の樹脂分散体であって、液体状又はゲル状の組成物であるものを用いて得ることができ、例えば、該組成物を塗布・成膜したり、成形したり、該組成物中の樹脂前駆体等を重合・硬化したりして得ることができる。
本発明の樹脂分散体としては、例えば、液体状又はゲル状の組成物;膜(フィルム)、シート、繊維、ペレット、粒子等の固形状のもの等が挙げられる。
上記膜としては、塗膜、自立膜等が挙げられる。
The form of the resin dispersion may be a liquid or gel composition, or a solid form (for example, a molded body).
The resin dispersion is, for example, a dispersion obtained by dispersing the carbon material composite of the present invention in an aqueous dispersion medium or an organic dispersion medium, or the carbon material composite itself (powder) of the present invention. It can be obtained through a step of kneading with a resin (thermoplastic resin, thermosetting resin, or photocurable resin) (preferably, melting the resin before kneading).
Further, the molded body can be obtained by using, for example, a resin dispersion of the present invention, which is a liquid or gel composition, and for example, coating or film-forming the composition, It can be obtained by molding or by polymerizing and curing the resin precursor or the like in the composition.
Examples of the resin dispersion of the present invention include a liquid or gel composition; a solid composition such as a film (film), a sheet, a fiber, a pellet, and a particle.
Examples of the film include a coating film and a self-supporting film.

<酸化黒鉛の製造方法>
本発明は、酸化黒鉛を製造する方法であって、該製造方法は、黒鉛を酸化する工程、該酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、酸化黒鉛を精製する工程を含む酸化黒鉛の製造方法でもある。
本発明の酸化黒鉛の製造方法の好ましい一実施形態では、上記精製工程は、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により炭素材料複合体を精製する工程である。
本発明の酸化黒鉛の製造方法は、上述した本発明の炭素材料複合体の製造方法と同様の方法により行うことができるが、例えば、上述した特定の精製工程を繰り返し行ったり、該精製工程の後、水洗を繰り返し行ったりすることで、不純物と共に使用した界面活性剤を除くことで酸化黒鉛を得ることができる。なお、界面活性剤を除く観点からは、界面活性剤を含まない水による洗浄(上記水洗)が好ましい。本発明の酸化黒鉛の製造方法は、高品質な酸化黒鉛を簡便に得ることができるものである。
例えば、上記酸化黒鉛を精製する工程は、両性界面活性剤が実質的に残存しないように両性界面活性剤を除く工程と言い換えることができる。
両性界面活性剤が実質的に残存しないとは、例えば両性界面活性剤の質量割合が1000ppm以下であることをいう。
<Method for producing graphite oxide>
The present invention is a method for producing graphite oxide, which comprises a step of oxidizing graphite, an aqueous dispersion liquid in which the graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and an amphoteric surfactant. And a method for producing graphite oxide, the method including the step of purifying the graphite oxide.
In a preferred embodiment of the method for producing graphite oxide of the present invention, the purification step is a carbon material complex by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and liquid separation extraction. Is a step of purifying.
The method for producing the graphite oxide of the present invention can be performed by the same method as the method for producing the carbon material composite of the present invention described above. For example, the specific purification step described above is repeatedly performed, or the purification step After that, by repeatedly washing with water, the oxide oxide can be obtained by removing the surfactant used together with the impurities. From the viewpoint of removing the surfactant, washing with water containing no surfactant (the above-mentioned washing with water) is preferable. The method for producing graphite oxide of the present invention can easily obtain high-quality graphite oxide.
For example, the step of purifying the graphite oxide can be rephrased as the step of removing the amphoteric surfactant so that the amphoteric surfactant does not substantially remain.
The phrase "the amphoteric surfactant does not substantially remain" means that the mass ratio of the amphoteric surfactant is 1000 ppm or less.

本発明の炭素材料複合体の製造方法で得られる炭素材料複合体、本発明の炭素材料複合体、本発明の分散体、本発明の酸化黒鉛の製造方法で得られる酸化黒鉛のいずれも、触媒、電池やキャパシタの電極活物質、熱電変換材料、導電性材料、発光材料、潤滑用添加剤、高分子用添加剤、透過膜材料、抗菌材料、撥水材料、吸着材料等として好適に用いることができる。
本発明の製造方法で得られる炭素材料複合体や酸化黒鉛は有機分散媒中で好適に分散することから、上記の中でも、水や湿気の存在が望ましくない用途に特に好適に用いることができる。
なお、上記電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、固体高分子型燃料電池、金属−空気電池等が挙げられる。
上記熱電変換材料が用いられる熱電変換装置としては、例えば、地熱・温泉熱発電機、太陽熱発電機、工場や自動車等の廃熱発電機、体温発電機等の発電機や、該発電機を電源の少なくとも一つとして用いた各種電気製品、電動機、人工衛星等が挙げられる。
The carbon material composite obtained by the method for producing a carbon material composite of the present invention, the carbon material composite of the present invention, the dispersion of the present invention, any of the graphite oxide obtained by the method of producing the graphite oxide of the present invention, a catalyst Suitable for use as battery, capacitor electrode active material, thermoelectric conversion material, conductive material, light emitting material, lubricant additive, polymer additive, permeable membrane material, antibacterial material, water repellent material, adsorbent material, etc. You can
Since the carbon material composite and the graphite oxide obtained by the production method of the present invention are preferably dispersed in an organic dispersion medium, the carbon material composite and the graphite oxide can be particularly preferably used for applications where the presence of water or moisture is not desirable.
Note that examples of the battery include a lithium ion secondary battery, a polymer electrolyte fuel cell, and a metal-air battery.
Examples of the thermoelectric conversion device using the thermoelectric conversion material include, for example, geothermal / hot spring heat generators, solar heat generators, waste heat generators such as factories and automobiles, generators such as body temperature generators, and at least the generator as a power source. Examples include various electric products, electric motors, artificial satellites, etc. used as one.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In addition, "part" means "part by mass" and "%" means "% by mass" unless otherwise specified.

<酸化黒鉛含有水系分散液の合成>
(合成例1)
酸化黒鉛を以下の工程で合成した。反応容器にあらかじめ黒鉛(伊藤黒鉛株式会社製Z−25)15g、硫酸(和光純薬工業株式会社製)640gを入れ、30℃に調整しながら過マンガン酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)45gを入れた。投入後、30分、35℃に昇温し2時間反応させた。反応後反応液を水1070ml、30%過酸化水素水(和光純薬工業株式会社製)42mlを加え反応停止させ、酸化黒鉛含有水系分散液(水総質量1812g、原料黒鉛換算濃度0.83%、水濃度61%、硫酸イオン濃度36%)を得た。得られた酸化黒鉛含有水系分散液中の酸化黒鉛のC/Oは1.8であった。
<Synthesis of aqueous dispersion containing graphite oxide>
(Synthesis example 1)
Graphite oxide was synthesized by the following steps. 15 g of graphite (Z-25 manufactured by Ito Graphite Co., Ltd.) and 640 g of sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were placed in a reaction vessel in advance, and potassium permanganate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was adjusted at 30 ° C. 45g was put. After the addition, the temperature was raised to 35 ° C. for 30 minutes and the reaction was performed for 2 hours. After the reaction, 1070 ml of water and 42 ml of 30% hydrogen peroxide solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to the reaction solution to stop the reaction, and an aqueous dispersion containing graphite oxide (total water mass 1812 g, raw material graphite conversion concentration 0.83%). , Water concentration 61%, sulfate ion concentration 36%) were obtained. The C / O of the graphite oxide in the obtained graphite oxide-containing aqueous dispersion was 1.8.

<精製効率の評価>
(実施例1)
上記合成例1で得られた酸化黒鉛含有水系分散液(100g)に、原料黒鉛に対し0.75質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)を投入し凝集させた。撹拌の後、ろ過したところ、ろ過性は非常に良好(10分以内にろ過が完了)であった。またろ過ウェットケーキに水を投入した後ろ過を行い水洗したところ、良好なろ過性を維持(10分以内にろ過が完了)していた。水洗は2回行い、2回とも良好なろ過性を維持していた。
<Evaluation of purification efficiency>
(Example 1)
0.75 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the raw material graphite to the aqueous dispersion containing graphite oxide (100 g) obtained in Synthesis Example 1 to cause aggregation. When filtered after stirring, the filterability was very good (filtering was completed within 10 minutes). Further, when water was added to the filtered wet cake and then filtered and washed with water, good filterability was maintained (filtering was completed within 10 minutes). Washing with water was carried out twice, and good filterability was maintained both times.

(実施例2)
両性界面活性剤として原料黒鉛に対し0.75質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)の代わりに同当量のラウリルジメチルアミンオキシド(花王株式会社製)を用いた以外は実施例1に記載の方法と同様にろ過性を確認したところ、ろ過性は良好であった。
(Example 2)
Examples except that 0.75 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the amphoteric surfactant, instead of 0.75 mass equivalent of lauryl dimethylamine oxide (manufactured by Kao Corporation). When the filterability was confirmed as in the method described in 1, the filterability was good.

(実施例3)
両性界面活性剤として原料黒鉛に対し0.75質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)の代わりに同当量のラウリルスルホベタイン(東京化成工業株式会社製)を用いた以外は実施例1に記載の方法と同様にろ過性を確認したところ、ろ過性は良好であった。
(Example 3)
Except that 0.75 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as an amphoteric surfactant in place of 0.75 mass equivalent of raw material graphite, but the same equivalent of lauryl sulfobetaine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used. When the filterability was confirmed in the same manner as in the method described in Example 1, the filterability was good.

(実施例4)
上記合成例1で得られた酸化黒鉛含有水系分散液(100g)に原料黒鉛に対し0.45質量当量の非イオン性界面活性剤であるソフタノール120(株式会社日本触媒製)と両性界面活性剤である0.30質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)を投入し凝集させた。撹拌の後、ろ過したところ、ろ過性は非常に良好(10分以内にろ過が完了)であった。またろ過ウェットケーキに水を投入した後ろ過を行い水洗したところ、良好なろ過性を維持(10分以内にろ過が完了)していた。水洗は2回行い、2回とも良好なろ過性を維持していた。
(Example 4)
Into the graphite oxide-containing aqueous dispersion (100 g) obtained in Synthesis Example 1 above, 0.45 mass equivalent of nonionic surfactant Softanol 120 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) and amphoteric surfactant relative to raw material graphite. 0.30 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and aggregated. When filtered after stirring, the filterability was very good (filtering was completed within 10 minutes). Further, when water was added to the filtered wet cake and then filtered and washed with water, good filterability was maintained (filtering was completed within 10 minutes). Washing with water was carried out twice, and good filterability was maintained both times.

(実施例5)
上記合成例1で得られた酸化黒鉛含有水系分散液(100g)に原料黒鉛に対し0.45質量当量の陽イオン性界面活性剤であるラウリルピリジニウム塩化物(富士フイルム和光純薬株式会社製)と両性界面活性剤である0.30質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)を投入し凝集させた。撹拌の後、ろ過したところ、ろ過性は非常に良好(10分以内にろ過が完了)であった。またろ過ウェットケーキに水を投入した後ろ過を行い水洗したところ、良好なろ過性を維持(10分以内にろ過が完了)していた。水洗は2回行い、2回とも良好なろ過性を維持していた。
(Example 5)
0.45 mass equivalent of laurylpyridinium chloride (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), which is a cationic surfactant, is added to the raw material graphite in the aqueous dispersion containing graphite oxide (100 g) obtained in Synthesis Example 1 above. Then, 0.30 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), which is an amphoteric surfactant, was charged and aggregated. When filtered after stirring, the filterability was very good (filtering was completed within 10 minutes). Further, when water was added to the filtered wet cake and then filtered and washed with water, good filterability was maintained (filtering was completed within 10 minutes). Washing with water was carried out twice, and good filterability was maintained both times.

(実施例6)
上記合成例1で得られた酸化黒鉛含有水系分散液(100g)に原料黒鉛に対し0.15質量当量の非イオン性界面活性剤であるソフタノール120(株式会社日本触媒製)、0.30質量当量の陽イオン性界面活性剤であるラウリルピリジニウム塩化物(富士フイルム和光純薬株式会社製)、及び両性界面活性剤である0.30質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)を投入し凝集させた。撹拌の後、ろ過したところ、ろ過性は非常に良好(10分以内にろ過が完了)であった。またろ過ウェットケーキに水を投入した後ろ過を行い水洗したところ、良好なろ過性を維持(10分以内にろ過が完了)していた。水洗は2回行い、2回とも良好なろ過性を維持していた。
(Example 6)
Into the graphite oxide-containing aqueous dispersion (100 g) obtained in Synthesis Example 1 above, 0.15 mass equivalent of nonionic surfactant Softanol 120 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with respect to raw material graphite, 0.30 mass Lauryl pyridinium chloride (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) which is an equivalent amount of cationic surfactant, and 0.30 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) which is an amphoteric surfactant. Was charged to agglomerate. When filtered after stirring, the filterability was very good (filtering was completed within 10 minutes). Further, when water was added to the filtered wet cake and then filtered and washed with water, good filterability was maintained (filtering was completed within 10 minutes). Washing with water was carried out twice, and good filterability was maintained both times.

(比較例1)
凝集剤を用いないものとして、両性界面活性剤(ラウリルベタイン)を添加しなかった以外は実施例1に記載の方法と同様にろ過性を確認したところ、ろ過性は非常に悪く、ろ紙が詰まり、ろ過不可能であった。
(Comparative Example 1)
When the filterability was confirmed in the same manner as in Example 1 except that the amphoteric surfactant (lauryl betaine) was not added as a coagulant-free one, the filterability was very poor and the filter paper was clogged. , Could not be filtered.

(比較例2)
両性界面活性剤の代わりに陰イオン性界面活性剤を使用したものとして、原料黒鉛に対し0.75質量当量のラウリルベタイン(富士フイルム和光純薬株式会社製)の代わりに同当量の直鎖ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)を用いた以外は実施例1に記載の方法と同様にろ過性を確認したところ、ろ過性は非常に悪く、ろ紙が詰まり、ろ過不可能であった。
(Comparative example 2)
As an anionic surfactant was used instead of the amphoteric surfactant, 0.75 mass equivalent of lauryl betaine (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to the raw material graphite was replaced with the same equivalent amount of linear dodecyl. When the filterability was confirmed in the same manner as in Example 1 except that sodium benzenesulfonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used, the filterability was very poor and the filter paper was clogged and filtration was impossible. there were.

<酸化黒鉛複合体の分散>
(実施例7)
実施例1で得られた酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキ(原料黒鉛1g相当分)にアセトン100gを加え、撹拌した後、30分超音波を印加し、酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した。アセトン分散体を24時間静置したところ、相分離は起きず均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
<Dispersion of graphite oxide composite>
(Example 7)
100 g of acetone was added to the wet cake containing graphite oxide composite obtained in Example 1 (corresponding to 1 g of raw material graphite), stirred, and then ultrasonic waves were applied for 30 minutes to prepare an acetone dispersion of the graphite oxide composite. . When the acetone dispersion was allowed to stand for 24 hours, phase separation did not occur, a uniform appearance was maintained, and very good dispersibility was exhibited.

(実施例8)
使用した酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキが実施例2で得られたものであること以外は実施例7に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した後24時間静置したところ、アセトン分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 8)
Acetone dispersion of graphite oxide composite was prepared in the same manner as in Example 7 except that the used graphite oxide composite-containing wet cake was obtained in Example 2, and then allowed to stand for 24 hours. As a result, the acetone dispersion maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例9)
使用した酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキが実施例3で得られたものであること以外は実施例7に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した後24時間静置したところ、アセトン分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 9)
After the acetone dispersion of the graphite oxide composite was prepared in the same manner as in Example 7, except that the used graphite oxide composite-containing wet cake was the one obtained in Example 3, and then allowed to stand for 24 hours. As a result, the acetone dispersion maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例10)
使用した分散媒が2−プロパノールであること以外は実施例9に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体の2−プロパノール分散体を作製した後24時間静置したところ、2−プロパノール分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 10)
A 2-propanol dispersion of an oxidized graphite composite was prepared in the same manner as in Example 9 except that the dispersion medium used was 2-propanol, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. Maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例11)
使用した分散媒がメタノールであること以外は実施例9に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のメタノール分散体を作製した後24時間静置したところ、メタノール分散体は均一な外観を維持しており、良好な分散性を示していた。
(Example 11)
A methanol dispersion of an oxidized graphite composite was prepared in the same manner as in Example 9 except that the dispersion medium used was methanol, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. The methanol dispersion maintained a uniform appearance. And showed good dispersibility.

(実施例12)
使用した酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキが実施例4で得られたものであること以外は実施例7に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した後24時間静置したところ、アセトン分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 12)
Acetone dispersion of graphite oxide composite was prepared in the same manner as in Example 7 except that the used graphite oxide composite-containing wet cake was obtained in Example 4, and then allowed to stand for 24 hours. As a result, the acetone dispersion maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例13)
使用した分散媒がメタノールであること以外は実施例12に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のメタノール分散体を作製した後24時間静置したところ、メタノール分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。また両イオン性界面活性剤のみを使用した実施例11と比較するとさらに良好な分散性を示した。
(Example 13)
A methanol dispersion of the oxidized graphite composite was prepared in the same manner as in Example 12 except that the dispersion medium used was methanol, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. The methanol dispersion maintained a uniform appearance. And showed very good dispersibility. Further, when compared with Example 11 using only the zwitterionic surfactant, a better dispersibility was exhibited.

(実施例14)
使用した酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキが実施例5で得られたものであること以外は実施例7に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した後24時間静置したところ、アセトン分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 14)
Acetone dispersions of the graphite oxide composite were prepared in the same manner as in Example 7 except that the used graphite oxide composite-containing wet cake was obtained in Example 5, and then allowed to stand for 24 hours. As a result, the acetone dispersion maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例15)
使用した分散媒が1−ヘキサノールであること以外は実施例14に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体の1−ヘキサノール分散体を作製した後24時間静置したところ、1−ヘキサノール分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 15)
A 1-hexanol dispersion of an oxidized graphite composite was prepared in the same manner as in Example 14 except that the dispersion medium used was 1-hexanol. Maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例16)
使用した酸化黒鉛複合体含有ウェットケーキが実施例6で得られたものであること以外は実施例7に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体のアセトン分散体を作製した後24時間静置したところ、アセトン分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 16)
After the acetone dispersion of the graphite oxide composite was prepared in the same manner as in Example 7, except that the used graphite oxide composite-containing wet cake was obtained in Example 6, and allowed to stand for 24 hours. As a result, the acetone dispersion maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例17)
使用した分散媒が1−ヘキサノールであること以外は実施例16に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体の1−ヘキサノール分散体を作製した後24時間静置したところ、1−ヘキサノール分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 17)
A 1-hexanol dispersion of an oxidized graphite composite was prepared in the same manner as in Example 16 except that the dispersion medium used was 1-hexanol, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. Maintained a uniform appearance and exhibited very good dispersibility.

(実施例18)
使用した分散媒が酢酸エチルであること以外は実施例16に記載の方法と同様にして酸化黒鉛複合体の酢酸エチル分散体を作製した後24時間静置したところ、酢酸エチル分散体は均一な外観を維持しており、非常に良好な分散性を示していた。
(Example 18)
When an ethyl acetate dispersion of a graphite oxide composite was prepared in the same manner as in Example 16 except that the dispersion medium used was ethyl acetate, the mixture was allowed to stand for 24 hours, and the ethyl acetate dispersion was uniform. The appearance was maintained and the dispersion was very good.

(実施例19〜28)
実施例8で得られた分散体10部を、液状エポキシjER828US(実施例19)、日本化薬株式会社製エポキシ硬化用酸無水物KAYAHARED MCD(実施例20)、アクリル酸(実施例21)、アクリル酸ブチル(実施例22)、アクリル酸2−エチルヘキシル(実施例23)、メタクリル酸(実施例24)、メタクリル酸メチル(実施例25)、メタクリル酸シクロヘキシル(実施例26)、酢酸ビニル(実施例27)、スチレン(実施例28)のそれぞれ90部と混合し各モノマーを主な分散媒とする分散体を調製した。得られた分散体はそれぞれ非常に良好に分散し、凝集塊の発生がなかった。またその後の硬化特性にも影響はなかった。
このことから本発明の炭素材料複合体はモノマーに対しても凝集することなく良好に分散することがわかる。
(Examples 19 to 28)
10 parts of the dispersion obtained in Example 8 was treated with liquid epoxy jER828US (Example 19), Nippon Kayaku Co., Ltd. epoxy curing acid anhydride KAYAHARED MCD (Example 20), acrylic acid (Example 21), Butyl acrylate (Example 22), 2-ethylhexyl acrylate (Example 23), methacrylic acid (Example 24), methyl methacrylate (Example 25), cyclohexyl methacrylate (Example 26), vinyl acetate (Example) Example 27) and styrene (Example 28) were each mixed with 90 parts to prepare a dispersion having each monomer as a main dispersion medium. Each of the resulting dispersions was very well dispersed and no agglomerates were generated. Further, there was no effect on the subsequent curing characteristics.
From this, it is understood that the carbon material composite of the present invention is well dispersed without aggregation even with respect to the monomer.

実施例1〜6及び比較例1、2の結果から、精製工程前に両性界面活性剤を添加することで、良好な精製効率を示した。また実施例7〜28の結果から上記精製法で得られた炭素材料複合体(酸化黒鉛複合体)は各種分散媒に良好な分散性を示した。本発明の炭素材料複合体の製造方法により、高品質な炭素材料複合体を低コストで簡便に得ることができる。また、本発明の炭素材料複合体は各界面活性剤を調整することで様々な溶媒に分散させることが出来、種々の溶媒の炭素材料複合体分散体を得ることが出来る。 From the results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, good purification efficiency was shown by adding the amphoteric surfactant before the purification step. Further, from the results of Examples 7 to 28, the carbon material composites (graphite oxide composites) obtained by the above-described purification method showed good dispersibility in various dispersion media. According to the method for producing a carbon material composite of the present invention, a high quality carbon material composite can be easily obtained at low cost. Further, the carbon material composite of the present invention can be dispersed in various solvents by adjusting each surfactant, and carbon material composite dispersions of various solvents can be obtained.

Claims (9)

両性界面活性剤及び酸化黒鉛を含んで構成される炭素材料複合体を製造する方法であって、
該製造方法は、黒鉛を酸化する工程、
該酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、
炭素材料複合体を精製する工程
を含むことを特徴とする炭素材料複合体の製造方法。
A method for producing a carbon material composite comprising an amphoteric surfactant and graphite oxide,
The manufacturing method comprises a step of oxidizing graphite,
A step of mixing an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and an amphoteric surfactant, and
A method for producing a carbon material composite, comprising a step of purifying the carbon material composite.
前記精製工程は、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により炭素材料複合体を精製する工程であることを特徴とする請求項1に記載の炭素材料複合体の製造方法。 The purification step is a step of purifying the carbon material complex by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and liquid separation extraction. A method for producing the carbon material composite as described above. 前記混合工程は、更に、非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤を混合することを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素材料複合体の製造方法。 The method for producing a carbon material composite according to claim 1 or 2, wherein in the mixing step, a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant is further mixed. 前記製造方法は、更に、前記精製工程で精製された炭素材料複合体に含まれる酸化黒鉛の層間を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の炭素材料複合体の製造方法。 The carbon material composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the manufacturing method further includes a step of separating the layers of the graphite oxide contained in the carbon material composite purified in the refining step. Body manufacturing method. 前記水系分散液は、水系分散液100質量%に対して硫酸イオンを1質量%以上含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の炭素材料複合体の製造方法。 The method for producing a carbon material composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the aqueous dispersion contains 1 mass% or more of sulfate ions with respect to 100 mass% of the aqueous dispersion. 非イオン性界面活性剤及び/又は陽イオン性界面活性剤と、両性界面活性剤と、酸化黒鉛とを含んで構成されることを特徴とする炭素材料複合体。 A carbon material composite comprising a nonionic surfactant and / or a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and graphite oxide. 請求項6に記載の炭素材料複合体が分散媒中に分散してなることを特徴とする分散体。 A dispersion comprising the carbon material composite according to claim 6 dispersed in a dispersion medium. 酸化黒鉛を製造する方法であって、
該製造方法は、黒鉛を酸化する工程、
該酸化工程で得られた酸化黒鉛が分散してなる水系分散液と両性界面活性剤とを混合する工程、並びに、
酸化黒鉛を精製する工程
を含むことを特徴とする酸化黒鉛の製造方法。
A method for producing graphite oxide, comprising:
The manufacturing method comprises a step of oxidizing graphite,
A step of mixing an aqueous dispersion liquid in which graphite oxide obtained in the oxidation step is dispersed, and an amphoteric surfactant, and
A method for producing graphite oxide, comprising the step of purifying graphite oxide.
前記精製工程は、ろ過、デカンテーション、遠心分離、及び、分液抽出からなる群より選択される少なくとも1種の方法により酸化黒鉛を精製する工程であることを特徴とする請求項8に記載の酸化黒鉛の製造方法。
The purification step is a step of purifying graphite oxide by at least one method selected from the group consisting of filtration, decantation, centrifugation, and liquid separation extraction. Method for producing graphite oxide.
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