JP6167749B2 - Antibacterial dispersion containing fine carbon fibers - Google Patents
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Description
本発明は微細な炭素短繊維を含む抗菌性懸濁液または分散液に関する。詳しくは、細菌類の好む有機物が溶解した水溶液に、触媒を使用する気相成長法によって製造された微細な炭素繊維を混合/分散させた抗菌性を有する懸濁液または分散液に関する。 The present invention relates to an antimicrobial suspension or dispersion containing fine carbon short fibers. More specifically, the present invention relates to an antibacterial suspension or dispersion obtained by mixing / dispersing fine carbon fibers produced by a vapor phase growth method using a catalyst in an aqueous solution in which organic substances preferred by bacteria are dissolved.
カーボンブラック類、ケッチェンブラック、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ等の微細炭素材料は、その電気的特性、熱伝導性から、エレクトロニクス、エネルギー分野等の幅広い分野へ利用されている。特に微細炭素繊維の一種であるカーボンナノチューブ類は、直径1μm以下の太さのチューブ状のカーボンであり、その特異な構造に基づく高い導電性、引張り強度、耐熱性などから各種用途へのさらなる利用拡大が期待されている。ナノチューブ類の中でも直径10nm〜数十nmの多層カーボンナノチューブ(以下、MWCNT)などの微細炭素繊維は比較的安価であり、リチウムイオン電池用の導電助剤や帯電防止コーティング等、様々な分野での実用化が期待されている。 Fine carbon materials such as carbon blacks, ketjen black, fullerene, graphene, and carbon nanotubes are used in a wide range of fields such as electronics and energy due to their electrical properties and thermal conductivity. In particular, carbon nanotubes, a type of fine carbon fiber, are tube-like carbon with a diameter of 1 μm or less, and can be used in various applications due to their high conductivity, tensile strength, heat resistance, etc. based on their unique structure. Expansion is expected. Among carbon nanotubes, fine carbon fibers such as multi-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as MWCNT) having a diameter of 10 nm to several tens of nm are relatively inexpensive, and are used in various fields such as conductive assistants and antistatic coatings for lithium ion batteries. Practical use is expected.
前記微細炭素繊維の特性を有効に活用するためには、微細炭素繊維が凝集する事なく、均一に分散していることが好ましい。しかしながら、一般的なMWNTは、互いの凝集力(ファンデルワールス力)によって束状及び縄状のバンドルと呼ばれる凝集体や、成長過程にチューブ同士が絡まった凝集体として得られる為、これら凝集したナノチューブを解し、分散媒に均一に分散させることは非常に困難である。 In order to effectively utilize the characteristics of the fine carbon fibers, it is preferable that the fine carbon fibers are uniformly dispersed without agglomeration. However, since general MWNTs are obtained as aggregates called bundles and rope-like bundles due to mutual cohesion (van der Waals force), and aggregates in which tubes are entangled in the growth process, these aggregates It is very difficult to break the nanotubes and uniformly disperse them in the dispersion medium.
カーボンナノチューブ(以下、CNTと記載することがある)の分散安定化する方法として例えば、水溶性高分子ポリビニルピロリドン(以下、PVP)等のポリマー系分散剤のような有機高分子ポリマーなどを用いた方法が提案されている(非特許文献1、特許文献1)。このような水溶性分散剤は水溶液にした場合、従属栄養細菌(炭素源として有機物を栄養とするもの)は適した環境下において繁殖しやすく腐敗が急速に進行するため、抗菌剤の添加や保管管理方法による防腐対策が必要であった。しかしながら別途抗菌剤を添加した場合には導電性等の性能に影響を及ぼすこと、保管管理場所においては例えば冷所で細菌繁殖を抑制する場合には新たな設備が必要なことおよび作業が煩雑となるなどの問題があった。 As a method for stabilizing the dispersion of carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as CNT), for example, an organic polymer such as a polymer-based dispersant such as a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (hereinafter referred to as PVP) was used. Methods have been proposed (Non-patent Document 1, Patent Document 1). When such water-soluble dispersants are made into aqueous solutions, heterotrophic bacteria (those that use organic matter as a carbon source) tend to grow in a suitable environment and decay rapidly, so the addition and storage of antibacterial agents Antiseptic measures by management method were necessary. However, if an antibacterial agent is added separately, it will affect the performance such as conductivity, and in the storage management place, for example, if bacterial growth is suppressed in a cold place, new equipment is required and the work is complicated. There were problems such as becoming.
一方でカーボンナノチューブ自体が抗菌物質として開示(特許文献2)されており、0.001〜50wt%含まれたカーボンナノチューブの懸濁、分散液で抗菌性を謳っている。 On the other hand, the carbon nanotube itself is disclosed as an antibacterial substance (Patent Document 2), and the antibacterial property is enhanced by a suspension or dispersion of carbon nanotubes contained in 0.001 to 50 wt%.
しかしながら上記特許文献2にあっては、特定のCNTにおける抗菌性については記載されているが、他のCNTにおける抗菌性は具体的に開示されていない。また各種CNTにおける抗菌特性の差異についても記載されていない。
本願はこの問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、各種CNTにおける抗菌特性の違いに基づいて、有用な抗菌性を備えた微細炭素分散液を得ることにある。
However, in Patent Document 2, although antibacterial properties of specific CNTs are described, antibacterial properties of other CNTs are not specifically disclosed. Moreover, it does not describe the difference in antibacterial properties among various CNTs.
The present application has been made to solve this problem, and an object thereof is to obtain a fine carbon dispersion having useful antibacterial properties based on the difference in antibacterial properties among various CNTs.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、気相成長法により製造された炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが15°より小さく、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成していることを特徴とする微細な炭素繊維を用いることで、JIS Z2801:2010に定められている抗菌活性値の指標である菌液の 24 時間後の生菌数が対照に比べて2桁以上減少(生菌の 99%以上が死滅する)となる抗菌活性値抗菌性を備えた微細炭素分散液を見出すことを可能にした。
即ち、本発明は、以下の事項に関する。
As a result of extensive research, the inventors of the present invention have a bell-like structure in which a graphite net surface composed of only carbon atoms produced by a vapor phase growth method has a closed top portion and a trunk portion having an open bottom portion. Forming a structural unit, an angle θ formed by the busbar of the trunk portion and the fiber axis is smaller than 15 °, and the bell-shaped structural units are stacked by sharing 2 to 30 pieces sharing a central axis, By using the fine carbon fiber characterized in that the aggregate is formed by connecting fibers at intervals in a head-to-tail manner, the antibacterial activity value defined in JIS Z2801: 2010 To find a fine carbon dispersion with antibacterial activity value that the number of viable bacteria after 24 hours of the indicator liquid is reduced by more than two orders of magnitude compared to the control (99% or more of live bacteria die) Made possible.
That is, the present invention relates to the following matters.
1.微細な炭素繊維を0.001〜20重量%含む抗菌性分散液であって、前記微細な炭素繊維は、気相成長法により製造される微細な炭素繊維であって、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが15°より小さく、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成していることを特徴とする微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液および懸濁液。
2.前期記載の微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液において、前記微細な炭素繊維は、マグネシウムが置換固溶したコバルトのスピネル型酸化物を含む触媒上に、CO及びH2を含む混合ガスを供給して反応させ、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位によって構成される微細な炭素繊維を成長させて得られることを特徴とする微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液および懸濁液。
3.前期記載の微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液において、前記微細な炭素繊維は、コバルト含有量が0.3重量%以上、かつマグネシウムが0.01重量%以上含有することを特徴とする微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液および懸濁液。
4.前期記載の微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液において、前記分散液は、水および水系分散剤を含むことを特徴とする微細な炭素繊維を含む抗菌性分散液および懸濁液。
1. An antibacterial dispersion containing 0.001 to 20% by weight of fine carbon fibers, wherein the fine carbon fibers are fine carbon fibers produced by a vapor phase growth method, and are composed of only carbon atoms. The graphite mesh surface forms a bell-shaped structural unit having a closed top portion and a trunk portion that is open at the bottom, and an angle θ formed between the bus bar of the trunk portion and the fiber axis is smaller than 15 °, and the bell Two to thirty structural units share a central axis to form an aggregate, and the aggregate is connected to each other at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. Antibacterial dispersions and suspensions containing fine carbon fibers.
2. In the antibacterial dispersion liquid containing fine carbon fibers as described above, the fine carbon fibers supply a mixed gas containing CO and H 2 onto a catalyst containing cobalt spinel oxide in which magnesium is substituted and dissolved. Thus, a graphite net surface composed only of carbon atoms is obtained by growing fine carbon fibers composed of bell-shaped structural units having a closed top and a trunk that is open at the bottom. An antibacterial dispersion and suspension containing fine carbon fibers.
3. In the antibacterial dispersion liquid containing the fine carbon fiber described in the previous period, the fine carbon fiber contains a cobalt content of 0.3% by weight or more and a magnesium content of 0.01% by weight or more. Antibacterial dispersions and suspensions containing various carbon fibers.
4). The antibacterial dispersion liquid containing fine carbon fibers as described above, wherein the dispersion liquid contains water and an aqueous dispersant, and the antibacterial dispersion liquid and suspension containing fine carbon fibers.
本発明によって、細菌類の好む有機物が溶解した水溶液に、各種CNTを加え抗菌性を比較した結果、気相成長法により製造される微細な炭素繊維であって、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが15°より小さく、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成していることを特徴とする微細な炭素繊維が他種のCNTに比べ高い抗菌性が得られることを見出した。 According to the present invention, as a result of comparing various antibacterial properties by adding various CNTs to an aqueous solution in which an organic matter preferred by bacteria is dissolved, it is a fine carbon fiber produced by a vapor phase growth method, and is composed of only carbon atoms. The net surface forms a bell-shaped structural unit having a closed top portion and a trunk portion that is open at the bottom, and an angle θ formed between the bus bar of the trunk portion and the fiber axis is smaller than 15 °, and the bell-shaped structure The unit is formed by stacking 2 to 30 units sharing the central axis to form an aggregate, and the aggregate is connected to each other in a head-to-tail manner to form a fiber. It has been found that an excellent antibacterial property can be obtained with a simple carbon fiber compared to other types of CNTs.
本発明によってCNTの分散液および懸濁液の長期に渡る保存が可能となること、梱包時の滅菌、殺菌処理や窒素ガス置換が不要になること、導電性などに影響を及ぼす可能性のある防腐剤添加などの防腐対策が不要なこと、および温度調節のある保管設備が不要なことなどにおいて有益に利用される。また製品にいたっては例えば表面塗膜用途に使用される場合、乾燥までの期間の細菌繁殖を抑制できる。 The present invention makes it possible to store CNT dispersions and suspensions over a long period of time, eliminates the need for sterilization during packaging, sterilization treatment and nitrogen gas replacement, and may affect conductivity. It is beneficially used in cases where antiseptic measures such as the addition of preservatives are unnecessary and storage equipment with temperature control is unnecessary. In addition, when the product is used for, for example, a surface coating film, bacterial growth during the period until drying can be suppressed.
以下本発明を詳細に説明する。
本発明に用いる微細炭素繊維は、マグネシウムが置換固溶したコバルトのスピネル型酸化物を含む触媒上に、CO及びH2を含む混合ガスを供給して反応させることによって製造された微細炭素繊維である事が好ましい。
The present invention will be described in detail below.
The fine carbon fiber used in the present invention is a fine carbon fiber produced by supplying and reacting a mixed gas containing CO and H 2 on a catalyst containing cobalt spinel oxide in which magnesium is substituted and dissolved. Something is preferable.
また、本発明に用いる微細炭素繊維は、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが15°より小さく、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成している事が好ましい。 Further, in the fine carbon fiber used in the present invention, the graphite mesh surface composed only of carbon atoms forms a bell-shaped structural unit having a closed top and an open trunk, and the bus bar of the trunk The angle θ formed between the fiber axis and the fiber axis is smaller than 15 °, and the bell-shaped structural units are stacked by sharing 2 to 30 pieces sharing the central axis, and the aggregate is a head-to-tail style. It is preferable that the fibers are formed by connecting at intervals.
上記微細炭素繊維を細菌類の好む有機物が溶解した水溶液に含む事により、微量の含有でもJIS Z2801:2010で抗菌活性値の指標として定められている、菌液の 24 時間後の生菌数が対照に比べて2桁以上減少(生菌の99%以上が死滅する)となる抗菌活性値を得ることが可能となった。上記微細炭素繊維の抗菌性能に関しては定かではないがCNT自体に抗菌性があり、さらには分散性に優れているためより効率的な効果があるものと推測される。 By including the above fine carbon fiber in an aqueous solution in which organic matter preferred by bacteria is dissolved, the viable count after 24 hours of the bacterial solution, which is defined as an index of antibacterial activity value by JIS Z2801: 2010, even if it is contained in a trace amount It was possible to obtain an antibacterial activity value that decreased by two orders of magnitude or more (99% or more of viable bacteria were killed) compared to the control. Although the antibacterial performance of the fine carbon fiber is not clear, it is presumed that the CNT itself has antibacterial properties and further has excellent dispersibility, so that it has a more efficient effect.
以下、本発明で用いられる微細炭素繊維について、詳細に説明する。本発明に用いられる微細炭素繊維およびその製造方法は、再公表特許WO2009/110570に記載のものと同様であり、宇部興産株式会社製AMCまたは単にAMCと表記することがある。なお「AMC」は登録商標である。 Hereinafter, the fine carbon fiber used in the present invention will be described in detail. The fine carbon fiber used in the present invention and the production method thereof are the same as those described in the republished patent WO2009 / 110570, and may be referred to as AMC manufactured by Ube Industries, Ltd. or simply AMC. “AMC” is a registered trademark.
本発明に用いられる微細炭素繊維は、図1(a)に示すような釣鐘状構造を最小構造単位として有する。釣鐘(temple bell)は、日本の寺院で見られ、比較的円筒形に近い胴部を有しており、円錐形に近いクリスマスベルとは形状が異なる。図1(a)に示すように、構造単位11は、釣鐘のように、頭頂部12と、開放端を備える胴部13とを有し、概ね中心軸の周囲に回転させた回転体形状となっている。構造単位11は、炭素原子のみからなるグラファイト網面により形成され、胴部開放端の円周状部分はグラファイト網面の開放端となる。なお、図1(a)において、中心軸および胴部13は、便宜上直線で示されているが、必ずしも直線でなくともよい。 The fine carbon fiber used in the present invention has a bell-shaped structure as shown in FIG. The temple bell is found in Japanese temples, has a relatively cylindrical body, and is different in shape from a conical Christmas bell. As shown in FIG. 1 (a), the structural unit 11 has a top portion 12 and a trunk portion 13 having an open end, like a bell, and has a rotating body shape rotated about the central axis. It has become. The structural unit 11 is formed of a graphite network surface made of only carbon atoms, and the circumferential portion of the body portion open end is the open end of the graphite network surface. In FIG. 1A, the central axis and the body portion 13 are shown as straight lines for convenience, but may not necessarily be straight lines.
胴部13は、開放端側に緩やかに広がっており、その結果、胴部13の母線は釣鐘状構造単位の中心軸に対してわずかに傾斜し、両者のなす角θは、15°より小さく、より好ましくは1°<θ<15°、更に好ましくは2°<θ<10°である。θが大きくなりすぎると、該構造単位から構成される微細繊維が魚骨状炭素繊維様の構造を呈してしまい、繊維軸方向の導電性が損なわれてしまう。一方θが小さいと、円筒チューブ状に近い構造となり、構造単位の胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。 The trunk portion 13 gently spreads toward the open end. As a result, the bus bar of the trunk portion 13 is slightly inclined with respect to the central axis of the bell-shaped structural unit, and the angle θ formed by both is smaller than 15 °. More preferably, 1 ° <θ <15 °, and further preferably 2 ° <θ <10 °. If θ is too large, fine fibers composed of the structural unit exhibit a fishbone-like carbon fiber-like structure, and the conductivity in the fiber axis direction is impaired. On the other hand, when θ is small, the structure is close to a cylindrical tube shape, and the frequency at which the open end of the graphite mesh surface constituting the body of the structural unit is exposed to the outer peripheral surface of the fiber becomes low, so the conductivity between adjacent fibers deteriorates. .
本発明に用いられる微細炭素繊維には、欠陥、不規則な乱れが存在するが、このような不規則性を排除して、全体としての形状を捉えると、胴部13が開放端側に緩やかに広がった釣鐘状構造を有していると言える。この微細炭素繊維は、すべての部分においてθが上記範囲を示すことを意味しているのではなく、欠陥部分や不規則な部分を排除しつつ、構造単位11を全体的に捉えたときに、総合的にθが上記範囲を満たしていることを意味している。そこで、θの測定では、胴部の太さが不規則に変化していることもある頭頂部12付近を除くことが好ましい。より具体的には、例えば、図1(b)に示すように釣鐘状構造単位集合体21の長さをLとすると、頭頂側から(1/4)L、(1/2)Lおよび(3/4)Lの3点においてθを測定してその平均を求め、その値を、構造単位11についての全体的なθとしてもよい。また、Lについては、直線で測定することが理想であるが、実際は胴部13が曲線であることも多いため、胴部13の曲線に沿って測定した方が実際の値に近い場合もある。 The fine carbon fiber used in the present invention has defects and irregular turbulence. However, if such irregularity is eliminated and the shape of the whole is captured, the body portion 13 gradually moves toward the open end side. It can be said that it has a bell-shaped structure spread out. This fine carbon fiber does not mean that θ indicates the above range in all portions, but excludes defective portions and irregular portions while capturing the structural unit 11 as a whole, Overall, it means that θ satisfies the above range. Therefore, in the measurement of θ, it is preferable to exclude the vicinity of the crown 12 where the thickness of the trunk may be irregularly changed. More specifically, for example, when the length of the bell-shaped structural unit aggregate 21 is L as shown in FIG. 1B, (1/4) L, (1/2) L and ( 3/4) θ may be measured at three points of L to obtain an average, and the value may be used as the overall θ for the structural unit 11. In addition, it is ideal to measure L with a straight line. However, since the body part 13 is often a curved line in practice, it may be closer to the actual value when measured along the curve of the body part 13. .
頭頂部の形状は、胴部と滑らかに連続し、上側(図において)に凸の曲面となっている。頭頂部の長さは、典型的には、釣鐘状構造単位集合体について説明するD(図1(b))以下程度であり、d(図1(b))以下程度であるときもある。 The shape of the top of the head is smoothly continuous with the torso and has a curved surface that protrudes upward (in the drawing). The length of the top of the head is typically about D (FIG. 1 (b)) or less and about d (FIG. 1 (b)) for explaining the bell-shaped structural unit aggregate.
さらに、後述するように活性な窒素を原料として使用しないため、窒素等の他の原子は、釣鐘状構造単位のグラファイト網面中に含まれない。このため繊維の結晶性が良好である。 Furthermore, since active nitrogen is not used as a raw material as will be described later, other atoms such as nitrogen are not included in the graphite network surface of the bell-shaped structural unit. For this reason, the crystallinity of the fiber is good.
本発明に用いられる微細炭素繊維は、図1(b)に示すように、このような釣鐘状構造単位が中心軸を共有して2〜30個積み重なって釣鐘状構造単位集合体21(以下、単に集合体という場合がある。)を形成している。積層数は、好ましくは2〜25個であり、より好ましくは2〜15個である。 As shown in FIG. 1 (b), the fine carbon fiber used in the present invention has a bell-shaped structural unit assembly 21 (hereinafter referred to as “bell-shaped structural unit assembly”) in which 2 to 30 such bell-shaped structural units share a central axis. It may be simply called an aggregate.) The number of stacked layers is preferably 2 to 25, and more preferably 2 to 15.
集合体21の胴部の外径Dは、5〜40nm、好ましくは5〜30nm、更に好ましくは5〜20nmである。Dが大きくなると形成される微細繊維の径が太くなるため、例えばポリマーとのコンポジットにおいて導電性能等の機能を付与するためには、多くの添加量が必要となってしまう。一方、Dが小さくなると形成される微細繊維の径が細くなって繊維同士の凝集が強くなり、例えばポリマーとのコンポジット調製において、分散させることが困難になる。胴部外径Dの測定は、集合体の頭頂側から、(1/4)L、(1/2)Lおよび(3/4)Lの3点で測定して平均することが好ましい。なお、図1(b)に胴部外径Dを便宜上示しているが、実際のDの値は、上記3点の平均値が好ましい。 The outer diameter D of the trunk | drum of the aggregate 21 is 5-40 nm, Preferably it is 5-30 nm, More preferably, it is 5-20 nm. Since the diameter of the fine fiber formed increases as D increases, for example, in order to impart functions such as conductive performance in a composite with a polymer, a large amount of addition is required. On the other hand, when D becomes small, the diameter of the fine fibers formed becomes thin and the aggregation of the fibers becomes strong. For example, in preparing a composite with a polymer, it becomes difficult to disperse. The measurement of the trunk outer diameter D is preferably performed by measuring at three points (1/4) L, (1/2) L, and (3/4) L from the top of the aggregate. In addition, although the trunk | drum outer diameter D is shown for convenience in FIG.1 (b), the value of actual D has the preferable average value of the said 3 points | pieces.
また、集合体胴部の内径dは、3〜30nm、好ましくは3〜20nm、更に好ましくは3〜10nmである。胴部内径dの測定についても、釣鐘状構造単位集合体の頭頂側から、(1/4)L、(1/2)Lおよび(3/4)Lの3点で測定して平均することが好ましい。なお、図1(b)に胴部内径dを便宜上示しているが、実際のdの値は、上記3点の平均値が好ましい。 The inner diameter d of the aggregate body is 3 to 30 nm, preferably 3 to 20 nm, more preferably 3 to 10 nm. The inner diameter d of the trunk is also measured and averaged at three points (1/4) L, (1/2) L, and (3/4) L from the top of the bell-shaped structural unit assembly. Is preferred. In addition, although the trunk | drum internal diameter d is shown in FIG.1 (b) for convenience, the actual value of d has the preferable average value of the said 3 points | pieces.
集合体21の長さLと胴部外径Dから算出されるアスペクト比(L/D)は、2〜150、好ましくは2〜30、より好ましくは2〜20、更に好ましくは2〜10である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、1本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、1本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。 The aspect ratio (L / D) calculated from the length L of the aggregate 21 and the body outer diameter D is 2 to 150, preferably 2 to 30, more preferably 2 to 20, and further preferably 2 to 10. is there. When the aspect ratio is large, the structure of the formed fiber approaches a cylindrical tube shape, and the conductivity in the fiber axis direction of one fiber is improved. However, the open end of the graphite network surface constituting the structural unit body is a fiber. Since the frequency of exposure to the outer peripheral surface is reduced, the conductivity between adjacent fibers is deteriorated. On the other hand, when the aspect ratio is small, the open end of the graphite mesh surface constituting the structural unit body portion is more frequently exposed to the outer peripheral surface of the fiber, so that the conductivity between adjacent fibers is improved. Since many short graphite mesh surfaces are connected in the axial direction, conductivity in the fiber axial direction of one fiber is impaired.
本発明に用いられる微細炭素繊維における、釣鐘状構造単位および釣鐘状構造単位集合体については、本質的に同じ構成を有しているが、以下ように繊維長が異なる。 The bell-shaped structural unit and the bell-shaped structural unit aggregate in the fine carbon fiber used in the present invention have essentially the same configuration, but have different fiber lengths as follows.
本発明に用いられる微細炭素繊維は、図2(a)に示すように、前記集合体がさらにHead−to−Tailの様式で連結することにより形成される。Head−to−Tailの様式とは、微細炭素繊維の構成において、隣り合った前記集合体どうしの接合部位が、一方の集合体の頭頂部(Head)と他方の集合体の下端部(Tail)の組合せで形成されていることを意味する。具体的な接合部分の形態は、第一の集合体21aの下端開口部において、最内層の釣鐘状構造単位の更に内側に、第二の集合体21bの最外層の釣鐘状構造単位の頭頂部が挿入され、さらに、第二の集合体21bの下端開口部に、第三の集合体21cの頭頂部が挿入され、これがさらに連続することによって繊維が構成される。 As shown in FIG. 2A, the fine carbon fiber used in the present invention is formed by further connecting the aggregates in a head-to-tail manner. The head-to-tail style means that in the configuration of fine carbon fiber, the joining portions of the adjacent aggregates are the top (Head) of one aggregate and the lower end (Tail) of the other aggregate. It means that it is formed by the combination of. Specifically, the shape of the joint portion is the top of the bell-shaped structural unit of the outermost layer of the second aggregate 21b, further inside the bell-shaped structural unit of the innermost layer, at the lower end opening of the first aggregate 21a. Is inserted, and the top of the third assembly 21c is inserted into the lower end opening of the second assembly 21b, and this is further continued to form a fiber.
本発明に用いられる微細炭素繊維の1本の微細繊維を形成する各々の接合部分は、構造的な規則性を有しておらず、例えば第一の集合体と第二の集合体の接合部分の繊維軸方向の長さは、第二の集合体と第三の集合体の接合部分の長さと必ずしも同じではない。また、図2(a)のように、接合される二つの集合体が中心軸を共有して直線状に連結することもあるが、図2(b)の釣鐘状構造単位集合体21bと21cのように、中心軸が共有されずに接合して、結果として接合部分において屈曲構造を生じることもある。前記釣鐘状構造単位集合体の長さLは繊維ごとにおおむね一定である。しかしながら、気相成長法では、原料及び副生のガス成分と触媒及び生成物の固体成分が混在するため、発熱的な炭素析出反応の実施においては、前記気体及び固体からなる不均一な反応混合物の流動状態によって一時的に温度の高い局所が形成されるなど、反応器内に温度分布が生じ、その結果、長さLにある程度のばらつきが生じることもある。 Each joining part which forms one fine fiber of the fine carbon fiber used for this invention does not have structural regularity, for example, the joined part of a 1st aggregate and a 2nd aggregate The length in the fiber axis direction is not necessarily the same as the length of the joint portion of the second assembly and the third assembly. Further, as shown in FIG. 2A, the two assemblies to be joined may be connected linearly sharing the central axis, but the bell-shaped structural unit assemblies 21b and 21c in FIG. As described above, the central axis may be joined without being shared, resulting in a bent structure at the joint. The length L of the bell-shaped structural unit assembly is generally constant for each fiber. However, in the vapor phase growth method, since raw material and by-product gas components and catalyst and product solid components are mixed, in the exothermic carbon deposition reaction, a heterogeneous reaction mixture composed of the gas and solids. A temperature distribution is generated in the reactor, for example, a locally high temperature is formed depending on the flow state, and as a result, some variation in the length L may occur.
このようにして構成される微細炭素繊維は、前記釣鐘状構造単位下端のグラファイト網面の開放端の少なくとも一部が、前記集合体の連結間隔に応じて、繊維外周面に露出する。この結果、1本の繊維における繊維軸方向の導電性を損なうことなく、前記π電子の飛び出しによるジャンピング効果(トンネル効果)によって隣接する繊維間の導電性を向上させることができる。以上のような微細炭素繊維の構造は、TEM画像によって観察できる。また、本発明の微細炭素繊維の効果は、集合体自体の曲がり、集合体の連結部分における屈曲が存在しても、ほとんど影響がないと考えられる。従って、TEM画像の中で、比較的直線に近い形状を有する集合体を観察して、構造に関する各パラメータを求め、その繊維についての構造パラメータ(θ、D、d、L)としてよい。 In the fine carbon fiber configured as described above, at least a part of the open end of the graphite mesh surface at the lower end of the bell-shaped structural unit is exposed on the outer peripheral surface of the fiber according to the connection interval of the aggregate. As a result, the conductivity between adjacent fibers can be improved by the jumping effect (tunnel effect) caused by the jumping out of the π electrons without impairing the conductivity in the fiber axis direction of one fiber. The structure of the fine carbon fiber as described above can be observed by a TEM image. In addition, the effect of the fine carbon fiber of the present invention is considered to have almost no influence even when the aggregate itself is bent or there is a bend in the connecting portion of the aggregate. Therefore, in the TEM image, an assembly having a shape that is relatively close to a straight line is observed to obtain each parameter relating to the structure, and the structure parameter (θ, D, d, L) for the fiber may be obtained.
本発明に用いられる微細炭素繊維の学振法によるXRDにおいて、測定される002面のピーク半価幅W(単位:degree)は、2〜4の範囲である。Wが4を超えると、グラファイト結晶性が低く導電性も低い。一方、Wが2未満ではグラファイト結晶性は良いが、同時に繊維径が太くなり、ポリマーに導電性等の機能を付与するためには多くの添加量が必要となってしまう。 In XRD based on the Gakushin method of fine carbon fibers used in the present invention, the peak half width W (unit: degree) of the 002 plane measured is in the range of 2-4. When W exceeds 4, the graphite crystallinity is low and the conductivity is low. On the other hand, when W is less than 2, the graphite crystallinity is good, but at the same time, the fiber diameter becomes large, and a large amount of addition is required to impart a function such as conductivity to the polymer.
本発明に用いられる微細炭素繊維の学振法によるXRD測定によって求められるグラファイト面間隔d002は、0.350nm以下、好ましくは0.341〜0.348nmである。d002が0.350nmを超えるとグラファイト結晶性が低くなり、導電性が低下する。一方、0.341nm未満の繊維は、製造の際に収率が低い。 The graphite plane distance d002 obtained by XRD measurement by the Gakushin method of fine carbon fibers used in the present invention is 0.350 nm or less, preferably 0.341 to 0.348 nm. If d002 exceeds 0.350 nm, the graphite crystallinity is lowered and the conductivity is lowered. On the other hand, the fiber of less than 0.341 nm has a low yield in production.
本発明に用いられる微細炭素繊維に含有される灰分は、4質量%以下であり、通常の用途では、精製を必要としない。通常、0.3質量%以上4質量%以下であり、より好ましくは0.3質量%以上3質量%以下である。尚、灰分は、繊維を0.1グラム以上燃焼して残った酸化物の重量から決定される。 The ash contained in the fine carbon fiber used in the present invention is 4% by mass or less, and purification is not necessary for normal use. Usually, it is 0.3 mass% or more and 4 mass% or less, More preferably, it is 0.3 mass% or more and 3 mass% or less. The ash content is determined from the weight of the oxide remaining after burning 0.1 g or more of the fiber.
次に、本発明に用いられる微細炭素繊維の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the fine carbon fiber used for this invention is demonstrated.
コバルトのスピネル型結晶構造を有する酸化物に、マグネシウムが固溶置換した触媒を用いて、CO及びH2を含む混合ガスを触媒粒子に供給して気相成長法により、微細炭素繊維を製造する。 Using a catalyst in which magnesium is replaced by a solid solution with an oxide having a spinel crystal structure of cobalt, a mixed gas containing CO and H 2 is supplied to catalyst particles, and fine carbon fibers are produced by vapor phase growth. .
Mgが置換固溶したコバルトのスピネル型結晶構造は、MgxCo3−xOyで表される。ここで、xは、MgによるCoの置換を示す数であり、形式的には0<x<3である。また、yはこの式全体が電荷的に中性になるように選ばれる数で、形式的には4以下の数を表す。即ち、コバルトのスピネル型酸化物Co3O4では、2価と3価のCoイオンが存在しており、ここで、2価および3価のコバルトイオンをそれぞれCoIIおよびCoIIIで表すと、スピネル型結晶構造を有するコバルト酸化物はCoIICoIII2O4で表される。Mgは、CoIIとCoIIIのサイトの両方を置換して固溶する。MgがCoIIIを置換固溶すると、電荷的中性を保つためにyの値は4より小さくなる。但し、x、y共に、スピネル型結晶構造を維持できる範囲の値をとる。 The spinel crystal structure of cobalt in which Mg is substituted and dissolved is represented by MgxCo3-xOy. Here, x is a number indicating the replacement of Co by Mg, and formally 0 <x <3. In addition, y is a number selected so that the entire expression is neutral in terms of charge, and formally represents a number of 4 or less. That is, in the spinel type oxide Co3O4 of cobalt, divalent and trivalent Co ions exist, and when the divalent and trivalent cobalt ions are represented by CoII and CoIII, respectively, the spinel type crystal structure is obtained. The cobalt oxide is represented by CoIICoIII2O4. Mg displaces both CoII and CoIII sites and forms a solid solution. When Mg substitutes and dissolves CoIII, the value of y becomes smaller than 4 in order to maintain charge neutrality. However, both x and y take values in a range where the spinel crystal structure can be maintained.
触媒として使用できる好ましい範囲として、Mgの固溶範囲は、xの値が0.5〜1.5であり、より好ましくは0.7〜1.5である。xの値が0.5未満の固溶量では、触媒の活性は低く、生成する微細炭素繊維の量は少ない。xの値が1.5を超える範囲では、スピネル型結晶構造を調製することが困難である。 As a preferable range that can be used as a catalyst, the solid solution range of Mg has a value x of 0.5 to 1.5, and more preferably 0.7 to 1.5. When the value of x is less than 0.5, the catalyst activity is low and the amount of fine carbon fibers produced is small. When the value of x exceeds 1.5, it is difficult to prepare a spinel crystal structure.
触媒のスピネル型酸化物結晶構造は、XRD測定により確認することが可能であり、結晶格子定数a(立方晶系)は、0.811〜0.818nmの範囲であり、より好ましくは0.812〜0.818nmである。aが小さいとMgの固溶置換が充分でなく、触媒活性が低い。また、0.818nmを超える格子定数を有する前記スピネル型酸化物結晶は調製困難である。 The spinel oxide crystal structure of the catalyst can be confirmed by XRD measurement, and the crystal lattice constant a (cubic system) is in the range of 0.811 to 0.818 nm, more preferably 0.812. ~ 0.818 nm. If “a” is small, the solid solution substitution of Mg is not sufficient, and the catalytic activity is low. Also, the spinel oxide crystal having a lattice constant exceeding 0.818 nm is difficult to prepare.
このような触媒が好適である理由として、コバルトのスピネル構造酸化物にマグネシウムが置換固溶した結果、あたかもマグネシウムのマトリックス中にコバルトが分散配置された結晶構造が形成されることにより、反応条件下においてコバルトの凝集が抑制されていると推定される。 The reason why such a catalyst is suitable is that as a result of substitutional solid solution of magnesium in the cobalt spinel structure oxide, a crystal structure in which cobalt is dispersed in a magnesium matrix is formed. It is presumed that the aggregation of cobalt is suppressed.
また、触媒の粒子サイズは、適宜選ぶことができるが、例えばメジアン径として、0.1〜100μm、好ましくは、0.1〜10μmである。 The particle size of the catalyst can be selected as appropriate. For example, the median diameter is 0.1 to 100 μm, preferably 0.1 to 10 μm.
触媒粒子は、一般に基板または触媒床等の適当な支持体に、散布するなどの方法により載せて使用する。基板または触媒床への触媒粒子の散布は、触媒粒子を直接散布して良いが、エタノール等の分散媒に懸濁させて散布し、乾燥させることにより所望の量を散布しても良い。 The catalyst particles are generally used by being applied to a suitable support such as a substrate or a catalyst bed by a method such as spraying. The catalyst particles may be sprayed directly onto the substrate or the catalyst bed, but the catalyst particles may be sprayed directly, but a desired amount may be sprayed by suspending and dispersing in a dispersion medium such as ethanol.
触媒粒子は、原料ガスと反応させる前に、活性化させることも好ましい。活性化は通常、H2またはCOを含むガス雰囲気下で加熱することにより行われる。これらの活性化操作は、必要に応じて、HeやN2などの不活性ガスで希釈することにより実施することができる。活性化を実施する温度は、好ましくは400〜600℃、より好ましくは450〜550℃である。 The catalyst particles are preferably activated before reacting with the raw material gas. Activation is usually performed by heating in a gas atmosphere containing H 2 or CO. These activation operations can be performed by diluting with an inert gas such as He or N 2 as necessary. The temperature at which the activation is performed is preferably 400 to 600 ° C, more preferably 450 to 550 ° C.
気相成長法の反応装置に特に制限はなく、固定床反応装置や流動床反応装置といった反応装置により実施することができる。 There is no particular limitation on the reactor for the vapor phase growth method, and the reaction can be performed by a reactor such as a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor.
気相成長の炭素源となる原料ガスは、CO及びH2を含む混合ガスが利用される。 A mixed gas containing CO and H 2 is used as a source gas that becomes a carbon source for vapor phase growth.
H2ガスの添加濃度{H2/(H2+CO)}は、好ましくは0.1〜30vol%、より好ましくは2〜20vol%である。添加濃度が低すぎると円筒状のグラファイト質網面が繊維軸に平行したカーボンナノチューブ様の構造を形成してしまう。一方、30vol%を超えると釣鐘状構造体の炭素側周面の繊維軸に対する傾斜角が大きくなり、魚骨形状を呈するため繊維方向の導電性の低下を招く。 The added concentration of H 2 gas {H 2 / (H 2 + CO)} is preferably 0.1 to 30 vol%, more preferably 2 to 20 vol%. If the addition concentration is too low, a cylindrical graphitic network surface forms a carbon nanotube-like structure parallel to the fiber axis. On the other hand, if it exceeds 30 vol%, the inclination angle of the carbon-side peripheral surface of the bell-shaped structure with respect to the fiber axis becomes large, and the fish-bone shape is exhibited, leading to a decrease in conductivity in the fiber direction.
また、原料ガスは不活性ガスを含有していてもよい。不活性ガスとしては、CO2、N2、He、Ar等が挙げられる。不活性ガスの含有量は、反応速度を著しく低下させない程度が好ましく、例えば80vol%以下、好ましくは50vol%以下の量である。また、H2およびCOを含有する合成ガスまたは転炉排出ガス等の廃棄ガスを、必要により適宜処理して使用することもできる。 Further, the raw material gas may contain an inert gas. Examples of the inert gas include CO 2 , N 2 , He, Ar, and the like. The content of the inert gas is preferably such that the reaction rate is not significantly reduced, for example, 80 vol% or less, preferably 50 vol% or less. Further, waste gas such as synthesis gas or converter exhaust gas containing H 2 and CO can be appropriately treated and used as necessary.
気相成長を実施する反応温度は、好ましくは400〜650℃、より好ましくは500〜600℃である。反応温度が低すぎると繊維の成長が進行しない。一方、反応温度が高すぎると収量が低下してしまう。反応時間は、特に限定されないが、例えば2時間以上であり、また12時間程度以下である。 The reaction temperature for carrying out the vapor phase growth is preferably 400 to 650 ° C, more preferably 500 to 600 ° C. If the reaction temperature is too low, fiber growth does not proceed. On the other hand, if the reaction temperature is too high, the yield decreases. Although reaction time is not specifically limited, For example, it is 2 hours or more, and is about 12 hours or less.
気相成長を実施する反応圧力は、反応装置や操作の簡便化の観点から常圧で行うことが好ましいが、Boudouard平衡の炭素析出が進行する範囲であれば、加圧または減圧の条件で実施しても差し支えない。 The reaction pressure for carrying out the vapor phase growth is preferably normal pressure from the viewpoint of simplifying the reaction apparatus and operation, but it is carried out under pressure or reduced pressure as long as Boudard equilibrium carbon deposition proceeds. It doesn't matter.
本発明に用いられる微細炭素繊維の製造方法によれば、触媒単位重量あたりの微細炭素繊維の生成量は、従来の製造方法、例えば非特許文献(Carbon 2003(41)2949−2959(Gadelle P.ら))記載の方法に比べて格段に大きいことが示された。この微細炭素繊維の製造方法による微細炭素繊維の生成量は、触媒単位重量あたり40倍以上であり、例えば40〜200倍である。その結果、前述のような不純物、灰分の少ない微細炭素繊維の製造が可能である。 According to the method for producing fine carbon fibers used in the present invention, the amount of fine carbon fibers produced per unit weight of the catalyst is determined according to conventional production methods such as Non-Patent Document (Carbon 2003 (41) 2949-2959 (Gadelle P. Et al.) It was shown to be significantly larger than the method described. The amount of fine carbon fiber produced by this fine carbon fiber production method is 40 times or more per unit weight of the catalyst, for example, 40 to 200 times. As a result, it is possible to produce fine carbon fibers with less impurities and ash as described above.
本発明に用いられる微細炭素繊維の製造方法により製造される微細炭素繊維に特有な接合部の形成過程は明らかではないが、発熱的なBoudouard平衡と原料ガスの流通による除熱とのバランスから、前記触媒から形成されたコバルト微粒子近傍の温度が上下に振幅するため、炭素析出が断続的に進行することにより形成されるものと考えられる。即ち、[1]釣鐘状構造体頭頂部形成、[2]釣鐘状構造体の胴部成長、[3]前記[1]、[2]過程の発熱による温度上昇のため成長停止、[4]流通ガスによる冷却、の4過程が触媒微粒子上で繰り返されることにより、微細炭素繊維構造特有の接合部が形成されると推定される。 Although the formation process of the joint specific to the fine carbon fiber produced by the method for producing fine carbon fiber used in the present invention is not clear, from the balance between exothermic Boudouard equilibrium and heat removal by circulation of the raw material gas, Since the temperature in the vicinity of the cobalt fine particles formed from the catalyst fluctuates up and down, it is considered that carbon deposition is formed by intermittent progress. That is, [1] formation of the top of the bell-shaped structure, [2] growth of the trunk of the bell-shaped structure, [3] growth stop due to temperature rise due to heat generated in the processes [1] and [2], [4] It is presumed that the joint part peculiar to the fine carbon fiber structure is formed by repeating the four processes of cooling by the circulating gas on the catalyst fine particles.
本発明における微細炭素繊維中に含まれるコバルトの形態は特に制限は無いが好ましくは金属コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、炭酸コバルトおよび硫酸コバルトが好ましく、金属コバルトおよび酸化コバルトが特に好ましい。 The form of cobalt contained in the fine carbon fiber in the present invention is not particularly limited, but preferably metallic cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide, cobalt carbonate and cobalt sulfate are preferred, and metallic cobalt and cobalt oxide are particularly preferred.
本発明における分散媒は、微細炭素繊維が分散可能な範囲で特に限定されないが、水、及び/または、水混合溶媒のいずれか一種、若しくは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。 Although the dispersion medium in this invention is not specifically limited in the range which can disperse | distribute a fine carbon fiber, It is preferable that it is a mixed solvent which consists of any 1 type or 2 types or more of water and / or a water mixed solvent.
水および水混合溶媒としては、水および水と混合されたアルコール系(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど)、多価アルコール系(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど)、多価アルコールエーテル系(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど)、アミン系(エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど)、アミド系(N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N−エチル−2−ピロリドン(NEP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルカプロラクタムなど)、複素環系(シクロヘキシルピロリドン、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトンなど)、スルホキシド系(ジメチルスルホキシドなど)、スルホン系(ヘキサメチルホスホロトリアミド、スルホランなど)、低級ケトン系(アセトン、メチルエチルケトンなど)、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。これらの溶媒の中で揮発性、汎用性および分散性の観点から水および水とアルコールまたはアミド系の混合溶媒が好ましく、特に水の単独での使用が好ましい。 Examples of water and water mixed solvents include water and alcohol mixed with water (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol, tertiary butanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohol (ethylene glycol) , Diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc., polyhydric alcohol ethers (ethylene glycol monomethyl ether) , Ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol Cole monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene Glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amine-based (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, ethylenedia , Diethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amides (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone ( NEP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylcaprolactam, etc.), heterocyclic systems (cyclohexylpyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2- Imidazolidinone, γ-butyrolactone, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), sulfones (hexamethylphosphorotriamide, sulfolane, etc.), lower ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), others, tetra Dorofuran, it may be used urea, acetonitrile and the like. Among these solvents, from the viewpoints of volatility, versatility and dispersibility, water and a mixed solvent of water and alcohol or amide are preferable, and water is particularly preferably used alone.
上記記載の水と混合された溶媒の混合比率は特に限定されることはないが、0〜50重量%が好ましい。 The mixing ratio of the solvent mixed with water described above is not particularly limited, but is preferably 0 to 50% by weight.
本発明における分散剤は、溶媒に溶解でき、且つ微細炭素繊維を分散安定化できるものであれば特に限定されず、アニオン性界面活性剤、カチオン性分散剤、両性分散剤、非イオン性分散剤などの公知の分散剤を使用できる。 The dispersant in the present invention is not particularly limited as long as it can be dissolved in a solvent and can stabilize the dispersion of fine carbon fibers. Anionic surfactants, cationic dispersants, amphoteric dispersants, nonionic dispersants Known dispersing agents such as can be used.
アニオン性分散剤の例としては、芳香族スルホン酸系界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩等)、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤、カルボン酸系界面活性剤などが挙げられる。また、コール酸、オレイン酸などや、アニオン性官能基を有する糖類であるカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩及びアンモニウム塩、アルギン酸、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸なども好適に使用できる。シクロデキストリンなどはアニオン性官能基で修飾することによって使用することが可能である。エステル基を有するポリマー、オリゴマーのエステル部分を加水分解してアニオン性官能基に変換して使用することも可能である。 Examples of anionic dispersants include aromatic sulfonic acid surfactants (alkyl benzene sulfonates such as dodecylbenzene sulfonic acid, dodecyl phenyl ether sulfonate, etc.), monosoap anionic surfactants, ether sulfates Surfactants, phosphate surfactants, carboxylic acid surfactants and the like can be mentioned. In addition, cholic acid, oleic acid, and the like, sodium salts and ammonium salts of carboxymethyl cellulose, which is a saccharide having an anionic functional group, alginic acid, chondroitin sulfate, hyaluronic acid, and the like can also be suitably used. Cyclodextrins and the like can be used by modification with an anionic functional group. It is also possible to use the ester part of a polymer or oligomer having an ester group by hydrolyzing it into an anionic functional group.
カチオン性分散剤の例としては、第4級アルキルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルアミン塩等のカチオン性界面活性剤、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド等のカチオン性基を有する化合物が挙げられる。 Examples of cationic dispersants include cationic surfactants such as quaternary alkylammonium salts, alkylpyridinium salts, and alkylamine salts, and cationic groups such as polyethyleneimine, polyvinylamine, polyallylamine, polyvinylpyridine, and polyacrylamide. The compound which has is mentioned.
両性分散剤の例としては、アルキルベタイン系界面活性剤(ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、プロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン)、スルホベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤などが挙げられる。 Examples of amphoteric dispersants include alkylbetaine surfactants (lauryldimethylaminoacetic acid betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, propyldimethylaminoacetic acid betaine), sulfobetaine-based interfaces An activator, an amine oxide type surfactant, etc. are mentioned.
非イオン性分散剤としては、エーテル系(ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等)およびエステル系(ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンジステアレート、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ポリオキシエチレンモノオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等)、ソルビトールおよびグリセリン等の多価アルコール脂肪酸のアルキルエーテルおよびアルキルエステル、アミノアルコール脂肪酸アミド等の界面活性剤が挙げられる。また、セルロース誘導体(セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースブチレート、シアノエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど)、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンなどのポリマー系分散剤も挙げられる。 Nonionic dispersants include ethers (polyoxyethylene, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene dodecyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, Oxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, etc.) and ester type (polyoxyethylene oleate, polyoxyethylene distearate, sorbitan laurate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan Sesquioleate, polyoxyethylene monooleate, polyoxyethylene stearate, etc.), sorbitol, glycerin, etc. Alkyl ethers and alkyl esters of polyhydric alcohols fatty acids, surfactants such as amino alcohol fatty acid amide. In addition, cellulose derivatives (cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose butyrate, cyanoethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, etc.), polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, Polymeric dispersants such as polyvinyl pyrrolidone are also included.
本発明において、微細炭素繊維と分散媒と分散剤を分散混合する方法は、単に懸濁状態に混ぜ合わせたものであってもよく、また分散処理を施したものでもよく特に限定されない。例えば、分散媒に分散剤を溶解した分散剤溶液に、微細炭素繊維を投入し、超音波処理や、攪拌方法といった分散処理を行うことによって分散混合することができる。また、微細炭素繊維と分散剤を混合後、分散媒を加えて希釈し、分散処理をすることもできる。超音波処理としてはバス型やプローブ型のソニケータを用いることができる。攪拌方法としては、ホモミキサー、ホモジナイザーのような高速攪拌やアトライター、ビーズミル、サンドミル、遊星ミル等のメディア型湿式分散装置や、ジェットミル等の攪拌方法を使用することができる。微細炭素繊維を1重量%以下の低濃度に分散させる場合は、特に超音波処理が好適である。超音波処理の処理時間は、微細炭素繊維の添加量、用いる微細カーボン分散剤の種類及び添加量によって適宜決められるが、概ね10分〜5時間の処理が好ましく、10分〜3時間の処理がより好ましい。また、微細炭素繊維を1重量%以上の高濃度に分散させる場合は、アトライター、ビーズミル、サンドミル、遊星ミル等のメディア型湿式分散装置による処理が特に好適である。メディア型湿式分散装置による処理時間は処理方法、微細炭素繊維の添加量、微細カーボン分散剤の種類及び添加量によって適宜決められるが、概ね30分〜50時間の処理が好ましい。処理時間が短すぎると微細カーボンの分散が不十分となる恐れがある。また処理時間が長すぎると過度のエネルギーにより微細カーボンを傷付ける恐れがある。 In the present invention, the method of dispersing and mixing the fine carbon fibers, the dispersion medium, and the dispersant may be simply mixed in a suspended state, or may be subjected to a dispersion treatment, and is not particularly limited. For example, it is possible to disperse and mix by introducing fine carbon fibers into a dispersant solution in which a dispersant is dissolved in a dispersion medium and performing a dispersion treatment such as ultrasonic treatment or a stirring method. Further, after mixing the fine carbon fibers and the dispersant, a dispersion medium can be added and diluted to carry out a dispersion treatment. As the ultrasonic treatment, a bus type or probe type sonicator can be used. As a stirring method, high-speed stirring such as a homomixer or a homogenizer, a media-type wet dispersion apparatus such as an attritor, a bead mill, a sand mill, or a planetary mill, or a stirring method such as a jet mill can be used. When fine carbon fibers are dispersed at a low concentration of 1% by weight or less, ultrasonic treatment is particularly suitable. The treatment time of the ultrasonic treatment is appropriately determined depending on the addition amount of the fine carbon fiber, the type and addition amount of the fine carbon dispersant to be used, and is preferably about 10 minutes to 5 hours, and preferably 10 minutes to 3 hours. More preferred. When fine carbon fibers are dispersed at a high concentration of 1% by weight or more, treatment with a media-type wet dispersion device such as an attritor, a bead mill, a sand mill, or a planetary mill is particularly suitable. The treatment time by the media-type wet dispersion apparatus is appropriately determined depending on the treatment method, the amount of fine carbon fiber added, the type and amount of fine carbon dispersant, and a treatment of about 30 minutes to 50 hours is preferable. If the treatment time is too short, the fine carbon dispersion may be insufficient. If the treatment time is too long, fine carbon may be damaged by excessive energy.
本発明の微細炭素繊維分散液において、微細炭素繊維の配合量は、微細炭素繊維が均一に分散している限り特に限定されるものではないが、一般的に0.1wt%〜20wt%までの範囲で分散性や用途に応じて適宜選択される。本発明の微細炭素繊維分散液は分散性が非常に高い為、2wt%以上、より好ましくは5wt%以上の高濃度での分散が可能である。微細炭素繊維の濃度が20wt%を超える場合は分散液の粘度が高すぎるため、分散処理が困難となる。 In the fine carbon fiber dispersion of the present invention, the amount of fine carbon fibers is not particularly limited as long as the fine carbon fibers are uniformly dispersed, but generally 0.1 wt% to 20 wt%. It is appropriately selected depending on the dispersibility and application within the range. Since the fine carbon fiber dispersion of the present invention has very high dispersibility, it can be dispersed at a high concentration of 2 wt% or more, more preferably 5 wt% or more. When the concentration of the fine carbon fiber exceeds 20 wt%, the dispersion treatment becomes difficult because the viscosity of the dispersion is too high.
本発明の微細炭素繊維分散液において、分散剤の添加量は、微細炭素繊維の配合量、分散剤の種類、及び用途に応じて適宜定めることができるが、一般には微細炭素繊維の重量に対して10%以上、分散媒の重量に対して20%以下であれば、微細炭素繊維を十分に分散させることができる。微細炭素繊維の重量に対して10%以下であると、微細炭素繊維表面に吸着し、分散剤として働く分散剤の量が不足するために、一部の微細炭素繊維は凝集して多くの沈殿物が生じたり、分散液の粘度が高くなったりする危険性がある。また、分散媒の重量に対して20%以上であると、分散剤の分散媒中での分子運動が困難になるために、微細炭素繊維表面に十分な量の分散剤が吸着することが困難となり、分散剤溶液の粘度が高すぎて機械的分散が困難となる。導電性を付与する為の分散液として塗膜、導電助剤、他のポリマーに添加する場合は分散性を保つ範囲で分散剤の添加量を少なくする事が好ましい。 In the fine carbon fiber dispersion of the present invention, the addition amount of the dispersant can be appropriately determined according to the blending amount of the fine carbon fiber, the kind of the dispersant, and the use, but in general, with respect to the weight of the fine carbon fiber. If it is 10% or more and 20% or less with respect to the weight of the dispersion medium, fine carbon fibers can be sufficiently dispersed. When the amount is 10% or less with respect to the weight of the fine carbon fiber, the amount of the dispersant adsorbed on the fine carbon fiber surface and acting as a dispersant is insufficient, so that some of the fine carbon fibers are aggregated and a lot of precipitates There is a risk that a product is formed or the viscosity of the dispersion is increased. Further, if it is 20% or more with respect to the weight of the dispersion medium, it becomes difficult for a sufficient amount of the dispersant to be adsorbed on the surface of the fine carbon fiber because the molecular motion of the dispersant in the dispersion medium becomes difficult. Thus, the viscosity of the dispersant solution is too high, making mechanical dispersion difficult. When added to a coating film, a conductive assistant or other polymer as a dispersion for imparting conductivity, it is preferable to reduce the amount of the dispersant added within a range that maintains dispersibility.
本発明の微細炭素繊維分散液の粘度は特に限定されるものではないが、分散性を保つ範囲でなるべく低い方が応用の観点から好ましく、後述する測定方法での回転粘度が50〜500mPa・sであることが特に好ましい。分散液の粘度が高すぎる場合、塗膜にする際の塗布や、他の樹脂との混合が困難になる場合がある。また、電池用電極ペーストを得る為に他の樹脂や活物質へ混合する際に分散が不十分になる可能性や、電池用電極ペーストの粘度が高く、成形時に悪影響を及ぼす懸念がある。 The viscosity of the fine carbon fiber dispersion of the present invention is not particularly limited, but it is preferably as low as possible within the range of maintaining dispersibility, and the rotational viscosity in the measurement method described later is 50 to 500 mPa · s. It is particularly preferred that If the viscosity of the dispersion is too high, it may be difficult to apply the coating film or mix with another resin. In addition, there is a possibility that dispersion may be insufficient when mixed with another resin or active material in order to obtain a battery electrode paste, and there is a concern that the battery electrode paste has a high viscosity and adversely affects molding.
本発明の微細炭素繊維分散液中の分散された微細炭素繊維のサイズは特に限定されるものではないが、微細炭素繊維一本一本が凝集する事なく孤立分散している事が好ましく、湿式粒度分布測定(測定機:掘場製作所製LA950)でのメジアン径が0.1〜5μmである事が好ましく、0.1〜2μmであることが特に好ましい。メジアン径が3μm以下であると塗布した際に光沢を示しやすく、分散性良好な塗膜が得られる。メジアン径が大きすぎる場合は微細炭素繊維の凝集が多く、孤立分散出来ていない為、高い光沢を示す塗膜は得られない。 The size of the fine carbon fiber dispersed in the fine carbon fiber dispersion of the present invention is not particularly limited, but it is preferable that each fine carbon fiber is isolated and dispersed without agglomeration. The median diameter in the particle size distribution measurement (measuring instrument: LA950 manufactured by Diggaku Seisakusho) is preferably 0.1 to 5 μm, and particularly preferably 0.1 to 2 μm. When the median diameter is 3 μm or less, it is easy to show gloss when applied, and a coating film with good dispersibility can be obtained. When the median diameter is too large, the fine carbon fibers are agglomerated and cannot be isolated and dispersed, so that a coating film showing high gloss cannot be obtained.
本発明の抗菌性において対象となる細菌は一般的には真性細菌およびバクテリアとも呼称されるもので菌種に限定は無いが、炭素源として有機物を栄養とする従属栄養細菌類が好ましい。細菌類の一例として緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、大腸菌(Escherichia coli)、枯草菌(Bacillus subtilis)、硫酸還元菌(Sulfur-Reducing Bacteria)、ビブリオ菌(Vibrio parahaemolyticus)、サルモネラ菌 (Salmonella) 、ヘリコバクター・ピロリ菌 (Helicobacter pylori)および黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)等が挙げられる。 Bacteria that are the subject of antibacterial activity of the present invention are generally also called true bacteria and bacteria, and there is no limitation on the bacterial species, but heterotrophic bacteria that use organic matter as a carbon source are preferable. Examples of bacteria include Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Sulfur-Reducing Bacteria, Vibrio parahaemolyticus, Salmonella, Helicobacter Examples include Helicobacter pylori and Staphylococcus aureus.
本発明の対象となる細菌の生菌数にも抗菌性において制限は無いが1〜10億個/mlに効果があり、抗菌性を維持できる期間は乾燥などによる懸濁液および分散液状態に変化が無い限り半永久的に使用することができる。 There is no limitation on the antibacterial activity of the number of bacteria that are the subject of the present invention, but it is effective at 1 to 1 billion cells / ml. As long as there is no change, it can be used semipermanently.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例、参考例および比較例で用いた微細炭素繊維(多層カーボンナノチューブ)は以下の通りである。蛍光X線(XRF)分析(Spectris PANalytical社製蛍光X線分析装置:型式PW200 を用いて測定)による微量元素含有量を表1に示す。表1における「−」は非検出を示す。微量元素の相違は微細炭素繊維の製造時に用いられる触媒の違いに基づくと推測される。なお、参考例1〜3及び実施例1〜3における微細炭素繊維は、宇部興産株式会社製AMCを用いた。その他の微細炭素繊維は、AMCとは異なる市販の微細炭素繊維A、Bを用いた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
The fine carbon fibers (multi-walled carbon nanotubes) used in Examples , Reference Examples and Comparative Examples are as follows. Table 1 shows the trace element content by fluorescent X-ray (XRF) analysis (fluorescent X-ray analyzer manufactured by Spectris PANalytical: measured using model PW200). “-” In Table 1 indicates non-detection. The difference in trace elements is presumed to be based on the difference in the catalyst used during the production of fine carbon fibers. The fine carbon fibers in Reference Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3 were AMC manufactured by Ube Industries, Ltd. As other fine carbon fibers, commercially available fine carbon fibers A and B different from AMC were used.
比較例1
純水990gに分散剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム製:DN400H)を10g加え攪拌混合により溶解させた。その溶液を密栓した後25℃の恒温槽で10週間保存を行った。従属栄養細菌数の測定を保存前後で行ったところ保存前100個/mlであったものが720000個/mlに増加した。
Comparative Example 1
10 g of carboxymethyl cellulose (manufactured by Daicel Finechem: DN400H) as a dispersant was added to 990 g of pure water and dissolved by stirring and mixing. The solution was sealed and stored in a constant temperature bath at 25 ° C. for 10 weeks. When the number of heterotrophic bacteria was measured before and after storage, it increased from 100 / ml before storage to 720000 / ml.
〔従属栄養細菌数の測定方法〕
試料を蒸留水を用いて10倍希釈した後、加温溶解した所定の寒天培地15〜20mlを滅菌シャーレに注ぎ冷却固化させ、寒天平板3枚に10倍希釈液0.1ml滅菌ピペットを用いて注加し、滅菌コンラージ棒で平板全面に塗抹した。培養は1時間そのまま静置して培地表面を乾燥した後、平板を上下転倒して25℃で7日間培養した。集落数の算定は培養後ただちに集落数を算定後計算により試料1mlあたりの菌数を求めた。
[Method for measuring the number of heterotrophic bacteria]
After diluting the sample 10 times with distilled water, 15-20 ml of a predetermined agar medium dissolved by heating is poured into a sterile petri dish and cooled and solidified, and a 10-fold diluted solution 0.1 ml sterile pipette is used on 3 agar plates. The solution was poured and smeared on the entire surface of the flat plate with a sterilized large rod. The culture was allowed to stand for 1 hour to dry the surface of the medium, and then the plate was turned upside down and cultured at 25 ° C. for 7 days. The number of colonies was calculated immediately after culturing, and the number of bacteria per ml of the sample was obtained by calculating the number of colonies.
比較例2
純水991gに分散剤としてカルボキシメチルセルロース(第一工業製薬(株)製:セロゲン5A)を9g加え攪拌混合により溶解させた。その溶液を比較例1と同様に従属栄養細菌数の測定を行ったところ保存前320個/mlであったものが2200000個/mlに増加した。
Comparative Example 2
9 g of carboxymethylcellulose (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Cellogen 5A) was added to 991 g of pure water as a dispersant and dissolved by stirring and mixing. As a result of measuring the number of heterotrophic bacteria in the same manner as in Comparative Example 1, the solution increased from 320 / ml before storage to 2200000 / ml.
比較例3
純水985gに分散剤としてポリビニルピロリドン(BASF社製:Kollidon25)を15g加え攪拌混合により溶解させた。その溶液を比較例1と同様に従属栄養細菌数の測定を行ったところ保存前290個/mlであったものが2100個/mlに増加した。
Comparative Example 3
15 g of polyvinylpyrrolidone (BASF: Kollidon 25) as a dispersant was added to 985 g of pure water and dissolved by stirring and mixing. When the number of heterotrophic bacteria was measured for the solution in the same manner as in Comparative Example 1, the number was 290 / ml before storage and increased to 2100 / ml.
参考例1
ステンレス製50mlミキサーミル(レッチェ製:MM400)専用ポットに1mmφジルコニアビーズ60gと比較例1で使用した水溶液を14.625g、微細炭素繊維として宇部興産(株)製AMC(コバルト含有量0.70wt%、マグネシウム含有量0.25wt%)を0.375g加えミキサーミルで30Hz−10分間処理により2.5%微細炭素繊維の分散液を得た。その分散液を比較例1と同様に従属栄養細菌数の測定を行っところ保存前後において10個/ml以下(未検出であるが10倍希釈のため)で菌数の増加は見られなかった。
Reference example 1
A stainless steel 50 ml mixer mill (Lecce: MM400) dedicated pot, 60 g of 1 mmφ zirconia beads and 14.625 g of the aqueous solution used in Comparative Example 1, AMC (cobalt content 0.70 wt%) as UBE Industries, Ltd. as fine carbon fiber Then, 0.375 g of magnesium content (0.25 wt%) was added, and a dispersion of 2.5% fine carbon fiber was obtained by treatment with a mixer mill for 30 Hz-10 minutes. The number of heterotrophic bacteria was measured in the same manner as in Comparative Example 1, and no increase in the number of bacteria was observed at 10 / ml or less (not detected but due to 10-fold dilution) before and after storage.
参考例2
比較例2で使用した水溶液を14.25g、微細炭素繊維として宇部興産(株)製AMCを0.75gに変えたこと以外は参考例1と同様に処理を行い5%微細炭素繊維の分散液を得た。その分散液を比較例1と同様に従属栄養細菌数の測定を行ったところ保存前後において10個/ml以下で菌数の増加は見られなかった。
Reference example 2
The same treatment as in Reference Example 1 was carried out except that 14.25 g of the aqueous solution used in Comparative Example 2 was changed to 0.75 g of AMC manufactured by Ube Industries Ltd. as a fine carbon fiber, and a dispersion of 5% fine carbon fiber. Got. When the number of heterotrophic bacteria was measured in the same manner as in Comparative Example 1, no increase in the number of bacteria was observed at 10 / ml or less before and after storage.
参考例3
比較例3で使用した水溶液を用いたこと以外は参考例2と同様に処理を行い5%微細炭素繊維の分散液を得た。その分散液を比較例1と同様に従属栄養細菌数の測定を行ったところ保存前200個/mlであったものが10個/ml以下に減少していた。
Reference example 3
The treatment was performed in the same manner as in Reference Example 2 except that the aqueous solution used in Comparative Example 3 was used to obtain a 5% fine carbon fiber dispersion. When the number of heterotrophic bacteria was measured in the same manner as in Comparative Example 1, the dispersion was 200 / ml before storage and decreased to 10 / ml or less.
以下参考例1〜3および比較例1〜3の分散液を25℃で保管した場合の従属栄養細菌の
繁殖状況を表2に示す。
Table 2 shows the breeding status of heterotrophic bacteria when the dispersions of Reference Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are stored at 25 ° C.
実施例1
ステンレス製50mlミキサーミル専用ポットに1mmφジルコニアビーズ60gと0.9%カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬(株)製:セロゲン5A)水溶液14.625gおよび微細炭素繊維として宇部興産(株)製AMC(コバルト含有量0.70wt%、マグネシウム含有量0.25wt%)0.375gを加え30Hz−10分間処理により2.5%微細炭素繊維分散液を得た。得られた分散液をJIS Z 2801:2010に定める「抗菌加工―抗菌性試験方法・抗菌効果」を参照にして抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めたところ、抗菌活性値は2.5であった。
Example 1
Stainless steel 50ml mixer mill dedicated pot 60mm 1mmφ zirconia beads, 0.925% carboxymethylcellulose (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Serogen 5A) aqueous solution 14.625g and Ube Industries AMC (cobalt) as fine carbon fiber (Content 0.70 wt%, magnesium content 0.25 wt%) 0.375 g was added, and a 2.5% fine carbon fiber dispersion was obtained by treatment at 30 Hz for 10 minutes. The antibacterial activity value of the obtained dispersion was determined by referring to “Antimicrobial processing-antibacterial test method / antibacterial effect” defined in JIS Z 2801: 2010. there were.
〔抗菌活性試験〕
JIS Z 2801:2010を参照に試験を行った。なお、JIS Z 2801:2010においては当該規格の試験方法によって得られる抗菌活性値が2.0 以上のとき、抗菌効果があるものと判断される。
1)試験菌液の調製
大腸菌(Escherichia coli, NBRC3972)は保存菌を普通寒天に接種して培養し、翌日継代してから約20 時間後に1/500 の普通ブイヨン液に懸濁して調製した。
2)試験菌の接種及び培養
試料0.1ml に試験菌液0.1ml を接種し35℃、24 時間静置した。
3)試験菌の洗い出しと生菌数の測定
試験菌液を接種した直後の対照(注射蒸留水)について、SCDL 培地(抗菌剤不活化培地)9.8 mL を加えて希釈し、寒天平板培養法で生菌数を調べた。また、24 時間培養後の対照(注射蒸留水)及び試料についても同様に生菌数を測定した。
4)抗菌活性値の計算および判定
抗菌活性値:R=(Ut - U0)-(At - U0) = Ut - At
U0:無加工試験片の接種直後の生菌数の対数値の平均値
Ut:無加工試験片の24 時間後の生菌数の対数値の平均値
At:抗菌加工試験片の24 時間後の生菌数の対数値の平均値
[Antimicrobial activity test]
The test was conducted with reference to JIS Z 2801: 2010. In JIS Z 2801: 2010, when the antibacterial activity value obtained by the test method of the standard is 2.0 or more, it is judged that the antibacterial effect is present.
1) Preparation of test bacterial solution Escherichia coli (NBRC3972) was prepared by inoculating a stock culture on normal agar and cultivating it, and then suspending in 1/500 normal broth approximately 20 hours after passage. .
2) Inoculation of test bacteria and 0.1 ml of the culture sample was inoculated with 0.1 ml of the test bacteria solution and allowed to stand at 35 ° C. for 24 hours.
3) Washing out the test bacteria and measuring the number of viable bacteria For the control (injected distilled water) immediately after inoculation with the test bacterial solution, add 9.8 mL of SCDL medium (antibacterial agent inactivated medium) and dilute it with an agar plate culture method. Viable count was examined. The number of viable bacteria was also measured in the same manner for the control (injection distilled water) and the sample after 24 hours of culture.
4) Calculation and determination of antibacterial activity value: R = (Ut-U0)-(At-U0) = Ut-At
U0: Average logarithmic value of the number of live bacteria immediately after inoculation of unprocessed specimen
Ut: Average logarithmic value of viable cell count after 24 hours of unprocessed specimen
At: Average value of logarithm of viable cell count after 24 hours of antibacterial processed test piece
比較例5
微細炭素繊維を市販の微細炭素繊維A(コバルト含有量0.23wt%、マグネシウム含有量0wt%)に変えたこと以外は実施例1と同様に分散処理および抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めた。この分散液の抗菌活性値は1.4であった。
Comparative Example 5
An antibacterial activity value was obtained by carrying out a dispersion treatment and an antibacterial test in the same manner as in Example 1 except that the fine carbon fiber was changed to a commercially available fine carbon fiber A (cobalt content 0.23 wt%, magnesium content 0 wt%). It was. The antibacterial activity value of this dispersion was 1.4.
比較例6
微細炭素繊維を市販の微細炭素繊維B(コバルト含有量0.01wt%、マグネシウム含有量0wt%)に変えたこと以外は実施例1と同様に分散処理および抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めた。この分散液の抗菌活性値は0.1であった。
Comparative Example 6
An antibacterial activity value was obtained by carrying out a dispersion treatment and an antibacterial test in the same manner as in Example 1 except that the fine carbon fiber was changed to a commercially available fine carbon fiber B (cobalt content 0.01 wt%, magnesium content 0 wt%). It was. The antibacterial activity value of this dispersion was 0.1.
実施例2、3
実施例1で用いた分散液を蒸留水で10倍および100倍希釈したこと以外は実施例1と同様に抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めた。10倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.25wt%)で抗菌活性値は2.3であり、100倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.025wt%)では抗菌活性値は2.3であった。
Examples 2 and 3
An antibacterial activity value was determined by carrying out an antibacterial test in the same manner as in Example 1 except that the dispersion used in Example 1 was diluted 10 times and 100 times with distilled water. The antibacterial activity value was 2.3 at 10-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.25 wt%), and the antibacterial activity value was 2.3 at 100-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.025 wt%). .
比較例7,8
比較例5で得られた分散液を蒸留水で10倍および100倍希釈したこと以外は実施例1と同様に抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めた。10倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.25wt%)で抗菌活性値は1.1であり、100倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.025wt%)では抗菌活性値は0.5であった。
Comparative Examples 7 and 8
An antibacterial activity value was obtained by carrying out an antibacterial test in the same manner as in Example 1 except that the dispersion obtained in Comparative Example 5 was diluted 10 times and 100 times with distilled water. The antibacterial activity value was 1.1 at 10-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.25 wt%), and the antibacterial activity value was 0.5 at 100-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.025 wt%). .
比較例9、10
比較例6で得られた分散液を蒸留水で10倍および100倍希釈したこと以外は実施例1と同様に抗菌試験を実施し抗菌活性値を求めた。10倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.25wt%)で抗菌活性値は0.4であり、100倍希釈(微細炭素繊維濃度=0.025wt%)では抗菌活性値は−0.1であった。
Comparative Examples 9 and 10
An antibacterial activity value was determined by carrying out an antibacterial test in the same manner as in Example 1 except that the dispersion obtained in Comparative Example 6 was diluted 10-fold and 100-fold with distilled water. The antibacterial activity value was 0.4 at 10-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.25 wt%), and the antibacterial activity value was −0.1 at 100-fold dilution (fine carbon fiber concentration = 0.025 wt%). It was.
実施例1〜3および比較例5〜10を用いた抗菌活性値の結果を表2に示す。AMC分散液である実施例1〜3は、いずれも抗菌活性値が2.0 以上となり、抗菌性を有することが示された。これに対し、微細炭素繊維A、Bを用いた分散液では抗菌活性値がいずれも2.0 以下となり、抗菌性が示されなかった。 The results of antibacterial activity values using Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 to 10 are shown in Table 2. Examples 1 to 3 , which are AMC dispersions, all have antibacterial activity values of 2.0 or more, indicating that they have antibacterial properties. On the other hand, in the dispersion using the fine carbon fibers A and B, the antibacterial activity value was 2.0 or less, and the antibacterial property was not shown.
本発明の微細炭素繊維分散液は、高濃度かつ均一に微細炭素繊維が分散した分散液である。本発明の微細炭素繊維分散液は、高濃度添加が求められる分野や均一な分散性が求められる分野に好適に利用できる。特に分散安定化において有効な有機高分子ポリマーは細菌類の最も好む栄養の一つであり水にこの分散剤を溶解した時点から増殖を開始するため分散液製造後長期間保存することが困難であった。本発明により各種CNTにおける抗菌特性の違いに基づいて、有用な抗菌性を備えた微細炭素分散液を見出したことで、これら課題を解決でき、リチウムイオン電池用の導電助剤や帯電防止コーティング等、様々な分野での実用化が可能となった。 The fine carbon fiber dispersion of the present invention is a dispersion in which fine carbon fibers are uniformly dispersed at a high concentration. The fine carbon fiber dispersion liquid of the present invention can be suitably used in fields requiring high concentration addition and fields requiring uniform dispersibility. In particular, organic polymers that are effective in stabilizing the dispersion are one of the most preferred nutrients of bacteria, and since the growth starts when the dispersant is dissolved in water, it is difficult to store for a long time after the dispersion is produced. there were. Based on the difference in antibacterial properties of various CNTs according to the present invention, the discovery of a fine carbon dispersion with useful antibacterial properties can solve these problems, such as a conductive auxiliary agent for lithium ion batteries, an antistatic coating, etc. Practical use in various fields has become possible.
Claims (3)
JIS Z 2801:2010の試験方法によって得られる抗菌活性値が2.0以上である抗菌性分散液。 A antimicrobial dispersion comprising a fine carbon fiber 0.001 wt%, the fine carbon fibers, graphite-net plane consisting solely of carbon atoms, and a top portion closed, bottom open A bell-shaped structural unit having a trunk portion, and an angle θ between a busbar of the trunk portion and a fiber axis is smaller than 15 °, and two to thirty bell-shaped structural units are stacked sharing a central axis. aggregates formed Te, the aggregate, seen including the fine carbon fibers, characterized in that by connecting with a gap in Head-to-Tail manner to form a fiber,
An antibacterial dispersion having an antibacterial activity value of 2.0 or more obtained by the test method of JIS Z 2801: 2010 .
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