JP2023146527A - thermal conductive material - Google Patents

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JP2023146527A JP2022053749A JP2022053749A JP2023146527A JP 2023146527 A JP2023146527 A JP 2023146527A JP 2022053749 A JP2022053749 A JP 2022053749A JP 2022053749 A JP2022053749 A JP 2022053749A JP 2023146527 A JP2023146527 A JP 2023146527A
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浩規 阪本
Hiroki Sakamoto
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Abstract

To provide a thermal conductive material with excellent thermal conductivity.SOLUTION: A thermal conductive material includes flaky carbon with a thickness of 1-100 nm, an organic compound with a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, and nanofibers that are composed of cellulose or cellulose derivatives and have a fiber diameter of 1-500 nm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、熱伝導材料に関する。 The present invention relates to thermally conductive materials.

黒鉛、カーボンナノチューブ等の結晶性を有する炭素材料は熱伝導性が高い材料であるため、熱伝導材料に使用されることがある(例えば、特許文献1参照)が、樹脂と炭素との間の熱抵抗が大きいため、期待したほど熱伝導性が高くならない場合が多い。さらに、これらの炭素材料は樹脂との親和性も低いため、熱伝導性を向上させるために添加量を増やすと、混練、成形、及び強度等に問題が出る。 Crystalline carbon materials such as graphite and carbon nanotubes have high thermal conductivity and are sometimes used as thermally conductive materials (see, for example, Patent Document 1); Because the thermal resistance is high, the thermal conductivity is often not as high as expected. Furthermore, since these carbon materials have low affinity with resins, increasing the amount added to improve thermal conductivity causes problems in kneading, molding, strength, etc.

グラフェンシートは、炭素原子がハニカム格子状に並んだ2次元単層シートであり、グラファイト、フラーレン及びカーボンナノチューブ等の構成単位でもある。このグラフェンシートが厚み100nm以下程度に積層された薄片状カーボン(本明細書において、薄片状カーボンにはグラフェンシートも含まれるものとする。)は、その特異な諸物性を有していることから、様々な材料に使用される新たな材料として注目を浴びている。 A graphene sheet is a two-dimensional single-layer sheet in which carbon atoms are arranged in a honeycomb lattice, and is also a constituent unit of graphite, fullerene, carbon nanotubes, and the like. This flaky carbon in which graphene sheets are laminated to a thickness of about 100 nm or less (in this specification, flaky carbon includes graphene sheets) has unique physical properties. , is attracting attention as a new material used in various materials.

しかしながら、薄片状カーボンのようなナノカーボン材料は熱伝導性が極めて高い反面、微細な構造のものほど凝集しやすく、そのポテンシャルをいかんなく発揮することが難しく、十分に熱伝導性及び放熱性を向上させることはできない。 However, although nanocarbon materials such as flaky carbon have extremely high thermal conductivity, the finer the structure, the more likely they are to aggregate, making it difficult to fully utilize their potential. It cannot be improved.

また、ナノカーボン材料は、単体の膜が作りにくい、塗料化しにくいなど使い勝手の面で問題あり、樹脂と組み合わせる場合相性により分散しないケース(塗料として塗れない、シートとして強度が得られない)及び熱伝導率が大幅に下がってしまうケースも多い。 In addition, nanocarbon materials have problems in terms of usability, such as difficulty in forming a single film or making them into paints, and when combined with resins, there are cases where they do not disperse due to compatibility (cannot be applied as a paint, cannot obtain strength as a sheet), and when combined with resins. There are many cases where the conductivity drops significantly.

さらに、塗膜、シートともに絶縁の方がより望ましい。 Furthermore, insulation is more desirable for both the coating film and the sheet.

国際公開第2014/080743号明細書International Publication No. 2014/080743

上記のような事情に鑑み、本発明の目的とするところは、熱伝導性に優れた熱伝導材料を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a thermally conductive material with excellent thermal conductivity.

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、所定の有機化合物及び厚みを有する薄片状カーボンと所定のナノファイバーとを使用することにより、上記課題を解決できることを見出した。本発明者は、かかる知見に基づきさらに研究を重ね、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using flaky carbon having a predetermined organic compound and thickness and a predetermined nanofiber. The present inventor has conducted further research based on this knowledge and has completed the present invention.

即ち、本発明は、以下の熱伝導材料を提供する。
項1.
厚さ1~100nmの薄片状カーボンと、
親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物と、
セルロース又はセルロース誘導体からなり、繊維径1~500nmのナノファイバーとを含有する、熱伝導材料。
項2.
前記親水基が、下記一般式(1)~(4)からなる群より選択される少なくとも一種である、項1に記載の熱伝導材料。

Figure 2023146527000001
[上記式(1)は、アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基を示す。式(2)中、Rは2価の有機基を示し、両酸素原子はエーテル結合を示す。式(3)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH又は有機アンモニウムを示す。式(4)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH、有機アンモニウム又はアルキル基を示す。]
項3.
前記親水基がフェノール性水酸基又はポリオキシエチレン基である、項1又は2に記載の熱伝導材料。
項4.
前記炭素親和性疎水基は、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び炭素数3以上のポリオキシアルキレン基からなる群より選択される少なくとも1種である、項1~3の何れかに記載の熱伝導材料。
項5.
前記炭素親和性疎水基は、2個以上の芳香環を有するアリール基である、項1~4の何れかに記載の熱伝導材料。
項6.
前記ナノファイバーは、セルロース純度85%以上のセルロースナノファイバーである、項1~5に記載の熱伝導材料。
項7.
前記ナノファイバーは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも一種のナノファイバーを含む、項1~6の何れかに記載の熱伝導材料。
項8.
項1~7の何れかに記載の熱伝導材料を含む塗料、又は該塗料により形成された塗膜。
項9.
項1~7の何れかに記載の熱伝導材料を含むシート。
項10.
前記薄片状カーボン100質量部に対し、前記親水基及び前記炭素親和性疎水基を有する有機化合物を1~100質量部含有する薄片状カーボン分散液又は該薄片状カーボン分散液の湿潤固体と、ナノファイバー分散液又は該ナノファイバー分散液の湿潤固体とを混合する工程を含む、項1~7の何れかに記載の熱伝導材料の製造方法。 That is, the present invention provides the following thermally conductive material.
Item 1.
Flake-like carbon with a thickness of 1 to 100 nm,
an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group;
A thermally conductive material made of cellulose or a cellulose derivative and containing nanofibers with a fiber diameter of 1 to 500 nm.
Item 2.
Item 2. The thermally conductive material according to Item 1, wherein the hydrophilic group is at least one selected from the group consisting of the following general formulas (1) to (4).
Figure 2023146527000001
[The above formula (1) represents an alcoholic hydroxyl group or a phenolic hydroxyl group. In formula (2), R represents a divalent organic group, and both oxygen atoms represent an ether bond. In formula (3), X 1 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 or organic ammonium. In formula (4), X 2 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 , an organic ammonium, or an alkyl group. ]
Item 3.
Item 3. The heat conductive material according to Item 1 or 2, wherein the hydrophilic group is a phenolic hydroxyl group or a polyoxyethylene group.
Item 4.
Any of Items 1 to 3, wherein the carbon-affinity hydrophobic group is at least one selected from the group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms. Thermal conductive material described in .
Item 5.
Item 5. The thermally conductive material according to any one of Items 1 to 4, wherein the carbon-affinity hydrophobic group is an aryl group having two or more aromatic rings.
Item 6.
6. The thermally conductive material according to items 1 to 5, wherein the nanofibers are cellulose nanofibers with a cellulose purity of 85% or more.
Section 7.
Item 7. The nanofibers include at least one type of nanofiber selected from the group consisting of methylcellulose, carboxymethylcellulose salt, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, and hydroxypropylmethylcellulose. thermally conductive material.
Section 8.
Item 8. A paint containing the thermally conductive material according to any one of Items 1 to 7, or a coating film formed from the paint.
Item 9.
Item 8. A sheet comprising the thermally conductive material according to any one of Items 1 to 7.
Item 10.
A flaky carbon dispersion containing 1 to 100 parts by mass of an organic compound having the hydrophilic group and the carbon-affinity hydrophobic group based on 100 parts by mass of the flaky carbon, or a wet solid of the flaky carbon dispersion; Item 8. The method for producing a thermally conductive material according to any one of Items 1 to 7, comprising a step of mixing a fiber dispersion liquid or a wet solid of the nanofiber dispersion liquid.

以上にしてなる本発明に熱伝導材料は、熱伝導性に優れる。 The thermally conductive material of the present invention as described above has excellent thermal conductivity.

本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。また、本明細書において、数値範囲を「A~B」で示す場合、A以上B以下を意味する。 In this specification, "contain" is a concept that includes all of "comprise," "consist essentially of," and "consist of." Furthermore, in this specification, when a numerical range is expressed as "A to B", it means greater than or equal to A and less than or equal to B.

(1.熱伝導材料)
本発明の熱伝導材料は、厚さ1~100nmの薄片状カーボンと、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物と、セルロース又はセルロース誘導体からなり、繊維径1~500nmのナノファイバーとを含有する。
(1. Heat conductive material)
The thermally conductive material of the present invention is made of flaky carbon with a thickness of 1 to 100 nm, an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon, and nanofibers made of cellulose or a cellulose derivative and with a fiber diameter of 1 to 500 nm. contains.

(1.1.薄片状カーボン)
薄片状カーボンとしては、薄いほうが熱伝導性及び放熱性に優れるため好ましい。具体的には、1~100nmであり、1~20nmであることが好ましい。薄片状カーボンの厚みが100nmを超えると、十分な熱伝導性及び放熱性を有する熱伝導材料を得ることができない。
(1.1. Flaky carbon)
The thinner the flaky carbon, the better its thermal conductivity and heat dissipation properties, so it is preferable. Specifically, the thickness is 1 to 100 nm, preferably 1 to 20 nm. If the thickness of the flaky carbon exceeds 100 nm, a thermally conductive material with sufficient thermal conductivity and heat dissipation cannot be obtained.

また、厚みが1~10nmである薄片状カーボンの含有割合は、薄片状カーボンの総数を100%として、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。つまり、厚み10nm超の厚みが大きい薄片状カーボンが含まれてもよいが、殆どの薄片状カーボンの厚みは10nm以下であることが好ましい。なお、薄片状カーボンの厚みは、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により測定するものとする。 Further, the content ratio of flaky carbon having a thickness of 1 to 10 nm is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, taking the total number of flaky carbon as 100%. That is, although flaky carbon having a thickness of more than 10 nm may be included, it is preferable that most of the flaky carbon has a thickness of 10 nm or less. Note that the thickness of the flaky carbon is measured by observation using a transmission electron microscope (TEM).

薄片状カーボンは、300層以下(つまり1~300層)のグラフェンが積層した層状構造を有する薄片状カーボンであることが好ましく、1~60層のグラフェンが積層した層状構造を有する薄片状カーボンであることがより好ましい。また、同様に、積層数が1~30層である薄片状カーボンの含有割合は、薄片状カーボンの総数を100%として、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。つまり、厚みが大きい薄片状カーボンが含まれてもよいが、多数の薄片状カーボンの厚みは30層以下であることが好ましい。なお、薄片状カーボンの積層は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により測定した厚みにより算出するものとする。 It is preferable that the flaky carbon has a layered structure in which 300 layers or less (that is, 1 to 300 layers) of graphene are stacked, and the flaky carbon has a layered structure in which 1 to 60 layers of graphene are stacked. It is more preferable that there be. Similarly, the content ratio of flaky carbon having a laminated number of 1 to 30 layers is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, taking the total number of flaky carbon as 100%. . That is, although flaky carbon having a large thickness may be included, it is preferable that the thickness of the large number of flaky carbon is 30 layers or less. Note that the lamination of flaky carbon is calculated based on the thickness measured by transmission electron microscopy (TEM) observation.

薄片状カーボンは、通常、多くの凸角と凹角を有する平面形状をしているため、厚み以外のサイズは一概には規定しにくい。本明細書では、一枚の薄片状カーボンにおいて最も離れている凸角間の距離をその薄片状カーボンの大きさであると定義する。 Since flaky carbon usually has a planar shape with many convex and concave angles, it is difficult to define the size other than the thickness. In this specification, the distance between the most distant convex angles in a sheet of flaky carbon is defined as the size of the flaky carbon.

このような薄片状カーボンの大きさは、20nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましく、200nm以上がさらに好ましい。かかる大きさの薄片状カーボンを使用することにより、熱伝導性及び放熱性をさらに向上させることができる。なお、薄片状カーボンの大きさの上限は、大きい方が熱伝導性及び放熱性に優れていることが知られており好ましいため、大きさの上限は限定されないが、通常100μmである。また、薄片状カーボンの大きさは、透過型電子顕微鏡観察(TEM)観察により測定するものとする。 The size of such flaky carbon is preferably 20 nm or more, more preferably 100 nm or more, and even more preferably 200 nm or more. By using flaky carbon of such a size, thermal conductivity and heat dissipation properties can be further improved. Note that the upper limit of the size of the flaky carbon is not limited, but is usually 100 μm since it is known that a larger one is better in thermal conductivity and heat dissipation. Further, the size of the flaky carbon is measured by transmission electron microscopy (TEM) observation.

本発明の熱伝導材料において、薄片状カーボンの含有量は、特に制限されないが、熱伝導性及び放熱性の観点から、本発明の熱伝導材料の総量を100質量%として、50~99.5質量%とすることが好ましく、60~99.2質量%とすることがより好ましい。 In the thermally conductive material of the present invention, the content of flaky carbon is not particularly limited, but from the viewpoint of thermal conductivity and heat dissipation, the content of flaky carbon is 50 to 99.5%, assuming the total amount of the thermally conductive material of the present invention to be 100% by mass. It is preferably 60 to 99.2% by mass, more preferably 60 to 99.2% by mass.

(1.2.親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物)
本発明の熱伝導材料において、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を使用する。これを使用しない場合、グラフェン構造を維持した薄片状カーボンを凝集してしまい、均一分散した状態で維持することができない。なお、当該有機化合物は、薄片状カーボンを均一分散させるための分散剤としても機能し得る。
(1.2. Organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group)
In the thermally conductive material of the present invention, an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon is used. If this is not used, the flaky carbon that maintains the graphene structure will aggregate and cannot be maintained in a uniformly dispersed state. Note that the organic compound can also function as a dispersant for uniformly dispersing the flaky carbon.

このような親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物としては、特に制限されるわけではなく、薄片状カーボンの分散剤として機能し得る種々多様な有機化合物(特に水溶性化合物)を使用し得る。 The organic compound having such a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group is not particularly limited, and various organic compounds (especially water-soluble compounds) that can function as a dispersant for flaky carbon can be used. obtain.

当該有機化合物における炭素親和性疎水基としては、特に制限はなく、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、炭素数3以上のポリオキシアルキレン基等を例示することができる。親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物は、かかる疎水基を、1種又は2種以上含むことができる。また、複数の疎水基を有する場合には、同じ疎水基が複数含まれていてもよいし、異なる疎水基が複数含まれていてもよい。 The carbon-affinity hydrophobic group in the organic compound is not particularly limited, and examples include an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms. An organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group can contain one or more types of such hydrophobic groups. Furthermore, when it has a plurality of hydrophobic groups, it may contain a plurality of the same hydrophobic groups or a plurality of different hydrophobic groups.

アルキル基としては、鎖状アルキル基でも分岐鎖状アルキル基でもよい。但し、炭素との親和性の観点から、鎖状アルキル基であることが好ましい。また、アルキル基の炭素数は、炭素との親和性を考慮し、6以上が好ましく、8~28がより好ましく、10~22がさらに好ましい。このようなアルキル基としては、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基(又はラウリル基)、トリデシル基、テトラデシル基(又はミリスチル基)、ペンタデシル基、ヘキサデシル基(又はセチル基)、オクタデシル基、イコシル基等が挙げられる。 The alkyl group may be a chain alkyl group or a branched alkyl group. However, from the viewpoint of affinity with carbon, a chain alkyl group is preferable. Further, the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 6 or more, more preferably 8 to 28, and even more preferably 10 to 22, in consideration of affinity with carbon. Such alkyl groups include hexyl group, octyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group (or lauryl group), tridecyl group, tetradecyl group (or myristyl group), pentadecyl group, hexadecyl group (or cetyl group), Examples include octadecyl group and icosyl group.

このアルキル基は、置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。このような置換基としては、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。なお、シクロアルキル基及びアリール基としては、後述のものが例示される。 This alkyl group may or may not have a substituent. Examples of such substituents include cycloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like. In addition, as the cycloalkyl group and the aryl group, those mentioned below are exemplified.

アルキル基の置換基としてのアラルキル基としては、後述するアリール基と炭素数1~6のアルキル基を有する炭素数7~14のアラルキル基が好ましく、具体的には、ベンジル基、フェネチル基等が好ましい。 The aralkyl group as a substituent for the alkyl group is preferably an aralkyl group having 7 to 14 carbon atoms and having an aryl group and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which will be described later.Specifically, benzyl group, phenethyl group, etc. preferable.

なお、置換基としては、上記のみに制限されず、フルオレン構造由来の基(フルオレニル基等)を有していてもよい。特に、水溶性を重視する場合は置換基としてフェニル基等が好ましく、薄片状カーボンとの相溶性を重視する場合は置換基としてナフチル基、フルオレニル基等が好ましい。 Note that the substituents are not limited to those mentioned above, and may include a group derived from a fluorene structure (such as a fluorenyl group). In particular, when emphasis is placed on water solubility, phenyl groups and the like are preferred as substituents, and when emphasis is placed on compatibility with flaky carbon, naphthyl groups, fluorenyl groups, etc. are preferred as substituents.

アルケニル基としては、炭素との親和性及び化合物の水溶性を考慮し、炭素数が4以上であることが好ましく、6~100であることがより好ましく、8~30であることがさらに好ましい。かかるアルケニル基としては、例えば、オレイル基、リノレイル基等が挙げられる。 Considering the affinity with carbon and the water solubility of the compound, the alkenyl group preferably has 4 or more carbon atoms, more preferably 6 to 100 carbon atoms, and even more preferably 8 to 30 carbon atoms. Examples of such alkenyl groups include oleyl group and linoleyl group.

このアルケニル基は、置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。かかる置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。なお、アラルキル基としては前記したものが例示され、シクロアルキル基及びアリール基としては、後述のものが例示される。 This alkenyl group may or may not have a substituent. Such substituents include alkyl groups, cycloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like. In addition, the aralkyl group is exemplified by those mentioned above, and the cycloalkyl group and aryl group are exemplified by those mentioned below.

アルケニル基の置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert-ブチル基等が好ましい。 The alkyl group as a substituent for the alkenyl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and specifically, a methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, tert-butyl group, etc. are preferable.

なお、置換基としては、上記のみに制限されず、フルオレン構造由来の基(フルオレニル基等)を有していてもよい。特に、水溶性を重視する場合は置換基としてフェニル基等が好ましく、薄片状カーボンとの相溶性を重視する場合は置換基としてナフチル基、フルオレニル基等が好ましい。 Note that the substituents are not limited to those mentioned above, and may include a group derived from a fluorene structure (such as a fluorenyl group). In particular, when emphasis is placed on water solubility, phenyl groups and the like are preferred as substituents, and when emphasis is placed on compatibility with flaky carbon, naphthyl groups, fluorenyl groups, etc. are preferred as substituents.

シクロアルキル基としては、炭素数5~10(好ましくは5~8、特に5~6)のシクロアルキル基が好ましく、具体的には、シクロペンチル基、シクロへキシル基等が好ましい。 The cycloalkyl group is preferably a cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms (preferably 5 to 8, particularly 5 to 6 carbon atoms), and specifically, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. are preferable.

このシクロアルキル基は、置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。このような置換基としては、アルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。 This cycloalkyl group may or may not have a substituent. Such substituents include alkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like.

シクロアルキル基の置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert-ブチル基等が好ましい。 The alkyl group as a substituent for the cycloalkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and specifically, a methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, tert-butyl group, etc. are preferable.

シクロアルキル基の置換基としてのアリール基及びアラルキル基としては、前記例示したものが挙げられる。 Examples of the aryl group and aralkyl group as a substituent for the cycloalkyl group include those exemplified above.

なお、置換基としては、上記のみに制限されず、フルオレン構造由来の基(フルオレニル基等)を有していてもよい。特に、水溶性を重視する場合は置換基としてフェニル基等が好ましく、薄片状カーボンとの相溶性を重視する場合は置換基としてナフチル基、フルオレニル基等が好ましい。 Note that the substituents are not limited to those mentioned above, and may include a group derived from a fluorene structure (such as a fluorenyl group). In particular, when emphasis is placed on water solubility, phenyl groups and the like are preferred as substituents, and when emphasis is placed on compatibility with flaky carbon, naphthyl groups, fluorenyl groups, etc. are preferred as substituents.

アリール基としては、炭素数6~18(特に6~14)のアリール基が好ましく、単環アリール基、縮環アリール基及び多環アリール基のいずれも採用でき、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基等が挙げられる。なお、炭素との親和性の観点から、2個以上の芳香環を有するアリール基(縮環アリール基及び多環アリール基)が好ましい。 As the aryl group, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms (especially 6 to 14 carbon atoms) is preferable, and any of a monocyclic aryl group, a condensed aryl group, and a polycyclic aryl group can be employed, such as a phenyl group, a naphthyl group, Examples include anthracenyl group, phenanthrenyl group, biphenyl group, terphenyl group, fluorenyl group, pyrenyl group, triphenylenyl group, and the like. In addition, from the viewpoint of affinity with carbon, an aryl group having two or more aromatic rings (fused ring aryl group and polycyclic aryl group) is preferable.

このアリール基は、置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。このような置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基等が挙げられる。 This aryl group may or may not have a substituent. Examples of such substituents include alkyl groups, cycloalkyl groups, aralkyl groups, and the like.

アリール基の置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert-ブチル基等が好ましい。 The alkyl group as a substituent for the aryl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and specifically, a methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, tert-butyl group, etc. are preferable.

アリール基の置換基としてのシクロアルキル基及びアラルキル基としては、前記例示したものが挙げられる。 Examples of the cycloalkyl group and aralkyl group as a substituent for the aryl group include those exemplified above.

なお、置換基としては、上記のみに制限されず、フルオレン構造由来の基(フルオレニル基等)を有していてもよい。 Note that the substituents are not limited to those mentioned above, and may include a group derived from a fluorene structure (such as a fluorenyl group).

ポリオキシエチレン基は通常親水性であるが、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基等、炭素数3以上のポリオキシアルキレン基は重合度が上がるほど疎水性が増し、疎水基として機能する。特に重合度4以上のポリオキシプロピレン基、重合度3以上のポリオキシブチレン基が好ましい。例えば、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンやポリオキシエチレン-ポリオキシブチレンを親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物として使用した場合には、ポリオキシプロピレン基及びポリオキシブチレン基も疎水基として機能し得る。 Polyoxyethylene groups are usually hydrophilic, but polyoxyalkylene groups having 3 or more carbon atoms, such as polyoxypropylene groups and polyoxybutylene groups, become more hydrophobic as the degree of polymerization increases, and function as hydrophobic groups. In particular, a polyoxypropylene group with a polymerization degree of 4 or more and a polyoxybutylene group with a polymerization degree of 3 or more are preferred. For example, when polyoxyethylene-polyoxypropylene or polyoxyethylene-polyoxybutylene is used as an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, the polyoxypropylene group and polyoxybutylene group are also used as hydrophobic groups. It can work.

この炭素数3以上のポリオキシアルキレン基は、置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。このような置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基等が挙げられる。 This polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms may or may not have a substituent. Examples of such substituents include alkyl groups, cycloalkyl groups, aralkyl groups, and aryl groups.

炭素数3以上のポリオキシアルキレン基の置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert-ブチル基等が好ましい。 The alkyl group as a substituent for the polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, tert-butyl group. Groups etc. are preferred.

炭素数3以上のポリオキシアルキレン基の置換基としてのシクロアルキル基、アラルキル基及びアリール基としては、前記例示したものが挙げられる。 Examples of the cycloalkyl group, aralkyl group, and aryl group as substituents of the polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms include those exemplified above.

なお、置換基としては、上記のみに制限されず、フルオレン構造由来の基(フルオレニル基等)を有していてもよい。特に、水溶性を重視する場合は置換基としてフェニル基等が好ましく、薄片状カーボンとの相溶性を重視する場合は置換基としてナフチル基、フルオレニル基等が好ましい。 Note that the substituents are not limited to those mentioned above, and may include a group derived from a fluorene structure (such as a fluorenyl group). In particular, when emphasis is placed on water solubility, phenyl groups and the like are preferred as substituents, and when emphasis is placed on compatibility with flaky carbon, naphthyl groups, fluorenyl groups, etc. are preferred as substituents.

このような疎水基としては、炭素との親和性の観点から、アリール基及び炭素数3以上のポリオキシアルキレン基が好ましく、アリール基がより好ましく、2個以上の芳香環を有するアリール基(縮環アリール基及び多環アリール基)がさらに好ましい。具体的には、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、重合度4以上のポリオキシプロピレン基、重合度3以上のポリオキシブチレン基等が好ましい。 As such a hydrophobic group, from the viewpoint of affinity with carbon, an aryl group and a polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms are preferable, an aryl group is more preferable, and an aryl group having two or more aromatic rings (condensed cyclic aryl groups and polycyclic aryl groups) are more preferred. Specifically, naphthyl group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, biphenyl group, terphenyl group, fluorenyl group, pyrenyl group, triphenylenyl group, polyoxypropylene group with polymerization degree of 4 or more, polyoxybutylene group with polymerization degree of 3 or more, etc. is preferred.

また、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物が有する親水基としては、前記親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水に対する溶解度を上昇させることができるものであれば特に制限はないが、前記親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性及び放熱性等を考慮し、下記一般式(1)~(4)であることが好ましい。 In addition, the hydrophilic group possessed by an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group is particularly limited as long as it can increase the solubility of the organic compound in water having the hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. However, in consideration of the water solubility of the organic compound having the hydrophilic group and carbon-affinity hydrophobic group, the dispersibility of flaky carbon, thermal conductivity, heat dissipation, etc., the following general formulas (1) to (4) are used. It is preferable that there be.

Figure 2023146527000002
[上記式(1)は、アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基を示す。式(2)中、Rは2価の有機基を示し、両酸素原子はエーテル結合である。式(3)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH又は有機アンモニウムを示す。式(4)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH、有機アンモニウム又はアルキル基を示す。]
Figure 2023146527000002
[The above formula (1) represents an alcoholic hydroxyl group or a phenolic hydroxyl group. In formula (2), R represents a divalent organic group, and both oxygen atoms are ether bonds. In formula (3), X 1 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 or organic ammonium. In formula (4), X 2 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 , an organic ammonium, or an alkyl group. ]

親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物は、このような親水基を、1種又は2種以上含むことができる。また、複数の親水基を使用する場合には、同じ親水基を複数用いてもよいし、同じ一般式で表される親水基を複数種用いてもよいし、異なる一般式で表される親水基を複数種用いてもよい。 An organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group can contain one or more types of such hydrophilic groups. In addition, when using multiple hydrophilic groups, the same hydrophilic group may be used multiple times, multiple types of hydrophilic groups represented by the same general formula may be used, or hydrophilic groups represented by different general formulas may be used. Multiple types of groups may be used.

一般式(1)において、-OHはアルコール性水酸基及びフェノール性水酸基のいずれも採用し得る。ただし、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性、放熱性等の観点から、アルコール性水酸基が好ましいものの、フェノール性水酸基を含む場合(特に、複数のフェノール性水酸基を含む場合)は、必然的に疎水性に優れたベンゼン環も含むこととなり、全体として親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性、放熱性等も優れるため好ましい。 In general formula (1), -OH can be either an alcoholic hydroxyl group or a phenolic hydroxyl group. However, from the viewpoints of water solubility of organic compounds having hydrophilic groups and carbon-affinity hydrophobic groups, dispersibility of flaky carbon, thermal conductivity, heat dissipation properties, etc., alcoholic hydroxyl groups are preferable; however, when containing phenolic hydroxyl groups ( In particular, when containing multiple phenolic hydroxyl groups), it inevitably also contains a benzene ring with excellent hydrophobicity. It is preferable because it has excellent dispersibility, thermal conductivity, heat dissipation, etc.

一般式(2)において、Rで示される2価の有機基としては、特に制限されず、2価の炭化水素基が好ましい。2価の炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基(アルキレン基(又はアルキリデン基)、シクロアルキレン基、アルキレン(又はアルキリデン)-シクロアルキレン基、ビ又はトリシクロアルキレン基等)、芳香族炭化水素基(アリーレン基、アルキレン(又はアルキリデン)-アリーレン基等)等が挙げられる。 In general formula (2), the divalent organic group represented by R is not particularly limited, and a divalent hydrocarbon group is preferred. Examples of divalent hydrocarbon groups include aliphatic hydrocarbon groups (alkylene group (or alkylidene group), cycloalkylene group, alkylene (or alkylidene)-cycloalkylene group, bi- or tricycloalkylene group, etc.), aromatic hydrocarbon groups Examples include groups (arylene group, alkylene (or alkylidene)-arylene group, etc.).

一般式(2)において、基Rで示されるアルキレン基(又はアルキリデン基)としては、アルキレン基が好ましく、C1-8アルキレン基がより好ましく、C1-4アルキレン基がさらに好ましく、C2-4アルキレン基が特に好ましく、C2-3アルキレン基が最も好ましい。具体的には、メチレン基、エチレン基、エチリデン基、トリメチレン基、プロピレン基、プロピリデン基、テトラメチレン基、エチルエチレン基、ブタン-2-イリデン基、1,2-ジメチルエチレン基、ペンタメチレン基、ペンタン-2,3-ジイル基等が例示できる。 In general formula (2), the alkylene group (or alkylidene group) represented by the group R is preferably an alkylene group, more preferably a C 1-8 alkylene group, even more preferably a C 1-4 alkylene group, and still more preferably a C 2- 4 alkylene groups are particularly preferred, and C 2-3 alkylene groups are most preferred. Specifically, methylene group, ethylene group, ethylidene group, trimethylene group, propylene group, propylidene group, tetramethylene group, ethylethylene group, butane-2-ylidene group, 1,2-dimethylethylene group, pentamethylene group, Examples include pentane-2,3-diyl group.

一般式(2)において、基Rで示されるシクロアルキレン基としては、C5-10シクロアルキレン基が好ましく、C5-8シクロアルキレン基がより好ましい。具体的には、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基、メチルシクロへキシレン基、シクロへプチレン基等が例示できる。 In general formula (2), the cycloalkylene group represented by the group R is preferably a C 5-10 cycloalkylene group, more preferably a C 5-8 cycloalkylene group. Specific examples include a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a methylcyclohexylene group, and a cycloheptylene group.

一般式(2)において、基Rで示されるアルキレン(又はアルキリデン)-シクロアルキレン基としては、アルキレン-シクロアルキレン基が好ましく、C1-6アルキレン-C5-10シクロアルキレン基がより好ましく、C1-4アルキレン-C5-8シクロアルキレン基がさらに好ましい。具体的には、メチレン-シクロへキシレン基、エチレン-シクロへキシレン基、エチレン-メチルシクロへキシレン基、エチリデン-シクロへキシレン基等が例示できる。 In general formula (2), the alkylene (or alkylidene)-cycloalkylene group represented by the group R is preferably an alkylene-cycloalkylene group, more preferably a C 1-6 alkylene-C 5-10 cycloalkylene group, and a C 1-6 alkylene-C 5-10 cycloalkylene group is more preferable. More preferred is a 1-4 alkylene-C 5-8 cycloalkylene group. Specific examples include methylene-cyclohexylene group, ethylene-cyclohexylene group, ethylene-methylcyclohexylene group, and ethylidene-cyclohexylene group.

一般式(2)において、基Rで示されるビ又はトリシクロアルキレン基としては、具体的には、ノルボルナン-ジイル基等が例示できる。 In general formula (2), a specific example of the bi- or tricycloalkylene group represented by the group R is a norbornane-diyl group.

一般式(2)において、基Rで示されるアリーレン基としては、C6-10アリーレン基が好ましい。具体的には、フェニレン基、ナフタレンジイル基等が例示できる。 In general formula (2), the arylene group represented by the group R is preferably a C 6-10 arylene group. Specifically, phenylene group, naphthalenediyl group, etc. can be exemplified.

一般式(2)において、基Rで示されるアルキレン(又はアルキリデン)-アリーレン基としては、アルキレン-アリーレン基が好ましく、C1-6アルキレン-C6-20アリーレン基がより好ましく、C1-4アルキレン-C6-10アリーレン基がさらに好ましく、C1-2アルキレン-フェニレン基が特に好ましい。具体的には、メチレン-フェニレン基、エチレン-フェニレン基、エチレン-メチルフェニレン基、エチリデンフェニレン基等が例示できる。 In general formula (2), the alkylene (or alkylidene)-arylene group represented by the group R is preferably an alkylene-arylene group, more preferably a C 1-6 alkylene-C 6-20 arylene group, and more preferably a C 1-4 alkylene-C 6-20 arylene group. An alkylene-C 6-10 arylene group is more preferred, and a C 1-2 alkylene-phenylene group is particularly preferred. Specific examples include a methylene-phenylene group, an ethylene-phenylene group, an ethylene-methylphenylene group, and an ethylidenephenylene group.

これらのうち、2価の脂肪族炭化水素基、特に、アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基等のC1-4アルキレン基等)が好ましい。 Among these, divalent aliphatic hydrocarbon groups, particularly alkylene groups (eg, C 1-4 alkylene groups such as methylene group and ethylene group) are preferred.

なお、アルキレン(若しくはアルキリデン)-シクロアルキレン基並びにアルキレン(アルキリデン)-アリーレン基とは、-Ra-Rb-(式中、Raは、一般式(2)において、それぞれ別個の酸素原子に結合したアルキレン基又はアルキリデン基、Rbはシクロアルキレン基又はアリーレン基を示す)で表される基を示す。 Note that an alkylene (or alkylidene)-cycloalkylene group and an alkylene (alkylidene)-arylene group refer to -Ra-Rb- (wherein Ra is an alkylene group bonded to a separate oxygen atom in general formula (2)). group or alkylidene group (Rb represents a cycloalkylene group or an arylene group).

このような一般式(2)で表される親水基としては、特に制限されず、例えば、-OCO-、-OCO-、-OCHO-等が使用され得る。これらを複数(好ましくは3~100個)有するものも好ましく使用することができ、例えば、ポリオキシメチレン基、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等を使用することができる。特に一般式(2)で表される親水基が3つ以上重合した構造を有する場合は、Rの炭素が多いほど(例えば炭素数3以上)親水性が下がり疎水性を増すため、重合度が増しても親水性を保持できる-OCO-、-OCHO-が好ましい。 The hydrophilic group represented by the general formula (2) is not particularly limited, and for example, -OC 2 H 4 O-, -OC 3 H 6 O-, -OCH 2 O-, etc. can be used. . Those having a plurality of these (preferably 3 to 100) can also be preferably used, and for example, polyoxymethylene groups, polyoxyethylene groups, polyoxypropylene groups, etc. can be used. In particular, when the structure has a structure in which three or more hydrophilic groups represented by the general formula (2) are polymerized, the degree of polymerization decreases as the number of carbon atoms in R increases (for example, the number of carbon atoms is 3 or more), the hydrophilicity decreases and the hydrophobicity increases. Preferred are -OC 2 H 4 O- and -OCH 2 O-, which can maintain hydrophilicity even when increased.

一般式(3)において、Xで示されるアルカリ金属としては、特に制限されず、ナトリウム、カリウム、リチウム等が挙げられる。 In general formula (3), the alkali metal represented by X 1 is not particularly limited, and examples thereof include sodium, potassium, lithium, and the like.

一般式(3)において、Xで示される有機アンモニウムとしては、第四級アンモニウムが好適であり、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等が好適に使用され得る。 In general formula (3), the organic ammonium represented by X 1 is preferably quaternary ammonium, and tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, etc. can be suitably used.

かかる一般式(3)で表される親水基としては、特に制限されない。例えば、-SO 、-SO Na、-SO 、-SO Li、-SO NH 、-SO N(CH 、-SO N(C 、-SO N(C 、-SO N(C 等が挙げられる。 The hydrophilic group represented by the general formula (3) is not particularly limited. For example, -SO3 - H + , -SO3 - Na + , -SO3 - K + , -SO3 - Li + , -SO3 - NH4 + , -SO3 - N( CH3 ) 4+ , -SO 3 - N(C 2 H 5 ) 4 + , -SO 3 - N(C 3 H 7 ) 4 + , -SO 3 - N(C 4 H 9 ) 4 + and the like.

一般式(4)において、Xで示されるアルカリ金属及び有機アンモニウムとしては、上記例示したものが挙げられる。 In general formula (4), the alkali metal and organic ammonium represented by X 2 include those exemplified above.

一般式(4)において、Xで示されるアルキル基としては、鎖状アルキル基でも分岐鎖状アルキル基でもよい。但し、炭素との親和性の観点から、鎖状アルキル基であることが好ましい。また、アルキル基の炭素数は、炭素との親和性の観点から、1~2が好ましい。 In general formula (4), the alkyl group represented by X 2 may be a chain alkyl group or a branched alkyl group. However, from the viewpoint of affinity with carbon, a chain alkyl group is preferable. Further, the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 to 2 from the viewpoint of affinity with carbon.

かかる一般式(4)で表される親水基としては、特に制限されない。例えば、-COOH、-COONa、-COOK、-COOLi、-COONH4、-COON(CH、-COON(C、-COON(C 、-COON(C 等が挙げられる。 The hydrophilic group represented by the general formula (4) is not particularly limited. For example, -COOH, -COONa, -COOK, -COOLi, -COONH4, -COON(CH 3 ) 4 , -COON(C 2 H 5 ) 4 , -COON(C 3 H 7 ) 4 + , -COON(C 4 H 9 ) 4 + and the like.

これら親水基のなかでも、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、pHによらない安定性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性及び放熱性等を考慮し、一般式(2)で表される親水基が好ましい。 Among these hydrophilic groups, the general formula is Hydrophilic groups represented by (2) are preferred.

ただし、一般式(2)で表される同じ親水基を複数有する、つまり重合した構造を有する場合、炭素数2以下は重合度が増すほど水溶性化合物の親水性は高くなるが、炭素数3以上の場合は重合度が増すほど疎水性が増す可能性がある。 However, if the compound has multiple identical hydrophilic groups represented by general formula (2), that is, it has a polymerized structure, the hydrophilicity of the water-soluble compound increases as the degree of polymerization increases when the number of carbon atoms is 2 or less; In the above cases, as the degree of polymerization increases, the hydrophobicity may increase.

本発明において使用する親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物において、親水基以外の構成部分(疎水基等)の炭素数は、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性、放熱性等の観点から、6以上とすることが好ましく、8~18とすることがより好ましい。 In the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group used in the present invention, the number of carbon atoms in the constituent parts other than the hydrophilic group (hydrophobic group, etc.) is determined by the water solubility of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. From the viewpoint of dispersibility, thermal conductivity, heat dissipation, etc. of flaky carbon, the number is preferably 6 or more, and more preferably 8 to 18.

また、本発明において、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物として、非イオン系材料(ノニオン界面活性剤等)を使用する場合には、そのHLB値は、前記親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水溶性、薄片状カーボンの分散性、熱伝導性、放熱性等の観点から、12以上が好ましく、13~19がより好ましい。なお、疎水基を同じとした場合(薄片状カーボンとの親和性が同程度の場合)には、HLB値は高いほど好ましい。 In addition, in the present invention, when a nonionic material (such as a nonionic surfactant) is used as an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with carbon affinity, its HLB value is From the viewpoints of water solubility of the organic compound having a hydrophobic group, dispersibility of flaky carbon, thermal conductivity, heat dissipation, etc., the number is preferably 12 or more, and more preferably 13 to 19. Note that when the hydrophobic groups are the same (when the affinity with flaky carbon is the same), the higher the HLB value, the better.

上記のような条件を満たす親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物としては、特に制限はない。例えば、芳香族水溶性化合物を使用してもよいし、非芳香族水溶性化合物を使用してもよく、中でも芳香族水溶性化合物が好ましい。親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシプロピレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンナフチルエーテル、ポリオキシプロピレンラウリルエーテル、ポリオキシプロピレンナフチルエーテル、ポリオキシエチレンミリスチルエーテル、ポリオキシプロピレンミリスチルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシプロピレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンウンデシルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンウンデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレントリデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンペンタデシルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンペンタデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレンポリグリセリルエーテル、コール酸ナトリウム、コール酸カリウム、ドデシルスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸カリウム、ジラウロイルグルタミン酸リシンナトリウム、ジラウロイルグルタミン酸リシンカリウム、デカグリセリンラウリン酸エステル、n-デシルアルコール等が挙げられる。 The organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group that satisfies the above conditions is not particularly limited. For example, aromatic water-soluble compounds or non-aromatic water-soluble compounds may be used, with aromatic water-soluble compounds being preferred. Examples of organic compounds having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene decyl ether, polyoxypropylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene naphthyl ether, and polyoxypropylene. Lauryl ether, polyoxypropylene naphthyl ether, polyoxyethylene myristyl ether, polyoxypropylene myristyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxypropylene cetyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxypropylene octylphenyl ether, polyoxyethylene Undecylphenyl ether, polyoxypropylene undecylphenyl ether, polyoxyethylene tridecylphenyl ether, polyoxypropylene tridecylphenyl ether, polyoxyethylene pentadecyl phenyl ether, polyoxypropylene pentadecyl phenyl ether, polyoxyethylene polyoxy Propylene glycol, polyoxypropylene polyglyceryl ether, sodium cholate, potassium cholate, sodium dodecylsulfonate, potassium dodecylsulfonate, sodium lysine dilauroylglutamate, potassium lysine dilauroylglutamate, decaglycerin laurate, n-decyl alcohol, etc. can be mentioned.

このような親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物としては、例えば、エマルゲン103、エマルゲン104P、エマルゲン105、エマルゲン106、エマルゲン108、エマルゲン109P、エマルゲン120、エマルゲン123P、エマルゲン130K、エマルゲン147、エマルゲン150、エマルゲン210P、エマルゲン220(以上、花王(株)製ポリオキシエチレンアルキルエーテル類)、トリトンX-100、トリトンX-114、トリトンX-305、トリトンX-405(ダウケミカル社製ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル類)、ノイゲンEN、ノイゲンEN-10(以上、第一工業製薬(株)製ポリオキシエチレンナフチルエーテル)等を使用できる。 Examples of organic compounds having such a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group include Emulgen 103, Emulgen 104P, Emulgen 105, Emulgen 106, Emulgen 108, Emulgen 109P, Emulgen 120, Emulgen 123P, Emulgen 130K, Emulgen 147, Emulgen 150, Emulgen 210P, Emulgen 220 (polyoxyethylene alkyl ethers manufactured by Kao Corporation), Triton X-100, Triton X-114, Triton X-305, Triton Ethylene octylphenyl ethers), Neugen EN, Neugen EN-10 (polyoxyethylene naphthyl ether manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and the like can be used.

本発明の熱伝導材料中における親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量は、特に制限されない。但し、熱伝導材料に十分な熱伝導性及び放熱性を付与するためには、熱伝導材料の総量を100質量%として、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有率が0.5~50質量%とすることが好ましく、0.8~40質量%とすることがより好ましい。 The content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group in the thermally conductive material of the present invention is not particularly limited. However, in order to impart sufficient thermal conductivity and heat dissipation to the thermally conductive material, the total amount of the thermally conductive material is 100% by mass, and the content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group is 0. It is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 0.8 to 40% by mass.

また、熱伝導材料に十分な熱伝導性及び放熱性を付与するため、薄片状カーボン100質量部に対して、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量を1~100質量部とすることが好ましく、2~80質量部とすることがより好ましい。 In addition, in order to impart sufficient thermal conductivity and heat dissipation to the thermally conductive material, the content of organic compounds having hydrophilic groups and carbon-affinity hydrophobic groups is 1 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of flaky carbon. The amount is preferably 2 to 80 parts by mass, and more preferably 2 to 80 parts by mass.

なお、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量が少ない場合には、本発明の熱伝導材料は、薄片状カーボンの表面に親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物が被覆されている構成を有する。一方、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量が多い場合には、本発明の熱伝導材料は、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物中に薄片状カーボンが分散している構成を有する。いずれの場合も、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物が薄片状カーボンの周囲に介在することで、薄片状カーボンの凝集を抑制し、熱伝導性及び放熱性に優れた材料を得ることができる。 In addition, when the content of the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with an affinity for carbon is small, the thermally conductive material of the present invention has an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with a carbon affinity on the surface of the flaky carbon. It has a covered configuration. On the other hand, when the content of the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with an affinity for carbon is large, the thermally conductive material of the present invention has flaky carbon dispersed in the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with an affinity for carbon. It has the following configuration. In either case, an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group is present around the flaky carbon, thereby suppressing agglomeration of the flaky carbon and obtaining a material with excellent thermal conductivity and heat dissipation. be able to.

(1.3.ナノファイバー)
本発明の熱伝導材料には、ナノファイバーが含まれる。当該ナノファイバーとしては、セルロース又はセルロース誘導体といった、セルロース系のナノファイバーを使用する。
(1.3. Nanofiber)
The thermally conductive material of the present invention includes nanofibers. As the nanofibers, cellulose-based nanofibers such as cellulose or cellulose derivatives are used.

薄片状カーボンと共にセルロース系のナノファイバーを使用することは、セルロースの疎水基に薄片状カーボンが吸着され、容易且つ均一に複合化することが可能であるという点で、樹脂系熱伝導材料に対して優位性がある。 The use of cellulose nanofibers together with flaky carbon is superior to resin-based thermally conductive materials in that the flaky carbon is adsorbed to the hydrophobic groups of cellulose and can be easily and uniformly composited. It has an advantage.

つまり、ナノファイバーと分散性の高い薄片状カーボンを用いることで、広大な表面積に均一に薄片状カーボンが吸着され、熱はナノファイバーに沿って薄片状カーボンが伝え、ナノファイバー自体も熱伝導を補助する。そして、電気は薄片状カーボンが断続的に吸着される状態を作れば流れないという状態を作ることも可能である。 In other words, by using nanofibers and highly dispersible flaky carbon, the flaky carbon is uniformly adsorbed over a vast surface area, heat is transmitted by the flaky carbon along the nanofibers, and the nanofibers themselves also conduct heat. assist. It is also possible to create a state in which electricity does not flow by creating a state in which flaky carbon is intermittently adsorbed.

逆に、ナノファイバーを使わない場合は、小さい表面積に薄片状カーボンが密に吸着されるため導電性が出てしまう。また、分散性の高い薄片状カーボンを使用しない場合、ナノファイバーとカーボンを均一に複合できず、偏在化したカーボンが導電してしまう。 Conversely, if nanofibers are not used, the carbon flakes are tightly adsorbed onto a small surface area, resulting in conductivity. Furthermore, if flaky carbon with high dispersibility is not used, nanofibers and carbon cannot be combined uniformly, and the unevenly distributed carbon becomes electrically conductive.

熱伝導材料の強度を重視する場合、セルロース系のナノファイバーとしてセルロースナノファイバーを使用することが好ましい。さらに高い熱伝導率及び高強度の熱伝導材料が必要な場合は、セルロース純度が高い、溶解パルプ(ヘミセルロースやリグニンを精製により除去したもの)、コットン、及びコットンリンターパルプなどを用いることができる。 When the strength of the thermally conductive material is important, it is preferable to use cellulose nanofibers as the cellulose-based nanofibers. If a thermally conductive material with even higher thermal conductivity and higher strength is required, dissolving pulp (from which hemicellulose and lignin have been removed by purification), cotton, cotton linter pulp, etc., which have high cellulose purity, can be used.

熱伝導材料の均一性を重視する場合は、セルロースを親水化したセルロース誘導体を用いることが好ましい。メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルメチルセルロースが例示できる。 If uniformity of the thermally conductive material is important, it is preferable to use a cellulose derivative obtained by making cellulose hydrophilic. Examples include methylcellulose, carboxymethylcellulose salt, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, and hydroxypropylmethylcellulose.

熱伝導材料の強度を向上させるためには、カルボキシメチルセルロース塩(Na、K、NH4などの塩)を使用することが好ましい。一方、薄片状カーボンとの親和性を向上させるためには、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用することが好ましい。また、流動性を重視する場合には、同じセルロース(誘導体)でも、セルロース部分が低分子量(重合度)のものを使用することが好ましく、強度重視の場合は高分子量のものを使用することが好ましい。 In order to improve the strength of the thermally conductive material, it is preferable to use carboxymethylcellulose salts (salts of Na, K, NH4, etc.). On the other hand, in order to improve the affinity with flaky carbon, it is preferable to use hydroxypropylcellulose or hydroxypropylmethylcellulose. In addition, if fluidity is important, it is preferable to use a cellulose (derivative) with a low molecular weight (degree of polymerization) in the cellulose part, and if strength is important, it is preferable to use a cellulose with a low molecular weight (degree of polymerization). preferable.

(1.4.その他の成分)
本発明の熱伝導材料において、薄片状カーボン並びに、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物以外にも、他の成分を含ませてもよい。このような他の成分としては、例えば、カーボンファイバー(特に繊維径500nm以下のカーボンナノファイバー)、活性炭、カーボンブラック(アセチレンブラック、オイルファーネスブラック等;特に導電性が高く、比表面積が大きいケッチェンブラック)、ガラス状カーボン、カーボンマイクロコイル、フラーレン、バイオマス系炭素材料(バガス、ソルガム、木くず、おがくず、竹、木皮、稲ワラ、籾殻、コーヒーかす、茶殻、おからかす、米糠、パルプくず等を原料としたもの;リグニンから製造したカーボンファイバー等)、セルロースナノファイバー、窒化ホウ素、モリブデン化合物(二硫化モリブデン、有機モリブデン等)、二硫化タングステン、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等)、メラミンシアヌレート、フタロシアニン、酸化鉛、フッ化カルシウム、層状鉱物(マイカ、タルク等)等を、本発明の効果を損なわない範囲で使用することもできる。
(1.4. Other ingredients)
In the thermally conductive material of the present invention, other components may be included in addition to the flaky carbon and the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon. Examples of such other components include carbon fiber (particularly carbon nanofibers with a fiber diameter of 500 nm or less), activated carbon, carbon black (acetylene black, oil furnace black, etc.; Ketchen, which has particularly high conductivity and a large specific surface area). black), glassy carbon, carbon microcoil, fullerene, biomass-based carbon materials (bagasse, sorghum, wood chips, sawdust, bamboo, wood bark, rice straw, rice husks, coffee grounds, used tea leaves, okara kasu, rice bran, pulp scraps, etc.) Raw materials; carbon fibers manufactured from lignin, etc.), cellulose nanofibers, boron nitride, molybdenum compounds (molybdenum disulfide, organic molybdenum, etc.), tungsten disulfide, fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene, etc.) (ethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), etc.), melamine cyanurate, phthalocyanine, lead oxide, calcium fluoride, layered minerals (mica, talc, etc.), etc. are used within the range that does not impair the effects of the present invention. You can also do that.

ただし、樹脂中に分散させやすく、塗布する際の塗膜の均一性、密着性等をさらに向上させる観点からは、他の成分の含有量は少ないことが好ましく、本発明の熱伝導材料の総量を100質量%として、0.01~10質量%とすることが好ましく、0.02~5質量%とすることがより好ましい。 However, from the viewpoint of making it easier to disperse in the resin and further improving the uniformity and adhesion of the coating film when applied, it is preferable that the content of other components is small, and the total amount of the thermally conductive material of the present invention It is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.02 to 5% by mass, where 100% by mass.

本発明の熱伝導材料の形状としては、特に制限はなく、塗膜、シート、塊状体、繊維等を挙げることができる。 The shape of the thermally conductive material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coating film, a sheet, a lump, a fiber, and the like.

本発明の熱伝導材料は、上記のとおり、熱伝導性に優れるのみならず、放熱性にも優れた材料である。このため、本発明の熱伝導材料は、熱伝導性に優れるのみならず、加熱された後に放熱することでよりすばやく放熱して温度を冷却することが可能である。このため、本発明の熱伝導材料は、熱伝導性放熱材料としても機能し得る。 As mentioned above, the thermally conductive material of the present invention is a material that not only has excellent thermal conductivity but also excellent heat dissipation. Therefore, the thermally conductive material of the present invention not only has excellent thermal conductivity, but also can quickly radiate heat and cool the temperature by radiating heat after being heated. Therefore, the thermally conductive material of the present invention can also function as a thermally conductive heat dissipating material.

本発明の熱伝導材料は、熱伝導性及び放熱性に優れることから、電子材料用熱伝導グリース、電子材料用放熱塗料、電子材料用熱伝導ゴム、LED用放熱塗料、ヒートシンク用塗料、各種熱交換器用コーティング等の用途に用いることができる。また、セルロースもしくはセルロース誘導体を加えることで、自立した膜を作製することもできる。 Since the thermally conductive material of the present invention has excellent thermal conductivity and heat dissipation, it can be used in thermally conductive grease for electronic materials, thermally conductive paint for electronic materials, thermally conductive rubber for electronic materials, thermally conductive paint for LEDs, paint for heat sinks, various types of thermal conductive materials, etc. It can be used for applications such as coating for exchangers. Furthermore, by adding cellulose or a cellulose derivative, a self-supporting membrane can also be produced.

(2.熱伝導材料の製造方法)
本発明は、熱伝導材料の製造方法に関する発明を含む。本発明の熱伝導材料の製造方法に関する発明は、薄片状カーボン100質量部に対し、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を1~100質量部含有する薄片状カーボン分散液と、ナノファイバー分散液とを混合する工程を有する。
(2. Method for manufacturing thermally conductive material)
The present invention includes inventions related to methods of manufacturing thermally conductive materials. The invention relating to the method for producing a thermally conductive material of the present invention provides a flaky carbon dispersion liquid containing 1 to 100 parts by mass of an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group based on 100 parts by mass of flaky carbon; It has a step of mixing with a fiber dispersion liquid.

(2.1.薄片状カーボン分散液の製造方法)
薄片状カーボンと、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物と、溶媒とを含有する分散体(薄片状カーボン分散液)において、薄片状カーボンと、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物については、上記した説明を採用することができる。また、薄片状カーボン分散体には、必要に応じて、上記した他の成分を含ませることもできる。
(2.1. Method for producing flaky carbon dispersion)
A dispersion (flake carbon dispersion) containing flaky carbon, an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, and a solvent, which has flaky carbon and a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. Regarding the organic compound, the above explanation can be adopted. Further, the flaky carbon dispersion can also contain the other components mentioned above, if necessary.

薄片状カーボン分散液を作製するために使用される溶媒としては、薄片状カーボンの分散性、得られる熱伝導材料の熱伝導性及び放熱性等の観点から、水を主溶媒として用いることが好ましい。 As the solvent used to prepare the flaky carbon dispersion, it is preferable to use water as the main solvent from the viewpoints of dispersibility of the flaky carbon, thermal conductivity and heat dissipation of the resulting thermally conductive material, etc. .

使用する溶媒中の水の含有量は、特に制限されないが、薄片状カーボンの分散性、得られる熱伝導材料の熱伝導性及び放熱性等の観点から、溶媒の総量を100質量%として、70質量%以上(70~100質量%)が好ましく、75~100質量%がより好ましい。 The content of water in the solvent used is not particularly limited, but from the viewpoint of dispersibility of flaky carbon, thermal conductivity and heat dissipation of the resulting thermally conductive material, etc., the content of water in the solvent used is 70% by mass, assuming the total amount of the solvent is 100% by mass. It is preferably at least 70% by mass (70 to 100% by mass), more preferably 75 to 100% by mass.

なお、本発明において、溶媒としては、水のみを使用してもよく、有機溶媒は必ずしも使用しなくてもよいが、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の水への溶解性をより向上させるために、メタノール、エタノール、2-プロパノール、tert-ブチルアルコール等のアルコール;エチレングリコール等のグリコール;グリセリン;2-メトキシエタノール等の有機溶媒を使用してもよい。 In the present invention, as a solvent, only water may be used, and an organic solvent may not necessarily be used, but the solubility of an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group in water may be To further improve the performance, alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, and tert-butyl alcohol; glycols such as ethylene glycol; glycerin; and organic solvents such as 2-methoxyethanol may be used.

使用する溶媒中の有機溶媒の含有量は、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の溶解度、得られる熱伝導材料の熱伝導性及び放熱性等の観点から、溶媒の総量を100質量%として、30質量%以下(0~30質量%)が好ましく、5~25質量%がより好ましい。 The content of the organic solvent in the solvent to be used is determined from the viewpoint of the solubility of the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with carbon affinity, and the thermal conductivity and heat dissipation property of the resulting thermally conductive material, etc. % is preferably 30% by mass or less (0 to 30% by mass), more preferably 5 to 25% by mass.

上記薄片状カーボン分散液において、薄片状カーボンの含有量は、特に制限されない。本発明の熱伝導材料の組成としやすい観点から、薄片状カーボン分散液の総量を100質量%として、20質量%以下が好ましく、0.0001~15質量%がより好ましく、0.001~10質量%がさらに好ましい。 In the flaky carbon dispersion, the content of flaky carbon is not particularly limited. From the viewpoint of easy composition of the thermally conductive material of the present invention, the total amount of the flaky carbon dispersion is 100% by mass, preferably 20% by mass or less, more preferably 0.0001 to 15% by mass, and 0.001 to 10% by mass. % is more preferred.

さらに、溶媒の含有量は、特に制限されないが、本発明の熱伝導材料の組成としやすい観点から、薄片状カーボン分散液の総量を100質量%として、40~99.9998質量%とすることが好ましく、63~99.998質量%とすることがより好ましく、85~99.98質量%とすることがさらに好ましい。 Further, the content of the solvent is not particularly limited, but from the viewpoint of easy composition of the thermally conductive material of the present invention, the content of the solvent may be 40 to 99.9998% by mass, assuming the total amount of the flaky carbon dispersion as 100% by mass. The content is preferably from 63 to 99.998% by mass, and even more preferably from 85 to 99.98% by mass.

薄片状カーボン分散液の製造方法は、特に制限されず、例えば、溶媒に対して薄片状カーボン、並びに、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を投入することにより得ることができる。より具体的には、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の分散体に薄片状カーボンを投入することもできるし、薄片状カーボンの分散体に親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を投入することもできる。また、溶媒中に、薄片状カーボン、並びに、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を同時に投入することもできる。 The method for producing a flaky carbon dispersion is not particularly limited, and can be obtained by, for example, adding flaky carbon and an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group to a solvent. More specifically, flaky carbon can be added to a dispersion of an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, or flaky carbon can be added to a dispersion of flaky carbon having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. Organic compounds can also be introduced. Furthermore, flaky carbon and an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon can be simultaneously introduced into the solvent.

ただし、薄片状カーボンの分散性をより向上させて凝集しにくくし、得られる本発明の熱伝導材料の熱伝導性及び放熱性をさらに高めるためには、回転する回転盤と、前記回転盤と略平行に設置された盤との間に、層状構造を有する炭素質材料(後述する通り、薄片状カーボン製造のための材料である。)と、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物とを含む組成物を設置し、前記回転盤と前記盤との最短距離が200μm以下となるように調整しながら、前記組成物中の炭素質材料に対してせん断処理を施すことが好ましい(磨砕法)。 However, in order to further improve the dispersibility of flaky carbon and make it difficult to aggregate, and to further increase the thermal conductivity and heat dissipation properties of the resulting thermally conductive material of the present invention, it is necessary to A carbonaceous material having a layered structure (as described later, this is a material for producing flaky carbon) and an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group are placed between the plates installed approximately parallel to each other. It is preferable to install a composition containing a carbonaceous material in the composition and apply shearing treatment to the carbonaceous material in the composition while adjusting the shortest distance between the rotary disk and the disk to be 200 μm or less (polishing). crushing method).

せん断処理を施すことにより、層状構造を有する炭素質材料の微粒化が起こるために、条件によってはグラフェン構造を維持できない可能性もあるが、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を効率よく行うことができ、処理時間を低減することができる。このようなせん断処理を施す際の前記回転盤と前記盤とは略平行に設置されているが、厳密に平行でなくてもよい。具体的には、前記回転盤に垂直な軸と、前記盤に垂直な軸とのなす角は10°以下が好ましく、5°以下がより好ましい。なお、前記回転盤に垂直な軸と、前記盤に垂直な軸とが厳密に平行であることが最も好ましい。このようなせん断処理を施す際の二面間の最短距離は、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができるものであれば特に制限はないが、200μm以下が好ましく、1~50μmがより好ましく、2~30μmがさらに好ましい。なお、前記回転盤と前記盤とは略平行に設置されているが、前記回転盤と前記盤との距離は場所によって異なることもある。この場合、前記回転盤と前記盤との最短距離は、前記回転盤と前記盤との間の距離のうち、最も短い箇所の距離を意味する。また、必ずしもあらかじめ前記回転盤と前記盤とを空ける必要はなく、前記回転盤と前記盤との間に処理する材料を挟んでもよく、また、前記回転盤と前記盤とを接触させておき、層状構造を有する炭素質材料が挟まることにより前記回転盤と前記盤との間が広がる状態になってもよい。このようなせん断処理は、盤状のものを回転させる機構があればよく、石臼、振動式ミキサー、スピンコーター、グラインダー等を用いて行い得る。 Due to the shearing process, the carbonaceous material with a layered structure becomes atomized, so depending on the conditions, it may not be possible to maintain the graphene structure, but it is possible to efficiently thin the carbonaceous material with a layered structure. processing time can be reduced. Although the rotary disk and the disk when performing such shearing treatment are installed substantially parallel to each other, they do not need to be strictly parallel to each other. Specifically, the angle between the axis perpendicular to the rotary disk and the axis perpendicular to the disk is preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less. Note that it is most preferable that the axis perpendicular to the rotary disk and the axis perpendicular to the disk be strictly parallel. The shortest distance between two surfaces when performing such shearing treatment is not particularly limited as long as it can sufficiently thin the carbonaceous material having a layered structure, but it is preferably 200 μm or less, and 1 ~50 μm is more preferred, and 2 ~ 30 μm is even more preferred. Although the rotary disk and the disk are installed substantially parallel to each other, the distance between the rotary disk and the disk may vary depending on the location. In this case, the shortest distance between the rotary disk and the disk means the distance at the shortest point among the distances between the rotary disk and the disk. Further, it is not always necessary to vacate the rotary disk and the disk beforehand, and the material to be processed may be sandwiched between the rotary disk and the disk, or the rotary disk and the disk are brought into contact with each other, The gap between the rotary disk and the disk may be widened by sandwiching a carbonaceous material having a layered structure. Such shearing treatment may be performed using a mechanism for rotating a disc-shaped object, such as a stone mill, a vibratory mixer, a spin coater, a grinder, or the like.

この際使用できる前記回転盤と前記盤の大きさは特に制限はなく、5~500mmが好ましく、10~200mmがより好ましい。また、せん断処理を行う際の回転盤の回転数は特に制限はなく、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができる範囲とすることが好ましく、例えば、1000~10000ppmが好ましく、2000~5000ppmがより好ましい。 The size of the rotary disk and the disk that can be used at this time is not particularly limited, and is preferably 5 to 500 mm, more preferably 10 to 200 mm. Furthermore, there is no particular restriction on the number of revolutions of the rotary disk when performing the shearing treatment, and it is preferably within a range that allows sufficient thinning of the carbonaceous material having a layered structure, for example, 1,000 to 10,000 ppm is preferable. , 2000 to 5000 ppm is more preferable.

このようなせん断処理をすることにより、盤と層状構造を有する炭素質材料、層状構造を有する炭素質材料と層状構造を有する炭素質材料を接触させて層状構造を有する炭素質材料に対して層状構造を有する炭素質材料のグラフェン層と平行方向にせん断をかけることができる。 By performing such shearing treatment, the carbonaceous material having a layered structure is brought into contact with the carbonaceous material having a layered structure, and the carbonaceous material having a layered structure is brought into contact with the carbonaceous material having a layered structure. Shearing can be applied in a direction parallel to the graphene layer of the carbonaceous material having the structure.

せん断処理における前記回転盤と前記盤との間の最短距離を小さくし、回転盤の回転速度を早くすることにより、条件をより強くすることが可能であり、層状構造を有する炭素質材料の薄片化をより効率よく行うことができ、処理時間をより低減することができる。このせん断操作は、1回以上、好ましくは3回以上行い得る。 It is possible to make the conditions stronger by reducing the shortest distance between the rotary disks and increasing the rotation speed of the rotary disks in the shearing treatment, and it is possible to make the conditions stronger by reducing the shortest distance between the rotary disks and the disks and increasing the rotation speed of the rotary disks. processing can be performed more efficiently and processing time can be further reduced. This shearing operation may be performed one or more times, preferably three or more times.

せん断処理を行う温度は特に制限はなく、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができる温度とすればよく、0℃以上、さらに0~100℃、特に20~95℃とし得る。なお、せん断処理を行う温度は、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物の溶解度が高い条件がよく、温度が高いほうが溶解度が増す場合は高温のほうが好ましく、曇点を有する水溶性化合物を使用する場合は曇点以下の温度に保持することが好ましい。 The temperature at which the shearing treatment is performed is not particularly limited, and may be any temperature that can sufficiently thin the carbonaceous material having a layered structure, and may be 0°C or higher, further 0 to 100°C, particularly 20 to 95°C. obtain. In addition, the temperature at which the shearing treatment is performed is preferably a condition where the solubility of the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with high affinity for carbon is high.If the solubility increases at a higher temperature, a higher temperature is preferable. When using a water-soluble compound, it is preferable to maintain the temperature below the cloud point.

上記のせん断処理を行う前に、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物とをよく接触させるため、撹拌装置、超音波分散装置等を用いて組成物を作製する前にあらかじめ撹拌し、層状構造を有する炭素質材料表面に、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物をなじませておいてもよい。 Before performing the above shearing treatment, a stirring device, an ultrasonic dispersion device, etc. are used to bring the carbonaceous material having a layered structure into good contact with the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group that has a high affinity for carbon. Before preparing the composition, the organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group having high affinity for carbon may be blended onto the surface of the carbonaceous material having a layered structure by stirring in advance.

なお、本発明において、層状構造を有する炭素質材料として、酸化黒鉛を使用する場合には、上記せん断処理を施した分散体中には、薄片状カーボンの酸化物として存在している。このため、層状構造を有する炭素質材料として、酸化黒鉛を使用する場合には、後処理として還元処理を施すことが好ましい。還元処理としては、化学還元、電気化学還元等、種々の方法が採用できるが、化学還元が好ましい。なかでも、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム等のような還元剤による化学還元が好ましい。還元剤量は、薄片状カーボンの酸化物1質量部に対して、0.01~10質量部が好ましく、0.1~5質量部がより好ましく、0.5~3質量部がさらに好ましい。また、還元時に加熱を行うとより還元しやすくなる。加熱温度は、40~200℃が好ましく、50~150℃がより好ましく、60~120℃がさらに好ましい。還元時間は10分~64時間が好ましく、30分~48時間がより好ましく、1~24時間がさらに好ましい。ただし、グラフェン構造が過度に破壊されない程度とすることが好ましい。 In the present invention, when graphite oxide is used as the carbonaceous material having a layered structure, it is present as an oxide of flaky carbon in the sheared dispersion. Therefore, when graphite oxide is used as the carbonaceous material having a layered structure, it is preferable to perform a reduction treatment as a post-treatment. As the reduction treatment, various methods such as chemical reduction and electrochemical reduction can be employed, but chemical reduction is preferable. Among these, chemical reduction using a reducing agent such as hydrazine, sodium borohydride, etc. is preferred. The amount of the reducing agent is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 3 parts by mass, per 1 part by mass of the flaky carbon oxide. In addition, heating during the reduction makes the reduction easier. The heating temperature is preferably 40 to 200°C, more preferably 50 to 150°C, even more preferably 60 to 120°C. The reduction time is preferably 10 minutes to 64 hours, more preferably 30 minutes to 48 hours, and even more preferably 1 to 24 hours. However, it is preferable to set the amount to such an extent that the graphene structure is not excessively destroyed.

上記した製造方法によれば、薄片状カーボンは、上記した薄片状カーボン分散体として得られ得る。この製造方法では、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物を含んでいるため、薄片状カーボン分散体においても、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物が含まれている。この親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物は、薄片状カーボン表面に吸着して溶媒中で薄片状カーボンを高濃度に孤立分散させることも可能であるため、薄片状カーボン分散体においては分散剤としても機能する。また、前記親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物は市販品を用いることができ、コスト及び分散性の両方で従来品より優位性がある。さらに、この親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物は、薄片状カーボン表面に残存することによって、十分な熱伝導性及び放熱性を発揮することができる。 According to the above-described manufacturing method, flaky carbon can be obtained as the above-described flaky carbon dispersion. In this production method, since an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group having a high affinity for carbon is included, even in the flaky carbon dispersion, an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group having a high affinity for carbon is used. include. This organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with high affinity for carbon can be adsorbed onto the surface of flaky carbon and can isolate and disperse flaky carbon in a solvent at a high concentration. In the body, it also functions as a dispersant. Further, as the organic compound having the hydrophilic group and the hydrophobic group having high affinity for carbon, a commercially available product can be used, which is superior to conventional products in terms of both cost and dispersibility. Furthermore, this organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group having high affinity for carbon can exhibit sufficient thermal conductivity and heat dissipation by remaining on the flaky carbon surface.

また、従来の酸化処理及び還元処理を行う方法においては、還元処理の際にプラスチック基板が加水分解されること、還元処理を施すと薄片状カーボンが凝集するため分散体として存在し得ないこと等から、プラスチック基板上に薄片状カーボン分散体を形成することは不可能であったが、本発明においては、上記親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物を含ませつつ特定の処理を行うことで、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のプラスチック基板が加水分解を受けることなく、薄片状カーボン分散体を基板上に形成することも可能である。 In addition, in the conventional method of performing oxidation treatment and reduction treatment, the plastic substrate is hydrolyzed during the reduction treatment, and when the reduction treatment is performed, the flaky carbon aggregates and cannot exist as a dispersion. Therefore, it has been impossible to form a flaky carbon dispersion on a plastic substrate. However, in the present invention, it is possible to form a flaky carbon dispersion on a plastic substrate while containing an organic compound having the above hydrophilic group and a hydrophobic group with high affinity for carbon. By performing the treatment, it is also possible to form a flaky carbon dispersion on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate (PET) without undergoing hydrolysis.

また、薄片状カーボン分散液は、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物とを含む組成物に対して、30MPa以上の加圧処理を行うことによっても製造することができる(高圧分散法)。 The flaky carbon dispersion can also be obtained by subjecting a composition containing a carbonaceous material having a layered structure and an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with carbon affinity to a pressure treatment of 30 MPa or more. can be manufactured (high pressure dispersion method).

高圧分散法を採用する場合、上記のとおり、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物とを含む組成物に対して、30MPa以上の加圧処理を行うことが好ましい。 When employing the high-pressure dispersion method, as described above, a composition containing a carbonaceous material having a layered structure and an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with high affinity for carbon is subjected to a pressure of 30 MPa or more. Preferably, the treatment is carried out.

加圧処理を施すことにより、層状構造を有する炭素質材料の微粒化が起こるために、条件によってはグラフェン構造を維持できない可能性もあるが、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を効率よく行うことができ、処理時間を低減することができる。このような加圧処理を施す際の加圧レベルは、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができるものであれば特に制限はないが、30MPa以上が好ましく、50~400MPaがより好ましく、100~300MPaがさらに好ましい。このような加圧処理は、高圧分散装置や超臨界水作製装置等を用いて行い得る。高圧分散装置は力学的な圧力をかけることにより分散することができ、超臨界水作製装置においては、水を加熱することにより系の圧力を上げることができる。 Pressure treatment causes the carbonaceous material with a layered structure to become atomized, so depending on the conditions, it may not be possible to maintain the graphene structure, but it is possible to efficiently thin the carbonaceous material with a layered structure. processing time can be reduced. The pressure level when performing such pressure treatment is not particularly limited as long as it can sufficiently thin the carbonaceous material having a layered structure, but it is preferably 30 MPa or more, and 50 to 400 MPa. is more preferable, and even more preferably 100 to 300 MPa. Such pressure treatment can be performed using a high-pressure dispersion device, a supercritical water production device, or the like. A high-pressure dispersion device can perform dispersion by applying mechanical pressure, and a supercritical water production device can increase the pressure of the system by heating water.

このような加圧により、例えば、
(i)2個以上の前記炭素質材料分散体同士を衝突させること、
(ii)前記炭素質材料分散体と金属又はセラミックス材料(炭化ケイ素、アルミナ等高硬度の材料)とを衝突させること、
(iii)前記炭素質材料分散体を断面積1cm以下の空間を通過させること
等の処理を行い得る。
By applying such pressure, for example,
(i) Colliding two or more of the carbonaceous material dispersions with each other;
(ii) Colliding the carbonaceous material dispersion with a metal or ceramic material (high hardness material such as silicon carbide or alumina);
(iii) A process such as passing the carbonaceous material dispersion through a space having a cross-sectional area of 1 cm 2 or less may be performed.

上記(i)及び(ii)によれば、加圧条件をより強くすることが可能であり、層状構造を有する炭素質材料の薄片化をより効率よく行うことができ、処理時間をより低減することができる。また、上記(iii)によれば、グラフェン構造をより維持しつつ、層状構造を有する炭素質材料の薄片化をより適切に行うことができる。この加圧操作を1回以上、好ましくは10回以上行うことができる。 According to (i) and (ii) above, the pressurizing conditions can be made stronger, the carbonaceous material having a layered structure can be more efficiently sliced, and the processing time can be further reduced. be able to. Further, according to (iii) above, the carbonaceous material having a layered structure can be more appropriately thinned while maintaining the graphene structure. This pressurizing operation can be performed one or more times, preferably ten or more times.

加圧温度は特に制限はなく、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができる温度とすればよく、上記(i)及び(ii)の場合は0~100℃、特に20~95℃とし得る。また、上記(iii)の場合、力学的に圧力をかける場合は、0~100℃が好ましく、水の超臨界状態により圧力を生み出す場合は、373~700℃が好ましく、380~450℃がより好ましい。 The pressurizing temperature is not particularly limited and may be any temperature that can sufficiently thin the carbonaceous material having a layered structure. It can be ~95°C. In the case of (iii) above, when pressure is applied dynamically, the temperature is preferably 0 to 100°C, and when pressure is generated by the supercritical state of water, the temperature is preferably 373 to 700°C, and more preferably 380 to 450°C. preferable.

なお、前記加圧処理を行う際には、予備処理(前処理)として、超音波分散処理を行い、層状構造を有する炭素質材料の微粒化を行っておくことが好ましい。これにより、目詰まり防止等の効果を有し得る。 Note that when performing the pressure treatment, it is preferable to perform ultrasonic dispersion treatment as a preliminary treatment (pretreatment) to atomize the carbonaceous material having a layered structure. This can have effects such as preventing clogging.

超音波分散処理を施す際の出力は特に制限はないが、層状構造を有する炭素質材料の薄片化の観点から、通常行われる超音波分散処理(40~50W程度)よりも強力なものとすることが好ましい。具体的には、超音波分散処理の出力は、100W以上が好ましく、300~20000Wがより好ましく、400~18000Wがさらに好ましい。 There is no particular limit to the power output when performing ultrasonic dispersion treatment, but from the perspective of thinning the carbonaceous material having a layered structure, it should be more powerful than the normally performed ultrasonic dispersion treatment (approximately 40 to 50 W). It is preferable. Specifically, the output of the ultrasonic dispersion treatment is preferably 100 W or more, more preferably 300 to 20,000 W, and even more preferably 400 to 18,000 W.

超音波分散温度は特に制限はなく、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができる温度とすればよく、0~80℃、特に10~70℃とし得る。超音波分散時間は特に制限はなく、層状構造を有する炭素質材料の薄片化を十分に行うことができる時間とすればよく、1~600分、特に3~120分とし得る。 The ultrasonic dispersion temperature is not particularly limited, and may be any temperature that can sufficiently thin the carbonaceous material having a layered structure, and may be 0 to 80°C, particularly 10 to 70°C. The ultrasonic dispersion time is not particularly limited, and may be any time that allows sufficient thinning of the carbonaceous material having a layered structure, and may be from 1 to 600 minutes, particularly from 3 to 120 minutes.

また、これらの処理の前処理又は後処理として、通常の機械的撹拌、乳化装置による分散処理、ビーズミルによる分散処理等の他の分散装置による分散処理を併用してもよい。 Further, as pre-treatment or post-treatment of these treatments, dispersion treatment using other dispersion devices such as ordinary mechanical stirring, dispersion treatment using an emulsifying device, dispersion treatment using a bead mill, etc. may be used in combination.

なお、本発明において、層状構造を有する炭素質材料として、酸化黒鉛を使用する場合には、上記加圧処理を施した分散体中には、薄片状カーボンの酸化物として存在している。このため、層状構造を有する炭素質材料として、酸化黒鉛を使用する場合には、後処理として還元処理を施すことが好ましい。還元処理としては、化学還元、電気化学還元等、種々の方法が採用できるが、化学還元が好ましい。なかでも、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム等のような還元剤による化学還元が好ましい。還元剤量は、薄片状カーボンの酸化物1質量部に対して、0.01~10質量部が好ましく、0.1~5質量部がより好ましく、0.5~3質量部がさらに好ましい。また、還元時に加熱を行うとより還元しやすくなる。加熱温度は、40~200℃が好ましく、50~150℃がより好ましく、60~120℃がさらに好ましい。還元時間は10分~64時間が好ましく、30分~48時間がより好ましく、1~24時間がさらに好ましい。ただし、グラフェン構造が過度に破壊されない程度とすることが好ましい。 In the present invention, when graphite oxide is used as the carbonaceous material having a layered structure, it is present as an oxide of flaky carbon in the pressure-treated dispersion. Therefore, when graphite oxide is used as the carbonaceous material having a layered structure, it is preferable to perform a reduction treatment as a post-treatment. As the reduction treatment, various methods such as chemical reduction and electrochemical reduction can be employed, but chemical reduction is preferable. Among these, chemical reduction using a reducing agent such as hydrazine, sodium borohydride, etc. is preferred. The amount of the reducing agent is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 3 parts by mass, per 1 part by mass of the flaky carbon oxide. In addition, heating during the reduction makes the reduction easier. The heating temperature is preferably 40 to 200°C, more preferably 50 to 150°C, even more preferably 60 to 120°C. The reduction time is preferably 10 minutes to 64 hours, more preferably 30 minutes to 48 hours, and even more preferably 1 to 24 hours. However, it is preferable to set the amount to such an extent that the graphene structure is not excessively destroyed.

なお、得られる本発明の熱伝導性及び放熱性の観点からは、磨砕法が最も好ましい。 Note that the grinding method is most preferable from the viewpoint of the thermal conductivity and heat dissipation of the resulting present invention.

従来は、湿式法にて薄片状カーボンを作製する場合、薄片状カーボンの酸化物及び水性溶媒を含む水分散体に還元処理を施していたが、この方法ではグラフェン構造を維持することが困難であるとともに、得られる薄片状カーボンが激しく凝集してしまうため、薄片状カーボン水分散体を得ることは困難である。また、安全性の観点でも問題がある。 Conventionally, when producing flaky carbon using a wet method, an aqueous dispersion containing a flaky carbon oxide and an aqueous solvent was subjected to a reduction treatment, but with this method, it was difficult to maintain the graphene structure. At the same time, the resulting flaky carbon aggregates violently, making it difficult to obtain a flaky carbon aqueous dispersion. There are also problems from a safety perspective.

高圧処理を行う際には薄片状カーボン水分散液を得ることはできるが、得られる薄片状カーボンが破壊されやすく、製造に時間がかかる傾向があるうえに、剥離し損ねた塊が残存することもある。 Although it is possible to obtain a flaky carbon aqueous dispersion when performing high-pressure treatment, the obtained flaky carbon tends to be easily destroyed and production tends to take time, and lumps that fail to be peeled remain. There is also.

一方、本発明においては、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を使用することにより、グラフェン構造を維持した薄片状カーボンが凝集することなく、均一分散した状態(薄片状カーボン分散液)で薄片状カーボンを得ることができ、得られる薄片状カーボンも破壊されにくく、短時間で薄片状カーボンを得ることもできるうえに剥離し損ねた塊も残存しにくい。この際、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物は、薄片状カーボンを均一分散させるための分散剤としても機能し得る。 On the other hand, in the present invention, by using an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, flaky carbon that maintains the graphene structure is uniformly dispersed without agglomeration (flake carbon dispersion). The flaky carbon obtained is also difficult to break, and the flaky carbon can be obtained in a short time, and lumps that fail to be peeled off are unlikely to remain. At this time, the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group can also function as a dispersant for uniformly dispersing the flaky carbon.

同様に、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量は、特に制限されない。但し、本発明の熱伝導材料の組成としやすいという理由から、薄片状カーボン分散体の総量を100質量%として、0.00001~99.9質量%とすることが好ましく、0.0001~50質量%とすることがより好ましく、0.001~30質量%とすることがさらに好ましい。 Similarly, the content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group is not particularly limited. However, since it is easy to form the composition of the thermally conductive material of the present invention, the total amount of flaky carbon dispersion is 100% by mass, and it is preferably 0.00001 to 99.9% by mass, and 0.0001 to 50% by mass. %, and even more preferably 0.001 to 30% by mass.

同様に、上記薄片状カーボン分散体中における親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量は、特に制限されず、本発明の熱伝導材料の組成としやすい観点から、薄片状カーボン100質量部に対して、1~100質量部とすることが好ましく、2~80質量部とすることがより好ましい。 Similarly, the content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group in the flaky carbon dispersion is not particularly limited, and from the viewpoint of easy composition of the thermally conductive material of the present invention, flaky carbon 100 It is preferably 1 to 100 parts by weight, more preferably 2 to 80 parts by weight.

なお、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量は、少ないほうが相対的に層状構造を有する炭素質材料の含有量が大きくなり熱伝導性及び放熱性が向上しやすいとともに、安価に処理しやすい。一方、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量が多いほうが薄片化(層間剥離)がより起こりやすいために薄片状カーボンをより効率的に得られる傾向があるが、粘度が高くなると逆に薄片化効率が下がる可能性もある。 Note that the lower the content of organic compounds having hydrophilic groups and carbon-affinity hydrophobic groups, the higher the content of carbonaceous materials with a layered structure, which tends to improve thermal conductivity and heat dissipation, and is also less expensive. Easy to process. On the other hand, when the content of an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with carbon affinity is high, flaky carbon tends to be obtained more efficiently because flaking (delamination) occurs more easily, but the viscosity is high. If this happens, there is a possibility that the thinning efficiency will decrease.

このため、熱伝導性、放熱性、コスト、薄片化の効率等のバランスの観点から、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量を適宜設定することが好ましい。なお、この製造方法において、炭素質材料分散体を使用する場合は、当該炭素質材料分散体中の親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の含有量を上記範囲内とすることが好ましい。 For this reason, it is preferable to appropriately set the content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group from the viewpoint of the balance of thermal conductivity, heat dissipation, cost, efficiency of thinning, and the like. In addition, in this production method, when using a carbonaceous material dispersion, it is preferable that the content of the organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group in the carbonaceous material dispersion is within the above range. .

また、せん断方法によれば、力のかかる方向が層状構造を有する炭素質材料の面方向と平行であり、且つ、狭い空間で処理するため、従来の高速攪拌、超音波処理、高圧処理等による製造方法と比較して、破壊が少なく、大きめのサイズの薄片状カーボン(例えば、大きさが1μm以上の薄片状カーボン)を得ることができ、剥離の効率がよく短時間(少ないパス回数)で処理を行うことができるとともに、剥離し損ねた厚みのある塊が残りにくい。 In addition, according to the shearing method, the direction in which the force is applied is parallel to the surface direction of the carbonaceous material having a layered structure, and since the treatment is performed in a narrow space, conventional high-speed stirring, ultrasonic treatment, high-pressure treatment, etc. Compared to the manufacturing method, this method causes less destruction, can obtain larger-sized flaky carbon (for example, flaky carbon with a size of 1 μm or more), and has good peeling efficiency in a short time (fewer passes). It is possible to perform the treatment, and it is difficult to leave thick lumps that could not be peeled off.

上記した層状構造を有する炭素質材料としては、特に制限はされず、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、土状黒鉛、酸化黒鉛等が挙げられる。酸化黒鉛とは、例えば、硫酸、硝酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素等の1種以上の酸化剤により酸化された黒鉛が使用され得る。例えば、ハマーズ法により酸化黒鉛を得る場合には、黒鉛を濃硫酸中に浸し、過マンガン酸カリウムを加えて黒鉛を酸化させた後、反応物を希硫酸及び/又は過酸化水素でクエンチし、その後、蒸留水で洗浄すること等により、炭素原子に酸素原子が結合し、層間に酸素原子が導入されて酸化黒鉛を得ることができる。 The carbonaceous material having the layered structure described above is not particularly limited, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, earthy graphite, and oxidized graphite. The oxidized graphite may be, for example, graphite oxidized with one or more oxidizing agents such as sulfuric acid, nitric acid, potassium permanganate, and hydrogen peroxide. For example, when obtaining graphite oxide by the Hammers method, graphite is immersed in concentrated sulfuric acid, potassium permanganate is added to oxidize the graphite, and the reaction product is quenched with dilute sulfuric acid and/or hydrogen peroxide. Thereafter, by washing with distilled water or the like, oxygen atoms bond to carbon atoms, oxygen atoms are introduced between the layers, and graphite oxide can be obtained.

なかでも、酸素等の異種原子を含まない純度の高い薄片状カーボンを得ようとする場合には、黒鉛を原料として用いることが好ましく、天然黒鉛及び膨張黒鉛を用いることがより好ましい。なお、膨張黒鉛を使用する場合は、グラフェン構造の酸化が少ない膨張黒鉛を採用することが好ましい。また、膨張黒鉛を使用する場合は、300~1000℃程度で10秒~5時間程度加熱処理を加えてから用いてもよい。これにより、適度に膨張させた膨張黒鉛とすることも可能である。 Among these, when trying to obtain highly pure flaky carbon that does not contain foreign atoms such as oxygen, it is preferable to use graphite as a raw material, and it is more preferable to use natural graphite and expanded graphite. In addition, when using expanded graphite, it is preferable to employ expanded graphite whose graphene structure is less likely to be oxidized. Furthermore, when using expanded graphite, it may be heat-treated at about 300 to 1000° C. for about 10 seconds to 5 hours before use. Thereby, it is also possible to obtain expanded graphite that has been expanded appropriately.

また、製造の容易さを重視する場合には、酸化黒鉛を使用してもよい。酸化黒鉛を使用することにより、層間に溶媒分子が挿入されやすく、層方向にのみ剥離させることが容易であり、薄片化効率及び分散性が向上するため、処理時間をより短くすることが可能である。ただし、酸化黒鉛を使用する場合には、後に還元処理が必要となり、グラフェン構造、導電性及び強度をより維持する観点からは、他の材料(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、土状黒鉛)が好ましい。 Furthermore, when ease of manufacture is important, graphite oxide may be used. By using graphite oxide, solvent molecules are easily inserted between the layers, making it easy to peel only in the layer direction, improving exfoliation efficiency and dispersibility, making it possible to shorten processing time. be. However, when using graphite oxide, reduction treatment is required afterwards, and from the viewpoint of maintaining the graphene structure, conductivity, and strength, other materials (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, earthy graphite) are recommended. is preferred.

一方、分散性をより向上させるために、土状黒鉛を採用することも可能である。ただし、結晶性,純度及び構造維持の観点からは、他の材料(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、酸化黒鉛)が好ましい。 On the other hand, in order to further improve dispersibility, it is also possible to employ earthy graphite. However, from the viewpoint of crystallinity, purity, and structure maintenance, other materials (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, and oxidized graphite) are preferable.

また、得られる薄片状カーボンの結晶性、強度、構造維持等を重視する場合には、人造黒鉛を使用することもできる。 In addition, when emphasis is placed on the crystallinity, strength, structure maintenance, etc. of the obtained flaky carbon, artificial graphite can also be used.

本発明において、回転する回転盤と,それに対して概平行に設置された盤の間で,二面間の最短距離が200μm以下を保持した状態でせん断を加える処理を行う際の系中における層状構造を有する炭素質材料の含有量は、特に制限されないが、薄片状カーボン分散体を製造するために用いられる組成物の総量を100質量%として、20質量%以下が好ましく、0.0001~15質量%がより好ましく、0.001~10質量%がさらに好ましい。なお、層状構造を有する炭素質材料の含有量は、薄いほうが薄片化(層間剥離)がより起こりやすいために薄片状カーボンをより効率的に得られ、処理回数をより少なくできる傾向があるとともに、粘度を適切に維持してせん断処理等を行いやすい傾向がある。一方、層状構造を有する炭素質材料の含有量が濃いほうがより生産性に優れている。このため、薄片化の効率、粘度、生産性等のバランスの観点から、層状構造を有する炭素質材料の含有量を適宜設定することが好ましい。なお、炭素質材料分散体を使用する場合は、当該薄片状カーボン分散体中の層状構造を有する炭素質材料の含有量を上記範囲内とすることが好ましい。 In the present invention, the layered structure in the system is applied when shearing is performed between a rotating rotary disk and a disk installed approximately parallel to it, with the shortest distance between the two surfaces maintained at 200 μm or less. The content of the structured carbonaceous material is not particularly limited, but is preferably 20% by mass or less, and 0.0001 to 15% by mass, based on 100% by mass of the total amount of the composition used to produce the flaky carbon dispersion. It is more preferably 0.001 to 10% by mass, and even more preferably 0.001 to 10% by mass. It should be noted that the thinner the content of the carbonaceous material having a layered structure, the more likely it is that flaking (delamination) will occur, so flaky carbon can be obtained more efficiently and the number of treatments can be reduced. It tends to maintain appropriate viscosity and facilitate shearing treatment. On the other hand, the higher the content of the carbonaceous material having a layered structure, the better the productivity. For this reason, it is preferable to appropriately set the content of the carbonaceous material having a layered structure from the viewpoint of the balance of thinning efficiency, viscosity, productivity, etc. In addition, when using a carbonaceous material dispersion, it is preferable that the content of the carbonaceous material having a layered structure in the flaky carbon dispersion is within the above range.

上記した薄片状カーボン分散液を製造する際には、上記のとおり、層状構造を有する炭素質材料を、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の共存下で、特定の処理を行うことが好ましいが、層状構造を有する炭素質材料の薄片化効率、得られる薄片状カーボンの熱伝導性、放熱性等の観点から、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物とを含む炭素質材料分散体に対して、特定の処理を行うことが好ましい。 When producing the flaky carbon dispersion described above, as described above, a carbonaceous material having a layered structure is subjected to a specific treatment in the coexistence of an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. However, from the viewpoint of exfoliation efficiency of the carbonaceous material having a layered structure, thermal conductivity and heat dissipation of the obtained flaky carbon, it is preferable to use a carbonaceous material having a layered structure, a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. It is preferable to perform a specific treatment on a carbonaceous material dispersion containing an organic compound having

溶媒としては、上記したものを採用できる。この際、炭素質材料分散体(炭素質材料分散液又は炭素質材料塗膜)を作製するために使用される溶媒としては、上記したものを採用できる。 As the solvent, those mentioned above can be employed. At this time, as the solvent used to prepare the carbonaceous material dispersion (carbonaceous material dispersion or carbonaceous material coating), the solvents described above can be employed.

本発明において、溶媒を使用した炭素質材料分散液を用いて特定の処理を行う場合、炭素質材料分散液中の溶媒の総量は、特に制限されないが、層状構造を有する炭素質材料の薄片化効率、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物の溶解度等の観点から、炭素質材料分散液の総量を100質量%として、40~99.9998質量%とすることが好ましく、63~99.998質量%とすることがより好ましく、85~99.98質量%とすることがさらに好ましい。 In the present invention, when a specific treatment is performed using a carbonaceous material dispersion using a solvent, the total amount of the solvent in the carbonaceous material dispersion is not particularly limited; From the viewpoint of efficiency, solubility of an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group, etc., the total amount of the carbonaceous material dispersion is 100% by mass, and it is preferably 40 to 99.9998% by mass, and 63 to 99% by mass. The content is more preferably .998% by mass, and even more preferably 85 to 99.98% by mass.

本発明において、溶媒を使用した炭素質材料分散液を用いて特定の処理を行う場合、炭素質材料分散液は、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物分散液に層状構造を有する炭素質材料を投入してもよいし、層状構造を有する炭素質材料分散液に親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物を投入してもよい。また、溶媒中に、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物とを同時に投入してもよい。 In the present invention, when performing a specific treatment using a carbonaceous material dispersion using a solvent, the carbonaceous material dispersion is a carbonaceous material dispersion having a layered structure in an organic compound dispersion having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group. Alternatively, an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon may be added to a carbonaceous material dispersion having a layered structure. Further, a carbonaceous material having a layered structure and an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group with affinity for carbon may be added into the solvent at the same time.

本発明において、層状構造を有する炭素質材料と、親水基及び炭素と親和性の高い疎水基を有する有機化合物とを含む組成物(例えば、炭素質材料分散体等)には、他の成分を含ませてもよい。これにより、最終的に得られる薄片状カーボン分散体や熱伝導材料中にも、これら他の成分を含ませることができる。このような他の成分としては、上記したものを採用でき、本発明の効果を損なわない範囲で使用してもよい。ただし、樹脂中に分散させやすく、塗布する際の塗膜の均一性、密着性等をさらに向上させる熱伝導材料を得やすい観点からは、他の成分の含有量は少ないことが好ましく、炭素質材料分散体の総量を100質量%として、0.00001~5質量%が好ましく、0.0001~2質量%がより好ましい。 In the present invention, a composition (for example, a carbonaceous material dispersion) containing a carbonaceous material having a layered structure and an organic compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group having high affinity for carbon contains other components. May be included. This allows these other components to be included in the flaky carbon dispersion and thermally conductive material that are finally obtained. As such other components, those mentioned above may be employed, and may be used within a range that does not impair the effects of the present invention. However, from the viewpoint of easily obtaining a heat conductive material that is easily dispersed in the resin and further improves the uniformity and adhesion of the coating film when applied, it is preferable that the content of other components is small, and carbonaceous The total amount of the material dispersion is 100% by mass, preferably 0.00001 to 5% by mass, more preferably 0.0001 to 2% by mass.

(2.2.ナノファイバー分散液の製造方法)
ナノファイバー分散液の製造に際して、ナノファイバーについては上記したセルロース又はセルロース誘導体からなり、繊維径1~500nmのナノファイバーを使用する。
(2.2. Method for producing nanofiber dispersion)
In producing the nanofiber dispersion, nanofibers made of the above-mentioned cellulose or cellulose derivatives and having a fiber diameter of 1 to 500 nm are used.

ナノファイバー分散液における分散媒としては、水、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、およびそれらの混合物を使用することができる。中でも、最も極性が高くナノファイバーとの親和性が高い、かつ1.1に記載の表面に親水基を有する有機物を吸着した薄片状カーボンの分散性を損なわない、および加熱もしくは減圧により除去しやすいという条件を兼ね備えていることから、水を使用することが好ましい。 As the dispersion medium in the nanofiber dispersion, water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, and mixtures thereof can be used. Among them, it has the highest polarity and high affinity with nanofibers, does not impair the dispersibility of the flaky carbon that adsorbs organic substances having hydrophilic groups on the surface described in 1.1, and is easy to remove by heating or reduced pressure. It is preferable to use water because it satisfies the following conditions.

ナノファイバー分散液中のナノファイバーの含有量は、薄片状カーボンとの複合後の溶媒の留去量が少ないという理由、および薄片状カーボンとの配合の自由度が高いという理由から、0.1質量%以上とすることが好ましく、0.5質量%以上とすることがより好ましく、1.0質量%以上とすることがさらに好ましい。 The content of nanofibers in the nanofiber dispersion liquid is set to 0.1 because the amount of solvent distilled off after combination with flaky carbon is small and because there is a high degree of freedom in blending with flaky carbon. It is preferably at least 0.5% by mass, more preferably at least 1.0% by mass.

一方、ナノファイバー分散液の流動性を確保し、薄片状カーボン分散液との混合を容易にするという理由から、ナノファイバー分散液中のナノファイバーの含有量は、10質量%以下とすることが好ましく、7質量%以下とすることがより好ましく、5質量%以下とすることがさらに好ましい。 On the other hand, in order to ensure fluidity of the nanofiber dispersion and facilitate mixing with the flaky carbon dispersion, the content of nanofibers in the nanofiber dispersion may be 10% by mass or less. The content is preferably 7% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less.

ただし、混合する薄片状カーボン分散液の溶媒比率が高い場合、ナノファイバー分散液の流動性は必ずしも高い必要がなく、湿潤した固体を用いてもよい。その場合のナノファイバーの含有量は10質量%以上50質量%以下であってよく、好ましくは10質量パーセント以上30質量%以下である。 However, when the solvent ratio of the flaky carbon dispersion to be mixed is high, the fluidity of the nanofiber dispersion does not necessarily need to be high, and a wet solid may be used. In that case, the nanofiber content may be 10% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less.

(3.3.薄片状カーボン分散液とナノファイバー分散液を混合する工程)
薄片状カーボンの水分散体とセルロースもしくはセルロース誘導体のナノファイバーの水分散体を混ぜることによって均一な複合体を作製できるが、片方を濾過や遠心分離などによって作製した湿潤した固体を用いてもよい。
(3.3. Process of mixing flaky carbon dispersion and nanofiber dispersion)
A homogeneous composite can be created by mixing an aqueous dispersion of flaky carbon and an aqueous dispersion of cellulose or cellulose derivative nanofibers, but one may also be a wet solid prepared by filtration or centrifugation. .

双方を湿潤固体とし、強いせん断をかけて混合することもできる。 It is also possible to mix both as wet solids by applying strong shear.

片方もしくは両方の溶媒を有機溶媒に置換した分散液もしくはその湿潤固体を用いてもよく、そのことにより水に不溶の樹脂を添加することができる。 A dispersion or a wet solid thereof in which one or both of the solvents is replaced with an organic solvent may also be used, thereby making it possible to add a water-insoluble resin.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these examples at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention.

以下、実施例に基づき、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
500gの天然黒鉛(伊藤黒鉛工業(株)製)、ポリオキシエチレンナフチルエーテル(HLB値17)50g、水10000gを混合し、セラミックグラインダーで1パス処理した。得られた分散液は固形分5.5重量%であり、うち炭素分が5.0質量%であった。同様にコットンリンターパルプ300gと水9700gを混合し、グラインダーで5パス処理し、3wt%のセルロースナノファイバー分散液を作製した。得られた分散液(カーボン5質量%)10gとCNF分散液(セルロース3質量%)16.7gを混合したところ、CNFの表面にカーボンが吸着された。液を濾過し、20MPaで加圧しながら200℃で乾燥することで、カーボン/セルロース=50/50のシートが得られた。熱伝導性を測定したところ67W/m・Kと高い熱伝導性が得られた。
(Example 1)
500 g of natural graphite (manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.), 50 g of polyoxyethylene naphthyl ether (HLB value 17), and 10,000 g of water were mixed, and the mixture was treated with a ceramic grinder for one pass. The resulting dispersion had a solid content of 5.5% by weight, of which the carbon content was 5.0% by weight. Similarly, 300 g of cotton linter pulp and 9,700 g of water were mixed and treated with a grinder for 5 passes to prepare a 3 wt % cellulose nanofiber dispersion. When 10 g of the obtained dispersion (5% by mass of carbon) and 16.7g of CNF dispersion (3% by mass of cellulose) were mixed, carbon was adsorbed on the surface of the CNF. The liquid was filtered and dried at 200° C. while pressurizing at 20 MPa to obtain a sheet with a carbon/cellulose ratio of 50/50. When the thermal conductivity was measured, a high thermal conductivity of 67 W/m·K was obtained.

(実施例2)
カーボン/セルロース=5/95とする以外は実施例1と同様にシートを作製した。熱伝導性を測定したところ6W/m・Kと高い熱伝導性が得られた。また、表面抵抗を測定したところ、10Ω/□より大きく、絶縁であった。
(Example 2)
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon/cellulose ratio was 5/95. When the thermal conductivity was measured, a high thermal conductivity of 6 W/m·K was obtained. Further, when the surface resistance was measured, it was greater than 10 9 Ω/□, indicating that it was insulating.

(実施例3)
カーボン/セルロース=10/90とする以外は実施例1と同様にシートを作製した。熱伝導性を測定したところ10W/m・Kと高い熱伝導性が得られた。また、表面抵抗を測定したところ、10Ω/□より大きく、絶縁であった。
(Example 3)
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon/cellulose ratio was 10/90. When the thermal conductivity was measured, a high thermal conductivity of 10 W/m·K was obtained. Further, when the surface resistance was measured, it was greater than 10 9 Ω/□, indicating that it was insulating.

(実施例4)
カーボン/セルロース=30/70とする以外は実施例1と同様にシートを作製した。熱伝導性を測定したところ31W/m・Kと高い熱伝導性が得られた。また、表面抵抗を測定したところ、15Ω/□であった。
(Example 4)
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon/cellulose ratio was 30/70. When the thermal conductivity was measured, a high thermal conductivity of 31 W/m·K was obtained. Moreover, when the surface resistance was measured, it was 15Ω/□.

(比較例1)
500gの天然黒鉛(伊藤黒鉛工業(株)製)、タンニン酸50g、水10000gを混合し、セラミックグラインダーで1パス処理した。この液を濃縮し、薄片状炭素を90.9質量%含むパウダーを得た。このパウダー0.55g(薄片状炭素0.50gを含む)と1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル0.23gと硬化剤ヘキサヒドロフタル酸無水物0.22g(合計0.45g)とを乳鉢および自転公転ミルで混合し、150℃でプレス成形することにより、薄片状炭素を50質量%含むシートを得た。熱伝導性を測定したところ19W/m・Kであり、実施例1より低かった。
(Comparative example 1)
500 g of natural graphite (manufactured by Ito Graphite Kogyo Co., Ltd.), 50 g of tannic acid, and 10,000 g of water were mixed and treated in one pass with a ceramic grinder. This liquid was concentrated to obtain a powder containing 90.9% by mass of flaky carbon. A mortar and A sheet containing 50% by mass of flaky carbon was obtained by mixing in a rotation-revolution mill and press-molding at 150°C. When the thermal conductivity was measured, it was 19 W/m·K, which was lower than that of Example 1.

(比較例2)
CNF分散液(セルロース3質量%)16.7gの代わりに1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル0.23gと硬化剤ヘキサヒドロフタル酸無水物0.22g(合計0.45g)を用いる以外は実施例1と同様に試験を行い、炭素分50質量%を含むシートを得た。熱伝導性を測定したところ30W/m・Kと実施例1よりも低かった。
(Comparative example 2)
Implemented except that 0.23 g of 1,6-hexanediol diglycidyl ether and 0.22 g of curing agent hexahydrophthalic anhydride (0.45 g in total) were used instead of 16.7 g of CNF dispersion (cellulose 3% by mass). A test was conducted in the same manner as in Example 1 to obtain a sheet containing 50% by mass of carbon. When the thermal conductivity was measured, it was 30 W/m·K, which was lower than that of Example 1.

(比較例3)
CNF分散液(セルロース3質量%)33.3gを濾過し、実施例1と同様にシートを作製し、カーボンスプレーでセルロースに対して約5質量パーセントの炭素を担持した。熱伝導性を測定したところ2W/m・Kと実施例2よりも低かった。また、表面抵抗を測定したところ、9×10Ω/□と導電性であった。
(Comparative example 3)
33.3 g of CNF dispersion (3% by mass of cellulose) was filtered, a sheet was prepared in the same manner as in Example 1, and about 5% by mass of carbon was supported on the cellulose using carbon spray. When the thermal conductivity was measured, it was 2 W/m·K, which was lower than that of Example 2. Further, when the surface resistance was measured, it was found to be 9×10 4 Ω/□, indicating conductivity.

(比較例4)
500gの天然黒鉛(伊藤黒鉛工業(株)製)、タンニン酸50g、水10000gを混合し、セラミックグラインダーで1パス処理した。この液を濃縮し、薄片状炭素を90.9質量%含むパウダーを得た。このパウダー0.055g(薄片状炭素0.050gを含む)とビスフェノールAジグリシジルエーテル0.548gと硬化剤ヘキサヒドロフタル酸無水物0.397g(合計0.945g)を乳鉢および自転公転ミルで混合し、150℃でプレス成形することにより、薄片状炭素を5質量%含むシートを得た。熱伝導性を測定したところ1.2W/m・Kであり、実施例2より低かった。また、表面抵抗を測定したところ、1.3×10Ω/□であり、導電性があった。
(Comparative example 4)
500 g of natural graphite (manufactured by Ito Graphite Kogyo Co., Ltd.), 50 g of tannic acid, and 10,000 g of water were mixed and treated in one pass with a ceramic grinder. This liquid was concentrated to obtain a powder containing 90.9% by mass of flaky carbon. 0.055 g of this powder (including 0.050 g of flaky carbon), 0.548 g of bisphenol A diglycidyl ether, and 0.397 g of hardening agent hexahydrophthalic anhydride (0.945 g in total) were mixed in a mortar and a rotation-revolution mill. Then, by press-molding at 150°C, a sheet containing 5% by mass of flaky carbon was obtained. When the thermal conductivity was measured, it was 1.2 W/m·K, which was lower than that of Example 2. Further, when the surface resistance was measured, it was 1.3×10 5 Ω/□, indicating that it was electrically conductive.

(比較例5)
薄片状炭素を90.9質量%含むパウダー0.11g(薄片状炭素0.10gを含む)とビスフェノールAジグリシジルエーテル0.516gと硬化剤ヘキサヒドロフタル酸無水物0.374gを混合する以外は、比較例4と同様に実験を行い、薄片状炭素を10質量%含むシートを得た。熱伝導性を測定したところ1.3W/m・Kであり、実施例3より低かった。また、表面抵抗を測定したところ、1.2×10Ω/□であり、導電性があった。
(Comparative example 5)
Except for mixing 0.11 g of powder containing 90.9% by mass of flaky carbon (including 0.10 g of flaky carbon), 0.516 g of bisphenol A diglycidyl ether, and 0.374 g of hardening agent hexahydrophthalic anhydride. An experiment was conducted in the same manner as in Comparative Example 4, and a sheet containing 10% by mass of flaky carbon was obtained. When the thermal conductivity was measured, it was 1.3 W/m·K, which was lower than that of Example 3. Moreover, when the surface resistance was measured, it was 1.2×10 3 Ω/□, indicating that it was electrically conductive.

(比較例6)
薄片状炭素を90.9質量%含むパウダー0.33g(薄片状炭素0.30gを含む)とビスフェノールAジグリシジルエーテル0.388gと硬化剤ヘキサヒドロフタル酸無水物0.282gを混合する以外は、比較例4と同様に実験を行い、薄片状炭素を30質量%含むシートを得た。熱伝導性を測定したところ3.2W/m・Kであり、実施例4より低かった。
(Comparative example 6)
Except for mixing 0.33 g of powder containing 90.9% by mass of flaky carbon (including 0.30 g of flaky carbon), 0.388 g of bisphenol A diglycidyl ether, and 0.282 g of the curing agent hexahydrophthalic anhydride. An experiment was conducted in the same manner as in Comparative Example 4, and a sheet containing 30% by mass of flaky carbon was obtained. When the thermal conductivity was measured, it was 3.2 W/m·K, which was lower than that of Example 4.

実施例1と比較例1,2の比較、実施例2と比較例3・比較例4、実施例3と比較例5、実施例4と比較例6の比較から、薄片状炭素とセルロースナノファイバーの組み合わせにより、同じ炭素含有量であっても熱伝導性の高い材料を得ることができる。また、実施例2と比較例4,実施例3と比較例5より、炭素分が少ない場合は、同じ炭素比率でも絶縁かつ高熱伝導の材料を得やすいことがわかった。
Comparison of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, Example 2 and Comparative Example 3/4, Example 3 and Comparative Example 5, and Example 4 and Comparative Example 6 revealed that flaky carbon and cellulose nanofiber By combining these, it is possible to obtain a material with high thermal conductivity even if the carbon content is the same. Further, from Example 2 and Comparative Example 4, and Example 3 and Comparative Example 5, it was found that when the carbon content is small, it is easier to obtain an insulating and highly thermally conductive material even with the same carbon ratio.

Claims (10)

厚さ1~100nmの薄片状カーボンと、
親水基及び炭素親和性疎水基を有する有機化合物と、
セルロース又はセルロース誘導体からなり、繊維径1~500nmのナノファイバーとを含有する、熱伝導材料。
Flake-like carbon with a thickness of 1 to 100 nm,
an organic compound having a hydrophilic group and a carbon-affinity hydrophobic group;
A thermally conductive material made of cellulose or a cellulose derivative and containing nanofibers with a fiber diameter of 1 to 500 nm.
前記親水基が、下記一般式(1)~(4)からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の熱伝導材料。
Figure 2023146527000003
[上記式(1)は、アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基を示す。式(2)中、Rは2価の有機基を示す。式(3)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH又は有機アンモニウムを示す。式(4)中、Xは水素原子、アルカリ金属、NH、有機アンモニウム又はアルキル基を示す。]
The thermally conductive material according to claim 1, wherein the hydrophilic group is at least one selected from the group consisting of the following general formulas (1) to (4).
Figure 2023146527000003
[The above formula (1) represents an alcoholic hydroxyl group or a phenolic hydroxyl group. In formula (2), R represents a divalent organic group. In formula (3), X 1 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 or organic ammonium. In formula (4), X 2 represents a hydrogen atom, an alkali metal, NH 4 , an organic ammonium, or an alkyl group. ]
前記親水基がフェノール性水酸基又はポリオキシエチレン基である、請求項1又は2に記載の熱伝導材料。 The thermally conductive material according to claim 1 or 2, wherein the hydrophilic group is a phenolic hydroxyl group or a polyoxyethylene group. 前記炭素親和性疎水基は、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、及び炭素数3以上のポリオキシアルキレン基からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~3の何れか1項に記載の熱伝導材料。 The carbon-affinity hydrophobic group is at least one selected from the group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a polyoxyalkylene group having 3 or more carbon atoms, according to claims 1 to 3. The thermally conductive material according to any one of item 1. 前記炭素親和性疎水基は、2個以上の芳香環を有するアリール基である、請求項1~4の何れか1項に記載の熱伝導材料。 The thermally conductive material according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon-affinity hydrophobic group is an aryl group having two or more aromatic rings. 前記ナノファイバーは、セルロース純度85%以上のセルロースナノファイバーである、請求項1~5の何れか1項に記載の熱伝導材料。 The thermally conductive material according to any one of claims 1 to 5, wherein the nanofibers are cellulose nanofibers with a cellulose purity of 85% or more. 前記ナノファイバーは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも一種のナノファイバーを含む、請求項1~6の何れか1項に記載の熱伝導材料。 Any one of claims 1 to 6, wherein the nanofibers include at least one type of nanofiber selected from the group consisting of methylcellulose, carboxymethylcellulose salt, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, and hydroxypropylmethylcellulose. Thermal conductive materials described in Section. 請求項1~7の何れか1項に記載の熱伝導材料を含む塗料、又は該塗料により形成された塗膜。 A paint comprising the thermally conductive material according to any one of claims 1 to 7, or a coating film formed from the paint. 請求項1~7の何れか1項に記載の熱伝導材料を含むシート。 A sheet comprising the thermally conductive material according to any one of claims 1 to 7. 前記薄片状カーボン100質量部に対し、前記親水基及び前記炭素親和性疎水基を有する有機化合物を1~100質量部含有する薄片状カーボン分散液又は該薄片状カーボン分散液の湿潤固体と、ナノファイバー分散液又は該ナノファイバー分散液の湿潤固体とを混合する工程を含む、請求項1~7の何れか1項に記載の熱伝導材料の製造方法。 A flaky carbon dispersion containing 1 to 100 parts by mass of an organic compound having the hydrophilic group and the carbon-affinity hydrophobic group based on 100 parts by mass of the flaky carbon, or a wet solid of the flaky carbon dispersion; A method for producing a thermally conductive material according to any one of claims 1 to 7, comprising the step of mixing a fiber dispersion or a wet solid of the nanofiber dispersion.
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