JP7006339B2 - Layered material dispersion and its manufacturing method, manufacturing method of layered material laminate, and layered material laminate - Google Patents

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本開示は、層状材料分散体、及びその製造方法、層状材料積層体の製造方法、並びに層状材料積層体に関する。 The present disclosure relates to a layered material dispersion, a method for producing the same, a method for producing a layered material laminate, and a layered material laminate.

黒鉛(グラファイト)の単層構造であるグラフェンは、炭素六員環が平面方向に連なった二次元平面結晶であり、優れた導電性、熱伝導性等、優れた特性を有することから注目されている。グラフェンの優れた導電性、熱伝導性を引き出すためには、単層のグラフェン又は100nm以下等の範囲で複層化した薄片状黒鉛を用いることが求められている。 Graphene, which is a single-layer structure of graphite, is a two-dimensional planar crystal in which six-membered carbon rings are connected in the plane direction, and is attracting attention because it has excellent properties such as excellent conductivity and thermal conductivity. There is. In order to bring out the excellent conductivity and thermal conductivity of graphene, it is required to use a single layer of graphene or flaky graphite having multiple layers in the range of 100 nm or less.

グラファイトと同様に層状結晶構造を有する単体や層状化合物を包含する無機層状物質を、単層化したナノシートや、当該ナノシートを100nm以下の範囲で複層化したような薄片も、極めて薄い厚みに比べて、面サイズは通常μmオーダーという異方性の高い材料である。このような無機層状物質のナノシート乃至100nm以下の範囲で複層化したような薄片は、高い比表面積を有したり、その2次元構造に起因する特殊な物性や、更には新規な物性を有し得ることから、ナノ粒子、ナノチューブ等と並ぶ、ナノ物質の新しいカテゴリーとして注目されている。 Nanosheets made by monolayering inorganic layered substances including simple substances and layered compounds having a layered crystal structure similar to graphite, and flakes such as multi-layered nanosheets in the range of 100 nm or less are also extremely thin compared to the thickness. Therefore, the surface size is usually on the order of μm, which is a highly anisotropic material. Nanosheets of such inorganic layered substances or flakes such as those having multiple layers in the range of 100 nm or less have a high specific surface area, special physical properties due to their two-dimensional structure, and new physical properties. Because of this, it is attracting attention as a new category of nanomaterials, along with nanoparticles and nanotubes.

黒鉛や無機層状物質の薄片のような層状材料の成膜方法としては、化学蒸着法(CVD法)や、溶液塗布法等が知られており、中でも低コストで成膜可能な点から溶液塗布法が注目されている。
溶液塗布法により、黒鉛や無機層状物質の薄片のような層状材料を成膜する場合、溶液内で当該層状材料を分散しておく必要がある。
Chemical vapor deposition (CVD method), solution coating method, and the like are known as film forming methods for layered materials such as graphite and flakes of inorganic layered substances. Among them, solution coating is possible at low cost. The law is drawing attention.
When a layered material such as graphite or a thin piece of an inorganic layered substance is formed by the solution coating method, it is necessary to disperse the layered material in the solution.

黒鉛から剥離して薄片状黒鉛を得る方法としては、水などの極性溶媒中に黒鉛を添加し、超音波を用いて分散処理する方法が知られている(例えば、非特許文献1)。しかしながらこれらの方法では、剥離された黒鉛の厚みの分布が広くなり、充分に薄片化されていない黒鉛が無視できないほど残留するという問題があった。
また、六方晶窒化ホウ素や硫化モリブデン等の層状化合物についても、黒鉛と同様に液相で超音波照射を用いて剥離することにより、2次元ナノシートを製造することができると、開示されている(非特許文献2)。しかしながら、非特許文献2の方法によると面内方向の微細化が非常に進んでしまうものと微細化が不十分なものの両方が生成し、粒径が広範囲に分布してしまう傾向にあった。面内方向の微細化が非常に進んでしまうと、層状化合物の薄片同士が積層した積層膜を形成する際に、積層膜の機械的強度を低下させたり、積層膜内において電気や熱等を伝達させる際に薄片間の接触抵抗を増大させたりする要因になり機能向上において好ましくない。また、微細化が進まないものにおいては、100nmより厚い薄片が多く得られる傾向が高く、単層化したナノシート乃至100nm以下の範囲で複層化したような薄片は、収率が悪かった。
As a method of exfoliating from graphite to obtain flaky graphite, a method of adding graphite to a polar solvent such as water and dispersing it using ultrasonic waves is known (for example, Non-Patent Document 1). However, these methods have a problem that the distribution of the thickness of the exfoliated graphite is widened and the graphite that is not sufficiently thinned remains in a non-negligible manner.
Further, it is disclosed that a two-dimensional nanosheet can be produced by peeling a layered compound such as hexagonal boron nitride or molybdenum sulfide in a liquid phase using ultrasonic irradiation in the same manner as graphite (similar to graphite). Non-Patent Document 2). However, according to the method of Non-Patent Document 2, both the one in which the miniaturization in the in-plane direction is extremely advanced and the one in which the miniaturization is insufficient are produced, and the particle size tends to be widely distributed. If the miniaturization in the in-plane direction is extremely advanced, the mechanical strength of the laminated film may be lowered when the laminated film in which the thin sections of the layered compound are laminated is formed, or electricity, heat, etc. may be generated in the laminated film. It is not preferable for improving the function because it causes an increase in contact resistance between flakes during transmission. Further, in the case where the miniaturization did not proceed, there was a high tendency to obtain many flakes thicker than 100 nm, and the yield was poor for the monolayered nanosheets or the flakes having multiple layers in the range of 100 nm or less.

特許文献1には、窒化ホウ素をイオン液体と混合し、超音波照射等により窒化ホウ素を剥離することで、窒化ホウ素ナノシートがイオン液体中に分散している窒化ホウ素ナノシート含有分散液が得られる旨が開示され、更に、窒化ホウ素ナノシートと前記窒化ホウ素ナノシートに吸着しているイオン液体とを備える窒化ホウ素ナノシート複合体は溶媒中や樹脂中での分散性に優れると開示されている。しかしながら、特許文献1で用いるイオン液体は、窒化ホウ素の薄片へ強固に吸着し、洗浄や焼成によっても除去しにくい。イオン液体に用いられている有機カチオンは、特に窒化ホウ素の薄片に吸着し易いと推定される。そのため、特許文献1で得られるイオン液体が吸着した窒化ホウ素の薄片は分散性には優れるものの、薄片が積層した積層膜、自立膜を形成することは困難であった。特に、2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような窒化ホウ素の薄片同士が直に隣接する積層膜を作製することは困難であった。イオン液体が吸着した窒化ホウ素の薄片同士が積層した積層膜は、例えば放熱性能に劣ると考えられる。 Patent Document 1 states that a boron nitride nanosheet-containing dispersion liquid in which boron nitride nanosheets are dispersed in an ionic liquid can be obtained by mixing boron nitride with an ionic liquid and peeling off the boron nitride by ultrasonic irradiation or the like. Further, it is disclosed that the boron nitride nanosheet composite including the boron nitride nanosheet and the ionic liquid adsorbed on the boron nitride nanosheet is excellent in dispersibility in a solvent or a resin. However, the ionic liquid used in Patent Document 1 is strongly adsorbed on the boron nitride flakes and is difficult to remove by washing or firing. It is presumed that the organic cations used in ionic liquids are particularly susceptible to adsorption to boron nitride flakes. Therefore, although the boron nitride flakes adsorbed by the ionic liquid obtained in Patent Document 1 are excellent in dispersibility, it is difficult to form a laminated film or a self-supporting film in which the flakes are laminated. In particular, it has been difficult to produce a laminated film in which boron nitride flakes are directly adjacent to each other so as not to impair the special physical properties caused by the two-dimensional structure. A laminated film in which pieces of boron nitride adsorbed by an ionic liquid are laminated is considered to be inferior in heat dissipation performance, for example.

以上のことから、黒鉛や無機層状物質の薄片のような層状材料のナノシート乃至100nm以下の範囲で複層化したような薄片が、面内方向の微細化が進み過ぎない状態でより収率高く得られることが望まれていた。また、層状材料のナノシート乃至100nm以下の範囲で複層化したような薄片が、凝集し難く、且つ、2次元構造に起因する特殊な物性に優れた積層体、特に自立膜を形成し易い状態で得られることが望まれていた。 From the above, nanosheets of layered materials such as graphite and flakes of inorganic layered materials or flakes such as multi-layered in the range of 100 nm or less have higher yields in a state where miniaturization in the in-plane direction does not proceed too much. It was hoped that it would be obtained. In addition, nanosheets of layered materials or flakes that are multi-layered in the range of 100 nm or less are difficult to aggregate and are in a state where it is easy to form a laminated body having excellent special physical properties due to a two-dimensional structure, particularly a self-supporting film. It was hoped that it would be obtained in.

特開2015-187057号JP 2015-187057

“JACS”,2009,131,p.3611-3620"JACS", 2009, 131, p. 3611-3620 “Science”,2011,331,p.568-571"Science", 2011,331, p. 568-571

本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、凝集し難く、且つ層状物質の片が積層した自立膜を形成し易い層状材料分散体、及びその製造方法、当該層状材料分散体を用いた層状材料積層体の製造方法、並びに、機械強度の高い層状材料積層体を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and uses a layered material dispersion that is difficult to aggregate and easily forms a self-supporting film in which pieces of layered substances are laminated, a method for producing the same, and the layered material dispersion. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a layered material laminate and a layered material laminate having high mechanical strength.

本開示の1実施形態は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内であって、平均厚みが100nm以下である、層状材料1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下含有する、層状材料分散体を提供する。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
One embodiment of the present disclosure is a piece of a layered material excluding swellable clay minerals, in which the average surface spacing by X-ray diffractometry is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material, and the average thickness. Provided is a layered material dispersion containing 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) with respect to 1 part by mass of a layered material having a thickness of 100 nm or less. ..
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

本開示の1実施形態は、前記層状材料分散体の25℃における粘度が300mPa・s以上である、層状材料分散体を提供する。 One embodiment of the present disclosure provides a layered material dispersion having a viscosity of the layered material dispersion at 25 ° C. of 300 mPa · s or more.

本開示の1実施形態は、前記層状材料と前記有機化合物との合計含有量が、90質量%以上である、層状材料分散体を提供する。 One embodiment of the present disclosure provides a layered material dispersion in which the total content of the layered material and the organic compound is 90% by mass or more.

また、本開示の1実施形態は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下加えて、混練する工程を有する、層状材料分散体の製造方法を提供する。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
Further, in one embodiment of the present disclosure, 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) is added to 1 part by mass of a layered substance excluding swellable clay minerals. In addition, a method for producing a layered material dispersion having a kneading step is provided.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

また、本開示の1実施形態は、前記本開示の1実施形態の層状材料分散体を成膜又は成形する工程を有する、層状物質の片である層状材料が積層されてなる、層状材料積層体の製造方法を提供する。 Further, one embodiment of the present disclosure is a layered material laminate comprising a step of forming or molding a layered material dispersion of the above-mentioned one embodiment of the present disclosure, wherein the layered material which is a piece of the layered substance is laminated. Provides a manufacturing method for.

また、本開示の1実施形態は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、平均厚みが100nm以下である層状材料が積層されてなり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である、層状材料積層体であって、
下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を0.1質量%以上5質量%以下含有し、JIS-K7127(1999)に準拠した引張試験において、弾性率が3GPa以上である、層状材料積層体を提供する。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
Further, one embodiment of the present disclosure is a piece of a layered material excluding swellable clay minerals, in which layered materials having an average thickness of 100 nm or less are laminated, and the average surface spacing by X-ray diffraction method is the layered material. A layered material laminate having an average surface spacing of ± 0.01 nm.
It contains 0.1% by mass or more and 5% by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii), and has an elastic modulus of 3 GPa or more in a tensile test based on JIS-K7127 (1999). , A layered material laminate is provided.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

本開示の1実施形態によれば、凝集し難く、且つ層状物質の片が積層した自立膜を形成し易い層状材料分散体、及びその製造方法、当該層状材料分散体を用いた層状材料積層体の製造方法、並びに、機械強度の高い層状材料積層体を提供することができる。 According to one embodiment of the present disclosure, a layered material dispersion that is difficult to aggregate and easily forms a self-supporting film in which pieces of layered substances are laminated, a method for producing the same, and a layered material laminate using the layered material dispersion. As well as a layered material laminate having high mechanical strength can be provided.

実施例1で得られた本開示に係る層状材料1のレーザー顕微鏡写真の1つである。It is one of the laser micrographs of the layered material 1 which concerns on this disclosure obtained in Example 1. 文献(R.F.Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,14(1974)147-154)のTable5を示す。Table 5 of the literature (RF Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, 14 (1974) 147-154) is shown. 文献(R.F.Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,14(1974)147-154)のTable5の続きを示す。The continuation of Table 5 of the literature (RF Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, 14 (1974) 147-154) is shown.

以下、本開示の実施の形態や実施例などを、図面等を参照しながら説明する。但し、本開示は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態や実施例等の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明する場合があるが、上下方向が逆転してもよい。
本明細書において、ある部材又はある領域等のある構成が、他の部材又は他の領域等の他の構成の「上に(又は下に)」あるとする場合、特段の限定がない限り、これは他の構成の直上(又は直下)にある場合のみでなく、他の構成の上方(又は下方)にある場合を含み、すなわち、他の構成の上方(又は下方)において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
Hereinafter, embodiments and examples of the present disclosure will be described with reference to the drawings and the like. However, the present disclosure can be carried out in many different modes, and is not construed as being limited to the description contents of the embodiments and examples illustrated below. In addition, in order to clarify the explanation, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the actual embodiment, but this is just an example, and the interpretation of the present disclosure is used. It is not limited. Further, in the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures may be designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted as appropriate. Further, for convenience of explanation, the phrase "upper" or "lower" may be used for explanation, but the vertical direction may be reversed.
In the present specification, when a configuration such as a member or a region is "above (or below)" another configuration such as another member or another region, unless otherwise specified. This includes not only the case of being directly above (or directly below) the other configuration, but also the case of being above (or below) the other configuration, that is, another configuration in between above (or below) the other configuration. Including the case where the element is included.

以下、本開示の第1の実施形態の層状材料分散体及びその製造方法、層状材料積層体、並びに、層状材料積層体の製造方法について順に説明する。
なお、本開示における沸点及び融点は、1気圧における沸点及び融点であり、その他の物性も特に断りがない限り、1気圧において測定されるものである。
Hereinafter, a layered material dispersion and a method for producing the same, a layered material laminate, and a method for producing the layered material laminate according to the first embodiment of the present disclosure will be described in order.
The boiling point and melting point in the present disclosure are the boiling point and melting point at 1 atm, and other physical properties are also measured at 1 atm unless otherwise specified.

I.層状材料分散体
本開示の1実施形態の層状材料分散体は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内であって、平均厚みが100nm以下である、層状材料1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下含有する、層状材料分散体である。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
I. Layered Material Dispersion The layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure is a piece of a layered material excluding swelling clay minerals, and the average surface spacing by the X-ray diffractometry is ± 0.01 nm. Contains 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) with respect to 1 part by mass of a layered material having an average thickness of 100 nm or less. It is a layered material dispersion.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

本開示において、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質とは、グラファイト(黒鉛)、及び、グラファイトと同様に層状の結晶構造を有する単体や層状化合物を包含するものであり、膨潤性粘土鉱物は含まれない。なお、当該膨潤性粘土鉱物は、水や有機溶媒中で撹拌するだけで膨潤する粘土鉱物をいう。具体的には、膨潤力が5mL/2g以上であるものをいい、当該膨潤力は、日本ベントナイト工業会標準試験方法JBAS-104-77、ベントナイト(粉状)の膨潤力測定方法に準じた方法で、水50mLの入った100mL容メスシリンダーに粘土鉱物の粉末2.0gを少量ずつ入れて自然沈降させ膨潤した粘土鉱物の見かけ容積を読むことで測定することができる。当該膨潤性粘土鉱物としては、モンモリロナイト、ベントナイト等のスメクタイト群とバーミキュライト群のような膨潤性粘土鉱物(粘土ハンドブック、第二版、日本粘土学会編、技報堂出版(株)、1987年4月30日発行)等が挙げられる。一方、膨潤力が5mL/2g未満である非膨潤性粘土鉱物としては、例えば、天然物又は合成物の雲母、タルク、カオリン、パイロフィライト等が挙げられる。 In the present disclosure, the layered substance excluding the swellable clay mineral includes graphite (graphite) and a simple substance or a layered compound having a layered crystal structure similar to graphite, and includes the swellable clay mineral. do not have. The swellable clay mineral refers to a clay mineral that swells only by stirring in water or an organic solvent. Specifically, it means that the swelling power is 5 mL / 2 g or more, and the swelling power is a method according to the standard test method JBAS-104-77 of the Japan Bentonite Industry Association and the method for measuring the swelling power of bentonite (powder). Then, 2.0 g of clay mineral powder is put into a 100 mL measuring cylinder containing 50 mL of water little by little, and the clay mineral is naturally settled and swollen. It can be measured by reading the apparent volume of the clay mineral. The swellable clay minerals include smectites such as montmorillonite and bentonite and swellable clay minerals such as vermiculite (Clay Handbook, 2nd Edition, edited by Japan Clay Society, Gihodo Publishing Co., Ltd., April 30, 1987. Issuance) and so on. On the other hand, examples of the non-swellable clay mineral having a swelling power of less than 5 mL / 2 g include natural or synthetic mica, talc, kaolin, pyrophyllite and the like.

このような層状物質は、層状結晶構造を有するものであり、例えば共有結合やイオン結合のような強い結合により形成されている単位層が、主に弱いファンデルワールス力を介して積層した層状構造を有する。
層状物質のうち、単体としては例えば、グラファイト(黒鉛)、及びリン(特に黒リン)等が挙げられ、層状化合物としては、例えば、グラファイトの類似化合物である六方晶窒化ホウ素(h-BN)、菱面体晶窒化ホウ素(r-BN)、乱層構造窒化ホウ素(t-BN)等の層状構造を含む窒化ホウ素;六方晶炭窒化ホウ素(h-BCN);遷移金属ダイカルコゲナイド(MCh2、ここで、M=Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W等の遷移金属、Ch=S,Se,Teから選ばれる少なくとも1種);13族カルコゲナイド(GaS,GaSe,GaTe,InSe等);14族カルコゲナイド(GeS,SnS,SnSe,PbO等);ビスマスカルコゲナイド(BiSe,BiTe)、天然物又は合成物の雲母、タルク、カオリン、パイロフィライト等の非膨潤性粘土鉱物等が挙げられる。
本開示に用いられる層状物質としては、中でも、グラファイト、六方晶窒化ホウ素、六方晶炭窒化ホウ素(h-BCN)、及び遷移金属ダイカルコゲナイドからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
Such a layered material has a layered crystal structure, and is a layered structure in which unit layers formed by strong bonds such as covalent bonds and ionic bonds are laminated mainly via a weak van der Waals force. Has.
Among the layered substances, examples thereof include graphite (graphite) and phosphorus (particularly black phosphorus) as simple substances, and examples of the layered compound include hexagonal boron nitride (h-BN), which is a compound similar to graphite. Boron Nitride Containing Layered Structures such as Rhombus Crystal Boron Nitride (r-BN), Random Layered Boron Nitride (t-BN); Hexagonal Carbon Boron Nitride (h-BCN); Transition Metal Dichalcogenide (MCh2, where) , M = Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W and other transition metals, at least one selected from Ch = S, Se, Te); Group 13 chalcogenides (GaS, GaSe, GaTe, InSe, etc.) ); Group 14 chalcogenides (GeS, SnS 2 , SnSe 2 , PbO, etc.); Bismas calcogenides (Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3 ), natural or synthetic mica, talc, kaolin, pyrophyllite, etc. Examples include swellable clay minerals.
The layered material used in the present disclosure is preferably at least one selected from the group consisting of graphite, hexagonal boron nitride, hexagonal carbon boron nitride (h-BCN), and transition metal dichalcogenides. ..

本開示の層状材料分散体に含まれる層状材料は、前記層状物質の片であり、層状物質を単層化したナノシート、及び、当該ナノシートが複層化された片の少なくとも一方を含み、薄片の平均厚みが100nm以下の範囲の層状材料である。本開示に用いられる当該層状材料は、後に詳述する。 The layered material contained in the layered material dispersion of the present disclosure is a piece of the layered substance, and contains at least one of a nanosheet in which the layered substance is monolayered and a piece in which the nanosheet is multi-layered, and is a thin piece. It is a layered material having an average thickness in the range of 100 nm or less. The layered material used in the present disclosure will be described in detail later.

本開示の層状材料分散体に含まれる層状材料は、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である。例えば、フッ素化した化合物や、層状物質にフッ化水素をドーピングした材料の場合には、平均面間隔がフッ素化前やフッ化水素ドーピング前の層状物質よりもずっと広い面間隔を有するものとなり、層状材料積層体とした場合の物性が阻害され得るが、本開示の層状材料分散体に含まれる層状材料は、原料である層状物質との平均面間隔の差異が殆どなく、層状物質を単層化したナノシート、及び、当該ナノシートが複層化された片の少なくとも一方を含むものである。
本開示の1実施形態の層状材料分散体において含まれる層状材料は、単層のナノシート又は前記平均面間隔が層状物質と同様の範囲内で複層化した片であって平均厚みが100nm以下であることから、2次元構造に起因する特殊な物性や、高い比表面積に対する応用を期待できるものである。
In the layered material contained in the layered material dispersion of the present disclosure, the average surface spacing by the X-ray diffraction method is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material. For example, in the case of a fluorinated compound or a material in which a layered material is doped with hydrogen fluoride, the average surface spacing is much wider than that of the layered material before fluorination or hydrogen fluoride doping. Although the physical properties of the layered material laminate may be hindered, the layered material contained in the layered material dispersion of the present disclosure has almost no difference in average surface spacing from the layered material as a raw material, and the layered material is a single layer. It contains a fluorinated nanosheet and at least one of the multi-layered pieces of the nanosheet.
The layered material contained in the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure is a single-layered nanosheet or a multi-layered piece having an average surface area within the same range as that of the layered material, and has an average thickness of 100 nm or less. Therefore, it can be expected to be applied to special physical properties due to the two-dimensional structure and high specific surface area.

本開示の1実施形態の層状材料分散体は、前記のような層状材料1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下含有する、層状材料分散体である。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
本開示の1実施形態の層状材料分散体は、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物によって、層状物質の薄片間の剥離が促進されて分散されてなるものであり、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、前記層状材料の再凝集を防止し分散性を安定的に保持するものである。一方で、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、イオン液体とは異なり、前記層状材料に対して強固に吸着しないものである。そのため、当該層状材料分散体は、層状物質の片が積層した自立膜を形成し易く、層状物質の2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができる。更に、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、適宜減圧下で適宜加熱することによって、揮発し得るものである。そのため、当該層状材料分散体は、例えば非多孔質基材へ塗布後に必要に応じて減圧下で適宜加熱して前記有機化合物を除去することによって、層状物質の2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができる。当該層状材料分散体によれば、多孔質基材を用いなくても、非多孔質基材へ直接、層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができるため、非多孔質基材に対する積層体の密着性が向上したり、表面に凹凸を有する非多孔質基材においても表面の凹凸に追従して前記積層体を形成することができる。
2次元構造に起因する特性としては、原料として用いられる層状物質の構成原子や原子配列等によるが、例えば、熱伝導性、高絶縁性、導電性、半導体性、磁性、強誘電性、焦電性、光磁気性、機械的特性、電磁波吸収性、電磁波反射性、非線形光学性、光吸収性、発光性等が挙げられる。
本開示によれば、前記層状材料が凝集し難く且つ加工し易い薄片のまま積層し、集積膜等の積層体を任意に形成することができるため、各種物性に優れた層状材料積層体を得ることができる。
The layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure contains 1 part by mass or more of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) with respect to 1 part by mass of the layered material as described above. It is a layered material dispersion containing the following.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
The layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure is formed by the organic compounds satisfying the above (i), (ii) and (iii), in which the separation between the flakes of the layered substance is promoted and dispersed. The organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) prevents the layered material from reaggregating and stably maintains the dispersibility. On the other hand, unlike the ionic liquid, the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) does not strongly adsorb to the layered material. Therefore, in the layered material dispersion, it is easy to form a self-supporting film in which pieces of the layered material are laminated, and thin pieces of the layered material are directly adjacent to each other so as not to impair the special physical properties due to the two-dimensional structure of the layered material. A laminate can be formed. Further, the organic compounds satisfying the above (i), (ii) and (iii) can be volatilized by appropriately heating under reduced pressure. Therefore, the layered material dispersion has special physical properties due to the two-dimensional structure of the layered substance, for example, by appropriately heating it under reduced pressure as necessary after coating it on a non-porous substrate to remove the organic compound. It is possible to form a laminated body in which flakes of layered substances that do not impair the above are directly adjacent to each other. According to the layered material dispersion, a laminated body in which flakes of layered substances are directly adjacent to each other can be formed directly on the non-porous base material without using a porous base material, so that the layered material dispersion is non-porous. The adhesion of the laminate to the substrate can be improved, and even a non-porous substrate having irregularities on the surface can form the laminate by following the irregularities on the surface.
The characteristics due to the two-dimensional structure depend on the constituent atoms and atomic arrangement of the layered material used as a raw material, but for example, thermal conductivity, high insulation, conductivity, semiconductority, magnetism, strong dielectric property, and electroelectricity. Properties, photomagnetism, mechanical properties, electromagnetic wave absorption, electromagnetic wave reflectivity, non-linear optics, light absorption, light emission and the like can be mentioned.
According to the present disclosure, the layered materials can be laminated as flakes that are difficult to aggregate and easy to process to arbitrarily form a laminated body such as an integrated film, so that a layered material laminated body having excellent various physical properties can be obtained. be able to.

[層状材料]
本開示の層状材料は、層状物質の片であり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である。
本開示の層状材料は、X線回折法による平均面間隔や結晶構造の測定と、蛍光X線測定による含有元素の特定や赤外分光測定による層間挿入した有機物の特定等を組み合わせることにより、層状物質を同定することができる。
本開示の層状材料は、原料の層状物質の薄片間の剥離が促進されてなるものであるが、原料の層状物質と同様の平均面間隔を有するものであり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である。
例えば、通常、黒鉛の平均面間隔(d002)は0.336nmであるので、本開示の層状材料が黒鉛の片である場合、平均面間隔(d002)は0.326nm以上0.346nm以下の範囲内にある。また、通常、六方晶窒化ホウ素の(002)面の平均面間隔(d002)は0.335nmであるので、本開示の層状材料が六方晶窒化ホウ素の片である場合、平均面間隔(d002)は0.325nm以上0.345nm以下の範囲内にある。また、通常、二硫化モリブデンの(002)面の平均面間隔(d002)は0.616nmであるので、本開示の層状材料が二硫化モリブデンの片である場合、平均面間隔(d002)は0.606nm以上0.626nm以下の範囲内にある。
層状材料に対して、X線回折装置(粉末X線回折 例えば、株式会社リガク製、型名:Miniflex II)を用いて、CuKα線(λ=0.15418nm)による回折パターンから、ピーク位置の2θを特定し、Braggの回折式:λ=2d・sinθより、平均面間隔:dを算出することができる。
[Layered material]
The layered material of the present disclosure is a piece of a layered material, and the average surface spacing by the X-ray diffraction method is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material.
The layered material of the present disclosure is layered by combining the measurement of the average plane spacing and the crystal structure by the X-ray diffraction method, the identification of the contained elements by the fluorescent X-ray measurement, the identification of the organic substance inserted between layers by the infrared spectroscopic measurement, and the like. The substance can be identified.
The layered material of the present disclosure is one in which peeling between flakes of the layered material of the raw material is promoted, but has the same average surface spacing as the layered material of the raw material, and the average surface spacing by the X-ray diffractometry. Is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material.
For example, since the average interplanar spacing (d002) of graphite is usually 0.336 nm, when the layered material of the present disclosure is a piece of graphite, the average interplanar spacing (d002) is in the range of 0.326 nm or more and 0.346 nm or less. It is inside. Further, since the average interplanar spacing (d002) of the (002) plane of hexagonal boron nitride is usually 0.335 nm, when the layered material of the present disclosure is a piece of hexagonal boron nitride, the average interplanar spacing (d002) is used. Is in the range of 0.325 nm or more and 0.345 nm or less. Further, since the average interplanar spacing (d002) of the (002) plane of molybdenum disulfide is usually 0.616 nm, the average interplanar spacing (d002) is 0 when the layered material of the present disclosure is a piece of molybdenum disulfide. It is in the range of .606 nm or more and 0.626 nm or less.
For the layered material, using an X-ray diffractometer (powder X-ray diffraction, for example, manufactured by Rigaku Co., Ltd., model name: Miniflex II), from the diffraction pattern by CuKα ray (λ = 0.15418 nm), 2θ at the peak position. , And the average plane spacing: d can be calculated from Bragg's diffraction formula: λ = 2d · sinθ.

本開示の層状材料は、各々は、構成する単位層厚みの整数倍の厚みを有するものであり、平均厚みが約0.3nm以上100nm以下である。本開示の層状材料の平均厚みは、好ましくは80nm以下、より好ましくは60nm以下、より更に好ましくは50nm以下であることが望ましい。
なお、本開示の層状材料の厚みは、層状材料の面積が最大になる方向から見た時の層状材料の表面に対して直交する方向の層状材料の最大寸法をいう。
本開示の層状材料の厚みは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定することができる。
本開示の層状材料の平均厚みは、基板上に層状材料を独立分散させた状態で厚みをAFMで測定し、200個の層状材料の厚みの測定値の平均値を算出することで求めることができる。
Each of the layered materials of the present disclosure has a thickness that is an integral multiple of the constituent unit layer thickness, and has an average thickness of about 0.3 nm or more and 100 nm or less. The average thickness of the layered material of the present disclosure is preferably 80 nm or less, more preferably 60 nm or less, still more preferably 50 nm or less.
The thickness of the layered material disclosed in the present disclosure refers to the maximum dimension of the layered material in the direction orthogonal to the surface of the layered material when viewed from the direction in which the area of the layered material is maximized.
The thickness of the layered material of the present disclosure can be measured using an atomic force microscope (AFM).
The average thickness of the layered material of the present disclosure can be obtained by measuring the thickness with AFM in a state where the layered material is independently dispersed on the substrate and calculating the average value of the measured values of the thickness of 200 layered materials. can.

より具体的には以下のようにして平均厚みを求めることができる。
層状材料分散体をサンプリングし、溶媒で20~2000倍に希釈して薄片を凝集させずに分散させた後に、孔径0.02μm以下のメンブレンフィルター上に塗布することで溶媒を濾別しメンブレンフィルター上に層状材料を凝集させずに独立した状態で配置させる。前記希釈溶媒としては、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒に適宜界面活性剤(例えば、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)を2%(溶媒に対して)添加した溶液を用いても良い。メンブレンフィルター上に凝集させずに独立した状態で配置された層状材料に、洗浄済みのシリコンウエハーを押し付け、剥がすことでシリコンウエハー上に層状材料を転写する。このシリコンウエハー上に独立分散した状態で付着している層状材料をAFMで測定し、薄片の厚みを測定する。AFM測定は、島津製作所製ナノサーチ顕微鏡SFT-3500における走査型プローブ顕微鏡(SPM)の機能を用い、コンタクトモード、即ちAFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)で走査範囲を10μm×10μmにして測定を行うことができる。シリコンウエハーに付着している層状材料におけるシリコンウエハーと層状材料の高さの差を層状材料の厚みとする。面方向サイズの最大径が10μmより大きい場合は、走査範囲を30μm×30μmにして測定することが出来る。更に面方向サイズの最大径が30μmより大きい場合は、島津製作所製ナノサーチ顕微鏡SFT-3500におけるレーザー顕微鏡(SLM)の機能を用い、走査範囲を例えば640×480μmにして、共焦点光学系の機能を用いて層状材料の厚みの測定を行うことができる。
層状材料の平均厚みは、AFM及び又はSLMにより、層状材料を合計200個観測できるまで上記操作を繰り返し、AFM及び又はSLMで観測され、無作為に選んだ200個分の層状材料の厚みの測定値の平均値を算出することで求めることができる。
More specifically, the average thickness can be obtained as follows.
The layered material dispersion is sampled, diluted 20 to 2000 times with a solvent to disperse the flakes without agglomeration, and then applied on a membrane filter having a pore size of 0.02 μm or less to separate the solvent and perform a membrane filter. The layered material is placed on top in an independent state without agglomeration. As the diluting solvent, a surfactant (for example, polyoxyethylene sorbitan monolaurate) is appropriately used in a solvent having a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more in the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii). ) May be added (with respect to the solvent). The washed silicon wafer is pressed against the layered material arranged independently without being aggregated on the membrane filter, and the layered material is transferred onto the silicon wafer by peeling it off. The layered material adhering to the silicon wafer in an independently dispersed state is measured by AFM, and the thickness of the flakes is measured. For AFM measurement, the scanning range is set to 10 μm × 10 μm in the contact mode, that is, AFM (Atomic Force Microscope) using the function of the scanning probe microscope (SPM) in the nanosearch microscope SFT-3500 manufactured by Shimadzu Corporation. Measurements can be made. The difference in height between the silicon wafer and the layered material in the layered material adhering to the silicon wafer is defined as the thickness of the layered material. When the maximum diameter in the plane direction is larger than 10 μm, the scanning range can be set to 30 μm × 30 μm for measurement. Furthermore, when the maximum diameter in the plane direction is larger than 30 μm, the function of the confocal optical system is set to, for example, 640 × 480 μm by using the function of the laser microscope (SLM) in the nanosearch microscope SFT-3500 manufactured by Shimadzu Corporation. Can be used to measure the thickness of the layered material.
The average thickness of the layered material was measured by repeating the above operation until a total of 200 layered materials could be observed by AFM and / or SLM, and the thickness of 200 layered materials randomly selected was observed by AFM and / or SLM. It can be obtained by calculating the average value of the values.

本開示の層状材料分散体は、薄片の厚みが50nm以下の層状材料の層状材料全体に対する含有割合が、10個数%以上であることが好ましく、更に50個数%以上であることが好ましく、より更に70個数%以上であることが好ましい。2次元構造に起因する特性に優れる点から、薄片の厚みが50nm以下の層状材料の層状材料全体に対する含有割合は多ければ多いほど好ましく、80個数%以上であることがより好ましく、90個数%以上であることがより更に好ましい。中でも、厚みが0.3nm以上10nm未満の層状材料の層状材料全体に対する含有割合は、10個数%以上であることが好ましく、更に20個数%以上であることが好ましい。
前記個数%は、層状材料の全個数に対する、該当する厚みの層状材料の個数の割合を表す。
In the layered material dispersion of the present disclosure, the content ratio of the layered material having a thin section thickness of 50 nm or less with respect to the entire layered material is preferably 10% by number or more, more preferably 50% by number or more, and further. It is preferably 70% by number or more. From the viewpoint of excellent characteristics due to the two-dimensional structure, the larger the content ratio of the layered material having a thickness of 50 nm or less to the entire layered material is, the more preferably 80% by number or more, and more preferably 90% by number or more. Is even more preferable. Above all, the content ratio of the layered material having a thickness of 0.3 nm or more and less than 10 nm with respect to the entire layered material is preferably 10% by number or more, and more preferably 20% by number or more.
The number% represents the ratio of the number of layered materials having a corresponding thickness to the total number of layered materials.

また、本開示の層状材料の面方向サイズは、層状材料の面積が最大になる方向から見た時の層状材料の表面の大きさをいい、最大径が0.05μm以上100μm以下の範囲内であることが好ましく、更に0.1μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましく、より更に0.5μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。前記面方向サイズは、光学顕微鏡、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等で直接観察により測定できる。平均最大径は、平均厚みと同様に、顕微鏡で測定され、無作為に選んだ200個分の層状材料の最大径の平均値を算出することで求めることができる。 Further, the plane size of the layered material of the present disclosure refers to the size of the surface of the layered material when viewed from the direction in which the area of the layered material is maximized, and the maximum diameter is within the range of 0.05 μm or more and 100 μm or less. It is preferably in the range of 0.1 μm or more and 50 μm or less, and further preferably in the range of 0.5 μm or more and 50 μm or less. The plane size can be measured by direct observation with an optical microscope, an electron microscope, an atomic force microscope, or the like. The average maximum diameter can be determined by calculating the average value of the maximum diameters of 200 randomly selected layered materials measured by a microscope as well as the average thickness.

本開示の層状材料は各々、アスペクト比(最大径/厚み)が10以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。本開示の層状材料の平均アスペクト比(平均最大径/平均厚み)は10以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。 Each of the layered materials of the present disclosure preferably has an aspect ratio (maximum diameter / thickness) of 10 or more, and more preferably 50 or more. The average aspect ratio (average maximum diameter / average thickness) of the layered material of the present disclosure is preferably 10 or more, and more preferably 50 or more.

また、本開示の層状材料分散体中の層状材料の粒度分布は、レーザー回折式粒子径分布測定装置により測定することもできる。
本開示の層状材料分散体中の層状材料のレーザー回折式粒子径分布測定装置による粒度分布は、1μm未満が50個数%以下、1μm以上10μm以下が5個数%以上90個数%以下、10μm超過が10個数%以上90個数%以下であることが好ましく、1μm未満が30個数%以下、1μm以上10μm以下が10個数%以上85個数%以下、10μm超過が20個数%以上80個数%以下であることが更に好ましい。
また、本開示の層状材料分散体中の層状材料のレーザー回折式粒子径分布測定装置による個数分布平均値として求められる平均粒子径(D50 メディアン(中央値))は、層状物質の片が積層した自立膜を形成し易い点から、0.1μm以上500μm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることが更に好ましい。
層状材料のレーザー回折式粒子径分布測定装置による粒子径は、概ね、層状材料の最大径である面方向サイズを表していると考えられる。
レーザー回折式粒子径分布測定装置による粒度分布の測定としては、層状材料分散体に含まれる有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒で、層状材料分散体をレーザー回折式粒子径分布測定装置で測定可能な濃度に適宜希釈し、レーザー回折式粒子径分布測定装置(例えば、島津製作所製、レーザー回折式粒子径分布測定装置SALD-2300)を用いて25℃にて測定することができる。希釈の程度は、例えば、光路長6mmの粒度分布測定用セルにおいて吸光度が0.09を示す様に希釈することを目安にすることができる。また、粒度分布測定に必要なパラメータである分散体の屈折率は、分散体中の層状材料の屈折率を用いることができる。
Further, the particle size distribution of the layered material in the layered material dispersion of the present disclosure can also be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.
The particle size distribution of the layered material in the layered material dispersion of the present disclosure by the laser diffraction type particle size distribution measuring device is 50% or less for less than 1 μm, 5% or more and 90% or less for 1 μm or more and 10 μm or less, and more than 10 μm. It is preferably 10% or more and 90% or less, and less than 1 μm is 30% or less, 1 μm or more and 10 μm or less is 10% or more and 85% or less, and 10 μm or more is 20% or more and 80% or less. Is more preferable.
Further, the average particle size (D50 median (median)) obtained as the average number distribution by the laser diffraction type particle size distribution measuring device of the layered material in the layered material dispersion of the present disclosure is obtained by laminating pieces of layered substances. From the viewpoint of easily forming a self-supporting film, it is preferably 0.1 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 100 μm or less.
It is considered that the particle size of the layered material by the laser diffraction type particle size distribution measuring device generally represents the size in the plane direction, which is the maximum diameter of the layered material.
In the measurement of the particle size distribution by the laser diffraction type particle size distribution measuring device, the layered material dispersion is laser diffracted by using a solvent having a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more in the organic compound contained in the layered material dispersion. Dilute appropriately to a concentration that can be measured by the distribution measuring device, and measure at 25 ° C. using a laser diffraction type particle size distribution measuring device (for example, laser diffraction type particle size distribution measuring device SALD-2300 manufactured by Shimadzu Corporation). Can be done. As a guideline, the degree of dilution can be, for example, diluted so that the absorbance in a particle size distribution measuring cell having an optical path length of 6 mm shows 0.09. Further, as the refractive index of the dispersion, which is a parameter required for measuring the particle size distribution, the refractive index of the layered material in the dispersion can be used.

[有機化合物]
本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物である。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
本開示の層状材料分散体では、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を選択して、層状材料を分散時に組み合わせて用いることにより、比較的高粘度な液状中で層状物質の薄片間の剥離が促進されながら、層状物質の薄片である層状材料が分散されて、且つ、前記層状材料の再凝集を防止し分散性を安定的に保持することができる。前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、SP値が8以上20以下であって1気圧における沸点が100℃以上280℃以下であることから、イオン液体とは異なり、前記層状材料に対して強固に吸着しないものである。そのため、当該層状材料分散体は、層状物質の片が積層した自立膜を形成し易く、層状物質の2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができる。更に、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、必要に応じて減圧下で適宜加熱することによって、揮発し得るものである。そのため、当該層状材料分散体は、多孔質基材上だけでなく、非多孔質基材へ塗布後に適宜減圧下で適宜加熱して前記有機化合物を除去することによって、非多孔質基材上にも直接、層状物質の2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができる。
[Organic compound]
The organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure is an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii).
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
In the layered material dispersion of the present disclosure, by selecting an organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) and using the layered material in combination at the time of dispersion, the layered material is layered in a relatively high-viscosity liquid. While the separation between the flakes of the substance is promoted, the layered material which is the flakes of the layered substance is dispersed, and the reaggregation of the layered material can be prevented and the dispersibility can be stably maintained. The organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) is different from the ionic liquid because the SP value is 8 or more and 20 or less and the boiling point at 1 atm is 100 ° C. or more and 280 ° C. or less. It does not firmly adsorb to the layered material. Therefore, in the layered material dispersion, it is easy to form a self-supporting film in which pieces of the layered material are laminated, and thin pieces of the layered material are directly adjacent to each other so as not to impair the special physical properties due to the two-dimensional structure of the layered material. A laminate can be formed. Further, the organic compounds satisfying the above (i), (ii) and (iii) can be volatilized by appropriately heating under reduced pressure, if necessary. Therefore, the layered material dispersion is not only on the porous substrate, but also on the non-porous substrate by appropriately heating it under reduced pressure after coating it on the non-porous substrate to remove the organic compound. It is also possible to directly form a laminated body in which flakes of the layered material are directly adjacent to each other so as not to impair the special physical properties caused by the two-dimensional structure of the layered material.

本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、(i)SP値が8以上20以下であるが、当該SP値は、中でも薄片間の剥離が促進される点と分散性の点から、10以上が好ましく、また、16以下であることが好ましい。
なお、 SP値(溶解度パラメータ)の測定方法や計算方法は幾つかあるが、本開示においては、Fedorsの方法[Fedors, R. F., Polymer Eng. Sci., 14, 147 (1974)]により決定する。Fedorsの方法ではSP値を、原子団寄与法により求めているが、原子団寄与法とは分子をいくつかの原子団に分割し、各原子団に経験パラメータを割り振って分子全体の物性を決定する手法である。
The organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure has (i) an SP value of 8 or more and 20 or less, and the SP value is particularly high in terms of promoting exfoliation between flakes and dispersibility. It is preferably 10 or more, and preferably 16 or less.
Although there are several methods for measuring and calculating the SP value (solubility parameter), in the present disclosure, the method of Fedors [Fedors, R.I. F. , Polymer Eng. Sci. , 14, 147 (1974)]. In the Fedors method, the SP value is obtained by the atomic group contribution method. In the atomic group contribution method, the molecule is divided into several atomic groups, and empirical parameters are assigned to each atomic group to determine the physical properties of the entire molecule. It is a method to do.

分子のSP値δは以下の式で定義される。
δ=(ΣΔei/ΣΔvi)1/2
δ :SP値((cal/cm1/2
Δei :各原子団のモル蒸発熱(cal/mol)
Δvi :各原子団のモル体積(cm/mol)
The SP value δ of the molecule is defined by the following formula.
δ = (ΣΔei / ΣΔvi) 1/2
δ: SP value ((cal / cm 3 ) 1/2 )
Δei: Molar heat of vaporization of each atomic group (cal / mol)
Δvi: Molar volume of each atomic group (cm 3 / mol)

構成原子団iのモル蒸発熱(Δei)及びモル体積(Δvi)は、文献(R.F.Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,14(1974)147-154)のTable5(図2及び図3参照)に示す数値を用いる。 The molar heat of vaporization (Δei) and the molar volume (Δvi) of the constituent atomic group i are described in Table 5 (see FIGS. 2 and 3) of the literature (RF Fedors, POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, 14 (1974) 147-154). Use the values shown in.

本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。当該有機化合物は、比較的高粘度な液状中で層状物質の薄片間の剥離を促進し、当該有機化合物に分散され易い点から、30℃での粘度が10万mPa・s以下であることが好ましい。当該有機化合物は、中でも30℃での粘度が、20mPa・s以上10,000mPa・s以下であることが好ましく、30mPa・s以上1,000mPa・s以下であることが更に好ましい。
中でも、融点が28℃以下で、且つ、28℃の粘度が10mPa・s以上であることが好ましく、一方で、10万mPa・s以下であることが好ましく、20mPa・s以上10,000mPa・s以下であることが更に好ましく、30mPa・s以上1,000mPa・s以下であることがより更に好ましい。
なお、本開示において30℃、28℃、又は25℃における粘度はそれぞれ、ASTMD4440に準じて測定するものをいう。
The organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure has (ii) a melting point of 30 ° C. or lower and a viscosity of 30 ° C. of 10 mPa · s or more. The organic compound has a viscosity of 100,000 mPa · s or less at 30 ° C. because it promotes peeling between flakes of the layered substance in a relatively high-viscosity liquid and is easily dispersed in the organic compound. preferable. The organic compound preferably has a viscosity at 30 ° C. of 20 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and more preferably 30 mPa · s or more and 1,000 mPa · s or less.
Above all, it is preferable that the melting point is 28 ° C. or lower and the viscosity at 28 ° C. is 10 mPa · s or more, while it is preferably 100,000 mPa · s or less, and 20 mPa · s or more and 10,000 mPa · s. It is more preferably 30 mPa · s or more, and further preferably 1,000 mPa · s or less.
In the present disclosure, the viscosities at 30 ° C., 28 ° C., or 25 ° C. are measured according to ASTMD4440, respectively.

本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。1気圧における沸点がこの範囲内であれば、必要に応じて減圧することにより、比較的低温で加熱することによって、揮発し得る。そのため、前述のように、多孔質基材上だけでなく、非多孔質基材上にも直接、層状物質の2次元構造に起因する特殊な物性を損なわないような層状物質の薄片同士が直に隣接する積層体を形成することができ、且つ、耐熱性が比較的低い非多孔質基材上にも直接前記積層体を形成することができる。 The organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure has a boiling point (iii) of 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower. If the boiling point at 1 atm is within this range, it can be volatilized by heating at a relatively low temperature by reducing the pressure as necessary. Therefore, as described above, the flakes of the layered material are directly formed not only on the porous base material but also directly on the non-porous base material so as not to impair the special physical properties due to the two-dimensional structure of the layered material. It is possible to form a laminated body adjacent to the above, and the laminated body can be directly formed on a non-porous base material having a relatively low heat resistance.

本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、沸点が100℃以上280℃以下であり、イオン液体とは異なるものである。また、本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、塩を形成していないことが好ましく、有機カチオンを含まないことが好ましい。 The organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure has a boiling point of 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, which is different from that of an ionic liquid. Further, the organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure preferably does not form a salt, and preferably does not contain an organic cation.

また、本開示の層状材料分散体に用いられる有機化合物は、薄片間の剥離が促進される点と分散性の点から、酸素原子及び窒素原子の少なくとも1つを含むことが好ましく、更に、1級、2級、3級アミン構造、イミン構造、及び水酸基の少なくとも1つを含むことが好ましい。 Further, the organic compound used in the layered material dispersion of the present disclosure preferably contains at least one of an oxygen atom and a nitrogen atom from the viewpoint of promoting separation between flakes and dispersibility, and further, 1 It preferably contains at least one of a primary, secondary or tertiary amine structure, imine structure, and hydroxyl group.

前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物としては、例えば、2,2’-イミノジエタノール(SP値14.9、融点28℃、30℃における粘度 380mPa・s、沸点268℃)、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(DBU)(SP値8.83、融点-70℃、30℃における粘度 30mPa・s、沸点261℃)、1,1,3,3-テトラメチルグアニジン(TMG)(SP値9.10、融点-30℃、30℃における粘度 20mPa・s、沸点163℃)等が挙げられる。 Examples of the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) include 2,2'-iminodiethanol (SP value 14.9, melting point 28 ° C., viscosity at 30 ° C., 380 mPa · s, boiling point 268 ° C. ), 1,8-Diazabicyclo [5.4.0] -7-Undecene (DBU) (SP value 8.83, melting point -70 ° C, viscosity at 30 ° C, 30 mPa · s, boiling point 261 ° C), 1,1, Examples thereof include 3,3-tetramethylguanidine (TMG) (SP value 9.10, melting point -30 ° C, viscosity 20 mPa · s at 30 ° C, boiling point 163 ° C) and the like.

本開示において前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本開示において前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物の含有割合は、前記層状材料1質量部に対して、前記有機化合物を1質量部以上含有するものであるが、中でも、2質量部以上含有するものであることが好ましく、更に3質量部以上含有するものであることが、層状材料分散体の製造時に層状物質の薄片間の剥離が容易に進行し易い点から好ましい。一方、前記有機化合物の使用効率の点からは、前記有機化合物の含有割合は、前記層状材料1質量部に対して、100質量部以下含有するものであることが好ましく、80質量部以下含有するものであることが更に好ましく、50質量部以下含有するものであることがより更に好ましい。
In the present disclosure, the organic compounds satisfying the above (i), (ii) and (iii) can be used alone or in combination of two or more.
In the present disclosure, the content ratio of the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) is such that the organic compound is contained in an amount of 1 part by mass or more with respect to 1 part by mass of the layered material. It is preferably contained in an amount of 2 parts by mass or more, and more preferably contained in an amount of 3 parts by mass or more because peeling of the layered material between the flakes easily proceeds during the production of the layered material dispersion. .. On the other hand, from the viewpoint of the efficiency of use of the organic compound, the content ratio of the organic compound is preferably 100 parts by mass or less, and 80 parts by mass or less with respect to 1 part by mass of the layered material. It is more preferable that the compound is 50 parts by mass or less, and it is further preferable that the compound is contained in an amount of 50 parts by mass or less.

また、本開示の層状材料分散体において、前記本開示の効果が得られやすい点から、前記層状材料と前記有機化合物との合計含有量が、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることが更に好ましく、98質量%以上であることがより更に好ましい。 Further, in the layered material dispersion of the present disclosure, the total content of the layered material and the organic compound is preferably 90% by mass or more, preferably 95% by mass, from the viewpoint that the effect of the present disclosure can be easily obtained. It is more preferably 98% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more.

[その他成分]
本開示の層状材料分散体においては、前記層状材料と、前記有機化合物の他に、本開示の層状材料分散体の効果を損なわない範囲で、その他の成分を更に含有していても良い。その他の成分としては、溶媒、樹脂、各種添加剤等が挙げられる。
層状材料分散体に用いられる添加剤としては、例えば、可塑剤、消泡剤、シランカップリング剤等が挙げられる。
[Other ingredients]
In addition to the layered material and the organic compound, the layered material dispersion of the present disclosure may further contain other components as long as the effects of the layered material dispersion of the present disclosure are not impaired. Examples of other components include solvents, resins, various additives and the like.
Examples of the additive used for the layered material dispersion include a plasticizer, an antifoaming agent, a silane coupling agent and the like.

本開示の層状材料分散体においては、例えば、粘度調整の点から、更に溶媒を含有していても良い。当該溶媒としては、前記有機化合物の良溶媒であることが好ましく、前記有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒であることが好ましい。例えば、前記有機化合物の融点が20℃以上30℃以下の場合、前記有機化合物に少量の溶媒を添加することにより、室温で安定して製造乃至保管することが可能になる。
本開示の層状材料分散体において、更に溶媒を含有する場合の、含有量としては、目的に応じて適宜選択されれば良く、特に限定されない。中でも、層状材料分散体の製造時に層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が収率良く生成され、且つ、層状材料が再凝集し難く、分散安定性が良好になる点からは、溶媒の含有割合は、前記有機化合物10質量部に対して、10質量部未満含有するものであることが好ましく、5質量部以下含有するものであることが更に好ましく、2質量部以下含有するものであることがより更に好ましく、1質量部以下含有するものであることがより更に好ましい。
また、溶媒の含有割合は、層状材料分散体中に10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、2質量%以下であることがより更に好ましい。
The layered material dispersion of the present disclosure may further contain a solvent, for example, from the viewpoint of adjusting the viscosity. The solvent is preferably a good solvent for the organic compound, and is preferably a solvent having a solubility of the organic compound of 5 (g / 100 g solvent) or more. For example, when the melting point of the organic compound is 20 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, by adding a small amount of solvent to the organic compound, stable production or storage at room temperature becomes possible.
In the layered material dispersion of the present disclosure, when a solvent is further contained, the content may be appropriately selected depending on the intended purpose, and is not particularly limited. Above all, during the production of the layered material dispersion, the peeling between the flakes of the layered material easily proceeds to produce the layered material in high yield, the layered material is difficult to reaggregate, and the dispersion stability is improved. The content ratio of the solvent is preferably less than 10 parts by mass, more preferably 5 parts by mass or less, and 2 parts by mass or less with respect to 10 parts by mass of the organic compound. It is even more preferable that the content is 1 part by mass or less.
Further, the content ratio of the solvent is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less in the layered material dispersion.

前記溶媒としては、前記有機化合物に応じて適宜選択されれば良いが、前記有機化合物と同様に、必要に応じて減圧して加熱することによって揮発することが好ましく、沸点が300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、更に前記有機化合物の沸点よりも低いことが好ましく、前記有機化合物の沸点よりも50℃以上低いことがより更に好ましい。前記溶媒としては、例えば、水、N-メチルピロリドン(1-メチル-2-ピロリドン)、N,N-ジメチルホルムアミド、1-ブタノール等が挙げられる。
本開示において前記溶媒は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The solvent may be appropriately selected depending on the organic compound, but like the organic compound, it is preferably volatilized by heating under reduced pressure as necessary, and has a boiling point of 300 ° C. or lower. It is preferably 280 ° C. or lower, more preferably lower than the boiling point of the organic compound, and even more preferably 50 ° C. or higher than the boiling point of the organic compound. Examples of the solvent include water, N-methylpyrrolidone (1-methyl-2-pyrrolidone), N, N-dimethylformamide, 1-butanol and the like.
In the present disclosure, the solvent may be used alone or in combination of two or more.

[層状材料分散体の物性]
本開示の層状材料分散体の粘度は、目的に応じて適宜選択されれば良く、特に限定されない。中でも、層状材料分散体の製造時に層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が収率良く生成され、且つ、層状材料が再凝集し難く、分散安定性が良好になる点から、本開示の層状材料分散体の25℃における粘度は、300mPa・s以上であることが好ましく、3000mPa・s以上であることが更に好ましく、1万mPa・s以上であることがより更に好ましい。一方、取扱い易さの点からは、本開示の層状材料分散体の25℃における粘度は、10万mPa・s以下であることが好ましく、8万mPa・s以下であることが更に好ましい。
本開示の層状材料分散体は、所謂、ペースト状であることがより好ましい。
[Physical characteristics of layered material dispersion]
The viscosity of the layered material dispersion of the present disclosure may be appropriately selected depending on the intended purpose, and is not particularly limited. Above all, when the layered material dispersion is manufactured, the peeling between the flakes of the layered material easily proceeds to produce the layered material in good yield, the layered material is difficult to reaggregate, and the dispersion stability is improved. The viscosity of the layered material dispersion of the present disclosure at 25 ° C. is preferably 300 mPa · s or more, more preferably 3000 mPa · s or more, and even more preferably 10,000 mPa · s or more. On the other hand, from the viewpoint of ease of handling, the viscosity of the layered material dispersion of the present disclosure at 25 ° C. is preferably 100,000 mPa · s or less, and more preferably 80,000 mPa · s or less.
The layered material dispersion of the present disclosure is more preferably in the form of a so-called paste.

本開示の層状材料分散体は、例えば、下記のような層状材料分散体の製造方法により製造することができる。
[層状材料分散体の製造方法]
本開示の1実施形態の層状材料分散体の製造方法は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下加えて、混練する工程を有する。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
The layered material dispersion of the present disclosure can be produced, for example, by the following method for producing a layered material dispersion.
[Manufacturing method of layered material dispersion]
In the method for producing a layered material dispersion according to one embodiment of the present disclosure, one mass of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) is added to one mass of a layered substance excluding swellable clay minerals. It has a step of adding parts or more and 100 parts by mass or less and kneading.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

本開示において原料となる層状物質の種類としては、前述した層状物質と同様であって良いのでここでの説明は省略する。
本開示において原料として用いられる層状物質は、例えば、天然層状材料、人造層状材料等を適宜選択することができる。
本開示において原料として用いられる層状物質は、層状物質の純度が高い方が好ましく、純度が80%以上であるものを用いることが好ましい。
原料として用いられる層状物質の大きさは、特に限定されず、最終的に得ようとする層状材料の大きさに応じて選択される。
当該層状物質の分散処理前における粒径は、分散処理が可能な大きさであれば特に限定されないが、通常、最大径が100μm以下のものが好ましく用いられる。
In the present disclosure, the type of the layered substance as a raw material may be the same as the above-mentioned layered substance, and thus the description thereof is omitted here.
As the layered substance used as a raw material in the present disclosure, for example, a natural layered material, an artificial layered material, or the like can be appropriately selected.
As the layered substance used as a raw material in the present disclosure, it is preferable that the layered substance has a high purity, and it is preferable to use a layered substance having a purity of 80% or more.
The size of the layered substance used as a raw material is not particularly limited, and is selected according to the size of the layered material to be finally obtained.
The particle size of the layered substance before the dispersion treatment is not particularly limited as long as it can be dispersed, but usually, a maximum diameter of 100 μm or less is preferably used.

また、本開示において用いられる前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物としては、前述した(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物と同様であって良いのでここでの説明は省略する。
また、本開示において用いられる前記有機化合物の配合量としては、前述した有機化合物の前記層状物質に対する含有割合と同様であって良いのでここでの説明は省略する。
Further, the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) used in the present disclosure may be the same as the organic compound satisfying the above-mentioned (i), (ii) and (iii). The description here is omitted.
Further, the blending amount of the organic compound used in the present disclosure may be the same as the content ratio of the above-mentioned organic compound to the layered substance, and thus the description thereof is omitted here.

前記混練する方法としては、前記層状物質と前記有機化合物とを混合し、せん断力を付与することにより、前記層状物質の層間を剥離しながら前記有機化合物に分散できる方法であれば、適宜選択して用いることができる。
混練するために用いられる装置としては、例えば、2本ロール、3本ロール等のロールミル、ビーズミル、ジェットミル、アトライター、バンバリーミキサー、ペイントシェイカー、ニーダー、ホモジナイザー、一軸混練機、二軸混練機等が挙げられる。
なお、混練するために用いられる装置に供する前に、混合装置を用いて予め混合しても良い。このような混合装置としては、例えば、高粘度用ミキサー(プラネタリーミキサー、自転公転式ミキサー、ロッキングミキサー等)、撹拌羽根付き回転式攪拌機、ラボプラストミル等が挙げられる。
As the kneading method, any method can be appropriately selected as long as it is a method in which the layered substance and the organic compound are mixed and a shearing force is applied so that the layers of the layered substance can be dispersed while being separated from each other. Can be used.
As the device used for kneading, for example, a roll mill such as a two-roll or three-roll mill, a bead mill, a jet mill, an attritor, a Banbury mixer, a paint shaker, a kneader, a homogenizer, a uniaxial kneader, a biaxial kneader, etc. Can be mentioned.
It should be noted that the mixture may be mixed in advance using a mixing device before being subjected to the device used for kneading. Examples of such a mixing device include a mixer for high viscosity (planetary mixer, rotating / revolving mixer, locking mixer, etc.), a rotary stirrer with a stirring blade, a lab plast mill, and the like.

本開示の層状材料分散体を用いて、層状物質の片が積層した自立膜を形成し易い点から、層状材料分散体中の層状材料のレーザー回折式粒子径分布測定装置による個数分布平均値として求められる平均粒子径(D50 メディアン(中央値))が、0.1μm以上500μm以下となるように、更に、1μm以上100μm以下となるように、混練するための装置と混練条件を選択することが好ましい。 Since it is easy to form a self-supporting film in which pieces of layered substances are laminated using the layered material dispersion of the present disclosure, the number distribution average value of the layered material in the layered material dispersion by the laser diffraction type particle size distribution measuring device is used. It is possible to select an apparatus for kneading and kneading conditions so that the required average particle size (D50 median (median)) is 0.1 μm or more and 500 μm or less, and further 1 μm or more and 100 μm or less. preferable.

混練するために用いられる装置としては、中でも、せん断力を付与できる方法等、粘度が高い液体を分散させるのに適した方法を選択して用いることが好ましい。中でも、比較的厚みが薄くて面方向サイズが大きい層状材料を得やすい点から、3本ロールミル等のロールミルで混練することが好ましい。比較的厚みが薄くて面方向サイズが大きい層状材料は、積層体を形成した時に自立膜を形成し易く、機械的強度も高くなる。
ロールミルの回転速度比は、混練時の粘度に合わせて適宜調整されれば良く、特に限定されないが、例えば、3本ロールミルの場合、第1ロール:第2ロール:第3ロールの回転速度比は、1:(1.5~30):(2~100)であることが好ましく、更に、1:(2~20):(3~30)であることが好ましい。
As the device used for kneading, it is preferable to select and use a method suitable for dispersing a liquid having a high viscosity, such as a method capable of applying a shearing force. Above all, it is preferable to knead with a roll mill such as a three-roll mill because it is easy to obtain a layered material having a relatively thin thickness and a large size in the plane direction. A layered material having a relatively thin thickness and a large size in the plane direction tends to form a self-supporting film when a laminated body is formed, and has high mechanical strength.
The rotation speed ratio of the roll mill may be appropriately adjusted according to the viscosity at the time of kneading, and is not particularly limited. For example, in the case of a three-roll mill, the rotation speed ratio of the first roll: the second roll: the third roll is , 1: (1.5 to 30): (2 to 100), and further 1: (2 to 20) :( 3 to 30).

混練する工程において、原料となる層状物質以外の、前記有機化合物を含む液状成分の粘度は、前記混練するために用いられる装置に応じて適宜選択されれば良く、特に限定されない。中でも、前記有機化合物を含む液状成分の25℃における粘度は、前記層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が生成されて前記有機化合物に分散されやすい点から、10mPa・s以上10,000mPa・s以下であることが好ましく、20mPa・s以上10,000mPa・s以下であることが更に好ましく、30mPa・s以上1,000mPa・s以下であることがより更に好ましい。 In the kneading step, the viscosity of the liquid component containing the organic compound other than the layered substance as a raw material may be appropriately selected depending on the apparatus used for the kneading, and is not particularly limited. Above all, the viscosity of the liquid component containing the organic compound at 25 ° C. is 10 mPa · s or more from the point that peeling between the flakes of the layered substance easily proceeds to form a layered material and easily dispersed in the organic compound. It is preferably 10,000 mPa · s or less, more preferably 20 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and even more preferably 30 mPa · s or more and 1,000 mPa · s or less.

混練する工程において、前記有機化合物を含む液状成分の粘度を適切にする調整のために、溶媒を配合しても良い。当該溶媒としては、前記有機化合物の良溶媒であることが好ましく、前記有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒であることが好ましい。このような溶媒については前述したので、ここでの説明を省略する。
前述のように、層状材料分散体の製造時に層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が収率良く生成され、且つ、層状材料が再凝集し難く、分散安定性が良好になる点から、溶媒の含有割合は、前記有機化合物10質量部に対して、10質量部未満含有するものであることが好ましく、5質量部以下含有するものであることが更に好ましく、2質量部以下含有するものであることがより更に好ましく、1質量部以下含有するものであることがより更に好ましい。また、溶媒の含有割合は、層状材料分散体中に10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、2質量%以下であることがより更に好ましい。
In the kneading step, a solvent may be added in order to adjust the viscosity of the liquid component containing the organic compound to be appropriate. The solvent is preferably a good solvent for the organic compound, and is preferably a solvent having a solubility of the organic compound of 5 (g / 100 g solvent) or more. Since such a solvent has been described above, the description thereof will be omitted here.
As described above, during the production of the layered material dispersion, the separation between the flakes of the layered material easily proceeds to produce the layered material in good yield, the layered material is difficult to reaggregate, and the dispersion stability is good. From this point of view, the content ratio of the solvent is preferably less than 10 parts by mass, more preferably 5 parts by mass or less, and 2 parts by mass with respect to 10 parts by mass of the organic compound. It is more preferably contained below, and even more preferably 1 part by mass or less. Further, the content ratio of the solvent is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less in the layered material dispersion.

前記層状材料分散体の製造方法により得られる層状材料は、単層の層状材料、及び、100nm以下の範囲で複層化した層状材料の割合、更には、50nm以下の範囲で複層化した層状材料の割合が高いため、分級処理をしなくても優れた2次元構造に起因する特性を有する。また、充分に薄片化されていない層状材料がほとんど残留しないため、分級処理をしても層状材料の質量はほとんど低下せず、層状材料が高回収率で得られる。
前記層状材料分散体の製造方法を用いると、単層の層状材料、及び、100nm以下の範囲で複層化した層状材料の割合が20質量%以上の収率で、より好ましくは50質量%以上の収率で、より好ましくは70質量%以上の収率で、より更に好ましくは80質量%以上の収率で、層状材料を得ることが可能であり、90質量%以上の収率で層状材料を得ることも可能である。更には、前記層状材料分散体の製造方法を用いると、単層の層状材料、及び、50nm以下の範囲で複層化した層状材料の割合が20質量%以上の収率で、より好ましくは50質量%以上の収率で、より好ましくは70質量%以上の収率で、より更に好ましくは80質量%以上の収率で、層状材料を得ることが可能であり、90質量%以上の収率で層状材料を得ることも可能である。
The layered material obtained by the method for producing a layered material dispersion is a single layered material, a ratio of the layered material having multiple layers in the range of 100 nm or less, and further, a layered material having multiple layers in the range of 50 nm or less. Due to the high proportion of material, it has properties due to its excellent two-dimensional structure without the need for classification treatment. Further, since the layered material that has not been sufficiently sliced does not remain, the mass of the layered material hardly decreases even after the classification treatment, and the layered material can be obtained with a high recovery rate.
When the method for producing a layered material dispersion is used, the ratio of the single layered material and the layered material having multiple layers in the range of 100 nm or less is 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more. It is possible to obtain a layered material in a yield of 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and a layered material in a yield of 90% by mass or more. It is also possible to obtain. Further, when the method for producing a layered material dispersion is used, the ratio of the single layered material and the layered material having multiple layers in the range of 50 nm or less is 20% by mass or more, more preferably 50. It is possible to obtain a layered material in a yield of mass% or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and a yield of 90% by mass or more. It is also possible to obtain a layered material with.

前記層状材料分散体の製造方法によれば、層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が生成され、且つ、当該層状材料が再凝集しにくいため、2次元構造に起因する特性に優れた層状材料を高収率で得ることができる。また、本開示の層状材料分散体の製造方法によれば、従来技術の粘度の低い溶媒中で超音波照射を用いて層状物質を剥離して層状材料分散体を製造する場合に比べて、薄片化が不十分な層状材料の残留が低下した層状材料分散体の製造方法を提供することができる。これらの作用については、以下のように推察される。
層状物質は、二次元構造を有するナノシートが多層に積層した構造を有している。当該層状物質において、各層間にはファンデルワールス力が生じており、比較的弱い力で結合しているものと推定される。
一方で、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物は、層状物質に対して高粘度の分散媒となり得るものであるが、層状物質に対して比較的弱い力で結合するものである。
そのため、前記液状の有機化合物に高粘度の状態で混合している層状物質に、混練することによって高いせん断力をかけることにより、層状物質の薄片間の剥離が容易に進行して層状材料が生成されて、且つ、剥離された層状材料が直ちに前記有機化合物に弱い力で結合して囲まれて分散されやすいため、剥離された層状材料同士が直ちに凝集することが抑制される。当該剥離された層状材料は、混練を続けることによって更に薄片間の剥離が容易に進行されることから、比較的厚みが薄い層状材料を高収率で得ることができる。
According to the method for producing a layered material dispersion, peeling between flakes of the layered material easily proceeds to form a layered material, and the layered material is difficult to reaggregate, so that the characteristics are caused by the two-dimensional structure. An excellent layered material can be obtained in high yield. Further, according to the method for producing a layered material dispersion of the present disclosure, as compared with the case where the layered material is peeled off by ultrasonic irradiation in a low-viscosity solvent of the prior art to produce a layered material dispersion, flakes are obtained. It is possible to provide a method for producing a layered material dispersion in which the residue of the layered material that is insufficiently formed is reduced. These actions are inferred as follows.
The layered material has a structure in which nanosheets having a two-dimensional structure are laminated in multiple layers. In the layered material, a van der Waals force is generated between each layer, and it is presumed that they are bonded with a relatively weak force.
On the other hand, the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) can be a highly viscous dispersion medium for the layered substance, but binds to the layered substance with a relatively weak force. It is a thing.
Therefore, by applying a high shearing force to the layered substance mixed with the liquid organic compound in a highly viscous state by kneading, the peeling between the flakes of the layered substance easily proceeds and the layered material is formed. In addition, since the peeled layered material is immediately bonded to the organic compound with a weak force and easily surrounded and dispersed, the peeled layered materials are suppressed from being immediately aggregated with each other. With respect to the peeled layered material, the peeling between the flakes is easily promoted by continuing kneading, so that a relatively thin layered material can be obtained in high yield.

前記層状材料分散体の製造方法は、少なくとも前記混練する工程を有するものであり、本開示の効果を損なわない範囲で、必要に応じて更に他の工程を有していてもよい。
このような工程としては、例えば、更に、充分に薄片化されなかった層状材料を除去するための分級工程を含んでいても良い。
上記分級工程は、従来公知の分級方法の中から適宜選択して用いることができる。一方、前記製造方法により得られる層状材料は、充分に薄片化されていない層状材料がほとんど残留しないため、当該分級工程を行うことなく、2次元構造に起因する特性に優れた本開示の層状材料を得ることができる。
また、前記層状材料分散体を調製後、優れた2次元構造に起因する特性を有する層状材料積層体を製造するために、粘度を調整すべく、更に溶媒を添加する工程を有していても良い。
また、他の工程としては、例えば、樹脂や、各種添加剤を添加する工程を有していても良い。層状材料分散体に用いられる添加剤としては、上述と同様であって良い。
The method for producing a layered material dispersion has at least the kneading step, and may further have another step as necessary within the range not impairing the effect of the present disclosure.
Such a step may further include, for example, a classification step for removing a layered material that has not been sufficiently sliced.
The classification step can be appropriately selected and used from conventionally known classification methods. On the other hand, the layered material obtained by the above-mentioned production method has almost no residual layered material that has not been sufficiently sliced. Therefore, the layered material of the present disclosure having excellent properties due to the two-dimensional structure without performing the classification step is performed. Can be obtained.
Further, even if there is a step of further adding a solvent in order to adjust the viscosity in order to produce a layered material laminate having characteristics due to an excellent two-dimensional structure after preparing the layered material dispersion. good.
Further, as another step, for example, a step of adding a resin or various additives may be included. The additives used for the layered material dispersion may be the same as described above.

[層状材料分散体の用途]
本開示の1実施形態の層状材料分散体に含まれる層状材料は2次元構造に起因する特性に優れるため、本開示に係る層状材料分散体は、優れた2次元構造に起因する特性を有する層状材料積層体を製造するための予備調製物として優れている。
また、層状材料分散体に樹脂等を添加して、樹脂組成物として用いても良い。
[Use of layered material dispersion]
Since the layered material contained in the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure has excellent properties due to the two-dimensional structure, the layered material dispersion according to the present disclosure has the characteristics due to the excellent two-dimensional structure. It is excellent as a preparatory preparation for producing a material laminate.
Further, a resin or the like may be added to the layered material dispersion and used as a resin composition.

II.層状材料積層体の製造方法
本開示の1実施形態の層状材料積層体の製造方法は、前記本開示の1実施形態の層状材料分散体を成膜又は成形する工程を有する、
層状物質の片である層状材料が積層されてなる、層状材料積層体の製造方法である。
II. Method for Producing a Layered Material Laminate The method for producing a layered material laminate according to an embodiment of the present disclosure includes a step of forming or molding a layered material dispersion according to the present disclosure.
This is a method for manufacturing a layered material laminate, which is formed by laminating layered materials that are pieces of a layered substance.

前記本開示の1実施形態の層状材料分散体を用いて、層状材料積層体を製造する方法は、従来公知の成膜方法又は成形方法の中から適宜選択することができる。
前記本開示の1実施形態の層状材料分散体の分散媒は、沸点が100℃以上280℃以下の前記有機化合物であることから、層状材料積層体の成膜方法としては、ガラス、樹脂フィルム等の非多孔質基材上に前記層状材料分散体を塗布し、適宜加熱や減圧処理することにより前記有機化合物を含む液状成分を除去して成膜する方法を用いることができる。当該製法によれば、ガラス、樹脂フィルム等の非多孔質基材上に、直接、層状材料積層体を形成することができる。非多孔質基材上に、直接、層状材料積層体を形成する場合には、多孔質基材上で形成された層状材料積層体を、多孔質基材から剥離後、非多孔質基材上に貼り付ける場合に比べて、非多孔質基材に対する層状材料積層体の密着性が高くなり、また、非多孔質基材の表面の形状によらず優れた密着性で層状材料積層体を形成することができるというメリットがある。また、当該製法によれば、非多孔質基材は、フィルム乃至シート状に限られず、立体的な形状を有する成形体乃至構造物であっても、その表面に沿って層状材料積層体を形成することができるというメリットがある。
或いは、層状材料積層体の成膜方法としては、濾紙、メンブレンフィルター等の多孔質基材上に前記層状材料分散体を滴下し、濾過することにより液状成分を除去して成膜する方法が挙げられる。また、層状材料積層体の成形方法としては、例えば、多孔質の型に前記層状材料分散体を入れ、液状成分を除去して成形する、鋳込み成形のような方法が挙げられる。液状成分を除去する際には、適宜加熱や減圧処理することにより液状成分を除去してもよい。
The method for producing the layered material laminate using the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure can be appropriately selected from conventionally known film forming methods or molding methods.
Since the dispersion medium of the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure is the organic compound having a boiling point of 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, as a method for forming a layered material laminate, glass, a resin film or the like can be used. A method can be used in which the layered material dispersion is applied onto the non-porous substrate and appropriately heated or depressurized to remove the liquid component containing the organic compound to form a film. According to this production method, a layered material laminate can be directly formed on a non-porous base material such as glass or a resin film. When the layered material laminate is directly formed on the non-porous substrate, the layered material laminate formed on the porous substrate is peeled off from the porous substrate and then on the non-porous substrate. The adhesion of the layered material laminate to the non-porous base material is higher than when it is attached to the non-porous base material, and the layered material laminate is formed with excellent adhesion regardless of the surface shape of the non-porous base material. There is a merit that it can be done. Further, according to the manufacturing method, the non-porous base material is not limited to a film or a sheet, and even if it is a molded body or a structure having a three-dimensional shape, a layered material laminate is formed along the surface thereof. There is a merit that it can be done.
Alternatively, as a method for forming a layered material laminate, a method of dropping the layered material dispersion onto a porous substrate such as a filter paper or a membrane filter and filtering it to remove liquid components to form a film can be mentioned. Be done. Further, as a method for forming the layered material laminate, for example, a method such as cast molding in which the layered material dispersion is placed in a porous mold and the liquid component is removed to form the layered material laminate can be mentioned. When removing the liquid component, the liquid component may be removed by appropriately heating or reducing the pressure.

前記本開示の1実施形態の層状材料分散体から除去される液状成分は、除去する工程の温度において液状である成分をいう。
液状成分としては、前記本開示の1実施形態の層状材料分散体に含まれる、前記有機化合物と、必要に応じて含まれる溶媒等が挙げられる。
The liquid component removed from the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure refers to a component that is liquid at the temperature of the removing step.
Examples of the liquid component include the organic compound contained in the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure, a solvent contained as necessary, and the like.

前記本開示の1実施形態の層状材料分散体の粘度が高い場合、成膜又は成形する前に溶媒を添加して混合し、層状材料分散体の粘度を低くしてから、成膜又は成形しても良い。この場合に添加する溶媒としても、前記有機化合物の良溶媒であることが好ましく、前記有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒であることが好ましい。このような溶媒については前述したので、ここでの説明を省略する。 When the viscosity of the layered material dispersion of one embodiment of the present disclosure is high, a solvent is added and mixed before film formation or molding to reduce the viscosity of the layered material dispersion, and then film formation or molding is performed. May be. As the solvent to be added in this case, it is preferable that the solvent is a good solvent for the organic compound, and it is preferable that the solvent has a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more. Since such a solvent has been described above, the description thereof will be omitted here.

成膜又は成形する際の層状材料分散体の粘度としては、均一に成膜又は成形し易く、且つ、前記有機化合物を適切に除去しやすい点から、25℃で5000mPa・s以下とすることが好ましく、1000mPa・s以下とすることが更に好ましい。成膜又は成形する際の層状材料分散体の粘度を前記範囲とするために、適宜溶媒を添加しても良い。一方で、過剰希釈による層状材料の凝集抑制の点から、成膜又は成形する際の層状材料分散体の粘度は25℃で100mPa・s以上とすることが好ましく、200mPa・s以上とすることが更に好ましく、300mPa・s以上とすることがより更に好ましい。
本開示の方法によれば前記有機化合物を必要に応じて減圧しながら加熱することによって適切に除去することが可能であることから、2次元構造に起因する特性に優れた層状材料積層体とするのに適している。
なお、液状成分を除去する前に溶媒を添加して混合し、十分に粘度を低くしてから放置すると、層状材料の分散安定性が悪化する可能性がある。そのため、成膜又は成形する前に溶媒を添加して混合する場合、成膜又は成形する前に溶媒を添加して混合してから、成膜又は成形するまでの時間は、24時間以内であることが好ましく、6時間以内であることが好ましい。
The viscosity of the layered material dispersion at the time of film formation or molding is set to 5000 mPa · s or less at 25 ° C. from the viewpoint that it is easy to form a film or mold uniformly and it is easy to appropriately remove the organic compound. It is preferably 1000 mPa · s or less, and more preferably 1000 mPa · s or less. A solvent may be appropriately added in order to keep the viscosity of the layered material dispersion at the time of film formation or molding within the above range. On the other hand, from the viewpoint of suppressing aggregation of the layered material due to over-dilution, the viscosity of the layered material dispersion at the time of film formation or molding is preferably 100 mPa · s or more at 25 ° C., and 200 mPa · s or more. It is more preferably 300 mPa · s or more, and even more preferably 300 mPa · s or more.
According to the method of the present disclosure, the organic compound can be appropriately removed by heating while reducing the pressure as necessary, so that the layered material laminate having excellent properties due to the two-dimensional structure is obtained. Suitable for.
If a solvent is added and mixed before the liquid component is removed to sufficiently lower the viscosity and then left to stand, the dispersion stability of the layered material may deteriorate. Therefore, when a solvent is added and mixed before film formation or molding, the time from the addition of the solvent and mixing before film formation or molding to the film formation or molding is within 24 hours. It is preferably within 6 hours.

非多孔質基材上に形成された層状材料積層体は、そのまま目的の用途に用いても良いし、非多孔質基材から剥離して単体として用いてもよく、他の基材等に転写して用いてもよい。
或いは、多孔質基材又は透液性の型を用いて得られた層状材料積層体は、前記多孔質基材又は透液性の型から剥離して単体として用いてもよく、ガラス基材や樹脂基材等、他の基材に転写して用いてもよい。
The layered material laminate formed on the non-porous base material may be used as it is for the intended purpose, or may be peeled off from the non-porous base material and used as a single body, or transferred to another base material or the like. May be used.
Alternatively, the layered material laminate obtained by using the porous base material or the liquid permeable mold may be peeled off from the porous base material or the liquid permeable mold and used as a single body, or may be a glass base material or a glass base material. It may be transferred to another substrate such as a resin substrate and used.

更に層状材料積層体をプレス機やロールプレス機等を用いて加圧することで圧縮処理することが好ましい。このような圧縮処理により、気泡が除去されたり、空隙率が低減したりし、機械強度を高めることができると共に、層状物質の2次元構造に起因する特性を高めることができる。層状材料積層体の層状材料間に前記有機化合物が存在していても、当該圧縮処理により、層状材料間の前記有機化合物が一部移動し、一部の層状材料同士の接触界面が増大することで、層状物質の2次元構造に起因する特性が高められる。
加圧工程における圧力としては、適宜調整されればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ロールプレスの場合、線圧は50N/mm以上であることが好ましく、更に100N/mm以上であることが好ましい。また、面プレスの場合、圧力は10MPa以上であることが好ましく、更に40MPa以上であることが好ましい。
Further, it is preferable to compress the layered material laminate by applying pressure using a press machine, a roll press machine, or the like. By such a compression treatment, bubbles can be removed, the porosity can be reduced, the mechanical strength can be increased, and the characteristics due to the two-dimensional structure of the layered substance can be enhanced. Even if the organic compound is present between the layered materials of the layered material laminate, the compression treatment partially moves the organic compound between the layered materials and increases the contact interface between some of the layered materials. Therefore, the characteristics due to the two-dimensional structure of the layered material are enhanced.
The pressure in the pressurizing step may be appropriately adjusted and is not particularly limited. For example, in the case of a roll press, the linear pressure is preferably 50 N / mm or more, and further 100 N / mm or more. It is preferable to have. Further, in the case of a surface press, the pressure is preferably 10 MPa or more, and more preferably 40 MPa or more.

また、成膜又は成形する工程後、前記有機化合物を溶解する溶媒で層状材料積層体を洗浄してもよい。前記有機化合物を溶解する溶媒で洗浄することにより、前記有機化合物が除去されやすくなり、より高純度の層状材料積層体を得ることができる場合、2次元構造に起因する特性に優れた層状材料積層体とすることができる。当該分散剤を溶解する溶媒としては、前記有機化合物の溶解度が、5(g/100g溶媒)以上、更に10(g/100g溶媒)以上となる溶媒を選択して用いることが好ましい。
当該洗浄する工程は、中でも、前記圧縮処理工程前よりも、前記圧縮処理工程後に行うことが、機械強度が高い自立膜を得る点から好ましい。
Further, after the step of forming or forming a film, the layered material laminate may be washed with a solvent that dissolves the organic compound. When the organic compound can be easily removed by washing with a solvent that dissolves the organic compound and a layered material laminate having higher purity can be obtained, the layered material laminate having excellent properties due to the two-dimensional structure can be obtained. Can be a body. As the solvent for dissolving the dispersant, it is preferable to select and use a solvent having a solubility of the organic compound of 5 (g / 100 g solvent) or more and further 10 (g / 100 g solvent) or more.
Above all, it is preferable to perform the cleaning step after the compression treatment step rather than before the compression treatment step from the viewpoint of obtaining a self-supporting film having high mechanical strength.

III.層状材料積層体
本開示の1実施形態の層状材料積層体は、膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、平均厚みが100nm以下である層状材料が積層されてなり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である、層状材料積層体であって、
下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を0.1質量%以上5質量%以下含有し、JIS-K7127(1999)に準拠した引張試験において、弾性率が3GPa以上である、層状材料積層体である。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
III. Layered material laminate The layered material laminate of one embodiment of the present disclosure is a piece of a layered material excluding swellable clay minerals, and is formed by laminating layered materials having an average thickness of 100 nm or less, and is subjected to X-ray diffraction. A layered material laminate having an average surface spacing within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material.
It contains 0.1% by mass or more and 5% by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii), and has an elastic modulus of 3 GPa or more in a tensile test based on JIS-K7127 (1999). , Layered material laminate.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

前述のように、本開示に係る層状材料は平均厚みが100nm以下であって2次元構造に起因する特性に優れる。また、層状材料に強固に吸着しない前記有機化合物を特定量で含有することにより、完全に除去する場合に比べて層状材料の凝集が抑制され、層状材料が部分的に凝集した粒状物の集合体となることが抑制されて、層状材料の積層体の自立性を向上させ、フレキシブルな集積膜が作製され、機械強度を向上させつつ、層状材料の物性に悪影響を与えない。また、当該層状材料積層体のX線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である。これらのことから、前記本開示の1実施形態の層状材料積層体は、機械強度に優れたものとなり、層状物質の2次元構造に起因する優れた特性を有する。
なお、本開示の1実施形態の層状材料積層体に含まれる層状材料としては、前述の層状材料分散体に含まれる層状材料と同様であって良いので、ここでの説明を省略する。
As described above, the layered material according to the present disclosure has an average thickness of 100 nm or less and is excellent in characteristics due to the two-dimensional structure. Further, by containing the organic compound which is not strongly adsorbed on the layered material in a specific amount, aggregation of the layered material is suppressed as compared with the case where the layered material is completely removed, and an aggregate of granules in which the layered material is partially aggregated is suppressed. This is suppressed, the independence of the laminated body of the layered material is improved, a flexible integrated film is produced, the mechanical strength is improved, and the physical properties of the layered material are not adversely affected. Further, the average surface spacing of the layered material laminate by the X-ray diffraction method is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material. From these facts, the layered material laminate of one embodiment of the present disclosure has excellent mechanical strength and has excellent properties due to the two-dimensional structure of the layered material.
The layered material contained in the layered material laminate of one embodiment of the present disclosure may be the same as the layered material contained in the above-mentioned layered material dispersion, and thus the description thereof is omitted here.

本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示に係る層状材料が積層されてなる積層体であれば、形状は限定されるものではない。本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示の層状材料の各々の少なくとも一部が互いに重なり合って積層されていれば良い。
また、本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示の層状材料の各々の少なくとも一部が互いに接触しているものであっても良い。本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示の層状材料の各々が、厚み方向の側面同士で接触しているものであっても良い。
The shape of the layered material laminate according to the present disclosure is not limited as long as it is a laminate formed by laminating the layered materials according to the present disclosure. In the layered material laminate according to the present disclosure, at least a part of each of the layered materials of the present disclosure may be laminated so as to overlap each other.
Further, the layered material laminate according to the present disclosure may be one in which at least a part of each of the layered materials of the present disclosure is in contact with each other. In the layered material laminate according to the present disclosure, each of the layered materials of the present disclosure may be in contact with each other on the side surfaces in the thickness direction.

本開示に係る層状材料積層体は、膜乃至シート状であっても良いし、立体構造を有する成形体であっても良い。
本開示に係る層状材料積層体が膜乃至シート状である場合、厚みは特に限定されるものではない。可撓性を有するようにする点から、本開示に係る層状材料積層体が膜乃至シート状である場合の厚みは1mm以下であることが好ましく、更に200μm以下であることが好ましい。
また、本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示に係る層状材料が積層されてなるものであることから、曲面や凹凸の多い被着体に対しても追従させることができる。
The layered material laminate according to the present disclosure may be in the form of a film or a sheet, or may be a molded body having a three-dimensional structure.
When the layered material laminate according to the present disclosure is in the form of a film or a sheet, the thickness is not particularly limited. From the viewpoint of providing flexibility, when the layered material laminate according to the present disclosure is in the form of a film or a sheet, the thickness is preferably 1 mm or less, and more preferably 200 μm or less.
Further, since the layered material laminate according to the present disclosure is formed by laminating the layered materials according to the present disclosure, it is possible to follow an adherend having a curved surface or a lot of irregularities.

本開示に係る層状材料積層体において、前記本開示の層状材料の各々の少なくとも一部が互いに重なり合って積層される方向は、通常、薄片の厚み方向である。
本開示に係る層状材料積層体においても、前記本開示の層状材料と同様に、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である。
In the layered material laminate according to the present disclosure, the direction in which at least a part of each of the layered materials of the present disclosure is overlapped with each other and laminated is usually the thickness direction of the flakes.
Also in the layered material laminate according to the present disclosure, the average surface spacing by the X-ray diffraction method is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material, as in the layered material of the present disclosure.

本開示に係る層状材料積層体は、前記本開示に係る層状材料分散体に含まれる層状材料が積層されてなる積層体であるが、積層体を構成する層状材料の一部に薄片の厚みが100nm超過の層状材料が含まれていても良い。 The layered material laminate according to the present disclosure is a laminate in which the layered materials contained in the layered material dispersion according to the present disclosure are laminated, but a part of the layered material constituting the laminate has a thin piece thickness. A layered material exceeding 100 nm may be contained.

本開示に係る層状材料積層体は、前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を0.1質量%以上5質量%以下含有するものであるが、中でも、前記特定の有機化合物を4質量%以下含有することが好ましく、3質量%以下含有することが更に好ましく、2質量%以下含有することがより更に好ましい。また、本開示に係る層状材料積層体は、前記特定の有機化合物を0.2質量%以上含有するものであってよい。
なお、当該有機化合物の含有割合は、例えば、層状材料積層体を熱重量分析装置を用いて、窒素雰囲気下、室温から90℃まで昇温し、90℃で30分保持した後、昇温速度10℃/分で90℃から280℃まで加熱して熱重量分析を行い、層状材料に由来しないものの質量減少を確認することにより、算出することができる。また、含まれる前記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物の構造の確認や、有機化合物と有機溶媒とを含む層状材料積層体における有機化合物の含有割合は、更に、層状材料積層体のTOF-SIMS分析を行ったり、層状材料積層体から有機成分を溶媒抽出後に、NMR、IR、LC-MS、GC-MS等の分析を適宜組み合わせて行うことにより、決定することが出来る。
The layered material laminate according to the present disclosure contains 0.1% by mass or more and 5% by mass or less of an organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii), and among them, the specific organic substance. The compound is preferably contained in an amount of 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less. Further, the layered material laminate according to the present disclosure may contain 0.2% by mass or more of the specific organic compound.
The content ratio of the organic compound is determined, for example, by raising the temperature of the layered material laminate from room temperature to 90 ° C. in a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric analyzer, holding the layered material laminate at 90 ° C. for 30 minutes, and then raising the temperature. It can be calculated by heating from 90 ° C. to 280 ° C. at 10 ° C./min and performing thermogravimetric analysis to confirm the mass reduction of the compound not derived from the layered material. Further, the structure of the organic compound satisfying the above (i), (ii) and (iii) to be contained is confirmed, and the content ratio of the organic compound in the layered material laminate containing the organic compound and the organic solvent is further determined by the layered material. It can be determined by performing TOF-SIMS analysis of the laminate or by performing analysis of NMR, IR, LC-MS, GC-MS, etc. after extracting the organic component from the layered material laminate as appropriate. ..

また、本開示に係る層状材料積層体は、機械的強度の点から、JIS-K7127(1999)に準拠した引張弾性率が3GPa以上である。すなわち、本開示に係る層状材料積層体のJIS-K7127(1999)に準拠したシート形状の引張試験において、弾性率が3GPa以上であることが好ましい。機械的強度の点から、前記引張弾性率は、4GPa以上であることが更に好ましい。
本開示に係る層状材料積層体のJIS-K7127(1999)に準拠した引張弾性率は、引張り試験機(例えば島津製作所製:オートグラフAG-X 1N、ロードセル:SBL-1KN)を用い、幅5mm×長さ30mmの試験片を切り出して、25℃で、引張り速度0.05mm/min、チャック間距離は20mmとして測定することができる。前記引張弾性率を求める際の層状材料積層体は、膜乃至シート状であり、厚みが10μm以上2mm以下であることが好ましく、更に1mm以下であることが好ましく、より更に200μm以下であることが好ましく、面方向は5mm×30mm以上であることが好ましい。
Further, the layered material laminate according to the present disclosure has a tensile elastic modulus of 3 GPa or more in accordance with JIS-K7127 (1999) from the viewpoint of mechanical strength. That is, in the tensile test of the sheet shape according to JIS-K7127 (1999) of the layered material laminate according to the present disclosure, the elastic modulus is preferably 3 GPa or more. From the viewpoint of mechanical strength, the tensile elastic modulus is more preferably 4 GPa or more.
The tensile modulus of elastic modulus of the layered material laminate according to JIS-K7127 (1999) according to the present disclosure is 5 mm in width using a tensile tester (for example, manufactured by Shimadzu Corporation: Autograph AG-X 1N, load cell: SBL-1KN). × A test piece having a length of 30 mm can be cut out and measured at 25 ° C. with a tensile speed of 0.05 mm / min and a distance between chucks of 20 mm. The layered material laminate for determining the tensile elastic modulus is in the form of a film or a sheet, and the thickness is preferably 10 μm or more and 2 mm or less, more preferably 1 mm or less, and further preferably 200 μm or less. It is preferable that the surface direction is 5 mm × 30 mm or more.

また、本開示に係る層状材料積層体は、層状物質の2次元構造に起因する優れた特性を有する点から、空隙率が低いものであることが好ましい。下記好ましい空隙率を満たすように、必要に応じて層状材料積層体を圧縮することが好ましい。
層状材料積層体の空隙率としては、30%以下が好ましく、20%以下がより好ましく、15%以下が更に好ましく、10%以下がより更に好ましい。
ここで空隙率は、各層状材料固有の真密度(ρT)と層状材料積層体の密度(ρ1)から、下記式より算出することができる。
空隙率=(ρT-ρ1)/ρT × 100 [%]
Further, the layered material laminate according to the present disclosure preferably has a low porosity because it has excellent characteristics due to the two-dimensional structure of the layered material. It is preferable to compress the layered material laminate as necessary so as to satisfy the following preferable porosity.
The porosity of the layered material laminate is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, further preferably 15% or less, still more preferably 10% or less.
Here, the porosity can be calculated from the true density (ρT) peculiar to each layered material and the density (ρ1) of the layered material laminate from the following formula.
Porosity = (ρT-ρ1) / ρT x 100 [%]

また、本開示に係る層状材料積層体は、放熱性能の点から、熱拡散率が、1×10-6/s以上であることが好ましく、2×10-6/s以上であることが更に好ましく、1×10-5/s以上であることがより更に好ましい。
本開示に係る層状材料積層体の熱拡散率に異方性がある場合には、当該熱拡散率は、本開示に係る層状材料積層体の最大値をいうこととする。
層状物質の熱伝導率に異方性がある場合、本開示に係る層状材料積層体の熱拡散率にも異方性が生じる。このような場合、通常、層状物質の単位層方向である面方向の熱伝導率が大きくなることから、層状材料積層体も面方向の熱拡散率をいう場合が多い。
本開示に係る層状材料積層体の熱拡散率は、熱物性測定装置(例えば、株式会社べテル製、サーモウエイブアナライザTA3)によって周期加熱放射測温法により測定することができる。
Further, the layered material laminate according to the present disclosure preferably has a thermal diffusivity of 1 × 10 -6 m 2 / s or more, preferably 2 × 10 -6 m 2 / s or more, from the viewpoint of heat dissipation performance. It is more preferably 1 × 10 -5 m 2 / s or more.
When the thermal diffusivity of the layered material laminate according to the present disclosure is anisotropic, the thermal diffusivity shall mean the maximum value of the layered material laminate according to the present disclosure.
When the thermal conductivity of the layered material is anisotropic, the thermal diffusivity of the layered material laminate according to the present disclosure is also anisotropic. In such a case, since the thermal conductivity in the plane direction, which is the unit layer direction of the layered material, is usually large, the layered material laminate also often refers to the thermal diffusivity in the plane direction.
The heat diffusion rate of the layered material laminate according to the present disclosure can be measured by a periodic heating radiation temperature measurement method using a thermophysical property measuring device (for example, Thermo Wave Analyzer TA3 manufactured by Bethel Co., Ltd.).

また、本開示に係る層状材料積層体は、導電性の点から、導電率が、500S/cm以上であることが好ましく、800S/cm以上であることが更に好ましく、1000S/cm以上であることがより更に好ましい。
本開示に係る層状材料積層体の導電率に異方性がある場合には、当該導電率は、本開示に係る層状材料積層体の最大値をいうこととする。
層状物質の導電率に異方性がある場合、本開示に係る層状材料積層体の導電率にも異方性が生じる。このような場合、通常、層状物質の単位層方向である面方向の導電率が大きくなることから、層状材料積層体も面方向の導電率をいう場合が多い。
本開示に係る層状材料積層体の導電率(σ)は、表面抵抗値(ρs)と層状材料積層体の厚み(t)から、 σ=1/(ρs × t)より算出することができる。なお、表面抵抗値(ρs)は、4探針法による抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、型名:ロレスタGP MCP-T610)によって測定することができ、層状材料積層体の厚み(t)は、高精度デジタル測長機(株式会社ミツトヨ製、型名:ライトマチックVL-50S-B)によって測定することができる。導電率(σ)の逆数である抵抗率の測定方法は、JIS-K7194にも記載されている。
Further, the layered material laminate according to the present disclosure preferably has a conductivity of 500 S / cm or more, more preferably 800 S / cm or more, and more preferably 1000 S / cm or more, from the viewpoint of conductivity. Is even more preferable.
When the conductivity of the layered material laminate according to the present disclosure is anisotropic, the conductivity means the maximum value of the layered material laminate according to the present disclosure.
When the conductivity of the layered material is anisotropic, the conductivity of the layered material laminate according to the present disclosure is also anisotropic. In such a case, since the conductivity in the plane direction, which is the unit layer direction of the layered substance, is usually increased, the layered material laminate also often refers to the conductivity in the plane direction.
The conductivity (σ) of the layered material laminate according to the present disclosure can be calculated from σ = 1 / (ρs × t) from the surface resistance value (ρs) and the thickness (t) of the layered material laminate. The surface resistance value (ρs) can be measured by a resistance meter using a 4-probe method (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytec Co., Ltd., model name: Loresta GP MCP-T610), and the thickness of the layered material laminate ( t) can be measured by a high-precision digital length measuring machine (manufactured by Mitutoyo Corporation, model name: Lightmatic VL-50SB). A method for measuring resistivity, which is the reciprocal of conductivity (σ), is also described in JIS-K7194.

また、本開示に係る層状材料積層体は、機械的強度の点から、JIS-K5600-5-1(1999)に準拠した円筒形マンドレル法による耐屈曲性試験において、割れの起こるマンドレル直径が5mm以下であることが好ましく、4mm以下であることが更に好ましい。前記耐屈曲性試験を行う際の層状材料積層体は、前記引張弾性率を求める際と同様の、膜乃至シート状であることが好ましい。 Further, from the viewpoint of mechanical strength, the layered material laminate according to the present disclosure has a mandrel diameter of 5 mm at which cracks occur in a bending resistance test by a cylindrical mandrel method based on JIS-K5600-5-1 (1999). It is preferably less than or equal to, and more preferably 4 mm or less. The layered material laminate used for the bending resistance test is preferably in the form of a film or a sheet, which is the same as when the tensile elastic modulus is obtained.

また、本開示に係る層状材料積層体は、層状物質の2次元構造に起因する優れた特性を有する点から、バインダー等の他の成分を含まないことが好ましく、層状材料積層体中における、層状材料の含有割合が95重量%以上であることが好ましく、96重量%以上であることがより好ましく、97重量%以上であることがより更に好ましく、99.9重量%以下であることが好ましく、99.8重量%以下であることがより好ましく、99.7重量%以下であることがより更に好ましい。
当該含有割合は、例えば、層状材料積層体を90℃でのオーブン乾燥により残留溶媒等の揮発分を除去した後、熱重量分析装置を用いて、窒素雰囲気下、室温から280℃まで昇温し、280℃で30分保持した後、昇温速度10℃/分で280℃から800℃まで加熱して熱重量分析を行い、層状材料に由来しないものの質量減少を確認することにより、層状材料の含有割合を求めることができる。
なお、本開示に係る層状材料積層体において、層状材料以外に、無機バインダー等の無機成分が更に含まれるかどうかについては、TOF-SIMS分析により確認することができる。他の無機成分が更に含まれる場合には、層状材料積層体中における、他の無機成分の含有割合は、TOF-SIMS分析により、層状材料に相当する複数の成分のカウント数を求め、層状材料の合計値の総カウント数に対する割合から求めることができる。
Further, the layered material laminate according to the present disclosure preferably does not contain other components such as a binder because it has excellent properties due to the two-dimensional structure of the layered material, and is layered in the layered material laminate. The content ratio of the material is preferably 95% by weight or more, more preferably 96% by weight or more, further preferably 97% by weight or more, and preferably 99.9% by weight or less. It is more preferably 99.8% by weight or less, and even more preferably 99.7% by weight or less.
The content ratio is, for example, the layered material laminate is dried in an oven at 90 ° C. to remove volatile components such as residual solvent, and then the temperature is raised from room temperature to 280 ° C. under a thermogravimetric analyzer using a thermogravimetric analyzer. After holding at 280 ° C. for 30 minutes, the layered material was heated from 280 ° C. to 800 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min and subjected to thermogravimetric analysis to confirm the mass reduction of the layered material, although it was not derived from the layered material. The content ratio can be determined.
Whether or not the layered material laminate according to the present disclosure further contains an inorganic component such as an inorganic binder in addition to the layered material can be confirmed by TOF-SIMS analysis. When other inorganic components are further contained, the content ratio of the other inorganic components in the layered material laminate is determined by TOF-SIMS analysis to determine the count number of the plurality of components corresponding to the layered materials. It can be obtained from the ratio of the total value of to the total count number.

なお、本開示の層状材料積層体から、含まれる層状材料の平均厚みは、層状材料積層体の断面の顕微鏡写真から求めることができ、層状材料積層体の断面に見られる200個の層状材料の厚みの測定値の平均値を算出することで求めることができる。 The average thickness of the layered materials contained in the layered material laminate of the present disclosure can be obtained from a micrograph of a cross section of the layered material laminate, and the 200 layered materials found in the cross section of the layered material laminate can be obtained. It can be obtained by calculating the average value of the measured values of the thickness.

より具体的には以下のようにして平均厚みを求めることができる。
層状材料積層体を液体窒素に浸漬後、二つに割る。割れた断面を走査型電子顕微鏡により観察する。走査型電子顕微鏡としては、例えば、(株)日立ハイテクノロジーズ製 SU8020を用い、表示サイズを345mm×259mmとした場合、倍率を1万倍~20万倍にして電子顕微鏡写真を撮影する。層状材料積層体を構成する層状材料の厚みを合計200個観測できるまで、断面の撮影を繰り返し、顕微鏡写真に写された200個それぞれの厚みの長さを計測し、平均値を算出することで層状材料積層体を構成する層状材料の平均厚みを求めることができる。
More specifically, the average thickness can be obtained as follows.
After immersing the layered material laminate in liquid nitrogen, divide it in two. Observe the cracked cross section with a scanning electron microscope. As the scanning electron microscope, for example, SU8020 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation is used, and when the display size is 345 mm × 259 mm, the electron microscope photograph is taken at a magnification of 10,000 to 200,000 times. By repeating the cross-section photography until a total of 200 thicknesses of the layered materials constituting the layered material laminate can be observed, the length of each thickness of the 200 pieces shown in the micrograph is measured, and the average value is calculated. The average thickness of the layered materials constituting the layered material laminate can be obtained.

本開示の層状材料積層体は、例えば、前述の層状材料積層体の製造方法により製造することができる。 The layered material laminate of the present disclosure can be produced, for example, by the above-mentioned method for producing a layered material laminate.

本開示に係る層状材料分散体、及び層状材料積層体は、各層状物質の2次元構造に起因する様々な特性に優れているため、本開示に係る層状材料、層状材料分散液、及び層状材料積層体は、例えば、ナノエレクトロニクス、ナノ複合材料、透明導電性フィルム、電極、電池、キャパシタ、水素貯蔵、エネルギー貯蔵、生体への応用、放熱シート、航空宇宙産業、センサー、トランジスタ等の様々な分野の用途に好適に適用することができる。 Since the layered material dispersion and the layered material laminate according to the present disclosure are excellent in various properties due to the two-dimensional structure of each layered substance, the layered material, the layered material dispersion liquid, and the layered material according to the present disclosure are excellent. Laminates are used in various fields such as nanoelectronics, nanocomposites, transparent conductive films, electrodes, batteries, capacitors, hydrogen storage, energy storage, biological applications, heat dissipation sheets, aerospace industry, sensors, and transistors. Can be suitably applied to the above applications.

以下、本開示について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本開示を制限するものではない。また、特に別途記載のない限り、25℃で実施した。
[評価方法]
Hereinafter, the present disclosure will be specifically described with reference to examples. These statements do not limit this disclosure. Further, unless otherwise specified, the test was carried out at 25 ° C.
[Evaluation methods]

<粘度>
粘度は、ASTMD4440に準じて、温度コントローラー付属のサーモハーケ社製、粘度粘弾性測定装置:MARS3を使用し、せん断速度1(1/秒)での値を測定した。
<Viscosity>
The viscosity was measured at a shear rate of 1 (1 / sec) using a viscosity / viscoelasticity measuring device: MARS3 manufactured by Thermohaque, which was attached to a temperature controller, according to ASTMD4440.

<X線回折法による平均面間隔の測定>
層状材料または層状材料積層体に対して、XRD(粉末X線回折 株式会社リガク製、型名:Miniflex II)を用いて、CuKα線(λ=0.15418nm)による回折パターンから、ピーク位置の2θを特定し、Braggの回折式:λ=2d・sinθより、平均面間隔:dを算出した。
以下の例のうち、六方晶窒化ホウ素及び黒鉛においては平均面間隔(d002)を測定した。通常、六方晶窒化ホウ素の平均面間隔(d002)は0.335nmである。
また、通常、黒鉛の平均面間隔(d002)は0.336nmである。
<Measurement of average surface spacing by X-ray diffraction method>
2θ at the peak position from the diffraction pattern by CuKα ray (λ = 0.15418 nm) using XRD (powder X-ray diffraction manufactured by Rigaku Co., Ltd., model name: Miniflex II) for the layered material or the layered material laminate. Was specified, and the average surface spacing: d was calculated from Bragg's diffraction formula: λ = 2d · sinθ.
Among the following examples, the average plane spacing (d002) was measured for hexagonal boron nitride and graphite. Normally, the average interplanar spacing (d002) of hexagonal boron nitride is 0.335 nm.
In addition, the average interplanar spacing (d002) of graphite is usually 0.336 nm.

<層状材料の平均厚みの測定>
層状材料分散体、当該層状材料分散体を含む混合液をサンプリングし、使用した有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒に界面活性剤(和光純薬工業社製Tween20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)を2%(水に対して)添加した水溶液で20倍~2000倍に希釈した後に、孔径0.02μmのメンブレンフィルター上に塗布することで溶媒を濾別しメンブレンフィルター上に薄片を凝集させずに独立した状態で配置させた。更に前記界面活性剤の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒で洗浄することにより前記界面活性剤を除去した。層状材料を載せた状態でメンブレンフィルターの上に洗浄済みのシリコンウエハーを押し付け、剥がすことでシリコンウエハー上に層状材料を転写した。このシリコンウエハー上に独立分散した状態で付着している層状材料をAFMで測定した。尚、AFM測定は、島津製作所製ナノサーチ顕微鏡SFT-3500における走査型プローブ顕微鏡(SPM)の機能を用い、コンタクトモード、即ちAFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)で走査範囲を10μm×10μm、面方向サイズの最大径が10μmより大きい場合は、走査範囲を30μm×30μmにして、シリコンウエハー上に付着している層状材料におけるシリコンウエハーと層状材料の高さの差を各層状材料の厚みとして各薄片の厚みを測定した。更に面方向サイズの最大径が30μmより大きい場合は、島津製作所製ナノサーチ顕微鏡SFT-3500におけるレーザー顕微鏡(SLM)の機能を用い、走査範囲を640×480μmにして、共焦点光学系の機能を用いて層状材料の厚みの測定を行った。
層状材料の平均厚みは、AFM及びSLMにより、層状材料を合計200個観測できるまで上記操作を繰り返し、AFM及びSLMで観測され、無作為に選んだ200個分の層状材料の厚みの測定値の平均値を算出することで求めることができる。
<Measurement of average thickness of layered material>
A layered material dispersion and a mixed solution containing the layered material dispersion were sampled, and a surfactant (Tween 20 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to a solvent having a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more in the organic compound used. After diluting 20 to 2000 times with an aqueous solution containing 2% (relative to water) of ethylene sorbitan monolaurate, the solvent is separated by filtration on a membrane filter with a pore size of 0.02 μm. The flakes were placed in an independent state without agglomeration. Further, the surfactant was removed by washing with a solvent having a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more, and the layered material was placed on the surface. In this state, the washed silicon wafer was pressed onto the membrane filter and peeled off to transfer the layered material onto the silicon wafer. The layered material adhering to the silicon wafer in an independently dispersed state was measured by AFM. For AFM measurement, the scanning range is 10 μm × in the contact mode, that is, AFM (Atomic Force Microscope), using the function of the scanning probe microscope (SPM) in the nanosearch microscope SFT-3500 manufactured by Shimadzu Corporation. When the maximum diameter in the plane direction is 10 μm or larger than 10 μm, the scanning range is set to 30 μm × 30 μm, and the difference in height between the silicon wafer and the layered material in the layered material adhering on the silicon wafer is the difference between the heights of the layered materials. The thickness of each slice was measured as the thickness. Furthermore, when the maximum diameter in the plane direction was larger than 30 μm, the scanning range was 640 × 480 μm using the function of the laser microscope (SLM) in the nanosearch microscope SFT-3500 manufactured by Shimadzu Corporation. Then, the thickness of the layered material was measured using the function of the cofocal optical system.
The average thickness of the layered material was determined by repeating the above operation until a total of 200 layered materials could be observed by AFM and SLM, and the measured values of the thickness of 200 layered materials randomly selected were observed by AFM and SLM. It can be obtained by calculating the average value.

<レーザー回折式粒子径分布測定装置による層状材料分散体の粒度分布測定>
得られた層状材料分散体を、光路長6mmの粒度分布測定用セルにおいて吸光度が0.09を示す様に前記有機化合物の溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒で希釈し、レーザー回折式粒子径分布測定装置(島津製作所製、レーザー回折式粒子径分布測定装置SALD-2300)を用いて25℃にて、層状材料分散体の粒度分布を測定した。なお、粒度分布測定に必要なパラメータである分散体の屈折率は、窒化ホウ素の場合、2.3+0.02i(0.02iは虚数部)を用い、黒鉛の場合、1.95-0.2iを用いて測定した。
<Measurement of particle size distribution of layered material dispersion by laser diffraction type particle size distribution measuring device>
The obtained layered material dispersion is diluted with a solvent having a solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more of the organic compound so as to show an absorbance of 0.09 in a particle size distribution measuring cell having an optical path length of 6 mm, and laser diffraction is performed. The particle size distribution of the layered material dispersion was measured at 25 ° C. using a formula particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, laser diffraction type particle size distribution measuring device SALD-2300). The refractive index of the dispersion, which is a parameter required for measuring the particle size distribution, is 2.3 + 0.02i (0.02i is an imaginary part) in the case of boron nitride, and 1.95-0.2i in the case of graphite. Was measured using.

<走査型電子顕微鏡による層状材料積層体の観察>
層状材料積層体を液体窒素に浸漬後、二つに割り、割れた断面を走査型電子顕微鏡により観察した。走査型電子顕微鏡としては、 (株)日立ハイテクノロジーズ製 SU8020を用い、表示サイズを345mm×259mmとした場合、倍率を1万倍~20万倍にして電子顕微鏡写真を撮影した。層状材料積層体を構成する層状材料の厚みを合計200個観測できるまで、断面の撮影を繰り返し、顕微鏡写真に写された200個それぞれの厚みの長さを計測し、平均値を算出することで層状材料積層体を構成する層状材料の平均厚みを求めた。
<Observation of layered material laminate with scanning electron microscope>
After immersing the layered material laminate in liquid nitrogen, it was divided into two, and the cracked cross section was observed with a scanning electron microscope. As a scanning electron microscope, SU8020 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used, and when the display size was 345 mm × 259 mm, the electron microscope photograph was taken at a magnification of 10,000 to 200,000 times. By repeating the cross-section photography until a total of 200 thicknesses of the layered materials constituting the layered material laminate can be observed, the length of each thickness of the 200 pieces shown in the micrograph is measured, and the average value is calculated. The average thickness of the layered materials constituting the layered material laminate was determined.

<空隙率>
得られた層状材料積層体の密度(ρ1)は、層状積層体を長方形にカットし、直方体に見立てて、縦と横の長さは定規で測定し、厚みは高精度デジタル測長機((株)ミツトヨ製ライトマチックVL-50S-B)で測定して、体積を算出し、重量を精密天秤で測定し、重量÷体積により求めた。
層状材料固有の真密度(ρT)は、X線回折法による平均面間隔の測定により同定される層状材料の理論密度をいい、国立研究開発法人である物質・材料研究機構の提供する無機材料データベース「Atom Work」、もしくは一般社団法人化学情報協会の提供するデータベースである「SciFinder」を参照することにより求めることができる。
空隙率は、各層状材料固有の真密度(ρT)と層状材料積層体の密度(ρ1)から、下記式より算出することができる。
空隙率=(ρT-ρ1)/ρT × 100 [%]
<Porosity>
The density (ρ1) of the obtained layered material laminate is obtained by cutting the layered laminate into a rectangular parallelepiped, measuring the length and width with a ruler, and measuring the thickness with a high-precision digital length measuring machine ((((). The volume was calculated by measuring with Mitutoyo Co., Ltd. Lightmatic VL-50S-B), the weight was measured with a precision balance, and the volume was calculated by weight ÷ volume.
The true density (ρT) peculiar to layered materials is the theoretical density of layered materials identified by measuring the average surface spacing by X-ray diffraction method, and is an inorganic material database provided by the National Institute for Materials Science. It can be obtained by referring to "Atom Work" or "SciFinder" which is a database provided by the Japan Association for International Chemical Information.
The porosity can be calculated from the true density (ρT) peculiar to each layered material and the density (ρ1) of the layered material laminate from the following formula.
Porosity = (ρT-ρ1) / ρT x 100 [%]

<引張弾性率>
層状材料積層体のJIS-K7127(1999)に準拠した引張弾性率は、引張り試験機(例えば島津製作所製:オートグラフAG-X 1N、ロードセル:SBL-1KN)を用い、幅5mm×長さ30mmの試験片を切り出して、25℃で、引張り速度0.05mm/min、チャック間距離は20mmとして測定した。
<Tension modulus>
The tensile modulus of elastic modulus of the layered material laminate according to JIS-K7127 (1999) is 5 mm wide x 30 mm long using a tensile tester (for example, Shimadzu: Autograph AG-X 1N, load cell: SBL-1KN). The test piece was cut out and measured at 25 ° C. with a tensile speed of 0.05 mm / min and a distance between chucks of 20 mm.

<熱拡散率>
株式会社べテルのサーモウエイブアナライザTA3(周期加熱放射測温法)を用いて熱拡散率を測定した。
具体的には、装置の試料台に測定対象の層状材料積層体を設置し、予め測定した厚みを入力し、装置を稼働して熱拡散率を測定した。
<Thermal diffusivity>
The thermal diffusivity was measured using the Thermo Wave Analyzer TA3 (periodic heating radiation temperature measurement method) of Bethel Co., Ltd.
Specifically, the layered material laminate to be measured was placed on the sample table of the device, the thickness measured in advance was input, and the device was operated to measure the thermal diffusivity.

<導電率>
層状材料積層体の導電率(σ)は、表面抵抗値(ρs)と層状材料積層体の厚み(t)から、 σ=1/(ρs × t)より算出した。表面抵抗値(ρs)は、4探針法による抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、型名:ロレスタGP MCP-T610)によって測定し、層状材料積層体の厚み(t)は、高精度デジタル測長機(株式会社ミツトヨ製、型名:ライトマチックVL-50S-B)によって測定した。
<Conductivity>
The conductivity (σ) of the layered material laminate was calculated from σ = 1 / (ρs × t) from the surface resistance value (ρs) and the thickness (t) of the layered material laminate. The surface resistance value (ρs) is measured by a resistance meter using a 4-probe method (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytec Co., Ltd., model name: Loresta GP MCP-T610), and the thickness (t) of the layered material laminate is high. It was measured by an accuracy digital length measuring machine (manufactured by Mitutoyo Corporation, model name: Lightmatic VL-50SB).

<有機化合物含有量>
層状材料積層体を90℃でのオーブン乾燥により残留溶媒等の揮発分を除去した後、熱重量分析装置を用いて、窒素雰囲気下、室温から90℃まで昇温し、90℃で30分保持した後、昇温速度10℃/分で100℃から280℃まで加熱して熱重量分析を行い、層状材料に由来しないものの質量減少を確認することにより、得られた層状材料積層体に含まれる層状材料と前記有機化合物の含有割合を求めた。
<Organic compound content>
After removing volatile components such as residual solvent by drying the layered material laminate in an oven at 90 ° C, the temperature is raised from room temperature to 90 ° C under a thermogravimetric analyzer and held at 90 ° C for 30 minutes. After that, it is contained in the obtained layered material laminate by heating from 100 ° C. to 280 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min and performing thermogravimetric analysis to confirm the mass reduction of a substance not derived from the layered material. The content ratio of the layered material and the organic compound was determined.

(実施例1)
(1)層状材料と層状材料分散体の製造
黒鉛(日本黒鉛社製、商品名:ACB-50)0.5gと、2,2’-イミノジエタノール(和光純薬工業社製;SP値14.9、融点27℃、30℃における粘度 380mPa・s、沸点269℃)の水含有物(水の含有率4.6質量%、25℃における粘度 360mPa・s)2.0gを混合し、ロールミル(アイメックス(株)社製、型番:BR-100V、ロール材質:ジルコニア、三本のロール回転比「1:2.4:6」)にて、最も速く回転するロールの速度が300rpmの状態で60分処理することにより、層状材料1が分散した層状材料分散体1を得た。層状材料分散体1の25℃における粘度は、21000mPa・sであった。層状材料分散体1を24時間静置しても、層状材料1は沈殿しなかった。
(Example 1)
(1) Production of layered material and layered material dispersion 0.5 g of graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., trade name: ACB-50) and 2,2'-iminodiethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; SP value 14. 9. Mix 2.0 g of a water-containing material (water content 4.6% by mass, viscosity 360 mPa · s at 25 ° C.) having a melting point of 27 ° C. and a viscosity of 30 ° C. of 380 mPa · s and a boiling point of 269 ° C., and roll mill ( Made by IMEX Co., Ltd., model number: BR-100V, roll material: zirconia, three roll rotation ratio "1: 2.4: 6"), and the fastest rotating roll speed is 60 at 300 rpm. By the fractionation treatment, a layered material dispersion 1 in which the layered material 1 was dispersed was obtained. The viscosity of the layered material dispersion 1 at 25 ° C. was 21000 mPa · s. Even if the layered material dispersion 1 was allowed to stand for 24 hours, the layered material 1 did not precipitate.

層状材料分散体1から少量サンプリングし、2,2’-イミノジエタノールの溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒である水に界面活性剤(和光純薬工業社製Tween20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)を2%(水に対して)添加した水溶液で希釈した後に、孔径0.02ミクロンのメンブレンフィルター(GEヘルスケアジャパン社製、アノディスク、材質:アルミナ、以下別途記載のない限り同様)で液体成分を濾別し、層状材料1のX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定したところ、原料黒鉛のACB-50と同様の0.336nmを示した。 A small amount of sample was taken from the layered material dispersion 1, and a surfactant (Tween 20 (polyoxyethylene sorbitan) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to water, which is a solvent having a solubility of 2,2'-iminodiethanol of 5 (g / 100 g solvent) or more. After diluting with an aqueous solution containing 2% (to water) of monolaurate), a membrane filter with a pore size of 0.02 micron (GE Healthcare Japan, Annodisk, material: alumina, unless otherwise stated) When the liquid component was filtered out in the same manner and the average surface spacing (d002) of the (002) plane of the layered material 1 was measured by the X-ray diffraction method, it showed 0.336 nm, which was the same as ACB-50 of the raw material graphite. ..

また、レーザー顕微鏡(SLM)と原子間力顕微鏡による層状材料の観察により、構成する層状材料の平均厚み(d)を算出したところ、平均厚みは45nmと求められた。
図1に、層状材料分散体1を構成する層状材料1のレーザー顕微鏡写真の1つを示す。
Further, when the average thickness (d) of the constituent layered materials was calculated by observing the layered materials with a laser microscope (SLM) and an atomic force microscope, the average thickness was determined to be 45 nm.
FIG. 1 shows one of the laser micrographs of the layered material 1 constituting the layered material dispersion 1.

更に、層状材料分散体1について、光路長6mmの粒度分布測定用セルにおいて吸光度が0.09を示す様に水で希釈した分散液を用いて粒度分布を測定したところ、個数の分布について1μm未満は5個数%、1μm以上10μm以下は80個数%、10μm超過は15個数%であり、平均メディアン径(D50)は、8μmであった。 Further, when the particle size distribution of the layered material dispersion 1 was measured using a dispersion liquid diluted with water so that the absorbance was 0.09 in a particle size distribution measuring cell having an optical path length of 6 mm, the number distribution was less than 1 μm. Was 5%%, 1 μm or more and 10 μm or less was 80%, 10 μm excess was 15%, and the average median diameter (D50) was 8 μm.

(2)層状材料積層体の製造
(1)で得られた層状材料分散体1に粘度が500mPa・sになる様に1-メチル-2-ピロリドンを添加した。当該粘度調整直後の層状材料分散体をポリイミドフィルム基材上にアプリケーターを用いて塗布した後、ガラスチューブオーブン(GTO-3000、柴田科学株式会社製)で、油回転真空ポンプを用いた減圧下、280℃2時間乾燥させ、さらに、ロールプレス機(SA-602、テスター産業社製)を用いて、荷重20kN(線圧120N/mm)、ロール回転速度1m/分の条件で圧縮処理し、厚み33μmの層状材料積層体1を得た。
(2) Production of Layered Material Laminate A 1-methyl-2-pyrrolidone was added to the layered material dispersion 1 obtained in (1) so that the viscosity became 500 mPa · s. The layered material dispersion immediately after the viscosity adjustment was applied onto a polyimide film substrate using an applicator, and then in a glass tube oven (GTO-3000, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.) under reduced pressure using an oil rotary vacuum pump. It was dried at 280 ° C. for 2 hours, and further compressed using a roll press machine (SA-602, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) under the conditions of a load of 20 kN (linear pressure 120 N / mm) and a roll rotation speed of 1 m / min. A layered material laminate 1 having a thickness of 33 μm was obtained.

得られた層状材料積層体1の空隙率は9%であった。
また、層状材料積層体1は、JIS-K7127(1999)に準拠したシート形状の引張試験において、弾性率が3.9GPaであった。
また、層状材料積層体1の導電率は1300S/cmであった。
層状材料積層体1についてX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定した。層状材料積層体1の平均面間隔(d002)は0.336nmと算出され、原料黒鉛のACB-50と同様であった。
圧縮処理後の層状材料積層体1の断面の走査顕微鏡観察により、構成する層状材料の平均厚みは45nmと観測された。
また、層状材料積層体1には前記有機化合物が0.3質量%含まれていた。
The porosity of the obtained layered material laminate 1 was 9%.
Further, the layered material laminate 1 had an elastic modulus of 3.9 GPa in a tensile test of a sheet shape conforming to JIS-K7127 (1999).
The conductivity of the layered material laminate 1 was 1300 S / cm.
The average plane spacing (d002) of the (002) plane was measured for the layered material laminate 1 by the X-ray diffraction method. The average interplanar spacing (d002) of the layered material laminate 1 was calculated to be 0.336 nm, which was the same as ACB-50 of the raw material graphite.
By scanning microscope observation of the cross section of the layered material laminate 1 after the compression treatment, the average thickness of the constituent layered materials was observed to be 45 nm.
Further, the layered material laminate 1 contained 0.3% by mass of the organic compound.

(実施例2)
(1)層状材料と層状材料分散体の製造
六方晶窒化ホウ素(デンカ社製、商品名:デンカボロンナイトライド粉XGP)0.5gと2,2’-イミノジエタノール(和光純薬工業社製;SP値14.9、融点27℃、30℃における粘度 380mPa・s、沸点269℃)の水含有物(水の含有率4.6質量%、25℃における粘度 360mPa・s)2.0gを混合し、ロールミル(アイメックス(株)社製、型番:BR-100V、ロール材質:ジルコニア、三本のロール回転比「1:2.4:6」)にて、最も速く回転するロールの速度が300rpmの状態で60分処理することにより、層状材料2が分散した層状材料分散体2を得た。層状材料分散体2の25℃における粘度は、27000mPa・sであった。層状材料分散体2を24時間静置しても、層状材料2は沈殿しなかった。
(Example 2)
(1) Manufacture of layered material and layered material dispersion Hexagonal boron nitride (manufactured by Denka Co., Ltd., trade name: Denkaboron nitride powder XGP) 0.5 g and 2,2'-iminodiethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; Mix 2.0 g of water-containing material (water content 4.6% by mass, viscosity 360 mPa · s at 25 ° C) with SP value 14.9, viscosity 27 ° C, viscosity 380 mPa · s at 30 ° C, boiling point 269 ° C). However, with a roll mill (manufactured by IMEX Co., Ltd., model number: BR-100V, roll material: zirconia, three roll rotation ratio "1: 2.4: 6"), the speed of the fastest rotating roll is 300 rpm. The layered material dispersion 2 in which the layered material 2 was dispersed was obtained by the treatment in the above state for 60 minutes. The viscosity of the layered material dispersion 2 at 25 ° C. was 27,000 mPa · s. Even if the layered material dispersion 2 was allowed to stand for 24 hours, the layered material 2 did not precipitate.

層状材料分散体2から少量サンプリングし、2,2’-イミノジエタノールの溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒である水に界面活性剤(和光純薬工業社製Tween20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)を2%(水に対して)添加した水溶液で希釈した後に、孔径0.02ミクロンのメンブレンフィルター(GEヘルスケアジャパン社製、アノディスク、材質:アルミナ、以下別途記載のない限り同様)で液体成分を濾別し、層状材料2のX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定したところ、原料窒化ホウ素のデンカボロンナイトライド粉XGPと同様の0.335nmを示した。 A small amount of sample was sampled from the layered material dispersion 2, and a surfactant (Tween 20 (polyoxyethylene sorbitan) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to water, which is a solvent having a solubility of 2,2'-iminodiethanol of 5 (g / 100 g solvent) or more. After diluting with an aqueous solution containing 2% (to water) of monolaurate), a membrane filter with a pore size of 0.02 micron (GE Healthcare Japan, Annodisk, material: alumina, unless otherwise stated) The liquid component was filtered out in the same manner (same as above), and the average surface spacing (d002) of the (002) plane of the layered material 2 was measured by the X-ray diffraction method. It showed 335 nm.

また、原子間力顕微鏡による層状材料の観察により、構成する層状材料の平均厚み(d)を算出したところ、平均厚みは61nmと求められた。 Further, when the average thickness (d) of the constituent layered materials was calculated by observing the layered materials with an atomic force microscope, the average thickness was determined to be 61 nm.

更に、層状材料分散体2について、光路長6mmの粒度分布測定用セルにおいて吸光度が0.09を示す様に水で希釈した分散液を用いて粒度分布を測定したところ、個数の分布について1μm未満は2個数%、1μm以上10μm以下は35個数%、10μm超過は63個数%であり、平均メディアン径(D50)は、23μmであった。 Furthermore, when the particle size distribution of the layered material dispersion 2 was measured using a dispersion liquid diluted with water so that the absorbance was 0.09 in a particle size distribution measuring cell having an optical path length of 6 mm, the number distribution was less than 1 μm. Was 2%%, 1 μm or more and 10 μm or less was 35 pieces%, and 10 μm excess was 63 pieces%, and the average median diameter (D50) was 23 μm.

(2)層状材料積層体の製造
(1)で得られた層状材料分散体2に粘度が500mPa・sになる様に1-メチル-2-ピロリドンを添加した。当該粘度調整直後の層状材料分散体をポリイミドフィルム基材上にアプリケーターを用いて塗布した後、ガラスチューブオーブン(GTO-3000、柴田科学株式会社製)で、油回転真空ポンプを用いた減圧下、280℃2時間乾燥させ、さらに、ロールプレス機(SA-602、テスター産業社製)を用いて、荷重20kN(線圧120N/mm)、ロール回転速度1m/分の条件で圧縮処理し、厚み24μmの層状材料積層体2を得た。
(2) Production of Layered Material Laminate A 1-methyl-2-pyrrolidone was added to the layered material dispersion 2 obtained in (1) so that the viscosity became 500 mPa · s. The layered material dispersion immediately after the viscosity adjustment was applied onto a polyimide film substrate using an applicator, and then in a glass tube oven (GTO-3000, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.) under reduced pressure using an oil rotary vacuum pump. It was dried at 280 ° C. for 2 hours, and further compressed using a roll press machine (SA-602, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) under the conditions of a load of 20 kN (linear pressure 120 N / mm) and a roll rotation speed of 1 m / min. A layered material laminate 2 having a thickness of 24 μm was obtained.

得られた層状材料積層体2の空隙率は12%であった。
また、得られた層状材料積層体2は、JIS-K7127(1999)に準拠したシート形状の引張試験において、弾性率が3.2GPaであった。
また、得られた層状材料積層体2の熱拡散率は3.1×10-5/sであった(ステンレス:SUS304の熱拡散率は4.1×10-6/s)。
The porosity of the obtained layered material laminate 2 was 12%.
Further, the obtained layered material laminate 2 had an elastic modulus of 3.2 GPa in a tensile test of a sheet shape according to JIS-K7127 (1999).
The thermal diffusivity of the obtained layered material laminate 2 was 3.1 × 10 -5 m 2 / s (stainless steel: SUS304 had a thermal diffusivity of 4.1 × 10 -6 m 2 / s). ..

層状材料積層体2についてX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定した。層状材料積層体2のピークは2θ=26.64°に位置し、平均面間隔(d002)は0.335nmと算出され、原料窒化ホウ素のデンカボロンナイトライド粉XGPと同様であった。
得られた層状材料積層体2の断面の走査顕微鏡観察により、構成する層状材料の平均厚みは60nmと観測された。
また、層状材料積層体2には前記有機化合物が0.4質量%含まれていた。
The average plane spacing (d002) of the (002) plane was measured for the layered material laminate 2 by the X-ray diffraction method. The peak of the layered material laminate 2 was located at 2θ = 26.64 °, and the average interplanar spacing (d002) was calculated to be 0.335 nm, which was similar to that of the raw material boron nitride dencabolon nitride powder XGP.
By scanning microscope observation of the cross section of the obtained layered material laminate 2, the average thickness of the constituent layered materials was observed to be 60 nm.
Further, the layered material laminate 2 contained 0.4% by mass of the organic compound.

(実施例3)
(1)層状材料と層状材料分散体の製造
黒鉛(日本黒鉛社製、商品名:ACB-50)0.5gとDBU(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン)(東京化成工業社製;SP値8.83、融点-70℃、30℃における粘度 30 mPa・s、沸点261℃)2.0gを混合し、ロールミル(アイメックス(株)社製、型番:BR-100V、ロール材質:ジルコニア、三本のロール回転比「1:2.4:6」)にて、最も速く回転するロールの速度が300rpmの状態で60分処理することにより、層状材料3が分散した層状材料分散体3を得た。層状材料分散体3の25℃における粘度は、22000mPa・sであった。層状材料分散体3を24時間静置しても、層状材料3は沈殿しなかった。
(Example 3)
(1) Production of layered material and layered material dispersion Graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., trade name: ACB-50) 0.5 g and DBU (1,8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene) ( Made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .; SP value 8.83, melting point -70 ° C, viscosity at 30 ° C 30 mPa · s, boiling point 261 ° C) 2.0 g was mixed and rolled mill (manufactured by Imex Co., Ltd., model number: BR- Layered material 3 is dispersed by processing for 60 minutes at 100 V, roll material: zirconia, three roll rotation ratio "1: 2.4: 6") at a speed of the fastest rotating roll of 300 rpm. The layered material dispersion 3 was obtained. The viscosity of the layered material dispersion 3 at 25 ° C. was 22000 mPa · s. Even if the layered material dispersion 3 was allowed to stand for 24 hours, the layered material 3 did not precipitate.

層状材料分散体3から少量サンプリングし、DBUの溶解度が5(g/100g溶媒)以上の溶媒であるアセトンに界面活性剤(和光純薬工業社製Tween20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)を2%(溶媒に対して)添加した溶液で希釈した後に、孔径0.02ミクロンのメンブレンフィルター(GEヘルスケアジャパン社製、アノディスク、材質:アルミナ、以下別途記載のない限り同様)で液体成分を濾別し、層状材料3のX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定したところ、原料黒鉛のACB-50と同様の0.336nmを示した。
また、原子間力顕微鏡による層状材料の観察により、構成する層状材料の平均厚み(d)を算出したところ、平均厚みは60nmと求められた。
A small amount was sampled from the layered material dispersion 3, and a surfactant (Tween 20 (polyoxyethylene sorbitan monolaurate) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to acetone, which is a solvent having a DBU solubility of 5 (g / 100 g solvent) or more. % (With respect to solvent) After diluting with the added solution, use a membrane filter with a pore size of 0.02 micron (GE Healthcare Japan Co., Ltd., Annodisk, material: alumina, the same applies hereinafter unless otherwise specified). When the layered material 3 was separated by filtration and the average surface spacing (d002) of the (002) plane was measured by the X-ray diffraction method, it showed 0.336 nm, which was the same as ACB-50 of the raw material graphite.
Further, when the average thickness (d) of the constituent layered materials was calculated by observing the layered materials with an atomic force microscope, the average thickness was determined to be 60 nm.

更に、層状材料分散体3について、光路長6mmの粒度分布測定用セルにおいて吸光度が0.09を示す様に水で希釈した分散液を用いて粒度分布を測定したところ、個数の分布について1μm未満は10個数%、1μm以上10μm以下は85個数%、10μm超過は15個数%であり、平均メディアン径(D50)は、7μmであった。 Furthermore, when the particle size distribution of the layered material dispersion 3 was measured using a dispersion liquid diluted with water so that the absorbance was 0.09 in a particle size distribution measuring cell having an optical path length of 6 mm, the number distribution was less than 1 μm. Was 10% by number, 1 μm or more and 10 μm or less was 85 number%, and 10 μm excess was 15 number%, and the average median diameter (D50) was 7 μm.

(2)層状材料積層体の製造
(1)で得られた層状材料分散体3に粘度が500mPa・sになる様に1-メチル-2-ピロリドンを添加した。当該粘度調整直後の層状材料分散体をポリイミドフィルム基材上にアプリケーターを用いて塗布した後、ガラスチューブオーブン(GTO-3000、柴田科学株式会社製)で、油回転真空ポンプを用いた減圧下、280℃2時間乾燥させ、さらに、ロールプレス機(SA-602、テスター産業社製)を用いて、荷重20kN(線圧120N/mm)、ロール回転速度1m/分の条件で圧縮処理し、厚み35μmの層状材料積層体3を得た。
(2) Production of Layered Material Laminate A 1-methyl-2-pyrrolidone was added to the layered material dispersion 3 obtained in (1) so that the viscosity became 500 mPa · s. The layered material dispersion immediately after the viscosity adjustment was applied onto a polyimide film substrate using an applicator, and then in a glass tube oven (GTO-3000, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.) under reduced pressure using an oil rotary vacuum pump. It was dried at 280 ° C. for 2 hours, and further compressed using a roll press machine (SA-602, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) under the conditions of a load of 20 kN (linear pressure 120 N / mm) and a roll rotation speed of 1 m / min. A layered material laminate 3 having a thickness of 35 μm was obtained.

得られた層状材料積層体3の空隙率は11%であった。
また、層状材料積層体3は、JIS-K7127(1999)に準拠したシート形状の引張試験において、弾性率が3.7GPaであった。
また、層状材料積層体3の導電率は1200S/cmであった。
層状材料積層体3についてX線回折法による(002)面の平均面間隔(d002)を測定した。層状材料積層体3の平均面間隔(d002)は0.336nmと算出され、原料黒鉛のACB-50と同様であった。
圧縮処理後の層状材料積層体3の断面の走査顕微鏡観察により、構成する層状材料の平均厚みは60nmと観測された。
また、層状材料積層体3には前記有機化合物が0.4質量%含まれていた。
The porosity of the obtained layered material laminate 3 was 11%.
Further, the layered material laminate 3 had an elastic modulus of 3.7 GPa in a tensile test of a sheet shape conforming to JIS-K7127 (1999).
The conductivity of the layered material laminate 3 was 1200 S / cm.
The average plane spacing (d002) of the (002) plane was measured for the layered material laminate 3 by the X-ray diffraction method. The average interplanar spacing (d002) of the layered material laminate 3 was calculated to be 0.336 nm, which was the same as ACB-50 of the raw material graphite.
By scanning microscope observation of the cross section of the layered material laminate 3 after the compression treatment, the average thickness of the constituent layered materials was observed to be 60 nm.
Further, the layered material laminate 3 contained 0.4% by mass of the organic compound.

(比較例1)
(1)層状材料と層状材料分散体の製造
黒鉛(日本黒鉛社製、商品名:ACB-50)0.5gと1-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業社製;SP値10.6、融点-24℃、25℃における粘度 1.7mPa・s、沸点202℃)2.0gを混合し、ロールミル(アイメックス(株)社製、型番:BR-100V、ロール材質:ジルコニア、三本のロール回転比「1:2.4:6」)にて、最も速く回転するロールの速度が300rpmの状態で60分処理したが、比較層状材料1が分散した比較層状材料分散体1を24時間静置すると、比較層状材料1はすべて沈殿し、上澄み液は透明であった。この状態は、十分に薄片化されていない層状材料が残留していることを表している。比較層状材料分散体1の上澄み液の25℃における粘度は、2mPa・sであった。また、ロールミルの処理直後に得られた比較層状材料分散体1を、ポリイミドフィルム基材上にアプリケーターを用いて塗布した後、ガラスチューブオーブン(GTO-3000、柴田科学株式会社製)で、油回転真空ポンプを用いた減圧下、280℃2時間乾燥させ、さらに、ロールプレス機(SA-602、テスター産業社製)を用いて、荷重20kN(線圧120N/mm)、ロール回転速度1m/分の条件で圧縮処理したところ、製膜されずに粉体状の比較層状材料1が得られた。十分に薄片化されていない層状材料が残留しているので、層状材料の積層体が膜状にならずに粉体状になったと推定される。
(Comparative Example 1)
(1) Manufacture of layered material and layered material dispersion 0.5 g of graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., trade name: ACB-50) and 1-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; SP value 10.6) , Melting point -24 ° C, viscosity at 25 ° C 1.7 mPa · s, boiling point 202 ° C) 2.0 g, roll mill (manufactured by IMEX Co., Ltd., model number: BR-100V, roll material: zirconia, three pieces At the roll rotation ratio "1: 2.4: 6"), the treatment was performed for 60 minutes at a state where the speed of the fastest rotating roll was 300 rpm, but the comparative layered material dispersion 1 in which the comparative layered material 1 was dispersed was treated for 24 hours. When allowed to stand, all the comparative layered material 1 was precipitated, and the supernatant was transparent. This condition indicates that a layered material that has not been sufficiently thinned remains. The viscosity of the supernatant of the comparative layered material dispersion 1 at 25 ° C. was 2 mPa · s. Further, the comparative layered material dispersion 1 obtained immediately after the treatment with the roll mill was applied onto the polyimide film substrate using an applicator, and then oil-rotated in a glass tube oven (GTO-3000, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.). Dry under reduced pressure using a vacuum pump at 280 ° C. for 2 hours, and then use a roll press machine (SA-602, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) to load 20 kN (wire pressure 120 N / mm) and roll rotation speed 1 m / min. When the compression treatment was carried out under the above conditions, a powdery comparative layered material 1 was obtained without forming a film. Since the layered material that has not been sufficiently sliced remains, it is presumed that the laminated body of the layered material has become powdery rather than filmy.

Claims (5)

膨潤力が5mL/2g以上である膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内であって、平均厚みが100nm以下である、層状材料1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下含有し、
前記層状材料と前記有機化合物との合計含有量が、90質量%以上である、層状材料分散体。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
It is a piece of layered material excluding swellable clay minerals having a swelling force of 5 mL / 2 g or more, and the average surface spacing by X-ray diffraction is within the range of ± 0.01 nm of the average surface spacing of the layered material, and is average. 1 part by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) is contained in 1 part by mass of a layered material having a thickness of 100 nm or less.
A layered material dispersion having a total content of the layered material and the organic compound of 90% by mass or more .
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
25℃における粘度が300mPa・s以上である、請求項1に記載の層状材料分散体。 The layered material dispersion according to claim 1, which has a viscosity at 25 ° C. of 300 mPa · s or more. 膨潤力が5mL/2g以上である膨潤性粘土鉱物を除く層状物質1質量部に対して、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を1質量部以上100質量部以下加えて、混練する工程を有し、
前記層状材料と前記有機化合物との合計含有量が、90質量%以上である、層状材料分散体の製造方法。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
Add 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less of the organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii) to 1 part by mass of the layered substance excluding the swellable clay mineral having a swelling power of 5 mL / 2 g or more. Has a kneading process
A method for producing a layered material dispersion, wherein the total content of the layered material and the organic compound is 90% by mass or more .
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
前記請求項1又は2に記載の層状材料分散体を成膜又は成形する工程を有する、
層状物質の片である層状材料が積層されてなる、層状材料積層体の製造方法。
The step of forming or molding the layered material dispersion according to claim 1 or 2 .
A method for manufacturing a layered material laminate, which is formed by laminating layered materials that are pieces of a layered substance.
膨潤力が5mL/2g以上である膨潤性粘土鉱物を除く層状物質の片であり、平均厚みが100nm以下である層状材料が積層されてなり、X線回折法による平均面間隔が前記層状物質の平均面間隔±0.01nmの範囲内である、層状材料積層体であって、
下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす有機化合物を0.1質量%以上5質量%以下含有し、JIS-K7127(1999)に準拠した引張試験において、弾性率が3GPa以上である、層状材料積層体。
(i)SP値が8以上20以下である。
(ii)融点が30℃以下で、且つ、30℃の粘度が10mPa・s以上である。
(iii)沸点が100℃以上280℃以下である。
A piece of layered material excluding swellable clay minerals with a swelling power of 5 mL / 2 g or more, layered materials having an average thickness of 100 nm or less are laminated, and the average surface spacing by X-ray diffraction method is that of the layered material. A layered material laminate with an average surface spacing within ± 0.01 nm.
It contains 0.1% by mass or more and 5% by mass or less of an organic compound satisfying the following (i), (ii) and (iii), and has an elastic modulus of 3 GPa or more in a tensile test based on JIS-K7127 (1999). , Layered material laminate.
(I) The SP value is 8 or more and 20 or less.
(Ii) The melting point is 30 ° C. or lower, and the viscosity at 30 ° C. is 10 mPa · s or more.
(Iii) The boiling point is 100 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
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