JP5131571B2 - Method for producing agglomerated spinning structure and agglomerated spinning structure - Google Patents

Method for producing agglomerated spinning structure and agglomerated spinning structure Download PDF

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本発明は、カーボンナノチューブの粉末から、樹脂を含まないカーボンナノチューブの凝集紡糸構造体を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube aggregated and spun structure containing no resin from a carbon nanotube powder.

カーボンナノチューブは、炭素によって作られるグラフェンシートが単層あるいは多層の同軸管状になった物質であり、超微細径、軽量性、高強度、高屈曲性、高電流密度、高熱伝導性、高電気伝導性を有する材料である。このようなカーボンナノチューブを糸状に紡ぐことで、従来にない特性を持つ繊維状材料を得ることができると期待されている。   A carbon nanotube is a material in which a graphene sheet made of carbon is formed into a single-layer or multi-layer coaxial tube, and has an ultrafine diameter, lightness, high strength, high flexibility, high current density, high thermal conductivity, and high electrical conductivity. It is a material having properties. It is expected that a fibrous material having unprecedented characteristics can be obtained by spinning such carbon nanotubes into a filament shape.

このようなカーボンナノチューブの紡糸方法として、大きく分けて気相法と液相法がある。気相法としては、カーボンナノチューブの合成工程の後に、直接紡糸する工程を設け、カーボンナノチューブの合成と紡糸を同時に行う方法である。一方、液相法は、既に合成されたカーボンナノチューブの粉末を液体に溶かし、分散したカーボンナノチューブを紡糸することで、糸状、繊維状のカーボンナノチューブを得る方法であり、カーボンナノチューブの合成と紡糸を別の工程で行う方法である。   Such carbon nanotube spinning methods are roughly classified into a gas phase method and a liquid phase method. The gas phase method is a method in which a step of spinning directly after the step of synthesizing carbon nanotubes is performed, and the synthesis and spinning of carbon nanotubes are performed simultaneously. On the other hand, the liquid phase method is a method of obtaining thread-like and fiber-like carbon nanotubes by dissolving the already synthesized carbon nanotube powder in a liquid and spinning the dispersed carbon nanotubes. This is a method performed in another process.

気相法としては、例えば、筒状の反応器内に、カーボンナノチューブ合成用の触媒、カーボンナノチューブの原料となる炭化水素を、キャリアガスとともに供給し、カーボンナノチューブを成長させ、反応器の反応領域外でスピンドルにまきつけて紡糸を行い、カーボンナノチューブの繊維を得る方法が開示されている(特許文献1を参照)。   As the gas phase method, for example, a catalyst for carbon nanotube synthesis and a hydrocarbon as a carbon nanotube raw material are supplied together with a carrier gas into a cylindrical reactor to grow the carbon nanotube, and the reaction region of the reactor A method for obtaining carbon nanotube fibers by spinning on a spindle outside is disclosed (see Patent Document 1).

また、液相法としては、均一にカーボンナノチューブを分散させた低粘度のカーボンナノチューブ分散液を、一定の流れのあるポリビニルアルコール(PVA)などが含まれた粘性のある凝集液に注入することで、カーボンナノチューブとPVAとの複合繊維を得る方法が開示されている(特許文献2を参照)。   As a liquid phase method, a low-viscosity carbon nanotube dispersion liquid in which carbon nanotubes are uniformly dispersed is injected into a viscous aggregate liquid containing polyvinyl alcohol (PVA) having a constant flow. A method of obtaining a composite fiber of carbon nanotube and PVA is disclosed (see Patent Document 2).

さらに、別の液相法としては、均一にカーボンナノチューブを分散させた低粘度のカーボンナノチューブ分散液を、強酸または強アルカリの凝集液(pHが3以下またはpH11以上)に注入することでナノファイバーを得る方法が開示されている(特許文献3を参照)。   Furthermore, as another liquid phase method, nanofibers are injected by injecting a carbon nanotube dispersion liquid having a low viscosity in which carbon nanotubes are uniformly dispersed into a strong acid or strong alkali agglomerated liquid (pH is 3 or less or pH 11 or more). Is disclosed (see Patent Document 3).

特表2007−535434号公報Special table 2007-535434 gazette 米国特許出願公開第2008/0124507号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0124507 米国特許出願公開第2007/0243124号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0243124

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、カーボンナノチューブの合成と紡糸が連続して行われるため、最適条件の異なる合成速度と紡糸速度の両方を最適化することが困難であるという問題点があった。また、カーボンナノチューブの合成と紡糸とが連続して行われるため、合成後のカーボンナノチューブから触媒を除去することや、カーボンナノチューブの表面処理を行うこと、金属性のカーボンナノチューブと半導体性のカーボンナノチューブを分離することなどができないという問題点があった。特に、カーボンナノチューブは、通常は金属性と半導体性の両者の混合物として合成されるため、これらを分離せずに紡糸すると、得られる繊維状材料の電気導電性は優れたものにならない。   However, in the method described in Patent Document 1, since synthesis and spinning of carbon nanotubes are continuously performed, it is difficult to optimize both the synthesis speed and the spinning speed under different optimum conditions. It was. In addition, since the synthesis and spinning of carbon nanotubes are performed continuously, the catalyst is removed from the synthesized carbon nanotubes, the surface treatment of the carbon nanotubes is performed, metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes. There was a problem that it could not be separated. In particular, since carbon nanotubes are usually synthesized as a mixture of both metallic and semiconducting materials, if they are spun without separation, the electrical conductivity of the resulting fibrous material will not be excellent.

また、特許文献2に記載の方法では、カーボンナノチューブの紡糸をPVAなどの樹脂を用いて行うため、カーボンナノチューブの表面に樹脂層ができ、カーボンナノチューブの内部に樹脂がしみこんでしまう。表面の樹脂層は、カーボンナノチューブ同士の接触抵抗を増加させてしまい、複合線材の導電性を低下させる。内部にしみこんだ樹脂は、カーボンナノチューブ自体の電気伝導性を低下させる。そのため、特許文献2に記載の方法では、電気伝導性に優れた複合線材を得ることができないという問題点があった。   In the method described in Patent Document 2, since carbon nanotubes are spun using a resin such as PVA, a resin layer is formed on the surface of the carbon nanotubes, and the resin soaks into the carbon nanotubes. The resin layer on the surface increases the contact resistance between the carbon nanotubes and decreases the conductivity of the composite wire. The resin soaked in the inside lowers the electrical conductivity of the carbon nanotube itself. For this reason, the method described in Patent Document 2 has a problem that a composite wire excellent in electrical conductivity cannot be obtained.

また、特許文献3に記載の方法では、カーボンナノチューブの紡糸において、強酸または強アルカリの液体を凝集液として用いるため、カーボンナノチューブに欠陥が生じる。欠陥が生じると、カーボンナノチューブのグラファイト結晶が傷ついてしまうため、カーボンナノチューブ単体の電気伝導性や機械特性が悪化する。そのため、得られたカーボンナノチューブの二次ナノファイバーの電気伝導性や機械特性も悪化してしまうという問題点があった。   Further, in the method described in Patent Document 3, since a strong acid or strong alkali liquid is used as an aggregating liquid in spinning of carbon nanotubes, defects occur in the carbon nanotubes. When defects occur, the graphite crystals of the carbon nanotubes are damaged, and the electrical conductivity and mechanical properties of the carbon nanotubes alone deteriorate. For this reason, there is a problem that the electrical conductivity and mechanical properties of the obtained secondary nanofibers of carbon nanotubes are also deteriorated.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、カーボンナノチューブを紡糸してなる、電気伝導性の高い凝集紡糸構造体を得ることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an aggregated spinning structure having high electrical conductivity formed by spinning carbon nanotubes.

前述した目的を達成するために、以下の発明を提供する。
(1)カーボンナノチューブを、界面活性剤によって、水のみかまたは有機溶媒と水とを含む混合溶媒である第1の溶媒に分散させた分散液を作製する工程(a)と、前記第1の溶媒と異なる第2の溶媒である凝集液に、前記カーボンナノチューブを分散させた前記分散液を注入し、カーボンナノチューブを凝集紡糸する工程(b)とを含み、前記第1の溶媒が、水のみであるか、または、メタノール、エタノール、プロパノール、ホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキシドからなる群から選ばれた一つ以上の有機溶媒と水とを含む混合溶媒のいずれかであり、前記凝集液が、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、水、メタノール、エタノール、プロパノールのいずれか一つを含む溶液であり、前記凝集液と前記第1の溶媒では、前記界面活性剤との親和性が異なり、前記凝集液のpHが3〜11の間にあることを特徴とする凝集紡糸構造体の製造方法。
(2)前記界面活性剤が、下記の(A)から(C)の群に属する界面活性剤のいずれか1種以上であることを特徴とする(1)に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(A)グリフィン法で求めたHLBで8以上の非イオン性界面活性剤
(B)陰イオン性界面活性剤:アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルアルコール硫酸エステル塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム、N−ラウロイルサルコシンナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウム、(メタ)アクリロイルポリオキシアルキレン硫酸エステルナトリウム、アルキルアルコールリン酸エステル塩
(C)陽イオン性界面活性剤:テトラアルキルアンモニウムハライド
(3)前記界面活性剤が、前記(A)及び前記(B)または前記(A)及び前記(C)の群に属する界面活性剤のうち、それぞれ1種以上の界面活性剤を組み合わせたものであることを特徴とする()に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(4)前記界面活性剤が、主鎖の長さの異なる複数の界面活性剤を含むことを特徴とする()に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(5)前記界面活性剤がドデシル硫酸ナトリウムを含むことを特徴とする()〜()のいずれかに記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(6)さらに、前記工程(b)の後、前記凝集紡糸構造体を前記凝集液から取り出し、溶媒に浸漬する工程と、前記凝集紡糸構造体を乾燥する工程と、前記凝集紡糸構造体を延伸する工程と、を含むことを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(7)さらに前記凝集紡糸構造体を縒る工程を含むことを特徴とする()に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(8)前記カーボンナノチューブが、触媒除去処理を施されていることを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(9)(1)〜()のいずれかに記載された製造方法で作製されたことを特徴とする凝集紡糸構造体。
(10)(1)〜()のいずれかに記載された製造方法で作製されたカーボンナノチューブを含む凝集紡糸構造体であって、かさ密度が0.5g/cm以上であり、空気雰囲気下で室温から10℃/分の昇温速度で100℃まで加熱して100℃で10分放置した後の重量を乾燥重量として、さらに空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で450℃まで追加加熱した後の重量を加熱重量として、乾燥重量から加熱重量を引いた重量を乾燥重量で割った重量減少率が、50%以下であり、さらに共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、1550〜1650cm−1の範囲内で最大のピーク強度をG、1300〜1400cm−1の範囲内で最大のピーク強度をDとしたとき、G/Dの比が10以上であることを特徴とする凝集紡糸構造体。
In order to achieve the above-mentioned object, the following invention is provided.
(1) A step (a) of producing a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a first solvent that is a water-soluble solvent or a mixed solvent containing an organic solvent and water with a surfactant; the solvent to be different from the second solvent aggregating agent, and injecting the dispersion liquid obtained by dispersing the carbon nanotubes, it viewed including the step (b) to aggregate spinning carbon nanotube, wherein the first solvent is water Or a mixed solvent containing one or more organic solvents selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, formamide, ethylene glycol, and dimethyl sulfoxide and water, and the aggregate liquid is N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, propylene carbonate, formamide, N-methylformamide, water, methanol, ethanol Nord, a solution containing any one of propanol, wherein in the said cohesive liquid first solvent, said different affinity with the surfactant agents, pH of the coagulation solution is between 3 and 11 A method for producing an agglomerated spinning structure.
(2) The production of the aggregated spinning structure according to (1), wherein the surfactant is any one or more of surfactants belonging to the following groups (A) to (C): Method.
(A) Nonionic surfactant having an HLB of 8 or more obtained by the Griffin method (B) Anionic surfactant: alkylbenzene sulfonate, alkyl alcohol sulfate, sodium alkyldiphenyl ether disulfonate, polyoxyethylene alkyl Sodium ether sulfate ester, sodium dialkylsulfosuccinate, sodium alkylallylsulfosuccinate, sodium N-lauroyl sarcosine, sodium polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate, sodium (meth) acryloyl polyoxyalkylene sulfate, alkyl alcohol phosphate ( C) Cationic surfactant: Tetraalkylammonium halide (3) Said surfactant is said (A) and said (B) or said (A) and Serial of surfactants belonging to the group of (C), the method of producing aggregate spinning structure described in (2) that is obtained by combining the one or more surfactants.
(4) The method for producing an aggregated spinning structure according to ( 2 ), wherein the surfactant includes a plurality of surfactants having different main chain lengths.
(5) The method for producing an agglomerated spinning structure according to any one of ( 2 ) to ( 4 ), wherein the surfactant contains sodium dodecyl sulfate.
(6) Further, after the step (b), the aggregated spinning structure is removed from the aggregated liquid and immersed in a solvent, the aggregated spinning structure is dried, and the aggregated spinning structure is stretched. The method for producing an agglomerated spinning structure according to any one of (1) to ( 5 ), comprising the step of:
(7) The method for producing an aggregated spinning structure according to ( 6 ), further comprising a step of rolling the aggregated spinning structure.
(8) The method for producing an aggregated spinning structure according to any one of (1) to ( 7 ), wherein the carbon nanotube is subjected to a catalyst removal treatment.
(9) An agglomerated spinning structure produced by the production method described in any one of (1) to ( 8 ).
(10) An aggregated spinning structure comprising carbon nanotubes produced by the production method described in any one of (1) to ( 8 ), wherein the bulk density is 0.5 g / cm 3 or more, and an air atmosphere The temperature after heating from room temperature to 100 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min and leaving at 100 ° C. for 10 minutes as the dry weight is 450 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min in an air atmosphere. The weight reduction rate obtained by subtracting the heating weight from the dry weight and dividing the dry weight by the weight after the additional heating up to 50% is 50% or less, and is a spectrum obtained by resonance Raman scattering measurement. the maximum peak intensity in the range of 1650 cm -1 G, when the maximum peak intensity is D within the 1300~1400cm -1, coagulation ratio of G / D is equal to or is 10 or more Spinning structure.

本発明により、カーボンナノチューブを紡糸してなる、電気伝導性の高い凝集紡糸構造体を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an agglomerated spun structure having high electrical conductivity formed by spinning carbon nanotubes.

(a)本発明にかかる凝集紡糸構造体の製造方法における、分散液製造工程を説明する図、(b)同じく凝集紡糸工程を説明する図、(c)(b)のA部分を拡大した図。(A) The figure explaining the dispersion manufacturing process in the manufacturing method of the aggregation spinning structure concerning this invention, (b) The figure explaining the aggregation spinning process similarly, The figure which expanded the A section of (c) (b) . 実施例1で用いたシングルウォールカーボンナノチューブ(FH−P)のラマンスペクトルを示す図。The figure which shows the Raman spectrum of the single wall carbon nanotube (FH-P) used in Example 1. FIG. (a)実施例1において、分散液を凝集液に注入した後の凝集紡糸構造体を示す図、(b)実施例1において、水から引き上げたときの凝集紡糸構造体を示す図、(c)乾燥後の凝集紡糸構造体を示す図。(A) The figure which shows the aggregation spinning structure after inject | pouring a dispersion liquid into an aggregation liquid in Example 1, (b) The figure which shows the aggregation spinning structure when pulled up from water in Example 1, (c) FIG. 3 is a diagram showing an agglomerated spinning structure after drying. (a)実施例1に係る凝集紡糸構造体の表面を走査型電子顕微鏡にて観察した際の写真、(b)(a)での該当箇所の拡大図、(c)(a)での該当箇所の拡大図。(A) Photograph when the surface of the agglomerated spinning structure according to Example 1 is observed with a scanning electron microscope, (b) An enlarged view of the corresponding part in (a), (c) Corresponding in (a) The enlarged view of a location. (a)FIB加工前の実施例1に係る凝集紡糸構造体を観察した写真、(b)凝集紡糸構造体をFIB加工して縦断面を露出させた写真。(A) The photograph which observed the aggregation spinning structure which concerns on Example 1 before FIB processing, (b) The photograph which exposed the longitudinal section by FIB processing of the aggregation spinning structure.

(本発明の凝集紡糸構造体)
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明に係る凝集紡糸構造体は、多数のカーボンナノチューブが紡糸されて形成される。
(Aggregated spinning structure of the present invention)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the aggregated spinning structure according to the present invention is formed by spinning a large number of carbon nanotubes.

本発明の凝集紡糸構造体は、かさ密度が0.5g/cm以上である。このかさ密度は、公知の方法により求めることができるが、特には、凝集紡糸構造体の重量と直径と長さを計測し、凝集紡糸構造体を円筒形と仮定して体積を求め、乾燥重量を体積で除して求める方法が好ましい。なお、紡糸前のシングルウォールカーボンナノチューブのかさ密度は0.2〜0.3g/cm程度である。気相法により製造されるカーボンナノチューブの繊維も、同様に0.2〜0.3g/cm程度である。つまり、本発明の凝集紡糸構造体は、気相法により製造される凝集紡糸構造体に比べて、カーボンナノチューブが密に紡糸されているため、電気伝導度や強度に優れる。 The aggregated spinning structure of the present invention has a bulk density of 0.5 g / cm 3 or more. This bulk density can be determined by a known method, but in particular, the weight, diameter and length of the aggregated spinning structure are measured, the volume is obtained assuming that the aggregated spinning structure is cylindrical, and the dry weight. Is preferably obtained by dividing by the volume. In addition, the bulk density of the single wall carbon nanotube before spinning is about 0.2 to 0.3 g / cm 3 . Similarly, the carbon nanotube fiber produced by the vapor phase method is about 0.2 to 0.3 g / cm 3 . That is, the aggregated spinning structure of the present invention is excellent in electrical conductivity and strength because the carbon nanotubes are densely spun as compared with the aggregated spinning structure produced by the gas phase method.

本発明の凝集紡糸構造体は、空気雰囲気下で室温から10℃/分の昇温速度で100℃まで加熱して100℃で10分放置した後の重量を乾燥重量として、さらに空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で450℃まで追加加熱した後の重量を加熱重量として、乾燥重量から加熱重量を引いた重量を乾燥重量で割った重量減少率が65%以下である。なお、この重量減少率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましい。重量減少率が小さいほど、凝集紡糸構造体に含まれるカーボンナノチューブ以外の有機物(特に樹脂)の量が少なくなり、凝集紡糸構造体の電気伝導率、耐熱性が向上する。   The agglomerated spinning structure of the present invention is heated from room temperature to 100 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min in an air atmosphere, and then left at 100 ° C. for 10 minutes as a dry weight. The weight reduction rate obtained by dividing the weight obtained by subtracting the heating weight from the dry weight by the dry weight is 65% or less, with the weight after additional heating up to 450 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min as the heating weight. In addition, it is preferable that this weight decreasing rate is 50% or less, and it is more preferable that it is 25% or less. The smaller the weight reduction rate, the smaller the amount of organic matter (particularly resin) other than carbon nanotubes contained in the aggregated spinning structure, and the electrical conductivity and heat resistance of the aggregated spinning structure are improved.

本発明の凝集紡糸構造体は、電気伝導度が50S/cm以上であることが好ましく、100S/cm以上であることがより好ましく、200S/cm以上であることがさらに好ましく、500S/cm以上であることがさらにより好ましい。一般的な導電性ポリマーの電気伝導度は50S/cm未満であり、電気伝導度が50S/cm以上である本発明の凝集紡糸構造体は、多くの用途に使用することができる。また、電気伝導度は、より高いほうが、より多くの用途に使用でき、好ましい。   The aggregated spinning structure of the present invention preferably has an electric conductivity of 50 S / cm or more, more preferably 100 S / cm or more, further preferably 200 S / cm or more, and 500 S / cm or more. Even more preferably. The electric conductivity of a general conductive polymer is less than 50 S / cm, and the aggregated spinning structure of the present invention having an electric conductivity of 50 S / cm or more can be used in many applications. Also, higher electrical conductivity is preferable because it can be used for more applications.

本発明の凝集紡糸構造体は、表面に、深さ1〜3μmで長さ30μm以上の複数の長手方向の溝を有し、断面から観察すると、内部に100nm以上10μm以下の複数の空洞を有するものである。このような長手方向の溝や空洞は、凝集液や浸漬液から取り出した際に、溶液が乾燥する際に発生すると考えられる。   The aggregated spinning structure of the present invention has a plurality of longitudinal grooves having a depth of 1 to 3 μm and a length of 30 μm or more on the surface, and a plurality of cavities of 100 nm to 10 μm in the interior when observed from a cross section. Is. Such longitudinal grooves and cavities are considered to occur when the solution dries out when removed from the agglomerated liquid or immersion liquid.

本発明の凝集紡糸構造体は、直径が10μm以上、好ましくは30μm以上、1cm以下であり、長さ/直径の比が100以上であることが好ましい。   The aggregated spinning structure of the present invention preferably has a diameter of 10 μm or more, preferably 30 μm or more and 1 cm or less, and a length / diameter ratio of 100 or more.

本発明の凝集紡糸構造体は、レーザー(例えば514nmのArレーザー)を照射した際の共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、1550〜1650cm−1の範囲内で最大のピーク強度をG、1300〜1400cm−1の範囲内で最大のピーク強度をDとしたとき、G/Dの比が10以上であることが好ましく、G/D比は30以上であることがより好ましい。1550〜1650cm−1の範囲内のピークはGバンドと呼ばれ、カーボンナノチューブのグラファイト構造に由来するピークであり、1300〜1400cm−1の範囲内のピークはDバンドと呼ばれ、アモルファスカーボンやカーボンナノチューブの格子欠陥に由来するピークである。G/D比が10以上であるとは、格子欠陥の少ない高品質のカーボンナノチューブで構成されることを意味する。特に30以上であれば、さらに高品質のカーボンナノチューブで構成され、熱伝導性、電気伝導性、耐熱性に優れる。 The aggregated spinning structure of the present invention is a spectrum obtained by resonance Raman scattering measurement when irradiated with a laser (for example, a 514 nm Ar laser), and has a maximum peak intensity G in the range of 1550 to 1650 cm −1 , 1300 to 1300. When the maximum peak intensity within the range of 1400 cm −1 is D, the G / D ratio is preferably 10 or more, and the G / D ratio is more preferably 30 or more. Peak in the range of 1550~1650Cm -1 is called G band, a peak derived from a graphite structure of the carbon nanotube, a peak in the range of 1300~1400Cm -1 is called D band of amorphous carbon and carbon It is a peak derived from a lattice defect of a nanotube. That the G / D ratio is 10 or more means that it is composed of high-quality carbon nanotubes with few lattice defects. In particular, if it is 30 or more, it is composed of higher quality carbon nanotubes and is excellent in thermal conductivity, electrical conductivity, and heat resistance.

本発明の凝集紡糸構造体は、カーボンナノチューブを75重量%以上含むことが好ましい。   The aggregated spinning structure of the present invention preferably contains 75% by weight or more of carbon nanotubes.

(カーボンナノチューブ)
本発明の凝集紡糸構造体に含まれるカーボンナノチューブの種類としては、特に限定されず、公知のプロセスにより製造されたカーボンナノチューブを使用することができる。具体的には、高圧一酸化炭素(HiPco)法、レーザーアブレーション法、アーク放電法、化学的気相成長(CVD)法で合成されたカーボンナノチューブなどである。カーボンナノチューブは、シングルウォールカーボンナノチューブのみでもよいし、ダブルウォールカーボンナノチューブのみ、マルチウォールカーボンナノチューブのみでも良く、これらの混合物であっても良いが、触媒を除去した金属性のシングルウォールカーボンナノチューブのみで構成されることが好ましい。
(carbon nanotube)
The type of carbon nanotubes contained in the aggregated spinning structure of the present invention is not particularly limited, and carbon nanotubes produced by a known process can be used. Specifically, carbon nanotubes synthesized by high pressure carbon monoxide (HiPco) method, laser ablation method, arc discharge method, chemical vapor deposition (CVD) method, and the like. The carbon nanotube may be only a single wall carbon nanotube, only a double wall carbon nanotube, only a multiwall carbon nanotube, or a mixture thereof, but only a metallic single wall carbon nanotube from which a catalyst has been removed. Preferably, it is configured.

カーボンナノチューブは、通常は鉄やニッケル、コバルトなどの金属粒子の触媒を用いて合成されるため、カーボンナノチューブの粉末には触媒が含まれることが多い。触媒が含まれると、導電性の悪化や耐熱性の低下を引き起こす。そのため、紡糸前のカーボンナノチューブを酸により処理をするなどして、触媒を除去することが好ましい。   Since carbon nanotubes are usually synthesized using a catalyst of metal particles such as iron, nickel, and cobalt, the carbon nanotube powder often contains a catalyst. When a catalyst is contained, it causes deterioration of conductivity and heat resistance. Therefore, it is preferable to remove the catalyst by treating the carbon nanotubes before spinning with an acid.

カーボンナノチューブは、平均直径が0.5〜100nmであることが好ましい。平均直径は電子顕微鏡による径の実測値を平均して求めることが好ましい。さらに、カーボンナノチューブは、直線状であっても、湾曲状であってもよい。   The carbon nanotubes preferably have an average diameter of 0.5 to 100 nm. The average diameter is preferably obtained by averaging measured values of the diameter with an electron microscope. Furthermore, the carbon nanotube may be linear or curved.

アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積したマルチウォールカーボンナノチューブを得る方法である。また、シングルウォールカーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するススから得られる。
レーザーアブレーション法は、希ガス(例えばアルゴン)中で、ターゲットであるニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、YAGレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、シングルウォールカーボンナノチューブを得る方法である。
気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。
高圧一酸化炭素(HiPco)法は、気相成長法の一種で、触媒に鉄化合物を用い、一酸化炭素を高圧で熱分解することにより高純度で比較的小さな直径(1nm前後)のシングルウォールカーボンナノチューブを得る。
The arc discharge method is a method of obtaining multiwall carbon nanotubes deposited on a cathode by performing an arc discharge between electrode materials made of carbon rods in an argon or hydrogen atmosphere at a pressure slightly lower than atmospheric pressure. . The single-walled carbon nanotube is obtained from soot adhering to the inner surface of the processing vessel by performing arc discharge by mixing a catalyst such as nickel / cobalt in the carbon rod.
The laser ablation method melts and evaporates the carbon surface by irradiating a strong YAG laser pulsed laser beam onto a carbon surface mixed with a target catalyst such as nickel / cobalt in a rare gas (eg argon). This is a method for obtaining single-walled carbon nanotubes.
The vapor phase growth method is a method in which hydrocarbons such as benzene and toluene are thermally decomposed in the gas phase to synthesize carbon nanotubes. More specifically, a fluid catalyst method, a zeolite supported catalyst method, and the like can be exemplified.
The high-pressure carbon monoxide (HiPco) method is a kind of vapor phase growth method, which uses an iron compound as a catalyst and thermally decomposes carbon monoxide at high pressure to produce a single wall with high purity and a relatively small diameter (around 1 nm). Obtain carbon nanotubes.

また、カーボンナノチューブが、バリスティック伝導性を有するカーボンナノチューブを含むことが好ましい。バリスティック伝導性とは、カーボンナノチューブの大きさが電子の平均自由行程よりも大きく、位相総和長よりも小さい場合に実現する。バリスティック伝導性を有するカーボンナノチューブでは、キャリアの無散乱走行に基づく電気伝導性の向上が期待される。   Moreover, it is preferable that a carbon nanotube contains the carbon nanotube which has ballistic conductivity. Ballistic conductivity is realized when the size of the carbon nanotube is larger than the mean free path of electrons and smaller than the total phase length. Carbon nanotubes having ballistic conductivity are expected to improve electrical conductivity based on non-scattering travel of carriers.

カーボンナノチューブが、ドーピングされたカーボンナノチューブを含んでもよい。ドーピングとは、カーボンナノチューブの内部空間にドーパントを収容することや、カーボンナノチューブをドーパントで被覆することである。ドーパントは、アルカリ金属、ハロゲン、導電性高分子(PPyCFSO、PPyTFSI)、イオン液体(EMIBF、EMITFSI)、有機分子(TCNQ(Tetracyanoquinodimethane)、DNBN−3,5−Dinitrobenzonitrile,F4−TCNQ(Tetrafluorotetracyanoquinodimethane)、TDAE(Tetrakis(dimethylamino)ethylene)、TTF(Tetrathiafulvalene)、TMTSF(Tetramethyltetraselenafulvalene))、LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethane sulfone)imide)などが好ましい。 The carbon nanotubes may include doped carbon nanotubes. Doping is to contain a dopant in the internal space of the carbon nanotube or to coat the carbon nanotube with the dopant. The dopant is alkali metal, halogen, conductive polymer (PPyCF 3 SO 3 , PPyTFSI), ionic liquid (EMIBF 4 , EMITFSI), organic molecule (TCNQ (Tetracyanoquinodimethane), DNBN-3,5-Dinitrobenzontrile N, Q4-C Tetrafluorotetracyanoquinodimethane), TDAE (Tetrakis (dimethylamino) ethylene), TTF (Tetrathiafulvalene), TMTSF (Tetramethyltetraleneful), and TTSF (Tetramethyltetraleneful). Masui.

また、カーボンナノチューブが、銅、ニッケル、チタン、マグネシウムなどの金属ナノ粒子が付与されたカーボンナノチューブを含むことが好ましい。ナノ粒子が付与されるとは、カーボンナノチューブの表面に金属粒子を付着させることである。   Moreover, it is preferable that a carbon nanotube contains the carbon nanotube to which metal nanoparticles, such as copper, nickel, titanium, and magnesium, were provided. The provision of nanoparticles means that metal particles are attached to the surface of carbon nanotubes.

また、シングルウォールカーボンナノチューブを合成すると、通常は、金属性のものと半導体性のものが約1:2の割合で生成される。そのため、イオンクロマトグラフィーなどで、金属性のシングルウォールカーボンナノチューブと半導体性のシングルウォールカーボンナノチューブを分離し、金属性のもののみを紡糸に使用することが好ましい。   In addition, when single-wall carbon nanotubes are synthesized, metallic ones and semiconducting ones are usually produced at a ratio of about 1: 2. Therefore, it is preferable to separate metallic single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes by ion chromatography or the like and use only metallic ones for spinning.

本発明で使用されるカーボンナノチューブの特性としては、前述したラマンスペクトルのG/Dの比が10以上であることが好ましく、G/D比は30以上であることがより好ましい。G/D比が10以上であるとは、格子欠陥の少ない高品質のカーボンナノチューブであることを意味する。特に30以上であれば、さらに高品質のカーボンナノチューブであり、熱伝導性、電気伝導性、耐熱性に優れる。   As a characteristic of the carbon nanotube used in the present invention, the G / D ratio of the Raman spectrum described above is preferably 10 or more, and the G / D ratio is more preferably 30 or more. A G / D ratio of 10 or more means a high-quality carbon nanotube with few lattice defects. In particular, if it is 30 or more, it is a higher quality carbon nanotube, and is excellent in thermal conductivity, electrical conductivity, and heat resistance.

また、本発明で使用されるカーボンナノチューブの特性としては、800℃程度まで熱分解せず、100℃〜800℃の間の重量減少が50%以内になることが好ましく、更には25%以内になることが好ましい。カーボンナノチューブの100℃〜800℃の間の重量減少は、アモルファスカーボンの量に由来し、アモルファスカーボンの少ないカーボンナノチューブの方が、より高品質であり、熱伝導性、電気伝導性、耐熱性に優れる。   Further, the carbon nanotube used in the present invention is preferably not pyrolyzed to about 800 ° C., and the weight loss between 100 ° C. and 800 ° C. is preferably within 50%, more preferably within 25%. It is preferable to become. The weight loss between 100 ° C. and 800 ° C. of the carbon nanotubes originates from the amount of amorphous carbon, and the carbon nanotubes with less amorphous carbon are of higher quality and have better thermal conductivity, electrical conductivity, and heat resistance. Excellent.

(凝集紡糸構造体の効果)
本発明の凝集紡糸構造体は、内部に樹脂を含まず、強酸または強アルカリの溶液を通さずに欠陥が発生しないため、電気伝導性の高い凝集紡糸構造体を得ることができる。さらに、触媒を除去した金属性のシングルウォールカーボンナノチューブのみを使用すれば、さらに高い電気伝導率の凝集紡糸構造体を得ることができる。
(Effect of cohesive spinning structure)
The agglomerated spinning structure of the present invention does not contain a resin and does not pass through a strong acid or strong alkali solution, so that no defects are generated. Therefore, an agglomerated spinning structure with high electrical conductivity can be obtained. Furthermore, if only the metallic single-wall carbon nanotubes from which the catalyst has been removed are used, an agglomerated spun structure having a higher electrical conductivity can be obtained.

また、本発明の凝集紡糸構造体は、強酸または強アルカリの溶液を通す処理による欠陥がないため、従来の方法による凝集紡糸構造体よりも機械的強度も高いと考えられる。   Further, since the aggregated spinning structure of the present invention is free from defects due to the treatment of passing a strong acid or strong alkali solution, it is considered to have higher mechanical strength than the aggregated spinning structure obtained by the conventional method.

また、本発明の凝集紡糸構造体は、表面に溝を有するシワ構造であるため、加工性、摺動性に優れる。   Moreover, since the aggregated spinning structure of the present invention has a wrinkle structure having grooves on the surface, it is excellent in workability and slidability.

これらの凝集紡糸構造体を、所望の大きさに縒り合わせたものを導体とし、必要に応じて外部に絶縁体を被覆して、電線とすることができる。このような電線は、高い電気伝導率、高い熱伝導率、高い熱的安定性を持つことから、軽量かつ大電流を流すことが可能な電線となる。   These agglomerated and spun structures can be made into conductors by combining them in a desired size, and if necessary, an outside can be coated with an insulator to form an electric wire. Since such an electric wire has high electric conductivity, high thermal conductivity, and high thermal stability, it becomes a light wire that can flow a large current.

(凝集紡糸構造体の製造方法)
図1は、本発明の実施形態に係る凝集紡糸構造体の製造方法を説明する図である。まず、図1(a)に示すように、様々な方法で合成されたカーボンナノチューブ3を、界面活性剤5とともに第1の溶媒7に分散し、分散液1を得る。
(Method for producing a coagulated spinning structure)
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for producing an agglomerated spinning structure according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, carbon nanotubes 3 synthesized by various methods are dispersed in a first solvent 7 together with a surfactant 5 to obtain a dispersion 1.

次いで、図1(b)に示すように、分散液1を、攪拌中の凝集液9に、シリンジ等で連続的に注入する。図1(c)は、図1(b)のA部分を拡大した図である。図1(c)に示すように、凝集液9に注入された分散液からは、界面活性剤5と第1の溶媒7が凝集液9に分散し、カーボンナノチューブ3が紡糸され、凝集紡糸構造体11が得られる。   Next, as shown in FIG. 1 (b), the dispersion 1 is continuously injected into the aggregating liquid 9 being stirred with a syringe or the like. FIG.1 (c) is the figure which expanded the A section of FIG.1 (b). As shown in FIG. 1C, the surfactant 5 and the first solvent 7 are dispersed in the aggregation liquid 9 from the dispersion injected into the aggregation liquid 9, and the carbon nanotubes 3 are spun. A body 11 is obtained.

本発明は、「分散液を凝集液に連続的に注入する」ことで凝集紡糸構造体を得る点に特徴がある。例えば、シリンジ等に凝集液を入れて、カーボンナノチューブを含む分散液中にその凝集液を連続的に注入しても、不定形の凝集体や膜状の凝集体が得られるものの凝集紡糸構造体を得ることはできない。また、ビーカ等に凝集液を入れて、分散液中にその凝集液を一度に投入しても、不定形の凝集体や膜状の凝集体が得られるものの凝集紡糸構造体を得ることはできない。   The present invention is characterized in that an agglomerated spinning structure is obtained by “injecting the dispersion continuously into the agglomerated liquid”. For example, an agglomerated spinning structure can be obtained in which an agglomerated liquid is obtained by inserting the agglomerated liquid into a syringe or the like and continuously injecting the agglomerated liquid into a dispersion containing carbon nanotubes. Can't get. Also, even if an agglomerated liquid is put into a beaker and the agglomerated liquid is added to the dispersion at once, an agglomerated spinning structure cannot be obtained although an amorphous aggregate or a film-shaped aggregate can be obtained. .

さらにこの後、カーボンナノチューブ3の凝集紡糸構造体11を、水に浸漬し、乾燥させる工程や、凝集紡糸構造体を延伸する工程を含んでも良い。延伸工程では、凝集紡糸構造体を、破断ひずみの50%以上に機械的に延伸することで、カーボンナノチューブの配向性が良くなる。さらに、複数の凝集紡糸構造体11を縒る工程、つまり、ひねって絡み合わせ、一本の太い線材を形成する工程を含んでも良い。   Further, after this, the aggregated spinning structure 11 of the carbon nanotubes 3 may be immersed in water and dried, or a process of stretching the aggregated spinning structure. In the stretching process, the orientation of the carbon nanotubes is improved by mechanically stretching the aggregated spinning structure to 50% or more of the breaking strain. Furthermore, a step of winding a plurality of the agglomerated spinning structures 11, that is, a step of twisting and intertwining to form a single thick wire may be included.

カーボンナノチューブ3は、前述のような、凝集紡糸構造体に含むことができるカーボンナノチューブを使用する。   As the carbon nanotube 3, the carbon nanotube that can be included in the aggregated spinning structure as described above is used.

(界面活性剤)
界面活性剤5としては、次の(1)〜(3)が挙げられ、少なくともこれらの(1)から(3)の群に属する界面活性剤のいずれかから1種以上を使用することが望ましい。あるいは、(1)と(2)または(1)と(3)の群に属する界面活性剤のうち、それぞれ1種以上を組み合わせて使用することもできる。
(1)HLBで8以上の非イオン性界面活性剤
(2)陰イオン性界面活性剤:アルキルベンゼンスルホン酸塩(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等)、アルキルアルコール硫酸エステル塩(例えば、ドデシル硫酸ナトリウム等)、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム、N−ラウロイルサルコシンナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウム、(メタ)アクリロイルポリオキシアルキレン硫酸エステルナトリウム、アルキルアルコールリン酸エステル塩など
(3)陽イオン性界面活性剤:テトラアルキルアンモニウムハライドなど
(Surfactant)
Examples of the surfactant 5 include the following (1) to (3), and it is desirable to use at least one of at least one of the surfactants belonging to the groups (1) to (3). . Alternatively, one or more of the surfactants belonging to the groups (1) and (2) or (1) and (3) may be used in combination.
(1) Nonionic surfactant having an HLB of 8 or more (2) Anionic surfactant: alkylbenzene sulfonate (for example, sodium dodecylbenzenesulfonate), alkyl alcohol sulfate (for example, sodium dodecyl sulfate) Etc.), sodium alkyldiphenyl ether disulfonate, sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate, sodium dialkylsulfosuccinate, sodium alkylallylsulfosuccinate, sodium N-lauroyl sarcosine, sodium polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate, (meth) acryloyl poly Sodium oxyalkylene sulfate ester, alkyl alcohol phosphate ester salt, etc. (3) Cationic surfactant: Tetraalkylammonium halo Donado

非イオン性界面活性剤のHLBが8以上であれば、水に分散又は溶解しやすいので、分散液1に用いる第1の溶媒7として、水を用いることができる。なお、非イオン性界面活性剤のHLBは、グリフィン法により求める。
グリフィン法とは、HLB値=20×(親水部の式量の総和/分子量)で定義する方法である。また、デイビス法とは、官能基によって決まる基数を定め、HLB値=7+(親水基の基数の総和−親油基の基数の総和)で定義する方法である。
If the HLB of the nonionic surfactant is 8 or more, water can be used as the first solvent 7 used in the dispersion 1 because it is easily dispersed or dissolved in water. In addition, HLB of a nonionic surfactant is calculated | required by the Griffin method.
The Griffin method is a method defined by HLB value = 20 × (sum of formula weight of hydrophilic part / molecular weight). The Davis method is a method in which the number of bases determined by a functional group is determined and defined by HLB value = 7 + (total number of bases of hydrophilic groups−total number of bases of lipophilic groups).

(1)の非イオン性界面活性剤としては、HLBが8以上であれば特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルのうち、HLBで8以上の界面活性剤であり、特にポリ(オキシエチレン)オクチルフェニルエーテル(例えば、Triton(登録商標) X−100)、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート(例えば、Tween(登録商標) 20)などのうち、HLBで8以上の界面活性剤などが挙げられる。   The nonionic surfactant (1) is not particularly limited as long as the HLB is 8 or more. For example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester , Glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, and 8 or more surfactants in HLB, especially poly (oxyethylene) octylphenyl ether (for example, Triton (registered trademark) X-100), polyoxyethylene sorbitan Among monolaurates (for example, Tween (registered trademark) 20) and the like, surfactants having an HLB of 8 or more can be used.

また、分散液1を、常温より高い温度に加熱して用いることも好ましい。加熱することで界面活性剤の機能性が高くなり、添加する界面活性剤の量を減らすこともできる。添加する界面活性剤の量を減らすことができれば、凝集紡糸構造体に混入する界面活性剤の量を減らすことができ、凝集紡糸構造体の導電性を向上させることができる。また、常温では紡糸に成功しない界面活性剤を用いた分散液でも、加熱することで紡糸に成功できる場合もある。   It is also preferable to use the dispersion 1 by heating it to a temperature higher than room temperature. By heating, the functionality of the surfactant is increased, and the amount of the surfactant to be added can be reduced. If the amount of the surfactant to be added can be reduced, the amount of the surfactant mixed in the aggregated spinning structure can be reduced, and the conductivity of the aggregated spinning structure can be improved. In addition, even a dispersion using a surfactant that does not succeed in spinning at room temperature may be successfully spun by heating.

上記の(1)〜(3)の界面活性剤を、複数用いることも可能であるが、(2)陰イオン性界面活性剤と(3)陽イオン性界面活性剤の両方を含む場合には、陰イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤との間で会合し、界面活性剤として機能しなくなるので、陰イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤とを混合しないことが好ましい。つまり、複数の界面活性剤を用いる場合は、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤の同じ種類の界面活性剤を複数用いるか、非イオン性界面活性剤と陰イオン性界面活性剤の組み合わせ、又は非イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤の組み合わせであることが好ましい。   It is possible to use a plurality of surfactants (1) to (3) above, but when (2) both an anionic surfactant and (3) a cationic surfactant are included. It is preferable not to mix the anionic surfactant and the cationic surfactant because they associate between the anionic surfactant and the cationic surfactant and do not function as the surfactant. . In other words, when a plurality of surfactants are used, the same type of surfactants such as nonionic surfactants, anionic surfactants, and cationic surfactants are used, or nonionic surfactants are used. And a combination of an anionic surfactant and a combination of a nonionic surfactant and a cationic surfactant.

また、主鎖の長さの異なる複数の界面活性剤を含むことが好ましい場合もある。具体的には、同じ官能基を持っているが、アルキル鎖の長さの異なる複数種類の界面活性剤を加えることが考えられる。現実に取り扱うカーボンナノチューブは、1本ずつ分散しているカーボンナノチューブだけでなく、複数本が凝集して塊となっているカーボンナノチューブも存在する。このとき、1本ずつ分散しているカーボンナノチューブには、主鎖が短い界面活性剤のほうが、紡糸時にカーボンナノチューブより取れやすいため、凝集紡糸構造体に取り込まれる界面活性剤の量が減り好ましい。また、複数本が凝集して塊となっているカーボンナノチューブには、主鎖の長い界面活性剤のほうが、分散時に塊の中まで取り込まれず、凝集紡糸構造体に取り込まれる界面活性剤の量が減り、好ましい。以上のとおり、現実に取り扱うカーボンナノチューブに、1本ずつ分散したカーボンナノチューブと、塊状に凝集したカーボンナノチューブの両方を含む場合は、主鎖の長さの異なる界面活性剤を複数加えることが好ましい。   Moreover, it may be preferable to include a plurality of surfactants having different main chain lengths. Specifically, it is conceivable to add a plurality of types of surfactants having the same functional group but different alkyl chain lengths. Carbon nanotubes that are actually handled include not only carbon nanotubes that are dispersed one by one, but also carbon nanotubes in which a plurality of carbon nanotubes are aggregated into a lump. At this time, for the carbon nanotubes dispersed one by one, a surfactant with a short main chain is more easily removed than a carbon nanotube at the time of spinning, so that the amount of the surfactant incorporated into the aggregated spinning structure is reduced. In addition, for carbon nanotubes in which a plurality of aggregates are aggregated, a surfactant having a long main chain is not incorporated into the aggregate at the time of dispersion, and the amount of surfactant incorporated into the aggregated spinning structure is less. Reduced and preferred. As described above, when the carbon nanotubes actually handled include both carbon nanotubes dispersed one by one and carbon nanotubes aggregated in a lump, it is preferable to add a plurality of surfactants having different main chain lengths.

(第1の溶媒)
第1の溶媒7は、水もしくは、水と有機溶媒の混合溶媒である。この有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキシドが挙げられる。
(First solvent)
The first solvent 7 is water or a mixed solvent of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, propanol, formamide, ethylene glycol, and dimethyl sulfoxide.

分散液1中に、カーボンナノチューブ3を0.1wt%〜1.5wt%含み、好ましくは0.2wt%〜0.4wt%含み、界面活性剤5を0.1wt%〜2.0wt%、好ましくは0.6wt%〜1.2wt%含む。   In dispersion 1, carbon nanotube 3 is contained in an amount of 0.1 wt% to 1.5 wt%, preferably 0.2 wt% to 0.4 wt%, and surfactant 5 is contained in an amount of 0.1 wt% to 2.0 wt%, preferably Contains 0.6 wt% to 1.2 wt%.

分散液1のpHは、3〜11の間にあることが好ましい。強酸や強アルカリの溶液にカーボンナノチューブをさらすと、カーボンナノチューブのグラファイト結晶に欠陥が生じ、カーボンナノチューブ自体の電気伝導性、機械的特性の劣化につながるからである。   The pH of the dispersion 1 is preferably between 3 and 11. When carbon nanotubes are exposed to a strong acid or strong alkali solution, defects occur in the graphite crystals of the carbon nanotubes, leading to deterioration of the electrical conductivity and mechanical properties of the carbon nanotubes themselves.

(第2の溶媒)
第2の溶媒(凝集液)9としては、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、水、メタノール、エタノール、プロパノールのいずれか一つを含む溶液であることが好ましく、少なくともN,N−ジメチルアセトアミドを含むことがより好ましい。なお、第2の溶媒9は、第1の溶媒7と異なるものである。また、凝集液9と第1の溶媒7では、界面活性剤5との親和性が異なる。すなわち、カーボンナノチューブと界面活性剤の集合体への親和性が、分散液と凝集液で異なり、分散液中では、カーボンナノチューブと界面活性剤の集合体がよく分散する必要があるが、凝集液中ではカーボンナノチューブと界面活性剤の集合体が凝集する必要がある。
(Second solvent)
The second solvent (aggregate) 9 is a solution containing any one of N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, propylene carbonate, formamide, N-methylformamide, water, methanol, ethanol, and propanol. It is preferable that there is at least N, N-dimethylacetamide. The second solvent 9 is different from the first solvent 7. In addition, the agglomerate 9 and the first solvent 7 have different affinities with the surfactant 5. In other words, the affinity of the carbon nanotube and the surfactant to the aggregate differs between the dispersion and the aggregation liquid, and in the dispersion, the aggregate of the carbon nanotube and the surfactant needs to be well dispersed. Among them, aggregates of carbon nanotubes and surfactants need to aggregate.

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
[実施例1]
(分散液作製)
まず、シングルウォールカーボンナノチューブ(株式会社名城ナノカーボン社製FH−P)40mgと、ドデシル硫酸ナトリウム(陰イオン性界面活性剤、HLB値=40(デイビス法))120mgを、水9840mgに加え、700rpm2時間の条件で攪拌し、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製US−50)で5分間、分散させる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[Example 1]
(Dispersion preparation)
First, 40 mg of single wall carbon nanotubes (FH-P manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd.) and 120 mg of sodium dodecyl sulfate (anionic surfactant, HLB value = 40 (Davis method)) are added to 9840 mg of water, and 700 rpm2 Stir under conditions of time and disperse with an ultrasonic homogenizer (US-50 manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) for 5 minutes.

FH−Pのラマンスペクトルを図2に示す。FH−PのGバンド(1588cm−1)と、Dバンド(1339cm−1)の強度の比を取ると、G/D比は38.9であった。 The Raman spectrum of FH-P is shown in FIG. When the ratio of the intensity of the G band (1588 cm −1 ) of FH-P and the D band (1339 cm −1 ) was taken, the G / D ratio was 38.9.

(注入・紡糸工程)
凝集液として、N,N−ジメチルアセトアミドをそのまま用い、分散液をシリンジに入れ、シリンジの先を凝集液に浸し、緩やかに分散液を凝集液に注入して、カーボンナノチューブを凝集紡糸した。分散液の凝集液への注入条件は、注入ノズル口径を0.51mmとし、凝集液の中心から注入ノズルの距離を約3cmとし、注入速度を約1.9ml/minとし、凝集液の攪拌子の回転速度を50rpmとした。
分散液を凝集液に注入した後の凝集紡糸構造体を、図3(a)に示す。
その後、凝集紡糸構造体を水に1日間浸漬し1日間真空乾燥した。
凝集紡糸構造体を水から引き上げたときの様子を図3(b)に示し、乾燥後の凝集紡糸構造体を図3(c)に示す。
(Injection and spinning process)
N, N-dimethylacetamide was used as the aggregating liquid as it was, the dispersion was put into a syringe, the tip of the syringe was immersed in the aggregating liquid, and the dispersion was gently injected into the aggregating liquid to agglomerate and spin the carbon nanotubes. The conditions for injecting the dispersion into the agglomerated liquid were as follows: the injection nozzle diameter was 0.51 mm, the distance from the center of the agglomerated liquid to the injection nozzle was about 3 cm, the injection speed was about 1.9 ml / min, and the stirrer for the agglomerated liquid The rotation speed was set to 50 rpm.
FIG. 3A shows the aggregated spinning structure after the dispersion liquid has been poured into the aggregated liquid.
Thereafter, the coagulated spinning structure was immersed in water for 1 day and vacuum-dried for 1 day.
FIG. 3 (b) shows the state when the aggregated spinning structure is pulled up from water, and FIG. 3 (c) shows the aggregated spinning structure after drying.

(注入条件の検討)
分散液の凝集液への注入条件は、凝集紡糸構造体の形態に影響した。特に、分散液の総量に比較した凝集液の総量が凝集紡糸構造体の形態に影響した。例えば、シリンジ内に含まれる分散液の総量に比較して凝集液の総量が5倍以下の2倍と4倍として、その他の条件は実施例1の条件にて緩やかに分散液を凝集液に注入したところ、凝集紡糸構造体は得られなかった。
一方で、シリンジ内に含まれる分散液の総量に比較して凝集液の総量が5倍を超える6倍と10倍について、また、その他の条件は実施例1の条件にて緩やかに分散液を凝集液に注入すると、両者ともに凝集紡糸構造体が得られた。分散液の総量に対する凝集液の割合は、多いほうが望ましく10倍以上である方がより好ましく、その割合に上限はない。
(Investigation of injection conditions)
The conditions for injecting the dispersion into the agglomerated liquid affected the morphology of the agglomerated spinning structure. In particular, the total amount of the agglomerated liquid compared to the total amount of the dispersion affected the morphology of the agglomerated spinning structure. For example, compared with the total amount of the dispersion liquid contained in the syringe, the total amount of the aggregate liquid is set to 2 times and 4 times less than 5 times, and the other conditions are gradually changed to the aggregate liquid under the conditions of Example 1. When injected, an agglomerated spinning structure was not obtained.
On the other hand, compared with the total amount of the dispersion liquid contained in the syringe, the total amount of the aggregate liquid is 6 times and 10 times exceeding 5 times. When injected into the agglomerated liquid, an agglomerated spinning structure was obtained in both cases. The ratio of the coagulated liquid with respect to the total amount of the dispersion is desirably larger, more preferably 10 times or more, and there is no upper limit to the ratio.

(評価)
実施例1に係る凝集紡糸構造体の電気伝導度を、20℃にて四端子法を用いて測定した。実施例1に係る凝集紡糸構造体の電気伝導度は、1275.6S/cmであった。
(Evaluation)
The electrical conductivity of the aggregated spinning structure according to Example 1 was measured at 20 ° C. using a four-terminal method. The electrical conductivity of the coagulated spinning structure according to Example 1 was 1275.6 S / cm.

また、実施例1に係る凝集紡糸構造体を、長さを測定し、天秤を用いて重量を測定し、走査型電子顕微鏡を用いて直径を測定し、円筒形と仮定して計算した結果、実施例1に係る凝集紡糸構造体のかさ密度は0.74g/cmであった。 Further, the aggregated spinning structure according to Example 1, the length was measured, the weight was measured using a balance, the diameter was measured using a scanning electron microscope, and the calculation was performed assuming a cylindrical shape. The bulk density of the aggregated spinning structure according to Example 1 was 0.74 g / cm 3 .

また、実施例1に係る凝集紡糸構造体を、空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で熱重量分析を行ったところ、100℃から450℃の間で、重量は22.7%減少した。実施例1に係る凝集紡糸構造体のラマンスペクトルのG/D比は13.1であった。   Further, when the agglomerated spinning structure according to Example 1 was subjected to thermogravimetric analysis at a heating rate of 10 ° C./min in an air atmosphere, the weight decreased by 22.7% between 100 ° C. and 450 ° C. did. The G / D ratio of the Raman spectrum of the coagulated spinning structure according to Example 1 was 13.1.

また、実施例1に係る凝集紡糸構造体の表面を走査型電子顕微鏡にて観察した際の写真を図4(a)〜(c)に示す。図4(a)に示すように、凝集紡糸構造体の表面には無数の長手方向への溝が生じており、これらの溝は深さが1〜3μmであり、長さが30μm以上である。また、図4(b)、(c)より、表面にカーボンナノチューブの白い筋が無数に走っており、実施例1に係る凝集紡糸構造体は多数のカーボンナノチューブが紡糸されて形成されていることがわかる。   Moreover, the photograph at the time of observing the surface of the aggregation spinning structure which concerns on Example 1 with a scanning electron microscope is shown to Fig.4 (a)-(c). As shown in FIG. 4 (a), an infinite number of longitudinal grooves are formed on the surface of the cohesive spinning structure, and these grooves have a depth of 1 to 3 μm and a length of 30 μm or more. . 4 (b) and 4 (c), the surface has innumerable white streaks of carbon nanotubes, and the aggregated spinning structure according to Example 1 is formed by spinning a large number of carbon nanotubes. I understand.

また、実施例1に係る凝集紡糸構造体の表面の一部を収束イオンビーム(FIB)加工し、縦断面を走査型電子顕微鏡にて観察した。図5(a)は、FIB加工前の凝集紡糸構造体を観察した写真であり、図5(b)は、凝集紡糸構造体をFIB加工して縦断面を露出させた写真である。図5(b)より、凝集紡糸構造体は、内部に複数の100nm以上10μm以下の空隙を有することが分かる。   Further, a part of the surface of the aggregated spinning structure according to Example 1 was subjected to focused ion beam (FIB) processing, and the longitudinal section was observed with a scanning electron microscope. FIG. 5A is a photograph of the aggregated spinning structure observed before FIB processing, and FIG. 5B is a photograph of the longitudinal cross-section exposed by FIB processing of the aggregated spinning structure. FIG. 5B shows that the aggregated spinning structure has a plurality of voids of 100 nm to 10 μm inside.

[実施例2〜43、比較例1〜6]
実施例1から、水浸漬時間や超音波条件、攪拌条件、カーボンナノチューブの割合、カーボンナノチューブの種類、超音波分散時間、分散液の溶媒(第1の溶媒)、界面活性剤の種類、凝集液(第2の溶媒)の種類を変更し、実施例2〜43、比較例1〜6に係る凝集紡糸構造体を形成し、導電率を測定した。
実施例2〜6は、水に浸漬する時間や超音波時間を変更した。
実施例7〜10は、分散液を作成する工程で、実施例1では単なる攪拌であったものを、超音波スターラを用いて超音波攪拌を行った。
実施例11〜14は、カーボンナノチューブの配合比を変更した上に、超音波分散を行う装置や条件を変更した。
実施例15〜17は、カーボンナノチューブと界面活性剤の配合比を変更した上に、超音波分散を行う装置や条件を変更した。
実施例18〜20は、カーボンナノチューブの種類を変更した。
実施例21〜23は、分散液に使用する第1の溶媒を、水に有機溶媒を添加した混合溶媒とした。
実施例24〜26は、分散液に使用する界面活性剤をTriton X−100に変更し、凝集液に使用する第2の溶媒を変更した。
実施例27〜29は、分散液に使用する界面活性剤をTween20に変更し、凝集液に使用する第2の溶媒を変更した。
実施例30〜34は、分散液に使用する界面活性剤をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムのハードタイプまたはソフトタイプに変更し、凝集液に使用する第2の溶媒を変更した。
実施例35は、実施例1の分散液の分散工程を変更した実施例である。
実施例35〜39は、分散液に使用する界面活性剤のアルキル鎖の長さを実施例35のドデシル硫酸ナトリウム(炭素数12)単独から、オクチル硫酸ナトリウム(炭素数8)とドデシル硫酸ナトリウムの混合へと変更した。さらに、実施例38は、実施例35からドデシル硫酸ナトリウムの量を変更した実施例であり、実施例39は、界面活性剤の量を減らしながらオクチル硫酸ナトリウムとドデシル硫酸ナトリウムの混合へと変更した実施例である。なお、後述する比較例5に示すように、界面活性剤としてオクチル硫酸ナトリウムのみを用いる場合は紡糸ができなかった。
実施例40、41、比較例1、2は、ヘキサデシル硫酸ナトリウム(炭素数16)や、オクタデシル硫酸ナトリウム(炭素数18)を用いた例である。ヘキサデシル硫酸ナトリウムやオクタデシル硫酸ナトリウムのような、アルキル鎖の鎖長の長い界面活性剤を用いる場合は、室温では紡糸ができなかったが、加熱することで紡糸に成功した。
実施例42は、実施例41の水浸漬の期間を1日間から7日間に延ばした実施例である。オクタデシル硫酸ナトリウムを界面活性剤に使用する場合、水浸漬の期間を延ばした結果、導電率が上がった。
実施例43、比較例3、4、6は、界面活性剤の量を60mgに減らした例である。実施例43では、炭素数18のオクタデシル硫酸ナトリウムでは、界面活性剤の量を減らしても紡糸ができたが、比較例3で炭素数16のヘキサデシル硫酸ナトリウムを用いた場合や、比較例4で炭素数12のドデシル硫酸ナトリウムを用いた場合、比較例6で炭素数8のオクチル硫酸ナトリウムを用いた場合は、紡糸に失敗した。なお、比較例5のようにオクチル硫酸ナトリウムを用いる場合は、界面活性剤を120mg用いても紡糸できなかった。
その結果を表にまとめた。
[Examples 2 to 43, Comparative Examples 1 to 6]
From Example 1, water immersion time, ultrasonic conditions, stirring conditions, carbon nanotube ratio, carbon nanotube type, ultrasonic dispersion time, dispersion solvent (first solvent), surfactant type, aggregating liquid The type of (second solvent) was changed, and the aggregated spinning structures according to Examples 2 to 43 and Comparative Examples 1 to 6 were formed, and the electrical conductivity was measured.
In Examples 2 to 6, the time of immersion in water and the ultrasonic time were changed.
Examples 7 to 10 are steps for preparing a dispersion, and in Example 1, what was merely stirring was ultrasonically stirred using an ultrasonic stirrer.
In Examples 11 to 14, the mixing ratio of carbon nanotubes was changed, and the apparatus and conditions for ultrasonic dispersion were changed.
In Examples 15 to 17, the mixing ratio of the carbon nanotube and the surfactant was changed, and the apparatus and conditions for ultrasonic dispersion were changed.
In Examples 18 to 20, the type of the carbon nanotube was changed.
In Examples 21 to 23, the first solvent used in the dispersion was a mixed solvent obtained by adding an organic solvent to water.
In Examples 24-26, the surfactant used in the dispersion was changed to Triton X-100, and the second solvent used in the aggregate was changed.
In Examples 27 to 29, the surfactant used in the dispersion was changed to Tween 20, and the second solvent used in the aggregation liquid was changed.
In Examples 30 to 34, the surfactant used for the dispersion was changed to a hard type or a soft type of sodium dodecylbenzenesulfonate, and the second solvent used for the aggregating liquid was changed.
Example 35 is an example in which the dispersion process of the dispersion liquid of Example 1 was changed.
In Examples 35 to 39, the length of the alkyl chain of the surfactant used in the dispersion was changed from sodium dodecyl sulfate (carbon number 12) alone in Example 35 to sodium octyl sulfate (carbon number 8) and sodium dodecyl sulfate. Changed to mixed. Furthermore, Example 38 is an example in which the amount of sodium dodecyl sulfate was changed from Example 35, and Example 39 was changed to a mixture of sodium octyl sulfate and sodium dodecyl sulfate while reducing the amount of surfactant. This is an example. As shown in Comparative Example 5 described later, when only sodium octyl sulfate was used as the surfactant, spinning could not be performed.
Examples 40 and 41 and Comparative Examples 1 and 2 are examples using sodium hexadecyl sulfate (16 carbon atoms) or sodium octadecyl sulfate (18 carbon atoms). When a surfactant having a long alkyl chain length such as sodium hexadecyl sulfate or sodium octadecyl sulfate was used, spinning was not possible at room temperature, but spinning was successful by heating.
Example 42 is an example in which the period of water immersion in Example 41 was extended from 1 day to 7 days. When sodium octadecyl sulfate was used as the surfactant, the conductivity increased as a result of extending the period of water immersion.
Example 43 and Comparative Examples 3, 4, and 6 are examples in which the amount of the surfactant was reduced to 60 mg. In Example 43, the octadecyl sodium sulfate having 18 carbon atoms could be spun even if the amount of the surfactant was reduced, but in the case of using 16 hexadecyl sodium sulfate in Comparative Example 3 or in Comparative Example 4 When using sodium dodecyl sulfate having 12 carbon atoms, spinning was failed when sodium octyl sulfate having 8 carbon atoms was used in Comparative Example 6. In addition, when using octyl sodium sulfate like the comparative example 5, it was not able to spin even if 120 mg of surfactant was used.
The results are summarized in a table.

なお、実施例で用いた装置・材料は以下のとおりである。
・攪拌装置A:株式会社日本精機製作所製超音波ホモジナイザーUS−50
・攪拌装置B:日本精機製作所製の超音波スターラUSS−1
・攪拌装置C:マイクロテック・ニチオン社製超音波ホモジナイザーNR−50M
・SN2102:Sun Innovation inc.製SN2102 シングルウォールカーボンナノチューブ
・SG−SWNTs:産業技術総合研究所製のスーパーグロース法により製造されたシングルウォールカーボンナノチューブ
・Hipco−CNT:unidym社製のHiPco法により製造されたシングルウォールカーボンナノチューブ(灰分5〜15重量%のPurified品質のもの)
・Triton X−100:キシダ化学社製トリトンX−100、ポリ(オキシエチレン)オクチルフェニルエーテル(非イオン系界面活性剤、HLB値=13.4)
・Tween20:キシダ化学社製ツイーン20、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート(非イオン系界面活性剤、HLB値=16.7)
・ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム ハードタイプ(陰イオン系界面活性剤)
・ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム ソフトタイプ(陰イオン系界面活性剤)
The devices and materials used in the examples are as follows.
・ Agitator A: Ultrasonic homogenizer US-50 manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.
・ Agitator B: Ultrasonic stirrer USS-1 manufactured by Nippon Seiki Seisakusho
・ Agitator C: Ultrasonic homogenizer NR-50M manufactured by Microtech Nichion
SN2102: Sun Innovation Inc. SN2102 single wall carbon nanotubes SG-SWNTs: single wall carbon nanotubes manufactured by the Super Growth method manufactured by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Hipco-CNT: single wall carbon nanotubes manufactured by the HiPco method manufactured by unidym (ash content) 5 to 15% by weight of Purifed quality)
Triton X-100: Triton X-100 manufactured by Kishida Chemical Co., poly (oxyethylene) octylphenyl ether (nonionic surfactant, HLB value = 13.4)
Tween 20: Tween 20 manufactured by Kishida Chemical Co., polyoxyethylene sorbitan monolaurate (nonionic surfactant, HLB value = 16.7)
・ Sodium dodecylbenzenesulfonate hard type (anionic surfactant)
・ Sodium dodecylbenzenesulfonate soft type (anionic surfactant)

以上のように、水浸漬時間や超音波条件、攪拌条件、カーボンナノチューブの割合、カーボンナノチューブの種類、超音波分散時間、分散液の溶媒(第1の溶媒)、界面活性剤の種類、凝集液(第2の溶媒)の種類を変更しても、各実施例に係る凝集紡糸構造体は、50S/cm以上の導電率を有する。   As described above, water immersion time, ultrasonic conditions, stirring conditions, carbon nanotube ratio, carbon nanotube type, ultrasonic dispersion time, dispersion solvent (first solvent), surfactant type, and aggregating liquid Even if the type of (second solvent) is changed, the aggregated spinning structure according to each example has a conductivity of 50 S / cm or more.

[比較例7]
比較例7として、実施例1の凝集液として、ポリビニルアルコール(Fluka、MW49000)の1重量%水溶液を用いる以外は実施例1と同様の方法で凝集紡糸構造体を形成した。
[Comparative Example 7]
As Comparative Example 7, an agglomerated spinning structure was formed in the same manner as in Example 1 except that a 1% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol (Fluka, MW 49000) was used as the agglomerated liquid of Example 1.

また、比較例7に係る凝集紡糸構造体を、実施例1と同様に熱重量分析を行ったところ、100℃から450℃の間で、重量減少率は65.7%であった。カーボンナノチューブの種類を変えても,50%以下にはならなかった。比較例7に係る凝集紡糸構造体のラマンスペクトルのG/D比は8.37であった。   Further, the aggregated spinning structure according to Comparative Example 7 was subjected to thermogravimetric analysis in the same manner as in Example 1. As a result, the weight reduction rate was 65.7% between 100 ° C. and 450 ° C. Even if the type of carbon nanotube was changed, it did not become 50% or less. The G / D ratio of the Raman spectrum of the aggregated spinning structure according to Comparative Example 7 was 8.37.

以上のように、比較例7に係る凝集紡糸構造体は、樹脂を含むため、実施例1に係る凝集紡糸構造体に比べて、100℃から450℃までの間の重量減少が大きい。   As described above, since the aggregated spinning structure according to Comparative Example 7 contains a resin, the weight loss between 100 ° C. and 450 ° C. is larger than that of the aggregated spinning structure according to Example 1.

1………分散液
3………カーボンナノチューブ
5………界面活性剤
7………第1の溶媒
9………第2の溶媒(凝集液)
11………凝集紡糸構造体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Dispersion liquid 3 ......... Carbon nanotube 5 ......... Surfactant 7 ......... First solvent 9 ......... Second solvent (aggregate)
11 ... Cohesive spinning structure

Claims (10)

カーボンナノチューブを、界面活性剤によって、水のみかまたは有機溶媒と水とを含む混合溶媒である第1の溶媒に分散させた分散液を作製する工程(a)と、
前記第1の溶媒と異なる第2の溶媒である凝集液に、前記カーボンナノチューブを分散させた前記分散液を注入し、カーボンナノチューブを凝集紡糸する工程(b)と
を含み、
前記第1の溶媒が、水のみであるか、または、メタノール、エタノール、プロパノール、ホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキシドからなる群から選ばれた一つ以上の有機溶媒と水とを含む混合溶媒のいずれかであり、
前記凝集液が、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、水、メタノール、エタノール、プロパノールのいずれか一つを含む溶液であり、前記凝集液と前記第1の溶媒では、前記界面活性剤との親和性が異なり、
前記凝集液のpHが3〜11の間にある
ことを特徴とする凝集紡糸構造体の製造方法。
A step (a) of producing a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a first solvent, which is a mixed solvent containing only water or an organic solvent and water, with a surfactant;
The aggregating agent is a second solvent different from the first solvent, and injecting the dispersion liquid obtained by dispersing the carbon nanotubes, viewed including the step (b) to aggregate spinning carbon nanotube,
The first solvent is either water alone or a mixed solvent containing one or more organic solvents selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, formamide, ethylene glycol, and dimethyl sulfoxide and water. And
The aggregation liquid is a solution containing any one of N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, propylene carbonate, formamide, N-methylformamide, water, methanol, ethanol, propanol, In the first solvent, the affinity with the surfactant is different,
The method for producing an aggregated spinning structure, wherein the pH of the aggregated liquid is between 3 and 11 .
前記界面活性剤が、下記の(1)から(3)の群に属する界面活性剤のいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
(1)グリフィン法で求めたHLBで8以上の非イオン性界面活性剤
(2)陰イオン性界面活性剤:アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルアルコール硫酸エステル塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム、N−ラウロイルサルコシンナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウム、(メタ)アクリロイルポリオキシアルキレン硫酸エステルナトリウム、アルキルアルコールリン酸エステル塩
(3)陽イオン性界面活性剤:テトラアルキルアンモニウムハライド
The method for producing an agglomerated spinning structure according to claim 1, wherein the surfactant is at least one of the surfactants belonging to the following groups (1) to (3).
(1) Nonionic surfactant having an HLB of 8 or more determined by the Griffin method (2) Anionic surfactant: alkylbenzene sulfonate, alkyl alcohol sulfate, sodium alkyldiphenyl ether disulfonate, polyoxyethylene alkyl Sodium ether sulfate ester, sodium dialkylsulfosuccinate, sodium alkylallylsulfosuccinate, sodium N-lauroyl sarcosine, sodium polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate, sodium (meth) acryloyl polyoxyalkylene sulfate, alkyl alcohol phosphate ( 3) Cationic surfactant: tetraalkylammonium halide
前記界面活性剤が、前記(1)及び前記(2)または前記(1)及び前記(3)の群に属する界面活性剤のうち、それぞれ1種以上の界面活性剤を組み合わせたものであることを特徴とする請求項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。 The surfactant is a combination of one or more surfactants among the surfactants belonging to the groups (1) and (2) or (1) and (3). The method for producing an agglomerated spinning structure according to claim 2 . 前記界面活性剤が、主鎖の長さの異なる複数の界面活性剤を含むことを特徴とする請求項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。 The method for producing an aggregated spinning structure according to claim 2 , wherein the surfactant includes a plurality of surfactants having different main chain lengths. 前記界面活性剤がドデシル硫酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項〜請求項のいずれか1項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。 The method for producing an agglomerated spinning structure according to any one of claims 2 to 4 , wherein the surfactant contains sodium dodecyl sulfate. さらに、前記工程(b)の後、
前記凝集紡糸構造体を前記凝集液から取り出し、溶媒に浸漬する工程と、
前記凝集紡糸構造体を乾燥する工程と、
前記凝集紡糸構造体を延伸する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。
Furthermore, after the step (b),
Removing the agglomerated spinning structure from the agglomerated liquid and immersing in a solvent;
Drying the agglomerated spinning structure;
Stretching the coagulated spinning structure;
The method for producing an agglomerated spun structure according to any one of claims 1 to 5 , wherein:
さらに前記凝集紡糸構造体を縒る工程を含むことを特徴とする請求項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。 The method for producing an agglomerated spinning structure according to claim 6 , further comprising a step of rolling the agglomerated spinning structure. 前記カーボンナノチューブが、触媒除去処理を施されていることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の凝集紡糸構造体の製造方法。 The method for producing an agglomerated spinning structure according to any one of claims 1 to 7 , wherein the carbon nanotube is subjected to a catalyst removal treatment. 請求項1〜のいずれか1項に記載された製造方法で作製されたことを特徴とする凝集紡糸構造体。 An agglomerated spinning structure produced by the production method according to any one of claims 1 to 8 . 請求項1〜のいずれか1項に記載された製造方法で作製されたカーボンナノチューブを含む凝集紡糸構造体であって、
かさ密度が0.5g/cm以上であり、
空気雰囲気下で室温から10℃/分の昇温速度で100℃まで加熱して100℃で10分放置した後の重量を乾燥重量として、さらに空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で450℃まで追加加熱した後の重量を加熱重量として、乾燥重量から加熱重量を引いた重量を乾燥重量で割った重量減少率が、50%以下であり、
さらに共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、1550〜1650cm−1の範囲内で最大のピーク強度をG、1300〜1400cm−1の範囲内で最大のピーク強度をDとしたとき、G/Dの比が10以上である
ことを特徴とする凝集紡糸構造体。
An aggregated spinning structure comprising carbon nanotubes produced by the production method according to any one of claims 1 to 8 ,
The bulk density is 0.5 g / cm 3 or more,
The weight after heating from room temperature to 100 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in an air atmosphere and allowing to stand at 100 ° C. for 10 minutes is defined as dry weight, and further at a temperature increase rate of 10 ° C./min in an air atmosphere The weight reduction rate obtained by dividing the weight after additional heating up to 450 ° C. by the weight after heating the weight after subtracting the heating weight from the dry weight is 50% or less,
In yet spectrum obtained by resonance Raman scattering measurement, the maximum peak intensity in the range of 1550~1650cm -1 G, when the maximum peak intensity is D within the 1300~1400Cm -1, the G / D An agglomerated spinning structure characterized in that the ratio is 10 or more.
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