JP6110683B2 - 炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法及び炭素質材料−ポリマー複合材料 - Google Patents
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Description
本発明においては、原料として炭素質材料が用いられる。炭素質材料としては、例えば、黒鉛、薄片化黒鉛、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、またはフラーレンを用いることができる。本発明においては、これらの炭素質材料の1種または2種以上を用いることができる。好ましくは、上記炭素質材料としては、黒鉛、薄片化黒鉛、カーボン粒子またはカーボンナノチューブを用いることができる。
本発明においては、原料として用いられるポリマーAとして、環状ジスルフィド化合物を重合して得られるポリマーを用いることができる。本発明において、環状ジスルフィド化合物とは、S−S結合が、すなわちジスルフィド結合が、環状骨格の一部を構成している任意の化合物をいうものとする。このような環状ジスルフィド化合物としては、下記の化学式(1)に示される1,2−ジチアン、下記の化学式(2)に示されるリポ酸、下記の化学式(3)に示される1,2−ジチアシクロデカン、下記の化学式(4)で示されるジヒドロ−2,3−ベンゾジチン、ジチアシクロペンタン、1,2−ジチアシクロオクタン、リポイックアミド、及びこれらの誘導体からなる群から選択された少なくとも1種の化合物を好適に用いることができる。
本発明においては、原料として用いられるポリマーAとして、環状ジスルフィド化合物とラジカル重合性官能基含有モノマーとを重合して得られるポリマーを用いることもできる。ここで挙げられるラジカル重合性官能基含有モノマーは、ラジカル重合性として一般に知られる官能基を有するモノマーである限り特に限定されず、適宜のラジカル重合性官能基を有するモノマーを用いることができる。
酸ジシクロヘキシル、α−メチレン−δ−バレロラクトン、α−メチルスチレン、α−アセトキシスチレンからなるα−置換アクリル酸エステル、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレートなどのグリシジル基や水酸基を持つビニルモノマー;アリルアミン、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートのようなアミノ基を有するビニルモノマー;メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリル酸、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルサクシネート、2−メタクリロイルオキシエチルサクシネート、2−メタクリロイロキシエチルフタル酸などのカルボキシル基を有するモノマー;ユニケミカル社製、ホスマーM、ホスマーCL、ホスマーPE、ホスマーMH、ホスマーPPなどのリン酸基を有するモノマー;ビニルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基を有するモノマー;アルキル基やベンジル基などを有する(メタ)アクリレート系モノマーなどが挙げられる。
本発明においては、まず、上記炭素質材料と、ポリマーAとを含む混合物を用意する工程を行う。この場合ポリマーAとしては、上述したように、上記環状ジスルフィド化合物を重合して得られるポリマーであってもよく、上記環状ジスルフィド化合物と上記ラジカル重合性官能基含有モノマーとを重合して得られたポリマーであってもよい。
本発明の炭素質材料−ポリマー複合材料は、本発明の製造方法により得られたものであり、炭素質材料にポリマーAに由来するモノマー及び/またはポリマーがグラフトされている。ここで、ポリマーAに由来するモノマーまたはポリマーとは、上述したモノマー等、すなわち元のポリマーAよりも分子鎖の短いポリマー、オリゴマーあるいはモノマーである。
後述の実施例及び比較例について、以下の評価方法1)〜5)のいずれかを用い、評価した。
黒鉛を含有する分散溶液をスライドガラス上に滴下し、室温にて乾燥した。X線回折測定をリガク社製X線回折装置Rint1000を用いて行った。
より回折を得た。検出器にはシンチレーションカウンターを用い、0.2度/分の速度でスキャンした。
黒鉛や薄片化黒鉛の2〜10mgを精秤し、エスアイアイナノテクノロジー社製のTG/DTA6300を用いてTG/DTAを測定した。
得られたサンプル1〜10gを50倍以上の重量の溶媒で溶解する。超音波装置を用いて45kHz、100Wの出力で、常温で30分間分散処理を行った。
得られた複合材料を、島津製作所(株)製比表面積測定装置ASAP−2000で窒素ガスを用い、比表面積を測定した。
原料黒鉛として東洋炭素社製、膨張黒鉛粉砕品、品名:PF8Fを用意した。
100mlの容量のフラスコに上記膨張黒鉛粉砕品50.0mg、デカリン10g、αリポ酸2.7gを入れ、超音波処理を行うことにより、分散混合物を得た。超音波処理には、本多電子社製、W−113サンパを用い、出力を100W、発振周波数28kHzで、30分間処理した。
原料を黒鉛シートとして東洋炭素社製、品番:PF100−UHP、密度0.7、厚み1mmの低密度黒鉛シートを用意した。上記シート状黒鉛を3cm×3cmの大きさに切断し、電極材料としてのシート状の黒鉛を得た。このシート状の黒鉛に、スリットの長さが1cm、幅が1cmとなるようにカッターナイフにより切削し、形成した。上記2本のスリットが形成されたシート状の黒鉛に、Ptからなる電極を挿入した。このようにして用意したシート状の黒鉛を作用極(陽極)として、Ptからなる対照極(陰極)及び、Ag/AgClからなる参照極とともに60重量%濃度の硝酸水溶液中に浸漬し、直流電圧を印加し電気化学処理を行った。
100mlの容量の2口ナスフラスコに東洋炭素社製、膨張黒鉛粉砕品、品名:PF8Fを0.25g、デカリン40gを入れ、超音波処理を行うことにより、分散混合物を得た。超音波処理には、本多電子社製、W−113サンパを用いた。出力を100W、発振周波数28kHzで40分間処理した。本分散混合物の入ったナスフラスコを図8に示す還流装置にセットして、ナスフラスコ1とした。ナスフラスコ1中の本分散混合物中にシリンジを挿入し、デカリン溶媒をチッ素で10分間バブリングした。ここにαリポ酸(オリザ油化株式会社、Pタイプ)を10g投入し、続けて、本分散混合物中に直接チッ素を20分間バブリングした。
100mlの容量の2口ナスフラスコに実施例2で得られたαリポ酸グラフトグラファイト53.1mg、スチレンモノマー19.9g、及びデカリン19.3gを入れ、超音波処理を行うことにより、分散混合物を得た。超音波処理には、本多電子社製、W−113サンパを用い、出力を100W、発振周波数28kHzで、30分間処理した。
100mlの容量のサンプル管に東洋炭素社製、膨張黒鉛粉砕品、品名:PF8Fを50mg、αリポ酸2.7g。デカリン10gを入れ、超音波処理を行うことにより、分散混合物を得た。超音波処理には、本多電子社製、W−113サンパを用いた。出力を100W、発振周波数28kHzで30分間処理した。本分散混合物の入った上記サンプル管にスターラーのチップを入れた後、上記サンプル管を150℃のホットプレート上において撹拌しつつ2時間加熱した。
2…オイルバス
Claims (13)
- 炭素質材料と、環状ジスルフィド化合物を重合して得られるポリマー及び環状ジスルフィド化合物とラジカル重合性官能基含有モノマーとを重合して得られるポリマーのうち少なくとも1種のポリマーAとを含む混合物を用意する工程と、
前記ポリマーAの分解開始温度をD℃としたとき、前記混合物を(D−75)℃以上かつ分解完了温度以下の温度範囲の温度に加熱する加熱工程とを備え、
前記炭素質材料が、カーボン粒子、カーボンナノチューブ及びフラーレンからなる群から選択された少なくとも1種である、炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。 - 前記混合物を用意する工程が、前記炭素質材料と、前記ポリマーAとを混合することにより行われる、請求項1に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記混合物を用意する工程が、前記環状ジスルフィド化合物を加熱して重合し前記ポリマーAを得る工程と、前記環状ジスルフィド化合物の重合前または重合後に前記炭素質材料を混合する工程とを備える、請求項1に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記加熱工程の後に、前記ポリマーAの分解開始温度をD℃としたとき、前記混合物を(D−75)℃よりも低い温度まで冷却する冷却工程をさらに備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記加熱工程と前記冷却工程とを複数回にわたって繰り返す工程をさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記環状ジスルフィド化合物が、環状骨格中の炭素原子に結合している官能基を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記環状ジスルフィド化合物が、αリポ酸、リポイックアミド及びこれらの変性体からなる群から選択された少なくとも1種の化合物である、請求項7に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記環状ジスルフィド化合物として、2種以上の環状ジスルフィド化合物を用いる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記ポリマーAとして、2種以上のポリマーAを用いる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記ラジカル重合性官能基含有モノマーが、ビニル基含有モノマーである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記加熱工程の少なくとも一部において、超臨界状態にある二酸化炭素もしくは水を混入させる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
- 前記混合物が重合開始剤を含まない、請求項1〜12のいずれか一項に記載の炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法。
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