JP5728681B2 - Nanocarbon-dispersed polyimide solution and composite material produced using the same - Google Patents
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Description
本発明は、可溶性ポリイミドが溶解し、且つ、ナノカーボンが分散したポリイミド溶液に関する。また、本発明は、当該溶液を使用した応用品に関し、例えば、塗布材料、接着剤、これらを用いた多孔性ペレット、析出体、成型体、塗膜、フィルム等の複合材料に関する。本発明は、これらの中でも特に、当該溶液を用いて製造される多孔性ペレットに関する。 The present invention relates to a polyimide solution in which soluble polyimide is dissolved and nanocarbon is dispersed. In addition, the present invention relates to an application product using the solution, for example, a coating material, an adhesive, and a composite material such as a porous pellet, a precipitate, a molded body, a coating film, and a film using the same. Among these, the present invention relates to a porous pellet produced using the solution.
従来、ポリイミドは、その高い耐熱性と絶縁性から、多くの応用が開発されてきた。ポリイミドは、高い耐熱性を有する樹脂であり、更に、フレキシブル回路基板等に用いられている程の高い絶縁性を有する。しかし、その絶縁性の高さから、静電気による帯電防止が望まれていた。しかし、ポリイミドは、炭素材料などの他の材料との複合化において難点があった。一般的に、樹脂を複合化する方法としては、例えば、溶融混練する方法や、溶液にして溶媒を除去して複合化させる方法が考えられる。 Conventionally, many applications of polyimide have been developed because of its high heat resistance and insulation. Polyimide is a resin having high heat resistance, and further has an insulation property that is high enough to be used for flexible circuit boards and the like. However, due to its high insulating property, it has been desired to prevent static electricity due to static electricity. However, polyimide has a difficulty in compounding with other materials such as a carbon material. Generally, as a method for compounding a resin, for example, a method of melt kneading or a method of compounding by removing a solvent in a solution can be considered.
溶融混練する場合、ポリイミドは、一般的に高い耐熱性を有することから、熱溶融して混練することが困難であった。もし仮に混練できたとしても、非常に高い温度でなければ溶融しないため、混練時に他の材料が熱分解してしまうという問題を有していた。 In the case of melt kneading, polyimide generally has high heat resistance, so it has been difficult to melt and knead it. Even if kneading can be performed, the material does not melt unless the temperature is very high, so that other materials are thermally decomposed during kneading.
他方、溶液を用いる場合、ポリイミドは、一般的に不溶性の樹脂であるため、溶媒に溶解させることが困難であった。したがって、溶液を調製することが困難であるため、当該方法による複合化は難しかった。 On the other hand, in the case of using a solution, polyimide is generally an insoluble resin, so it is difficult to dissolve it in a solvent. Therefore, since it is difficult to prepare a solution, complexation by this method has been difficult.
そこで、ポリイミドを溶液化する方法として、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸の溶液とCNT分散液を混合し、フィルム化した後イミド化反応を行ってポリイミドへCNTを分散させる方法が提案されている(特許文献1)。 Therefore, as a method for making polyimide into a solution, a method has been proposed in which a polyamic acid solution, which is a polyimide precursor, is mixed with a CNT dispersion, and after film formation, an imidization reaction is performed to disperse CNT in the polyimide. (Patent Document 1).
その他、従来のポリアミック酸経由によるものではなく、可溶性のポリイミドから直接ポリイミドフィルムを製造する方法として逐次反応によるブロック共重合体の合成方法を採用して可溶性のブロック共重合体ポリイミドを合成する方法が開示されている。当該方法では、特定のモノマーを一旦オリゴマー化して、更にこれらを重合反応させる方法が開示されている(特許文献2)。 In addition, there is a method of synthesizing a soluble block copolymer polyimide by adopting a method of synthesizing a block copolymer by a sequential reaction as a method of directly producing a polyimide film from a soluble polyimide, not via a conventional polyamic acid. It is disclosed. In this method, there is disclosed a method in which specific monomers are once oligomerized and further subjected to a polymerization reaction (Patent Document 2).
特許文献1に係る方法では、ポリアミック酸をイミド化する際の熱処理に400℃もの高温を要するため、熱分解の問題が生じる。さらにフィルム化した後にイミド化反応を行なうため、当該反応に伴って水が発生することが問題となる。また、得られる表面抵抗値も1.0×105〜1.0×1012Ωと高い。そこで、本発明は、ポリイミドとナノカーボンを複合化するための溶液及び当該溶液から得られる複合材料を提供することを目的とする。 In the method according to Patent Document 1, since a high temperature of 400 ° C. is required for the heat treatment when imidizing the polyamic acid, there is a problem of thermal decomposition. Further, since the imidization reaction is performed after film formation, there is a problem that water is generated with the reaction. Moreover, the surface resistance value obtained is as high as 1.0 * 10 < 5 > -1.0 * 10 < 12 > (omega | ohm). Therefore, an object of the present invention is to provide a solution for compounding polyimide and nanocarbon and a composite material obtained from the solution.
本発明(1)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物との重合体である可溶性ポリイミドと、前記可溶性ポリイミドを溶解する溶媒と、前記溶媒中に分散しているナノカーボンとを含有する、ナノカーボン分散ポリイミド溶液を、前記溶媒よりも前記可溶性ポリイミドに対する溶解性の低い貧溶媒中に滴下することにより得られる、前記ナノカーボンが分散したポリイミド析出体であって、
表面に形成されており、ポリイミドの一次粒子が融着して形成されるスキン層と、
前記スキン層よりも内部に形成されている多孔質構造を有するコア層とを有し、
前記スキン層の前記一次粒子の隙間に1〜50nmの孔を有し、
前記スキン層及びコア層中のポリイミドにカーボンナノチューブが分散している、ポリイミド多孔性ペレットである。
This invention (1) contains the soluble polyimide which is a polymer with a tetracarboxylic dianhydride and a diamine compound, the solvent which melt | dissolves the said soluble polyimide, and the nanocarbon currently disperse | distributed in the said solvent, The nanocarbon-dispersed polyimide solution is a polyimide precipitate obtained by dropping the nanocarbon in a poor solvent having a lower solubility in the soluble polyimide than the solvent,
A skin layer formed on the surface and formed by fusing polyimide primary particles;
A core layer having a porous structure formed inside the skin layer,
Having pores of 1 to 50 nm in the gaps between the primary particles of the skin layer;
It is a polyimide porous pellet in which carbon nanotubes are dispersed in polyimide in the skin layer and the core layer.
本発明(2)は、前記ポリイミド溶液の溶媒が、N−メチルピロリドン(NMP)であり、前記貧溶媒が水である、前記発明(1)のポリイミド析出体である。 This invention ( 2 ) is a polyimide deposit of the said invention ( 1 ) whose solvent of the said polyimide solution is N-methylpyrrolidone (NMP) and whose said poor solvent is water.
本発明(3)は、前記スキン層の厚みが、50〜100nmである、前記発明(1)又は(2)のポリイミド多孔性ペレットである。 This invention ( 3 ) is the polyimide porous pellet of the said invention ( 1 ) or (2) whose thickness of the said skin layer is 50-100 nm.
本発明(4)は、前記発明(1)〜(3)のいずれか一つのポリイミド多孔性ペレットをプレス成形して得られる、成型体である。 This invention ( 4 ) is a molded object obtained by press-molding any one of the polyimide porous pellets of the inventions ( 1 ) to ( 3 ).
本発明(5)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物との重合体である可溶性ポリイミド、前記可溶性ポリイミドを溶解する溶媒、及び前記溶媒中に分散しているナノカーボンとを含有する、ナノカーボン分散ポリイミド溶液を、前記溶媒よりも前記可溶性ポリイミドに対する溶解性の低い貧溶媒中に滴下することにより、析出体を得る工程を含む、カーボンが分散したポリイミド析出体の製造方法である。 The present invention (5) contains a soluble polyimide, nanocarbon dispersed solvent to dissolve the soluble polyimide, and in the solvent which is a polymer of tetracarboxylic dianhydride and diamine compound, nano This is a method for producing a carbon-dispersed polyimide precipitate, which includes a step of obtaining a precipitate by dropping a carbon-dispersed polyimide solution into a poor solvent having a lower solubility in the soluble polyimide than in the solvent.
本発明(6)は、前記ナノカーボン分散ポリイミド溶液の可溶性ポリイミドの濃度が、2〜20重量%の範囲であり、
前記析出体の内部及び表面にナノカーボンが分散している、前記発明(5)の製造方法である。
In the present invention ( 6 ), the concentration of the soluble polyimide in the nanocarbon-dispersed polyimide solution is in the range of 2 to 20% by weight,
It is a manufacturing method of the said invention ( 5 ) with which nanocarbon has disperse | distributed to the inside and surface of the said precipitate.
本発明(7)は、前記溶媒がN−メチルピロリドン(NMP)であり、前記貧溶媒が水である、前記発明(5)又は(6)の製造方法である。 This invention ( 7 ) is a manufacturing method of the said invention ( 5 ) or ( 6 ) whose said solvent is N-methylpyrrolidone (NMP) and whose said poor solvent is water.
本発明(8)は、前記ナノカーボンが、カーボンナノチューブである、前記発明(5)〜(7)のいずれか一つの製造方法である。 The present invention ( 8 ) is the production method according to any one of the inventions ( 5 ) to ( 7 ), wherein the nanocarbon is a carbon nanotube.
本発明(9)は、前記テトラカルボン酸二無水物が、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物であり、
前記ジアミン化合物が、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン又はビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォンである、前記発明(5)〜(8)のいずれか一つの製造方法である。
The present invention (9), the tetracarboxylic dianhydride is a benzophenone tetracarboxylic dianhydride,
The method according to any one of the inventions ( 5 ) to ( 8 ), wherein the diamine compound is 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene or bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone. It is.
本発明では、溶解性ポリイミドを採用することにより200℃以下という比較的低温にて、可溶性ポリイミド溶液を調製し、これにCNT分散液を混合することにより、上記のような問題を解決した。得られた溶液は貧溶媒に滴下して多孔性ペレットや粉末、また溶液をそのまま、あるいは必要に応じて各種樹脂バインダ・粘着剤等と混合することにより、耐熱性と導電性を有するフィルム、塗料や接着剤に用いることが出来る。 In the present invention, a soluble polyimide solution is prepared at a relatively low temperature of 200 ° C. or less by employing a soluble polyimide, and a CNT dispersion is mixed with the solution to solve the above-described problems. The resulting solution is dropped into a poor solvent to form porous pellets and powders, or the solution as it is or by mixing with various resin binders / adhesives, etc. And can be used for adhesives.
(溶液)
本発明に係る溶液は、可溶性ポリイミドと、前記可溶性ポリイミドを溶解する溶媒と、前記溶媒中に分散しているナノカーボンとを含有する、ナノカーボンが分散しているポリイミド溶液である。本発明に係る溶液は、可溶性ポリイミドを選択することによって、ポリイミド溶液であって、且つ、ナノカーボンが分散している溶液を得ることができた。本発明において使用する可溶性ポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物との重合体である。
(solution)
The solution according to the present invention is a polyimide solution in which nanocarbon is dispersed, including soluble polyimide, a solvent that dissolves the soluble polyimide, and nanocarbon dispersed in the solvent. By selecting a soluble polyimide, the solution according to the present invention was a polyimide solution and a solution in which nanocarbon was dispersed could be obtained. Soluble polyimide used in the present invention is a polymer of tetracarboxylic dianhydride and diamine compound.
本発明に係る可溶性ポリイミドに用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、特に制限されないが、例えば、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、1,3−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、2,2',3,3'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2',6,6'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、2,3,3',4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−1,8,9,10−テトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸無水物、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸無水物、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物等の脂環族テトラカルボン酸無水物、チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸無水物、ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸無水物,4,4’−(ヘキサフロロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物等の複素環族テトラカルボン酸無水物が挙げられる。これらから、1種又は2種以上を用いることができる。 The tetracarboxylic dianhydride used in the soluble polyimide according to the present invention is not particularly limited. For example, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 1,3-bis (2,3-dicarboxyphenoxy) benzene dianhydride, 1,4-bis (2,3-dicarboxyphenoxy) ) Benzene dianhydride, 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2 ′, 6,6′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4 '-Benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA), 2,3,3', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,2 ', 3,3'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, naphthalene -1 Aromatics such as 2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic dianhydride, phenanthrene-1,8,9,10-tetracarboxylic dianhydride Tetracarboxylic anhydride, aliphatic tetracarboxylic anhydride such as butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, etc. Alicyclic tetracarboxylic anhydride, thiophene-2,3,4,5-tetracarboxylic anhydride, pyridine-2,3,5,6-tetracarboxylic anhydride, 4,4 ′-(hexafluoroisopropyl Heterocyclic tetracarboxylic anhydrides such as (Ridene) diphthalic dianhydride. From these, 1 type (s) or 2 or more types can be used.
本発明に係る可溶性ポリイミドに用いられるジアミン化合物としては、特に限定されないが、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDM)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−Q)、1,3’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,4−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3'−ジアミノジフェニルスルフォン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン(BAPS−M)、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,6’−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、1,2−ジアミノアントラキノン、1,4−ジアミノアントラキノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノビベンジル、R(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、S(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン等の1,n−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン(nは、3〜10)、1,2−ビス[2−(4−アミノフェノキシ)エトキシ]エタン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(FDA)等の芳香族ジアミン、1,2−ジアミノメタン、1,4−ジアミノブタン、テトラメチレンジアミン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノドデカン、1,11−ジアミノウンデカン等の脂肪族ジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、イソホロンジアミン等の脂環族ジアミンが挙げられる。 Although it does not specifically limit as a diamine compound used for the soluble polyimide which concerns on this invention, For example, 4,4'- diamino diphenyl methane (DDM), 4, 4'- diamino diphenyl ether (DPE), 4, 4'-bis ( 4-aminophenoxy) biphenyl (BAPB), 4,4′-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, 1,4′-bis (4-aminophenoxy) benzene (TPE-Q), 1,3′-bis ( 4-aminophenoxy) benzene (TPE-R), 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4, 4′-diaminodiphenyl sulfone, 3,4-diaminodiphenyl sulfone, 3,3′-di Aminodiphenylsulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone (BAPS-M), 4,4′-methylene-bis (2-chloroaniline), 3,3′-dimethyl-4,4′- Diaminobiphenyl, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, 2,6′-diaminotoluene, 2,4-diaminochlorobenzene, 1,2-diaminoanthraquinone, 1,4-diaminoanthraquinone, 3,3′-diaminobenzophenone, 3 , 4-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobibenzyl, R (+)-2,2′-diamino-1,1′-binaphthalene, S (+)-2,2 '-Diamino-1,1'-binaphthalene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) alkane, 1,4-bis (4-a 1, n-bis (4-aminophenoxy) alkane (n is 3 to 10) such as 1,5-bis (4-aminophenoxy) alkane, n-bis [2- (4 -Aminophenoxy) ethoxy] ethane, aromatic diamines such as 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene (FDA), 1,2-diaminomethane, 1,4-diaminobutane, tetramethylenediamine, 1,5 -Aliphatic diamines such as diaminopentane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane, 1,10-diaminododecane, 1,11-diaminoundecane, 1,4-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane , Bis (4-aminocyclohexyl) methane, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, isophoronediamine, etc. Group diamines.
可溶性ポリイミドの可溶性部位を形成する無水テトラカルボン酸としては、3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、2,3,3',4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等のベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物や、エチレングリコール―ビス(アンヒドロトリメリテート)を用いることが好適である。 Examples of the tetracarboxylic anhydride forming the soluble part of the soluble polyimide include 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), 2,3,3 ′, 4′-benzophenonetetracarboxylic acid. It is preferable to use dianhydride, benzophenone tetracarboxylic dianhydride such as 2,2 ′, 3,3′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, or ethylene glycol-bis (anhydrotrimellitate). .
可溶性ポリイミドの可溶性部位を形成するジアミン化合物としては、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(FDA)、又は、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン(BAPS−M)、イソホロンジアミンを用いることが好適である。 As the diamine compound forming the soluble part of the soluble polyimide, 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene (FDA) or bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone (BAPS-M), It is preferred to use isophorone diamine.
溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が非プロトン性極性溶媒挙げられる。 Examples of the solvent include aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide (DMSO) and the like.
本発明に係るポリイミド溶液には、ナノカーボンが分散している。本発明に係るナノカーボン分散ポリイミド溶液は、あらかじめカーボン分散液を調製して、ポリイミド溶液と混合して、調製することができる。以下、本発明において用いられるナノカーボン及び当該ナノカーボンを分散させる分散剤、分散液の構成について詳細に説明する。 Nanocarbon is dispersed in the polyimide solution according to the present invention. The nanocarbon-dispersed polyimide solution according to the present invention can be prepared by preparing a carbon dispersion in advance and mixing it with the polyimide solution. Hereinafter, the structure of the nanocarbon used in the present invention, the dispersant for dispersing the nanocarbon, and the dispersion will be described in detail.
本発明の溶液の「ナノカーボン」とは、その材料の形状において、一辺が1000nm以下(好適には500nm以下)の大きさを有するカーボンを意味し、例えば、カーボンナノチューブ(単層・二層・多層タイプ、カップスタック型)、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレン、グラフェンを挙げることができる。これらのナノカーボンの中でも、カーボンナノチューブが好適である。カーボンナノチューブを使用することによって、特に顕著な、導電性向上効果が得られる。カーボンナノチューブは、シングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)であっても、マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)であってもよい。カーボンナノチューブの長さは、0.1〜100μmが好適であり、0.1〜50μmがより好適であり、0.1〜20μmが更に好適である。カーボンナノチューブの直径は、5〜200nmが好適であり、8〜160nmがより好適であり、9〜120nmが更に好適である。尚、当該チューブの長さ、直径は、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて、所定範囲内に存在する100個以上の構造体について測定し、90%以上の個数が入る範囲とする。 The “nanocarbon” of the solution of the present invention means carbon having a size of 1000 nm or less (preferably 500 nm or less) in the shape of the material. For example, carbon nanotubes (single-walled, double-walled, Multilayer type, cup stack type), carbon nanofiber, carbon nanohorn, fullerene, and graphene. Among these nanocarbons, carbon nanotubes are preferable. By using carbon nanotubes, a particularly remarkable effect of improving conductivity can be obtained. The carbon nanotube may be a single wall carbon nanotube (SWCNT) or a multi-wall carbon nanotube (MWCNT). The length of the carbon nanotube is preferably from 0.1 to 100 μm, more preferably from 0.1 to 50 μm, and further preferably from 0.1 to 20 μm. The diameter of the carbon nanotube is preferably 5 to 200 nm, more preferably 8 to 160 nm, and still more preferably 9 to 120 nm. In addition, the length and diameter of the tube are measured with respect to 100 or more structures existing within a predetermined range using an AFM (atomic force microscope), and set to a range in which 90% or more are included.
分散剤としては、特に限定されないが、例えば、リン脂質系界面活性剤、両性イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤等の界面活性剤、シクロデキストリン類といった包摂化合物を形成するホスト化合物、その他核酸やたんぱく質等の天然由来の高分子化合物等が挙げられる。「リン脂質系界面活性剤」とは、リン酸基を官能基とする陰イオン性界面活性剤・両性イオン界面活性剤であり、リン脂質(グリセロリン脂質、スフィンゴリン脂質の両方を含む)及び改質リン脂質(例えば、水素添加リン脂質、リゾリン脂質、酵素変換リン脂質、リゾホスファチジルグリセロール、他の物質との複合体)のいずれでもよい。このようなリン脂質は、生物を構成する細胞の種々の膜系、例えば原形質膜、核膜、小胞体膜、ミトコンドリア膜、ゴルジ体膜、リソソーム膜、葉緑体膜、細菌細胞膜に存在し、好適には、リポソームの調製に用いられるリン脂質が好適である。具体的には、例えば、ホスファチジルコリン{例えば、ジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、ジミリストイルホスファチジルコリン(DMPC)、ジパルミトリルホスファチジルコリン(DPPC)}、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチジルセリン、ホスファチジルグリセロール、ジホスファチジルグリセロール、リゾホスファチジルコリン、スフィンゴミエリンを挙げることができる。特に好適な界面活性剤は、両性イオン界面活性剤である。両性イオン界面活性剤としては、四級アンモニウム塩基/スルホン酸基(−SO3H)タイプ、四級アンモニウム塩基/リン酸酸基タイプ(水に可溶)、四級アンモニウム塩基/リン酸酸基タイプ(水に不溶)、四級アンモニウム塩基/カルボキシル基タイプの両性イオン界面活性剤が挙げられる。尚、前記の酸基は塩であってもよい。特に、前記の両性イオン界面活性剤が一分子中に+と−の両電荷を有することが好適であり、前記の酸基の酸解離定数(pKa)が、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることが更に好ましい。具体的には、3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアミノ]−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸(CHAPSO)、3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアミノ]−プロパンスルホン酸(CHAPS)、N,N−ビス(3−D−グルコナミドプロピル)−コラミド、n−オクタデシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、n−デシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、n−ドデシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、n−テトラデシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸{Zwittergent(商標)−3−14}、n−ヘキサデシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、n−オクタデシル−N,N’−ジメチル−3−アミノ−1−プロパンスルホン酸等のアンモニウムスルホベタイン類、n−オクチルホスホコリン、n−ノニルホスホコリン、n−デシルホスホコリン、n−ドデシルホスホコリン、n−テトラデシルホスホコリン、n−ヘキサデシルホスホコリン等のホスホコリン類、ジラウロイルホスファチジルコリン、ジミリストイルホスファチジルコリン、ジパルミトイルホスファチジルコリン、ジステアロイルホスファチジルコリン、ジオレオイルホスファチジルコリン、ジリノレオイルホスファチジルコリン等のホスファチジルコリン類が挙げられる。 The dispersant is not particularly limited. For example, phospholipid surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants and other surfactants, Examples include host compounds that form inclusion compounds such as dextrins, and other naturally-occurring polymer compounds such as nucleic acids and proteins. “Phospholipid surfactants” are anionic and zwitterionic surfactants that have phosphate groups as functional groups, including phospholipids (including both glycerophospholipids and sphingophospholipids) Any of phospholipids (for example, hydrogenated phospholipids, lysophospholipids, enzyme-converted phospholipids, lysophosphatidylglycerol, and complexes with other substances) may be used. Such phospholipids are present in various membrane systems of the cells that make up organisms, such as the plasma membrane, nuclear membrane, endoplasmic reticulum membrane, mitochondrial membrane, Golgi membrane, lysosomal membrane, chloroplast membrane, and bacterial cell membrane. Preferably, phospholipids used for preparing liposomes are suitable. Specifically, for example, phosphatidylcholine {for example, distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dipalmitrylphosphatidylcholine (DPPC)}, phosphatidylethanolamine, phosphatidylinositol, phosphatidylserine, phosphatidylglycerol, diphosphatidylglycerol Lysophosphatidylcholine and sphingomyelin. Particularly preferred surfactants are zwitterionic surfactants. Zwitterionic surfactants include quaternary ammonium base / sulfonic acid group (—SO 3 H) type, quaternary ammonium base / phosphate group (soluble in water), quaternary ammonium base / phosphate group. Examples include amphoteric surfactants of the type (insoluble in water) and quaternary ammonium base / carboxyl group type. The acid group may be a salt. In particular, the zwitterionic surfactant preferably has both + and-charges in one molecule, and the acid dissociation constant (pKa) of the acid group is preferably 5 or less. More preferably, it is more preferably 3 or less. Specifically, 3-[(3-colamidopropyl) dimethylamino] -2-hydroxy-1-propanesulfonic acid (CHAPSO), 3-[(3-colamidopropyl) dimethylamino] -propanesulfonic acid ( CHAPS), N, N-bis (3-D-gluconamidopropyl) -colamide, n-octadecyl-N, N′-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonic acid, n-decyl-N, N ′ -Dimethyl-3-amino-1-propanesulfonic acid, n-dodecyl-N, N'-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonic acid, n-tetradecyl-N, N'-dimethyl-3-amino-1 -Propanesulfonic acid {Zwittergent (TM) -3-14}, n-hexadecyl-N, N'-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonic acid, n-octadecyl-N Ammonium sulfobetaines such as N'-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonic acid, n-octylphosphocholine, n-nonylphosphocholine, n-decylphosphocholine, n-dodecylphosphocholine, n-tetradecylphosphocholine Phosphocholines such as choline and n-hexadecylphosphocholine, phosphatidylcholines such as dilauroylphosphatidylcholine, dimyristoylphosphatidylcholine, dipalmitoylphosphatidylcholine, distearoylphosphatidylcholine, dioleoylphosphatidylcholine, and dilinoleoylphosphatidylcholine.
分散液に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の非プロトン性極性溶媒が挙げられる。なお、ナノカーボン分散液の溶媒は、上記の可溶性ポリイミド溶液に用いられる溶媒と同じ種を用いることが好適である。同じ種のものを使用することにより、分散したナノカーボンの凝集を防ぐとともに、溶解したポリイミドの凝集も防止する。 The solvent used in the dispersion is not particularly limited, but for example, aprotic such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. Examples include polar solvents. In addition, it is suitable for the solvent of a nanocarbon dispersion liquid to use the same seed | species as the solvent used for said soluble polyimide solution. By using the same type, aggregation of dispersed nanocarbons is prevented, and aggregation of dissolved polyimide is also prevented.
非プロトン性極性溶媒中にナノカーボンを分散させる場合、分散剤は、非イオン系または両性イオン系の界面活性剤を選択することが好適である。当該分散剤を選択した場合には、特に、非プロトン性極性溶媒中で、ナノカーボンが安定に分散するという効果を奏する。 When nanocarbon is dispersed in an aprotic polar solvent, it is preferable to select a nonionic or zwitterionic surfactant as the dispersant. In the case where the dispersant is selected, the effect of stably dispersing the nanocarbon in the aprotic polar solvent is obtained.
可溶性ポリイミドの含有量は、溶液全体の質量に対して、1〜30質量%が好適であり、3〜20質量%がより好適であり、5〜15質量%が更に好適である。ナノカーボンの含有量は、溶液全体に対して、0.01〜20質量%が好適であり、0.1〜10質量%がより好適であり、0.2〜5質量%が更に好適である。 1-30 mass% is suitable with respect to the mass of the whole solution, content of soluble polyimide is more suitable 3-20 mass%, and 5-15 mass% is still more suitable. The content of nanocarbon is preferably 0.01 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, and still more preferably 0.2 to 5% by mass with respect to the entire solution. .
尚、可溶性ポリイミドと、ナノカーボンの重量比は任意に設定することが出来るが、溶解性ポリイミドとナノカーボンの合計量に対するナノカーボンの含有率([ナノカーボン質量]/([ナノカーボン質量]+[溶解性ポリイミド質量])×100)は、1〜90質量%が好適であり、1〜50質量%がより好適であり、1〜10質量%が更に好適である。このような高いナノカーボンの比率であっても、ポリイミドと均一に複合化することができる。 The weight ratio of soluble polyimide and nanocarbon can be set arbitrarily, but the content of nanocarbon relative to the total amount of soluble polyimide and nanocarbon ([nanocarbon mass] / ([nanocarbon mass] + [Soluble polyimide mass]) × 100) is preferably 1 to 90% by mass, more preferably 1 to 50% by mass, and even more preferably 1 to 10% by mass. Even with such a high nanocarbon ratio, it can be uniformly compounded with polyimide.
本発明に係るカーボン分散ポリイミド溶液の製造方法は、特に限定されないが、例えば、下記の工程により製造できる。本発明係る製造方法は、例えば、可溶性ポリイミド溶液を調製する工程と、前記可溶性ポリイミド溶液とナノカーボンの分散液とを混合する工程と、を有する方法である。その他、ナノカーボン分散液中に固体の可溶性ポリイミドを溶解させることで、カーボン分散ポリイミド溶液が得られる。 Although the manufacturing method of the carbon dispersion polyimide solution which concerns on this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture by the following process. The production method according to the present invention is, for example, a method including a step of preparing a soluble polyimide solution and a step of mixing the soluble polyimide solution and a nanocarbon dispersion. In addition, a carbon-dispersed polyimide solution can be obtained by dissolving solid soluble polyimide in the nanocarbon dispersion.
可溶性ポリイミド溶液を調製する工程は、可溶性ポリイミドを、当該ポリイミドを溶解できる溶媒に直接溶解させてもよいが、可溶性ポリイミドを重合する方法で調整することが好適である。 In the step of preparing the soluble polyimide solution, the soluble polyimide may be directly dissolved in a solvent capable of dissolving the polyimide, but it is preferable to adjust by a method of polymerizing the soluble polyimide.
テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物を溶解させた非プロトン性極性溶媒に溶解させる。ここで用いるテトラカルボン酸二無水物、ジアミン化合物及び非プロトン性極性溶媒は、先述のものを用いることができる。 It is dissolved in an aprotic polar solvent to dissolve the tetracarboxylic acid dianhydride and a diamine compound. Tetracarboxylic dianhydride used herein, the diamine compound and the aprotic polar solvent can be used those described above.
溶解後、触媒を添加してもよい。ここで使用する触媒は、ポリイミドの重合触媒である限り特に限定されないが、例えば、トルエンスルホン酸、γ−バレロラクトンとピリジン、γ−バレロラクトンとN−メチルモルホリンが挙げられる。触媒無添加でもポリイミドを合成できるが、触媒を添加することで高い分子量のものを得ることができる。なお、低い分子量であっても成膜や成形後の加熱処理で分子量を上げることも不可能ではない。 After dissolution, a catalyst may be added. The catalyst used here is not particularly limited as long as it is a polyimide polymerization catalyst, and examples thereof include toluenesulfonic acid, γ-valerolactone and pyridine, and γ-valerolactone and N-methylmorpholine. Polyimide can be synthesized without addition of a catalyst, but a high molecular weight can be obtained by adding a catalyst. Even if the molecular weight is low, it is not impossible to increase the molecular weight by heat treatment after film formation or molding.
ポリイミドの製造方法は、特に限定されないが、通常の方法で合成でき、例えば、テトラカルボン酸二無水物と、ジアミン化合物とを反応させて、ポリアミド酸を合成したのちに、脱水反応を行なってポリアミドを得ることができる。ポリアミド酸を合成する際の反応条件は、特に限定されないが、温度が0〜120℃が好適であり、5〜30℃がより好適である。また、反応雰囲気は空気でも良いが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気下で行なわれることが好適である。反応時間も特に限定されないが、例えば、0.5〜48時間である。このようにして、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とで脱水反応を行ない、ポリアミド酸を得ることがでる。続いて、ポリアミド酸から脱水反応を行なう。脱水反応も特に限定されず、通常の方法で脱水でき、可溶性ポリイミドを得ることができる。 Producing a polyimide is not particularly limited, can be synthesized in the usual manner, for example, a tetracarboxylic dianhydride is reacted with a diamine compound, after which to synthesize a polyamic acid, and subjected to dehydration reaction polyamide Can be obtained. The reaction conditions for synthesizing the polyamic acid are not particularly limited, but the temperature is preferably 0 to 120 ° C, more preferably 5 to 30 ° C. The reaction atmosphere may be air, but it is preferable that the reaction is performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. Although reaction time is not specifically limited, For example, it is 0.5 to 48 hours. In this way, subjected to dehydration reaction with a tetracarboxylic dianhydride and a diamine compound, it is out to obtain a polyamic acid. Subsequently, a dehydration reaction is performed from the polyamic acid. The dehydration reaction is not particularly limited, and dehydration can be performed by a usual method to obtain a soluble polyimide.
当該反応系において溶媒として前記可溶性ポリイミドを溶解する溶媒を用いた場合には、可溶性ポリイミドが溶解した溶液となるので、そのまま、ナノカーボンの分散液と混合してもよい。また、可溶性ポリイミドを単離して、ナノカーボンの分散液中に溶解させて、ナノカーボン分散ポリイミド溶液を調製してもよい。 When a solvent that dissolves the soluble polyimide is used as a solvent in the reaction system, a solution in which the soluble polyimide is dissolved may be used, and may be directly mixed with the nanocarbon dispersion. Alternatively, a soluble polyimide may be isolated and dissolved in a nanocarbon dispersion to prepare a nanocarbon-dispersed polyimide solution.
(複合材料)
本発明に係るナノカーボン分散ポリイミド溶液を用いて複合材料を調製することができる。より具体的には、本発明のポリイミド溶液から溶媒を除去することによって複合材料が得られる。すなわちポリイミド溶液を用いることによって、ナノカーボンがポリイミド中により均一に分散した複合材料を得ることができる。特に、ポリイミドとナノカーボンの比率を自由に設定することができるため、高濃度のナノカーボンをポリイミド中に分散することができる。また本発明に係る溶液を用いることによって、高温での熱処理を行なうことなく高分子量のポリイミドと、ナノカーボンとの複合化が可能となる。
(Composite material)
A composite material can be prepared using the nanocarbon-dispersed polyimide solution according to the present invention. More specifically, the composite material is obtained by removing the solvent from the polyimide solution of the present invention. That is, by using a polyimide solution, a composite material in which nanocarbon is more uniformly dispersed in the polyimide can be obtained. In particular, since the ratio of polyimide and nanocarbon can be freely set, a high concentration of nanocarbon can be dispersed in the polyimide. Further, by using the solution according to the present invention, it is possible to make a composite of a high molecular weight polyimide and nanocarbon without performing a heat treatment at a high temperature.
(ポリイミド析出体)
本発明に係るポリイミド溶液を可溶性ポリイミドに対する溶解性の低い貧溶媒中に滴下することによってポリイミド及びナノカーボンが析出した複合体を得ることができる。ここで、滴下する条件を変えることによって、様々な形状の複合材料を得ることができる。
(Polyimide precipitate)
By dropping the polyimide solution according to the present invention into a poor solvent having low solubility in soluble polyimide, a composite in which polyimide and nanocarbon are deposited can be obtained. Here, various shapes of composite materials can be obtained by changing the dropping conditions.
例えば、低濃度のポリイミド溶液を使用することによって、ナノカーボンが分散したポリイミド粒子を得ることができる。その他、高濃度のポリイミド溶液を用いた場合であっても、貧溶媒を攪拌しながら滴下すれば、ポリイミド粒子を得ることができる。また、貧溶媒への滴下量を増やすことによって、楕円状のペレットを得ることができる。その他、滴下する高さを低くすることによって、貧溶媒中で滴下液が浮いた状態となり、膜状の析出物が得られることもある。適切な濃度に調整したナノカーボン分散ポリイミド溶液を貧溶媒中に滴下することによって、ナノカーボンが分散した多孔質構造を有するポリイミド多孔性ペレットが得られる。 For example, by using a low-concentration polyimide solution, polyimide particles in which nanocarbon is dispersed can be obtained. In addition, even when a high-concentration polyimide solution is used, polyimide particles can be obtained by dropping the poor solvent while stirring. Moreover, an elliptical pellet can be obtained by increasing the dripping amount to a poor solvent. In addition, by lowering the dropping height, the dropping liquid may float in a poor solvent, and a film-like precipitate may be obtained. By dropping a nanocarbon-dispersed polyimide solution adjusted to an appropriate concentration into a poor solvent, a polyimide porous pellet having a porous structure in which nanocarbon is dispersed is obtained.
ポリイミド溶液が滴下される「貧溶媒」とは、滴下する溶液に用いられている溶媒よりも、当該溶液に溶解されている可溶性ポリイミドに対する溶解性が低い溶媒を意味する。また、当該貧溶媒は、前記溶媒と均一に混ざる性質を有していることが好適である。貧溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、アセトン、ジエチルエーテル、メタノール、エタノール、酢酸エチル、酢酸メチル、ジオキサン等が挙げられる。また、これらの貧溶媒のうち複数の組合せであってもよい。 The “poor solvent” into which the polyimide solution is dropped means a solvent having lower solubility in the soluble polyimide dissolved in the solution than the solvent used in the dropped solution. Moreover, it is suitable that the said poor solvent has a property mixed with the said solvent uniformly. Although it does not specifically limit as a poor solvent, For example, water, acetone, diethyl ether, methanol, ethanol, ethyl acetate, methyl acetate, a dioxane etc. are mentioned. Also, a plurality of combinations of these poor solvents may be used.
(ポリイミド多孔性ペレット)
適切な濃度に調整したナノカーボン分散ポリイミド溶液を貧溶媒中に滴下することによって、ナノカーボンが分散した多孔質構造を有するポリイミド多孔性ペレットが得られる。本発明に係るポリイミド多孔体ペレットは、粒子表面に形成されており、ポリイミドの一次粒子が緻密に融着して形成されるスキン層と、前記スキン層よりも内部に形成されている多孔質構造を有するコア層とを有する。当該スキン層の前記一次粒子の隙間に1〜50nmの粒子内部と粒子外部とをつなぐ孔が形成されている。そして、スキン層及びコア層中のポリイミドにカーボンナノチューブが分散している、
(Polyimide porous pellet)
By dropping a nanocarbon-dispersed polyimide solution adjusted to an appropriate concentration into a poor solvent, a polyimide porous pellet having a porous structure in which nanocarbon is dispersed is obtained. The polyimide porous pellet according to the present invention is formed on the particle surface, a skin layer formed by closely fusing the primary particles of the polyimide, and a porous structure formed inside the skin layer And a core layer. In the gap between the primary particles of the skin layer, pores that connect the inside of the 1-50 nm particle and the outside of the particle are formed. And carbon nanotubes are dispersed in the polyimide in the skin layer and the core layer,
このような多孔性ペレットが得られる推定メカニズムを説明する。まず滴下された液滴は貧溶媒中に潜り込む。その後、液滴表面でポリイミドの析出が起こり、細かな一次粒子が集合した緻密なスキン層が形成される。当該スキン層における、一次粒子の界面において微少な孔が形成されている。当該微少な孔を介して、スキン層内部と外部とで溶媒交換が行なわれて、スキン層内部に存在するポリイミド及びナノカーボンが析出して、多孔質構造を有するコア層が形成されると考えられる。 The presumed mechanism by which such a porous pellet is obtained is demonstrated. First, the dropped droplets are immersed in a poor solvent. Thereafter, precipitation of polyimide occurs on the surface of the droplet, and a dense skin layer in which fine primary particles are aggregated is formed. In the skin layer, fine pores are formed at the primary particle interface. It is thought that solvent exchange is performed between the inside and outside of the skin layer through the minute pores, and the polyimide and nanocarbon existing inside the skin layer are precipitated to form a core layer having a porous structure. It is done.
スキン層に関して、ポリイミドの一次粒子の平均粒径は、30nm〜60nmである。そしてスキン層の厚みは、50〜100nmである。また、スキン層に形成されている孔の大きさは1〜50nmである。当該範囲の孔を有することによって、溶液内部に分散されているカーボンナノチューブが当該孔から外へと放出され難くなる。 Regarding the skin layer, the average particle size of primary particles of polyimide is 30 nm to 60 nm. And the thickness of a skin layer is 50-100 nm. The size of the holes formed in the skin layer is 1 to 50 nm. By having the pores in the range, the carbon nanotubes dispersed in the solution are hardly released out of the pores.
コア層に関して、コア層は多孔質構造を有する。当該多孔質構造は、多孔質構造を形成する骨格を有する。当該骨格は、一次粒子が集合して形成されていることもあれば、一次粒子の形跡を確認出来ないような滑らかな柱状骨格であることもある。ナノカーボンは当該コア層内であれば、どこに存在していてもよいが、多孔質構造を形成する骨格内部に分散していることが骨格の強度を高める観点から好適である。 With respect to the core layer, the core layer has a porous structure. The porous structure has a skeleton that forms the porous structure. The skeleton may be formed by aggregation of primary particles, or may be a smooth columnar skeleton in which the traces of primary particles cannot be confirmed. The nanocarbon may be present anywhere in the core layer, but is preferably dispersed within the skeleton forming the porous structure from the viewpoint of increasing the strength of the skeleton.
ポリイミド多孔性ペレットを得ようとする場合、可溶性ポリイミドの濃度は、ポリイミドの分子量の兼ね合いもあるが、2〜20質量%の範囲にあることが好適であり、5〜20質量%の範囲にあることがより好適であり、6〜20質量%の範囲にあることが更に好適であり、6〜10質量%の範囲にあることが特に好適である。当該範囲の濃度の溶液を用いることによって、貧溶媒中でポリイミドが凝集して、ペレット状となる。当該ペレット内やペレット表面には溶液中に分散させたナノカーボンが分散される。 When trying to obtain a polyimide porous pellet, the concentration of the soluble polyimide is preferably in the range of 2 to 20% by mass, and in the range of 5 to 20% by mass, although there is a balance with the molecular weight of the polyimide. It is more preferable that it is in the range of 6 to 20% by mass, and it is particularly preferable that it is in the range of 6 to 10% by mass. By using a solution having a concentration within the above range, polyimide aggregates in a poor solvent to form a pellet. Nanocarbon dispersed in the solution is dispersed in the pellet or the pellet surface.
ポリイミド多孔性ペレットを得る場合、ポリイミド溶液の貧溶媒への一回の滴下量は、特に限定されないが、例えば、0.01〜2.0mlが好適であり、0.1〜1.0mlがより好適であり、0.1〜0.5mlが更に好適である。 When obtaining a polyimide porous pellet, the amount of one drop of the polyimide solution to the poor solvent is not particularly limited. For example, 0.01 to 2.0 ml is preferable, and 0.1 to 1.0 ml is more preferable. 0.1 to 0.5 ml is more preferable.
本発明に係る粒子は、そのまま使用してもよいが、当該粒子をプレスして成形して成形体として用いてもよい。本発明に係るポリイミド多孔性ペレットは、多孔性のポリイミドにナノカーボンが分散している。そのため、本発明に係るポリイミド多孔性ペレットは、導電性を有しているため、静電気の発生が防止される。したがって、ペレットが成形時に静電気の反発によって飛び散りにくくなり、ハンドリング性が高まる。 The particles according to the present invention may be used as they are, but the particles may be pressed and molded to be used as a molded body. In the polyimide porous pellet according to the present invention, nanocarbon is dispersed in porous polyimide. Therefore, since the polyimide porous pellet according to the present invention has conductivity, generation of static electricity is prevented. Therefore, the pellets are less likely to scatter due to the repulsion of static electricity at the time of molding, and handling properties are improved.
また、本発明に係るポリイミド多孔性ペレットと樹脂バインダを組み合わせて、成形することによって、導電性を有する断熱材とすることもできる。その他、水の浄化用ペレットや、触媒の担持体や、電極材料として使用できる。 Moreover, it can also be set as the heat insulating material which has electroconductivity by combining and shape | molding the polyimide porous pellet and resin binder which concern on this invention. In addition, it can be used as a pellet for purifying water, a catalyst carrier, or an electrode material.
(ポリイミド粒子)
ポリイミド溶液から製造される析出体として、粒子を得ようとした場合、特に低分子量のポリイミドを用いた場合には、粉状の粒子が得られやすい。高分子量のポリイミドを用いた場合であっても、ホモジナイザー等で高速攪拌しながら滴下すれば、微粒子状のものが得られる。ここで、ポリイミド粒子の平均粒径は、30nm〜60nmである。このような方法により粒子を調製することによって、粒子の内部又は表面にナノカーボンが存在するナノカーボン―ポリイミド複合体の粒子を得ることができる。当該粒子をプレスして成形して成形体として用いてもよい。
(Polyimide particles)
When trying to obtain particles as a precipitate produced from a polyimide solution, particularly when a low molecular weight polyimide is used, powdery particles are easily obtained. Even in the case of using a high molecular weight polyimide, if it is dropped while stirring at high speed with a homogenizer or the like, fine particles can be obtained. Here, the average particle diameter of the polyimide particles is 30 nm to 60 nm. By preparing particles by such a method, it is possible to obtain nanocarbon-polyimide composite particles in which nanocarbon is present inside or on the surface of the particles. The particles may be pressed and molded to be used as a molded body.
(その他の用途)
本発明に係る溶液を用いて、キャストすることによって、ナノカーボン―ポリイミド複合フィルムが得られる。
(Other uses)
A nanocarbon-polyimide composite film can be obtained by casting using the solution according to the present invention.
本発明に係るポリイミド溶液を様々な用途に用いることができる。例えば、本発明に係る溶液を塗料や、感圧性接着剤や硬化型接着剤として用いることができる。 The polyimide solution according to the present invention can be used for various applications. For example, the solution according to the present invention can be used as a paint, a pressure sensitive adhesive or a curable adhesive.
塗料としては、本発明に係る溶液に、公知の樹脂バインダーを添加したものが使用される。例えば、本発明に係る溶液又は前記塗料を塗布して乾燥することによって、塗膜が得られる。塗布する対象としては、通常のポリイミド樹脂や、その他の材料、例えば金属、ガラス、セラミックなどが挙げられる。 As the coating material, a solution obtained by adding a known resin binder to the solution according to the present invention is used. For example, a coating film is obtained by applying and drying the solution according to the present invention or the coating material. Examples of the object to be applied include a normal polyimide resin and other materials such as metal, glass, and ceramic.
接着剤としては、本発明に係る溶液に、アクリル系の粘着樹脂や、ゴム系の粘着樹脂等の粘着樹脂を添加して、当該溶液をフィルム等に塗布して、粘着剤として使用することもできる。 As an adhesive, an adhesive resin such as an acrylic adhesive resin or a rubber adhesive resin may be added to the solution according to the present invention, and the solution may be applied to a film or the like to be used as an adhesive. it can.
また、本発明に係る溶液をそのまま用いて、ホットメルト接着剤として使用することも可能である。また、溶液にエポキシ系の熱硬化性樹脂を添加することが好適である。これを熱硬化型接着剤として使用することが好適である。 Further, the solution according to the present invention can be used as it is and used as a hot melt adhesive. It is also preferable to add an epoxy-based thermosetting resin to the solution. It is preferable to use this as a thermosetting adhesive.
また、本発明に係る溶液又は前記塗布材料を用いて、フィルムを形成してもよい。フィルムは、公知の方法を用いて形成することができる。また、フィルム基材上に本発明に係る溶液を塗布して、カーボンナノチューブ―ポリイミド層を有するフィルムとして用いてもよい。 Moreover, you may form a film using the solution which concerns on this invention, or the said coating material. The film can be formed using a known method. Alternatively, the solution according to the present invention may be applied on a film substrate and used as a film having a carbon nanotube-polyimide layer.
製造例1(溶解性ポリアミドの調製(FDA−BTDA))
2000mLのセパラブルフラスコに、3,3’、4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)を64.44g(0.2mol)と、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(FDA)を69.7g(0.2mol)、さらに溶媒としてNMPを1000mL加えて室温で攪拌した。これにより、ポリアミド酸が生成した。これに、さらに触媒としてγ−バレロラクトンを2.5g(0.024mol)とピリジンを5.85g(0.074mol)、さらにキシレンを200mL仕込み、180℃で5時間攪拌して反応させた。その際、環流冷却器とセパラブルフラスコの間にディーンスターク管を取付け、イミド化反応に伴い副生する水をキシレンとの共沸により反応系外のディーンスターク管にトラップし、キシレンはオーバーフローによりフラスコ中に戻した。これにより、イミド化反応が進行し、可溶性ポリイミド(FDA−BTDA)のNMP溶液が得られた。得られた可溶性ポリイミド(FDA−BTDA)のNMP溶液を180℃の減圧下で溶媒を留去したのち水とアセトンで順次洗浄したのち乾燥してポリイミド固形物を得た。
Production Example 1 (Preparation of soluble polyamide (FDA-BTDA))
In a 2000 mL separable flask, 64.44 g (0.2 mol) of 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene 69.7 g (0.2 mol) of (FDA) and 1000 mL of NMP as a solvent were further added and stirred at room temperature. This produced a polyamic acid. Further, 2.5 g (0.024 mol) of γ-valerolactone, 5.85 g (0.074 mol) of pyridine, and 200 mL of xylene were further added as catalysts, and the mixture was reacted at 180 ° C. for 5 hours with stirring. At that time, a Dean-Stark tube is installed between the reflux condenser and the separable flask, and water produced as a by-product in the imidation reaction is trapped in the Dean-Stark tube outside the reaction system by azeotropy with xylene. Returned to the flask. Thereby, imidation reaction advanced and the NMP solution of soluble polyimide (FDA-BTDA) was obtained. The NMP solution of the obtained soluble polyimide (FDA-BTDA) was distilled off under reduced pressure at 180 ° C., washed successively with water and acetone, and then dried to obtain a polyimide solid.
製造例2(ポリアミド溶液の調製:(BAPS−M−BTDA)
1000mLのセパラブルフラスコに、3,3’、4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)を32.22g(0.1mol)と、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン(BAPS−M)を43.25g(0.1mol)、さらに溶媒としてNMPを500mL加えて室温で攪拌した。これにより、ポリアミド酸が生成した。これに、さらに触媒としてγ−バレロラクトンを1.25g(0.012mol)とピリジンを2.93g(0.037mol)、さらにキシレンを100mL仕込み、180℃で5時間攪拌して反応させた。その際、環流冷却器とセパラブルフラスコの間にディーンスターク管を取付け、イミド化反応に伴い副生する水をキシレンとの共沸により反応系外のディーンスターク管にトラップし、キシレンはオーバーフローによりフラスコ中に戻した。これにより、イミド化反応が進行し、可溶性ポリイミド(BAPS‐M−BTDA)のNMP溶液が得られた。得られた可溶性ポリイミド(BAPS‐M−BTDA)のNMP溶液を180℃の減圧下で溶媒を留去したのち水とアセトンで順次洗浄したのち乾燥してポリイミド固形物を得た。
Production Example 2 (Preparation of polyamide solution: (BAPS-M-BTDA)
In a 1000 mL separable flask, 32.22 g (0.1 mol) of 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] 43.25 g (0.1 mol) of sulfone (BAPS-M) and 500 mL of NMP as a solvent were added and stirred at room temperature. This produced a polyamic acid. Further, 1.25 g (0.012 mol) of γ-valerolactone, 2.93 g (0.037 mol) of pyridine, and 100 mL of xylene were further added as catalysts, and the mixture was reacted at 180 ° C. for 5 hours with stirring. At that time, a Dean-Stark tube is installed between the reflux condenser and the separable flask, and water produced as a by-product in the imidation reaction is trapped in the Dean-Stark tube outside the reaction system by azeotropy with xylene. Returned to the flask. Thereby, imidation reaction advanced and the NMP solution of soluble polyimide (BAPS-M-BTDA) was obtained. The NMP solution of the obtained soluble polyimide (BAPS-M-BTDA) was distilled off under reduced pressure at 180 ° C., washed successively with water and acetone, and then dried to obtain a polyimide solid.
(実施例1〜6)
(カーボンナノチューブ(CNT)−ポリイミド複合体溶液の調製)
上記実施例で合成したポリイミドとカーボンナノチューブ(ナノシル社製、NC−7000)のNMP分散液(濃度:1重量%)を下表の比率で混合しCNT−ポリイミド複合体(複合体中におけるCNT濃度:1wt%)溶液を調製した。
(Examples 1-6)
(Preparation of carbon nanotube (CNT) -polyimide complex solution)
The NMP dispersion (concentration: 1% by weight) of the polyimide synthesized in the above example and carbon nanotubes (Nanosil, NC-7000) was mixed at the ratio shown in the table below to obtain a CNT-polyimide composite (CNT concentration in the composite). : 1 wt%) solution was prepared.
(実施例3)
(CNT−ポリイミド複合体の多孔性ペレットの調製)
上記の溶液を、シリンジに吸い取り内径1mmの注射針より水中(多量、2L)へ0.2ml程度滴下してCNT−ポリイミド複合体の多孔性ペレットを調製した(図1)。滴下した液滴が水中に入った瞬間に液滴と水との界面でポリイミドが相分離を起こして膜(緻密な多孔性膜、スキン層)を形成してポリイミドとカーボンナノチューブ(ナノシル社製、NC−7000)のNMP分散液を内包する。その後、膜を通して、外層の水と内層されたNMPの交換が起こり、膜内のポリイミドが相分離してCNTと複合された多孔体を形成すると考えられる(図1)。調製した多孔性ペレットの物性を下表に記した。得られた多孔性ペレットのSEM写真を図2に示す。図2(a)は本発明に係る多孔性ペレットのSEM写真による全体像であり、図2(b)は多孔性ペレットのSEMによる断面写真であり、図2(c)は多孔性ペレットの断面の拡大写真であり、図2(d)は多孔性ペレットの内部断面の拡大写真であり、図2(e)は多孔性ペレットの内部断面の拡大写真であり、図2(f)は多孔性ペレットの内部断面の拡大写真である。図3は多孔性ペレットの表面の拡大写真である。図2(b)及び図2(c)によれば、多孔性ペレットの表面付近にスキン層が形成されている様子が観察できる。これらの写真によれば、スキン層の厚みは、50〜100nmであった。また、図2(e)及び図2(f)によれば骨格の切断面にカーボンナノチューブが観測される。このように、多孔性ペレットの骨格内部にカーボンナノチューブが分散されている。図3によれば、多孔性ペレットのスキン層を形成する一次粒子が観察され、更に一次粒子の間には、微少な10nm程度の孔が形成されていることが観察できる。
(Example 3)
(Preparation of porous pellet of CNT-polyimide composite)
About 0.2 ml of the above solution was sucked into a syringe and dropped into water (large amount, 2 L) from an injection needle having an inner diameter of 1 mm to prepare a porous pellet of a CNT-polyimide composite (FIG. 1). Immediately after the dropped droplet enters the water, the polyimide undergoes phase separation at the interface between the droplet and water to form a film (dense porous film, skin layer), and polyimide and carbon nanotubes (manufactured by Nanosil) NC-7000) NMP dispersion. Thereafter, it is considered that the outer layer water and the inner layer NMP are exchanged through the membrane, and the polyimide in the membrane is phase-separated to form a porous body combined with CNT (FIG. 1). The physical properties of the prepared porous pellets are shown in the table below. An SEM photograph of the obtained porous pellet is shown in FIG. FIG. 2 (a) is an overall image of the porous pellet according to the present invention by an SEM photograph, FIG. 2 (b) is a sectional photograph of the porous pellet by SEM, and FIG. 2 (c) is a sectional view of the porous pellet. 2 (d) is an enlarged photograph of the internal cross section of the porous pellet, FIG. 2 (e) is an enlarged photograph of the internal cross section of the porous pellet, and FIG. 2 (f) is porous. It is an enlarged photograph of the internal cross section of a pellet. FIG. 3 is an enlarged photograph of the surface of the porous pellet. According to FIG.2 (b) and FIG.2 (c), a mode that the skin layer is formed in the surface vicinity of the porous pellet can be observed. According to these photographs, the thickness of the skin layer was 50 to 100 nm. Moreover, according to FIG.2 (e) and FIG.2 (f), a carbon nanotube is observed in the cut surface of frame | skeleton. Thus, carbon nanotubes are dispersed inside the skeleton of the porous pellet. According to FIG. 3, it can be observed that primary particles forming the skin layer of the porous pellet are observed, and fine pores of about 10 nm are formed between the primary particles.
上記の表の値は、下記の方法により測定した。
かさ密度:天秤で測定した重量を寸法計測した体積を割ることによって求めた。なお、粒子径は10倍に拡大した写真より、マウンテック社画像解析式粒度分布測定ソフトウェア
マックビューで計測した。また、10粒子の平均値をとった。
ガラス転移温度:エスアイアイナノテクノロジー(株)社DSC6220を用い、昇温速度20度/min、窒素中(50ml/min)で測定した。
熱分解温度:エスアイアイナノテクノロジー(株)社TG/DTA6300を用い、昇温速度10度/min、窒素中(200ml/min)で測定した。
The values in the above table were measured by the following method.
Bulk density: It was determined by dividing the weight measured with a balance by the measured volume. The particle size was measured with a MacView image analysis type particle size distribution measurement software Mac View from a photograph magnified 10 times. The average value of 10 particles was taken.
Glass transition temperature: Measured using a DSC6220 manufactured by SII NanoTechnology Co., Ltd. at a heating rate of 20 degrees / min and in nitrogen (50 ml / min).
Thermal decomposition temperature: TG / DTA6300 manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd. was used, and the temperature was increased at a rate of 10 degrees / min and in nitrogen (200 ml / min).
(実施例13)
(CNT−ポリイミド複合体の粉末の調製)
実施例13においては、溶液をポリイミドが5%の溶液に希釈して行った事を除けば、実施例7と同様に行った。水中にCNT−ポリイミド複合体の微粒子が沈降した。実施例7と同様に回収し、洗浄と乾燥を行った。
(Example 13)
(Preparation of powder of CNT-polyimide composite)
In Example 13, the same procedure as in Example 7 was performed except that the solution was diluted with a 5% polyimide solution. The fine particles of the CNT-polyimide composite settled in water. It collect | recovered similarly to Example 7, and performed washing | cleaning and drying.
(実施例14)
実施例14においては、溶液をポリイミドが5%の溶液に希釈して行った事を除けば、実施例11と同様に行った。水中にCNT−ポリイミド複合体の微粒子が沈降した。実施例11と同様に回収し、洗浄と乾燥を行った。
(Example 14)
In Example 14, the same procedure as in Example 11 was performed except that the solution was diluted with a 5% polyimide solution. The fine particles of the CNT-polyimide composite settled in water. It collect | recovered similarly to Example 11, and performed washing | cleaning and drying.
(実施例15、16)
(CNT−ポリイミド複合体の成型品の製造)
実施例15では、実施例13で得られたCNT−ポリイミド複合体の粉末を、プレス機にて280℃、10MPaの条件で1時間圧縮成型を行い、厚み1mm、直径20mmの円板状サンプルを得た。実施例16では、実施例14で得られたCNT−ポリイミド複合体の粉末を用いた以外は実施例15と同様の条件で円板状サンプルを得た。物性を表5に示す。
(Examples 15 and 16)
(Manufacture of molded products of CNT-polyimide composite)
In Example 15, the powder of the CNT-polyimide composite obtained in Example 13 was compression-molded with a press machine at 280 ° C. and 10 MPa for 1 hour, and a disk-shaped sample having a thickness of 1 mm and a diameter of 20 mm was obtained. Obtained. In Example 16, a disk-like sample was obtained under the same conditions as in Example 15 except that the CNT-polyimide composite powder obtained in Example 14 was used. Table 5 shows the physical properties.
(実施例17)
(CNT−ポリイミド複合体のフィルム)
ポリイミド(FDA−BTDA)を6g、CNT分散液を30ml、NMPを20ml使用したことを除き、実施例2と同様に調製した溶液を、PETフィルム上にアプリケーター(クリアランス:0.2mm)を用いてコートしたのち、110℃にて10分乾燥して、CNT−ポリイミド複合体の薄膜を調製した。厚みは30μmであった。この塗膜の表面抵抗を、三菱化学製ロレスタにて測定した結果、表面抵抗は4.5×104Ω/□であった。
(Example 17)
(CNT-polyimide composite film)
A solution prepared in the same manner as in Example 2 except that 6 g of polyimide (FDA-BTDA), 30 ml of CNT dispersion, and 20 ml of NMP were used was applied to a PET film using an applicator (clearance: 0.2 mm). After coating, it was dried at 110 ° C. for 10 minutes to prepare a CNT-polyimide composite thin film. The thickness was 30 μm. As a result of measuring the surface resistance of this coating film with Loresta manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, the surface resistance was 4.5 × 10 4 Ω / □.
得られたCNT−ポリイミド複合体は、CNTが均一に分散されており、しかもその濃度は自由に調節することが可能であるため、用途に応じて導電性をコントロールすると同時に、その耐熱性と導電性を活かして、各種用途に用いることが出来る。 In the obtained CNT-polyimide composite, CNTs are uniformly dispersed, and the concentration can be freely adjusted. Taking advantage of its properties, it can be used for various purposes.
多孔性ペレットは、そのまま、あるいは加工してフィルター材、摺動性を活かしたマイクロマシン用部品、PC用部品、さらに発泡性を活かした耐熱・放熱材料(自動車用部品、エンジン周り用脱メタル)に用いられる。又、パウダーはプレス等により加工して、上記と同様の耐熱・放熱材料として自動車部品や構造材料等に用いられる。 Porous pellets can be used as-is or processed to filter materials, micromachine parts that make use of slidability, PC parts, and heat-resistant and heat-dissipating materials that make use of foaming properties (automobile parts, demetalization around the engine). Used. Further, the powder is processed by a press or the like, and used as an automotive part or a structural material as a heat and heat dissipation material similar to the above.
さらに、複合体の溶液は、コーティング材料として、HD等の放熱性・耐熱性コーティング、発熱体に適用可能(どこにでも塗布可能で、軽量かつ導電性)である。また、これをフィルム化したものは、同様に耐熱・放熱材料としてフレキシブル回路基盤等の電子デバイスや、面状発熱体としても用いられる。 Furthermore, the composite solution can be applied to a heat- and heat-resistant coating such as HD or a heating element as a coating material (applicable anywhere, lightweight and conductive). Moreover, what formed this into the film is used also as electronic devices, such as a flexible circuit board, and a planar heating element similarly as a heat-resistant and heat radiating material.
Claims (9)
表面に形成されており、ポリイミドの一次粒子が融着して形成されるスキン層と、A skin layer formed on the surface and formed by fusing polyimide primary particles;
前記スキン層よりも内部に形成されている多孔質構造を有するコア層とを有し、A core layer having a porous structure formed inside the skin layer,
前記スキン層の前記一次粒子の隙間に1〜50nmの孔を有し、Having pores of 1 to 50 nm in the gaps between the primary particles of the skin layer;
前記スキン層及びコア層中のポリイミドにカーボンナノチューブが分散している、ポリイミド多孔性ペレット。A polyimide porous pellet in which carbon nanotubes are dispersed in polyimide in the skin layer and the core layer.
前記析出体の内部及び表面にナノカーボンが分散している、請求項5記載の製造方法。 The concentration of soluble polyimide in the nanocarbon-dispersed polyimide solution is in the range of 2 to 20% by weight,
The production method according to claim 5 , wherein nanocarbon is dispersed inside and on the surface of the precipitate.
前記ジアミン化合物が、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン又はビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォンである、請求項5〜8のいずれか一項記載の製造方法。 The tetracarboxylic dianhydride is a benzophenone tetracarboxylic dianhydride,
The production method according to any one of claims 5 to 8 , wherein the diamine compound is 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene or bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone.
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