JP5873588B1 - 薄片状炭素材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 非イオン性溶媒中の層状構造を有する前記炭素材料にマイクロ波を照射することによって、当該炭素材料に接している前記非イオン性溶媒を気化させないように当該炭素材料を加熱し、当該炭素材料の層間隔を広げることによって薄片状炭素材料を剥離する工程と、を備えた薄片状炭素材料の製造方法。
以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明するが、これらの実施例は例示的なものであり、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、実施例、比較例における各値は、以下の方法によって求めた。また、実施例、比較例において、「部」とは重量で表した割合(重量部)を示すものとする。
剥離前の炭素材料と、剥離後の炭素材料(薄片状炭素材料)とを、走査電子顕微鏡(装置:日本電子社製、JSM−IT300)で観察評価した。剥離前の炭素材料の形状は板状であり、剥離前の炭素材料の平均厚みと、剥離後の薄片状炭素材料の平均厚みとを比較した。ここで、平均厚みとは、各々10個の炭素材料の厚みを測定した平均値である。
炭素材料と反応する化合物を添加して、マイクロ波を照射した反応の評価は、赤外線スペクトル(装置:島津製作所製、IRAffinity−1)により行った。サンプルを特級試薬アセトンで洗浄乾固して、測定した。
膨張黒鉛10部と、トルエン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を2Wで10分間照射して、室温から100℃まで昇温した。100℃到達後、さらに1時間、内温を100℃に保つように、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生はみられなかった。トルエンの沸点は約111℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、マイクロ波照射を止め、室温まで冷却したのち、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛10部と、o−キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を1.5Wで15分間照射して、室温から110℃まで昇温した。110℃到達後、さらに30分間、内温を110℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸5部を添加して、よく撹拌し、さらに内温110℃で1時間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。o−キシレンの沸点は約144℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
天然黒鉛10部と、エチルベンゼン10部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。915MHzのマイクロ波を5Wで30秒照射した。1分経過後に再び5Wで30秒照射した。この「5Wで30秒照射して1分休む」ことを1サイクルとして、計20サイクル行った。この間に内温は、室温から120℃まで上昇した。また、泡の発生は認められなかった。エチルベンゼンの沸点は約136℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。20サイクル終了後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
合成黒鉛10部と、p−キシレン50部をよく混合して、さらに2,3−ジメトキシ−1,3−ブタジエン5部を加えて、撹拌機付きの反応器にいれた。915MHzのマイクロ波を2Wで20秒照射し、2分間休止することを1サイクルとして、計50サイクル行った。この間に、内温は100℃まで上昇した。さらに、内温を100℃に保つように、マイクロ波を1時間連続照射した。泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛10部と、o−キシレン20部と、無水マレイン酸1部をよく混合して、撹拌機付きのジャケット付き反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を2Wで10分間連続照射して、内温を120℃まで上げた。内温が120℃に達した後に、無水マレイン酸2部を添加して、よく混合した。さらに、「1Wのマイクロ波を30秒照射して2分休止する」ことを1サイクルとして、計30サイクル繰り返した。この間、内温が130℃を越えた時には、ジャケットを冷却して、内温を120℃まで下げた。30サイクルの間、泡の発生は認められなかった。o−キシレンの沸点は約144℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。30サイクル終了後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛10部と、p−キシレン20部と、無水マレイン酸1部をよく混合して、撹拌機付きの反応器に入れ、N2ガスにて反応器内部圧力を0.3MPaまであげた。その後、2450MHzのマイクロ波を照射して、反応器内温を150℃に保った。150℃に保ったまま、1時間反応させた。この間、5分間撹拌機を止めて、泡立ちを観察したが、泡の発生は認められなかった。反応器内部圧力が0.3MPaであるため、p−キシレンの沸点は185℃付近であり、また、泡の発生が認められなかったことから、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたと考えられる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した、結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛10部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を1.5Wで10分間照射して、室温から80℃まで昇温した。80℃到達後、さらに30分間、内温を80℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸5部を添加して、よく撹拌し、さらに内温80℃で1時間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。混合キシレンの沸点は約136℃であったため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。なお、この実施例で用いた混合キシレン100部は、o−キシレン12部、m−キシレン30部、p−キシレン15部、エチルベンゼン43部からなる。
膨張黒鉛10部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を2Wで10分間照射して、室温から100℃まで昇温した。100℃到達後、さらに20分間、内温を100℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸3部を添加して、よく撹拌し、さらに内温100℃で1.5時間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。混合キシレンの沸点は約136℃であったため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。なお、この実施例で用いた混合キシレンは、実施例7と同様のものである。
膨張黒鉛25部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を2.5Wで20分間照射して、室温から120℃まで昇温した。120℃到達後、さらに30分間、内温を120℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸6部を添加して、よく撹拌し、さらに内温120℃で1時間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。混合キシレンの沸点は約136℃であったため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。なお、この実施例で用いた混合キシレンは、実施例7と同様のものである。
膨張黒鉛20部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を3.5Wで10分間照射して、室温から130℃まで昇温した。130℃到達後、さらに20分間、内温を130℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸3部を添加して、よく撹拌し、さらに内温130℃で1.5時間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。混合キシレンの沸点は約136℃であったため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。なお、この実施例で用いた混合キシレンは、実施例7と同様のものである。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、さらに0.6部の無水マレイン酸を加えて混合した後、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、さらに2部の無水マレイン酸を加えて混合した後、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、さらに4部の無水マレイン酸を加えて混合した後、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、さらに12部の無水マレイン酸を加えて混合した後、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、さらに20部の無水マレイン酸を加えて混合した後、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛20部とp−キシレン200部をよく混合して、2450MHzのマイクロ波を3Wで30分間照射して、室温から115℃まで昇温した。115℃到達後、さらに30分間、内温を115℃に保つようにマイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。p−キシレンの沸点は約138℃であるため、溶媒は沸点未満の範囲で加熱されたことになる。したがって、炭素材料の層間に存在する溶媒は気化していないと考えられる。その後、室温まで冷却して反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図1に示すが、剥離が進行していることが分かる。
膨張黒鉛を撹拌機付きの反応器に入れて、よく撹拌しながら、内部に設置したハロゲンランプにより赤外線加熱を2時間行った。加熱終了後、固形物を取り出し、評価した。結果を図2に示すが、剥離は進行していないことが分かる。
天然黒鉛10部に水100部を加えて、加熱用ジャケット付きの反応器に入れた。よく撹拌しながら、ジャケットに温度120℃に加熱した熱媒油を循環させて、内温を100℃まで上げた。反応器上部に取り付けた冷却器で蒸発気体を冷却液化させて反応器に還流させながら、1時間反応させた。反応終了後に、室温まで冷却して、固形物を取り出し、評価した。結果を図2に示すが、剥離はわずかしか進行していないことが分かる。
膨張黒鉛10部に無水マレイン酸5部を加えて、よく混合した後、撹拌機付きの加熱用ジャケット付き反応器にいれた。よく撹拌しながら、ジャケットに温度120℃に加熱した熱媒油を循環させて、内温を80℃に保ちながら1時間反応させた。反応終了後に、室温まで冷却して、固形物を取り出し、評価した。結果を図2に示すが、剥離は進行せず、全体が大きな塊になった。
膨張黒鉛10部にトルエン100部を加えて、よく混合した後、撹拌機付きの加熱用ジャケット付き反応器にいれた。よく撹拌しながら、ジャケットに温度130℃に加熱した熱媒油を循環させて、内温を110℃に保ちながら30分間反応させた。反応終了後に、室温まで冷却して固形物を取り出し、評価した。結果を図2に示すが、剥離の進行はわずかである。
膨張黒鉛を静置した状態で、上部から2450MHzのマイクロ波を500Wで20分間照射した。黒鉛層の温度は、層内に挿入した温度計では220℃であった。20分後に反応器から取り出したところ、大きな塊になっていた。
膨張黒鉛10部とp−キシレン20部と、無水マレイン酸1部をよく混合して、撹拌機付きの反応器に入れ、N2ガスにて反応器内部圧力を0.3MPaまであげた。その後、2450MHzのマイクロ波を照射して、反応器内温を190℃まで上げた。190℃に保ったまま、30分間反応させた。さらに、温度を195℃に上げて5分反応させた。反応器内では、さかんに泡が発生していた。0.3MPaにおけるp−キシレンの沸点は185℃付近であること、また、さかんに泡が発生していたことから、炭素材料の層間に存在する溶媒も気化していたものと考えられる。このとき、p−キシレンの一部が気化するので、反応器上部に取り付けた冷却管を経て反応器外に取り出した。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した、結果を図2に示すが、剥離の進行はわずかである。
膨張黒鉛10部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を4.5Wで10分間照射して、室温から140℃まで昇温した。140℃到達後、さらに10分間、内温を140℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸10部を添加して、よく撹拌し、さらに内温140℃で0.5時間、マイクロ波を照射した。この間、大量の泡が発生した。混合キシレンの沸点は約136℃であったこと、また、大量の泡が発生していたことから、炭素材料の層間に存在する溶媒も気化していたものと考えられる。反応器上部に取り付けた冷却管で冷却したが、混合キシレンの50部が反応器外に留出した。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図2に示すが、剥離の進行はわずかである。なお、この比較例で用いた混合キシレンは、実施例7と同様のものである。
膨張黒鉛40部と、混合キシレン100部をよく混合して、撹拌機付きの反応器にいれた。2450MHzのマイクロ波を1.5Wで1分間照射して、室温から30℃まで昇温した。30℃到達後、さらに5分間、内温を30℃に保つように、マイクロ波を照射した。その後、無水マレイン酸10部を添加して、よく撹拌し、さらに内温30℃で10分間、マイクロ波を照射した。この間、泡の発生は認められなかった。その後、室温まで冷却して、反応器内の固形物を取り出して、評価した。結果を図2に示すが、剥離が進行していないことが分かる。なお、この比較例で用いた混合キシレンは、実施例7と同様のものである。
Claims (8)
- 非イオン性溶媒中の層状構造を有する炭素材料にマイクロ波を照射することによって、当該炭素材料に接している前記非イオン性溶媒を気化させないように当該炭素材料を加熱し、当該炭素材料の層間隔を広げることによって薄片状炭素材料を剥離する工程を備えた薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記薄片状炭素材料を剥離する工程において、前記炭素材料の層状構造の端部に化合物を結合させる、請求項1記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記化合物と前記炭素材料の層状構造の端部とは、ディールス・アルダー反応により結合する、請求項2記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記化合物は、無水マレイン酸、テトラシアノエチレン、2,3−ジメトキシ−1,3−ブタジエン、9−メチルアントラセン、キナジメタン、5,6−ビスメチレン−1,3−シクロヘキサンジエン、3,6−ビスメチレン−1,4−シクロヘキサジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項3記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記非イオン性溶媒と混合される化合物の量は、前記炭素材料100重量部あたり、0.01重量部以上、60重量部以下である、請求項2から請求項4のいずれか記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記薄片状炭素材料を剥離する工程において、前記炭素材料に接している非イオン性溶媒の温度が、当該非イオン性溶媒の沸点未満となるように前記炭素材料を加熱する、請求項1から請求項5のいずれか記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記薄片状炭素材料を剥離する工程において、測定位置における前記非イオン性溶媒の温度が、当該非イオン性溶媒の沸点より5℃以上低くなるように前記炭素材料を加熱する、請求項6記載の薄片状炭素材料の製造方法。
- 前記非イオン性溶媒は、環式炭化水素溶媒または環式炭化水素誘導体溶媒を含む、請求項1から請求項7のいずれか記載の薄片状炭素材料の製造方法。
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