JPH1170612A - 黒鉛−高分子複合体とその製造方法 - Google Patents

黒鉛−高分子複合体とその製造方法

Info

Publication number
JPH1170612A
JPH1170612A JP9249520A JP24952097A JPH1170612A JP H1170612 A JPH1170612 A JP H1170612A JP 9249520 A JP9249520 A JP 9249520A JP 24952097 A JP24952097 A JP 24952097A JP H1170612 A JPH1170612 A JP H1170612A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
graphite
composite
polymer
alkali metal
unsaturated hydrocarbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9249520A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2992630B2 (ja
Inventor
Hiroshi Shioyama
洋 塩山
Kuniaki Tatsumi
国昭 辰巳
Tetsuo Iwashita
哲雄 岩下
Kazuhiro Fujita
和弘 藤田
Yoshihiro Sawada
吉裕 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP9249520A priority Critical patent/JP2992630B2/ja
Publication of JPH1170612A publication Critical patent/JPH1170612A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2992630B2 publication Critical patent/JP2992630B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高分子含有率の高い黒鉛−高分子複合体を製造
し得る新たな技術を提供することを主な目的とする。 【解決手段】1.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛
層間にポリマーを保持する黒鉛−高分子複合体。 2.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間に不飽和
炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒として不飽和炭
化水素の重合を行うことを特徴とする黒鉛−高分子複合
体の製造方法。 3.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間に不飽和
炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒として不飽和炭
化水素の重合を行った後、得られた黒鉛−高分子複合体
を熱処理することを特徴とする黒鉛材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な無機−有機
複合体とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】黒鉛にアルカリ金属を反応させて得られ
る黒鉛層間化合物(Graphite Intercalation Compound;
以下「GIC」とする)にベンゼン、エチレンなどの特定の
炭化水素を接触させると、これらの炭化水素が黒鉛層間
にインターカレートされ、三元系GICが形成されること
が知られている。例えば、ベンゼンをインターカレート
させ、そのまま放置しておくか或いは加熱すると、オリ
ゴマーが形成され、黒鉛−オリゴマー複合体が得られ
る。また、少量のエチレンがインターカレートされたGI
Cにおいても、インターカレート量に応じた少量のポリ
マーが黒鉛層間に形成されることも、報告されている
(「新・炭素材料入門」、(株)リアライズ社(1996)、
pp157〜162)。
【0003】しかしながら、GICに大量の不飽和炭化水
素を導入し、重合を行わせることにより、高分子含有率
の高い黒鉛−高分子複合体を製造する技術は、知られて
いない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、高
分子含有率の高い黒鉛−高分子複合体を製造し得る新た
な技術を提供することを主な目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために、研究を進めた結果、GICの黒鉛層間
に易重合性の不飽和炭化水素を導入した後、これを重合
させることにより、高分子含有率の高い、新規な特性を
有する黒鉛−高分子複合体を製造することに成功した。
【0006】すなわち、本発明は、下記の黒鉛−高分子
複合体およびその製造方法を提供するものである: 1.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間にポリマ
ーを保持する黒鉛−高分子複合体。
【0007】2.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛
層間に不飽和炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒と
して不飽和炭化水素の重合を行うことを特徴とする黒鉛
−高分子複合体の製造方法。
【0008】3.アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛
層間に不飽和炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒と
して不飽和炭化水素の重合を行った後、得られた黒鉛−
高分子複合体を熱処理することを特徴とする黒鉛材料の
製造方法。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で製造原料として使用する
GICは、黒鉛にアルカリ金属を反応させることにより得
られる公知の材料である。GICは、黒鉛層間にインター
カレートされた化学種に応じて、例えば化学種がカリウ
ムである場合には、カリウム-GIC(或いはK-GIC)の様
に呼ばれる。また、インターカレートされた化学種とそ
の存在量に応じて、例えば、KC8、KC24、KC36などと呼
ばれる。
【0010】本発明方法においては、減圧下で不飽和炭
化水素をGICに接触させて、後者の黒鉛層間に易重合性
の不飽和炭化水素を導入する。
【0011】GICとしては、アルカリ金属をインターカ
レートしている限り、アルカリ金属の種類、存在量など
に特に制限はない。なお、以下の記載においては、K-GI
Cを以てGICを代表させるが、本発明においては、他のア
ルカリ金属−黒鉛層間化合物も使用可能であることは、
言うまでもない。
【0012】本発明において、易重合性の不飽和炭化水
素とは、重合開始剤の存在下に室温(約25℃)、1気圧
以下という穏和な条件下に重合する不飽和炭化水素を意
味する。この様な不飽和炭化水素としては、常温大気圧
下で液体のイソプレン、スチレンなど;常温大気圧中で
気体の1,3-ブタジエンなどが挙げられる。上述の公知文
献に記載されているベンゼン、エチレンなどは、この様
な穏和な条件下では重合しないので、本発明では使用で
きない。
【0013】K-GICの黒鉛層間への不飽和炭化水素(以
下「モノマー」という)の導入は、減圧した容器内でK-
GICとモノマーとを常温で共存させることにより行う。
より具体的には、常温大気圧下で気体のモノマーを使用
する場合には、例えば、K-GICを収容した容器内の圧力
を通常10-2Torr以下(≦10-2Torr)、より好ましくは10-3
Torr以下(≦10-3Torr)とした状態で、モノマーを供給す
る。また、常温大気圧下で液体のモノマーを使用する場
合には、例えば、K-GICを収容した容器内を通常10-2Tor
r以下(≦10-2Torr)、より好ましくは10-3Torr以下(≦10
-3Torr)の真空にした後、モノマーの室温での蒸気圧に
相当するモノマー蒸気を供給し、蒸気がK-GICの黒鉛層
内に入り込む様にする。
【0014】K-GIC中の黒鉛層間へのモノマーの導入開
始とともに、黒鉛のc軸方向に非常にゆっくりと膨張が
始まり、Kを重合開始剤として、モノマーの重合が始ま
り、一定時間経過後に黒鉛−高分子複合体が得られる。
K-GICに対するモノマー導入量は、黒鉛−高分子複合体
の特性などを考慮して定めればよいが、前者重量の20〜
1000倍程度の範囲内にある。
【0015】複合体中の黒鉛と高分子との含有重量比
は、K-GICに対するモノマーの導入量によりほぼ定まる
ので、K-GIC:高分子=1;20〜1000程度である。
【0016】得られる黒鉛−高分子複合体の性状は、一
般に黒色で、弾力性があり、モノマーの導入量に応じて
膨張黒鉛状(モノマー導入量が少ない場合)から黒鉛分
散高分子(モノマー導入量が多い場合)に至るまでの外
観を呈する。複合体内部は、黒鉛六角網目平面が各層で
開裂して、その間にポリマーが介在する構造となってい
る。
【0017】また、この黒鉛−高分子複合体を500〜100
0℃程度で熱処理して、ポリマーを分解除去することに
より、ab軸方向には、当初の黒鉛材料の結晶性を残して
おりながら、c軸方向には積層性の低い新たな黒鉛材料
を得ることができる。この際、複合体の熱処理温度を調
整することにより、c軸方向の積層度を制御することが
できる。
【0018】本発明における重合機構は、関与する化学
種から考えて、リビングポリマーによるアニオン重合で
あると考えられる。事実、実施例1で得られた黒鉛−高
分子複合体に再度イソプレン蒸気を接触させることによ
り、重合体の重量が約5%増加することが見出された。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、新規な黒鉛−高分子複
合体が得られる。この様な黒鉛−高分子複合体は、マイ
クロマシン用構造材、マイクロチップ用絶縁材などとし
て有用である。
【0020】また、この複合体をさらに熱処理して、高
分子成分を除去することにより、c軸方向の積層状態を
制御した新規な黒鉛材料が得られる。この様な黒鉛材料
は、機能性吸着剤、分子ふるい材料、触媒担持材料など
として有用である。
【0021】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。
【0022】実施例1 高配向性熱分解黒鉛(HOPG;米国UCC社製)を使用し
て、2-バルブ法(「新・炭素材料入門」、(株)リアラ
イズ社(1996)、pp159〜160参照)により、KC24を合成
し、密閉容器に収容し、容器内圧力を予め10-3Torr以下
(≦10-3Torr)の真空にした後、温度=室温、イソプレン
の室温での蒸気圧に相当するイソプレン蒸気を導入し、
反応させた。イソプレンは、予めモレキュラーシーブ4A
を用いて脱水し、真空蒸留により精製しておいた。
【0023】反応開始から24時間後に得られた黒鉛−高
分子複合体は、黒色で、弾力性があり、膨張黒鉛様の材
料であり、KC24重量を基準として、約173倍量のイソプ
レンが吸蔵された。
【0024】得られた黒鉛−ポリイソプレン複合体の元
素分析結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】なお、得られた黒鉛−ポリイソプレン複合
体を水洗し、乾燥した後、元素分析を行ったところ、変
化は認められなかった。
【0027】上記の手法で得られた黒鉛−ポリイソプレ
ン複合体を昇温速度200℃/hrで室温から500℃或いは100
0℃まで昇温した後、同温度で30分間保持し、その後炉
内冷却したものについて、X線による粉末回折試験を行
った。図1にその結果を示す。図1において、RTとある
のは、熱処理を行わなかった複合体粉末についての結果
を示す。
【0028】図1に示す結果から明らかな様に、本発明
による黒鉛−ポリイソプレン複合体では、黒鉛或いはGI
Cに帰属できる回折線は認められない。このことは、イ
ソプレンの重合は、KC24の黒鉛層間で生じているので、
生成したポリマーにより押し広げられた黒鉛六角網目平
面は、もはやc軸方向に結晶していない。
【0029】また、500℃で熱処理した材料中の黒鉛の
ピーク強度も非常に低い。さらに、1000℃で熱処理した
材料の場合にも、複合前のKC24もしくは出発原料である
黒鉛に比べると、回折線のピーク強度は低い。これらの
結果から明らかな様に、本発明による黒鉛−ポリイソプ
レン複合体を加熱することにより、ab軸方向には結晶が
充分に発達しているが、c軸方向には積層性が低いとい
う新規な構造を有する黒鉛を得ることができる。この
際、熱処理温度および時間を調整することにより、c軸
方向の積層性を制御することが可能である。
【0030】得られた黒鉛−ポリイソプレン複合体のTg
-DTA曲線(試料重量=11.10mg、昇温速度=200℃/hr)を
図2に示し、ポリスチレンのTg-DTA曲線を図3に示す。
【0031】図2および図3に示す結果から、複合体中
にポリイソプレンが形成されていることが明らかであ
る。
【0032】また、本発明による黒鉛−高分子複合体
は、導電性に優れている黒鉛或いはGICとは異なって、
導電性を示さないことが確認された。
【0033】実施例2 不飽和炭化水素としてスチレンを使用する以外は実施例
と同様の手法により、黒鉛−ポリスチレン複合体を得
た。
【0034】得られた黒鉛−高分子複合体は、黒色で、
弾力性があり、膨張黒鉛様の材料であり、KC24重量を基
準として、約217倍量のスチレンが吸蔵された。
【0035】得られた黒鉛−ポリスチレン複合体の元素
分析結果を表2に示す。
【0036】
【表2】
【0037】なお、得られた黒鉛−ポリスチレン複合体
を水洗し、乾燥した後、元素分析を行ったところ、変化
は認められなかった。
【0038】次ぎに、上記の手法で得られた黒鉛−ポリ
スチレン複合体のX線による粉末回折試験を行った。図
4にその結果を示す。図4に示す結果から明らかな様
に、本発明による黒鉛−ポリスチレン複合体では、黒鉛
或いはGICに帰属できる回折線は認められない。
【0039】得られた黒鉛−ポリスチレン複合体のTg-D
TA曲線(試料重量=14.50mg、昇温速度=200℃/hr)を図
5に示し、ポリスチレンのTg-DTA曲線を図6に示す。
【0040】図5および図6に示す結果から、複合体中
にポリスチレンが形成されていることが明らかである。
【0041】実施例3 不飽和炭化水素としてボンベ詰めされた気体状の1,3-ブ
タジエン(純度99.5%以上)を使用し、ブタジエン圧力を
500Torrにしたこと以外は実施例1と同様の手法によ
り、黒鉛−ポリブタジエン複合体を得た。
【0042】得られた黒鉛−高分子複合体は、黒色で、
弾力性があり、膨張黒鉛様の材料であり、KC24重量を基
準として、約153倍量のブタジエンが吸蔵された。
【0043】得られた黒鉛−ポリブタジエン複合体の元
素分析結果を表3に示す。
【0044】
【表3】
【0045】なお、得られた黒鉛−ポリブタジエン複合
体を水洗し、乾燥した後、元素分析を行ったところ、変
化は認められなかった。
【0046】次ぎに、上記の手法で得られた黒鉛−ポリ
ブタジエン複合体のX線による粉末回折試験を行った。
図7にその結果を示す。図7に示す結果から明らかな様
に、本発明による黒鉛−ポリブタジエン複合体では、黒
鉛或いはGICに帰属できる回折線は認められない。
【0047】得られた黒鉛−ポリブタジエン複合体のTg
-DTA曲線(試料重量=4.50mg、昇温速度=200℃/hr)を図
8に示し、ポリブタジエンのTg-DTA曲線を図9に示す。
【0048】図8および図9に示す結果から、複合体中
にポリブタジエンが形成されていることが明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた黒鉛−ポリイソプレン複合
体およびこれを熱処理したものについて、X線による粉
末回折試験を行った結果を示すチャートである。
【図2】実施例1で得られた黒鉛−ポリイソプレン複合
体についてのTg-DTA曲線である。
【図3】ポリイソプレンそのものについてのTg-DTA曲線
である。
【図4】実施例2で得られた黒鉛−ポリスチレン複合体
について、X線による粉末回折試験を行った結果を示す
チャートである。
【図5】実施例2で得られた黒鉛−ポリスチレン複合体
についてのTg-DTA曲線である。
【図6】ポリスチレンそのものについてのTg-DTA曲線で
ある。
【図7】実施例3で得られた黒鉛−ポリブタジエン複合
体について、X線による粉末回折試験を行った結果を示
すチャートである。
【図8】実施例3で得られた黒鉛−ポリブタジエン複合
体についてのTg-DTA曲線である。
【図9】ポリブタジエンそのものについてのTg-DTA曲線
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 和弘 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 澤田 吉裕 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間
    にポリマーを保持する黒鉛−高分子複合体。
  2. 【請求項2】アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間
    に不飽和炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒として
    不飽和炭化水素の重合を行うことを特徴とする黒鉛−高
    分子複合体の製造方法。
  3. 【請求項3】アルカリ金属−黒鉛層間化合物の黒鉛層間
    に不飽和炭化水素を導入し、アルカリ金属を触媒として
    不飽和炭化水素の重合を行った後、得られた黒鉛−高分
    子複合体を熱処理することを特徴とする黒鉛材料の製造
    方法。
JP9249520A 1997-08-29 1997-08-29 黒鉛−高分子複合体とその製造方法 Expired - Lifetime JP2992630B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9249520A JP2992630B2 (ja) 1997-08-29 1997-08-29 黒鉛−高分子複合体とその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9249520A JP2992630B2 (ja) 1997-08-29 1997-08-29 黒鉛−高分子複合体とその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1170612A true JPH1170612A (ja) 1999-03-16
JP2992630B2 JP2992630B2 (ja) 1999-12-20

Family

ID=17194206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9249520A Expired - Lifetime JP2992630B2 (ja) 1997-08-29 1997-08-29 黒鉛−高分子複合体とその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2992630B2 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1059832A1 (en) * 1999-06-09 2000-12-13 Sony International (Europe) GmbH Pressure transducing assembly
WO2006095800A1 (ja) * 2005-03-11 2006-09-14 Nissan Motor Co., Ltd. 水素吸蔵材料、水素吸蔵構造、水素吸蔵体、水素貯蔵装置、燃料電池車両、及び水素吸蔵材料の製造方法
JP2007296421A (ja) * 2006-04-27 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd 水素吸蔵材料、水素吸蔵体、水素貯蔵装置及び燃料電池車両
JP2011144218A (ja) * 2010-01-12 2011-07-28 Toyota Central R&D Labs Inc オレフィン有機化グラファイト材料およびその製造方法
JP2012076958A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Sekisui Chem Co Ltd グラフェン複合材料及びグラフェン複合シートの製造方法
WO2012105344A1 (ja) * 2011-02-04 2012-08-09 積水化学工業株式会社 薄片化黒鉛-ポリマー複合材料の製造方法
JP2014197524A (ja) * 2013-03-04 2014-10-16 積水化学工業株式会社 リチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池
US9144962B2 (en) 2010-09-17 2015-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Graphene-polymer layered composite and process for preparing the same

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1059832A1 (en) * 1999-06-09 2000-12-13 Sony International (Europe) GmbH Pressure transducing assembly
WO2006095800A1 (ja) * 2005-03-11 2006-09-14 Nissan Motor Co., Ltd. 水素吸蔵材料、水素吸蔵構造、水素吸蔵体、水素貯蔵装置、燃料電池車両、及び水素吸蔵材料の製造方法
JP2007296421A (ja) * 2006-04-27 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd 水素吸蔵材料、水素吸蔵体、水素貯蔵装置及び燃料電池車両
JP2011144218A (ja) * 2010-01-12 2011-07-28 Toyota Central R&D Labs Inc オレフィン有機化グラファイト材料およびその製造方法
US9144962B2 (en) 2010-09-17 2015-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Graphene-polymer layered composite and process for preparing the same
JP2012076958A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Sekisui Chem Co Ltd グラフェン複合材料及びグラフェン複合シートの製造方法
WO2012105344A1 (ja) * 2011-02-04 2012-08-09 積水化学工業株式会社 薄片化黒鉛-ポリマー複合材料の製造方法
JP5082020B2 (ja) * 2011-02-04 2012-11-28 積水化学工業株式会社 薄片化黒鉛−ポリマー複合材料の製造方法
US9884934B2 (en) 2011-02-04 2018-02-06 Sekisui Chemical Co., Ltd. Method for producing exfoliated graphite-polymer composite material
JP2014197524A (ja) * 2013-03-04 2014-10-16 積水化学工業株式会社 リチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
JP2992630B2 (ja) 1999-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shioyama The interactions of two chemical species in the interlayer spacing of graphite
Vander Wal et al. Carbon nanotube synthesis upon stainless steel meshes
JP2023116590A5 (ja)
JP2992630B2 (ja) 黒鉛−高分子複合体とその製造方法
US2535042A (en) Preparation of iron carbides
Shioyama et al. On the interaction between the potassium—GIC and unsaturated hydrocarbons
JPS6220127B2 (ja)
Kumar et al. Controlled atom transfer radical polymerization of MMA onto the surface of high-density functionalized graphene oxide
JP3735669B2 (ja) 巻回型カーボンナノチューブとその製造方法
Yamaguchi et al. Growth of sp− sp 2 nanostructures in a carbon plasma
JPH0413289B2 (ja)
JPH0229682B2 (ja)
JPH0139965B2 (ja)
Shioyama On the interaction between alkali metal-GICs and unsaturated hydrocarbons
Hlavatý et al. The preparation of polymeric carbon from PTFE in the suspension of alkali metals
JPH0329002B2 (ja)
JP7407702B2 (ja) 天然ゴムからのカーボンナノチューブの製造方法
JPH08290905A (ja) 六方晶窒化ほう素粉末及びその製造方法
Shioyama Polymerization in the interlayer of KC24 in the presence of organic solvents
Shioyama et al. Novel approaches for controlling stage structure of metal chloride–graphite intercalation compounds
JPH02196733A (ja) エチルベンゼンとスチレンの製造方法
US2635122A (en) Manufacture of chloroprene
JP4214333B2 (ja) 炭素材料の製造方法
US4035562A (en) Heterogeneous anionic polymerization process
JP2982846B2 (ja) モノアルケニルベンゼン類の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term