JP5552904B2 - Method for producing nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber, and nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber obtained by these methods - Google Patents

Method for producing nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber, and nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber obtained by these methods Download PDF

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本発明は、ナノ炭素含有繊維及びナノ炭素構造体繊維の製造方法並びにそれらの方法で得られたナノ炭素含有繊維及びナノ炭素構造体繊維に関する。   The present invention relates to a method for producing nanocarbon-containing fibers and nanocarbon structure fibers, and nanocarbon-containing fibers and nanocarbon structure fibers obtained by these methods.

ナノ炭素材料であるカーボンナノチューブ、水溶性導電性ポリマー、溶媒からなる組成物、及び該組成物から製造される複合体(導電体)が知られている(特許文献1)。この組成物及び複合体は、水溶性導電性ポリマーを共存させることにより、カーボンナノチューブ自体の特性を損なうことなく、カーボンナノチューブを水、有機溶剤、含水有機溶媒等の溶媒に分散化又は可溶化することができ、長期保存安定性に優れる。   A composition comprising a carbon nanotube which is a nanocarbon material, a water-soluble conductive polymer and a solvent, and a composite (conductor) produced from the composition are known (Patent Document 1). In the composition and composite, by coexisting a water-soluble conductive polymer, the carbon nanotubes are dispersed or solubilized in a solvent such as water, an organic solvent, or a water-containing organic solvent without impairing the characteristics of the carbon nanotubes themselves. It is excellent in long-term storage stability.

これらの水溶性導電性ポリマーが共存しているカーボンナノチューブ含有組成物を凝固浴中に押し出す湿式紡糸をし、延伸してカーボンナノチューブ含有繊維が得られることが報告されている(特許文献2)。この繊維は、従来からの湿式紡糸法のため、単繊維径は数十ミクロン以上となり、電池材料の電極材料等に用いる場合、比表面積が小さくて十分な特性が発現できないという問題がある。また、カーボンナノチューブ以外に分散剤である水溶性導電性ポリマーやバインダーポリマーである高分子化合物が共存しておりカーボンナノチューブ自体の導電性等の特性が十分に発揮することができないという課題もある。   It has been reported that a carbon nanotube-containing fiber can be obtained by wet spinning by extruding a carbon nanotube-containing composition in which these water-soluble conductive polymers coexist in a coagulation bath and drawing (Patent Document 2). Since this fiber is a conventional wet spinning method, the diameter of the single fiber is several tens of microns or more, and when used as an electrode material for battery materials, there is a problem that the specific surface area is small and sufficient characteristics cannot be exhibited. In addition to the carbon nanotubes, a water-soluble conductive polymer that is a dispersant and a polymer compound that is a binder polymer coexist, so that there is a problem that the properties such as the conductivity of the carbon nanotubes cannot be fully exhibited.

また、カーボンナノファイバー、分散剤、アクリロニトリル系重合体及び溶剤とからなる紡糸原糸を紡糸口金から吐出し固化させアクリル繊維を製造した後、更に該アクリル繊維を焼成して得られる炭素繊維が報告されている(特許文献3)。この炭素繊維も従来の紡糸法のため、単繊維径は数ミクロン以上となり、カーボンナノチューブ以外に分散剤である水溶性導電性ポリマーやバインダーポリマーであるアクリロニトリル系重合体が共存しておりカーボンナノチューブ自体の特性が十分に発揮することができないという課題がある。   Also reported is a carbon fiber obtained by discharging and solidifying a spinning yarn composed of carbon nanofibers, a dispersant, an acrylonitrile-based polymer and a solvent from a spinneret and then firing the acrylic fiber. (Patent Document 3). Since this carbon fiber is also a conventional spinning method, the single fiber diameter is several microns or more, and in addition to the carbon nanotube, a water-soluble conductive polymer as a dispersant and an acrylonitrile polymer as a binder polymer coexist. There is a problem that the above characteristics cannot be fully exhibited.

一方、単層カーボンナノチューブをジメチルホルムアミド中に分散した後、ポリアクリロニトリルを添加して紡糸溶液を調製し、これを電界紡糸することによりカーボンナノチューブを含有したナノファイバーを製造する方法が報告されている。更にこのナノファイバーを熱処理してナノサイズの炭素繊維の製造についても報告されている(非特許文献1)。しかし、単層カーボンナノチューブは単にジメチルホルムアミド中で撹拌したため十分に分散しているとは言い難い。また、熱処理についてもポリアクリロニトリルを黒鉛化処理しているため黒鉛化結晶が残存し、単層カーボンナノチューブ自体の特性が発現しないという課題がある。   On the other hand, a method for producing nanofibers containing carbon nanotubes by dispersing a single-walled carbon nanotube in dimethylformamide, adding polyacrylonitrile to prepare a spinning solution, and electrospinning the solution is reported. . Furthermore, it has been reported that nano-sized carbon fibers are produced by heat-treating the nano-fibers (Non-patent Document 1). However, it is difficult to say that single-walled carbon nanotubes are sufficiently dispersed because they are simply stirred in dimethylformamide. Moreover, since the polyacrylonitrile is graphitized in the heat treatment, there is a problem that the graphitized crystal remains and the characteristics of the single-walled carbon nanotube itself are not exhibited.

国際公開第2004/039893号パンフレットInternational Publication No. 2004/039893 Pamphlet 特開2005−105510号公報JP 2005-105510 A 特開2006−200114号公報JP 2006-200114 A

Hoa Lam,Polymer Preprints 2003,44(2),156Hoa Lam, Polymer Preprints 2003, 44 (2), 156

カーボンナノチューブを含有する繊維を製造する場合は、紡糸用の溶液中にバインダーポリマーを含有する必要がある。しかし、その場合、カーボンナノチューブは絶縁体であるバインダーポリマーで被覆されてしまいカーボンナノチューブ本来の導電性等の特性が発揮できない。また、湿式紡糸法のため繊維径が数ミクロン以上となってしまい比表面積が小さく、電池の電極材料等に適用できないという問題があった。   When manufacturing the fiber containing a carbon nanotube, it is necessary to contain a binder polymer in the solution for spinning. However, in that case, the carbon nanotubes are covered with a binder polymer that is an insulator, and the carbon nanotubes cannot exhibit their original properties such as conductivity. In addition, since the fiber diameter is several microns or more due to the wet spinning method, there is a problem that the specific surface area is small and the method cannot be applied to battery electrode materials.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、カーボンナノチューブ等のナノ炭素材料自体の特性を損なうことなく、繊維中でナノ炭素材料が繊維の長手方向に配向して存在し、優れた導電性を備えたナノ炭素含有繊維及びそれから得られるナノ炭素構造体繊維の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and without damaging the properties of the nanocarbon material itself such as carbon nanotubes, the nanocarbon material is oriented in the longitudinal direction of the fiber and has excellent conductivity. It aims at providing the manufacturing method of the nano carbon containing fiber provided with property, and the nano carbon structure fiber obtained from it.

本発明者はこれらの課題を解決するために鋭意研究をした結果、導電性ポリマーとナノ炭素と溶媒と高分子化合物を共存したナノ炭素含有組成物を用いて電界紡糸を行うことによって、繊維径がナノレベルのナノ炭素含有繊維が得られ、更にこのナノ炭素含有繊維を焼成することによって、実質的にナノ炭素材料自体から構成されるナノ炭素構造体繊維が得られることを見出した。   As a result of diligent research to solve these problems, the inventor conducted electrospinning using a nanocarbon-containing composition in which a conductive polymer, nanocarbon, a solvent, and a polymer compound coexisted, thereby obtaining a fiber diameter. It has been found that nano-level nanocarbon-containing fibers are obtained, and further, by firing the nanocarbon-containing fibers, nanocarbon structure fibers substantially composed of the nanocarbon material itself are obtained.

すなわち本発明の第一は、導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)及び、前記導電性ポリマー(A)とは異なる高分子化合物(D)を含有するナノ炭素含有組成物を電界紡糸する、ナノ炭素含有繊維を製造する方法である。
また、上記ナノ炭素含有組成物に、塩基性化合物を含有させることによって、紡糸性を向上することが可能である。
That is, the first of the present invention is a nanocarbon-containing material containing a conductive polymer (A), a nanocarbon material (B), a solvent (C), and a polymer compound (D) different from the conductive polymer (A). A method for producing nanocarbon-containing fibers by electrospinning a composition.
In addition, spinnability can be improved by adding a basic compound to the nanocarbon-containing composition.

本発明の第二は、ナノ炭素含有繊維を加熱することにより、前記導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)を焼失させる、ナノ炭素構造体繊維を製造する方法である。   The second of the present invention is a method for producing a nanocarbon structure fiber in which the conductive polymer (A) and the polymer compound (D) are burned out by heating the nanocarbon-containing fiber.

本発明の第三は、本発明の第一の方法により製造されたナノ炭素含有繊維からなるシート状又は撚糸状構造体である。   A third aspect of the present invention is a sheet-like or twisted structure made of nanocarbon-containing fibers produced by the first method of the present invention.

本発明の第四は、本発明の第二の方法により製造されたナノ炭素構造体繊維からなるシート状又は撚糸状構造体である。   A fourth aspect of the present invention is a sheet-like or twisted-like structure composed of nanocarbon structure fibers produced by the second method of the present invention.

本発明の方法により製造されたナノ炭素含有繊維及びそれから得られるナノ炭素構造体繊維は、繊維径がナノレベルからミクロンレベルまで紡糸条件を制御することにより任意に調整可能である。特に繊維径がナノレベルの場合は比表面積が大きく、ナノ炭素材料自体の特性を損なうことなく優れた導電性を有する。   The nanocarbon-containing fiber produced by the method of the present invention and the nanocarbon structure fiber obtained therefrom can be arbitrarily adjusted by controlling the spinning conditions from the nanometer level to the micron level. In particular, when the fiber diameter is at the nano level, the specific surface area is large, and it has excellent conductivity without impairing the properties of the nano carbon material itself.

実施例1で得られたナノ炭素含有繊維からなるシート状構造体のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a sheet-like structure composed of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 1. 実施例1で得られたナノ炭素含有繊維からなる配列繊維のSEM写真である。2 is a SEM photograph of an array fiber composed of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 1. 実施例1で得られたナノ炭素含有繊維からなる撚糸状構造体のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a twisted-like structure composed of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 1. 実施例1で得られたナノ炭素含有繊維のTEM写真である。3 is a TEM photograph of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られた繊維からなるシート状構造体のSEM写真である。3 is a SEM photograph of a sheet-like structure made of fibers obtained in Comparative Example 1. 実施例3で得られたナノ炭素含有繊維からなるシート状構造体のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a sheet-like structure made of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 3. 実施例4で得られたナノ炭素含有繊維からなる撚糸状構造体のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a twisted-like structure composed of nanocarbon-containing fibers obtained in Example 4.

以下本発明の詳細を説明する。   Details of the present invention will be described below.

<ナノ炭素含有組成物>
[導電性ポリマー(A)]
導電性ポリマー(A)は、スルホン酸基及び/又はカルボキシ基等の酸性基を有する導電性ポリマーである。上記導電性ポリマー(A)は、ナノ炭素材料(B)の溶解性・分散性を向上させ、安定なナノ物質含有組成物とすることで、結果として得られる繊維や不織布の透明性や導電性等を更に向上させる役割を果たす。
<Nanocarbon-containing composition>
[Conductive polymer (A)]
The conductive polymer (A) is a conductive polymer having an acidic group such as a sulfonic acid group and / or a carboxy group. The conductive polymer (A) improves the solubility and dispersibility of the nanocarbon material (B), and makes it a stable nanomaterial-containing composition, resulting in the transparency and conductivity of the resulting fiber and nonwoven fabric. It plays a role to further improve.

上記導電性ポリマー(A)としては、フェニレンビニレン、ビニレン、チエニレン、ピロリレン、フェニレン、イミノフェニレン、イソチアナフテン、フリレン、カルバゾリレン等を繰り返し単位として含むπ共役系高分子を用いることができる。この中でも、特にチエニレン、ピロリレン、イミノフェニレン、フェニレンビニレン、カルバゾリレン、イソチアナフテンを含む骨格を有する導電性ポリマーであることが好ましい。   As the conductive polymer (A), a π-conjugated polymer containing phenylene vinylene, vinylene, thienylene, pyrrolylene, phenylene, iminophenylene, isothianaphthene, furylene, carbazolylene, or the like as a repeating unit can be used. Among these, a conductive polymer having a skeleton containing thienylene, pyrrolylene, iminophenylene, phenylene vinylene, carbazolylene, and isothianaphthene is particularly preferable.

上記導電性ポリマー(A)は、溶解性、導電性、成膜性等の観点から、酸性基を有するπ共役系の導電性ポリマー又はその塩として用いることができ、前者として用いることが好ましい。ここで、酸性基を有する導電性ポリマー(A)としては、π共役系高分子の骨格又は該高分子中の窒素原子上に、酸性基、酸性基で置換されたアルキル基、又は酸性基で置換された、エーテル結合を含むアルキル基を有している導電性ポリマーが挙げられる。   The conductive polymer (A) can be used as a π-conjugated conductive polymer having an acidic group or a salt thereof from the viewpoints of solubility, conductivity, film formability, etc., and is preferably used as the former. Here, the conductive polymer (A) having an acidic group may be an acidic group, an alkyl group substituted with an acidic group, or an acidic group on the skeleton of a π-conjugated polymer or a nitrogen atom in the polymer. Examples thereof include a substituted conductive polymer having an alkyl group containing an ether bond.

また、導電性ポリマー(A)の塩としては、導電性ポリマー(A)とアンモニウム塩類及び/又はアミン類と反応させることにより、酸性基をスルホン酸基のアンモニウム塩(−SO )及び/又はカルボキシ基のアンモニウム塩(−COO)としたものを用いることができる。ここで、前記アンモニウム塩のアンモニウムイオン(M)は、下記一般式(1)で示されるものである。 In addition, as a salt of the conductive polymer (A), by reacting the conductive polymer (A) with ammonium salts and / or amines, an acidic group is converted to an ammonium salt of a sulfonic acid group (—SO 3 M + ). And / or an ammonium salt of a carboxy group (—COO M + ) can be used. Here, the ammonium ion (M + ) of the ammonium salt is represented by the following general formula (1).

(式(1)中、R〜Rは各々独立に水素、炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基、フェニル基、ベンジル基、ROH、CONH又はNHであり、R〜Rのうち少なくとも一つが炭素数5以上の基である。なお、Rは炭素数1〜24のアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基である。) (In the formula (1), R 1 to R 4 are each independently hydrogen, alkyl having 1 to 24 carbon atoms, aryl or aralkyl group, phenyl group, benzyl group, R 5 OH, CONH 2 or NH 2 ; At least one of 1 to R 4 is a group having 5 or more carbon atoms, wherein R 5 is an alkylene, arylene or aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms.

上記導電性ポリマー(A)としては、特開昭61−197633号公報、特開昭63−39916号公報、特開平01−301714号公報、特開平05−504153号公報、特開平05−503953号公報、特開平04−32848号公報、特開平04−328181号公報、特開平06−145386号公報、特開平06−56987号公報、特開平05−226238号公報、特開平05−178989号公報、特開平06−293828号公報、特開平07−118524号公報、特開平06−32845号公報、特開平06−87949号公報、特開平06−256516号公報、特開平07−41756号公報、特開平07−48436号公報、特開平04−268331号公報、特開平09−59376号公報、特開2000−172384号公報、特開平06−49183号公報、特開平10−60108号公報に示された水溶性導電性ポリマーが好ましく用いられる。   Examples of the conductive polymer (A) include JP-A 61-197633, JP-A 63-39916, JP-A 01-301714, JP-A 05-504153, and JP-A 05-503953. JP, 04-32848, JP 04-328181, JP 06-145386, JP 06-56987, JP 05-226238, JP 05-17889, JP 06-293828, JP 07-118524, JP 06-32845, JP 06-87949, JP 06-256516, JP 07-41756, JP 07-48436, JP-A 04-268331, JP-A 09-59376, JP 20 0-172384, JP-A No. 06-49183, JP-was disclosed in JP-A-10-60108 water-soluble electroconductive polymer is preferably used.

また、好ましい導電性ポリマー(A)としては、下記一般式(2)〜(10)から選ばれた少なくとも一種以上の繰り返し単位を、ポリマー全体の繰り返し単位の総数中に20〜100%含有する導電性ポリマーが挙げられる。   Moreover, as preferable electroconductive polymer (A), the electroconductivity which contains 20-100% of at least 1 or more types of repeating unit chosen from following General formula (2)-(10) in the total number of the repeating units of the whole polymer. A functional polymer.

(式(2)中、R、Rは各々独立に、H、−SO 、−SO3 、−SOH、−RSO 、−RSO 、−RSOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R、−NHCOR、−OH、−O、−SR、−OR、−OCOR、−NO、−COO、−COOH、−RCOOH、−RCOO、−COOR、−COR、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、Rは炭素数1〜24のアルキル、アリールもしくはアラルキル基又はアルキレン、アリーレンもしくはアラルキレン基であり、かつR、Rのうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−RSO 、−RSOH、−COOH、−RCOOH、及び−SO、−RSO 、−COO、−RCOOからなる群より選ばれた基である。) (In the formula (2), R 6, R 7 each independently, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 8 SO 3 -, -R 8 SO 3 - M +, -R 8 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 8) 2, -NHCOR 8, -OH, -O -, -SR 8, -OR 8 , -OCOR 8, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 8 COOH, -R 8 COO - M +, -COOR 8, -COR 8, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the above formula (1), R 8 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, arylene or aralkylene group, and less of R 6, R 7 Kutomo one is -SO 3 -, -SO 3 H, -R 8 SO 3 -, -R 8 SO 3 H, -COOH, -R 8 COOH, and -SO 3 M +, -R 8 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 8 COO - is a group selected from the group consisting of M +).

(式(3)中、R、R10は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R11SO 、−R11SO 、−R11SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R11、−NHCOR11、−OH、−O、−SR11、−OR11、−OCOR11、−NO、−COO、−COOH、−R11COOH、−R11COO、−COOR11、−COR11、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R11は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR、R10のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R11SO 、−R11SOH、−COOH、−R11COOH、及び−SO 、−R11SO 、−COO、−R11COOからなる群より選ばれた基である。) (In the formula (3), R 9, R 10 are each independently, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 11 SO 3 -, -R 11 SO 3 - M +, -R 11 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 11) 2, -NHCOR 11, -OH, -O -, -SR 11, -OR 11 , -OCOR 11, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 11 COOH, -R 11 COO - M +, -COOR 11, -COR 11, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 11 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group And R 9, at least one of R 10 is -SO 3 -, -SO 3 H, -R 11 SO 3 -, -R 11 SO 3 H, -COOH, -R 11 COOH, and -SO 3 - M + , -R 11 SO 3 - M + , -COO - M +, -R 11 COO - is a group selected from the group consisting of M +).

(式(4)中、R12〜R15は各々独立にH、−SO 、−SO 、−SOH、−R16SO 、−R16SO 、−R16SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R16、−NHCOR16、−OH、−O、−SR16、−OR16、−OCOR16、−NO、−COO、−COOH、−R16COOH、−R16COO 、−COOR16、−COR16、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R16は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR12〜R15のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R16SO 、−R16SOH、−COOH、−R16COOH、及び−SO 、−R16SO 、−COO、−R16COOからなる群より選ばれた基である。) (In the formula (4), R 12 ~R 15 are each independently H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 16 SO 3 -, -R 16 SO 3 - M + , -R 16 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 16) 2, -NHCOR 16, -OH, - O -, -SR 16, -OR 16 , -OCOR 16, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 16 COOH, -R 16 COO - M +, -COOR 16, -COR 16, - Selected from the group consisting of CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 16 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene or arylene having 1 to 24 carbon atoms. Or an aralkylene group And at least one of -SO 3 of R 12 ~R 15 -, -SO 3 H, -R 16 SO 3 -, -R 16 SO 3 H, -COOH, -R 16 COOH, and -SO 3 - M + , -R 16 SO 3 - + M , -COO - M +, -R 16 COO - as M + group selected from the group consisting of).

(式(5)中、R17〜R21は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R22SO 、−R22SO 、−R22SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R22、−NHCOR22、−OH、−O、−SR22、−OR22、−OCOR22、−NO、−COO、−COOH、−R22COOH、−R22COO、−COOR22、−COR22、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R22は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR17〜R21のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R22SO 、−R22SOH、−COOH、−R22COOH、及び−SO 、−R22SO 、−COO、−R22COOからなる群より選ばれた基である。) (In the formula (5), R 17 ~R 21 are each independently, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 22 SO 3 -, -R 22 SO 3 - M +, -R 22 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 22) 2, -NHCOR 22, -OH, -O -, -SR 22, -OR 22 , -OCOR 22, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 22 COOH, -R 22 COO - M +, -COOR 22, -COR 22, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the above formula (1), R 22 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group And at least one of -SO 3 of R 17 ~R 21 -, -SO 3 H, -R 22 SO 3 -, -R 22 SO 3 H, -COOH, -R 22 COOH, and -SO 3 - M +, -R 22 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 22 COO - is a group selected from the group consisting of M +).

(式(6)中、R23は、−SO 、−SOH、−R24SO 、−R24SOH、−COOH、−R24COOH、及び−SO 、−R25SO 、−COO及び−R25COOからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R24は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、R25は炭素数1〜24のアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基である。) (In the formula (6), R 23 is, -SO 3 -, -SO 3 H , -R 24 SO 3 -, -R 24 SO 3 H, -COOH, -R 24 COOH, and -SO 3 - M + , -R 25 SO 3 - + M , -COO - M + and -R 25 COO - selected from the group consisting of M +, wherein, M + is an ammonium ion represented by the formula (1), R 24 is an alkyl, aryl or aralkyl group having 1 to 24 carbon atoms or an alkylene, arylene or aralkylene group, and R 25 is an alkylene, arylene or aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms.

(式(7)中、R26〜R31は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R32SO 、−R32SO 、−R32SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R32、−NHCOR32、−OH、−O、−SR32、−OR32、−OCOR32、−NO、−COO、−COOH、−R32COOH、−R32COO、−COOR32、−COR32、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R32は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR26〜R31のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−RSO 、−R32SOH、−COOH、−R32COOH、及び−SO 、−R32SO 、−COO、−R32COOからなる群より選ばれた基であり、Htは、NR33、S、O、Se及びTeよりなる群から選ばれたヘテロ原子基であり、R33は水素及び炭素数1〜24の直鎖又は分岐のアルキル基、もしくは置換、非置換のアリール基を表し、R26〜R31の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも1つ以上の3〜7員環の飽和又は不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成してもよく、このように形成される環状結合鎖にはカルボニル、エーテル、エステル、アミド、スルフィド、スルフィニル、スルホニル、イミノの結合を任意の位置に含んでもよく、nはヘテロ環と置換基R27〜R30を有するベンゼン環に挟まれた縮合環の数を表し、0又は1〜3の整数である。) (In the formula (7), R 26 to R 31 are each independently H, —SO 3 , —SO 3 M + , —SO 3 H, —R 32 SO 3 , —R 32 SO 3 M. +, -R 32 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 32) 2, -NHCOR 32, -OH, -O -, -SR 32, -OR 32 , -OCOR 32, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 32 COOH, -R 32 COO - M +, -COOR 32, -COR 32, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 32 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group And at least one of -SO of R 26 ~R 31 3 -, -SO 3 H, -R 5 SO 3 -, -R 32 SO 3 H, -COOH, -R 32 COOH, and -SO 3 - M +, -R 32 SO 3 - + M, -COO - M +, -R 32 COO - a M + group selected from the group consisting of, Ht consists NR 33, S, O, Se and Te A heteroatom group selected from the group, wherein R 33 represents hydrogen and a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms or a substituted or unsubstituted aryl group, and a hydrocarbon chain of R 26 to R 31 Are bonded to each other at any position to form a divalent chain that forms a cyclic structure of at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbons with carbon atoms substituted by such groups. May be formed like this Carbonyl annularly connecting chain, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, may include imino at an arbitrary position, n a is sandwiched benzene ring having a substituent group R 27 to R 30 and heterocycle Represents the number of condensed rings formed, and is an integer of 0 or 1 to 3.)

(式(8)中、R34〜R42は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R43SO 、−R43SO 、−R43SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R43、−NHCOR43、−OH、−O、−SR43、−OR43、−OCOR43、−NO、−COO、−COOH、−R43COOH、−R43COO、−COOR43、−COR43、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R43は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR34〜R42のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R43SO 、−R43SOH、−COOH、−R43COOH、及び−SO 、−R43SO 、−COO、−R43COOからなる群より選ばれた基であり、nは置換基R34及びR35を有するベンゼン環と置換基R37〜R40を有するベンゼン環に挟まれた縮合環の数を表し、0又は1〜3の整数である。) (In the formula (8), the R 34 to R 42 are each independently, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 43 SO 3 -, -R 43 SO 3 - M +, -R 43 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 43) 2, -NHCOR 43, -OH, -O -, -SR 43, -OR 43 , -OCOR 43, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 43 COOH, -R 43 COO - M +, -COOR 43, -COR 43, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 43 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group And at least one of -SO of R 34 ~R 42 3 -, -SO 3 H, -R 43 SO 3 -, -R 43 SO 3 H, -COOH, -R 43 COOH, and -SO 3 - M +, -R 43 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 43 COO - a group selected from the group consisting of M +, n b is a benzene ring having a substituent R 34 and R 35 This represents the number of condensed rings sandwiched between benzene rings having substituents R 37 to R 40 , and is an integer of 0 or 1-3.

(式(9)中、R44〜R53は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R54SO 、−R54SO 、−R54SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R54、−NHCOR54、−OH、−O、−SR54、−OR54、−OCOR54、−NO、−COO、−COOH、−R54COOH、−R54COO、−COOR54、−COR54、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R54は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR44〜R53のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R54SO 、−R54SOH、−COOH、−R54COOH、及び−SO 、−R54SO 、−COO、−R54COOからなる群より選ばれた基であり、nは置換基R44〜R46を有するベンゼン環とベンゾキノン環に挟まれた縮合環の数を表し、0又は1〜3の整数である。) (In the formula (9), R 44 to R 53 are each independently H, —SO 3 , —SO 3 M + , —SO 3 H, —R 54 SO 3 , —R 54 SO 3 M. +, -R 54 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 54) 2, -NHCOR 54, -OH, -O -, -SR 54, -OR 54 , -OCOR 54, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 54 COOH, -R 54 COO - M +, -COOR 54, -COR 54, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), R 54 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group And at least one of -SO of R 44 ~R 53 3 -, -SO 3 H, -R 54 SO 3 -, -R 54 SO 3 H, -COOH, -R 54 COOH, and -SO 3 - M +, -R 54 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 54 COO - a group selected from the group consisting of M +, n c is a benzene ring having a substituent R 44 to R 46 This represents the number of condensed rings sandwiched between benzoquinone rings and is an integer of 0 or 1-3.)

(式(10)中、R55〜R59は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R60SO 、−R60SO 、−R60SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R60、−NHCOR60、−OH、−O、−SR60、−OR60、−OCOR60、−NO、−COO、−COOH、−R60COOH、−R60COO、−COOR60、−COR60、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R60は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、かつR55〜R59のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R60SO 、−R60SOH、−COOH、−R60COOH、及び−SO 、−R60SO 、−COO、−R60COOからなる群より選ばれた基であり、Xa−は、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、リン酸イオン、ほうフッ化イオン、過塩素酸イオン、チオシアン酸イオン、酢酸イオン、プロピオン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンよりなる1〜3価の陰イオン群より選ばれた少なくとも一種の陰イオンであり、aはXのイオン価数を表し、1〜3の整数であり、pはドープ率であり、その値は0.001〜1である。) (In the formula (10), each independently R 55 to R 59 is, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 60 SO 3 -, -R 60 SO 3 - M +, -R 60 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 60) 2, -NHCOR 60, -OH, -O -, -SR 60, -OR 60 , -OCOR 60, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 60 COOH, -R 60 COO - M +, -COOR 60, -COR 60, Selected from the group consisting of —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the above formula (1), R 60 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene having 1 to 24 carbon atoms, An arylene or aralkylene group Ri, and at least one of -SO 3 of R 55 ~R 59 -, -SO 3 H, -R 60 SO 3 -, -R 60 SO 3 H, -COOH, -R 60 COOH, and -SO 3 - M +, -R 60 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 60 COO - is a group selected from the group consisting of M +, X a- is chloride, bromide, iodide, Fluorine ion, nitrate ion, sulfate ion, hydrogen sulfate ion, phosphate ion, borofluoride ion, perchlorate ion, thiocyanate ion, acetate ion, propionate ion, methanesulfonate ion, p-toluenesulfonate ion, A is an at least one anion selected from the group of 1 to 3 anions composed of trifluoroacetate ions and trifluoromethanesulfonate ions, Of represents an ion valence, an integer of 1 to 3, p is doping ratio, its value is 0.001.)

また、その他の好ましい導電性ポリマー(A)として、ポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルフェートが挙げられる。この導電性ポリマーは、導電性ポリマーの骨格にはスルホン酸基は導入されていないが、ドーパントとしてポリスチレンスルホン酸が付加されている構造を有している。また、酸性基のアンモニウム塩を有する導電性ポリマー(A)としては、ポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルホン酸アンモニウム又は置換アンモニウム塩を用いることもできる。この導電性ポリマーは、導電性ポリマーの骨格にはスルホン酸アンモニウム塩基は導入されていないが、ドーパントとしてポリスチレンスルホン酸アンモニウム塩が付加されている構造を有している。
これらの導電性ポリマー(A)の具体例としては、3,4−エチレンジオキシチオフェン(バイエル社製 Baytron M)をトルエンスルホン酸鉄(バイエル社製 Baytron C)等の酸化剤で重合することにより製造されるポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の付加体、又はこの付加体にアミン類又はアンモニアと反応させたものが挙げられる。また、Baytron P(バイエル社製)、又はBaytron Pとアミン類及び/又はアンモニウム類とを反応させて得られたものが挙げられる。
Moreover, polyethylene dioxythiophene polystyrene sulfate is mentioned as another preferable electroconductive polymer (A). This conductive polymer has a structure in which polystyrene sulfonic acid is added as a dopant, although no sulfonic acid group is introduced into the skeleton of the conductive polymer. In addition, as the conductive polymer (A) having an acidic ammonium salt, polyethylene dioxythiophene polystyrene sulfonate ammonium or substituted ammonium salt may be used. This conductive polymer has a structure in which ammonium sulfonate group is not introduced into the skeleton of the conductive polymer, but polystyrene sulfonate ammonium salt is added as a dopant.
As specific examples of these conductive polymers (A), 3,4-ethylenedioxythiophene (Baytron M manufactured by Bayer) is polymerized with an oxidizing agent such as iron toluenesulfonate (Baytron C manufactured by Bayer). Examples include adducts of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid to be produced, or those obtained by reacting this adduct with amines or ammonia. Moreover, what was obtained by reacting Baytron P (manufactured by Bayer) or Baytron P with amines and / or ammoniums can be used.

また、これらの他の好ましい導電性ポリマー(A)のなかでも、下記一般式(11)で表される繰り返し単位を、ポリマー全体の繰り返し単位の総数中に20〜100%含むものがより好ましい。   Among these other preferable conductive polymers (A), those containing 20 to 100% of the repeating unit represented by the following general formula (11) in the total number of repeating units of the whole polymer are more preferable.

(式(11)中、yは0<y<1の任意の数を示し、R61〜R78は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R79SO 、−R79SO 、−R79SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R79、−NHCOR79、−OH、−O、−SR79、−OR79、−OCOR79、−NO、−COO、−COOH、−R79COOH、−R79COO、−COOR79、−COR79、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R79は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、R61〜R78のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R79SO 、−R79SOH、−COOH、−R79COOH、及び−SO 、−R79SO 、−COO、−R79COOからなる群より選ばれた基である。) (In formula (11), y represents an arbitrary number of 0 <y <1, and R 61 to R 78 are each independently H, —SO 3 , —SO 3 M + , —SO 3 H, -R 79 SO 3 -, -R 79 SO 3 - M +, -R 79 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, - N (R 79) 2, -NHCOR 79, -OH, -O -, -SR 79, -OR 79, -OCOR 79, -NO 2, -COO - M +, -COOH, -R 79 COOH, -R 79 COO M + , —COOR 79 , —COR 79 , —CHO and —CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 79 is carbon. An alkyl, aryl or aralkyl group of 1 to 24 or alkylene Arylene or aralkylene group, at least one of -SO of R 61 ~R 78 3 -, -SO 3 H, -R 79 SO 3 -, -R 79 SO 3 H, -COOH, -R 79 COOH, and -SO 3 - M +, -R 79 SO 3 - M +, -COO - M +, -R 79 COO - is a group selected from the group consisting of M +).

上記導電性ポリマー(A)のなかでも、有機溶媒、含水有機溶媒等の溶媒への溶解性が非常に良好である点から、ポリマーの繰り返し単位の総数に対する酸性基を有する繰り返し単位の含有量が50%以上のものが好ましい。酸性基を有する繰り返し単位の含有量は、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましく、100%であることが特に好ましい。   Among the conductive polymers (A), the content of the repeating unit having an acidic group with respect to the total number of repeating units of the polymer is from the point that the solubility in a solvent such as an organic solvent or a water-containing organic solvent is very good. A thing of 50% or more is preferable. The content of the repeating unit having an acidic group is more preferably 70% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 100%.

また、芳香環に付加している置換基は、導電性及び溶解性の点から、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基が好ましく、特に、電子供与性を有するアルコキシ基が好ましい。これらの組み合わせの中で最も好ましい導電性ポリマー(A)を下記一般式(12)に示す。   The substituent added to the aromatic ring is preferably an alkyl group, an alkoxy group, or a halogen group from the viewpoint of conductivity and solubility, and particularly preferably an alkoxy group having an electron donating property. Among these combinations, the most preferable conductive polymer (A) is represented by the following general formula (12).

(式(12)中、R80〜R83は、スルホン酸基、カルボキシ基、及びこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩からなる群より選ばれた1つの基であり、R80〜R83のうち少なくとも一つがスルホン酸基、カルボキシ基、及びこれらのアンモニウム塩からなる群より選ばれた基であり、R84は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ドデシル基、テトラコシル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘプトキシ基、ヘクソオキシ基、オクトキシ基、ドデコキシ基、テトラコソキシ基、フルオロ基、クロロ基及びブロモ基からなる群より選ばれた1つの基を示し、xは0<x<1の任意の数を示し、mは重合度を示し3以上である。)
80〜R83としては、中でも、導電性が高い点で、スルホン酸基並びにスルホン酸基のアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩が好ましい。
(In the formula (12), R 80 ~R 83 is a sulfonic acid group, a carboxy group, and alkali metal salts thereof, is one group selected from the group consisting of ammonium salts and substituted ammonium salts, R 80 ~ At least one of R 83 is a group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxy group, and ammonium salts thereof, and R 84 is a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl, tert-butyl, dodecyl, tetracosyl, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy Group, heptoxy group, hexoxy group, octoxy group, dodecoxy group, tetracosoxy group, fluoro group, chloro group and bromo group 1 represents a group selected from the group consisting of: x represents an arbitrary number of 0 <x <1, and m represents a degree of polymerization and is 3 or more.)
Among them, R 80 to R 83 are preferably sulfonic acid groups and alkali metal salts, ammonium salts and substituted ammonium salts of sulfonic acid groups in terms of high conductivity.

本発明における導電性ポリマー(A)は、化学重合又は電解重合等の各種合成法により得ることができる。例えば、本発明者らが提案した特開平7−196791号公報、特開平7−324132号公報に記載の合成方法が適用できる。すなわち、下記一般式(13)で表される酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、置換アンモニウム塩からなる群から選ばれる1つの化合物を、塩基性化合物を含む溶液中で酸化剤により重合させることにより導電性ポリマー(A)を得ることができる。   The conductive polymer (A) in the present invention can be obtained by various synthetic methods such as chemical polymerization or electrolytic polymerization. For example, the synthesis methods described in JP-A-7-196791 and JP-A-7-324132 proposed by the present inventors can be applied. That is, one compound selected from the group consisting of an acidic group-substituted aniline represented by the following general formula (13), an alkali metal salt thereof, an ammonium salt, and a substituted ammonium salt is oxidized with an oxidizing agent in a solution containing a basic compound. A conductive polymer (A) can be obtained by polymerization.

(式(13)中、R85〜R90は各々独立に、H、−SO 、−SO 、−SOH、−R91SO 、−R91SO 、−R91SOH、−OCH、−CH、−C、−F、−Cl、−Br、−I、−N(R91、−NHCOR91、−OH、−O、−SR91、−OR91、−OCOR91、−COO、−COOH、−R91COOH、−R91COO、−COOR91、−COR91、−CHO及び−CNからなる群より選ばれ、ここで、Mは前記式(1)で表されるアンモニウムイオンであり、R91は炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、R85〜R90のうち少なくとも一つが−SO 、−SOH、−R91SO 、−R91SOH、−COOH、−R91COOH、及び−SO 、−R91SO 、−COO、−R91COOからなる群より選ばれた基である。) (In the formula (13), R 85 ~R 90 are each independently, H, -SO 3 -, -SO 3 - M +, -SO 3 H, -R 91 SO 3 -, -R 91 SO 3 - M +, -R 91 SO 3 H, -OCH 3, -CH 3, -C 2 H 5, -F, -Cl, -Br, -I, -N (R 91) 2, -NHCOR 91, -OH, -O -, -SR 91, -OR 91 , -OCOR 91, -COO - M +, -COOH, -R 91 COOH, -R 91 COO - M +, -COOR 91, -COR 91, -CHO and - Selected from the group consisting of CN, wherein M + is an ammonium ion represented by the formula (1), and R 91 is an alkyl, aryl or aralkyl group or alkylene, arylene or aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms. And R 85 At least one of -SO 3 of ~R 90 -, -SO 3 H, -R 91 SO 3 -, -R 91 SO 3 H, -COOH, -R 91 COOH, and -SO 3 - M +, -R 91 SO 3 M + , —COO M + , and —R 91 COO M + .

特に好ましい導電性ポリマー(A)は、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、置換アンモニウム塩を、塩基性化合物を含む溶液中で酸化剤により重合させることにより得られる導電性ポリマーである。   A particularly preferable conductive polymer (A) is a conductive polymer obtained by polymerizing an alkoxy group-substituted aminobenzenesulfonic acid, its alkali metal salt, ammonium salt, or substituted ammonium salt with an oxidizing agent in a solution containing a basic compound. It is a polymer.

また、導電性ポリマー(A)から、スルホン酸基のアンモニウム塩及び/又はカルボキシ基のアンモニウム塩を有する導電性ポリマーを合成する簡便な方法としては、下記一般式(14)で示されるアンモニウム塩類及び/又は下記一般式(15)で示されるアミン類と導電性ポリマー(A)とを、溶液中で反応させる方法が挙げられる。   As a simple method for synthesizing a conductive polymer having an ammonium salt of a sulfonic acid group and / or an ammonium salt of a carboxy group from the conductive polymer (A), ammonium salts represented by the following general formula (14) and A method of reacting an amine represented by the following general formula (15) and the conductive polymer (A) in a solution is mentioned.

(式(14)中、R101〜R104は各々独立に水素、R105OH、炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいはフェニル基、ベンジル基、CONH又はNHであり、かつR101〜R104のうち少なくとも一つが炭素数5以上の基であり、R105は炭素数1〜24のアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基であり、Yb−は水酸化物イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、アミド硫酸イオン、亜硫酸イオン、ホスフィン酸イオン、リン酸イオン、ピロリン酸イオン、トリポリリン酸イオン、ほうフッ化イオン、過塩素酸イオン、チオシアン酸イオン、酢酸イオン、プロピオン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、吉草酸イオン、ドデシルベンゼンスルホン酸イオン、カンファースルホン酸イオン、酪酸イオン、蟻酸イオン、トリメチル酢酸イオン、ブロモ酢酸イオン、乳酸イオン、クエン酸イオン、コハク酸イオン、シュウ酸イオン、酒石酸イオン、フマル酸イオン、マレイン酸イオン、マロン酸イオン、アスコルビン酸イオン、アニス酸イオン、アントラニル酸イオン、安息香酸イオン、ケイ皮酸イオン、フェニル酢酸イオン、フタル酸イオン、アニリンスルホン酸イオン、チオカルボン酸イオン、メチルスルフィン酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンよりなる1〜3価の陰イオン群より選ばれた少なくとも1種の陰イオンを示す。また、bはYのイオン価数であり、1〜3の整数を示し、jは1〜3の整数を示す。) (In the formula (14), R 101 to R 104 are each independently hydrogen, R 105 OH, alkyl having 1 to 24 carbon atoms, aryl or aralkyl group, phenyl group, benzyl group, CONH 2 or NH 2 , and At least one of R 101 to R 104 is a group having 5 or more carbon atoms, R 105 is an alkylene, arylene or aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms, and Y b− is a hydroxide ion, a chlorine ion, or a bromine. Ion, iodine ion, fluorine ion, nitrate ion, sulfate ion, hydrogen sulfate ion, amidosulfuric acid ion, sulfite ion, phosphinate ion, phosphate ion, pyrophosphate ion, tripolyphosphate ion, borofluoride ion, perchlorate ion , Thiocyanate ion, acetate ion, propionate ion, methanesulfonate ion, p-tolu Sulfonate ion, valerate ion, dodecylbenzene sulfonate ion, camphor sulfonate ion, butyrate ion, formate ion, trimethyl acetate ion, bromoacetate ion, lactate ion, citrate ion, succinate ion, oxalate ion, tartaric acid ion , Fumarate ion, maleate ion, malonate ion, ascorbate ion, anisate ion, anthranilate ion, benzoate ion, cinnamic acid ion, phenylacetate ion, phthalate ion, aniline sulfonate ion, thiocarboxylate ion And at least one anion selected from the group of 1 to 3 anions consisting of methylsulfinate ion, trifluoroacetate ion, and trifluoromethanesulfonate ion, and b is the ionic valence of Y. Yes, an integer from 1 to 3 Shown, j is an integer of 1-3.)

(式(15)中、R106〜R108は各々独立に水素、炭素数1〜24のアルキル、アリール又はアラルキル基あるいは、フェニル基、ベンジル基、R109OH、CONH又はNHであり、かつR106〜R108のうち少なくとも一つが炭素数5以上の基である。なお、R109は炭素数1〜24のアルキレン、アリーレン又はアラルキレン基である。) (In the formula (15), R 106 to R 108 are each independently hydrogen, alkyl having 1 to 24 carbon atoms, aryl or aralkyl group, phenyl group, benzyl group, R 109 OH, CONH 2 or NH 2 ; And at least one of R 106 to R 108 is a group having 5 or more carbon atoms, wherein R 109 is an alkylene, arylene or aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms.

アンモニウム塩類としては、塩化ベンザルコニウム、塩化トリメチルベンジルアンモニウム等のハロゲン化アルキルジメチルベンジルアンモニウム、塩化アルキルジエチルベンジルアンモニウム、臭化トリエチルベンジルアンモニウム等のハロゲン化アルキルジエチルベンジルアンモニウム、塩化トリオクチルメチルアンモニウム等のハロゲン化テトラアルキルアンモニウム、水酸化トリメチルベンジルアンモニウムが好ましい。   Examples of ammonium salts include alkyldimethylbenzylammonium halides such as benzalkonium chloride and trimethylbenzylammonium chloride, alkyldiethylbenzylammonium halides such as alkyldiethylbenzylammonium chloride and triethylbenzylammonium bromide, and trioctylmethylammonium chloride. Preferred are tetraalkylammonium halides and trimethylbenzylammonium hydroxide.

また、アミン類としては、ベンジルアミン、トリ−n−オクチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、3−(2−エチルヘキシルオキシ)プロピルアミン、アニリン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、ジ−n−プロピルアニリン、ジ−iso−プロピルアニリン等のアニリン類が好ましい。   Examples of amines include benzylamine, tri-n-octylamine, di-n-octylamine, 2-ethylhexylamine, 3- (2-ethylhexyloxy) propylamine, aniline, dimethylaniline, diethylaniline, di- Anilines such as n-propylaniline and di-iso-propylaniline are preferred.

導電性ポリマー(A)の質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のポリエチレングリコール換算で、2,000〜3,000,000であることが好ましく、3,000〜1,000,000であることがより好ましく、5,000〜500,000であることが特に好ましい。導電性ポリマー(A)の質量平均分子量が2,000以上であれば、十分な膜強度、成膜性、導電性が得られやすい。また、導電性ポリマー(A)の質量平均分子量が3,000,000以下であれば、優れた溶解性が得られやすい。   The mass average molecular weight of the conductive polymer (A) is preferably 2,000 to 3,000,000, and 3,000 to 1,000,000 in terms of polyethylene glycol in gel permeation chromatography (GPC). More preferably, it is particularly preferably 5,000 to 500,000. When the mass average molecular weight of the conductive polymer (A) is 2,000 or more, sufficient film strength, film formability, and conductivity are easily obtained. Moreover, if the mass average molecular weight of a conductive polymer (A) is 3,000,000 or less, the outstanding solubility will be easy to be obtained.

導電性ポリマー(A)は、そのままでも使用できるが、公知の方法の酸によるドーピング処理方法を実施して、外部ドーパントを付与したものを用いてもよい。例えば、酸性溶液中に、導電性ポリマー(A)を含む導電体を浸漬させる等の処理によりドーピング処理を行うことができる。
ドーピング処理に用いる酸性溶液は、具体的には、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸;p−トルエンスルホン酸、カンファスルホン酸、安息香酸及びこれらの骨格を有する誘導体等の有機酸;ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパン)スルホン酸、ポリビニル硫酸及びこれらの骨格を有する誘導体等の高分子酸を含む水溶液、あるいは、水−有機溶媒の混合溶液が挙げられる。これらの無機酸、有機酸、高分子酸は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
The conductive polymer (A) can be used as it is, but a conductive polymer (A) may be used which has been subjected to a known acid doping treatment method to which an external dopant is added. For example, the doping treatment can be performed by a treatment such as immersing a conductor containing the conductive polymer (A) in an acidic solution.
Specifically, the acidic solution used for the doping treatment includes inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid; organic acids such as p-toluenesulfonic acid, camphorsulfonic acid, benzoic acid, and derivatives having these skeletons; polystyrene sulfonic acid , Polyvinyl sulfonic acid, poly (2-acrylamido-2-methylpropane) sulfonic acid, polyvinyl sulfuric acid and aqueous solutions containing polymer acids such as derivatives having these skeletons, or water-organic solvent mixed solutions. These inorganic acids, organic acids, and polymer acids may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used in an arbitrary ratio.

[ナノ炭素材料(B)]
本発明のナノ炭素材料(B)は、ナノサイズの大きさを有する炭素材料であれば特に限定されない。ナノ炭素材料(B)としては、例えば、フラーレン、金属内包フラーレン、玉葱状フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、ピーポッド、気相成長カーボン(VGCF)、グラファイト、グラフェン、カーボンナノ粒子、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの中でも実用上は、導電性、透明性、繊維中での配向性の点から、カーボンナノチューブが好ましい。
[Nanocarbon material (B)]
The nanocarbon material (B) of the present invention is not particularly limited as long as it is a carbon material having a nanosize size. Examples of the nanocarbon material (B) include fullerene, metal-encapsulated fullerene, onion-like fullerene, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanofiber, peapod, vapor grown carbon (VGCF), graphite, graphene, carbon nanoparticle, kettle Examples include chain black. Among these, carbon nanotubes are preferred from the viewpoints of conductivity, transparency, and orientation in fibers.

カーボンナノチューブは、特に限定されず、通常のカーボンナノチューブを用いることができ、例えば、単層カーボンナノチューブ、何層かが同心円状に重なった多層カーボンナノチューブ、これらがコイル状になったもの等を用いることができる。   Carbon nanotubes are not particularly limited, and ordinary carbon nanotubes can be used. For example, single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes in which several layers are concentrically overlapped, or those in which these are coiled are used. be able to.

また、カーボンナノチューブとしては、厚さ数原子の層のグラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が、単層又は複数個入れ子構造になったもので、nmオーダーの外径の極めて微小な物質が挙げられる。その他、カーボンナノチューブの片側が閉じた形をしたカーボンナノホーンやその頭部に穴があいたコップ型のナノカーボン物質等も用いることができる。   In addition, as the carbon nanotube, a cylinder with a graphite-like carbon atom surface rounded in a layer of several atoms in thickness is a single layer or a plurality of nested structures, and an extremely minute substance having an outer diameter of nm order can be mentioned. It is done. In addition, a carbon nanohorn having a shape in which one side of the carbon nanotube is closed, a cup-shaped nanocarbon material having a hole in the head thereof, or the like can also be used.

本発明におけるカーボンナノチューブの製造方法は、特に限定されるものではない。具体的には、二酸化炭素の接触水素還元、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法、気相成長法、気相流動法、一酸化炭素を高温高圧化で鉄触媒と共に反応させて気相で成長させるHiPco法等が挙げられる。   The method for producing carbon nanotubes in the present invention is not particularly limited. Specifically, catalytic hydrogen reduction of carbon dioxide, arc discharge method, laser evaporation method, CVD method, vapor phase growth method, gas phase flow method, carbon monoxide is reacted with iron catalyst at high temperature and high pressure in the gas phase. Examples include HiPco method for growth.

カーボンナノチューブとしては、これらの製造方法によって得られる単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブであることが好ましく、各種機能をより発現しやすい点から、更に洗浄法、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法によって、より高純度化されたカーボンナノチューブであることがより好ましい。   The carbon nanotubes are preferably single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes obtained by these production methods, and from the point that various functions are more easily expressed, further, washing methods, centrifugal separation methods, filtration methods, oxidation methods, The carbon nanotubes are more preferably purified by various purification methods such as chromatographic methods.

また、ナノ炭素材料(B)としては、前述の材料を、ボールミル、振動ミル、サンドミル、ロールミル等のボール型混練装置等を用いて粉砕しているものや、化学的、物理的処理によって短く切断されているものを用いることもできる。   In addition, as the nanocarbon material (B), the above-mentioned material is pulverized using a ball-type kneading apparatus such as a ball mill, a vibration mill, a sand mill, a roll mill, or the like, or cut short by chemical or physical treatment. What has been used can also be used.

ナノ炭素材料(B)は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   A nanocarbon material (B) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

[溶媒(C)]
本発明における溶媒(C)は、導電性ポリマー(A)及びナノ炭素材料(B)の溶解性及び分散性をより向上させ、紡糸性、操作性等を向上させる役割を果たす。溶媒(C)は、ナノ炭素材料(B)を溶解又は分散するものであれば特に限定されないが、導電性ポリマー(A)を溶解又は分散するものが好ましい。
[Solvent (C)]
The solvent (C) in the present invention plays a role of further improving the solubility and dispersibility of the conductive polymer (A) and the nanocarbon material (B), and improving the spinnability, operability and the like. The solvent (C) is not particularly limited as long as it dissolves or disperses the nanocarbon material (B), but a solvent (C) that dissolves or disperses the conductive polymer (A) is preferable.

溶媒(C)としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;ジメチルスルオキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類等;アニリン、N−メチルアニリン等のアニリン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、m−クレゾール、アセトニトリル、テトラハイドロフラン、1,4−ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メトキシプロパノールが好ましい。
なかでも、導電性ポリマー(A)の溶解性、ナノ炭素材料(B)の分散性の点から、水又は含水有機溶剤がより好ましく、含水有機溶剤中の有機溶剤としてはアルコール類、ケトン類が好ましく用いられる。
Examples of the solvent (C) include alcohols such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol and butanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, methyl isobutyl ketone and diacetone alcohol; ethyl acetate and n acetate -Esters such as butyl, isobutyl acetate, n-amyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate; ethylene glycols such as ethylene glycol, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether; propylene glycol, propylene Glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether, propylene glycol propyl ether Propylene glycols such as propylene glycol monomethyl ether acetate; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone; dimethylsulfoxide, γ-butyrolactone, methyl lactate, ethyl lactate, Hydroxyesters such as methyl β-methoxyisobutyrate and methyl α-hydroxyisobutyrate; anilines such as aniline and N-methylaniline, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, m-cresol, acetonitrile, tetrahydro Furan, 1,4-dioxane, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and methoxypropanol are preferred.
Among these, water or a water-containing organic solvent is more preferable from the viewpoint of the solubility of the conductive polymer (A) and the dispersibility of the nanocarbon material (B), and examples of the organic solvent in the water-containing organic solvent include alcohols and ketones. Preferably used.

[高分子化合物(D)]
また、本発明におけるナノ炭素含有組成物は、導電性ポリマー(A)とは異なる高分子化合物(D)を含有させることにより、紡糸性が向上すると共に、加熱処理によって焼成して得られるナノ炭素構造体繊維を形成する前のナノ炭素含有繊維の強度を向上させることができる。
高分子化合物(D)としては、本発明におけるナノ炭素含有組成物に溶解又は分散できるものであれば特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアルコール類;ポリアクリルアマイド、ポリ(N−t−ブチルアクリルアマイド)、ポリアクリルアマイドメチルプロパンスルホン酸等のポリアクリルアマイド類;ポリビニルピロリドン類、ポリスチレンスルホン酸及びそのソーダ塩類、ポリオキシエチレン樹脂、セルロース、アルキド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂、ユリア樹脂、ポリイミド樹脂、マレイン酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、スチレン樹脂、アクリル/スチレン共重合樹脂、酢酸ビニル/アクリル共重合樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン/マレイン酸共重合樹脂、フッ素樹脂及びこれらの共重合体等が用いられる。
これらの高分子化合物(D)は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
[Polymer Compound (D)]
In addition, the nanocarbon-containing composition in the present invention is obtained by adding a polymer compound (D) different from the conductive polymer (A) to improve spinnability and to obtain nanocarbon obtained by firing by heat treatment. The strength of the nanocarbon-containing fiber before forming the structure fiber can be improved.
The polymer compound (D) is not particularly limited as long as it can be dissolved or dispersed in the nanocarbon-containing composition in the present invention. For example, polyvinyl alcohols such as polyvinyl alcohol, polyvinyl formal, and polyvinyl butyral; polyacrylamide Polyacrylamides such as poly (Nt-butyl acrylamide) and polyacrylamide methylpropane sulfonic acid; polyvinyl pyrrolidone, polystyrene sulfonic acid and its soda salts, polyoxyethylene resin, cellulose, alkyd resin, melamine resin , Urea resin, phenol resin, epoxy resin, polybutadiene resin, acrylic resin, urethane resin, vinyl ester resin, urea resin, polyimide resin, maleic acid resin, polycarbonate resin, vinyl acetate resin, chlorine Polyethylene resins, chlorinated polypropylene resins, styrene resins, acryl / styrene copolymer resin, a vinyl acetate / acrylic copolymer resin, polyester resin, styrene / maleic acid copolymer resins, fluorine resins and copolymers thereof and the like can be used.
These high molecular compounds (D) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

これら高分子化合物(D)の中でも、導電性ポリマー(A)としてスルホン酸基のアンモニウム塩及び/又はカルボキシ基のアンモニウム塩を有する導電性ポリマーを用いる場合は、溶媒への溶解性、組成物の安定性、導電性の点から、アルキド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂、ユリア樹脂、ポリイミド樹脂、マレイン酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン樹脂、アクリル/スチレン共重合樹脂、酢酸ビニル/アクリル共重合樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン/マレイン酸共重合樹脂が好ましく、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル/スチレン共重合樹脂、酢酸ビニル/アクリル共重合樹脂のうちの1種又は2種以上を混合して使用することが特に好ましい。また、高分子化合物(D)の分子量としては1万以上のものが好ましい。   Among these polymer compounds (D), when a conductive polymer having an ammonium salt of a sulfonic acid group and / or an ammonium salt of a carboxy group is used as the conductive polymer (A), solubility in a solvent, In terms of stability and conductivity, alkyd resin, melamine resin, urea resin, phenol resin, epoxy resin, polybutadiene resin, acrylic resin, acrylonitrile resin, urethane resin, vinyl ester resin, urea resin, polyimide resin, maleic acid resin, Polycarbonate resin, vinyl acetate resin, styrene resin, acrylic / styrene copolymer resin, vinyl acetate / acrylic copolymer resin, polyester resin, styrene / maleic acid copolymer resin are preferable, phenol resin, epoxy resin, polybutadiene resin, acrylic resin, Urethane resin, Acrylic / styrene copolymer resin, it is particularly preferred to use a mixture of one or more of the vinyl acetate / acrylic copolymer resin. The molecular weight of the polymer compound (D) is preferably 10,000 or more.

また、アンモニウム塩を形成させていない酸性基を有する導電性ポリマー(A)を用いる場合は、水溶性高分子化合物又は水系でエマルジョンを形成する高分子化合物の溶媒への溶解性、組成物の安定性、導電性の点から、アニオン基を有する高分子化合物が好ましく、ポリビニルアルコール樹脂、ポリオキシエチレン樹脂、水系アクリル樹脂、水系ポリエステル樹脂、水系ウレタン樹脂、水系塩素化ポリオレフィン樹脂及び四フッ化エチレン樹脂等の水系フッ素樹脂のうちの1種又は2種以上を混合して使用することがより好ましい。   In addition, when the conductive polymer (A) having an acidic group that does not form an ammonium salt is used, the solubility of the water-soluble polymer compound or the polymer compound that forms an emulsion in an aqueous system in a solvent and the stability of the composition From the viewpoints of conductivity and conductivity, a polymer compound having an anion group is preferable. Polyvinyl alcohol resin, polyoxyethylene resin, aqueous acrylic resin, aqueous polyester resin, aqueous urethane resin, aqueous chlorinated polyolefin resin, and tetrafluoroethylene resin It is more preferable to use a mixture of one or more water-based fluororesins.

更に、高分子化合物(D)は、塗膜形成工程の後の導電性ポリマー(A)を加熱して焼失させる焼成工程において、導電性ポリマー(A)と同程度の加熱処理条件で焼失する高分子化合物が好ましい。   Furthermore, the polymer compound (D) is a high-temperature compound that burns off under the same heat treatment conditions as the conductive polymer (A) in the baking step of heating and burning the conductive polymer (A) after the coating film forming step. Molecular compounds are preferred.

[塩基性化合物(E)]
本発明におけるナノ炭素含有組成物は、前述の導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)、高分子化合物(D)以外に、塩基性化合物(E)を更に含有させることが好ましい。塩基性化合物(E)は、ナノ炭素含有組成物に添加することで、構成成分である導電性ポリマー(A)を脱ドープし、組成物中への溶解性をより向上させる役割を果たす。また、遊離の酸性基と塩を形成することにより導電性ポリマー(A)の組成物への溶解が特段に向上させるとともに、ナノ炭素材料(B)の組成物への可溶化又は分散化を促進させる。更に導電性ポリマー(A)等の電解質を含有する紡糸溶液の電界紡糸性が向上する。
[Basic compound (E)]
The nanocarbon-containing composition in the present invention further contains a basic compound (E) in addition to the conductive polymer (A), nanocarbon material (B), solvent (C), and polymer compound (D) described above. It is preferable. By adding the basic compound (E) to the nanocarbon-containing composition, the conductive polymer (A), which is a constituent component, is dedoped, and plays a role of further improving the solubility in the composition. Further, by forming a salt with a free acidic group, the dissolution of the conductive polymer (A) in the composition is particularly improved, and the solubilization or dispersion of the nanocarbon material (B) in the composition is promoted. Let Furthermore, the electrospinning property of the spinning solution containing an electrolyte such as the conductive polymer (A) is improved.

塩基性化合物(E)は、特に限定されないが、アンモニア、脂肪族アミン類、環式飽和アミン類、環式不飽和アミン類、アンモニウム塩類、無機塩基が好ましい。
アンモニア及び脂肪族アミン類の構造式を下記一般式(16)に示す。また、アンモニウム塩類の構造式を下記一般式(17)に示す。
The basic compound (E) is not particularly limited, but ammonia, aliphatic amines, cyclic saturated amines, cyclic unsaturated amines, ammonium salts, and inorganic bases are preferable.
The structural formula of ammonia and aliphatic amines is shown in the following general formula (16). The structural formula of ammonium salts is shown in the following general formula (17).

(式(16)中、R201〜R203は各々互いに独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、CHOH、CHCHOH、CONH又はNHを表す。) (In the formula (16), R 201 ~R 203 is each independently of the other represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, CH 2 OH, CH 2 CH 2 OH, a CONH 2 or NH 2.)

(式(17)中、R204〜R207は各々互いに独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、CHOH、CHCHOH、CONH又はNHを表し、ZはOH、1/2・SO 2−、NO 、1/2CO 2−、HCO 、1/2・(COO) 2−、又はR208COOを表し、R208は炭素数1〜3のアルキル基である。) (In the formula (17), the R 204 to R 207 are each independently of one another, represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, CH 2 OH, CH 2 CH 2 OH, a CONH 2 or NH 2, Z - is OH , 1/2 · SO 4 2− , NO 3 , 1 / 2CO 3 2− , HCO 3 , 1/2 · (COO) 2 2− , or R 208 COO , R 208 represents carbon (It is a C 1-3 alkyl group.)

環式飽和アミン類としては、ピペリジン、ピロリジン、モルホリン、ピペラジン及びこれらの骨格を有する誘導体及びこれらのアンモニウムヒドロキシド化合物が好ましい。
環式不飽和アミン類としては、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピロリン及びこれらの骨格を有する誘導体及びこれらのアンモニウムヒドロキシド化合物が好ましい。
無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の水酸化物塩が好ましい。
As the cyclic saturated amines, piperidine, pyrrolidine, morpholine, piperazine, derivatives having these skeletons, and ammonium hydroxide compounds thereof are preferable.
As the cyclic unsaturated amines, pyridine, α-picoline, β-picoline, γ-picoline, quinoline, isoquinoline, pyrroline, derivatives having these skeletons, and ammonium hydroxide compounds thereof are preferable.
As the inorganic base, hydroxide salts such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide are preferable.

塩基性化合物(E)は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、アミン類とアンモニウム塩類を混合して用いることにより、得られる繊維や不織布の導電性を更に向上させることができる。具体的には、NH/(NHCO、NH/(NH)HCO、NH/CHCOONH、NH/(NHSO、N(CH/CHCOONH、N(CH/(NHSO等の併用が挙げられる。また、これらの混合比(質量比)は任意の割合とすることができるが、アミン類/アンモニウム塩類=1/10〜10/1であることが好ましい。 As for the basic compound (E), only one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. For example, the conductivity of the resulting fiber or nonwoven fabric can be further improved by using a mixture of amines and ammonium salts. Specifically, NH 3 / (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 3 / (NH 4 ) HCO 3 , NH 3 / CH 3 COONH 4 , NH 3 / (NH 4 ) 2 SO 4 , N (CH 3 ) 3 / CH 3 COONH 4 , N (CH 3 ) 3 / (NH 4 ) 2 SO 4, or the like may be used. Further, the mixing ratio (mass ratio) of these can be any ratio, but is preferably amines / ammonium salts = 1/10 to 10/1.

[界面活性剤(F)]
また、本発明におけるナノ炭素含有組成物には、界面活性剤(F)を更に含有させてもよい。界面活性剤(F)を含有させることにより、ナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化を更に促進させるとともに、紡糸性及び導電性等が向上する。
[Surfactant (F)]
Further, the nanocarbon-containing composition in the present invention may further contain a surfactant (F). By containing the surfactant (F), the solubilization or dispersion of the nanocarbon material (B) is further promoted, and the spinnability and conductivity are improved.

界面活性剤(F)としては、例えば、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルカルボン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、α−オレフィンスルホン酸、ジアルキルスルホコハク酸、α−スルホン化脂肪酸、N−メチル−N−オレイルタウリン、石油スルホン酸、アルキル硫酸、硫酸化油脂、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸、アルキルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物及びこれらの塩等のアニオン系界面活性剤;第一〜第三脂肪アミン、四級アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム、トリアルキルベンジルアンモニウムアルキルピリジニウム、2−アルキル−1−アルキル−1−ヒドロキシエチルイミダゾリニウム、N,N−ジアルキルモルホリニウム、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミド、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミドの尿素縮合物、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミドの尿素縮合物の第四級アンモニウム及びこれらの塩等のカチオン系界面活性剤;N,N−ジメチル−N−アルキル−N−カルボキシメチルアンモニウムベタイン、N,N,N−トリアルキル−N−スルホアルキレンアンモニウムベタイン、N,N−ジアルキル−N,N−ビスポリオキシエチレンアンモニウム硫酸エステルベタイン、2−アルキル−1−カルボキシメチル−1−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のベタイン類、N,N−ジアルキルアミノアルキレンカルボン酸塩等のアミノカルボン酸類等の両性界面活性剤;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、ポリオキシエチレンポリスチリ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、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、多価アルコール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン化ヒマシ油、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリエタノールアミン脂肪酸部分エステル、トリアルキルアミンオキサイド等の非イオン系界面活性剤;及びフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルベンゼンスルホン酸、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール等のフッ素系界面活性剤が挙げられる。ここで、アルキル基は炭素数1〜24が好ましく、炭素数3〜18がより好ましい。
これらの界面活性剤(F)は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of the surfactant (F) include alkylsulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, alkylcarboxylic acid, alkylnaphthalenesulfonic acid, α-olefinsulfonic acid, dialkylsulfosuccinic acid, α-sulfonated fatty acid, N-methyl-N- Oleyl taurine, petroleum sulfonic acid, alkyl sulfuric acid, sulfated oil, polyoxyethylene alkyl ether sulfuric acid, polyoxyethylene styrenated phenyl ether sulfuric acid, alkyl phosphoric acid, polyoxyethylene alkyl ether phosphoric acid, polyoxyethylene alkyl phenyl ether phosphoric acid , Anionic surfactants such as naphthalenesulfonic acid formaldehyde condensates and their salts; primary to tertiary fatty amines, quaternary ammoniums, tetraalkylammoniums, trialkylbenzylammonium alkyls Rupyridinium, 2-alkyl-1-alkyl-1-hydroxyethylimidazolinium, N, N-dialkylmorpholinium, polyethylene polyamine fatty acid amide, urea condensate of polyethylene polyamine fatty acid amide, urea condensate of polyethylene polyamine fatty acid amide Cationic surfactants such as quaternary ammonium and salts thereof; N, N-dimethyl-N-alkyl-N-carboxymethylammonium betaine, N, N, N-trialkyl-N-sulfoalkylene ammonium betaine, Betaines such as N, N-dialkyl-N, N-bispolyoxyethylene ammonium sulfate betaine, 2-alkyl-1-carboxymethyl-1-hydroxyethylimidazolinium betaine, N, N-dialkylaminoalkylene Amphoteric surfactants such as aminocarboxylic acids such as phosphates; polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene polystyryl phenyl ether, polyoxyethylene-polyoxypropylene glycol, polyoxyethylene-poly Oxypropylene alkyl ether, polyhydric alcohol fatty acid partial ester, polyoxyethylene polyhydric alcohol fatty acid partial ester, polyoxyethylene fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, polyoxyethylenated castor oil, fatty acid diethanolamide, polyoxyethylene alkylamine, Non-ionic surfactants such as triethanolamine fatty acid partial esters and trialkylamine oxides; and fluoroalkylcarboxylic acids, perfluoro Rukirukarubon acid, perfluoro benzene sulfonic acid, fluorine-based surfactants such as perfluoroalkyl polyoxyethylene ethanol. Here, the alkyl group preferably has 1 to 24 carbon atoms, and more preferably 3 to 18 carbon atoms.
These surfactants (F) may be used alone or in combination of two or more.

また、本発明におけるナノ炭素含有組成物には、必要に応じて、更に可塑剤、分散剤、塗面調整剤、流動性調整剤、紫外線吸収剤、保存安定剤、接着助剤、増粘剤、前記導電性ポリマー(A)以外の熱可塑性ポリマー、スリップ剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤、帯電防止剤、無機フィラー、有機フィラー、表面有機化処理した無機フィラー等の公知の各種物質を含有させてもよい。
また、ナノ炭素含有繊維やナノ炭素構造体繊維の導電性を更に向上させるために、ナノ炭素含有組成物に導電性物質を含有させることもできる。該導電性物質としては、炭素繊維、導電性カーボンブラック、黒鉛等の炭素系物質等や金属微粒子や金属酸化物微粒子等が挙げられる。
The nanocarbon-containing composition of the present invention may further include a plasticizer, a dispersant, a coating surface modifier, a fluidity modifier, an ultraviolet absorber, a storage stabilizer, an adhesion aid, and a thickener as necessary. , Various known polymers such as thermoplastic polymers other than the conductive polymer (A), slip agents, leveling agents, ultraviolet absorbers, polymerization inhibitors, antistatic agents, inorganic fillers, organic fillers, and surface-organized inorganic fillers. A substance may be included.
Moreover, in order to further improve the electroconductivity of a nanocarbon containing fiber and a nanocarbon structure fiber, a conductive substance can also be contained in a nanocarbon containing composition. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as carbon fiber, conductive carbon black, and graphite, and metal fine particles and metal oxide fine particles.

本発明におけるナノ炭素含有組成物は、以上説明したような導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)及び高分子化合物(D)を含有する組成物であり、必要に応じて、塩基性化合物(E)、界面活性剤(F)を更に含有させることができる。
以下、これらの組成比について説明する。
The nanocarbon-containing composition in the present invention is a composition containing a conductive polymer (A), a nanocarbon material (B), a solvent (C) and a polymer compound (D) as described above. Accordingly, the basic compound (E) and the surfactant (F) can be further contained.
Hereinafter, these composition ratios will be described.

上記導電性ポリマー(A)と上記溶媒(C)との使用割合は、溶媒(C)100質量部に対して、上記導電性ポリマー(A)が0.001質量部以上50質量部以下であることが好ましく、0.01質量部以上30質量部以下であることがより好ましい。導電性ポリマー(A)が0.001質量部以上であれば、十分な導電性が得られやすく、ナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化の効率がより向上する。また、導電性ポリマー(A)が50質量部以下であれば、高粘度化によるナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化の効率の低下を抑制しやすい。また、導電性ポリマー(A)が50質量部を超えても導電性はそれ以上大きく増加することはない。   The use ratio of the conductive polymer (A) and the solvent (C) is such that the conductive polymer (A) is 0.001 part by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent (C). It is preferably 0.01 parts by mass or more and 30 parts by mass or less. If a conductive polymer (A) is 0.001 mass part or more, sufficient electroconductivity will be easy to be obtained and the efficiency of solubilization or dispersion | distribution of a nanocarbon material (B) will improve more. Moreover, if a conductive polymer (A) is 50 mass parts or less, it will be easy to suppress the fall of the efficiency of solubilization or dispersion | distribution of the nanocarbon material (B) by high viscosity. Moreover, even if a conductive polymer (A) exceeds 50 mass parts, electroconductivity does not increase greatly further.

ナノ炭素材料(B)と溶媒(C)の使用割合は、溶媒(C)100質量部に対してナノ炭素材料(B)が0.0001質量部以上20質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.001質量部以上10質量部以下である。ナノ炭素材料(B)を0.0001質量部以上とすることにより、導電性をより良好とすることができ、構造体の形成時の強度も向上する。一方、20質量部以下とすることにより、ナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化の効率をより良好にすることができ、紡糸性も向上する。   The use ratio of the nanocarbon material (B) and the solvent (C) is preferably such that the nanocarbon material (B) is 0.0001 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent (C). Preferably they are 0.001 mass part or more and 10 mass parts or less. By setting the nanocarbon material (B) to 0.0001 part by mass or more, the conductivity can be improved, and the strength at the time of forming the structure is also improved. On the other hand, by setting it as 20 mass parts or less, the efficiency of solubilization or dispersion | distribution of nanocarbon material (B) can be made more favorable, and spinnability is also improved.

高分子化合物(D)と溶媒(C)の使用割合は、溶媒(C)100質量部に対して、高分子化合物(D)が0.1質量部以上400質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上300質量部であることがより好ましい。高分子化合物(D)が0.1質量部以上であれば、ナノ物質含有組成物から得られるナノ炭素含有繊維の成形性、強度がより向上し、その結果、ナノ炭素構造体繊維自体の特性も向上する。また、高分子化合物(D)が400質量部以下であれば、導電性ポリマー(A)やナノ炭素材料(B)の溶解性の低下が少なく、優れた紡糸性、導電性を維持しやすい。   The use ratio of the polymer compound (D) and the solvent (C) is preferably such that the polymer compound (D) is 0.1 parts by mass or more and 400 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent (C). More preferably, it is 0.5 to 300 parts by mass. When the polymer compound (D) is 0.1 part by mass or more, the moldability and strength of the nanocarbon-containing fiber obtained from the nanomaterial-containing composition are further improved, and as a result, the characteristics of the nanocarbon structure fiber itself Will also improve. Further, when the polymer compound (D) is 400 parts by mass or less, the solubility of the conductive polymer (A) and the nanocarbon material (B) is hardly decreased, and excellent spinnability and conductivity can be easily maintained.

塩基性化合物(E)と溶媒(C)の使用割合は、溶媒(C)100質量部に対して、塩基性化合物(E)が0.00001質量部以上10質量部以下であることが好ましく、0.00005質量部以上5質量部以下であることがより好ましい。塩基性化合物(E)が0.00001質量部以上であれば、水溶性導電性ポリマー(A)の溶解性が高くなり、ナノ炭素材料(B)の溶媒(C)への可溶化又は分散化が促進され、ナノ炭素含有繊維やナノ炭素構造体繊維の導電性がより向上する。また、塩基性化合物(E)が10質量部を超えると、導電性ポリマーの導電性が低下するおそれがある。   The use ratio of the basic compound (E) and the solvent (C) is preferably such that the basic compound (E) is 0.00001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent (C). More preferably, it is 0.00005 parts by mass or more and 5 parts by mass or less. When the basic compound (E) is 0.00001 part by mass or more, the solubility of the water-soluble conductive polymer (A) is increased, and the nanocarbon material (B) is solubilized or dispersed in the solvent (C). Is promoted, and the conductivity of the nanocarbon-containing fiber or nanocarbon structure fiber is further improved. Moreover, when a basic compound (E) exceeds 10 mass parts, there exists a possibility that the electroconductivity of a conductive polymer may fall.

界面活性剤(F)と溶媒(C)の使用割合は、溶媒(C)100質量部に対して、界面活性剤(F)が0.0001質量部以上10質量部以下であることが好ましく、0.01質量部以上5質量部以下であることがより好ましい。界面活性剤(F)が0.0001質量部以上であれば、紡糸性、導電性、ナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化がより向上する。また、界面活性剤(F)が10質量部を超えると導電性が劣る等の現象が生じるとともに、ナノ炭素材料(B)の可溶化又は分散化の効率が低下するおそれがある。   The use ratio of the surfactant (F) and the solvent (C) is preferably such that the surfactant (F) is 0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent (C). More preferably, the content is 0.01 part by mass or more and 5 parts by mass or less. If surfactant (F) is 0.0001 mass part or more, spinnability, electroconductivity, and solubilization or dispersion | distribution of nanocarbon material (B) will improve more. Moreover, when surfactant (F) exceeds 10 mass parts, while the phenomenon of inferior electroconductivity etc. will arise, there exists a possibility that the solubilization or dispersion | distribution efficiency of nanocarbon material (B) may fall.

[ナノ炭素含有組成物の製造方法]
本発明においては、溶媒(C)を用いることにより、分散性と紡糸性に優れたナノ炭素含有組成物が得られるため、高性能な繊維を製造することができる。
本発明におけるナノ炭素含有組成物の必須成分である導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)、高分子化合物(D)、及び、必要に応じて塩基性化合物(E)、界面活性剤(F)等を混合する際には、超音波、ホモジナイザー、スパイラルミキサー、プラネタリーミキサー、ディスパーサー、ハイブリットミキサー等の撹拌又は混練装置が用いられる。なかでも、導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)、又は更に他の成分を混合し、これに超音波を照射することが好ましく、この際、超音波照射とホモジナイザーを併用(超音波ホモジナイザー)して処理をすることが特に好ましい。
[Method for producing nanocarbon-containing composition]
In the present invention, by using the solvent (C), a nanocarbon-containing composition excellent in dispersibility and spinnability can be obtained, so that a high-performance fiber can be produced.
The conductive polymer (A), the nanocarbon material (B), the solvent (C), the polymer compound (D), and the basic compound (E as necessary) which are essential components of the nanocarbon-containing composition in the present invention. ), When mixing the surfactant (F) or the like, a stirring or kneading apparatus such as an ultrasonic wave, a homogenizer, a spiral mixer, a planetary mixer, a disperser, or a hybrid mixer is used. Among them, it is preferable to mix the conductive polymer (A), the nanocarbon material (B), the solvent (C), or other components, and irradiate this with ultrasonic waves. In this case, the ultrasonic irradiation and the homogenizer It is particularly preferable to carry out the treatment in combination (ultrasonic homogenizer).

超音波照射処理の条件は、特に限定されるものではなく、ナノ炭素材料(B)を溶媒(C)中に均一に分散又は溶解させるのに十分な超音波の強度と処理時間であればよい。例えば、超音波発振機における定格出力は、超音波発振機の単位底面積当たり0.1〜500ワット/cmが好ましい。発振周波数は、10〜200kHzが好ましく、20〜100kHzがより好ましい。また、超音波照射処理の時間は、1分〜48時間が好ましく、5分〜48時間がより好ましい。また、超音波照射処理を行う際のナノ炭素含有組成物の温度は、分散性向上の点から、60℃以下が好ましく、40℃以下がより好ましい。
また、この超音波照射処理の後、更にボールミル、ビーズミル、振動ミル、サンドミル、ロールミル等のボール型混練装置を用いて分散又は溶解を徹底化することが好ましい。
The conditions of the ultrasonic irradiation treatment are not particularly limited, and may be any ultrasonic intensity and treatment time sufficient to uniformly disperse or dissolve the nanocarbon material (B) in the solvent (C). . For example, the rated output of the ultrasonic oscillator is preferably 0.1 to 500 watts / cm 2 per unit bottom area of the ultrasonic oscillator. The oscillation frequency is preferably 10 to 200 kHz, and more preferably 20 to 100 kHz. In addition, the time for the ultrasonic irradiation treatment is preferably 1 minute to 48 hours, and more preferably 5 minutes to 48 hours. In addition, the temperature of the nanocarbon-containing composition when performing the ultrasonic irradiation treatment is preferably 60 ° C. or less, and more preferably 40 ° C. or less, from the viewpoint of improving dispersibility.
Further, after the ultrasonic irradiation treatment, it is preferable to thoroughly disperse or dissolve using a ball type kneader such as a ball mill, a bead mill, a vibration mill, a sand mill, or a roll mill.

所定の構成成分を混合する際には、すべての成分を一括添加してもよいし、溶媒(C)のうち、その少量を用いて、濃厚なナノ炭素含有組成物を調製した後、残りの溶媒(C)等の他の構成成分(高分子化合物(D)、塩基性化合物(E)、界面活性剤(F)、その他添加剤)で所定の濃度に希釈してもよい。また、溶媒(C)を2種類以上混合して用いる場合には、使用する溶媒(C)のうち1成分以上を用いて、濃厚なナノ炭素含有組成物を調製し、その後、その他の溶媒(C)成分で希釈してもよい。   When mixing predetermined constituents, all the components may be added at once, or after preparing a concentrated nanocarbon-containing composition using a small amount of the solvent (C), the remaining components It may be diluted to a predetermined concentration with other components (polymer compound (D), basic compound (E), surfactant (F), other additives) such as solvent (C). When two or more types of solvents (C) are used in combination, a concentrated nanocarbon-containing composition is prepared using one or more components of the solvent (C) to be used, and then other solvents (C It may be diluted with component C).

<ナノ炭素含有繊維、およびそれからなるシート状又は撚糸状構造体の製造方法>
本発明のナノ炭素含有繊維は、ドープ(紡糸原液)であるナノ炭素含有組成物を電界紡糸することで製造される。例えば、ナノ炭素含有組成物を入れた紡糸用シリンジのノズル先端とコレクター部分である対電極基板間に数kV〜200kVの高電圧を印加し、静電反発力でナノ炭素含有組成物をノズルから引出すことによってコレクター基板上にナノファイバー(微細繊維)であるナノ炭素含有繊維を作製し、不織布(シート状構造体)として積層化が可能である。
また、ナノ炭素含有繊維またはナノ炭素含有繊維からなるシート状構造体を撚ることによって撚糸状構造体を製造することが可能である。
<Nanocarbon-containing fiber and method for producing sheet-like or twisted-like structure comprising the same>
The nanocarbon-containing fiber of the present invention is produced by electrospinning a nanocarbon-containing composition that is a dope (spinning stock solution). For example, a high voltage of several kV to 200 kV is applied between the nozzle tip of a spinning syringe containing a nanocarbon-containing composition and a counter electrode substrate that is a collector portion, and the nanocarbon-containing composition is discharged from the nozzle by electrostatic repulsion. By drawing out, nanocarbon-containing fibers, which are nanofibers (fine fibers), are produced on the collector substrate and can be laminated as a nonwoven fabric (sheet-like structure).
Moreover, it is possible to manufacture a twisted-like structure by twisting a nanocarbon-containing fiber or a sheet-like structure made of nanocarbon-containing fibers.

電界紡糸での印加電圧は、1kV〜160kVが好ましく、より好ましくは5kV〜50kVである。1kVより低いとナノ炭素含有組成物がナノファイバー化せず、160kVより高いとノズルとコレクターの間で放電してしまいナノ炭素含有組成物がナノファイバー化しなくなる。 The applied voltage in electrospinning is preferably 1 kV to 160 kV, more preferably 5 kV to 50 kV. If it is lower than 1 kV, the nanocarbon-containing composition does not become nanofiber, and if it is higher than 160 kV, discharge occurs between the nozzle and the collector and the nanocarbon-containing composition does not become nanofiber.

また、紡糸湿度は、0〜70相対%の範囲内にあることが好ましい。紡糸湿度が70相対%より大きいと、ノズル先端において電界紡糸に必要な電荷の誘起が起こらない可能性があるため好ましくない。   The spinning humidity is preferably in the range of 0 to 70 relative%. When the spinning humidity is higher than 70 relative%, there is a possibility that induction of electric charge necessary for electrospinning does not occur at the nozzle tip, which is not preferable.

また、紡糸温度は、5〜50℃の範囲内にあることが好ましい。紡糸温度が50℃より高いと、紡糸溶液の溶媒が蒸発する可能性があるため好ましくない。紡糸温度が5℃より低いと、紡糸溶液の溶媒が凝固する可能性があるため好ましくない。   The spinning temperature is preferably in the range of 5 to 50 ° C. A spinning temperature higher than 50 ° C. is not preferable because the solvent of the spinning solution may evaporate. If the spinning temperature is lower than 5 ° C., the solvent of the spinning solution may be solidified, which is not preferable.

ノズルとコレクターとの距離は、1cm〜50cmが好ましく、より好ましくは5cm〜15cmである。1cmより間隔が短いと放電が起こりナノ炭素含有組成物がナノファイバー化しなくなる。50cmより間隔が長いとナノファイバー化したナノ炭素含有組成物がコレクターに付着しないため好ましくない。   The distance between the nozzle and the collector is preferably 1 cm to 50 cm, more preferably 5 cm to 15 cm. When the interval is shorter than 1 cm, discharge occurs and the nanocarbon-containing composition does not become nanofiber. If the interval is longer than 50 cm, the nanocarbon-containing composition formed into nanofibers is not preferable because it does not adhere to the collector.

ナノ炭素含有組成物のノズルへの供給流速は、1〜500μL/minが好ましく、より好ましくは1〜300μL/minである。1μL/minより流速が遅いとノズル先端部分において溶液の供給不足が起こる可能性があり、500μL/minより流速が速いとノズル先端において液垂れが起こる可能性がある。 The supply flow rate of the nanocarbon-containing composition to the nozzle is preferably 1 to 500 μL / min, more preferably 1 to 300 μL / min. If the flow rate is slower than 1 μL / min, supply of the solution may be insufficient at the nozzle tip, and if the flow rate is faster than 500 μL / min, dripping may occur at the nozzle tip.

ノズルの直径は、10μm〜2mmが好ましく、より好ましくは0.1〜1mmである。ノズル径が10μmより小さいと、高粘度の紡糸溶液が目詰まりを起こすため好ましくない。ノズル径が2mmより大きいと、低粘度の紡糸溶液を保持できないため好ましくない。   The diameter of the nozzle is preferably 10 μm to 2 mm, more preferably 0.1 to 1 mm. When the nozzle diameter is smaller than 10 μm, the high viscosity spinning solution is clogged, which is not preferable. When the nozzle diameter is larger than 2 mm, it is not preferable because a low-viscosity spinning solution cannot be retained.

本発明で使用されるコレクターは、導体または半導体と同程度の電気伝導性を有する板状材が好ましく用いられる。例えば、銅板、鉄板、ステンレススチール板、金板、銀板、真鍮板、アルミニウム板、これら導電性を有する板とアルミニウム箔の積層板、酸化インジウムスズをコートしたガラス基板やポリマーフィルム、シリコン基板等がある。また、連続的に繊維を得るためには、上記導電性を有する板をベルト化し、ロールで回転するようにしてもよい。   The collector used in the present invention is preferably a plate-like material having the same electrical conductivity as a conductor or semiconductor. For example, copper plate, iron plate, stainless steel plate, gold plate, silver plate, brass plate, aluminum plate, laminated plate of these conductive plates and aluminum foil, glass substrate or polymer film coated with indium tin oxide, silicon substrate, etc. There is. Moreover, in order to obtain a fiber continuously, you may make it make the said board | plate which has the said electroconductivity into a belt, and rotate with a roll.

また、一般的に高分子電解質を含む溶液を、電界紡糸すると繊維が基板上に堆積せず、ノズルとコレクター間で垂直に成長する現象が起こることがある。本発明に用いられる導電性ポリマーの場合も同様の現象が起こる可能性があるため、ノズルの下部に設置したコレクター部分上にリング状など開口部を持つ導電体又は半導体を設置して電界紡糸することが好ましい。またこのようなコレクターを使用した場合、ワンステップでナノ炭素含有繊維からなるシート状構造体を作製することが可能である。   In general, when a solution containing a polymer electrolyte is electrospun, fibers may not be deposited on the substrate, and a phenomenon may occur in which the solution grows vertically between the nozzle and the collector. Since the same phenomenon may occur in the case of the conductive polymer used in the present invention, a conductor or a semiconductor having an opening such as a ring shape is installed on the collector part installed at the lower part of the nozzle, and electrospinning is performed. It is preferable. When such a collector is used, a sheet-like structure made of nanocarbon-containing fibers can be produced in one step.

得られたナノ炭素含有繊維は、平均繊維径が5nm〜50μmである極細ファイバーであり、表面が導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)で被覆され、内部にナノ炭素材料(B)が存在し紡糸方向(長手方向)に配向している構造を有している。しかも、ナノ炭素材料(B)が高密度で凝集・配向構造を有しているため、導電性などの特性が大幅に向上する。   The obtained nanocarbon-containing fiber is an ultrafine fiber having an average fiber diameter of 5 nm to 50 μm, the surface is coated with the conductive polymer (A) and the polymer compound (D), and the inside is a nanocarbon material (B). And has a structure oriented in the spinning direction (longitudinal direction). Moreover, since the nanocarbon material (B) has a high density and an agglomeration / orientation structure, properties such as conductivity are greatly improved.

[ナノ炭素構造体繊維、およびそれからなるシート状又は撚糸状構造体の製造方法]
[焼成工程]
本発明のナノ炭素構造体繊維は、本発明のナノ炭素含有繊維を加熱することにより導電性ポリマー(A)や高分子化合物(D)を焼失させることによって得られる。
また、ナノ炭素含有繊維からなるシート状又は撚糸状構造体を加熱することにより導電性ポリマー(A)や高分子化合物(D)を焼失させることによって、ナノ炭素構造体繊維からなるシート状又は撚糸状構造体を得ることが出来る。
また、加熱処理は空気中でも不活性ガス雰囲気化においても実施することができるが、ナノ炭素材料(B)が焼失しにくくするために、不活性ガス雰囲気化で実施することが好ましい。不活性ガスについては特に限定されないが、窒素ガス又はアルゴンガスが多く用いられる。
[Nanocarbon structure fiber and method for producing sheet-like or twisted-like structure comprising the same]
[Baking process]
The nanocarbon structure fiber of the present invention can be obtained by burning the conductive polymer (A) or the polymer compound (D) by heating the nanocarbon-containing fiber of the present invention.
Moreover, the sheet-like or twisted yarn made of nanocarbon structure fibers is obtained by burning out the conductive polymer (A) or the polymer compound (D) by heating the sheet-like or twisted-like structure made of nanocarbon-containing fibers. A shaped structure can be obtained.
Moreover, although heat processing can be implemented also in air and inert gas atmosphere formation, in order to make a nanocarbon material (B) hard to burn down, it is preferable to implement by inert gas atmosphere. The inert gas is not particularly limited, but nitrogen gas or argon gas is often used.

なお、本明細書において、「焼成」とは、加熱により、ナノ炭素含有繊維中の導電性ポリマー(A)や高分子化合物(D)を焼失させることを意味する。従って、加熱処理条件(温度、時間、方法等)は、特に限定されず、導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)が焼失されればよい。但し、ナノ炭素含有繊維中のナノ炭素材料(B)が焼失すると、焼成後ナノ炭素構造体繊維の導電性能が低下するため好ましくない。   In the present specification, “firing” means that the conductive polymer (A) or the polymer compound (D) in the nanocarbon-containing fiber is burned out by heating. Accordingly, the heat treatment conditions (temperature, time, method, etc.) are not particularly limited as long as the conductive polymer (A) and the polymer compound (D) are burned off. However, it is not preferable that the nanocarbon material (B) in the nanocarbon-containing fiber is burned out because the conductive performance of the nanocarbon structure fiber after firing is lowered.

例えば、ナノ炭素含有繊維の加熱処理条件は、以下の加熱処理条件(1)〜(4)のいずれかを採用することができる。
加熱処理条件1:350℃以上400℃未満の温度範囲にて30分以上加熱する。
加熱処理条件2:400℃以上450℃未満の温度範囲にて15分以上加熱する。
加熱処理条件3:450℃以上500℃未満の温度範囲にて3分以上加熱する。
加熱処理条件4:500℃以上600℃未満の温度範囲にて1分以上加熱する。
For example, any of the following heat treatment conditions (1) to (4) can be adopted as the heat treatment conditions for the nanocarbon-containing fiber.
Heat treatment condition 1: Heat in a temperature range of 350 ° C. or higher and lower than 400 ° C. for 30 minutes or longer.
Heat treatment condition 2: Heat in a temperature range of 400 ° C. or higher and lower than 450 ° C. for 15 minutes or longer.
Heat treatment condition 3: Heat in a temperature range of 450 ° C. or higher and lower than 500 ° C. for 3 minutes or longer.
Heat treatment condition 4: Heat in a temperature range of 500 ° C. or higher and lower than 600 ° C. for 1 minute or longer.

加熱温度が350℃未満であると、水溶性導電ポリマー(A)が焼失し難く、構造体に十分な透明性を付与することができない。また、加熱温度が600℃を超えると、ナノ炭素材料(B)自体が焼失し、繊維自体が消失したりすることで強度を維持した構造体が形成されない傾向がある。   When the heating temperature is less than 350 ° C., the water-soluble conductive polymer (A) is hardly burned down, and sufficient transparency cannot be imparted to the structure. On the other hand, when the heating temperature exceeds 600 ° C., the nanocarbon material (B) itself is burned out, and the structure itself that maintains the strength tends to be not formed because the fiber itself disappears.

また、加熱時間は、加熱温度によって異なるが、350℃以上400℃未満の温度範囲では30分以上であり、35分以上180分以下であることが好ましい。400℃以上450℃未満の温度範囲では15分以上であり、20分以上180分以下であることが好ましい。450℃以上500℃未満の温度範囲では3分以上であり、5分以上180分以下であることが好ましい。500℃以上550℃未満の温度範囲では1分以上であり、3分以上180分以下であることが好ましい。それぞれの条件で加熱時間が所定時間未満であると、導電ポリマー(A)の焼失が十分でなく、構造体に十分な導電性を付与することができない。   Moreover, although heating time changes with heating temperatures, it is 30 minutes or more in the temperature range of 350 degreeC or more and less than 400 degreeC, and it is preferable that it is 35 minutes or more and 180 minutes or less. In a temperature range of 400 ° C. or higher and lower than 450 ° C., it is 15 minutes or longer, and preferably 20 minutes or longer and 180 minutes or shorter. It is 3 minutes or more in a temperature range of 450 ° C. or more and less than 500 ° C., and preferably 5 minutes or more and 180 minutes or less. It is 1 minute or more in a temperature range of 500 ° C. or more and less than 550 ° C., and preferably 3 minutes or more and 180 minutes or less. When the heating time is less than the predetermined time under each condition, the conductive polymer (A) is not sufficiently burned out, and sufficient electrical conductivity cannot be imparted to the structure.

加熱処理方法は、特に限定されないが、ナノ炭素含有繊維を熱風乾燥、ホットプレート、加熱炉、オーブン、真空乾燥、赤外線乾燥等により加熱処理する方法が好ましい。
なお、上記焼成工程における好ましい加熱時間や加熱温度は、加熱機器によっても異なる。例えば、ホットプレートのように直に加熱部分が接触する場合は、加熱時間が短くなる傾向があり、オーブン(加熱炉)のように直接接触しない場合には、加熱時間が長くなる傾向がある。
The heat treatment method is not particularly limited, but a method of heat-treating the nanocarbon-containing fiber by hot air drying, a hot plate, a heating furnace, an oven, vacuum drying, infrared drying, or the like is preferable.
In addition, the preferable heating time and heating temperature in the said baking process differ also with heating apparatuses. For example, when the heated part is in direct contact like a hot plate, the heating time tends to be short, and when not directly touching like an oven (heating furnace), the heating time tends to be long.

得られたナノ炭素構造体繊維は、平均繊維径が10nm〜10μm、好ましくは10nm〜1μm未満である極細ファイバーであり、表面を被覆していた導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)が加熱処理によって焼失し、実質的に、内部に高密度で配向して存在していたナノ炭素材料(B)からなる構造を維持している。表面のナノ炭素材料より導電性が低い導電性ポリマー(A)及び絶縁性の高分子化合物(D)が加熱処理によって焼失したため、ナノ炭素材料(B)自体の導電性を発現させることが出来る。「実質的にナノ炭素材料(B)からなる」とは、ナノ炭素構造体繊維がナノ炭素材料(B)自体の所期の特性を発現する限りにおいて、導電性ポリマー(A)及び/又は高分子化合物(D)の焼成残留物が含まれていてもよいことを意味する。   The obtained nanocarbon structure fiber is an ultrafine fiber having an average fiber diameter of 10 nm to 10 μm, preferably 10 nm to less than 1 μm, and the conductive polymer (A) and the polymer compound (D) covering the surface. Is burned down by the heat treatment, and substantially maintains the structure composed of the nanocarbon material (B) that exists in a high-density orientation inside. Since the conductive polymer (A) and the insulating polymer compound (D) having lower conductivity than the nanocarbon material on the surface were burned down by the heat treatment, the conductivity of the nanocarbon material (B) itself can be expressed. “Substantially composed of the nanocarbon material (B)” means that the conductive polymer (A) and / or the high-carbon fiber as long as the nanocarbon structure fiber exhibits the desired properties of the nanocarbon material (B) itself. It means that a baking residue of the molecular compound (D) may be contained.

以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
(製造例1)導電性ポリマー(A)
ポリ(2−スルホ−5−メトキシ−1,4−イミノフェニレン)の合成:
2−アミノアニソール−4−スルホン酸100mmolを25℃で4mol/Lのトリエチルアミン水溶液40mLに攪拌溶解し、これにペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolを水100mlに攪拌溶解した溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で12時間更に攪拌した後に、反応生成物を濾別洗浄後、乾燥し、ポリマー粉末(導電性ポリマー(A))15gを得た。この導電性ポリマー(A)の体積抵抗値は9.0Ω・cmであった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited by the following description.
(Production Example 1) Conductive polymer (A)
Synthesis of poly (2-sulfo-5-methoxy-1,4-iminophenylene):
100 mmol of 2-aminoanisole-4-sulfonic acid was dissolved in 40 mL of a 4 mol / L triethylamine aqueous solution at 25 ° C. with stirring, and a solution of 100 mmol of ammonium peroxodisulfate in 100 mL of water was added dropwise thereto. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 25 ° C. for 12 hours, and then the reaction product was washed by filtration and dried to obtain 15 g of a polymer powder (conductive polymer (A)). The volume resistance value of this conductive polymer (A) was 9.0 Ω · cm.

ナノ炭素材料(B)は、以下に示すものを使用した。
カーボンナノチューブ(B):ナノシル社によりCVD法(化学的気相成長法)にて製造された多層カーボンナノチューブ「商品名:NC7000」。
以下、カーボンナノチューブを「CNT」と略記することもある。
The nanocarbon material (B) used was as follows.
Carbon nanotube (B): Multi-walled carbon nanotube “trade name: NC7000” manufactured by Nanosil Corporation by CVD (chemical vapor deposition method).
Hereinafter, the carbon nanotube may be abbreviated as “CNT”.

溶媒(C)は、以下に示すものを使用した。
日本ミリポア社より市販されている超純水製造システム(Milli−Q)を用いて製造した超純水。
The solvent (C) used was as follows.
Ultrapure water produced using an ultrapure water production system (Milli-Q) commercially available from Nihon Millipore.

高分子化合物(D)は、以下に示すものを使用した。
ポリサインエンス社より市販されている分子量400万のポリエチレンオキサイド(Cat.#04030−500)。以下「PEO」と略記することもある。
As the polymer compound (D), the following was used.
Polyethylene oxide having a molecular weight of 4 million (Cat. # 04030-500) commercially available from Polysignence. Hereinafter, it may be abbreviated as “PEO”.

<ナノ炭素含有組成物>
(製造例2:実施例1に対応)
前記製造例1の導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、を、溶媒(C)を質量比:(A)/(B)/(C)=1/1/99の組成で室温にて混合し、超音波ホモジナイザー処理(SONIC社製 vibra cell 20kHz)を1時間実施し、導電性ポリマー(A)とナノ炭素材料(B)の均一分散溶液を調製した。
この均一分散溶液に表1に示す組成になるように溶媒(C)、及び高分子化合物(D)を室温にて混合し、20時間以上攪拌後、ナノ炭素含有組成物1を調製した。
<Nanocarbon-containing composition>
(Production Example 2: corresponding to Example 1)
The conductive polymer (A) and nanocarbon material (B) of Production Example 1 were mixed with the solvent (C) at a mass ratio of (A) / (B) / (C) = 1/1/99 at room temperature. And homogenizer treatment (Vibra cell 20 kHz, manufactured by SONIC) was carried out for 1 hour to prepare a uniformly dispersed solution of the conductive polymer (A) and the nanocarbon material (B).
A solvent (C) and a polymer compound (D) were mixed at room temperature so as to have the composition shown in Table 1 in this uniform dispersion solution, and after stirring for 20 hours or more, a nanocarbon-containing composition 1 was prepared.

(製造例3:実施例2に対応)
前記製造例1の導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、を、溶媒(C)を質量比:(A)/(B)/(C)=1/1/99の組成で室温にて混合し、超音波ホモジナイザー処理(SONIC社製 vibra cell 20kHz)を1時間実施し、導電性ポリマー(A)とナノ炭素材料(B)の均一分散溶液を調製した。
この均一分散溶液に表1に示す組成になるように溶媒(C)、高分子化合物(D)及び塩基性化合物(E)を室温にて混合し、20時間以上攪拌後、ナノ炭素含有組成物2を調製した。
(製造例4:比較例1に対応)
表1に示す組成で前記製造例1の導電性ポリマー(A)、高分子化合物(D)を、溶媒(C)に室温にて混合し、20時間以上攪拌後、組成物1を調製した(ナノ炭素材料(B)を含まない組成物)。
(Production Example 3: corresponding to Example 2)
The conductive polymer (A) and nanocarbon material (B) of Production Example 1 were mixed with the solvent (C) at a mass ratio of (A) / (B) / (C) = 1/1/99 at room temperature. And homogenizer treatment (Vibra cell 20 kHz, manufactured by SONIC) was carried out for 1 hour to prepare a uniformly dispersed solution of the conductive polymer (A) and the nanocarbon material (B).
A solvent (C), a polymer compound (D) and a basic compound (E) are mixed at room temperature so as to have the composition shown in Table 1 in this uniformly dispersed solution, and after stirring for 20 hours or more, a nanocarbon-containing composition 2 was prepared.
(Production Example 4: corresponding to Comparative Example 1)
The composition 1 shown in Table 1 was prepared by mixing the conductive polymer (A) and polymer compound (D) of Production Example 1 with the solvent (C) at room temperature and stirring for 20 hours or more. A composition containing no nanocarbon material (B)).

<ナノ炭素含有繊維>
(実施例1、2および比較例1)
表1に示す組成物をシリンジに入れ、表2に示す電界紡糸条件で紡糸した。コレクターとしてアルミニウム板コレクター上にアルミニウム製のリング状の構造体を設置して電界紡糸を行い、リング部分にシート状の構造体を作製した。また、回転速度2000rpmで回転するアルミニウム製コレクター上に配列させたナノ炭素含有繊維を撚ることによって撚糸状の構造体を作製した。
<Nanocarbon-containing fiber>
(Examples 1 and 2 and Comparative Example 1)
The composition shown in Table 1 was put into a syringe and spun under the electrospinning conditions shown in Table 2. An aluminum ring-shaped structure was placed on an aluminum plate collector as a collector, and electrospinning was performed to produce a sheet-shaped structure at the ring portion. Moreover, the twisted-like structure was produced by twisting the nanocarbon containing fiber arranged on the aluminum collector rotating at a rotational speed of 2000 rpm.

<評価方法>
実施例及び比較例において電界紡糸法により製造したナノ炭素含有繊維の構造観察及びナノ炭素含有繊維集合体の電気伝導度測定を行った。
<Evaluation method>
In the examples and comparative examples, the structure observation of the nanocarbon-containing fibers produced by the electrospinning method and the electrical conductivity measurement of the nanocarbon-containing fiber aggregates were performed.

(抵抗値)
マルチチャンネル交流四端子電気伝導度計(扶桑製作所製HECS 994C型)を用いて撚糸状およびシート状構造体の抵抗値の測定を行った。得られた抵抗値(R)、試料の測定長(L)、試料の断面積(A)から電気伝導度(σ)をσ=1/ρ=L/RAの関係式を用いて算出した。
(構造観察)
走査型電子顕微鏡(SEM、TOPCON製SM−200)を用いて繊維形態の観察を行った。観察は加速電圧10kVの条件で行った。なお観察試料として、繊維表面にファインコーター(日本電子製JFC−1200)を用いて厚さ約5nmの金コートしたものを用いた。得られた2次電子像から繊維上の任意の50点の繊維径を測定し、平均繊維径を求めた。また、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子製JEM−2000CX)を用いて繊維内部構造の観察を行った。
(Resistance value)
The resistance values of the twisted and sheet-like structures were measured using a multi-channel AC four-terminal conductivity meter (HECS 994C type manufactured by Fuso Seisakusho). The electrical conductivity (σ) was calculated from the obtained resistance value (R), the measured length (L) of the sample, and the cross-sectional area (A) of the sample using the relational expression of σ = 1 / ρ = L / RA.
(Structure observation)
The fiber morphology was observed using a scanning electron microscope (SEM, SM-200 manufactured by TOPCON). Observation was performed under the condition of an acceleration voltage of 10 kV. In addition, as an observation sample, the surface of the fiber coated with gold having a thickness of about 5 nm using a fine coater (JFC-1200 manufactured by JEOL Ltd.) was used. From the obtained secondary electron image, the fiber diameters at 50 arbitrary points on the fiber were measured, and the average fiber diameter was determined. Moreover, the fiber internal structure was observed using the transmission electron microscope (TEM, JEOL JEM-2000CX).

(観察・測定結果)
実施例1の紡糸条件で作製したシート状ナノ炭素含有繊維構造体の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図1に示す。平均繊維径は100nmである。実施例1と同じ紡糸条件で回転コレクター上に作製した配列繊維とこの配列繊維を撚ることによって得られた撚糸状ナノ炭素含有繊維構造体のSEM写真をそれぞれ図2および図3に示す。実施例1において作製されたナノ炭素含有繊維の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図4に示す。ナノ炭素含有繊維中ではCNTが高密度かつ均一に分散している。電気伝導性についてはシート状ナノ炭素含有繊維で5×10−2S/cm、撚糸状ナノ炭素含有繊維では2.6S/cmであった。
また、比較例1の紡糸条件で作成した撚糸状の繊維の電気伝導性は0.005S/cmであり、CNTを含有した実施例1は比較例1と比較すると520倍高い電気伝導性を発現した。
なお、図2に示す配列繊維とは、紡糸速度より大きな速度で回転する円盤型コレクターの側面に糸を巻きつけることによって配列させた繊維である。
(Observation and measurement results)
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the sheet-like nanocarbon-containing fiber structure produced under the spinning conditions of Example 1 is shown in FIG. The average fiber diameter is 100 nm. FIG. 2 and FIG. 3 show SEM photographs of the aligned fiber produced on the rotating collector under the same spinning conditions as in Example 1 and the twisted nanocarbon-containing fiber structure obtained by twisting the aligned fiber, respectively. A transmission electron microscope (TEM) photograph of the nanocarbon-containing fibers produced in Example 1 is shown in FIG. In the nanocarbon-containing fiber, CNTs are dispersed with high density and uniformity. The electrical conductivity was 5 × 10 −2 S / cm for the sheet-like nanocarbon-containing fiber, and 2.6 S / cm for the twisted nanocarbon-containing fiber.
Further, the electrical conductivity of the twisted fiber prepared under the spinning conditions of Comparative Example 1 is 0.005 S / cm, and Example 1 containing CNT expresses 520 times higher electrical conductivity than Comparative Example 1. did.
Note that the array fiber shown in FIG. 2 is a fiber arrayed by winding a thread around the side surface of a disk-type collector that rotates at a speed higher than the spinning speed.

実施例2では図1と同様の構造を持つ平均繊維径280nmの繊維からなるシート状構造体が得られた。   In Example 2, a sheet-like structure composed of fibers having an average fiber diameter of 280 nm having the same structure as that in FIG. 1 was obtained.

比較例1では図5に示す平均繊維径200nmの繊維からなるシート状構造体が得られた。   In Comparative Example 1, a sheet-like structure composed of fibers having an average fiber diameter of 200 nm shown in FIG. 5 was obtained.

<ナノ炭素構造体繊維>
電界紡糸法により作製したナノ炭素含有繊維集合体及び比較例1の繊維を、窒素置換した電気炉(アドバンテック東洋社製FUA112DB)内で表3に示す加熱条件下で加熱処理してナノ炭素構造体繊維を作成した。
<Nanocarbon structure fiber>
A nanocarbon structure obtained by heat-treating the nanocarbon-containing fiber assembly produced by the electrospinning method and the fiber of Comparative Example 1 in a nitrogen-substituted electric furnace (FUA112DB manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) under the heating conditions shown in Table 3 Fiber was created.

<評価方法>
実施例及び比較例において、加熱処理後のナノ炭素構造体繊維の外観観察、構造観察、電気伝導度測定を行った。
<Evaluation method>
In Examples and Comparative Examples, appearance observation, structure observation, and electrical conductivity measurement of the nanocarbon structure fiber after the heat treatment were performed.

(構造体の形成・外観)
目視により形状維持の可否を評価した。
○:加熱処理後も構造体を形成・維持していた。
×:加熱処理によって焼失して構造体形成・維持ができていなかった。
(Formation and appearance of structure)
The ability to maintain the shape was visually evaluated.
○: The structure was formed and maintained even after the heat treatment.
X: The structure was not formed and maintained due to the heat treatment.

(抵抗値)
実施例1と同じ方法でマルチチャンネル交流四端子電気伝導度計(扶桑製作所製HECS 994C型)を用いて撚糸状およびシート状構造体の抵抗値の測定を行った。得られた抵抗値(R)、試料の測定長(L)、試料の断面積(A)から電気伝導度(σ)をσ=1/ρ=L/RAの関係式を用いて算出した。
(構造観察)
実施例1と同じ方法で走査型電子顕微鏡(SEM、TOPCON製SM−200)を用いて繊維形態の観察を行った。観察は加速電圧10kVの条件で行った。なお観察試料として、繊維表面にファインコーター(日本電子製JFC−1200)を用いて厚さ約5nmの金コートしたものを用いた。得られた2次電子像から繊維上の任意の50点の繊維径を測定し、平均繊維径を求めた。
(Resistance value)
The resistance values of the twisted and sheet-like structures were measured using a multi-channel AC four-terminal conductivity meter (HECS 994C type manufactured by Fuso Seisakusho) in the same manner as in Example 1. The electrical conductivity (σ) was calculated from the obtained resistance value (R), the measured length (L) of the sample, and the cross-sectional area (A) of the sample using the relational expression of σ = 1 / ρ = L / RA.
(Structure observation)
The fiber form was observed using a scanning electron microscope (SEM, SM-200 manufactured by TOPCON) in the same manner as in Example 1. Observation was performed under the condition of an acceleration voltage of 10 kV. In addition, as an observation sample, the surface of the fiber coated with gold having a thickness of about 5 nm using a fine coater (JFC-1200 manufactured by JEOL Ltd.) was used. From the obtained secondary electron image, the fiber diameters at 50 arbitrary points on the fiber were measured, and the average fiber diameter was determined.

表3に示すように、本発明の実施例1、2のナノ炭素含有繊維は、平均繊維径がナノオーダーのナノファイバーである。シート状又は撚糸状のナノ炭素含有繊維構造体を加熱処理することによって実施例3、4のシート状又は撚糸状の形状を維持した構造体が作製できた。   As shown in Table 3, the nanocarbon-containing fibers of Examples 1 and 2 of the present invention are nanofibers having an average fiber diameter of nano-order. The structure which maintained the sheet-like or twisted-like shape of Examples 3 and 4 was able to be produced by heat-treating the sheet-like or twisted-like nanocarbon-containing fiber structure.

図6に実施例3の加熱条件で処理したシート状ナノ炭素構造体繊維のSEM写真を示す。平均繊維径は100nmである。また、実施例4の加熱条件で処理した撚糸ナノ炭素構造体繊維のSEM写真を図7に示す。電気伝導性についてはシート状ナノ炭素含有繊維で4.5S/cm、撚糸状ナノ炭素含有繊維では11.6S/cmであった。   The SEM photograph of the sheet-like nanocarbon structure fiber processed on the heating conditions of Example 3 is shown in FIG. The average fiber diameter is 100 nm. Moreover, the SEM photograph of the twisted nanocarbon structure fiber processed on the heating conditions of Example 4 is shown in FIG. The electrical conductivity was 4.5 S / cm for the sheet-like nanocarbon-containing fiber, and 11.6 S / cm for the twisted nanocarbon-containing fiber.

一方、比較例2では加熱処理条件は同じであるが、内部にナノ炭素材料が存在しないため、繊維を形成している導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)が焼失してしまい、構造体を形成、維持することは出来なかった。   On the other hand, in Comparative Example 2, the heat treatment conditions are the same, but since the nanocarbon material does not exist inside, the conductive polymer (A) and the polymer compound (D) forming the fibers are burned out, The structure could not be formed and maintained.

本発明のナノ炭素含有繊維及びナノ炭素構造体繊維は、コンデンサ及び機能性コンデンサ、電池、二次電池、キャパシター、燃料電池、太陽電池(有機太陽電池、色素増感太陽電池等)及びその高分子電解質膜、電極層、触媒層、ガス拡散層、ガス拡散電極層、セパレーター、各層間のバッファ材料、低ESR(等価直列抵抗)化材等の部材、EMIシールド(電波障害シールド)、化学センサー、表示素子、非線形材料、防食剤、接着剤、繊維、紡糸用材料、導電性材料、導電性塗料、帯電防止塗料、防食塗料、電着塗料、メッキプライマー、静電塗装用導電性プライマー、電気防食、電池の蓄電能力向上、半導体、電器電子部品等の工業用包装材料、オーバーヘッドプロジェクタ用フィルム、スライドフィルム等の電子写真記録材料等の帯電防止フィルム、オーディオテープ、ビデオテープ、コンピュータ用テープ、フロッピィディスク等の磁気記録用テープの帯電防止、電子デバイスのLSI配線、フィールド・エミッション・ディスプレイ(FED)の電子銃(源)及び電極、水素貯蔵剤、更に透明タッチパネル、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、液晶ディスプレイ等の入力及び表示デバイス表面の帯電防止や透明電極、有機エレクトロルミネッセンス素子を形成する発光材料、バッファ材料、電子輸送材料、正孔輸送材料及び蛍光材料、熱転写シート、転写シート、熱転写受像シート、受像シート、金属代替材料、電線として利用することができるため有用である。   The nanocarbon-containing fiber and nanocarbon structure fiber of the present invention include a capacitor and a functional capacitor, a battery, a secondary battery, a capacitor, a fuel cell, a solar cell (such as an organic solar cell and a dye-sensitized solar cell), and a polymer thereof. Electrolyte membranes, electrode layers, catalyst layers, gas diffusion layers, gas diffusion electrode layers, separators, buffer materials between each layer, members such as low ESR (equivalent series resistance) materials, EMI shields (electromagnetic interference shields), chemical sensors, Display elements, nonlinear materials, anticorrosives, adhesives, fibers, spinning materials, conductive materials, conductive paints, antistatic paints, anticorrosive paints, electrodeposition paints, plating primers, conductive primers for electrostatic coating, and anticorrosion , Improvement of battery storage capacity, industrial packaging materials such as semiconductors, electrical and electronic parts, overhead projector films, electrophotographic recording materials such as slide films, etc. Antistatic film, audio tape, video tape, computer tape, magnetic recording tape such as floppy disk, antistatic, LSI wiring of electronic devices, electron gun (source) and electrode of field emission display (FED), hydrogen Storage agent, further transparent touch panel, electroluminescence display, liquid crystal display, etc. Input and display device surface antistatic and transparent electrode, light emitting material forming organic electroluminescence element, buffer material, electron transport material, hole transport material and fluorescence It is useful because it can be used as a material, a thermal transfer sheet, a transfer sheet, a thermal transfer image receiving sheet, an image receiving sheet, a metal substitute material, and an electric wire.

Claims (6)

導電性ポリマー(A)、ナノ炭素材料(B)、溶媒(C)、前記導電性ポリマー(A)とは異なる高分子化合物(D)、及び塩基性化合物(E)を含有するナノ炭素含有組成物を電界紡糸する、ナノ炭素含有繊維を製造する方法。 Nanocarbon-containing composition containing conductive polymer (A), nanocarbon material (B), solvent (C ), polymer compound (D) different from conductive polymer (A) , and basic compound (E) A method for producing a nanocarbon-containing fiber by electrospinning a product. 請求項1に記載の方法により製造されたナノ炭素含有繊維を加熱することにより、前記導電性ポリマー(A)及び高分子化合物(D)を焼失させる、ナノ炭素構造体繊維を製造する方法。 The method of manufacturing the nano carbon structure fiber which burns down the said conductive polymer (A) and high molecular compound (D) by heating the nano carbon containing fiber manufactured by the method of Claim 1 . 請求項1に記載の方法により製造されたナノ炭素含有繊維からなるシート状又は撚糸状構造体。 A sheet-like or twisted-like structure comprising nanocarbon-containing fibers produced by the method according to claim 1 . 請求項に記載の方法により製造されたナノ炭素構造体繊維からなるシート状又は撚糸状構造体。 A sheet-like or twisted-like structure made of nanocarbon structure fibers produced by the method according to claim 2 . 導電性ポリマー(A)と、ナノ炭素材料(B)と、前記導電性ポリマー(A)とは異なる高分子化合物(D)とを含んでなるナノ炭素含有繊維であって、表面が前記導電性ポリマー(A)および前記高分子化合物(D)で被覆されており、前記ナノ炭素材料(B)は繊維長手方向に配向しており、かつ、平均繊維径が5nm〜50μmの範囲内にある、ナノ炭素含有繊維。   A nanocarbon-containing fiber comprising a conductive polymer (A), a nanocarbon material (B), and a polymer compound (D) different from the conductive polymer (A), the surface of which is the conductive material It is coated with the polymer (A) and the polymer compound (D), the nanocarbon material (B) is oriented in the longitudinal direction of the fiber, and the average fiber diameter is in the range of 5 nm to 50 μm. Nanocarbon-containing fiber. 実質的にナノ炭素材料(B)からなり、かつ、平均繊維径が10nm〜1μm未満の範囲内にある、ナノ炭素構造体繊維。   Nanocarbon structure fiber which consists of nanocarbon material (B) substantially, and has an average fiber diameter in the range of 10 nm-less than 1 micrometer.
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