JP7449110B2 - Modified graphene, method for producing modified graphene, modified graphene resin composite, modified graphene sheet, and modified graphene dispersion - Google Patents

Modified graphene, method for producing modified graphene, modified graphene resin composite, modified graphene sheet, and modified graphene dispersion Download PDF

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Description

本開示は、修飾グラフェン、修飾グラフェンの製造方法、修飾グラフェン樹脂複合体、修飾グラフェンシートおよび修飾グラフェン分散体に関するものである。 The present disclosure relates to modified graphene, a method for producing modified graphene, a modified graphene resin composite, a modified graphene sheet, and a modified graphene dispersion.

グラフェンやグラファイト、カーボンナノチューブといった炭素材料は、それぞれに優れた電気、熱、光学、および機械特性を有し、電池材料、エネルギー貯蔵材料、電子デバイス、複合材料などの領域で幅広い応用が期待されている。このような種々の炭素材料の特性を有効に機能させ工業的に利用するうえで、炭素材料の凝集力を制御し、分散媒への分散性を改善することが求められる場合がある。
凝集力を抑制する手法として、炭素材料の表面に化学的処理を施し、置換基を導入して表面を改質する製造方法が知られている。
特許文献1には、グラファイトと酸化剤を用いたHummers法により、グラフェン表面に酸素含有基を導入した酸化グラフェンの製造方法が記載されている。また、特許文献3には、グラファイト粉末と、アミノ基(-NH)を有する処理剤、例えばp-フェニレンジアミンのモノジアゾニウム塩とを水中で反応させることによりアミノ基を有するグラフェン粉末の製造方法が開示されている。
Carbon materials such as graphene, graphite, and carbon nanotubes each have excellent electrical, thermal, optical, and mechanical properties, and are expected to have a wide range of applications in areas such as battery materials, energy storage materials, electronic devices, and composite materials. There is. In order to make the characteristics of these various carbon materials function effectively and use them industrially, it may be necessary to control the cohesive force of the carbon materials and improve their dispersibility in a dispersion medium.
As a method for suppressing cohesive force, a manufacturing method is known in which the surface of a carbon material is chemically treated and a substituent is introduced to modify the surface.
Patent Document 1 describes a method for producing graphene oxide in which an oxygen-containing group is introduced onto the surface of graphene by the Hummers method using graphite and an oxidizing agent. Further, Patent Document 3 describes a method for producing graphene powder having an amino group by reacting graphite powder with a processing agent having an amino group (-NH 2 ), such as a monodiazonium salt of p-phenylenediamine, in water. is disclosed.

特許第5098064号公報Patent No. 5098064 特開2016-27092号公報JP 2016-27092 Publication 特許第3980637号公報Patent No. 3980637 特開2016-27093号公報JP 2016-27093 Publication

ジャーナル オブ ザ アメリカン ケミカル ソサイエティ(Journal of the American Chemical Society),76,1283-1285(1954)Journal of the American Chemical Society, 76, 1283-1285 (1954)

本開示の一態様は、グラフェンが本来的に有する優れた導電性及び熱伝導性を損なうことなく分散媒への分散性が改善された修飾グラフェンの提供に向けたものである。
本開示の他の態様は、グラフェンが本来的に有する優れた導電性及び熱伝導性を損なうことなく、分散媒への分散性に優れた修飾グラフェンを製造する方法の提供に向けたものである。
また、本開示の他の態様は、優れた導電性及び熱伝導性を備えた修飾グラフェン樹脂複合体、修飾グラフェンシート及び修飾グラフェン分散体の提供に向けたものである。
One aspect of the present disclosure is directed to providing modified graphene that has improved dispersibility in a dispersion medium without impairing the excellent electrical conductivity and thermal conductivity that graphene inherently has.
Another aspect of the present disclosure is directed to providing a method for producing modified graphene that has excellent dispersibility in a dispersion medium without impairing the excellent electrical conductivity and thermal conductivity that graphene inherently has. .
Further, another aspect of the present disclosure is directed to providing a modified graphene resin composite, a modified graphene sheet, and a modified graphene dispersion that have excellent electrical conductivity and thermal conductivity.

本開示の一態様によれば、修飾グラフェンであって、下記式(I)で示される構造を有し、ラマン分光スペクトルにおけるGバンドの強度gとDバンドの強度dの比率(g/d)が、1.0以上である修飾グラフェンが提供される:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)

前記式(I)中、
Gr1は単層グラフェンまたは多層グラフェンであり、
Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
According to one aspect of the present disclosure, modified graphene has a structure represented by the following formula (I), and has a ratio (g/d) of G band intensity g and D band intensity d in a Raman spectroscopic spectrum. is 1.0 or more:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)

In the formula (I),
Gr1 is single layer graphene or multilayer graphene,
Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000001
Figure 0007449110000001

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基から選択される基であり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基である場合は、該アルキレン基中の炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または

Figure 0007449110000002
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、
X1が炭素数~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、 -CO-, -COO-, -CONH-, and a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1,
When X1 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, it is an atom or group bonded to a carbon atom in the alkylene group,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000002
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, as well as,
X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, -O-, -NH-,

Figure 0007449110000003
Figure 0007449110000003

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は、該基中の炭素原子、または窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。
In the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, an atom bonded to a carbon atom or a nitrogen atom in the group or Based on
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups.

本開示の他の態様によれば、修飾グラフェンを製造する方法であって、
下記式(V)で表される化合物を、液媒体中において、酸化剤の存在下で、温度-5℃以上、80℃以下の条件で、該化合物からの水素原子の引き抜きによるラジカル付加反応によって、下記式(V)中のA1で表される基を、原料としてのグラフェン表面の炭素原子に結合させる結合工程を有し、
該酸化剤は、酸化電位が+0.50V以上+1.70V以下である、修飾グラフェンの製造方法が提供される。
HN=N-A1 (V)。
(前記式(V)中、
A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基であり、
Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
According to another aspect of the present disclosure, a method of manufacturing modified graphene, comprising:
A compound represented by the following formula (V) is subjected to a radical addition reaction by abstracting hydrogen atoms from the compound in a liquid medium in the presence of an oxidizing agent at a temperature of -5°C or higher and 80°C or lower. , has a bonding step of bonding a group represented by A1 in the following formula (V) to a carbon atom on the surface of graphene as a raw material ,
A method for producing modified graphene is provided , in which the oxidizing agent has an oxidation potential of +0.50 V or more and +1.70 V or less .
HN=N-A1 (V).
(In the above formula (V),
A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1,
Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000004
Figure 0007449110000004

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基から選択されるいずれかであり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または

Figure 0007449110000005
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、X1が炭素数2~10の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、

Figure 0007449110000006
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は該基中の炭素原子、又は窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。)。 -CO-, -COO-, -CONH-, and a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000005
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, and X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, -O-, -NH-,

Figure 0007449110000006
-CO-, -COO-, -CONH-, and an atom or group bonded to a carbon atom or nitrogen atom in the group in the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group. And,
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups. ).

本開示の他の態様によれば、
下記式(IX)で表される化合物及び下記式(X)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の処理剤を、pH1.5~7、及び、温度5~80℃の条件にて、原料としてのグラフェンに反応させて、該式(IX)または該式(X)中のA1で表される基を、グラフェン表面の炭素原子に化学結合させる工程を有する修飾グラフェンの製造方法が提供される:
According to other aspects of the disclosure:
At least one treatment agent selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (IX) and a compound represented by the following formula (X) is applied at a pH of 1.5 to 7 and a temperature of 5 to 80°C. A method for producing modified graphene , comprising a step of reacting graphene as a raw material to chemically bond a group represented by A1 in the formula (IX) or the formula (X) to a carbon atom on the surface of the graphene. provided:

Figure 0007449110000007
Figure 0007449110000007

(前記式(IX)中、
、P、及びPは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、カルボン酸エステル基、又は-S(=O)-R’を表し、P、P、及びPのすべてが同時に水素原子となることはない。
R’はヒドロキシ基、アルキル基、又はアリール基を表す。
A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基である。
(In the above formula (IX),
P 1 , P 2 , and P 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group , a carboxylic acid ester group, or -S (=O) 2 -R'; All 3 cannot become hydrogen atoms at the same time.
R' represents a hydroxy group, an alkyl group, or an aryl group.
A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1.

前記式(X)中、
およびQは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アシル基、カルボン酸エステル基、アリールオキシ基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、又はホスホン酸基を表し、QとQが同時に水素原子となることはない。
は、水素原子、アルキル基、又はアリール基、又はカルボン酸エステル基を表す。A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基である。
In the formula (X),
Q 1 and Q 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a halogen atom, a cyano group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, a thioalkoxy group, an acyl group, a carboxylic acid ester group, an aryloxy group, It represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, or a phosphonic acid group, and Q 1 and Q 2 are never hydrogen atoms at the same time.
Q 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a carboxylic acid ester group. A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1.

前記Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
The Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000008
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基であり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基である場合は、該アルキレン基中の炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または
Figure 0007449110000009
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、
X1が炭素数~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000008
A group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1,
When X1 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, it is an atom or group bonded to a carbon atom in the alkylene group,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000009
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, as well as,
X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, -O-, -NH-,

Figure 0007449110000010
-CO-、-COO-、-CONH-、アリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は、該基中の炭素原子、又は窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、該Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。)。
Figure 0007449110000010
In the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene groups, an atom or group bonded to a carbon atom or nitrogen atom in the group And,
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups. ).

本開示の他の態様によれば、前記式(I)で示される構造を有する修飾グラフェンを含有する修飾グラフェン樹脂複合体、修飾グラフェンシートおよび修飾グラフェン分散体が提供される。 According to other aspects of the present disclosure, a modified graphene resin composite, a modified graphene sheet, and a modified graphene dispersion containing modified graphene having a structure represented by the above formula (I) are provided.

本開示の一態様によれば、優れた導電性及び熱伝導性を有し、かつ表面に機能性官能基が導入された修飾グラフェンを提供することができる。また、本開示の他の態様によれば、優れた導電性及び熱伝導性を有し、かつ表面に機能性官能基が導入された修飾グラフェンの製造方法を提供することができる。さらに、本開示の他の態様によれば、優れた導電性及び熱伝導性を有し、かつ表面に機能性官能基が導入された修飾グラフェンを含有する修飾グラフェン樹脂複合体、修飾グラフェンシートおよび修飾グラフェン分散体を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide modified graphene that has excellent electrical conductivity and thermal conductivity, and has functional groups introduced onto its surface. Further, according to another aspect of the present disclosure, it is possible to provide a method for producing modified graphene that has excellent electrical conductivity and thermal conductivity and has functional groups introduced onto the surface. Furthermore, according to other aspects of the present disclosure, a modified graphene resin composite containing modified graphene having excellent electrical conductivity and thermal conductivity and having a functional group introduced onto the surface, a modified graphene sheet, and A modified graphene dispersion can be provided.

修飾グラフェンを得る際の反応機構を示す図。A diagram showing a reaction mechanism when obtaining modified graphene. 処理剤として式(IX)で示される化合物を用いた場合の反応機構を示す図。The figure which shows the reaction mechanism when the compound shown by Formula (IX) is used as a processing agent. 修飾グラフェン、未修飾グラフェンのラマン分光スペクトルのチャート。Chart of Raman spectra of modified graphene and unmodified graphene.

本発明者らは、グラフェンが本来有する高い導電性、熱伝導性を損なうことなしに、分散媒への分散性に優れたグラフェンを得るべく、グラフェンの化学修飾について検討を行った。
当該検討によれば、特許文献1に記載の方法では、強い酸化剤とともにグラフェン表面に官能基を導入しているため、グラフェンが酸化され、グラフェン特有のsp構造が破壊される場合があることが判明した。
The present inventors investigated chemical modification of graphene in order to obtain graphene with excellent dispersibility in a dispersion medium without impairing graphene's inherent high electrical conductivity and thermal conductivity.
According to the study, in the method described in Patent Document 1, functional groups are introduced onto the graphene surface together with a strong oxidizing agent, so graphene may be oxidized and the sp 2 structure unique to graphene may be destroyed. There was found.

また、特許文献3に記載の方法では、ジアゾニム化合物は分解し易く、反応系内でラジカル生成の制御ができないために、短時間に多量のラジカルが発生すると考えられる。その結果、グラフェン特有のsp構造が破壊される場合があることが分かった。グラフェンに特有のsp2構造が破壊された場合、グラフェンが本来有する優れた導電性や熱伝導性が損なわれると考えられる。 Furthermore, in the method described in Patent Document 3, the diazonium compound is easily decomposed and the generation of radicals cannot be controlled within the reaction system, so it is thought that a large amount of radicals are generated in a short period of time. As a result, it was found that the sp 2 structure unique to graphene may be destroyed. When the sp2 structure unique to graphene is destroyed, it is thought that the excellent electrical conductivity and thermal conductivity originally possessed by graphene will be impaired.

一方、特許文献2及び特許文献4には、自己分散型顔料の製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献2及び特許文献4には、当該製造方法のグラフェンへの適用可能性については何らの開示も示唆もない。 On the other hand, Patent Document 2 and Patent Document 4 disclose methods for producing self-dispersing pigments. However, Patent Document 2 and Patent Document 4 do not disclose or suggest the applicability of the production method to graphene.

かかる状況の下、本発明者らは更なる検討を重ねた結果、グラフェンが本来有する優れた特性、例えば、高い導電性、優れた熱伝導性を損なうことなく、分散媒に対して優れた分散性を示す修飾グラフェンを見出した。 Under these circumstances, the present inventors conducted further studies and found that graphene has excellent dispersion in a dispersion medium without sacrificing its inherent excellent properties, such as high electrical conductivity and excellent thermal conductivity. We have discovered modified graphene that exhibits properties.

すなわち、本開示に係る修飾グラフェンは、下記式(I)で示される構造を有し、ラマン分光スペクトルにおけるGバンドの強度gとDバンドの強度dの比率(g/d)が、1.0以上である:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)。

式(I)中の、Gr1、Ar1、X1、Y1及びn1について説明する。
That is, the modified graphene according to the present disclosure has a structure represented by the following formula (I), and the ratio (g/d) of the G band intensity g and the D band intensity d in the Raman spectrometer is 1.0. That's all:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I).

Gr1, Ar1, X1, Y1 and n1 in formula (I) will be explained.

Gr1は、単層グラフェンまたは多層グラフェンを表す。
Ar1は、炭素数6~18のアリーレン基である。
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Gr1 represents single layer graphene or multilayer graphene.
Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms.
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000011
Figure 0007449110000011

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である。
X1が単結合である場合、Y1はAr1(アリーレン基)中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基である。
また、X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基である場合、Y1は該アルキレン基中の炭素原子に結合する原子もしくは基である。
さらに、X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
A group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group.
When X1 is a single bond, Y1 is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1 (arylene group).
Further, when X1 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, Y1 is an atom or group bonded to a carbon atom in the alkylene group.
Furthermore, X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, -O-, -NH-,

Figure 0007449110000012
Figure 0007449110000012

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、Y1は該基中の炭素原子に結合する原子または基である。 When the group is substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, Y1 is an atom or group bonded to a carbon atom in the group. .

Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基である。
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。
上記式(I)に係る修飾グラフェンは、グラフェンを構成する炭素原子の少なくとも一つに、修飾基として、-Ar1-X1-(Y1)n1が結合したものともいうことができる。
Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms and a siloxane group.
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups.
The modified graphene according to the above formula (I) can also be said to have -Ar1-X1-(Y1)n1 bonded as a modifying group to at least one of the carbon atoms constituting graphene.

また、ラマン分光スペクトルにおけるグラフェンのGバンドは、グラフェンの特徴的なピークの一つであり、炭素原子の平面内運動に由来し、1580~1590cm-1付近に現れるピークである。一方、ラマン分光スペクトルにおけるグラフェンのDバンドは、グラフェンの構造の乱れや欠陥に起因し、1350cm-1付近に現れるピークである。
通常、未修飾のグラフェンであっても、構造の乱れや欠陥は存在しているが、Gバンドの強度gと、Dバンドの強度dとの比(g/d)が、1.0未満となることはない。そして、本開示に係る修飾グラフェンが、(g/d)が1.0以上であることの技術的な意味は、化学的な修飾を行った後にも、グラフェン中の構造の乱れや欠陥が増加していないことである。
Furthermore, the G band of graphene in the Raman spectroscopic spectrum is one of the characteristic peaks of graphene, and is a peak that originates from the in-plane motion of carbon atoms and appears around 1580 to 1590 cm −1 . On the other hand, the D band of graphene in the Raman spectrum is a peak that appears around 1350 cm −1 due to disorder and defects in the structure of graphene.
Normally, even unmodified graphene has structural disturbances and defects, but the ratio (g/d) of the G band intensity g to the D band intensity d is less than 1.0. It won't happen. The technical meaning of the modified graphene according to the present disclosure having (g/d) of 1.0 or more is that even after chemical modification, structural disorder and defects in graphene increase. This is something I have not done.

すなわち、後述する実施例で用いた化学修飾前のグラフェン(「xGnP-M5」;ニーメタルスエンドケミカルスコーポレーション製)のラマン分光スペクトルのチャートを図3(c)に示す。このグラフェンのGバンドのピーク501の強度gと、Dバンドのピーク502の強度dとの比(g/d)の値は、1.0である。
そして、後述する本開示の一態様に係る方法によって、上記のグラフェンに修飾基を導入した修飾グラフェンは、図3(a)に示すように、Gバンドのピーク301の強度gが、Dバンドのピーク302の強度dよりも大きくなり、(g/d)は、1.1となった。
That is, FIG. 3(c) shows a chart of the Raman spectra of graphene ("xGnP-M5"; manufactured by Niimetals Endo Chemicals Corporation) before chemical modification used in the Examples described below. The ratio (g/d) between the intensity g of the G-band peak 501 and the intensity d of the D-band peak 502 of graphene is 1.0.
As shown in FIG. 3(a), the modified graphene obtained by introducing a modifying group into graphene by a method according to an embodiment of the present disclosure described below has an intensity g of the G-band peak 301 that is lower than that of the D-band. The intensity was greater than the intensity d of peak 302, and (g/d) was 1.1.

一方、特許文献1に記載されているように、Hummers法により修飾基を導入した修飾グラフェンは、図3(b)に示したように、Dバンドのピーク402の強度dが、Gバンドのピーク401の強度gよりも強くなっており、(g/d)は、0.7であった。
これは、前記したように、酸化法では、グラフェン特有のsp構造が破壊されたためであると推測される。
上記した通り、本開示に係る修飾グラフェンは、グラフェン本来の構造を破壊したり、当該構造に欠陥を生じさせたりすることなく修飾されたものであり、グラフェン本来の特性を損なうことなしに、分散媒に対する良好な分散性の如き機能性が付与されているものと言える。
本開示に係る修飾グラフェンにおける(g/d)は、好ましくは、1.1以上である。
On the other hand, as described in Patent Document 1, in modified graphene into which a modifying group is introduced by the Hummers method, the intensity d of the D-band peak 402 is the same as the G-band peak It was stronger than the strength g of 401, and (g/d) was 0.7.
This is presumably because, as described above, the sp 2 structure unique to graphene was destroyed in the oxidation method.
As mentioned above, the modified graphene according to the present disclosure is modified without destroying the original structure of graphene or creating defects in the structure, and it can be dispersed without impairing the original properties of graphene. It can be said that functionality such as good dispersibility in media is imparted.
(g/d) in the modified graphene according to the present disclosure is preferably 1.1 or more.

式(I)中、Ar1におけるアリーレン基としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下のものが挙げられる。フェニレン基、ビフェニレン基、トリフェニレン基、ナフタレン基、アントラセン基、など。 In formula (I), the arylene group for Ar1 is not particularly limited, and examples thereof include the following. Phenylene group, biphenylene group, triphenylene group, naphthalene group, anthracene group, etc.

また、式(I)中、X1における炭素数1~20の直鎖状、分岐状、または、環状のアルキレン基としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下のものが挙げられる。メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、iso-プロピレン基、n-ブチレン基、sec-ブチレン基、tert-ブチレン基、オクチレン基、ドデシレン基、ノナデシレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、メチルシクロヘキシレン基、2-エチルプロピレン基、2-エチルヘキシレン基等の1級~3級のアルキレン基など。 Further, in formula (I), the linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms in X1 is not particularly limited, but examples include the following. Methylene group, ethylene group, n-propylene group, iso-propylene group, n-butylene group, sec-butylene group, tert-butylene group, octylene group, dodecylene group, nonadecylene group, cyclobutylene group, cyclopentylene group, cyclohexyl group Primary to tertiary alkylene groups such as silene group, methylcyclohexylene group, 2-ethylpropylene group, 2-ethylhexylene group, etc.

また、式(I)中、X1における、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、 In addition, in formula (I), at least one carbon atom in the linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms in X1 is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000013
Figure 0007449110000013

-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下のものが挙げられる。エチレン基を構成する炭素原子の一つを-O-で置き換えた場合は、メチルエーテル基となり、プロピレン基を構成する炭素原子の一つを、-O-で置き換えた場合は、エチルエーテル基となる。 The group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group is not particularly limited, but examples include the following: . When one of the carbon atoms constituting an ethylene group is replaced with -O-, it becomes a methyl ether group, and when one of the carbon atoms constituting a propylene group is replaced with -O-, it becomes an ethyl ether group. Become.

式(I)中、Y1におけるアシル基としては、特に限定されるものではないが、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基、アクリル基等が挙げられる。
また、式(I)中、Y1におけるアミド基としては特に限定されるものではないが、-CONR’R”で表される基であって、例えば以下のものが挙げられる。
R’、R”の両方がメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのカルボン酸ジアルキルアミド基、
R’、R”のいずれか一方がメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのカルボン酸モノアルキルアミド基、
R’、R”の両方がHのアセトアミド基等。
In formula (I), the acyl group in Y1 is not particularly limited, and examples thereof include formyl group, acetyl group, propionyl group, benzoyl group, and acrylic group.
Further, in formula (I), the amide group in Y1 is not particularly limited, but is a group represented by -CONR'R'', and examples thereof include the following.
Both R' and R'' are carboxylic acid dialkylamide groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group,
Either R' or R'' is a carboxylic acid monoalkylamide group such as a methyl group, ethyl group, propyl group, or butyl group,
An acetamide group where both R' and R'' are H, etc.

また、式(I)中、Y1におけるビニル基としては特に限定されるものではないが、例えば、未置換のビニル基の他に、置換ビニル基でもよく、ブチレン基、酢酸ビニル基、ブチルビニルエーテル基、アクリル基、メタクリル基、スチレン基等が挙げられる。
また、式(I)中、Y1におけるカルボン酸エステル基としては、特に限定されるものではないが、例えば以下のものが挙げられる。メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基など。
Further, in formula (I), the vinyl group in Y1 is not particularly limited, but for example, in addition to an unsubstituted vinyl group, a substituted vinyl group may be used, such as a butylene group, a vinyl acetate group, a butyl vinyl ether group, etc. , an acrylic group, a methacrylic group, a styrene group, and the like.
Further, in formula (I), the carboxylic acid ester group in Y1 is not particularly limited, but examples thereof include the following. Methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, isopropyloxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, cyclohexyloxycarbonyl group, etc.

また、式(I)中、Y1における炭素数3~6のアルキルシリル基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基などが挙げられる。
さらに、Y1におけるシロキサン基とは、下記の構造を有する基である。
Further, in formula (I), specific examples of the alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms in Y1 include trimethylsilyl group and triethylsilyl group.
Furthermore, the siloxane group in Y1 is a group having the following structure.

Figure 0007449110000014
Figure 0007449110000014

式(I)中、Y1におけるシロキサン基のSi上の置換基は特に限定されないが、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基である。アルキル基およびアリール基は上述した内容と同じである。シクロアルキル基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。シロキサン基の具体例としては、トリメチルシロキサン基、トリエチルシロキサン基、フェニル-ジメチルシロキサン基、シクロペンチル-ジメチルシロキサン基などが挙げられる。 In formula (I), the substituent on Si of the siloxane group in Y1 is not particularly limited, but is preferably an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group. The alkyl group and aryl group are the same as described above. Specific examples of the cycloalkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. Specific examples of the siloxane group include trimethylsiloxane group, triethylsiloxane group, phenyl-dimethylsiloxane group, and cyclopentyl-dimethylsiloxane group.

また、下記式(II)、式(III)、式(IV)のシロキサン基は分子量が大きいためにグラフェン同士の凝集を防ぐ目的、またはグラフェンと樹脂との相溶性を向上させる目的などのために好適に使用できる。 In addition, since the siloxane groups of the following formulas (II), (III), and (IV) have large molecular weights, they are used for the purpose of preventing graphene from aggregating with each other or improving the compatibility between graphene and resin. It can be used suitably.

Figure 0007449110000015
Figure 0007449110000015

式(II)~(IV)中、R~R23はそれぞれ独立にアルキル基、アミノ基、ビニル基、カルボン酸エステル基、カルボン酸基、ヒドロキシ基、又はアリール基を表し、L1は1~6の整数を表し、L2及び(L3+L4)は0~650の数である。
アルキル基、ビニル基、カルボン酸エステル基およびアリール基の具体例としては、上記の内容と同じである。
アミノ基は下記の構造を有する基であり、N上の2つの置換基は、水素原子またはアルキル基である。アルキル基の具体例としては上記の内容と同じである。
In formulas (II) to (IV), R 1 to R 23 each independently represent an alkyl group, an amino group, a vinyl group, a carboxylic acid ester group, a carboxylic acid group, a hydroxy group, or an aryl group, and L1 is 1 to It represents an integer of 6, and L2 and (L3+L4) are numbers from 0 to 650.
Specific examples of the alkyl group, vinyl group, carboxylic acid ester group, and aryl group are the same as those described above.
The amino group is a group having the following structure, and the two substituents on N are hydrogen atoms or alkyl groups. Specific examples of the alkyl group are the same as above.

Figure 0007449110000016
Figure 0007449110000016

式(I)中のY1が基である場合、修飾グラフェン1gに対する該基のモル数が、0.10mmol以上、1.20mmol以下であることが好ましい。
修飾グラフェン1gに対する該基のモル数が0.10mmol以上であることで、修飾グラフェン同士の斥力(反発力)が確保することができる。その結果、本開示に係る修飾グラフェンを媒体中または樹脂中に分散させた場合に、修飾グラフェン間でのファンデルワールス力による集合体(凝集体)の形成を抑制することができる。また、該基のモル数が1.20mmol以下であることにより、修飾グラフェンが修飾基で被覆されることによる修飾グラフェン相互間での熱伝播の低下を抑制することができる。その結果、本開示に係る修飾グラフェンの分散体の熱伝導率の低下を抑制し得る。
When Y1 in formula (I) is a group, the number of moles of the group per 1 g of modified graphene is preferably 0.10 mmol or more and 1.20 mmol or less.
By setting the number of moles of the group to 1 g of modified graphene to be 0.10 mmol or more, repulsion (repulsive force) between the modified graphenes can be ensured. As a result, when the modified graphene according to the present disclosure is dispersed in a medium or a resin, formation of aggregates (agglomerates) due to van der Waals forces between modified graphenes can be suppressed. Further, by setting the number of moles of the group to 1.20 mmol or less, it is possible to suppress a decrease in heat propagation between the modified graphenes due to the modified graphene being coated with the modifying group. As a result, a decrease in thermal conductivity of the modified graphene dispersion according to the present disclosure can be suppressed.

下記式(I)で示される本開示に係る修飾グラフフェンの好ましい具体例を以下に示す。なお、式(I)におけるGr1(グラフェン)は省略し、*Ar1-X1-(Y1)n1の構造のみを記載した。前記*はGr1を構成する炭素原子との結合部位を意味している。
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)
Preferred specific examples of the modified graphene according to the present disclosure represented by the following formula (I) are shown below. Note that Gr1 (graphene) in formula (I) is omitted, and only the structure *Ar1-X1-(Y1)n1 is described. The * above means a bonding site with a carbon atom constituting Gr1.
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)

(修飾グラフェンの具体例)
修飾グラフェンの具体例としてA1-1~A1-90を以下に挙げるが、下記の例に限定されるものではない。
(Specific example of modified graphene)
A1-1 to A1-90 are listed below as specific examples of modified graphene, but the invention is not limited to the following examples.

Figure 0007449110000017
Figure 0007449110000017

Figure 0007449110000018
Figure 0007449110000018

Ar1がフェニレン基であり、X1が単結合であり、Y1がカルボン酸基であり、n1が1~6である例としては、A1-22、A1-23、A1-24、A1-25が該当する。 Examples where Ar1 is a phenylene group, X1 is a single bond, Y1 is a carboxylic acid group, and n1 is 1 to 6 include A1-22, A1-23, A1-24, and A1-25. do.

Ar1がフェニレン基であり、X1が炭素数1~20の分岐鎖状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、

Figure 0007449110000019
または-CONH-で置き換えた基であり、Y1がリン酸基であり、n1が1~4である例としては、A1-57が該当する。 Ar1 is a phenylene group, X1 is at least one carbon atom in a branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms,
Figure 0007449110000019
A1-57 is an example of a group substituted with -CONH-, Y1 is a phosphoric acid group, and n1 is 1 to 4.

Ar1がフェニレン基であり、X1が単結合であり、Y1がニトロ基であり、n1が1~3である例としては、A1-10、A1-11、A1-12が該当する。 Examples in which Ar1 is a phenylene group, X1 is a single bond, Y1 is a nitro group, and n1 is 1 to 3 include A1-10, A1-11, and A1-12.

Ar1がフェニレン基であり、X1が炭素数1~20の分岐鎖状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、

Figure 0007449110000020
-CO-または-CONH-で置き換えた基であり、Y1が水素原子またはビニル基であり、n1が1~3である例としては、A1-13、A1-14、A1-15が該当する。 Ar1 is a phenylene group, X1 is at least one carbon atom in a branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms,
Figure 0007449110000020
Examples of a group substituted with -CO- or -CONH-, where Y1 is a hydrogen atom or a vinyl group, and n1 is 1 to 3 include A1-13, A1-14, and A1-15.

式(I)で示される構造を有する修飾グラフェンは、例えば、以下に詳述する方法によって合成することができる。 Modified graphene having the structure represented by formula (I) can be synthesized, for example, by the method detailed below.

<修飾グラフェンの製造方法(1)>
本開示に係る修飾グラフェンの製造方法の第1の態様は、水系で下記式(V)で表される化合物からの水素原子の引き抜きによるラジカル付加反応によって、下記式(V)中のA1で表される基をグラフェン表面の炭素原子に結合させる結合工程を有する。
HN=N-A1 (V)
<Method for producing modified graphene (1)>
A first aspect of the method for producing modified graphene according to the present disclosure is a radical addition reaction by abstracting a hydrogen atom from a compound represented by the following formula (V) in an aqueous system. The method includes a bonding step of bonding the group to the carbon atom on the graphene surface.
HN=N-A1 (V)

式(V)中、A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基である。Ar1は炭素数6~18のアリーレン基である。
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
In formula (V), A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1. Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms.
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,

Figure 0007449110000021
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基から選択されるいずれかである。
Figure 0007449110000021
-CO-, -COO-, -CONH-, and a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group.

Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が単結合でない場合は、X1の炭素原子に結合する原子もしくは基であって、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基である。
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1,
When X1 is not a single bond, an atom or group bonded to the carbon atom of X1,
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms and a siloxane group.
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups.

本態様に係る修飾グラフェンの製造方法は、前記式(V)で表される化合物を、下記式(VI)で表される化合物からの水素原子の引き抜きによって生成する生成工程をさらに有することができる。
N-NH-A1 (VI)
なお、式(V)は、原料のグラフェンに対して、処理剤と称することがある。
The method for producing modified graphene according to this embodiment can further include a production step of producing the compound represented by the formula (V) by abstracting a hydrogen atom from the compound represented by the following formula (VI). .
H 2 N-NH-A1 (VI)
Note that formula (V) may be referred to as a processing agent for graphene as a raw material.

例えば下記式(VIII)で表される修飾グラフェンを製造する場合、製造工程が増えても構わないのであれば、あらかじめ式(I)に含まれる下記式(VII)で表される修飾グラフェンを製造する。そして、これを中間体としてさらなる化学反応を用いて下記式(VIII)に導いても構わない。この場合、式(VI)中にはカルボン酸基が有るため、さらに結合させたい部位に対応するアミン化合物との縮合反応を利用すれば容易に下記式(VIII)が得られる。
Gr1-Ar1-COOH (VII)
Gr1-Ar1-CO-NH-CH-CH-CH-CH (VIII)
For example, when manufacturing modified graphene represented by the following formula (VIII), if it is okay to increase the number of manufacturing steps, the modified graphene represented by the following formula (VII) included in formula (I) can be manufactured in advance. do. Then, this may be used as an intermediate to lead to the following formula (VIII) using a further chemical reaction. In this case, since there is a carboxylic acid group in formula (VI), the following formula (VIII) can be easily obtained by using a condensation reaction with an amine compound corresponding to the site to be further bonded.
Gr1-Ar1-COOH (VII)
Gr1-Ar1-CO-NH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (VIII)

本態様に係る製造方法によれば、ワンポットで、反応装置や液媒体を選ばずに、常温(25℃)でも高い反応効率で修飾グラフェンを製造することができる。特に、反応効率が高いため、グラフェンに対する処理剤の使用量を低減させることができる。また、反応効率が高いということは副生成物の発生が抑制されるということでもあり、製造後の精製も容易である。さらに本開示に係る製造方法では、安定、かつ安全な処理剤を用いるため、環境への負荷も軽減することができる。 According to the production method according to this aspect, modified graphene can be produced in one pot with high reaction efficiency even at room temperature (25° C.) without selecting a reaction device or liquid medium. In particular, since the reaction efficiency is high, the amount of processing agent used for graphene can be reduced. Furthermore, high reaction efficiency also means that generation of by-products is suppressed, and purification after production is easy. Furthermore, in the manufacturing method according to the present disclosure, since a stable and safe processing agent is used, the load on the environment can also be reduced.

(グラフェン)
原料となるグラフェンについて説明する。グラフェンは、炭素六員環で敷き詰められた構造を有している2次元シート状の炭素化合物である。本開示においては、上記の構造を有していれば特に限定されず、単層グラフェン、複層グラフェンまたはグラファイトなどが例示できる。
単層グラフェンとは1原子の厚さのsp結合炭素原子のシートを指す。複層グラフェンとは単層グラフェンの数層程度の積層シートを意味する。グラファイトはそれ以上の層の積層シート、または該積層シートの凝集体を意味する。また、グラフェンの形態も特に限定されず、例えば、粉末状、顆粒状の形態が例示できる。これらの材料は、市販品を使用してもよく、慣用の方法、例えば、マイクロ波CVD法、常圧CVD法などにより製造されたものでも構わない。
(graphene)
Graphene, the raw material, will be explained. Graphene is a two-dimensional sheet-like carbon compound having a structure covered with six-membered carbon rings. In the present disclosure, the material is not particularly limited as long as it has the above structure, and examples thereof include single-layer graphene, multi-layer graphene, and graphite.
Single-layer graphene refers to a sheet of sp2 - bonded carbon atoms that is one atom thick. Multilayer graphene refers to a laminated sheet of several layers of single-layer graphene. Graphite means a laminated sheet of more than one layer or an agglomerate of such laminated sheets. Further, the form of graphene is not particularly limited, and examples include powdery and granular forms. These materials may be commercially available products, or may be produced by conventional methods such as microwave CVD and atmospheric CVD.

上記したようなグラフェンとしては、例えば以下の市販品を好適に使用できるが、これらに限定されるものではない。
xGnP-C-750(横方向の長さ:1~2μm、XGサイエンス社)、xGnP-H-5(横方向の長さ:5μm、XGサイエンス社)、xGnP-M-5(横方向の長さ:5μm、XGサイエンス社)、xGnP-R-10(横方向の長さ:10μm、XGサイエンス社)、iGrafen―α(アイテック社)、iGrafen―αS(アイテック社)、Gi-PW-F301(横方向の長さ:1μm、石原ケミカルズ社)、グラフェンC(ケーアーグラフェン社)、グラフェンパウダー(グラフェンプラットフォーム社)、グラフェンフラワー-GF4(横方向の長さ:10μm、インキュベーション・アライアンス社)、グラフェンフラワー-GF7(横方向の長さ:1~3μm、インキュベーション・アライアンス社)、膨張グラファイトEXP-50S(富士黒鉛工業)、膨張グラファイトEXP-50SL(富士黒鉛工業)、膨張グラファイトEC1(伊藤黒鉛社)、0球状グラファイトSGBH(伊藤黒鉛社)、球状グラファイトSGBH8(伊藤黒鉛社)、球状黒鉛CGB20(粒子径:20μm、日本黒鉛工業社)、球状黒鉛CGC20(粒子径:20μm、日本黒鉛工業社)、グラフェンCVD単層シート(ニューマメタルス社)など。
As the graphene described above, for example, the following commercial products can be suitably used, but the graphene is not limited to these.
xGnP-C-750 (lateral length: 1 to 2 μm, XG Science Co., Ltd.), xGnP-H-5 (lateral length: 5 μm, XG Science Co., Ltd.), xGnP-M-5 (lateral length xGnP-R-10 (lateral length: 10 μm, XG Science Co., Ltd.), iGrafen-α (Itek Co., Ltd.), iGrafen-αS (Itek Co., Ltd.), Gi-PW-F301 ( Lateral length: 1 μm, Ishihara Chemicals), Graphene C (Kjer Graphene), Graphene Powder (Graphene Platform), Graphene Flower-GF4 (lateral length: 10 μm, Incubation Alliance), Graphene Flower-GF7 (lateral length: 1 to 3 μm, Incubation Alliance), expanded graphite EXP-50S (Fuji Graphite Industries), expanded graphite EXP-50SL (Fuji Graphite Industries), expanded graphite EC1 (Ito Graphite Industries) , 0 spherical graphite SGBH (Ito Graphite Co., Ltd.), spherical graphite SGBH8 (Ito Graphite Co., Ltd.), spheroidal graphite CGB20 (particle size: 20 μm, Nippon Graphite Industries Co., Ltd.), spheroidal graphite CGC20 (particle size: 20 μm, Nippon Graphite Industries Co., Ltd.), Graphene CVD single layer sheet (Numa Metals), etc.

(処理剤)
式(V)及び式(VI)で表される化合物としては、市販の試薬を用いることができる。また、試薬として市販されていない場合には、合成したものを用いることもできる。
合成法については特に限定しないが、一例を挙げて以下に説明する。下記式2に記載した合成法は、アミン化合物からヒドラジン化合物を得る方法である。具体的に、4-アミノ安息香酸から4-ヒドラジノ安息香酸を合成する場合を例に挙げて説明する。アミン化合物に窒素を付加する際の窒素源として、ヒドロキシルアミンo-スルホン酸を用いる。アルカリ条件下でアミン化合物とヒドロキシルアミンo-スルホン酸を反応させることで、ヒドラジン化合物が生成する。酸の添加によりヒドラジン化合物の塩(塩酸塩など)として析出させれば、ろ過することなどによりヒドラジン化合物を効率よく分取することができる。
(Processing agent)
Commercially available reagents can be used as the compounds represented by formula (V) and formula (VI). Furthermore, if the reagent is not commercially available, a synthesized one can also be used.
Although the synthesis method is not particularly limited, an example will be given and explained below. The synthesis method described in Formula 2 below is a method for obtaining a hydrazine compound from an amine compound. Specifically, the synthesis of 4-hydrazinobenzoic acid from 4-aminobenzoic acid will be explained as an example. Hydroxylamine o-sulfonic acid is used as a nitrogen source when adding nitrogen to an amine compound. A hydrazine compound is produced by reacting an amine compound with hydroxylamine o-sulfonic acid under alkaline conditions. If the hydrazine compound is precipitated as a salt (such as hydrochloride) by addition of an acid, the hydrazine compound can be efficiently separated by filtration or the like.

Figure 0007449110000022
Figure 0007449110000022

また、例えば非特許文献1には、ヒドロキシルアミンo-スルホン酸を用いて、2-アミノ-1-プロパノールから2-ヒドラジノ-1-プロパノールを得る方法が記載されている。 Furthermore, for example, Non-Patent Document 1 describes a method for obtaining 2-hydrazino-1-propanol from 2-amino-1-propanol using hydroxylamine o-sulfonic acid.

(酸化剤)
本態様に係る製造方法おいては、酸化剤の存在下で行って修飾グラフェンを製造することが好ましい。「酸化剤」とは、「対象の化合物から水素原子や電子を引き抜くことができるとともに、酸化電位が+0.00V以上である化合物」を意味する。なお、酸化剤は反応速度を向上させるために使用しうるものであるが、本態様に係る製造方法で利用する反応は酸化剤を使用しなくても進行する。
(Oxidant)
In the production method according to this aspect, it is preferable to produce modified graphene in the presence of an oxidizing agent. "Oxidizing agent" means "a compound that can extract hydrogen atoms and electrons from a target compound and has an oxidation potential of +0.00 V or more." Note that although an oxidizing agent can be used to improve the reaction rate, the reaction used in the production method according to this embodiment proceeds without using an oxidizing agent.

一般的に、グラフェンに酸化剤を作用させると、グラフェンの粒子表面の炭素原子が酸化されてカルボン酸基となる。一方、本開示に係る製造方法では、酸化剤の作用により、式(VI)で表される化合物から式(V)で表される化合物の生成が促進され、これに引き続いて進行する酸化的ラジカル付加反応が優先的に進行する。
したがって、酸化剤がグラフェン表面に直接的に作用することはない。これは、グラフェン表面の炭素原子を酸化してカルボニル種(C=O)に導くために必要なエネルギー(炭素と酸素の結合エネルギー)よりも、式(V)及び(VI)で表される化合物からの水素原子の引き抜きに必要なエネルギーの方が少ないからである。すなわち、式(V)及び(VI)で表される化合物が存在する場合においては、酸化剤は水素原子の引き抜きに選択的に消費されるのである。
Generally, when an oxidizing agent is applied to graphene, carbon atoms on the surface of graphene particles are oxidized to become carboxylic acid groups. On the other hand, in the production method according to the present disclosure, the action of the oxidizing agent promotes the production of the compound represented by formula (V) from the compound represented by formula (VI), and the oxidative radicals that proceed subsequently The addition reaction proceeds preferentially.
Therefore, the oxidizing agent does not directly act on the graphene surface. This is because the energy (bonding energy between carbon and oxygen) required to oxidize carbon atoms on the graphene surface to lead to carbonyl species (C=O) is greater than the energy required to oxidize carbon atoms on the graphene surface to lead to carbonyl species (C=O). This is because less energy is required to extract hydrogen atoms from the That is, when the compounds represented by formulas (V) and (VI) are present, the oxidizing agent is selectively consumed for abstracting hydrogen atoms.

本態様に係る製造方法で用いることができる酸化剤としては、ハロゲン、オキソ酸化合物、金属酸化物、ハロゲン化金属化合物、金属ポルフィリン化合物、ヘキサシアノ金属酸化合物、金属硝酸化物、過酸化水素、硝酸などを挙げることができる。
ハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素などが挙げられる。
Examples of the oxidizing agent that can be used in the production method according to this embodiment include halogens, oxo acid compounds, metal oxides, halogenated metal compounds, metal porphyrin compounds, hexacyano metal acid compounds, metal nitrates, hydrogen peroxide, nitric acid, etc. can be mentioned.
Examples of the halogen include chlorine, bromine, and iodine.

オキソ酸化合物としては、クロム酸、モリブデン酸、過マンガン酸、バナジン酸、ビスマス酸、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、ハロゲン酸、過ハロゲン酸などを挙げることができる。これらのオキソ酸化合物は塩を形成していてもよいが、金属を有することを要する。塩を形成するカチオンとしては、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオンなどを挙げることができる。なお、水性の液体中では、塩はイオンに解離して存在しうるが、便宜上、「塩」と表現する。オキソ酸化合物の具体例としては、以下のものを挙げることができる。クロム酸カリウム、二クロム酸カリウム、重クロム酸ビス(テトラブチルアンモニウム)、重クロム酸ピリジニウム、クロロクロム酸ピリジニウム、フルオロクロム酸ピリジニウムなどのクロム酸塩;過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸アンモニウム、過マンガン酸銀、過マンガン酸亜鉛、過マンガン酸マグネシウムなどの過マンガン酸塩;バナジン酸アンモニウム、バナジン酸カリウム、バナジン酸ナトリウムなどのバナジン酸塩;ビスマス酸ナトリウム、ビスマス酸カリウムなどのビスマス酸塩;次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、臭素酸、過臭素酸、次ヨウ素酸、亜ヨウ素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、次亜フッ素酸やこれらの塩など。 Examples of the oxo acid compound include chromic acid, molybdic acid, permanganic acid, vanadic acid, bismuth acid, hypohalous acid, halous acid, halogen acid, perhalogen acid, and the like. Although these oxoacid compounds may form salts, they are required to contain a metal. Examples of cations that form salts include alkali metal ions and ammonium ions. Note that in an aqueous liquid, a salt can exist dissociated into ions, but for convenience, it is expressed as a "salt." Specific examples of oxoacid compounds include the following. Chromates such as potassium chromate, potassium dichromate, bis(tetrabutylammonium) dichromate, pyridinium dichromate, pyridinium chlorochromate, pyridinium fluorochromate; potassium permanganate, sodium permanganate, Permanganates such as ammonium manganate, silver permanganate, zinc permanganate, magnesium permanganate; vanadates such as ammonium vanadate, potassium vanadate, sodium vanadate; sodium bismuthate, potassium bismuthate, etc. bismuthate; hypochlorous acid, chlorous acid, perchloric acid, hypobromous acid, bromic acid, bromic acid, perbromic acid, hypoiodic acid, iodic acid, iodic acid, periodic acid, such as fluorite and these salts.

金属酸化物としては、酸化マンガン、酸化鉛、酸化銅、酸化銀、酸化オスミウムなどを挙げることができる。ハロゲン化金属化合物としては、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、塩化銀、塩化クロム、塩化ジルコニウム、塩化スズ、塩化セリウム、塩化鉄、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガンなどを挙げることができる。 Examples of metal oxides include manganese oxide, lead oxide, copper oxide, silver oxide, and osmium oxide. Examples of the metal halide compound include zinc chloride, aluminum chloride, silver chloride, chromium chloride, zirconium chloride, tin chloride, cerium chloride, iron chloride, barium chloride, magnesium chloride, manganese chloride, and the like.

金属ポルフィリン化合物としては、中心金属を有し、置換されていてもよいポルフィリン化合物を挙げることができる。具体的には、テトラベンゾポルフィリン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物などを挙げることができる。中心金属は、金属ポルフィリン化合物の酸化電位が+0.00V以上となる金属であればよい。中心金属としては、例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Pt、Mn、Ru、Cr、Pdなどを挙げることができる。また、金属に配位子が存在していてもよく、配位子としては公知のものを用いればよい。 Examples of metal porphyrin compounds include porphyrin compounds that have a central metal and may be substituted. Specific examples include tetrabenzoporphyrin compounds, tetraazaporphyrin compounds, phthalocyanine compounds, naphthalocyanine compounds, and the like. The central metal may be any metal as long as the oxidation potential of the metal porphyrin compound is +0.00V or higher. Examples of the central metal include Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Pt, Mn, Ru, Cr, and Pd. Further, a ligand may be present in the metal, and any known ligand may be used.

ヘキサシアノ金属酸化合物としては、ヘキサシアノ鉄酸塩やその水和物などを挙げることができる。具体的には、ヘキサシアノ鉄酸カリウム、ヘキサシアノ鉄酸ナトリウム、ヘキサシアノ鉄酸アンモニウム、ヘキサシアノ鉄酸銅、ヘキサシアノ鉄酸複塩(ヘキサシアノ鉄酸リチウム・カリウムなど)やこれらの水和物を挙げることができる。
金属硝酸化物としては、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸銀、硝酸銅などを挙げることができる。
Examples of hexacyanometallic acid compounds include hexacyanoferrates and hydrates thereof. Specifically, potassium hexacyanoferrate, sodium hexacyanoferrate, ammonium hexacyanoferrate, copper hexacyanoferrate, hexacyanoferrate double salts (lithium/potassium hexacyanoferrate, etc.), and hydrates thereof can be mentioned. .
Examples of metal nitoxides include potassium nitrate, sodium nitrate, silver nitrate, copper nitrate, and the like.

上記した酸化剤以外にも、前述の「酸化剤」の定義に該当すれば、例えば、有機過酸化物、超原子価ヨウ素化合物、N-オキシド化合物などを用いることもできる。
酸化剤は、その酸化電位が大きい方が処理剤の水素原子を引き抜きやすい。本態様で用いることができる酸化剤は、その酸化電位が+0.00V以上であるが、反応効率を向上させることができるため、酸化電位が、+0.50V以上+1.70V以下である酸化剤が、より好ましい。この範囲の酸化電位を有する酸化剤としては、塩化鉄(中性~アルカリ性;+0.77V)、過ヨウ素酸ナトリウム(酸性;+1.20V)、酸化マンガン(中性~アルカリ性;+1.28V)、過マンガン酸カリウム(酸性;+1.51V)などを挙げることができる。
In addition to the above-mentioned oxidizing agents, organic peroxides, hypervalent iodine compounds, N-oxide compounds, etc. can also be used as long as they meet the definition of "oxidizing agent" described above.
The larger the oxidation potential of the oxidizing agent, the easier it is to extract hydrogen atoms from the processing agent. The oxidizing agent that can be used in this embodiment has an oxidation potential of +0.00 V or more, but since the reaction efficiency can be improved, an oxidizing agent that has an oxidizing potential of +0.50 V or more and +1.70 V or less , more preferred. Oxidizing agents having an oxidation potential in this range include iron chloride (neutral to alkaline; +0.77V), sodium periodate (acidic; +1.20V), manganese oxide (neutral to alkaline; +1.28V), Examples include potassium permanganate (acidic; +1.51V).

酸化電位が反応に関与する理由を以下のように推測した。
汎用量子化学計算ソフト(「Gaussian 03 Revision E.01[構造最適化手法;B3LYP/6-31G*]」;Gaussian製)を用いて、ヒドラジン化合物から水素原子を引き抜いてジアゼン化合物にするために必要なエネルギーを算出した。その結果、2個の水素原子を引き抜くために必要なエネルギーは+1.00Vであり、1個の水素原子を引き抜くために必要なエネルギーは+0.50Vであることが判明した。このような理由から、酸化電位が+0.50V以上の酸化剤を用いることで、ヒドラジン化合物からより効率よく水素原子を引き抜くことができ、反応効率を向上させることができる。
The reason why the oxidation potential is involved in the reaction was speculated as follows.
Necessary for extracting a hydrogen atom from a hydrazine compound to make a diazene compound using general-purpose quantum chemical calculation software (“Gaussian 03 Revision E.01 [Structure optimization method; B3LYP/6-31G*]”; manufactured by Gaussian) The energy was calculated. As a result, it was found that the energy required to extract two hydrogen atoms was +1.00V, and the energy required to extract one hydrogen atom was +0.50V. For these reasons, by using an oxidizing agent with an oxidation potential of +0.50 V or more, hydrogen atoms can be more efficiently extracted from the hydrazine compound, and the reaction efficiency can be improved.

一方、酸化電位が+1.70V超の酸化剤を用いると、反応は進行するものの、水素原子の引き抜き作用、すなわち酸化作用が大きくなってしまい、ヒドラジン化合物が急激にラジカル化してしまう。この場合、反応系に大過剰のラジカルが存在することになるので、ラジカルの失活反応(近接ラジカル同士のホモカップリング反応など)が起こる。このため、グラフェンと処理剤との反応が阻害され、酸化剤を使用することによる反応効率の向上効果が得られにくくなる場合がある。このような理由から、酸化剤の酸化電位は+1.70V以下であることが好ましい。なかでも、酸化剤の酸化電位は、+1.00V以上+1.60V以下であることがさらに好ましい。 On the other hand, if an oxidizing agent with an oxidation potential of more than +1.70 V is used, although the reaction proceeds, the effect of drawing out hydrogen atoms, that is, the oxidizing effect becomes large, and the hydrazine compound is radicalized rapidly. In this case, since a large excess of radicals is present in the reaction system, a radical deactivation reaction (such as a homocoupling reaction between adjacent radicals) occurs. For this reason, the reaction between graphene and the processing agent is inhibited, and it may become difficult to obtain the effect of improving reaction efficiency by using an oxidizing agent. For these reasons, it is preferable that the oxidizing potential of the oxidizing agent is +1.70V or less. Among these, the oxidation potential of the oxidizing agent is more preferably +1.00V or more and +1.60V or less.

また、触媒作用を有する酸化剤を用いることも好ましい。上記で挙げた酸化剤のうち、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Mn、Cr、及びMoからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属の、ハロゲン化金属化合物、金属ポルフィリン化合物、又はヘキサシアノ金属酸化合物などが触媒作用を有する。触媒作用を有する酸化剤は、水素原子の引き抜きに使用されて還元種となった後、反応系内の酸素の作用を受けて酸化種に戻るため、再び酸化剤として使用可能となる。したがって、触媒作用を有する酸化剤を用いると、酸化剤の使用量を低減することができる。触媒作用を有する酸化剤は、価数が変化しやすい金属(2以上の酸化状態をとることができる金属元素)を有するものである。 It is also preferable to use an oxidizing agent that has a catalytic effect. Among the oxidizing agents mentioned above, a metal halide compound, a metal porphyrin compound, or a hexacyano metal of at least one metal selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Mn, Cr, and Mo. Acid compounds etc. have a catalytic effect. The catalytic oxidizing agent is used to extract hydrogen atoms and becomes a reducing species, and then returns to an oxidizing species under the action of oxygen in the reaction system, so that it can be used as an oxidizing agent again. Therefore, by using an oxidizing agent having a catalytic effect, the amount of oxidizing agent used can be reduced. An oxidizing agent having a catalytic action includes a metal whose valence easily changes (a metal element that can assume two or more oxidation states).

金属の価数変化の具体例としては、Fe(II、III)、Co(II、III)、Ni(II、III)、Cu(0、I、II)、Mg(0、II)、Mn(II、IV、VII)、Cr(II、III)、Mo(IV、V)などがある。触媒作用が生ずるメカニズムについて、具体例を示して説明する。例えば、3価のFe(Fe(III))を有する酸化剤の場合、ヒドラジン化合物からの水素原子の引き抜きに酸化種であるFe3+(Fe(III))が使用されて、還元種であるFe2+(Fe(II))が生成される。その後、反応系内の酸素の作用を受けて酸化種であるFe3+(Fe(III))に戻ることで、再び酸化剤として使用可能となる。 Specific examples of metal valence changes include Fe (II, III), Co (II, III), Ni (II, III), Cu (0, I, II), Mg (0, II), Mn ( II, IV, VII), Cr (II, III), Mo (IV, V), etc. The mechanism by which the catalytic action occurs will be explained using specific examples. For example, in the case of an oxidizing agent having trivalent Fe (Fe(III)), the oxidizing species Fe 3+ (Fe(III)) is used to extract hydrogen atoms from the hydrazine compound, and the reducing species Fe 3+ (Fe(III)) is used to extract hydrogen atoms from the hydrazine compound. 2+ (Fe(II)) is produced. Thereafter, it returns to the oxidizing species Fe 3+ (Fe(III)) under the action of oxygen in the reaction system, and can be used as an oxidizing agent again.

本態様に係る製造方法では、酸化剤を用いる場合であってもその機能が損なわれることがないため、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを利用することができる。なぜならば、酸化的ラジカル付加反応は、酸素の授受によってではなく、水素原子の引き抜きによって行われるからである。なお、不活性ガスを反応系に導入する方法としては、例えば、ボンベからチューブを介して流入させる方法;風船などに捕集しておいたものを針先から出して流入させる方法などがある。 In the manufacturing method according to this embodiment, even when an oxidizing agent is used, its function is not impaired, so that an inert gas such as nitrogen or argon can be used. This is because the oxidative radical addition reaction is carried out not by the exchange of oxygen but by the abstraction of hydrogen atoms. Methods for introducing the inert gas into the reaction system include, for example, a method in which the inert gas is introduced from a cylinder through a tube; a method in which a gas collected in a balloon or the like is taken out from the tip of a needle and introduced into the inert gas.

(反応機構)
本態様に係る修飾グラフェンを得る際の反応機構について以下に述べる。本態様に係る反応は、図1に示したように、酸化的ラジカル付加反応で進行するものと推測できる。なお、図1に示した反応機構は、上記式(VI)で示される化合物を用いた場合の例である。
(Reaction mechanism)
The reaction mechanism for obtaining modified graphene according to this embodiment will be described below. It can be assumed that the reaction according to this embodiment proceeds as an oxidative radical addition reaction, as shown in FIG. Note that the reaction mechanism shown in FIG. 1 is an example when a compound represented by the above formula (VI) is used.

まず、酸化剤(Fe3+)の作用により、図1中の(1)で示されるヒドラジン化合物の水素原子が引き抜かれてラジカル的に酸化され、ジアゼン化合物(2)が生成する。さらなる酸化作用により、水素原子が引き抜かれ、ジアゼンラジカル(3)が生成する。ジアゼンラジカルは瞬時に窒素脱離を起こし、ラジカル種(4)を生ずる。そして、ラジカル種(4)がグラフェン表面の二重結合にラジカル付加することによって、ラジカル中間体(5)を経て目的の修飾グラフェン(6)が得られる。 First, by the action of an oxidizing agent (Fe 3+ ), the hydrogen atoms of the hydrazine compound shown by (1) in FIG. 1 are extracted and radically oxidized to generate a diazene compound (2). Further oxidation causes hydrogen atoms to be extracted and diazene radicals (3) to be generated. Diazene radicals instantly undergo nitrogen elimination to generate radical species (4). Then, by radical addition of the radical species (4) to the double bond on the graphene surface, the desired modified graphene (6) is obtained via the radical intermediate (5).

本態様に係る製造方法においては、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウムなどの価数が変化しやすい酸化剤を用いると、上記とは別の付加反応が並行して生ずる場合がある。すなわち、ラジカル種(4)がグラフェン粒子表面の二重結合にラジカル付加して、ラジカル中間体(5)が生じたのと同時に、ラジカルが酸素分子に捕捉されることによってラジカル中間体(7)が生ずる。この場合、酸化剤の還元種(Fe2+)の作用によって還元された後、酸素ラジカル中間体(8)を経て、ヒドロキシ基が結合した修飾グラフェン(9)が得られる。
これに対して、次亜塩素酸などのような酸化剤では修飾グラフェン(9)はほとんど生成しない。
上記の各反応機構では、ジアゼン化合物やヒドラジン化合物は急激に分解することはなく、ラジカル種がゆっくりと生成するため、グラフェンの粒子表面へのラジカル付加反応が効率よく進む。したがって、従来の製造方法と比較して、本態様に係る製造方法によれば、グラフェンに対する処理剤の使用量が少なくても、置換基、すなわちA1の導入量が高い修飾グラフェンを得ることができる。
In the production method according to the present embodiment, when an oxidizing agent whose valency easily changes, such as potassium hexacyanoferrate (III), is used, an addition reaction other than the above may occur in parallel. In other words, the radical species (4) undergoes radical addition to the double bond on the surface of the graphene particle to generate a radical intermediate (5), and at the same time, the radical is captured by oxygen molecules to form a radical intermediate (7). occurs. In this case, after being reduced by the action of the reducing species (Fe 2+ ) of the oxidizing agent, modified graphene (9) to which hydroxy groups are bonded is obtained via an oxygen radical intermediate (8).
In contrast, modified graphene (9) is hardly produced using an oxidizing agent such as hypochlorous acid.
In each of the above reaction mechanisms, the diazene compound and hydrazine compound do not decompose rapidly, and radical species are generated slowly, so that the radical addition reaction to the graphene particle surface progresses efficiently. Therefore, compared to conventional manufacturing methods, according to the manufacturing method of this embodiment, modified graphene with a high amount of substituents, that is, A1 introduced, can be obtained even if the amount of treating agent used for graphene is small. .

特許文献3に開示の技術においては、処理剤としてジアゾニウム塩を用いてグラフェンの改質を行っている。しかし、ジアゾニウム塩はアルカリや常温(25℃)を超える温度の影響により分解しやすい。反応系内でジアゾニウム塩が分解すると、さまざまな分解物が生ずる。このため、分解物と液媒体や酸素との反応、分解物同士の反応、これ以外の副反応が起こりやすい。したがって、ジアゾニウム塩を用いて置換基の導入量が高い修飾グラフェンを得ようとする場合には、ジアゾニウム塩をグラフェンに対して多めに使用する必要がある。しかし、ジアゾニウム塩の使用量を増やすと、窒素ガスの泡が多く発生するため、反応効率を高めにくいという問題にも直面する。 In the technique disclosed in Patent Document 3, graphene is modified using a diazonium salt as a processing agent. However, diazonium salts are easily decomposed by the influence of alkali and temperatures exceeding room temperature (25° C.). When the diazonium salt decomposes in the reaction system, various decomposition products are generated. Therefore, reactions between the decomposed products and the liquid medium or oxygen, reactions between the decomposed products, and other side reactions are likely to occur. Therefore, when attempting to obtain modified graphene with a high amount of substituents introduced using a diazonium salt, it is necessary to use a larger amount of the diazonium salt than the graphene. However, if the amount of diazonium salt used is increased, many nitrogen gas bubbles are generated, making it difficult to increase the reaction efficiency.

本態様に係る製造方法では、ラジカル付加反応の反応速度を制御するために、温度を常温(25℃)以外に設定してもよい。反応速度を上げたい場合には、温度を高めればよく、液媒体の還流温度以下の範囲内で加熱すればよい。例えば、液媒体が水である場合には100℃以下とすればよい。また、液媒体がテトラヒドロフランである場合には80℃以下とすればよい。さらに、液媒体がN,N-ジメチルホルムアミドである場合には160℃以下とすればよい。ただし、本態様に係る製造方法で利用する反応は、常温(25℃)付近でも反応効率が高く、あまり温度を高める必要はない。さらに、いくら化学的に安定とはいえ、熱分解も考慮すると80℃以下で行うことが好ましい。一方、反応速度を下げたい場合は、温度が常温(25℃)以下となるように冷却すればよい。ただし、反応時間を長く要するようになる場合があるため、温度は-5℃以上とすることが好ましい。 In the production method according to this embodiment, the temperature may be set at a temperature other than room temperature (25° C.) in order to control the reaction rate of the radical addition reaction. If it is desired to increase the reaction rate, the temperature may be increased, and heating may be performed within a range below the reflux temperature of the liquid medium. For example, when the liquid medium is water, the temperature may be 100°C or less. Further, when the liquid medium is tetrahydrofuran, the temperature may be 80°C or lower. Further, when the liquid medium is N,N-dimethylformamide, the temperature may be lower than 160°C. However, the reaction used in the production method according to this embodiment has high reaction efficiency even at around room temperature (25° C.), so there is no need to raise the temperature too much. Further, even though it is chemically stable, it is preferable to carry out the reaction at a temperature of 80° C. or lower in consideration of thermal decomposition. On the other hand, if it is desired to lower the reaction rate, cooling may be performed so that the temperature is below room temperature (25° C.). However, since the reaction time may be long, the temperature is preferably -5°C or higher.

本態様に係る製造方法は、通常、液媒体中で行う。液媒体中のグラフェンの含有量(質量%)は、液媒体全質量を基準として、1.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上40.0質量%以下であることがさらに好ましい。含有量が高すぎると、反応系の粘度が高くなり、撹拌が難しくなることで反応効率がやや低下する場合がある。一方、含有量が低すぎると、反応系内での処理剤とグラフェンの接触頻度が下がり、反応効率がやや低下する場合がある。 The manufacturing method according to this embodiment is usually performed in a liquid medium. The content (mass%) of graphene in the liquid medium is preferably 1.0% by mass or more and 50.0% by mass or less, and 5.0% by mass or more and 40.0% by mass, based on the total mass of the liquid medium. % or less is more preferable. If the content is too high, the viscosity of the reaction system will become high, making stirring difficult, which may cause a slight decrease in reaction efficiency. On the other hand, if the content is too low, the frequency of contact between the processing agent and graphene within the reaction system will decrease, and the reaction efficiency may decrease somewhat.

(後処理)
製造した修飾グラフェンは、好適には精製などの一般的な後処理方法を行った後、種々の用途に用いることができる。具体的には、液媒体が存在しない粉末状やペレット状など常態にすることができる。この場合、エバポレーターなどを利用して減圧や加熱によって液媒体を除去してもよいし、また、フリーズドドライ法やオーブンなどを利用して、乾燥により液媒体を除去してもよい。
(post-processing)
The produced modified graphene can be used for various purposes, preferably after being subjected to a general post-treatment method such as purification. Specifically, it can be in a normal state such as a powder or pellet form in which no liquid medium is present. In this case, the liquid medium may be removed by reducing pressure or heating using an evaporator or the like, or may be removed by drying using a freeze-drying method, an oven, or the like.

<修飾グラフェンの製造方法(2)>
本開示に係る修飾グラフェンの製造方法の第2の態様は、下記式(IX)で表される化合物及び下記式(X)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の処理剤をグラフェンに反応させて、
式(IX)または式(X)で示す化合物中、A1として表される基をグラフェンの表面の炭素原子に化学結合させる工程を有する。
<Method for producing modified graphene (2)>
A second aspect of the method for producing modified graphene according to the present disclosure includes at least one treatment agent selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (IX) and a compound represented by the following formula (X). By reacting with graphene,
In the compound represented by formula (IX) or formula (X), there is a step of chemically bonding a group represented by A1 to a carbon atom on the surface of graphene.

Figure 0007449110000023
Figure 0007449110000023

式(IX)中、
、P、及びPは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、カルボン酸エステル基、又は-S(=O)2-R’を表し、P、P、及びPのすべてが同時に水素原子となることはない。
R’はヒドロキシ基、アルキル基、又はアリール基を表す。
式(X)中、
およびQは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、又はアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アシル基、カルボン酸エステル基、アリールオキシ基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、又はホスホン酸基を表し、QとQが同時に水素原子となることはない。
は、水素原子、アルキル基、又はアリール基、又はカルボン酸エステル基を表す。
また、式(IX)、(X)中、A1は、前記式(I)における、-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基を示す。よって、Ar1、X1、Y1及びn1は、式(I)におけるそれらと同義である。
In formula (IX),
P 1 , P 2 , and P 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a carboxylic acid ester group, or -S(=O)2-R', and P 1 , P 2 , and P All 3 cannot become hydrogen atoms at the same time.
R' represents a hydroxy group, an alkyl group, or an aryl group.
In formula (X),
Q 1 and Q 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a halogen atom, a cyano group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, a thioalkoxy group, an acyl group, a carboxylic acid ester group, an aryloxy group , represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, or a phosphonic acid group, and Q 1 and Q 2 are never hydrogen atoms at the same time.
Q 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a carboxylic acid ester group.
Furthermore, in formulas (IX) and (X), A1 represents a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1 in formula (I). Therefore, Ar1, X1, Y1 and n1 have the same meanings as those in formula (I).

例えば、下記式(XIII)で表される修飾グラフェンを製造する場合、予め式(I)に含まれる下記式(XII)の修飾グラフェンを製造し、これを中間体としてさらなる化学反応を用いて式(XIII)に導いても構わない。この場合、式(XII)中のカルボン酸基と対応するアミン化合物との縮合反応を利用すれば良い。
Gr1-Ar1-COOH (XII)
Gr1-Ar1-CO-NH-CH-CH-CH-CH (XIII)
For example, when producing modified graphene represented by the following formula (XIII), the modified graphene of the following formula (XII) included in formula (I) is produced in advance, and this is used as an intermediate in a further chemical reaction to produce the formula It is okay to lead to (XIII). In this case, a condensation reaction between the carboxylic acid group in formula (XII) and the corresponding amine compound may be used.
Gr1-Ar1-COOH (XII)
Gr1-Ar1-CO-NH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (XIII)

<反応機構>
本態様に係る修飾グラフェンを得る際の反応機構について以下に述べる。本態様に係る反応も、図2に例示したように、酸化的ラジカル付加反応で進行するものと推測できる。なお、図2に示した反応機構は、処理剤として上記式(IX)で示される化合物を用いた場合の例である。
<Reaction mechanism>
The reaction mechanism for obtaining modified graphene according to this embodiment will be described below. It can be assumed that the reaction according to this embodiment also proceeds as an oxidative radical addition reaction, as illustrated in FIG. Note that the reaction mechanism shown in FIG. 2 is an example in which a compound represented by the above formula (IX) is used as a treatment agent.

まず、室温では安定な処理剤(1)に外部から熱や光などの外部エネルギーが与えられると、N原子上の置換基であるP、PおよびPが脱離し、ジアゼン化合物(2)が生成すると考えられる。さらに、ジアゼン化合物(2)は酸化(水素脱離)によってラジカル中間体(3)となり、該ラジカル中間体(3)の窒素脱離を伴って対応するラジカル種(4)が発生する。そして該ラジカル種(4)は、中間体(5)を経てグラフェンの二重結合に付加反応し、本開示に係る修飾グラフェン(6)が得られる。 First, when external energy such as heat or light is applied from the outside to the treatment agent (1), which is stable at room temperature, the substituents P 1 , P 2 and P 3 on the N atom are eliminated, forming a diazene compound (2 ) is thought to be generated. Furthermore, the diazene compound (2) becomes a radical intermediate (3) by oxidation (hydrogen elimination), and the corresponding radical species (4) is generated along with nitrogen elimination from the radical intermediate (3). Then, the radical species (4) undergoes an addition reaction with the double bond of graphene via the intermediate (5), and modified graphene (6) according to the present disclosure is obtained.

<反応と精製>
本態様に係る製造方法において用いられる処理剤は、室温で安定なために外部エネルギーによって反応制御しやすい。本態様に係る製造方法は、また、グラフェンと反応は、ワンポットで、反応装置や液媒体を選ばずに、高い反応効率で修飾グラフェンを製造することができる。反応効率が高いことは、より少ない使用量の処理剤でグラフェンの表面改質が達成できることを意味する。このため、反応効率が高ければ、コスト面でのメリットがあるだけでなく、反応による不純物の発生を低減することもでき、不純物が少なければ、精製効率を向上させたり、精製時間を短くしたりすることも可能である。
<Reaction and purification>
The processing agent used in the production method according to this embodiment is stable at room temperature, and therefore the reaction can be easily controlled by external energy. In the production method according to this embodiment, modified graphene can be produced with high reaction efficiency in a one-pot reaction with graphene without selecting a reaction device or a liquid medium. High reaction efficiency means that surface modification of graphene can be achieved with a smaller amount of treatment agent. Therefore, if the reaction efficiency is high, there is not only a cost advantage, but also the generation of impurities due to the reaction can be reduced, and if there are fewer impurities, the purification efficiency can be improved and the purification time can be shortened. It is also possible to do so.

特許文献3に開示の技術においては、処理剤としてジアゾニウム塩を用いてグラフェンの表面改質を行っている。処理剤として用いるジアゾニウム塩は、室温でさまざまな副反応を伴って分解する。反応制御が困難なことから、ジアゾニウム塩を用いて置換基の導入量を高めようとする場合には、ジアゾニウム塩をグラフェンに対して過剰に使用する必要がある。しかし、ジアゾニウム塩の使用量を一気に増やしてしまうと、窒素ガスの泡が多く発生するため、反応効率を高めにくいという逆の効果も生じる。 In the technique disclosed in Patent Document 3, the surface of graphene is modified using a diazonium salt as a treatment agent. Diazonium salts used as processing agents decompose at room temperature with various side reactions. Since reaction control is difficult, when attempting to increase the amount of substituents introduced using a diazonium salt, it is necessary to use the diazonium salt in excess of graphene. However, if the amount of diazonium salt used is suddenly increased, many nitrogen gas bubbles are generated, which has the opposite effect of making it difficult to increase the reaction efficiency.

本態様に係る製造方法で使用する処理剤は、その分子構造中に2つの窒素原子(N-N)を有するとともに、グラフェンに結合する官能基となるA1が窒素原子(N)に結合した構造を有する化合物である。この処理剤は、酸化的ラジカル付加反応によって、グラフェンに親水性基や疎水基を含む置換基を結合させる機能を有すると考えられる。 The processing agent used in the production method according to this embodiment has two nitrogen atoms (NN) in its molecular structure, and has a structure in which A1, which is a functional group that binds to graphene, is bound to the nitrogen atom (N). It is a compound with This treatment agent is thought to have the function of bonding a substituent containing a hydrophilic group or a hydrophobic group to graphene through an oxidative radical addition reaction.

上述したように処理剤は化学的に安定であり、pHや温度による影響を受けにくいため、反応系のpHや温度を任意に設定することができる。具体的には、反応系のpHは1~13であることが好ましく、1~10であることがさらに好ましく、1.5~7であることが特に好ましい。反応効率を高めるためには、反応系のpHを酸性~中性とすることが好ましい。アルカリ性などの高pH域においては、処理剤が分解する場合がある。一方、反応系のpHを1.5未満にすると、処理剤の溶解性が著しく劣るため反応時間が長くなる場合があるし、酸性の化合物を多く使用する必要があるため、精製などの処理が困難になる場合がある。 As described above, the treatment agent is chemically stable and is not easily affected by pH and temperature, so the pH and temperature of the reaction system can be set arbitrarily. Specifically, the pH of the reaction system is preferably 1 to 13, more preferably 1 to 10, and particularly preferably 1.5 to 7. In order to increase reaction efficiency, it is preferable that the pH of the reaction system is acidic to neutral. In a high pH range such as alkalinity, the processing agent may decompose. On the other hand, if the pH of the reaction system is less than 1.5, the solubility of the processing agent will be significantly poor, so the reaction time may become longer, and it will be necessary to use a large amount of acidic compounds, making it difficult to perform treatments such as purification. It can be difficult.

また、ラジカル付加反応の反応速度を制御するために、温度を常温(25℃)以外に設定してもよい。温度は処理剤の種類に応じて適宜設定すればよい。具体的には、5~80℃であることが好ましく、10~70℃であることがさらに好ましい。温度を高くすると反応速度は上がるが、副反応が生じやすくなり、反応効率が下がる傾向がある。一方、温度を低くすると副反応は生じにくくなるが、反応速度が下がり、反応時間が長くなる傾向がある。 Further, in order to control the reaction rate of the radical addition reaction, the temperature may be set at a temperature other than room temperature (25° C.). The temperature may be appropriately set depending on the type of processing agent. Specifically, the temperature is preferably 5 to 80°C, more preferably 10 to 70°C. Increasing the temperature increases the reaction rate, but side reactions tend to occur and the reaction efficiency tends to decrease. On the other hand, when the temperature is lowered, side reactions are less likely to occur, but the reaction rate tends to decrease and the reaction time tends to increase.

本態様に係る製造方法は、通常、液媒体中で行う。液媒体中のグラフェンの含有量(質量%)は、液媒体全質量を基準として、1.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上40.0質量%以下であることがさらに好ましい。グラフェンの含有量が高すぎると、反応系の粘度が高くなり、撹拌が難しくなることで反応効率がやや低下する場合がある。一方、グラフェンの含有量が低すぎると、反応系内での処理剤とグラフェンの接触頻度が下がり、反応効率がやや低下する場合がある。 The manufacturing method according to this embodiment is usually performed in a liquid medium. The content (mass%) of graphene in the liquid medium is preferably 1.0% by mass or more and 50.0% by mass or less, and 5.0% by mass or more and 40.0% by mass, based on the total mass of the liquid medium. % or less is more preferable. If the content of graphene is too high, the viscosity of the reaction system will increase, making stirring difficult, which may cause a slight decrease in reaction efficiency. On the other hand, if the graphene content is too low, the frequency of contact between the processing agent and graphene within the reaction system may decrease, and the reaction efficiency may decrease somewhat.

<処理剤>
本態様に係る製造方法に用いられる処理剤としては、例えば、前記式(IX)で表される化合物及び下記式(X)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種が用いられる。
前記式(IX)で表される処理剤の具体的な構造をS1-1~S1-93に示す。なお、A1については、上記式(I)の具体例に準じる。
<Treatment agent>
As the processing agent used in the production method according to this aspect, for example, at least one kind selected from the group consisting of the compound represented by the above formula (IX) and the compound represented by the following formula (X) is used.
Specific structures of the processing agent represented by the formula (IX) are shown in S1-1 to S1-93. In addition, regarding A1, the same applies to the specific example of formula (I) above.

Figure 0007449110000024
Figure 0007449110000024

Figure 0007449110000025
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Figure 0007449110000026
Figure 0007449110000026

Figure 0007449110000027
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式(IX)中、P、P、及びPの1つ又は2つがメチル基であるとともに、P、P、及びPの炭素数の合計が2以下である例としては、S1-1、S1-2、S1-3などが挙げられる。 Examples of formula (IX) in which one or two of P 1 , P 2 , and P 3 are methyl groups, and the total number of carbon atoms in P 1 , P 2 , and P 3 is 2 or less, Examples include S1-1, S1-2, and S1-3.

式(IX)中、P、P、及びPの少なくともいずれか一つが、t-ブトキシカルボニル基である例としては、S1-13、S1-14、S1-15などが挙げられる。 In formula (IX), examples in which at least one of P 1 , P 2 and P 3 is a t-butoxycarbonyl group include S1-13, S1-14 and S1-15.

式(IX)中、P、P、及びPの少なくともいずれか一つが、-S(=O)-R’であり、該R’が、メチル基、2-ヒドロキシエチル基、フェニル基、又はトリル基である例としては、S1-23、S1-31、S1-37、S1-40などが挙げられる。 In formula (IX), at least one of P 1 , P 2 and P 3 is -S(=O) 2 -R', and R' is a methyl group, 2-hydroxyethyl group, phenyl Examples of groups or tolyl groups include S1-23, S1-31, S1-37, and S1-40.

前記式(X)で表される処理剤の具体的な構造をS2-1~2-40に示す。なお、A1については、上記式(I)の具体例に準じる。 Specific structures of the processing agent represented by the formula (X) are shown in S2-1 to S2-40. In addition, regarding A1, the same applies to the specific example of formula (I) above.

Figure 0007449110000028
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Figure 0007449110000029
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上記の如き方法で製造された本開示に係る修飾グラフェンの用途について以下に述べる。
(樹脂複合体)
本開示に係る修飾グラフェンを配合した樹脂(以下、修飾グラフェン樹脂複合体と記す)は、グラフェンが本来有する導電性または熱伝導性が付与された樹脂複合体であるため、様々な製品形態が考えられる。例えば、導電性または熱伝導性マスターバッチ、導電性または熱伝導性シート、導電性または熱伝導性トレーや導電性または熱伝導性ガスケットなどの導電性または熱伝導性成型部材、または電極部材などが挙げられる。また、最近ではグラフェンを配合すると、強度が上がる機能、摺動性が上がる機能が知られており、強度部材や摺動性部材への用途も考えられる。
The uses of the modified graphene according to the present disclosure produced by the method described above will be described below.
(resin composite)
The resin blended with modified graphene according to the present disclosure (hereinafter referred to as a modified graphene resin composite) is a resin composite that is endowed with the electrical conductivity or thermal conductivity that graphene inherently has, so various product forms can be considered. It will be done. For example, conductive or thermally conductive masterbatches, conductive or thermally conductive sheets, conductive or thermally conductive molded parts such as conductive or thermally conductive trays or conductive or thermally conductive gaskets, or electrode members. Can be mentioned. In addition, it has recently been known that blending graphene has the ability to increase strength and sliding properties, and its application to strength members and slidable members is also possible.

本開示に係る修飾グラフェンは、種々の樹脂に配合して使用することができ、樹脂の種類は特に限定されない。その理由は、一般的に、フィラーと樹脂の組み合わせは、相溶性の問題、それに伴う分散不良(凝集)の問題が発生するために限定される。しかし、本開示に係る修飾グラフェンは、導入する置換基を樹脂との相溶性を考慮してデザインできるために、樹脂が限定されないのである。使用可能な樹脂の具体例としては、以下のものが挙げられる。ポリエチレン、ポリスチレン、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、酢酸セルロース樹脂、硝酸セルロース樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴムなどが挙げられる。 The modified graphene according to the present disclosure can be used by being mixed with various resins, and the type of resin is not particularly limited. The reason for this is that combinations of fillers and resins are generally limited because of compatibility problems and associated problems of poor dispersion (agglomeration). However, in the modified graphene according to the present disclosure, since the substituents to be introduced can be designed taking into consideration compatibility with the resin, the resin is not limited. Specific examples of usable resins include the following. Examples include polyethylene, polystyrene, vinyl acetate resin, vinyl chloride resin, acrylic resin, polyacrylonitrile, polyamide, cellulose acetate resin, cellulose nitrate resin, phenol resin, epoxy resin, silicone resin, natural rubber, and the like.

本開示に係る修飾グラフェン樹脂複合体を製造し、該複合体を使用して導電性シートまたは熱電導性シート(修飾グラフェンシート)を製造する場合には、シリコーン樹脂が好適に使用できる。シリコーン樹脂は、膜塗工し硬化させることができ、修飾グラフェンの効果で製品表層に熱伝導性を付与することができる。さらに、多様な被着物への粘着性を有する導電性シートまたは熱伝導性シートにもなる。また、優れた耐候性や耐熱性も併せ持つ。 When manufacturing a modified graphene resin composite according to the present disclosure and manufacturing a conductive sheet or a thermally conductive sheet (modified graphene sheet) using the composite, a silicone resin can be suitably used. Silicone resin can be coated into a film and cured, and the effect of modified graphene can impart thermal conductivity to the surface layer of the product. Furthermore, it can also be used as a conductive sheet or a thermally conductive sheet that has adhesive properties to various adherends. It also has excellent weather resistance and heat resistance.

シリコーン樹脂の具体例としては、メチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂等の一般的なシリコーン樹脂が挙げられる。その他に、アルキッド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂またはアクリル変性シリコーン樹脂などのような有機樹脂変性シリコーン樹脂が挙げられる。 Specific examples of silicone resins include common silicone resins such as methyl silicone resin, methylphenyl silicone resin, and phenyl silicone resin. Other examples include organic resin-modified silicone resins such as alkyd-modified silicone resins, polyester-modified silicone resins, epoxy-modified silicone resins, urethane-modified silicone resins, and acrylic-modified silicone resins.

また、2液タイプのシリコーン樹脂(反応性シリコーン樹脂)も使用することができる。該反応性シリコーン樹脂の具体例としては、付加型硬化シリコーン樹脂、縮合型硬化シリコーン樹脂、過酸化物硬化シリコーン樹脂またはカチオン型UVシリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中で、入手が容易で、室温でも硬化する付加型硬化シリコーン樹脂は好適に使用される。付加型硬化シリコーン樹脂を製造するために用いられる2つの化合物は、二重結合を有するビニルシロキサンとヒドロシロキサンである。いずれも市販品を入手して使用することができ、ビニル末端ポリシロキサンとしては、DMS-V31(アヅマックス(株))、DMS-V41(アヅマックス(株))などを挙げることができる。水素末端ポリシロキサンとしてはDMS-H03(アヅマックス(株))、HMS-301(アヅマックス(株))、HMS-992(アヅマックス(株))などが挙げられる。 Furthermore, a two-component type silicone resin (reactive silicone resin) can also be used. Specific examples of the reactive silicone resin include addition-type cured silicone resins, condensation-type cured silicone resins, peroxide-cured silicone resins, and cationic UV silicone resins. Among these, addition type curing silicone resins, which are easily available and cure even at room temperature, are preferably used. The two compounds used to make addition-cured silicone resins are vinylsiloxanes and hydrosiloxanes that have double bonds. All of them can be obtained and used as commercially available products, and examples of the vinyl-terminated polysiloxane include DMS-V31 (Azumax Co., Ltd.) and DMS-V41 (Azumax Co., Ltd.). Examples of the hydrogen-terminated polysiloxane include DMS-H03 (Azumax Co., Ltd.), HMS-301 (Azumax Co., Ltd.), and HMS-992 (Azumax Co., Ltd.).

本開示で使用する樹脂の重量平均分子量(Mw)は50,000以下が好ましい。一般的にフィラーの配合量を増やしていくと、樹脂複合体の粘度が上昇したり、混練温度を高く設定したりする必要がある。重量平均分子量(Mw)が50,000を超えると、本開示に係る修飾グラフェンを配合した場合に、粘度が高くなり過ぎてシート化できない問題や、混練温度の上昇により温度コントロールが困難になる問題などが発生するおそれがある。 The weight average molecular weight (Mw) of the resin used in the present disclosure is preferably 50,000 or less. Generally, when the amount of filler is increased, the viscosity of the resin composite increases, and it is necessary to set the kneading temperature higher. When the weight average molecular weight (Mw) exceeds 50,000, when the modified graphene according to the present disclosure is blended, the viscosity becomes too high to form a sheet, and the kneading temperature increases, making temperature control difficult. etc. may occur.

(分散体)
本開示に係る修飾グラフェンは修飾グラフェン分散体として様々な用途に利用することが可能である。該修飾グラフェン分散体は、分散媒体中に、式(I)で示される修飾グラフェンを分散処理することで得られる。
分散処理の方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。分散媒体中に式(I)で示される修飾グラフェンと、必要に応じて樹脂を溶解させ、撹拌しながら十分に分散媒体になじませる。さらに、ボールミル、ペイントシェーカー、ディゾルバー、アトライター、サンドミル、ハイスピードミル等の分散機により機械的せん断力を加えることで、式(I)で示される修飾グラフェンを安定に均一な微粒子状に微分散することができる。
(dispersion)
The modified graphene according to the present disclosure can be used as a modified graphene dispersion for various purposes. The modified graphene dispersion can be obtained by dispersing modified graphene represented by formula (I) in a dispersion medium.
Examples of distributed processing methods include the following methods. The modified graphene represented by formula (I) and, if necessary, a resin are dissolved in a dispersion medium, and the mixture is thoroughly blended into the dispersion medium while stirring. Furthermore, by applying mechanical shearing force using a dispersing machine such as a ball mill, paint shaker, dissolver, attritor, sand mill, or high-speed mill, the modified graphene represented by formula (I) is stably and finely dispersed into uniform fine particles. can do.

本開示において、修飾グラフェン分散体中の修飾グラフェンの量は、分散媒体100質量部に対して1~50質量部であることが好ましい。より好ましくは2~30質量部、特に好ましくは3~15質量部である。修飾グラフェンの含有量を上記の範囲内にすることにより、粘度の上昇や分散性の低下を抑制することができる。
修飾グラフェン分散体は修飾グラフェン単独でも、乳化剤を用いても水に分散できる。乳化剤としては、例えば、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤が挙げられる。
In the present disclosure, the amount of modified graphene in the modified graphene dispersion is preferably 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the dispersion medium. More preferably 2 to 30 parts by weight, particularly preferably 3 to 15 parts by weight. By controlling the content of modified graphene within the above range, an increase in viscosity and a decrease in dispersibility can be suppressed.
The modified graphene dispersion can be dispersed in water either by using modified graphene alone or by using an emulsifier. Examples of the emulsifier include cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants.

カチオン界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。
ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド等。
アニオン界面活性剤としては、ステアリン酸ナトリウム、ドデカン酸ナトリウム等の脂肪酸石鹸、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等が挙げられる。
ノニオン界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシルポリオキシエチレンエーテル、ヘキサデシルポリオキシエチレンエーテル、ノニルフェニルポリオキシエチレンエーテル、ラウリルポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンモノオレアートポリオキシエチレンエーテル、モノデカノイルショ糖等。
Examples of cationic surfactants include the following.
Dodecyl ammonium chloride, dodecyl ammonium bromide, dodecyl trimethyl ammonium bromide, dodecyl pyridinium chloride, dodecyl pyridinium bromide, hexadecyl trimethyl ammonium bromide, etc.
Examples of anionic surfactants include fatty acid soaps such as sodium stearate and sodium dodecanoate, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecylbenzene sulfate, and sodium lauryl sulfate.
Examples of nonionic surfactants include the following. Dodecyl polyoxyethylene ether, hexadecyl polyoxyethylene ether, nonylphenyl polyoxyethylene ether, lauryl polyoxyethylene ether, sorbitan monooleate polyoxyethylene ether, monodecanoyl sucrose, etc.

分散媒体として用いられる有機溶媒としては、以下のものが挙げられる。
メチルアルコール、エチルアルコール、変性エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-アミルアルコール、3-ペンタノール、オクチルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコール類;アセトン、メチルエチルケトン(2-ブタノン)、メチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル類;ヘキサン、オクタン、石油エーテル、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤;四塩化炭素、トリクロロエチレン、テトラブロモエタン等のハロゲン化炭化水素系溶剤;ジエチルエーテル、ジメチルグリコール、トリオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;メチラール、ジエチルアセタール等のアセタール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸類;ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の硫黄・窒素含有有機化合物類。
また、上記の修飾グラフェン分散体を用いることで、導電性のインクや塗料を作製することもできる。
Examples of the organic solvent used as a dispersion medium include the following.
Methyl alcohol, ethyl alcohol, denatured ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-amyl alcohol, 3-pentanol, octyl alcohol, benzyl alcohol, cyclohexanol, etc. alcohols; glycols such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, diethylene glycol, diethylene glycol monobutyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (2-butanone), methyl isobutyl ketone; ethyl acetate, butyl acetate, ethyl propionate, cellosolve acetate, etc. esters; hydrocarbon solvents such as hexane, octane, petroleum ether, cyclohexane, benzene, toluene, xylene; halogenated hydrocarbon solvents such as carbon tetrachloride, trichloroethylene, tetrabromoethane; diethyl ether, dimethyl glycol, trioxane , ethers such as tetrahydrofuran; acetals such as methylal and diethyl acetal; organic acids such as formic acid, acetic acid, and propionic acid; sulfur- and nitrogen-containing organics such as nitrobenzene, dimethylamine, monoethanolamine, pyridine, dimethylsulfoxide, and dimethylformamide Compounds.
Further, by using the modified graphene dispersion described above, conductive inks and paints can also be produced.

以下、実施例及び比較例を挙げて本開示をさらに詳細に説明するが、本開示は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、成分量に関して「部」及び「%」と記載しているものは特に断らない限り質量基準である。 Hereinafter, the present disclosure will be explained in more detail by giving Examples and Comparative Examples, but the present disclosure is not limited by the following Examples unless it exceeds the gist thereof. Note that "parts" and "%" regarding component amounts are based on mass unless otherwise specified.

(材料)
実施例1-1~実施例1-28は修飾グラフェンの製造に関する。使用した主たる材料、すなわち、グラフェン、処理剤、酸化剤を下記表1に示す。
処理剤は下記式(VI)で表される化合物であり、A1の構造式は前記(修飾グラフェンの具体例)で記載した構造と同じである。該処理剤は全て住化テクノサービス(株)から購入した。
NH-NH-A1 (VI)
(material)
Examples 1-1 to 1-28 relate to the production of modified graphene. The main materials used, ie, graphene, processing agent, and oxidizing agent, are shown in Table 1 below.
The processing agent is a compound represented by the following formula (VI), and the structural formula of A1 is the same as the structure described above (specific example of modified graphene). All of the processing agents were purchased from Sumika Techno Service Co., Ltd.
NH 2 -NH-A1 (VI)

また、酸化剤の名称と化学式は各々以下のとおりである。
フタロシアニン鉄(III)クロライド(FePc・Cl)、フェロシアン化カリウム(K[Fe(CN)]・3HO)、ヨウ素(I)、塩化鉄(III)(FeCl)、過ヨウ素酸ナトリウム(NaIO)、二酸化マンガン(MnO)、過マンガン酸カリウム(KMnO)、35%過酸化水素水溶液(H)である。該酸化剤は全て東京化成工業(株)製である。
Further, the names and chemical formulas of the oxidizing agents are as follows.
Phthalocyanine iron (III) chloride (FePc・Cl), potassium ferrocyanide (K 4 [Fe(CN) 6 ]・3H 2 O), iodine (I 2 ), iron (III) chloride (FeCl 3 ), sodium periodate (NaIO 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ), potassium permanganate (KMnO 4 ), and 35% aqueous hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ). All of the oxidizing agents were manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

Figure 0007449110000030
Figure 0007449110000030

(製造方法)
(製造方法1-A)
下記の材料を容量400mLのベッセル(アイメックス製)に入れて混合した。
・グラフェン(商品名:xGnP-M5、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション):18.0g
・イオン交換水:162mL
・DMF(N,N-ジメチルホルムアミド):18mL
・処理剤(住化テクノサービス(株)):1.0mmol/g
・酸化剤(東京化成工業(株)):0.1mmol/g
(Production method)
(Manufacturing method 1-A)
The following materials were placed in a 400 mL vessel (manufactured by Imex) and mixed.
・Graphene (product name: xGnP-M5, New Metals End Chemicals Corporation): 18.0g
・Ion exchange water: 162mL
・DMF (N,N-dimethylformamide): 18mL
・Treatment agent (Sumika Techno Service Co., Ltd.): 1.0 mmol/g
・Oxidizing agent (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.): 0.1 mmol/g

8mol/Lの水酸化カリウム水溶液を入れて液体のpHを3に調整し、温度25℃、回転数2,000rpmで12時間撹拌した。その後、8mol/Lの水酸化カリウム水溶液を入れて液体のpHを10に調整して分散液を得た。得られた分散液を、回転数5,000rpmで遠心分離を10分間行い、上澄みと粗大粒子を除去し、上澄み液の電気伝導度が10μS/cm以下となるよう精製し、修飾グラフェン分散体を得た。次いで、該修飾グラフェン分散体をフリーズドドライ法で乾燥した。 An 8 mol/L aqueous potassium hydroxide solution was added to adjust the pH of the liquid to 3, and the mixture was stirred at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 2,000 rpm for 12 hours. Thereafter, an 8 mol/L aqueous potassium hydroxide solution was added to adjust the pH of the liquid to 10 to obtain a dispersion. The obtained dispersion was centrifuged at a rotational speed of 5,000 rpm for 10 minutes to remove the supernatant and coarse particles, and the supernatant was purified to have an electrical conductivity of 10 μS/cm or less to obtain a modified graphene dispersion. Obtained. Next, the modified graphene dispersion was dried using a freeze-drying method.

(製造方法1-B)
下記の材料を容量400mLのベッセル(アイメックス製)に入れて混合した。
・グラフェン(商品名:xGnP-M5、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション):18.0g
・DMF(N,N-ジメチルホルムアミド):180mL
・処理剤(住化テクノサービス(株)):1.0mmol/g
・酸化剤(東京化成工業(株)):0.1mmol/g
得られた分散液をろ紙を敷いたろ過しょうでろ過し、ろ過した固形物をDMFで1回、クロロホルムで1回洗浄し、アセトンを加えて、修飾グラフェン分散体を得た。次いで、該修飾グラフェンをエバポレーターで溶媒除去し、減圧乾燥機(50℃)で乾燥した。
(Manufacturing method 1-B)
The following materials were placed in a 400 mL vessel (manufactured by Imex) and mixed.
・Graphene (product name: xGnP-M5, New Metals End Chemicals Corporation): 18.0g
・DMF (N,N-dimethylformamide): 180mL
・Treatment agent (Sumika Techno Service Co., Ltd.): 1.0 mmol/g
・Oxidizing agent (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.): 0.1 mmol/g
The resulting dispersion was filtered through a filter paper lined with filter paper, and the filtered solid was washed once with DMF and once with chloroform, and acetone was added to obtain a modified graphene dispersion. Next, the solvent was removed from the modified graphene using an evaporator, and it was dried using a vacuum dryer (50° C.).

(修飾グラフェンの同定法)
製造した修飾グラフェンの同定、すなわち置換基の定量(以下、修飾量とも記載する。)について以下に述べる。修飾量は、未修飾のグラフェン(原料)または修飾グラフェンにおける各元素組成量を、エックス線光電子測定はQuantera SXM (アルバック・ファイ(株)製))を使用して得られた組成比と下記計算式1を用いて算出した。なお、励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6eV)であり、X線径は100μm、光電子脱出角度は45°である。
(Identification method of modified graphene)
The identification of the produced modified graphene, that is, the quantification of the substituents (hereinafter also referred to as the amount of modification) will be described below. The amount of modification was calculated using the composition of each element in unmodified graphene (raw material) or modified graphene, and the composition ratio obtained using Quantera SXM (manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd.) for X-ray photoelectron measurement and the calculation formula below. Calculated using 1. Note that the excitation X-ray is a monochromatic Al Kα1,2 ray (1486.6 eV), the X-ray diameter is 100 μm, and the photoelectron escape angle is 45°.

Figure 0007449110000031
Figure 0007449110000031

一例を示せば、A1の構造がA1-22である修飾グラフェンの元素組成量が下記表2の下段に示す値だった。一方、原料として使用したグラフェン(xGnP-M5((株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション))の元素組成量が下記表2の上段に示す値だった。この場合、計算式1より、修飾グラフェン1gに対するA1-22の修飾量は0.219mmol/gと見積もられた。 To give an example, the elemental composition of the modified graphene in which the structure of A1 is A1-22 was the value shown in the lower part of Table 2 below. On the other hand, the elemental composition of graphene (xGnP-M5 (New Metals End Chemicals Corporation)) used as a raw material was as shown in the upper row of Table 2 below. In this case, the amount of modification of A1-22 with respect to 1 g of modified graphene was estimated to be 0.219 mmol/g from calculation formula 1.

Figure 0007449110000032
Figure 0007449110000032

(修飾グラフェンのラマン分光分析による欠陥濃度評価)
ラマン分光分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:顕微ラマン(日本分光NRS-4100)
測定条件:532nmレーザー使用、レーザー強度0.3mW、対物レンズ20倍、露光時間60秒、積算2回(分解能=7cm-1
グラフェン構造が存在する場合は、グラファイト構造(sp結合)に由来のGバンド(1590cm-1付近)と、欠陥由来のDバンド(1350cm-1付近)が観察される。Gバンドの強度が高くシャープであり、かつ、Dバンドの強度が低いほど、より欠陥が少ないグラフェンといえる。欠陥濃度の評価は下記式を用いて行った。
G/D比=g/d
g:Gバンド強度
d:Dバンド強度
(Evaluation of defect concentration by Raman spectroscopy of modified graphene)
Raman spectroscopic analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Raman microscope (JASCO NRS-4100)
Measurement conditions: 532 nm laser used, laser intensity 0.3 mW, objective lens 20 times, exposure time 60 seconds, integration 2 times (resolution = 7 cm -1 )
When a graphene structure exists, a G band (around 1590 cm -1 ) derived from the graphite structure (sp 2 bond) and a D band (around 1350 cm -1 ) derived from defects are observed. The higher and sharper the intensity of the G band and the lower the intensity of the D band, the fewer defects the graphene has. The defect concentration was evaluated using the following formula.
G/D ratio=g/d
g: G band intensity d: D band intensity

[評価基準]
Aランク・・・0.95≦g/d
Bランク・・・0.80≦g/d<0.95
Cランク・・・g/d<0.80
[Evaluation criteria]
A rank...0.95≦g/d
B rank...0.80≦g/d<0.95
C rank...g/d<0.80

(実施例1-1~実施例1-9、実施例1-17、実施例1-18、実施例1-22)
製造方法1-Aに従い、表1に記載したグラフェン、処理剤、及び酸化剤を使用して修飾グラフェン1-1~1-9、修飾グラフェン1-17、修飾グラフェン1-18、及び修飾グラフェン1-22を製造した。次いで、エックス線光電子測定により、修飾グラフェンの元素組成量を求め、計算式1から修飾量を見積もり、表3に記載した。さらに、ラマン分光分析により、製造した修飾グラフェンのg/dを求め、評価基準に基づき評価し、表3に記載した。
(Example 1-1 to Example 1-9, Example 1-17, Example 1-18, Example 1-22)
Modified graphene 1-1 to 1-9, modified graphene 1-17, modified graphene 1-18, and modified graphene 1 were produced according to production method 1-A using the graphene, processing agent, and oxidizing agent listed in Table 1. -22 was manufactured. Next, the elemental composition of the modified graphene was determined by X-ray photoelectron measurement, and the amount of modification was estimated from Formula 1 and is listed in Table 3. Furthermore, the g/d of the produced modified graphene was determined by Raman spectroscopy, evaluated based on evaluation criteria, and is listed in Table 3.

(実施例1-10~実施例1-16、実施例1-19~実施例1-21、実施例1-23~実施例1-28)
製造方法1-Bに従い、表1に記載したグラフェン、処理剤、及び酸化剤を使用して修飾グラフェン1-10~1-16、修飾グラフェン1-19~1-21、及び修飾グラフェン1-23~1-28を製造した。次いで、エックス線光電子測定により、修飾グラフェンの元素組成量を求め、計算式1から修飾量を見積もり、表3に記載した。さらに、ラマン分光分析により、製造した修飾グラフェンのg/dを求め、評価基準に基づき評価し、表3に記載した。
(Example 1-10 to Example 1-16, Example 1-19 to Example 1-21, Example 1-23 to Example 1-28)
Modified graphene 1-10 to 1-16, modified graphene 1-19 to 1-21, and modified graphene 1-23 were produced according to production method 1-B using the graphene, processing agent, and oxidizing agent listed in Table 1. ~1-28 was manufactured. Next, the elemental composition of the modified graphene was determined by X-ray photoelectron measurement, and the amount of modification was estimated from Formula 1 and is listed in Table 3. Furthermore, the g/d of the produced modified graphene was determined by Raman spectroscopy, evaluated based on evaluation criteria, and is listed in Table 3.

(比較例1-1)
酸化グラフェン(商品名:GO、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション)を比較化合物1-1とした。ラマン分光分析により、製造した酸化グラフェンのg/dを求め、評価基準に基づき評価し、表3に記載した。
(Comparative example 1-1)
Graphene oxide (trade name: GO, New Metals End Chemicals Corporation) was used as comparative compound 1-1. The g/d of the produced graphene oxide was determined by Raman spectroscopy, evaluated based on the evaluation criteria, and is listed in Table 3.

(比較例1-2)
処理剤として4-アミノ安息香酸を用いて、特許文献3に記載の下記の製造方法で得られた修飾グラフェンを比較化合物1-2とした。
下記の材料を容量400mLのベッセル(アイメックス製)に入れて混合した。
・グラフェン(商品名:xGnP-M5、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション):18.0g
・イオン交換水:162mL
・4-アミノ安息香酸(東京化成工業(株)):1.0mmol/g
・亜硝酸ナトリウム(東京化成工業(株)):1.0mmol/g
(Comparative example 1-2)
Comparative compound 1-2 was modified graphene obtained by the following production method described in Patent Document 3 using 4-aminobenzoic acid as a treatment agent.
The following materials were placed in a 400 mL vessel (manufactured by Imex) and mixed.
・Graphene (product name: xGnP-M5, New Metals End Chemicals Corporation): 18.0g
・Ion exchange water: 162mL
・4-Aminobenzoic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.): 1.0 mmol/g
・Sodium nitrite (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.): 1.0 mmol/g

温度25℃、回転数2,000rpmで12時間撹拌した。その後、8mol/Lの水酸化カリウム水溶液を入れて液体のpHを10に調整して分散液を得た。得られた分散液を、回転数5,000rpmで遠心分離を10分間行い、上澄みと粗大粒子を除去し、上澄み液の電気伝導度が10μS/cm以下となるよう精製し、修飾グラフェン分散体を得た。次いで、該修飾グラフェン分散体をフリーズドドライ法で乾燥した。
エックス線光電子測定により、修飾グラフェンの元素組成量を求め、計算式1から修飾量を見積もり、表3に記載した。さらに、ラマン分光分析により、製造した修飾グラフェンのg/dを求め、評価基準に基づき評価し、表3に記載した。
The mixture was stirred for 12 hours at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 2,000 rpm. Thereafter, an 8 mol/L aqueous potassium hydroxide solution was added to adjust the pH of the liquid to 10 to obtain a dispersion. The obtained dispersion was centrifuged at a rotational speed of 5,000 rpm for 10 minutes to remove the supernatant and coarse particles, and the supernatant was purified to have an electrical conductivity of 10 μS/cm or less to obtain a modified graphene dispersion. Obtained. Next, the modified graphene dispersion was dried using a freeze-drying method.
The elemental composition of the modified graphene was determined by X-ray photoelectron measurement, and the amount of modification was estimated from Formula 1 and is listed in Table 3. Furthermore, the g/d of the produced modified graphene was determined by Raman spectroscopy, evaluated based on evaluation criteria, and is listed in Table 3.

Figure 0007449110000033
Figure 0007449110000033

(修飾グラフェンの樹脂複合体の作製方法)
上記で製造した修飾グラフェンを配合した樹脂シートを、下記作製法1-1、作製法1-2または作成法1-3のいずれかを用いて作製した。さらに、得られたシートの導電性評価および熱伝導性評価を実施した。
また、酸化グラフェン(比較化合物1-1)を配合した樹脂シートと、特許文献3に記載の製造方法で製造した修飾グラフェン(比較化合物1-2)を配合した樹脂シートとを作製し、同様の評価を行った。
上記作製法1-1、作製法1-2または作成法1-3について下記に述べる。作製法1-1はシリコーン樹脂を用いたシートに関する方法、作製法1-2はウレタン樹脂を用いたシート、そして作成法1-3はポリイミドを用いたシートに関する方法である。
(Method for producing resin composite of modified graphene)
A resin sheet blended with the modified graphene produced above was produced using any of the following production methods 1-1, 1-2, or 1-3. Furthermore, the obtained sheet was evaluated for electrical conductivity and thermal conductivity.
In addition, a resin sheet containing graphene oxide (comparative compound 1-1) and a resin sheet containing modified graphene (comparative compound 1-2) produced by the manufacturing method described in Patent Document 3 were prepared, and similar results were obtained. We conducted an evaluation.
The above manufacturing method 1-1, manufacturing method 1-2, or manufacturing method 1-3 will be described below. Manufacturing method 1-1 is a method for a sheet using silicone resin, manufacturing method 1-2 is a method for a sheet using urethane resin, and manufacturing method 1-3 is a method for a sheet using polyimide.

(作製法1-1)
ビニル末端ポリシロキサンDMS-V31(重量平均分子量(Mw):28000、アヅマックス(株))100部、水素末端ポリシロキサンHMS-301(アヅマックス(株))5部、及び修飾グラフェン(又は比較化合物)60部をヘラで混合した。
次いで、自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。これに、白金触媒0.8部を加えてヘラで練り込み、次いで自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。得られた混合物を金属板上にバーコーターを用いて塗布し、100℃の恒温室に2時間静置して硬化させ、下記のシリコーン樹脂シートを得た。
・シリコーン樹脂シート
・・厚さ:200±10μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:20vol%
ただし、配合量は修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、それ以外の材料の密度を0.97g/cmとして算出した。
(Preparation method 1-1)
Vinyl-terminated polysiloxane DMS-V31 (weight average molecular weight (Mw): 28,000, Azumax Co., Ltd.) 100 parts, hydrogen-terminated polysiloxane HMS-301 (Azumax Co., Ltd.) 5 parts, and modified graphene (or comparative compound) 60 parts The parts were mixed with a spatula.
Next, the mixture was kneaded for 2 minutes using a rotation/revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. To this, 0.8 part of platinum catalyst was added and kneaded with a spatula, then kneaded for 2 minutes with an autorotation-revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. The obtained mixture was applied onto a metal plate using a bar coater, and left to stand in a constant temperature room at 100° C. for 2 hours to cure, thereby obtaining the following silicone resin sheet.
・Silicone resin sheet・Thickness: 200±10μm
・Amount of modified graphene (or comparative compound): 20 vol%
However, the blending amount was calculated assuming that the density of the modified graphene was 2.2 g/cm 3 and the density of the other materials was 0.97 g/cm 3 .

(作製法1-2)
下記の材料を混合し、超音波を加えながら1時間攪拌して分散液を調製した。
・結着樹脂としてポリウレタンUR4800(重量平均分子量(Mw):4800、東洋紡(株)) 100部
・修飾グラフェン(又は比較化合物) 43部
・任意量のTHF(テトラヒドロフラン,キシダ化学(株)製)
得られた混合物を金属板上にバーコーダーを用いて塗布し、40℃の恒温乾燥機内で乾燥した。次いで、乾燥体を金属板から剥がし、小型熱プレス機(アズワン(株)製)で150℃-0.5kgf/mの加熱加圧を3分間行い、下記のウレタン樹脂シートを得た。
・ウレタン樹脂シート
・・厚さ:200±10μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:20vol%
ただし、配合量は修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、ウレタン樹脂の密度を1.28g/cmとして算出した。
(Preparation method 1-2)
The following materials were mixed and stirred for 1 hour while applying ultrasound to prepare a dispersion.
- 100 parts of polyurethane UR4800 (weight average molecular weight (Mw): 4800, Toyobo Co., Ltd.) as a binder resin - 43 parts of modified graphene (or comparative compound) - Arbitrary amount of THF (tetrahydrofuran, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
The resulting mixture was applied onto a metal plate using a barcoder and dried in a constant temperature dryer at 40°C. Next, the dried body was peeled off from the metal plate, and heated and pressed at 150° C. and 0.5 kgf/m 2 for 3 minutes using a small heat press machine (manufactured by As One Co., Ltd.) to obtain the following urethane resin sheet.
・Urethane resin sheet・Thickness: 200±10μm
・Amount of modified graphene (or comparative compound): 20 vol%
However, the blending amount was calculated assuming that the density of the modified graphene was 2.2 g/cm 3 and the density of the urethane resin was 1.28 g/cm 3 .

(作製法1-3)
ポリイミド前駆体のU-ワニス-S(固形分濃度:20%、N-メチルピロリドン含有量:80%、宇部興産(株))100部、と修飾グラフェン(又は比較化合物)5.2部をヘラで混合した。
次いで、自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。得られた混合物を金属板上にバーコーターを用いて塗布し、100℃の恒温室中2時間静置して溶媒除去を行い、更に減圧乾燥機中、100℃で、0.05MPaの減圧下で乾燥させた。さらに、マッフル炉中、290℃で30分、更に350℃で30分焼成し、下記のポリイミドシートを得た。
・ポリイミドシート
・・厚さ:85±3μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:15vol%
配合量は、修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、ポリイミドの密度を1.47g/cmとして算出した。
(Preparation method 1-3)
100 parts of polyimide precursor U-varnish-S (solid content: 20%, N-methylpyrrolidone content: 80%, Ube Industries, Ltd.) and 5.2 parts of modified graphene (or comparative compound) were mixed with a spatula. mixed with.
Next, the mixture was kneaded for 2 minutes using a rotation/revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. The obtained mixture was applied onto a metal plate using a bar coater, left to stand for 2 hours in a thermostatic chamber at 100°C to remove the solvent, and then dried in a vacuum dryer at 100°C under a reduced pressure of 0.05 MPa. It was dried with. Further, it was fired in a muffle furnace at 290°C for 30 minutes and then at 350°C for 30 minutes to obtain the following polyimide sheet.
・Polyimide sheet・Thickness: 85±3μm
...Amount of modified graphene (or comparative compound): 15 vol%
The blending amount was calculated based on the density of modified graphene being 2.2 g/cm 3 and the density of polyimide being 1.47 g/cm 3 .

(実施例1-29~実施例1-56)
表3に記載した修飾グラフェン1-1~1-28を使用し、上記作製法1-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Example 1-29 to Example 1-56)
Using modified graphenes 1-1 to 1-28 listed in Table 3, modified graphene-containing silicone resin sheets were produced using the above production method 1-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(実施例1-57、実施例1-58)
表3に記載した修飾グラフェン1-2、修飾グラフェン1-8を使用し、上記作製法1-2を用いて、修飾グラフェン配合ウレタン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Example 1-57, Example 1-58)
Using modified graphene 1-2 and modified graphene 1-8 listed in Table 3, a modified graphene-containing urethane resin sheet was produced using the above production method 1-2. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(実施例1-59)
ビニル末端ポリシロキサンDMS-V31の代わりにDMS-V41(重量平均分子量(Mw):50,000、アヅマックス(株))を使用し、修飾グラフェン1-2を使用し、かつ上記作製法1-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Example 1-59)
DMS-V41 (weight average molecular weight (Mw): 50,000, Azumax Co., Ltd.) was used instead of vinyl-terminated polysiloxane DMS-V31, modified graphene 1-2 was used, and the above production method 1-1 was used. Using this method, a modified graphene-containing silicone resin sheet was prepared. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(実施例1-60)
ビニル末端ポリシロキサンDMS-V31の代わりにDMS-V46(重量平均分子量(Mw):117,000、アヅマックス(株))を使用し、修飾グラフェン1-2を使用し、かつ上記作製法1-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Example 1-60)
DMS-V46 (weight average molecular weight (Mw): 117,000, Azumax Co., Ltd.) was used instead of vinyl-terminated polysiloxane DMS-V31, modified graphene 1-2 was used, and the above production method 1-1 was used. Using this method, a modified graphene-containing silicone resin sheet was prepared. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(比較例1-3)
酸化グラフェン(商品名:GO、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション)を使用し、かつ上記作製法1-1に準拠して、酸化グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Comparative example 1-3)
A graphene oxide-containing silicone resin sheet was produced using graphene oxide (trade name: GO, New Metals End Chemicals Corporation) and in accordance with the above production method 1-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(比較例1-4)
特許文献3に記載の製造方法を用いて製造した修飾グラフェン(比較化合物1-2)を使用し、かつ上記作製法1-1を用いて、酸化グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表4に記載した。
(Comparative example 1-4)
A graphene oxide-containing silicone resin sheet was produced using modified graphene (comparative compound 1-2) produced using the production method described in Patent Document 3 and using the above production method 1-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 4.

(評価)
上記で作製した樹脂シートの導電性評価および熱伝導性評価を下記の方法で行い、下記の評価基準に従って評価した。
(evaluation)
The electrical conductivity and thermal conductivity of the resin sheet produced above was evaluated by the following method and evaluated according to the following evaluation criteria.

(導電性評価)
導電性は、樹脂シートサンプルの表面電気抵抗率(kΩ/□)で評価した。表面電気抵抗率をJIS K 7194「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準拠して測定し、該測定値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。一般的に導電性部材の表面電気抵抗率は1×10Ω/□未満であり、それ以上は静電気拡散性部材(1×10Ω/□以上~1×10Ω/□未満)または帯電防止部材(1×10Ω/□以上~1×1012Ω/□未満)であることが知られている。このため、本開示では導電性部材として許容するランク、すなわちAランクの樹脂シートサンプルのみを許容できるランクとした。
(Conductivity evaluation)
The conductivity was evaluated by the surface electrical resistivity (kΩ/□) of the resin sheet sample. The surface electrical resistivity was measured in accordance with JIS K 7194 "Method for testing the resistivity of conductive plastics using the four-probe method," and the measured values were used to classify the samples into ranks A to C as shown below. Generally, the surface electrical resistivity of a conductive member is less than 1×10 5 Ω/□, and if it is higher than that, it is a static electricity dissipative material (1×10 5 Ω/□ or more to less than 1×10 9 Ω/□) or It is known to be an antistatic member (1×10 9 Ω/□ or more to less than 1×10 12 Ω/□). For this reason, in the present disclosure, only resin sheet samples of A rank, which is an acceptable rank as a conductive member, are assigned an acceptable rank.

[評価基準]
Aランク・・・ 10kΩ/□≦表面電気抵抗率<100kΩ/□
Bランク・・・ 100kΩ/□≦表面電気抵抗率<1000kΩ/□
Cランク・・・1000kΩ/□≦表面電気抵抗率
[Evaluation criteria]
A rank... 10kΩ/□≦Surface electrical resistivity<100kΩ/□
B rank... 100kΩ/□≦Surface electrical resistivity<1000kΩ/□
C rank...1000kΩ/□≦Surface electrical resistivity

(熱伝導性評価)
熱伝導性は、樹脂シートサンプル(厚さ200±10μm)の厚さ方向の熱伝導率で評価した。
まず、作製した樹脂シートを縦×横=6mm×11mmの大きさに切り出した。これを樹脂シートサンプルとして温度波熱分析法(アルバック理工製,FTC-1)で、厚さ方向の熱拡散率αを測定した。熱伝導率λは、λ=α×Cp×ρの式から、上記の測定で求めた熱拡散率αに、比熱Cp(重量分率平均)と密度ρ(体積分率平均)とを掛けて算出した。なお、密度は水中置換法, 比熱は示差走査熱量計 (PYRIS Diamond DSC-7,DSC,Perkin Elmer 製)を用いて測定した。計算に必要な比熱Cpおよび密度ρは以下のとおりである。
得られた熱伝導率の値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。一般的に、厚さ方向の熱伝導率1W/m/K以上であると高性能な熱伝導部材として認知されているため、Aランクの樹脂シートサンプルのみを許容できるランクとした。
(Thermal conductivity evaluation)
Thermal conductivity was evaluated by the thermal conductivity in the thickness direction of a resin sheet sample (thickness: 200±10 μm).
First, the produced resin sheet was cut out into a size of length x width = 6 mm x 11 mm. Using this as a resin sheet sample, the thermal diffusivity α in the thickness direction was measured using a temperature wave thermal analysis method (FTC-1, manufactured by ULVAC Riko). The thermal conductivity λ is calculated by multiplying the thermal diffusivity α obtained by the above measurement by the specific heat Cp (weight fraction average) and the density ρ (volume fraction average) from the formula λ = α × Cp × ρ. Calculated. Note that the density was measured using an underwater displacement method, and the specific heat was measured using a differential scanning calorimeter (PYRIS Diamond DSC-7, DSC, manufactured by Perkin Elmer). The specific heat Cp and density ρ required for calculation are as follows.
Using the obtained thermal conductivity values, they were classified into A rank to C rank as follows. Generally, a resin sheet sample with a thickness direction of 1 W/m/K or more is recognized as a high-performance thermally conductive member, so only resin sheet samples of rank A were ranked as acceptable.

[評価基準]
Aランク・・・1W/m・K≦熱伝導率
Bランク・・・0.5W/m・K≦熱伝導率<1W/m・K
Cランク・・・熱伝導率<0.5W/m・K
[Evaluation criteria]
A rank...1W/m・K≦thermal conductivity B rank...0.5W/m・K≦thermal conductivity<1W/m・K
C rank...Thermal conductivity <0.5W/m・K

[計算に用いた各材料の密度と比熱]
・シリコーン樹脂の密度ρ:0.97g/cm
・ウレタン樹脂の密度ρ:1.28g/cm
・修飾グラフェンおよび比較化合物1-2の密度ρ:2.2g/cm
・酸化グラフェンの密度ρ:2.1g/cm
・シリコーン樹脂の比熱Cp:1600J/kgK
・ウレタン樹脂の比熱Cp:1900J/kgK
・修飾グラフェンまたは比較化合物1-2の比熱Cp:710J/kgK
・酸化グラフェンの比熱Cp:700J/kgK
[Density and specific heat of each material used in calculation]
・Density ρ of silicone resin: 0.97 g/cm 3
・Density ρ of urethane resin: 1.28 g/cm 3
・Density ρ of modified graphene and comparative compound 1-2: 2.2 g/cm 3
・Graphene oxide density ρ: 2.1 g/cm 3
・Specific heat Cp of silicone resin: 1600J/kgK
・Specific heat Cp of urethane resin: 1900J/kgK
・Specific heat Cp of modified graphene or comparative compound 1-2: 710 J/kgK
・Specific heat Cp of graphene oxide: 700J/kgK

Figure 0007449110000034
Figure 0007449110000034

(実施例1-61、実施例1-62)
表3に記載した修飾グラフェン1-3またはグラフェン1-17を使用し、上記作製法1-3を用いて、修飾グラフェン配合ポリイミドシートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表5に記載した。
(Example 1-61, Example 1-62)
Using modified graphene 1-3 or graphene 1-17 listed in Table 3, a modified graphene-containing polyimide sheet was produced using the above production method 1-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 5.

(比較例1-5)
修飾されていないグラフェン、xGnP-M5((株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション)を使用し、上記作製法1-3を用いて、未修飾グラフェン配合ポリイミドシートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表5に記載した。
(Comparative example 1-5)
Using unmodified graphene, xGnP-M5 (Nu Metals End Chemicals Corporation), an unmodified graphene-containing polyimide sheet was produced using the above production method 1-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 5.

(比較例1-6)
比較化合物1-1を使用し、上記作製法1-3を用いて、酸化グラフェン配合ポリイミドシートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表5に記載した。
(Comparative example 1-6)
A graphene oxide-containing polyimide sheet was produced using Comparative Compound 1-1 and the above production method 1-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 5.

(比較例1-7)
比較化合物1-2を使用し、上記作製法1-3を用いて、比較化合物1-2配合ポリイミドシートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表5に記載した。
(Comparative example 1-7)
A polyimide sheet containing Comparative Compound 1-2 was produced using Comparative Compound 1-2 and the above production method 1-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 5.

[ポリイイミドシートの熱伝導性評価]
本開示の修飾グラフェンを配合したポリイミドシートと、比較化合物1-1または比較化合物1-2を配合したポリイミドシートの熱伝導率は、シートサンプル(厚さ85±3μm)の厚さ方向の熱伝導率で評価した。
まず、作製した樹脂シートを縦×横=6mm×11mmの大きさに切り出した。これをシートサンプルとして温度波熱分析法(アルバック理工製,FTC-1)で、厚さ方向の熱拡散率αを測定した。熱伝導率λは、λ=α×Cp×ρの式から、上記の測定で求めた熱拡散率αに、比熱Cp(重量分率平均)と密度ρ(体積分率平均)とを掛けて算出した。なお、密度は水中置換法,比熱は示差走査熱量計(PYRIS Diamond DSC-7,DSC,Perkin Elmer 製)を用いて測定した。計算に必要な比熱Cpおよび密度ρは以下のとおりである。
得られた熱伝導率の値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。一般的に、厚さ方向の熱伝導率1W/m/K以上であると高性能な熱伝導部材として認知されているため、Aランクのシートサンプルのみを許容できるランクとした。
[Evaluation of thermal conductivity of polyimide sheet]
The thermal conductivity of the polyimide sheet blended with the modified graphene of the present disclosure and the polyimide sheet blended with Comparative Compound 1-1 or Comparative Compound 1-2 is the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet sample (thickness 85 ± 3 μm). It was evaluated based on the percentage.
First, the produced resin sheet was cut out into a size of length x width = 6 mm x 11 mm. Using this as a sheet sample, the thermal diffusivity α in the thickness direction was measured using a temperature wave thermal analysis method (FTC-1, manufactured by ULVAC Riko Co., Ltd.). The thermal conductivity λ is calculated by multiplying the thermal diffusivity α obtained by the above measurement by the specific heat Cp (weight fraction average) and the density ρ (volume fraction average) from the formula λ = α × Cp × ρ. Calculated. Note that the density was measured using an underwater displacement method, and the specific heat was measured using a differential scanning calorimeter (PYRIS Diamond DSC-7, DSC, manufactured by Perkin Elmer). The specific heat Cp and density ρ required for calculation are as follows.
Using the obtained thermal conductivity values, they were classified into A rank to C rank as follows. Generally, a sheet sample with a thickness direction of 1 W/m/K or more is recognized as a high-performance thermally conductive member, so only sheet samples with A rank were ranked as acceptable.

[評価ランク]
Aランク・・・0.6W/m/K≦熱伝導率
Bランク・・・0.3W/m/K≦熱伝導率<0.6W/m/K
Cランク・・・熱伝導率<0.3W/m・K
[Evaluation rank]
A rank...0.6W/m/K≦thermal conductivity B rank...0.3W/m/K≦thermal conductivity<0.6W/m/K
C rank...Thermal conductivity <0.3W/m・K

[計算に用いた各材料の密度と比熱]
・ポリイミドの密度ρ:1.47g/cm
・修飾グラフェンおよび比較化合物1-2の密度ρ:2.2g/cm
・酸化グラフェンの密度ρ:2.1g/cm
・ポリイミド樹脂の比熱Cp:1130J/kgK
・修飾グラフェンまたは比較化合物1-2の比熱Cp:710J/kgK
・酸化グラフェンの比熱Cp:700J/kgK
以上の結果を表5に示す。
[Density and specific heat of each material used in calculation]
・Polyimide density ρ: 1.47g/cm 3
・Density ρ of modified graphene and comparative compound 1-2: 2.2 g/cm 3
・Graphene oxide density ρ: 2.1 g/cm 3
・Specific heat Cp of polyimide resin: 1130J/kgK
・Specific heat Cp of modified graphene or comparative compound 1-2: 710 J/kgK
・Specific heat Cp of graphene oxide: 700J/kgK
The above results are shown in Table 5.

Figure 0007449110000035
Figure 0007449110000035

本開示の修飾グラフェンを配合したポリイミドシートは、比較例のポリイミドシートと比較して高い熱伝導率を示すことが確認できた。更に興味深いのは、修飾グラフェン配合ポリイミドシートと未修飾グラフェン配合ポリイミドシートの比較においても、修飾グラフェン配合ポリイミドシートの方が高い熱伝導率を示したことである。
理由は明確ではないが、
JIS規格のK7161に準拠した引張試験(インストロン万能試験機)において、修飾グラフェン配合ポリイミドシートの引張強度(25℃)が260MPaだったのに対して、
未修飾グラフェンポリイイミドシートの引張強度(25℃)が150MPaだったことを考慮すると、
修飾グラフェン表面のカルボン酸と、ポリイミドの前駆体であるワニス中の反応性アミンとが結合し、グラフェンと樹脂の密着度の向上、またはグラフェンのネットワークが形成の効果により、結果として高い熱伝導率を導いた可能性がある。
It was confirmed that the polyimide sheet blended with the modified graphene of the present disclosure exhibits higher thermal conductivity than the polyimide sheet of the comparative example. What is even more interesting is that when comparing the modified graphene-containing polyimide sheet with the unmodified graphene-containing polyimide sheet, the modified graphene-containing polyimide sheet showed higher thermal conductivity.
Although the reason is not clear,
In a tensile test (Instron universal testing machine) in accordance with JIS standard K7161, the tensile strength (at 25°C) of the modified graphene-containing polyimide sheet was 260 MPa.
Considering that the tensile strength (25°C) of the unmodified graphene polyimide sheet was 150 MPa,
The carboxylic acid on the surface of modified graphene and the reactive amine in the varnish, which is a precursor of polyimide, combine to improve the adhesion between graphene and resin, or form a graphene network, resulting in high thermal conductivity. may have led to.

(修飾グラフェン分散体の製造)
以下に記載する方法で、本開示に係る修飾グラフェン分散体および比較用グラフェン分散体を製造した。
(Manufacture of modified graphene dispersion)
A modified graphene dispersion according to the present disclosure and a comparative graphene dispersion were manufactured by the method described below.

(実施例1-63)
表3に記載した修飾グラフェン12を100部、分散媒体として、トルエン350部、酢酸エチル350部、2-ブタノン300部、ガラスビーズ(直径1mm)750部を混合し、アトライター(日本コークス工業(株))を用いて3時間分散させた。その後、メッシュで濾過して本開示に係る修飾グラフェン分散体を得た。
(Example 1-63)
100 parts of modified graphene 12 listed in Table 3, 350 parts of toluene, 350 parts of ethyl acetate, 300 parts of 2-butanone, and 750 parts of glass beads (diameter 1 mm) were mixed as a dispersion medium, and an attritor (Nippon Coke Industry Co., Ltd.) was mixed. Co., Ltd.) for 3 hours. Thereafter, it was filtered through a mesh to obtain a modified graphene dispersion according to the present disclosure.

(実施例1-64)
修飾グラフェン1-12を修飾グラフェン1-21に変更した以外は、実施例1-63と同様の操作で、修飾グラフェン分散体を得た。
(Example 1-64)
A modified graphene dispersion was obtained in the same manner as in Example 1-63, except that modified graphene 1-12 was changed to modified graphene 1-21.

(実施例1-65)
修飾グラフェン1-12を修飾グラフェン1-23に変更した以外は、実施例1-63と同様の操作で、修飾グラフェン分散体を得た。
(Example 1-65)
A modified graphene dispersion was obtained in the same manner as in Example 1-63, except that modified graphene 1-12 was changed to modified graphene 1-23.

(実施例1-66)
修飾グラフェン1-12を修飾グラフェン1-25に変更した以外は、実施例1-63と同様の操作で、修飾グラフェン分散体を得た。
(Example 1-66)
A modified graphene dispersion was obtained in the same manner as in Example 1-63, except that modified graphene 1-12 was changed to modified graphene 1-25.

(比較例1-8)
修飾グラフェン1-12を比較化合物1-1(酸化グラフェン、商品名:GO、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション)に変更した以外は、実施例63と同様の操作で、比較用グラフェン分散体を得た。
(Comparative example 1-8)
A comparative graphene dispersion was prepared in the same manner as in Example 63, except that modified graphene 1-12 was changed to comparative compound 1-1 (graphene oxide, trade name: GO, New Metals End Chemicals Corporation). Obtained.

(比較例1-9)
修飾グラフェン1-12を特許文献3に記載の製造方法に準拠して製造した修飾グラフェン(比較化合物1-2)に変更した以外は、実施例1-63と同様の操作で、比較用グラフェン分散体を得た。
(Comparative example 1-9)
Comparative graphene dispersion was carried out in the same manner as in Example 1-63, except that modified graphene 1-12 was changed to modified graphene (comparative compound 1-2) produced according to the production method described in Patent Document 3. I got a body.

(比較例1-10)
修飾グラフェン1-12を比較化合物1-3(未処理のグラフェン、商品名:xGnP-M5、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション)に変更した以外は、実施例1-63と同様の操作で、比較用グラフェン分散体を得た。
(Comparative example 1-10)
The same procedure as in Example 1-63 was carried out, except that modified graphene 1-12 was changed to comparative compound 1-3 (untreated graphene, trade name: xGnP-M5, New Metals End Chemicals Corporation). A comparative graphene dispersion was obtained.

(評価)
(サンプル作製)
修飾グラフェン分散体および比較用グラフェン分散体をバーコート法(バーコーターの番線の番号 No.10)により、PETフィルムに塗布して、一晩減圧乾燥することでサンプルを作製した。得られたサンプルについて、前記した方法によって表面抵抗を測定し、下記の基準で評価した。結果を表6に示す。
(evaluation)
(Sample preparation)
Samples were prepared by applying the modified graphene dispersion and the comparative graphene dispersion to a PET film by a bar coating method (bar coater wire number No. 10) and drying under reduced pressure overnight. The surface resistance of the obtained sample was measured by the method described above and evaluated based on the following criteria. The results are shown in Table 6.

[評価基準]
Aランク・・・ 10kΩ/□≦表面電気抵抗率<100kΩ/□
Bランク・・・ 100kΩ/□≦表面電気抵抗率<1000kΩ/□
Cランク・・・1000kΩ/□≦表面電気抵抗率
[Evaluation criteria]
A rank... 10kΩ/□≦Surface electrical resistivity<100kΩ/□
B rank... 100kΩ/□≦Surface electrical resistivity<1000kΩ/□
C rank...1000kΩ/□≦Surface electrical resistivity

Figure 0007449110000036
Figure 0007449110000036

<第2の態様に係る方法による修飾グラフェンの製造>
以下の製造方法に関する記載における「mmol/g」は、修飾グラフェン1.0g当たりのミリモル数を意味するものとする。
<Production of modified graphene by the method according to the second aspect>
"mmol/g" in the following description regarding the production method shall mean the number of millimoles per 1.0 g of modified graphene.

[実施例2-1]
前記式A1-22で示される修飾グラフェンを以下のようにして合成した。
下記の材料を容量400mLのベッセル(アイメックス製)に入れて混合した。
・グラフェン(商品名:xGnP-M5、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション製):18.0g
・イオン交換水:162mL
・DMF(N,N-ジメチルホルムアミド):18mL
・処理剤S1-2(住化テクノサービス(株)製):1.0mmol/g
[Example 2-1]
The modified graphene represented by the formula A1-22 was synthesized as follows.
The following materials were placed in a 400 mL vessel (manufactured by Imex) and mixed.
・Graphene (product name: xGnP-M5, manufactured by New Metals End Chemicals Corporation): 18.0g
・Ion exchange water: 162mL
・DMF (N,N-dimethylformamide): 18mL
・Treatment agent S1-2 (manufactured by Sumika Techno Service Co., Ltd.): 1.0 mmol/g

8mol/Lの水酸化カリウム水溶液を入れて液体のpHを3に調整し、温度25℃、回転数2,000rpmで12時間撹拌した。その後、8mol/Lの水酸化カリウム水溶液を入れて液体のpHを10に調整して分散液を得た。得られた分散液を、回転数5,000rpmで遠心分離を10分間行い、上澄みと粗大粒子を除去し、上澄み液の電気伝導度が10μS/cm以下となるよう精製し、式A1-22で示す構造を有する修飾グラフェン2-1を得た。
修飾グラフェン2-1をフリーズドドライ法で乾燥させ、得られた粉体のX線光電子分光測定を行い、計算式1に従い修飾量を見積もった。
修飾グラフェンの修飾量:0.125mmol/g
原料として用いたグラフェン(未修飾グラフェン)の元素組成量:表7の上段に示す値
修飾グラフェンの元素組成量:表7の下段に示す値
An 8 mol/L aqueous potassium hydroxide solution was added to adjust the pH of the liquid to 3, and the mixture was stirred at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 2,000 rpm for 12 hours. Thereafter, an 8 mol/L aqueous potassium hydroxide solution was added to adjust the pH of the liquid to 10 to obtain a dispersion. The obtained dispersion was centrifuged at a rotation speed of 5,000 rpm for 10 minutes to remove the supernatant and coarse particles, and the supernatant was purified so that the electrical conductivity was 10 μS/cm or less, and the result was expressed by formula A1-22. Modified graphene 2-1 having the structure shown was obtained.
Modified graphene 2-1 was dried by a freeze-drying method, the resulting powder was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy, and the amount of modification was estimated according to Formula 1.
Modification amount of modified graphene: 0.125 mmol/g
Elemental composition of graphene used as a raw material (unmodified graphene): Value shown in the upper row of Table 7 Elemental composition of modified graphene: Value shown in the lower row of Table 7

Figure 0007449110000037
Figure 0007449110000037

[実施例2-2~2-48]
処理剤を表8Aに示す処理剤(いずれも住化テクノサービス(株)製)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして修飾グラフェン2-2~2-48を得た。
得られた修飾グラフェン2-2~2-48の構造、及び修飾量を表8Aに示す。
[Examples 2-2 to 2-48]
Modified graphenes 2-2 to 2-48 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the treatment agent was changed to the treatment agent shown in Table 8A (all manufactured by Sumika Techno Service Co., Ltd.).
The structures and amounts of modification of the obtained modified graphenes 2-2 to 2-48 are shown in Table 8A.

[比較例2-1]
酸化グラフェン(商品名:GO、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション製)を比較化合物2-1とした。
[比較例2-2]
処理剤として4-アミノ安息香酸を用いて、特許文献3に記載の方法で得られた修飾グラフェンを比較化合物2-2とした。
[Comparative example 2-1]
Graphene oxide (trade name: GO, manufactured by New Metals End Chemicals Corporation) was used as Comparative Compound 2-1.
[Comparative example 2-2]
Comparative compound 2-2 was modified graphene obtained by the method described in Patent Document 3 using 4-aminobenzoic acid as a treatment agent.

[修飾グラフェンの欠陥濃度評価]
ラマン分光分析は以下の装置、条件により行った。
測定装置:顕微ラマン(日本分光NRS-4100)
測定条件:532nmレーザー使用、レーザー強度0.3mW、対物レンズ20倍、露光時間60秒、積算2回(分解能=7cm-1
グラフェン構造が存在する場合は、グラファイト構造(sp結合)に由来のGバンド(1590cm-1付近)と、欠陥由来のDバンド(1350cm-1付近)が観察される。Gバンドの強度が高くシャープであり、かつ、Dバンドの強度が低いほど、より欠陥が少ないグラフェンといえる。欠陥濃度の評価は下記式を用いて行った。
G/D比=g/d
g:Gバンド強度
d:Dバンド強度
[Evaluation of defect concentration of modified graphene]
Raman spectroscopic analysis was performed using the following equipment and conditions.
Measuring device: Raman microscope (JASCO NRS-4100)
Measurement conditions: 532 nm laser used, laser intensity 0.3 mW, objective lens 20 times, exposure time 60 seconds, integration 2 times (resolution = 7 cm -1 )
When a graphene structure exists, a G band (around 1590 cm -1 ) derived from the graphite structure (sp 2 bond) and a D band (around 1350 cm -1 ) derived from defects are observed. The higher and sharper the intensity of the G band and the lower the intensity of the D band, the fewer defects the graphene has. The defect concentration was evaluated using the following formula.
G/D ratio=g/d
g: G band intensity d: D band intensity

評価基準は以下のとおりである。
Aランク:0.95≦g/d
Bランク:0.80≦g/d<0.95
Cランク:g/d<0.80
以上の結果を表8A、8Bに示す。
The evaluation criteria are as follows.
A rank: 0.95≦g/d
B rank: 0.80≦g/d<0.95
C rank: g/d<0.80
The above results are shown in Tables 8A and 8B.

Figure 0007449110000038
Figure 0007449110000038

Figure 0007449110000039
Figure 0007449110000039

(修飾グラフェンの樹脂複合体の作製方法)
上記で製造した修飾グラフェンを配合した樹脂シートを、下記作製法2-1、作製法2-2または作成法2-3のいずれかを用いて作製した。さらに、得られたシートの導電性評価および熱伝導性評価を実施した。
また、酸化グラフェン(比較化合物2-1)を配合した樹脂シートと、特許文献3に記載の製造方法で製造した修飾グラフェン(比較化合物2-2)を配合した樹脂シートとを作製し、同様の評価を行った。
作製法2-1、作製法2-2または作成法2-3について下記に述べる。作製法2-1はシリコーン樹脂を用いたシートに関する方法、作製法2-2はウレタン樹脂を用いたシート、そして作成法2-3はポリイミドを用いたシートに関する方法である。
(Method for producing resin composite of modified graphene)
A resin sheet containing the modified graphene produced above was produced using any of the following production methods 2-1, 2-2, or 2-3. Furthermore, the obtained sheet was evaluated for electrical conductivity and thermal conductivity.
In addition, a resin sheet containing graphene oxide (comparative compound 2-1) and a resin sheet containing modified graphene (comparative compound 2-2) produced by the manufacturing method described in Patent Document 3 were prepared, and similar We conducted an evaluation.
Manufacturing method 2-1, manufacturing method 2-2, or manufacturing method 2-3 will be described below. Manufacturing method 2-1 is a method for a sheet using silicone resin, manufacturing method 2-2 is a method for a sheet using urethane resin, and manufacturing method 2-3 is a method for a sheet using polyimide.

[作製法2-1]
ビニル末端ポリシロキサンDMS-V31(分子量(Mw):28,000、アヅマックス(株))100部、水素末端ポリシロキサンHMS-301(アヅマックス(株))5部、及び修飾グラフェン(又は比較化合物)60部をヘラで混合した。
次いで、自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。これに、白金触媒0.8部を加えてヘラで練り込み、次いで自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。得られた混合物を金属板上にバーコーターを用いて塗布し、100℃の恒温室に2時間静置して硬化させ、下記のシリコーン樹脂シートを得た。
・シリコーン樹脂シート
・・厚さ:200±10μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:20vol%
配合量は、修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、それ以外の材料の密度を0.97g/cmとして算出した。
[Production method 2-1]
Vinyl-terminated polysiloxane DMS-V31 (molecular weight (Mw): 28,000, Azumax Co., Ltd.) 100 parts, hydrogen-terminated polysiloxane HMS-301 (Azumax Co., Ltd.) 5 parts, and modified graphene (or comparative compound) 60 parts The parts were mixed with a spatula.
Next, the mixture was kneaded for 2 minutes using a rotation/revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. To this, 0.8 part of platinum catalyst was added and kneaded with a spatula, then kneaded for 2 minutes with an autorotation-revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. The obtained mixture was applied onto a metal plate using a bar coater, and left to stand in a constant temperature room at 100° C. for 2 hours to cure, thereby obtaining the following silicone resin sheet.
・Silicone resin sheet・Thickness: 200±10μm
...Amount of modified graphene (or comparative compound): 20 vol%
The blending amount was calculated based on the density of modified graphene being 2.2 g/cm 3 and the density of other materials being 0.97 g/cm 3 .

[作製法2-2]
結着樹脂としてポリウレタンUR4800(分子量(Mw):4800、東洋紡(株))を100部、修飾グラフェン(又は比較化合物)43部、任意量のTHF(テトラヒドロフラン,キシダ化学(株)製)を混合し、超音波を加えながら1時間攪拌して分散液を調製した。
得られた混合物を金属板上にバーコーダーを用いて塗布し、40℃の恒温乾燥機内で乾燥した。次いで、乾燥体を金属板から剥がし、小型熱プレス機(アズワン(株)製)で150℃-0.5kgf/mの加熱加圧を3分間行い、下記のウレタン樹脂シートを得た。
・ウレタン樹脂シート
・・厚さ:200±10μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:20vol%
配合量は、修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、ウレタン樹脂の密度を1.28g/cmとして算出した。
[Production method 2-2]
As a binder resin, 100 parts of polyurethane UR4800 (molecular weight (Mw): 4800, manufactured by Toyobo Co., Ltd.), 43 parts of modified graphene (or comparative compound), and an arbitrary amount of THF (tetrahydrofuran, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) were mixed. A dispersion was prepared by stirring for 1 hour while applying ultrasound.
The resulting mixture was applied onto a metal plate using a barcoder and dried in a constant temperature dryer at 40°C. Next, the dried body was peeled off from the metal plate, and heated and pressed at 150° C. and 0.5 kgf/m 2 for 3 minutes using a small heat press machine (manufactured by As One Co., Ltd.) to obtain the following urethane resin sheet.
・Urethane resin sheet・Thickness: 200±10μm
・Amount of modified graphene (or comparative compound): 20 vol%
The blending amount was calculated based on the density of the modified graphene being 2.2 g/cm 3 and the density of the urethane resin being 1.28 g/cm 3 .

[作製法2-3]
ポリイミド前駆体のU-ワニス-S((固形分濃度:20%、N-メチルピロリドン含有量:80%、宇部興産(株))100部、と修飾グラフェン(又は比較化合物)5.2部をヘラで混合した。
次いで、自転公転ミキサー(NR-50,(株)シンキー製)で2分間混練し、1分間脱泡した。得られた混合物を金属板上にバーコーターを用いて塗布し、100℃の恒温室中2時間静置して溶媒除去を行い、更に減圧乾燥機中、100℃で、0.05MPaの減圧下で乾燥させた。さらに、マッフル炉中、290℃で30分、更に350℃で30分焼成し、下記のポリイミドシートを得た。
・ポリイミドシート
・・厚さ:85±3μm
・・修飾グラフェン(又は比較化合物)の配合量:15ol%
配合量は、修飾グラフェンの密度を2.2g/cm、ポリイミドの密度を1.47g/cmとして算出した。
[Production method 2-3]
100 parts of polyimide precursor U-varnish-S (solid content: 20%, N-methylpyrrolidone content: 80%, Ube Industries, Ltd.) and 5.2 parts of modified graphene (or comparative compound). Mixed with a spatula.
Next, the mixture was kneaded for 2 minutes using a rotation/revolution mixer (NR-50, manufactured by Shinky Co., Ltd.), and defoamed for 1 minute. The obtained mixture was applied onto a metal plate using a bar coater, left to stand for 2 hours in a thermostatic chamber at 100°C to remove the solvent, and then dried in a vacuum dryer at 100°C under a reduced pressure of 0.05 MPa. It was dried with. Further, it was fired in a muffle furnace at 290°C for 30 minutes and then at 350°C for 30 minutes to obtain the following polyimide sheet.
・Polyimide sheet・Thickness: 85±3μm
...Amount of modified graphene (or comparative compound): 15 ol%
The blending amount was calculated based on the density of modified graphene being 2.2 g/cm 3 and the density of polyimide being 1.47 g/cm 3 .

[実施例2-49~2-94]
表8に記載した修飾グラフェン2-1~2-46を使用し、上記作製法2-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Examples 2-49 to 2-94]
Modified graphene-containing silicone resin sheets were produced using the modified graphenes 2-1 to 2-46 listed in Table 8 and the above production method 2-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[実施例2-95、実施例2-96]
表8に記載した修飾グラフェン2-47、修飾グラフェン2-48を使用し、上記作製法2-2を用いて、修飾グラフェン配合ウレタン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Example 2-95, Example 2-96]
Using modified graphene 2-47 and modified graphene 2-48 listed in Table 8, a modified graphene-containing urethane resin sheet was produced using the above production method 2-2. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[実施例2-97]
ビニル末端ポリシロキサンDMS-V31の代わりにDMS-V41(分子量(Mw):50,000、アヅマックス(株))を使用し、修飾グラフェン2-1を使用し、かつ上記作製法2-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Example 2-97]
DMS-V41 (molecular weight (Mw): 50,000, Azumax Co., Ltd.) was used instead of vinyl-terminated polysiloxane DMS-V31, modified graphene 2-1 was used, and the above production method 2-1 was used. A modified graphene-containing silicone resin sheet was prepared. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[実施例2-98]
ビニル末端ポリシロキサンDMS-XX31の代わりにDMS-XX46(分子量(Mw):117,000、アヅマックス(株))を使用し、修飾グラフェン2-2を使用し、かつ上記作製法2-1を用いて、修飾グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Example 2-98]
DMS-XX46 (molecular weight (Mw): 117,000, Azumax Co., Ltd.) was used instead of vinyl-terminated polysiloxane DMS-XX31, modified graphene 2-2 was used, and the above production method 2-1 was used. A modified graphene-containing silicone resin sheet was prepared. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[実施例2-99、実施例2-100]
表8に記載した修飾グラフェン2-24、またはグラフェン2-25を使用し、上記作製法2-3を用いて、修飾グラフェン配合ポリイミドシートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表10に記載した。
[Example 2-99, Example 2-100]
Using modified graphene 2-24 or graphene 2-25 listed in Table 8, a modified graphene-containing polyimide sheet was produced using the above production method 2-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 10.

[比較例]
比較する化合物を下記に示す。
比較化合物2-1:酸化グラフェン(商品名:GO、(株)ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション製)
比較化合物2-2:特許文献3に記載の製造方法に準拠して得られたグラフェン
[Comparative example]
Compounds for comparison are shown below.
Comparative compound 2-1: Graphene oxide (product name: GO, manufactured by New Metals End Chemicals Corporation)
Comparative compound 2-2: graphene obtained according to the manufacturing method described in Patent Document 3

[比較例2-4]
比較化合物2-1を使用し、上記作製法2-1を用いて、酸化グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Comparative example 2-4]
A graphene oxide-containing silicone resin sheet was produced using Comparative Compound 2-1 and the above production method 2-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[比較例2-5]
比較化合物2-2を使用し、上記作製法2-1を用いて、比較化合物2-2配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して、導電性評価および熱伝導性評価を実施し、結果を表9に記載した。
[Comparative example 2-5]
A silicone resin sheet containing Comparative Compound 2-2 was produced using Comparative Compound 2-2 and the above Production Method 2-1. Further, the sheet was cut into a predetermined sample shape, and conductivity evaluation and thermal conductivity evaluation were performed, and the results are listed in Table 9.

[比較例2-6]
比較化合物2-1を使用し、上記作製法2-3を用いて、酸化グラフェン配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表10に記載した。
[Comparative example 2-6]
A graphene oxide-containing silicone resin sheet was produced using Comparative Compound 2-1 and the above production method 2-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 10.

[比較例2-7]
比較化合物2-2を使用し、上記作製法2-3を用いて、比較化合物2-2配合シリコーン樹脂シートを作製した。さらに、該シートを所定のサンプル形状に切り出して熱伝導性評価を実施し、結果を表10に記載した。
[Comparative example 2-7]
A silicone resin sheet containing Comparative Compound 2-2 was produced using Comparative Compound 2-2 and the above Production Method 2-3. Furthermore, the sheet was cut into a predetermined sample shape and thermal conductivity evaluation was performed, and the results are listed in Table 10.

(評価)
[導電性評価]
導電性は、実施例および比較例で得られたシリコーン樹脂シートサンプルまたはウレタン樹脂シートの表面電気抵抗率(kΩ/□)で評価した。表面電気抵抗値をJIS K 7194「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準拠して測定し、該測定値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。一般的に導電性部材の表面抵抗率は1×10Ω/□未満であり、それ以上は静電気拡散性部材(1×10Ω/□以上~1×10Ω/□未満)または帯電防止部材(1×10Ω/□以上~1×1012Ω/□未満)であることが知られている。このため、本開示では導電性部材として許容するランク、すなわちAランクの樹脂シートサンプルのみを許容できるランクとした。
[評価ランク]
Aランク・・・ 10kΩ/□≦表面電気抵抗率<100kΩ/□
Bランク・・・ 100kΩ/□≦表面電気抵抗率<1000kΩ/□
Cランク・・・1000kΩ/□≦表面電気抵抗率
(evaluation)
[Conductivity evaluation]
The conductivity was evaluated by the surface electrical resistivity (kΩ/□) of the silicone resin sheet samples or urethane resin sheets obtained in Examples and Comparative Examples. The surface electrical resistance value was measured in accordance with JIS K 7194 "Method for testing the resistivity of conductive plastics using the four-probe method," and the measured values were used to classify the samples into ranks A to C as shown below. In general, the surface resistivity of a conductive member is less than 1×10 5 Ω/□, and if it is higher than that, it is a static electricity dissipative material (1×10 5 Ω/□ or more to less than 1×10 9 Ω/□) or a charged It is known to be a prevention member (1×10 9 Ω/□ or more to less than 1×10 12 Ω/□). For this reason, in the present disclosure, only resin sheet samples of A rank, which is an acceptable rank as a conductive member, are assigned an acceptable rank.
[Evaluation rank]
A rank... 10kΩ/□≦Surface electrical resistivity<100kΩ/□
B rank... 100kΩ/□≦Surface electrical resistivity<1000kΩ/□
C rank...1000kΩ/□≦Surface electrical resistivity

[熱伝導性評価]
熱伝導性は、実施例2-1~実施例2-100、比較例2-4~比較例2-7で得られたシリコーン樹脂シート、ウレタン樹脂シートサンプルまたはポリイミドシート(85±3μm)の厚さ方向の熱伝導率で評価した。
まず、作製した樹脂シートを縦×横=6mm×11mmの大きさに切り出した。これを樹脂シートサンプルとして温度波熱分析法(アルバック理工製,FTC-1)で、厚さ方向の熱拡散率αを測定した。熱伝導率λは、λ=α×Cp×ρの式から、上記の測定で求めた熱拡散率αに、比熱Cp(重量分率平均)と密度ρ(体積分率平均)とを掛けて算出した。なお、密度は水中置換法,比熱は示差走査熱量計(PYRIS Diamond DSC-7,DSC,Perkin Elmer 製)を用いて測定した。計算に必要な比熱Cpおよび密度ρは以下のとおりである。
[Thermal conductivity evaluation]
Thermal conductivity was determined by the thickness of the silicone resin sheet, urethane resin sheet sample, or polyimide sheet (85 ± 3 μm) obtained in Examples 2-1 to 2-100 and Comparative Examples 2-4 to 2-7. The thermal conductivity in the horizontal direction was evaluated.
First, the produced resin sheet was cut out into a size of length x width = 6 mm x 11 mm. Using this as a resin sheet sample, the thermal diffusivity α in the thickness direction was measured using a temperature wave thermal analysis method (FTC-1, manufactured by ULVAC Riko). The thermal conductivity λ is calculated by multiplying the thermal diffusivity α obtained by the above measurement by the specific heat Cp (weight fraction average) and the density ρ (volume fraction average) from the formula λ = α × Cp × ρ. Calculated. Note that the density was measured using an underwater displacement method, and the specific heat was measured using a differential scanning calorimeter (PYRIS Diamond DSC-7, DSC, manufactured by Perkin Elmer). The specific heat Cp and density ρ required for calculation are as follows.

まず、実施例2-1~実施例2-98、比較例2-4または比較例2-5で得られたシリコーン樹脂シートとウレタン樹脂シートサンプルの熱伝導率の値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。一般的に、熱伝導性を付与された汎用樹脂の場合、厚さ方向の熱伝導率1W/m/K以上であると高性能な熱伝導部材として認知されているため、Aランクの樹脂シートサンプルのみを許容できるランクとした。 First, using the thermal conductivity values of the silicone resin sheet and urethane resin sheet samples obtained in Examples 2-1 to 2-98, Comparative Example 2-4, or Comparative Example 2-5, the following Classified into A-rank to C-rank. In general, in the case of general-purpose resins that have been given thermal conductivity, they are recognized as high-performance thermally conductive materials if they have a thermal conductivity of 1 W/m/K or more in the thickness direction, so A-rank resin sheets Only samples were ranked as acceptable.

[評価ランク]
Aランク・・・1W/m・K≦熱伝導率
Bランク・・・0.5W/m・K≦熱伝導率<1W/m・K
Cランク・・・熱伝導率<0.5W/m・K
[Evaluation rank]
A rank...1W/m・K≦thermal conductivity B rank...0.5W/m・K≦thermal conductivity<1W/m・K
C rank...Thermal conductivity <0.5W/m・K

[計算に用いた各材料の密度と比熱]
・シリコーン樹脂の密度ρ:0.97g/cm
・ウレタン樹脂の密度ρ:1.28g/cm
・修飾グラフェンおよび比較化合物2-2の密度ρ:2.2g/cm
・酸化グラフェンの密度ρ:2.1g/cm
・シリコーン樹脂の比熱Cp:1600J/kgK
・ウレタン樹脂の比熱Cp:1900J/kgK
・修飾グラフェンまたは比較化合物2-2の比熱Cp:710J/kgK
・酸化グラフェンの比熱Cp:700J/kgK
以上の結果を表9に示す。
[Density and specific heat of each material used in calculation]
・Density ρ of silicone resin: 0.97 g/cm 3
・Density ρ of urethane resin: 1.28 g/cm 3
・Density ρ of modified graphene and comparative compound 2-2: 2.2 g/cm 3
・Graphene oxide density ρ: 2.1 g/cm 3
・Specific heat Cp of silicone resin: 1600J/kgK
・Specific heat Cp of urethane resin: 1900J/kgK
・Specific heat Cp of modified graphene or comparative compound 2-2: 710 J/kgK
・Specific heat Cp of graphene oxide: 700J/kgK
The above results are shown in Table 9.

更に、実施例2-99、実施例2-100、比較例2-6または比較例2-7で得られたポリイミドシートの熱伝導率の値を用いて以下のようにAランク~Cランクに分類した。Aランクのシートサンプルのみを許容できるランクとした。尚、上記汎用樹脂シートとは異なり、エンジニアリング・プラスチック系樹脂に対する一般的な熱伝導率の基準はない。
[評価ランク]
Aランク・・・0.6W/m・K≦熱伝導率
Bランク・・・0.3W/m・K≦熱伝導率<0.6W/m・K
Cランク・・・熱伝導率<0.3W/m・K
Furthermore, using the thermal conductivity values of the polyimide sheets obtained in Example 2-99, Example 2-100, Comparative Example 2-6, or Comparative Example 2-7, rank A to C was determined as follows. Classified. Only sheet samples with rank A were ranked as acceptable. Note that, unlike the above-mentioned general-purpose resin sheets, there are no general thermal conductivity standards for engineering plastic resins.
[Evaluation rank]
A rank...0.6W/m・K≦thermal conductivity B rank...0.3W/m・K≦thermal conductivity<0.6W/m・K
C rank...Thermal conductivity <0.3W/m・K

[計算に用いた各材料の密度と比熱]
・ポリイミドの密度ρ:1.47g/cm
・修飾グラフェンおよび比較化合物2-2の密度ρ:2.2g/cm
・酸化グラフェンの密度ρ:2.1g/cm
・ポリイミド樹脂の比熱Cp:1130J/kgK
・修飾グラフェンまたは比較化合物2-2の比熱Cp:710J/kgK
・酸化グラフェンの比熱Cp:700J/kgK
以上の結果を表10に示す。
[Density and specific heat of each material used in calculation]
・Polyimide density ρ: 1.47g/cm 3
・Density ρ of modified graphene and comparative compound 2-2: 2.2 g/cm 3
・Graphene oxide density ρ: 2.1 g/cm 3
・Specific heat Cp of polyimide resin: 1130J/kgK
・Specific heat Cp of modified graphene or comparative compound 2-2: 710 J/kgK
・Specific heat Cp of graphene oxide: 700J/kgK
The above results are shown in Table 10.

Figure 0007449110000040
Figure 0007449110000040

Figure 0007449110000041
Figure 0007449110000041

Figure 0007449110000042
Figure 0007449110000042

Figure 0007449110000043
Figure 0007449110000043

<修飾グラフェン分散体の製造>
以下に記載する方法で、本開示に係る修飾グラフェン分散体および比較用グラフェン分散体を製造した。
<Production of modified graphene dispersion>
A modified graphene dispersion according to the present disclosure and a comparative graphene dispersion were manufactured by the method described below.

[実施例2-201:修飾グラフェン分散体の製造例2-201]
修飾グラフェン2-20を100部、分散媒体として、トルエン350部、酢酸エチル350部、2-ブタノン300部、ガラスビーズ(直径1mm)750部を混合し、アトライター[日本コークス工業(株)製]を用いて3時間分散させた。その後、メッシュで濾過して本開示に係る修飾グラフェン分散体をそれぞれ得た。
[Example 2-201: Production example 2-201 of modified graphene dispersion]
100 parts of modified graphene 2-20, 350 parts of toluene, 350 parts of ethyl acetate, 300 parts of 2-butanone, and 750 parts of glass beads (diameter 1 mm) were mixed as a dispersion medium, and Attritor [manufactured by Nippon Coke Industry Co., Ltd.] was mixed. ] for 3 hours. Thereafter, each was filtered through a mesh to obtain a modified graphene dispersion according to the present disclosure.

[実施例2-202~2-208:修飾グラフェン分散体の製造例2-202~2-208]
修飾グラフェン2-20を表11に示す修飾グラフェンに変更した以外は、グラフェン分散体の製造例2-201と同様の操作で、修飾グラフェン分散体を得た。
[Example 2-202 to 2-208: Production example of modified graphene dispersion 2-202 to 2-208]
A modified graphene dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 2-201 of graphene dispersion, except that modified graphene 2-20 was changed to the modified graphene shown in Table 11.

[比較例2-201~2-203:比較用グラフェン分散体の製造例2-201~2-203]
修飾グラフェン2-20を表11に示す比較化合物2-1~2-3に変更した以外は、グラフェン分散体の製造例2-201と同様の操作で、比較用グラフェン分散体を得た。
[Comparative Examples 2-201 to 2-203: Manufacturing Examples of Comparative Graphene Dispersion 2-201 to 2-203]
A comparative graphene dispersion was obtained in the same manner as in Graphene Dispersion Production Example 2-201, except that modified graphene 2-20 was changed to Comparative Compounds 2-1 to 2-3 shown in Table 11.

<評価>
<サンプル作製>
修飾グラフェン分散体および比較用グラフェン分散体をバーコート法(バーコーターの番線の番号 No.10)により、PETフィルムに塗布して、一晩減圧乾燥することでサンプルを作製した。得られたサンプルについて、上記の導電性評価方法を用いて評価を行った。
以上の結果を表11に示す。
<Evaluation>
<Sample preparation>
Samples were prepared by applying the modified graphene dispersion and the comparative graphene dispersion to a PET film by a bar coating method (bar coater wire number No. 10) and drying under reduced pressure overnight. The obtained sample was evaluated using the above-mentioned conductivity evaluation method.
The above results are shown in Table 11.

Figure 0007449110000044
Figure 0007449110000044

Claims (20)

修飾グラフェンであって、
下記式(I)で示される構造を有し、
ラマン分光スペクトルにおけるGバンドの強度gとDバンドの強度dとの比率(g/d)が、1.0以上であることを特徴とする修飾グラフェン:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)
(前記式(I)中、
Gr1は単層グラフェンまたは多層グラフェンであり、
Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000045
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基であり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基である場合は、該アルキレン基中の炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または
Figure 0007449110000046
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、
X1が炭素数~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000047
-CO-、-COO-、-CONH-、アリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は、該基中の炭素原子、または窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。)。
Modified graphene,
It has a structure represented by the following formula (I),
Modified graphene characterized in that the ratio (g/d) between G band intensity g and D band intensity d in a Raman spectroscopic spectrum is 1.0 or more:
Gr1-Ar1-X1-(Y1)n1 (I)
(In the formula (I),
Gr1 is single layer graphene or multilayer graphene,
Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,
Figure 0007449110000045
A group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom of Ar1,
When X1 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, it is an atom or group bonded to a carbon atom in the alkylene group,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000046
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, as well as,
X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, -O-, -NH-,
Figure 0007449110000047
In the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene groups, an atom or group bonded to a carbon atom or nitrogen atom in the group And,
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups. ).
前記式(I)のAr1がフェニレン基、ビフェニレン基、トリフェニレン基、又はナフタレン基であり、X1が単結合であり、Y1がカルボン酸基であり、n1が1~6である請求項1に記載の修飾グラフェン。 Claim 1, wherein Ar1 in the formula (I) is a phenylene group, biphenylene group, triphenylene group, or naphthalene group, X1 is a single bond, Y1 is a carboxylic acid group, and n1 is 1 to 6. modified graphene. 前記式(I)のAr1がフェニレン基であり、X1が炭素数1~20の分岐鎖状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、
Figure 0007449110000048
または-CONH-で置き換えた基であり、Y1がリン酸基であり、n1が1~4である請求項1に記載の修飾グラフェン。
Ar1 in the formula (I) is a phenylene group, and X1 represents at least one carbon atom in a branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms,
Figure 0007449110000048
The modified graphene according to claim 1, wherein Y1 is a phosphoric acid group and n1 is 1 to 4.
前記式(I)のAr1がフェニレン基であり、X1が単結合であり、Y1がニトロ基であり、n1が1~3である請求項1に記載の修飾グラフェン。 The modified graphene according to claim 1, wherein Ar1 in the formula (I) is a phenylene group, X1 is a single bond, Y1 is a nitro group, and n1 is 1 to 3. 前記式(I)のAr1がフェニレン基であり、X1が炭素数1~20の分岐鎖状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、
Figure 0007449110000049
-CO-または-CONH-で置き換えた基であり、Y1が水素原子またはビニル基であり、n1が1~3である請求項1に記載の修飾グラフェン。
Ar1 in the formula (I) is a phenylene group, and X1 represents at least one carbon atom in a branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms,
Figure 0007449110000049
The modified graphene according to claim 1, wherein the modified graphene is a group substituted with -CO- or -CONH-, Y1 is a hydrogen atom or a vinyl group, and n1 is 1 to 3.
前記Y1がシロキサン基であり、該シロキサン基が、下記式(II)~(IV)からなる群から選択される少なくとも1つである請求項1に記載の修飾グラフェン:
Figure 0007449110000050
(前記式(II)~(IV)中、R1~R23はそれぞれ独立にアルキル基、アミノ基、ビニル基、アクリル基、カルボン酸エステル基、カルボン酸基、ヒドロキシ基、又はアリール基を表し、L1は1~6の整数を表し、L2、(L3+L4)は0~650の数である。)。
The modified graphene according to claim 1, wherein Y1 is a siloxane group, and the siloxane group is at least one selected from the group consisting of the following formulas (II) to (IV):
Figure 0007449110000050
(In the formulas (II) to (IV), R1 to R23 each independently represent an alkyl group, an amino group, a vinyl group, an acrylic group, a carboxylic acid ester group, a carboxylic acid group, a hydroxy group, or an aryl group, and L1 represents an integer from 1 to 6, and L2 and (L3+L4) are numbers from 0 to 650.)
前記式(I)中のY1が基である場合、修飾グラフェン1gに対する該基のモル数が、0.10mmol以上である請求項1~6のいずれか一項に記載の修飾グラフェン。 The modified graphene according to any one of claims 1 to 6, wherein when Y1 in the formula (I) is a group, the number of moles of the group per 1 g of modified graphene is 0.10 mmol or more. 前記式(I)中のY1が基である場合、修飾グラフェン1gに対する該基のモル数が、0.10mmol以上、1.20mmol以下である請求項7に記載の修飾グラフェン。 The modified graphene according to claim 7, wherein when Y1 in the formula (I) is a group, the number of moles of the group per 1 g of modified graphene is 0.10 mmol or more and 1.20 mmol or less. 修飾グラフェンを製造する方法であって、
下記式(V)で表される化合物を、液媒体中において、酸化剤の存在下で、温度-5℃以上、80℃以下の条件で、該化合物からの水素原子の引き抜きによるラジカル付加反応によって、下記式(V)中のA1で表される基を、原料としてのグラフェン表面の炭素原子に結合させる結合工程、を有し、
該酸化剤は、酸化電位が+0.50V以上+1.70V以下である、ことを特徴とする修飾グラフェンの製造方法:
HN=N-A1 (V)
(前記式(V)中、A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基であり、
Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000051
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基から選択されるいずれかであり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または
Figure 0007449110000052
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、X1が炭素数2~10の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000053
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は該基中の炭素原子、又は窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。)。
A method for producing modified graphene, the method comprising:
A compound represented by the following formula (V) is subjected to a radical addition reaction by abstracting hydrogen atoms from the compound in a liquid medium in the presence of an oxidizing agent at a temperature of -5°C or higher and 80°C or lower. , a bonding step of bonding a group represented by A1 in the following formula (V) to a carbon atom on the surface of graphene as a raw material ,
A method for producing modified graphene , characterized in that the oxidizing agent has an oxidation potential of +0.50 V or more and +1.70 V or less :
HN=N-A1 (V)
(In the formula (V), A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1,
Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,
Figure 0007449110000051
-CO-, -COO-, -CONH-, and a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom of Ar1,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000052
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, and X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, -O-, -NH-,
Figure 0007449110000053
-CO-, -COO-, -CONH-, and an atom or group bonded to a carbon atom or nitrogen atom in the group in the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of an arylene group. And,
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups. ).
前記結合工程が、下記式(VI)で表される化合物を、液媒体中で、前記酸化剤の存在下で、-5℃~80℃の条件で、該式(VI)で表される化合物からの水素原子の引き抜きによって前記式(V)で表される化合物を生成させる工程を含む請求項9に記載の修飾グラフェンの製造方法:
N-NH-A1 (VI)
(前記式(VI)中のA1は、前記式(V)中のA1と同じである。)。
In the bonding step, the compound represented by the following formula (VI) is bonded to the compound represented by the formula (VI) in a liquid medium in the presence of the oxidizing agent at -5°C to 80°C. The method for producing modified graphene according to claim 9, comprising the step of producing a compound represented by the formula (V) by abstracting hydrogen atoms from:
H 2 N-NH-A1 (VI)
(A1 in the formula (VI) is the same as A1 in the formula (V).)
前記式(VI)で表される化合物
A1における、Ar1がフェニレン基であり、X1が単結合であり、かつY1がカルボン酸基である化合物、又は
A1における、Ar1がフェニレン基であり、X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-NH-又は-CO-で置き換えた基であり、かつY1がリン酸基である化合物
の少なくとも一方である、請求項10に記載の修飾グラフェンの製造方法。
The compound represented by the formula (VI) is
A compound in which Ar1 is a phenylene group, X1 is a single bond, and Y1 is a carboxylic acid group; Claim 10, wherein at least one of the compounds is a branched or cyclic alkylene group in which at least one carbon atom is replaced with -NH- or -CO-, and Y1 is a phosphoric acid group. The method for producing modified graphene described in .
前記酸化剤が、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Mn、Cr、及びMoからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属の、ハロゲン化金属化合物、金属ポルフィリン化合物、又はヘキサシアノ金属酸化合物である請求項9~11のいずれか一項に記載の修飾グラフェンの製造方法。 The oxidizing agent is a halogenated metal compound, a metal porphyrin compound, or a hexacyano metal acid compound of at least one metal selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Mn, Cr, and Mo. A method for producing modified graphene according to any one of claims 9 to 11 . 修飾グラフェンを製造する方法であって、
下記式(IX)で表される化合物及び下記式(X)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の処理剤を、pH1.5~7、及び、温度5~80℃の条件にて、原料としてのグラフェンに反応させて、該式(IX)または該式(X)中のA1で表される基を、グラフェン表面の炭素原子に化学結合させる工程を有することを特徴とする修飾グラフェンの製造方法:
Figure 0007449110000054
(前記式(IX)中、
、P、及びPは、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、カルボン酸エステル基、又は-S(=O)2-R’を表し、P、P、及びPのすべてが同時に水素原子となることはない。
R’はヒドロキシ基、アルキル基、又はアリール基を表す。
A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基である。
前記式(X)中、
Q1およびQ2は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アシル基、カルボン酸エステル基、アリールオキシ基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、又はホスホン酸基を表し、Q1とQ2が同時に水素原子となることはない。Q3は、水素原子、アルキル基、又はアリール基、又はカルボン酸エステル基を表す。A1は-Ar1-X1-(Y1)n1で表される基である。
前記Ar1は炭素数6~18のアリーレン基であり、
X1は、
単結合、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基、または、
炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000055
-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基であり、
Y1は、
X1が単結合である場合は、Ar1中の少なくとも1つの炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基である場合は、該アルキレン基中の炭素原子に結合する原子もしくは基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-O-、-NH-、または
Figure 0007449110000056
で置き換えた基である場合は、該基中の酸素原子、または窒素原子に結合する原子または基であり、
X1が炭素数1のアルキレン基中の1つの炭素原子を、-CO-、-COO-、-CONH-、及びアリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合、及び、
X1が炭素数~20の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキレン基中の少なくとも1つの炭素原子を、-O-、-NH-、
Figure 0007449110000057
-CO-、-COO-、-CONH-、アリーレン基からなる群から選択される少なくとも1つの構造で置き換えた基である場合は、該基中の炭素原子、又は窒素原子に結合する原子または基であって、
該Y1は、
水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、
炭素数1~6のフルオロアルキル基、
シアノ基、ニトロ基、アシル基、アミド基、ビニル基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、リン酸基、
炭素数3~6のアルキルシリル基、
炭素数3~6のアルキルシリルエーテル基、及び
シロキサン基
からなる群から選択される少なくとも1つの原子または基であり、
n1は1以上の整数を表し、n1が2以上の場合、該Y1は互いに同じ基であっても、異なる基であっても良い。)
A method for producing modified graphene, the method comprising:
At least one treatment agent selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (IX) and a compound represented by the following formula (X) is applied at a pH of 1.5 to 7 and a temperature of 5 to 80°C. characterized by having a step of reacting with graphene as a raw material to chemically bond the group represented by A1 in the formula (IX) or the formula (X) to a carbon atom on the surface of the graphene. Method for producing modified graphene:
Figure 0007449110000054
(In the above formula (IX),
P 1 , P 2 , and P 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a carboxylic acid ester group, or -S(=O)2-R', and P 1 , P 2 , and P All 3 cannot become hydrogen atoms at the same time.
R' represents a hydroxy group, an alkyl group, or an aryl group.
A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1.
In the formula (X),
Q1 and Q2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a halogen atom, a cyano group, a nitro group, an amino group, an alkoxy group, a thioalkoxy group, an acyl group, a carboxylic acid ester group, an aryloxy group, or a carboxylic acid group. group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, or a phosphonic acid group, and Q1 and Q2 cannot be hydrogen atoms at the same time. Q3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a carboxylic acid ester group. A1 is a group represented by -Ar1-X1-(Y1)n1.
The Ar1 is an arylene group having 6 to 18 carbon atoms,
X1 is
single bond,
A linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or
At least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is replaced by -O-, -NH-,
Figure 0007449110000055
A group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group,
Y1 is
When X1 is a single bond, it is an atom or group bonded to at least one carbon atom in Ar1,
When X1 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, it is an atom or group bonded to a carbon atom in the alkylene group,
X1 replaces one carbon atom in the alkylene group with 1 carbon number with -O-, -NH-, or
Figure 0007449110000056
In the case of a group substituted with, it is an atom or group bonded to an oxygen atom or a nitrogen atom in the group,
When X1 is a group in which one carbon atom in an alkylene group having 1 carbon number is replaced with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene group, as well as,
X1 represents at least one carbon atom in a linear, branched or cyclic alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, -O-, -NH-,
Figure 0007449110000057
In the case of a group substituted with at least one structure selected from the group consisting of -CO-, -COO-, -CONH-, and arylene groups, an atom or group bonded to a carbon atom or nitrogen atom in the group And,
The Y1 is
Hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom,
a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Cyano group, nitro group, acyl group, amide group, vinyl group, carboxylic acid group, carboxylic acid ester group, phosphoric acid group,
an alkylsilyl group having 3 to 6 carbon atoms,
At least one atom or group selected from the group consisting of an alkylsilyl ether group having 3 to 6 carbon atoms, and a siloxane group,
n1 represents an integer of 1 or more, and when n1 is 2 or more, Y1 may be the same group or different groups. )
前記式(IX)中、P1、P2、及びP3の1つ又は2つがメチル基であるとともに、P1、P2、及びP3の炭素数の合計が2以下である請求項13に記載の修飾グラフェンの製造方法。 The modified graphene according to claim 13 , wherein in the formula (IX), one or two of P1, P2, and P3 are methyl groups, and the total number of carbon atoms in P1, P2, and P3 is 2 or less. Production method. 前記式(IX)中、P1、P2、及びP3の少なくともいずれか一つが、t-ブトキシカルボニル基である請求項13または14に記載の修飾グラフェンの製造方法。 The method for producing modified graphene according to claim 13 or 14 , wherein at least one of P1, P2, and P3 in the formula (IX) is a t-butoxycarbonyl group. 前記式(IX)中、P1、P2、及びP3の少なくともいずれか一つが、-S(=O)2-R’であり、該R’が、メチル基、2-ヒドロキシエチル基、フェニル基、又はトリル基である請求項13または14に記載の修飾グラフェンの製造方法。 In the formula (IX), at least one of P1, P2, and P3 is -S(=O)2-R', and R' is a methyl group, a 2-hydroxyethyl group, a phenyl group, or tolyl group, the method for producing modified graphene according to claim 13 or 14 . 少なくとも請求項1~8のいずれか一項に記載の修飾グラフェンと樹脂とを含むことを特徴とする修飾グラフェン樹脂複合体。 A modified graphene resin composite comprising at least the modified graphene according to any one of claims 1 to 8 and a resin. 前記樹脂の重量平均分子量が50,000以下である請求項17に記載の修飾グラフェン樹脂複合体。 The modified graphene resin composite according to claim 17 , wherein the resin has a weight average molecular weight of 50,000 or less. 請求項17又は18に記載の修飾グラフェン樹脂複合体を硬化または成型してなることを特徴とする修飾グラフェンシート。 A modified graphene sheet obtained by curing or molding the modified graphene resin composite according to claim 17 or 18 . 請求項1~8のいずれか一項に記載の修飾グラフェンと水または有機溶媒とを含むことを特徴とする修飾グラフェン分散体。 A modified graphene dispersion comprising the modified graphene according to any one of claims 1 to 8 and water or an organic solvent.
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