JPWO2015115102A1 - カーボンナノチューブ分散液、導電膜および導電性フィルム - Google Patents

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Abstract

本発明は、安定性に優れ、かつ、基材との接着性に優れる導電膜を形成可能なカーボンナノチューブ分散液を提供することを目的とする。本発明のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ(A)、スルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を含む高分子分散剤(B)、および溶媒(C)を含み、前記高分子分散剤(B)は、前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合が20モル%超90モル%以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、カーボンナノチューブ分散液、導電膜および導電性フィルムに関する。
カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称することがある。)は、導電性、熱伝導性、力学強度など種々の特性に優れていることから、従来から様々な工業的応用が検討されている。例えば、その優れた導電性に着目し、CNTで導電膜を形成する技術が従来から検討されている。
CNTを含む導電膜は、例えば、CNT、溶媒、およびCNTを溶媒中に均一に分散させる分散剤を配合したカーボンナノチューブ分散液(以下、「CNT分散液」と称することがある)を基材上に塗布し、基材上のCNT分散液を乾燥することで基材上に形成することができる。そして、このような導電膜、そして導電膜を基材上に備えてなる導電性フィルムの性能を向上させるべく、導電膜の形成に用いる分散剤、およびCNT分散液の改良が試みられている。
例えば特許文献1では、CNTと分散剤としての芳香族ポリマーとからなる導電膜、および、該導電膜の上の樹脂層からなる層を備え、特定の光線透過率および表面抵抗率を有する透明導電性フィルムが、耐久性が高く、高導電性で光透過性に優れる旨報告されている。
また、例えば特許文献2では、CNTに対して特定の割合で、多糖類などの数平均分子量1万以上15万以下の分散剤を含み、pHを特定の範囲内に調整した水系のCNT分散液が、高分散性を維持しつつ、かつ高せん断力に対する安定性に優れる旨報告されている。
そして、例えば特許文献3では、それぞれ特定の構造式で表される、スチレンスルホン酸モノマー残基、窒素原子上に置換又は非置換の芳香族炭化水素基を有するマレイミド残基、およびイタコン酸およびフマル酸など由来の他のビニルモノマー残基を繰り返し構造単位として含み、それぞれの残基の含有割合が30〜95モル%、5〜70モル%、0〜20モル%であるポリスチレンスルホン酸共重合体が、水性媒体中にCNT等を分散させる能力が高い旨報告されている。
特開2009−163959号公報 特開2013−199419号公報 国際公開第2013/042482号
ここで、導電膜の形成に使用するCNT分散液には、得られる導電性フィルムの導電性、機械的特性、および透明性などを確保すべく、CNT等の凝集を抑制し得る優れた安定性が求められる。加えて、CNT分散液から形成される導電膜は、基材との優れた接着性も求められる。
しかし、上記従来の技術では、CNT分散液の安定性と、CNT分散液から形成される導電膜と基材の接着性が不十分であった。そのため、上記従来の技術には、CNT分散液の安定性と、CNT分散液から形成される導電膜の基材との接着性とを向上するという点において改善の余地があった。
そこで、本発明は、安定性に優れ、かつ、基材との接着性に優れる導電膜を形成可能なカーボンナノチューブ分散液を提供することを目的とする。
また、本発明は、基材との接着性に優れる導電膜、および該導電膜を備える導電性フィルムを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、CNTを溶媒に分散させるに当たり、分散剤として、スルホン酸基含有単量体単位を含み、且つエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を特定の割合で含む重合体からなる高分子分散剤を用いることで、CNT分散液中のCNTの凝集を抑制しつつ、かつ該分散液を用いて形成される導電膜と基材の接着性を優れたものとすることができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ(A)、スルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を含む高分子分散剤(B)、および溶媒(C)を含み、前記高分子分散剤(B)は、前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合が20モル%超90モル%以下である、ことを特徴とする。このように、CNTを分散させるための分散剤として、スルホン酸基含有単量体単位を含み、且つエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を特定の割合で含む高分子分散剤を用いれば、安定性に優れ、かつ、基材との接着性に優れる導電膜を形成可能なカーボンナノチューブ分散液を提供することができる。
なお、本発明において「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位が含まれている」ことを意味する。
ここで、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記高分子分散剤(B)中の前記スルホン酸基含有単量体単位が、芳香族スルホン酸またはその塩由来の単量体単位であることが好ましい。高分子分散剤(B)が、スルホン酸基含有単量体単位として芳香族スルホン酸またはその塩由来の単量体単位を含めば、CNT分散液の安定性を更に優れたものとすることができる。
そして、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記高分子分散剤(B)中の前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位が、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種由来の単量体単位であることが好ましい。高分子分散剤(B)がエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位として上述のいずれかの単量体由来の単量体単位を含めば、CNT分散液の安定性を更に優れたものとすることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記高分子分散剤(B)中の前記スルホン酸基含有単量体単位の含有割合が10モル%以上80モル%未満であることが好ましい。高分子分散剤(B)がスルホン酸基含有単量体単位を上述の割合で含めば、CNT分散液の安定性、および該分散液から形成される導電膜の基材との接着性を更に優れたものとすることができる。
さらに、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記高分子分散剤(B)中、前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合に対する、前記スルホン酸基含有単量体単位の含有割合の比が0.5以上4未満であることが好ましい。高分子分散剤(B)中のエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合に対する、スルホン酸基含有単量体単位の含有割合の比が上述の範囲内であれば、CNT分散液の安定性、および該分散液から形成される導電膜の基材との接着性を更に優れたものとすることができる。
そして、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記カーボンナノチューブ(A)が、単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブの少なくとも一方を含むことが好ましい。CNTとして単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブ(以下、それぞれ「単層CNT」、「二層CNT」と称することがある)の少なくとも一方を用いれば、CNT分散液から形成される導電膜の導電性および機械的特性を優れたものとすることができる。
くわえて、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、前記溶媒(C)が水を含み、そしてpHが0.1以上8以下であることが好ましい。溶媒として水を用い、そしてpHが0.1以上8以下であれば、CNT分散液の安定性を更に優れたものとすることができる。
ここで、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ(A)100質量部当たり、前記高分子分散剤(B)を50質量部以上1000質量部以下含むことが好ましい。高分子分散剤(B)のCNTに対する配合量を上述の範囲内とすれば、CNT分散液の安定性、およびCNT分散液から形成される導電膜の基材との接着性を更に優れたものとすることができる。
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の導電膜は、上述のいずれかのカーボンナノチューブ分散液を用いて得られることを特徴とする。本発明のCNT分散液を用いれば、基材との接着性に優れる導電膜を提供することができる。
ここで、本発明の導電膜は、表面抵抗率が20Ω/□以下であることが好ましい。導電膜の表面抵抗率が上述の範囲内であれば、例えば、基材上に該導電膜を備える導電性フィルムの導電性を優れたものとすることができる。
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の導電性フィルムは、基材と、前記基材上の導電膜とを備え、前記導電膜が、上述のいずれかの導電膜であることを特徴とする。本発明の導電膜を備える導電性フィルムは、優れた導電性を有する。
本発明によれば、安定性に優れ、かつ、基材との接着性に優れる導電膜を形成可能なカーボンナノチューブ分散液を提供することができる。
また、本発明によれば、基材との接着性に優れる導電膜、および該導電膜を備える導電性フィルムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明のカーボンナノチューブ分散液は、導電膜の形成に用いられる。また、本発明の導電膜は、本発明のカーボンナノチューブ分散液から形成される。そして、本発明の導電性フィルムは、本発明の導電膜を基材上に備えてなる。
(カーボンナノチューブ分散液)
本発明のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ(A)、高分子分散剤(B)、および溶媒(C)を含む。そして、該高分子分散剤(B)が、スルホン酸基含有単量体単位を含み、且つエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を特定の含有割合で含むことを特徴とする。本発明のカーボンナノチューブ分散液は安定性に優れ、また、該カーボンナノチューブ分散液から形成される導電膜は、基材との接着性に優れる。以下、本発明のCNT分散液に含まれる各成分について詳述する。
なお、本明細書において、「カーボンナノチューブ(A)」を「CNT(A)」と、「スルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を含む高分子分散剤(B)」を「高分子分散剤(B)」と称することがある。
<カーボンナノチューブ(A)>
CNT(A)は、単層カーボンナノチューブであっても、多層カーボンナノチューブであってもよいが、CNT分散液から形成される導電膜の導電性や機械的特性向上の観点から、単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブの少なくとも一方を含むことが好ましく、単層カーボンナノチューブを含むことがより好ましい。
また、CNT(A)は、ラマン分光法を用いて評価した際に、Radial Breathing Mode(RBM)のピークを有することが好ましい。なお、三層以上の多層カーボンナノチューブのラマンスペクトルには、RBMが存在しない。
更に、CNT(A)は、ラマンスペクトルにおけるDバンドピーク強度に対するGバンドピーク強度の比(G/D比)が1以上20以下であることが好ましい。G/D比が1以上20以下であれば、CNT(A)の配合量が少量であっても、CNT分散液から形成される導電膜の導電性や機械的特性を十分に向上させることができる。
そして、CNT(A)は、平均直径(Av)に対する直径分布(3σ)の比(3σ/Av)が、0.20超0.60未満であることが好ましく、0.25超であることがより好ましく、0.50超であることが更に好ましい。3σ/Avが0.20超0.60未満のCNTを使用すれば、CNT(A)の配合量が少量であっても、CNT分散液から形成される導電膜の導電性や機械的特性を十分に向上させることができる。
なお、「直径分布(3σ)」とは、カーボンナノチューブの直径の標本標準偏差(σ)に3を乗じたものを指す。そして、「カーボンナノチューブの平均直径(Av)」および「カーボンナノチューブの直径の標本標準偏差(σ)」は、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択したカーボンナノチューブ100本の直径を測定して求めることができる。
ここで、CNT(A)の平均直径(Av)は、0.5nm以上であることが好ましく、1nm以上であることが更に好ましく、15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることが更に好ましい。CNT(A)の平均直径(Av)が0.5nm以上であれば、CNT(A)の凝集を抑制し、CNT分散液の安定性を更に高めることができる。また、CNT(A)の平均直径(Av)が15nm以下であれば、CNT分散液から形成される導電膜の機械的特性を十分に向上させることができる。
なお、上述したCNT(A)の平均直径(Av)および直径分布(3σ)は、CNTの製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られたCNTを複数種類組み合わせることにより調整してもよい。
そして、CNT(A)は、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した100本のCNTの直径を測定し、横軸に直径、縦軸に頻度を取ってプロットし、ガウシアンで近似した際に、正規分布を取るものが通常使用される。
また、CNT(A)は、溶媒(C)に添加する前の比表面積が、好ましくは600m2/g以上であり、当該CNT(A)は未開口のものであっても開口したものであってもよい。未開口のCNTにあっては、比表面積が800m2/g以上であることが好ましく、1,200m2/g以下であることが好ましく、1,000m2/g以下であることが更に好ましい。一方、開口したCNTにあっては、比表面積が1,300m2/g以上であることが好ましく、2,500m2/g以下であることが好ましく、2,300m2/g以下であることが更に好ましい。CNT(A)の比表面積が600m2/g以上であれば、CNT分散液から形成される導電膜の導電性や機械的特性を良好に向上させることができる。更に、CNT(A)の比表面積が上記範囲内にあれば、CNT分散液の安定性を向上させることができる。
なお、本発明において比表面積は、窒素ガス吸着によるBET比表面積をさす。
更に、CNT(A)の重量密度は、0.002g/cm3以上0.2g/cm3以下であることが好ましい。重量密度が0.2g/cm3以下であれば、CNT(A)同士の結びつきが弱くなるので、CNT(A)を更に均一に分散させることができる。また、重量密度が0.002g/cm3以上であれば、CNT(A)の一体性を向上させ、バラけることを抑制できるため取り扱いが容易になる。
また、CNT(A)は、複数の微小孔を有することが好ましい。CNT(A)は、中でも、孔径が2nmよりも小さいマイクロ孔を有するのが好ましく、その存在量としては、マイクロ孔容積で、好ましくは0.40mL/g以上、より好ましくは0.43mL/g以上、更に好ましくは0.45mL/g以上であり、上限としては、通常、0.65mL/g程度である。CNT(A)が上記のようなマイクロ孔を有することで、CNT(A)の凝集が抑制され、CNT含有膜中でのCNT(A)の分散性が高まり、導電性および機械的特性に優れる導電膜を効率的に得ることができる。なお、マイクロ孔容積は、例えば、CNT(A)の調製方法および調製条件を適宜変更することで調整することができる。
ここで、「マイクロ孔容積(Vp)」は、CNTの液体窒素温度(77K)での窒素吸着等温線を測定し、相対圧P/P0=0.19における窒素吸着量をVとして、式(I):Vp=(V/22414)×(M/ρ)より算出することができる。なお、Pは吸着平衡時の測定圧力、P0は測定時の液体窒素の飽和蒸気圧であり、式(I)中、Mは吸着質(窒素)の分子量28.010、ρは吸着質(窒素)の77Kにおける密度0.808g/cm3である。マイクロ孔容積は、例えば、「BELSORP(登録商標)−mini」〔日本ベル(株)製〕を使用して容易に求めることができる。
なお、上述した性状を有するCNT(A)は、例えば、表面にCNT製造用触媒層を有する基材(以下、「CNT製造用基材」ということがある。)上に、原料化合物およびキャリアガスを供給して、化学的気相成長法(CVD法)によりCNTを合成する際に、系内に微量の酸化剤(触媒賦活物質)を存在させることで、CNT製造用触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法(スーパーグロース法;国際公開第2006/011655号参照)において、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行い、アセチレンを主成分とする原料ガス(例えば、アセチレンを50体積%以上含むガス)を用いることにより、効率的に製造することができる。以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「SGCNT」と称することがある。CNT(A)としてSGCNTを用いることで、導電膜の基材との接着性をさらに優れたものとすることができる。
本発明のCNT分散液中でのCNT(A)の濃度は、分散液が形成出来れば特に制限されないが、分散液中でのCNTの濃度は、好ましくは0.005質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更により好ましくは5質量%以下である。
本発明のCNT分散液は、後述する高分子分散剤(B)の分散剤としての優れた寄与により、従来のCNT分散液に比してCNTを高濃度で配合しても、その安定性を確保することができるという利点がある。そして、CNT分散液が高濃度でCNTを含むことで、従来のCNT分散液を用いた場合に比して、より少ない塗布回数で、基材の単位面積当たりのCNTの塗布量を所望の値まで上昇させることができる。
<高分子分散剤(B)>
本発明のCNT分散液において、分散剤としてスルホン酸基含有単量体単位を含み、且つエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を特定の含有割合で含む高分子分散剤を使用する。
このような高分子分散剤を使用することで、CNT分散液中におけるCNT(A)の凝集が抑制され、CNT分散液の安定性を優れたものとすることができる。また、該高分子分散剤(B)を含むCNT分散液から形成される導電膜は、該高分子分散剤に含まれるスルホン酸基とカルボキシ基の双方の寄与により、基材との優れた接着性を有する。
さらに、通常、分散剤は、導電膜形成後には抵抗となることが多く、導電膜の導電性を低下させうる。しかし本発明に用いる高分子分散剤(B)はCNT(A)を極めて良好に分散させうるため、本発明のCNT分散液によれば、抵抗要因としての分散剤に影響されることなく、優れた導電性を有する導電膜を得ることができる。
以下、高分子分散剤(B)を構成する単量体単位を形成し得る単量体について詳述する。
[スルホン酸基含有単量体]
高分子分散剤(B)のスルホン酸基含有単量体単位を形成し得るスルホン酸基含有単量体は、スルホン酸基と、炭素-炭素不飽和結合などの他の単量体と共重合可能な基を有するものであれば特に限定されないが、例えば、スチレンスルホン酸などの芳香族スルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、アクリルアミド-t−ブチル-スルホン酸、アクリルアミド-N-ブタンスルホン酸などを挙げることができる。なお、ここでスルホン酸基含有単量体は、そのスルホン酸基中、水素原子が無機イオンあるいは有機イオンで置換され、無機塩あるいは有機塩の形態となっていてもよい。すなわち、スルホン酸基含有単量体は、スルホン酸塩の形態となっていてもよい
無機塩としては、アルカリ金属塩(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)などを挙げることができ、有機塩としては、アルキルアミン塩(メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリ-t-ブチルアミンなど)、アリールアミン塩(フェニルアミン、ベンジルアミンなど)などを挙げることができる。これらスルホン酸基含有単量体は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
そしてこれらの中でも、CNT分散液の安定性を向上させる観点からは、スルホン酸基含有単量体としては、スチレンスルホン酸などの芳香族スルホン酸、ビニルスルホン酸、アクリルアミド-t−ブチル-スルホン酸、およびそれらのアルカリ金属塩(ナトリウム、カリウム)が好ましく、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸およびそれらのアルカリ金属塩(ナトリウム、カリウム)がより好ましい。
なお、高分子分散剤(B)中、スルホン酸基含有単量体単位の含有割合(スルホン酸基含有単量体単位が全単量体単位に占める割合)は、通常、10モル%以上、80モル%未満であり、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、特に好ましくは40モル%以上であり、好ましくは70モル%以下、より好ましくは60モル%以下である。高分子分散剤(B)中のスルホン酸基含有単量体単位の含有割合が上述の範囲内であると、CNT分散液の安定性、および、該分散液から形成される導電膜の基材との接着性を優れたものとできる。
[エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体]
高分子分散剤(B)のエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を形成し得るエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体は、他の単量体と共重合可能な炭素-炭素二重結合を有する脂肪族カルボン酸であれば特に限定されないが、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などを挙げることができる。なお、ここでエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体は、そのカルボキシ基中、水素原子が無機イオンあるいは有機イオンで置換され、無機塩あるいは有機塩の形態となっていてもよい。すなわち、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体は、カルボン酸塩の形態となっていてもよい。ここで、無機塩、有機塩としては、上述の[スルホン酸基含有単量体]の項で挙げたものと同様のものが挙げられる。これらエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体は一種を単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
なお、高分子分散剤(B)がエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体由来の繰り返し構造を有すると、エチレン性不飽和芳香族カルボン酸単量体(N−カルボキシルフェニルマレイミド、4−ビニル安息香酸など)由来の構造を有する場合に比して、基材との接着性を大幅に向上させることができる。
そしてエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体としては、CNT分散液の安定性を向上させる観点からは、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびそれらの塩が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびそれらのアルカリ金属塩(ナトリウム、カリウム)がより好ましい。
なお、高分子分散剤(B)中、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合(エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位が全単量体単位に占める割合)は、20モル%超90モル%以下であることが必要であり、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、特に好ましくは40モル%以上であり、好ましくは80モル%以下、より好ましくは70モル%以下、特に好ましくは60モル%以下である。高分子分散剤(B)中のエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合が20モル%以下であると、基材との接着性が確保できず、90モル%超であると溶媒への溶解性とCNTの分散性との両立が確保できない。
[スルホン酸基含有単量体/エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体モル比]
ここで、高分子分散剤(B)中、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合(モル%)に対する、スルホン酸基含有単量体単位の含有割合(モル%)の比(「スルホン酸基含有単量体/エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体モル比」と称することがある)は、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上であり、好ましくは4未満、より好ましくは3以下である。スルホン酸基含有単量体/エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体モル比が上述の範囲内であることで、CNT分散液の安定性、およびCNT分散液から形成される導電膜の基材との接着性を優れたものとすることができる。
[その他の単量体]
高分子分散剤(B)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述したスルホン酸基含有単量体単位、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位以外にも任意の繰り返し単位を含んでいてもよい。このような任意の繰り返し単位を形成しうるその他の単量体としては、アクリル酸エステル(アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ベンジルなど)、メタクリル酸エステル(メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ベンジルなど)、イタコン酸エステル(イタコン酸メチル、イタコン酸エチル、イタコン酸プロピル、イタコン酸ブチル、イタコン酸ベンジルなど)、スチレン、アクリルニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、イタコン酸アミド、N,N-ジメチルアクリルアミドなどを挙げることができる。
なお、高分子分散剤(B)中、スルホン酸基含有単量体単位、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位以外の単量体単位の含有割合は、好ましくは30モル%以下、より好ましくは20モル%以下、更により好ましくは10モル%、特に好ましくは5モル%以下である。
[高分子分散剤(B)の調製]
そして、高分子分散剤(B)は、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を反応溶媒中で重合することにより製造される。
ここで、単量体組成物中の各単量体の含有割合(全単量体に占める割合(モル%))は、通常、所望の高分子分散剤(B)における対応する単量体単位(繰り返し単位)の含有割合(全単量体単位に占める割合(モル%))と同様にする。
反応溶媒、重合方法、重合開始剤などは、公知のものを適宜選択して、高分子分散剤(B)の調製に用いることができる。
なお、高分子分散剤(B)中の、各単量体単位が全単量体単位に占める割合(モル%)は、1H−NMR分析により測定することができる。
[高分子分散剤の性状]
高分子分散剤(B)の数平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは100万以上、より好ましくは200万以上、更に好ましくは300万以上であり、好ましくは2500万以下、より好ましくは1500万以下、更に好ましくは1000万以下である。ここで高分子分散剤の数平均分子量は水を溶離液とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー法を用い、標準ポリエチレングリコールによる校正曲線と対比させることにより算出される。
以下に高分子分散剤(B)の具体的な例を記載するが、本発明に用いる高分子分散剤(B)は、これらに限定されるものではない。(なお、以下の例示において各単量体名の後の括弧中に記載する数値は、各高分子分散剤(B)中におけるその単量体由来の単量体単位の含有割合(モル%)を示し、「モル比」は、各高分子分散剤(B)中における各単量体単位のモル比を示す。)
D-1)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/アクリル酸ナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度2万、数平均分子量300万2300)
D-2)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/メタクリル酸ナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度3万、数平均分子量472万8500)
D-3)スチレンスルホン酸ナトリウム(66.7)/メタクリル酸カリウム(33.3)の共重合体(モル比=2/1、平均重合度5万、数平均分子量871万0400)
D-4)スチレンスルホン酸ナトリウム(75)/イタコン酸ジナトリウム(25)の共重合体(モル比=3/1、平均重合度5万、数平均分子量990万7800)
D-5a)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/マレイン酸ジナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度2万、数平均分子量366万2300)
D-5b)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/マレイン酸ジナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度5万、数平均分子量915万5700)
D-5c)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/マレイン酸ジナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度9万、数平均分子量1648万0300)
D-6)スチレンスルホン酸ナトリウム(75)/マレイン酸ジナトリウム(25)の共重合体(モル比=3/1、平均重合度2万、数平均分子量389万3000)
D-7)スチレンスルホン酸アンモニウム(50)/マレイン酸ジアンモニウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度3万、数平均分子量526万6700)
D-8)スチレンスルホン酸(50)/マレイン酸(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度2万、数平均分子量322万2000)
D-9)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/フマル酸ジナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度2万、数平均分子量366万3300)
D-10)ビニルスルホン酸ナトリウム(50)/アクリル酸ナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度5万、数平均分子量224万1400)
D-11)アリルスルホン酸ナトリウム(50)/アクリル酸ナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度2万、数平均分子量238万1600)
D-12)アクリルアミド-N-ブタンスルホン酸ナトリウム(50)/アクリル酸ナトリウム(50)の共重合体(モル比=1/1、平均重合度8万、数平均分子量1205万1600)
D-13)スチレンスルホン酸ナトリウム(40)/マレイン酸ジナトリウム(40)/アクリル酸アミド(20)の共重合体(モル比=2/2/1、平均重合度3万、数平均分子量557万7300)
D-14)スチレンスルホン酸ナトリウム(40)/マレイン酸ジナトリウム(40)/マレイン酸モノメチルナトリウム(20)の共重合体(モル比=2/2/1、平均重合度1.5万、数平均分子量297万7600)
D-15)スチレンスルホン酸ナトリウム(50)/マレイン酸ジナトリウム(33.3)/アクリル酸ナトリウム(16.7)の共重合体(モル比=3/2/1、平均重合度2.5万、数平均分子量497万7300)
本発明のCNT分散液中での高分子分散剤(B)の濃度は、好ましくは0.0001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、特に好ましくは0.05質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。高分子分散剤(B)の濃度が0.0001質量%以上であることで、CNT分散液の安定性及び該CNT分散液から形成される導電膜の基材との接着性を向上させることができ、30質量%以下であることで、CNT分散液から形成される導電膜の導電性を確保することができる。
そして、本発明のCNT分散液は、高分子分散剤(B)を、カーボンナノチューブ(A)100質量部当たり、好ましくは50質量部以上、より好ましくは100質量部以上含み、好ましくは1000質量部以下、より好ましくは700質量部以下、特に好ましくは400質量部以下含む。CNT分散液が、高分子分散剤(B)を、カーボンナノチューブ(A)100質量部当たり、50質量部以上含むことで、CNT分散液の安定性及び該CNT分散液から形成される導電膜の基材との接着性を向上させることができ、1000質量部以下含むことで、CNT分散液から形成される導電膜の導電性を確保することができる。
なお、本発明のCNT分散液は、上記高分子分散剤(B)以外のその他の分散剤を併用しても問題なく、分散性を高めるためにはその併用も限定するものではない。その他の分散剤としては、各種のイオン性、非イオン性界面活性剤や、上記高分子分散剤(B)以外の合成高分子、天然高分子などを使用することができる。
<溶媒(C)>
溶媒(C)は、水系でも有機溶剤系でもよいが、水系溶媒を用いることが好ましい(すなわち、溶媒(C)が水を含むことが好ましい)。ここで水系溶媒としては、その中でCNTが分散しうるものであれば特に制限されず、水を単独で使用してもよく、水と混和する溶媒類の混合溶媒を用いてもよい。水と混和する溶媒としては、エーテル類(ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルセロソルブなど)、エーテルアルコール(エトキシエタノール、メトキシエトキシエタノールなど)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチルなど)、ケトン類(シクロヘキサノン、メチルエチルケトンなど)、アルコール類(エタノール、イソプロパノール、フェノールなど)、低級カルボン酸(酢酸など)、アミン類(トリエチルアミン、トリメタノールアミン等)、窒素含有極性溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、ニトロメタン、N−メチルピロリドン、アセトニトリルなど)、硫黄化合物類(ジメチルスルホキシドなど)などを挙げることができる。これらのなかでも、水と混和する溶媒としては、CNT分散液の安定性を向上させる観点からは、エーテル類、アルコール類、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
CNT分散液の溶媒(C)が水を含む場合、CNT分散液のpHは特に限定されないが、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、特に好ましくは0.5以上であり、好ましくは8以下、より好ましくは7未満(すなわち酸性)、更により好ましくは5以下、特に好ましくは2.5以下である。CNT分散液のpHを上記の範囲内とすることで、CNT分散液の安定性を確保することができる。
なお、CNT分散液のpHを下げるためには、酸性物質を添加すればよい。酸性物質としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、ギ酸、リン酸、などが好ましく用いられ、塩酸、硝酸がより好ましい。
<カーボンナノチューブ分散液の調製>
本発明のCNT分散液は、例えば、CNT(A)、高分子分散剤(B)および溶媒(C)を、特開2013−199419号公報に記載の混合分散機を用いて混合することにより調製することができる。中でも、超音波ホモジナイザーを用いることが簡便であり好ましい。混合の際、CNT(A)は乾燥状態であっても、溶媒を含んだ状態でもよい。またCNT分散液は、液体状でもペーストやゲルのような半固形状でもかまわないが、液体状が好ましい。
(導電膜及び導電性フィルム)
本発明の導電膜は、本発明のCNT分散液を用いて形成される。かかる導電膜は基材との接着性に優れる。本発明の導電膜は、取扱い性に優れることから、該導電膜を基材上に形成してなる導電性フィルムの用途に好適に用いられる。
<基材>
基材は、その上にカーボンナノチューブ分散液が塗布でき、得られる導電膜を担持可能であれば形状、構成する材料、およびサイズ(厚みなど)は特に限定されず、目的とする用途によって適宜選択することができる。
基材の形状としては、例えばフィルムやシートなどが挙げられる。
基材を構成する材料のうち、無機材料としては、ステンレス、アルミ、鉄、金、銀などの金属、およびガラスなどが挙げられる。有機材料としては、炭素材料、プラスチック基板材料などが挙げられるが、導電膜との接着性、そして導電性フィルムの延伸追従性および柔軟性を向上させる観点から、プラスチック基板材料が好ましい。さらにプラスチック基板材料としては、耐熱性が高く、耐薬品性及びガス遮断性に優れ、かつ低コストの材料が好ましい。また、プラスチック基板材料は、無着色で透明性を有するものであってもよい。そのような具体的なプラスチック基板材料としては、例えば、ポリエステル類(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)など)、スチレン類(シンジオタクチックポリスチレン(SPS)など)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルホン(PSF)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、透明ポリイミド(PI)、シクロオレフィンコポリマー(商品名「アートン」(登録商標)など)及び脂環式ポリオレフィン(商品名「ゼオノア」(登録商標)など)、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、セルロース、トリアセチルセルロース、などが用いられる。なかでも、化学的安定性とコストの観点から、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、脂環式ポリオレフィンが特に好ましい。
基材にプラスチック基板材料を用いた場合、好ましい基材の厚みは、特に限定されず中程度の厚さから非常に薄い厚さまで種々の範囲をとることができる。かかる場合の基材の厚みは、好ましくは1〜1000μm、より好ましくは5〜500μm、特に好ましくは20〜200μmである。
基材として透明性がある基材を用いることにより、透明性および導電性に優れた導電性フィルムを得ることができる。本発明において、「透明性がある基材」とは、波長550nmでの光線透過率が50%以上である基材をいう。
なお、本発明において、基材の波長550nmでの光線透過率は、本明細書の実施例に記載の「導電性フィルムの波長550nmでの光線透過率」の測定方法に準じて測定することができる。
なお、基材として、アンダーコート層を備える基材を用いてもよい。
また、基材は、CNT分散液を塗布し、導電膜を形成する面にグロー放電、コロナ放電処理やオゾン処理等の表面親水化処理が施されていてもよい。
そして、基材のCNT分散液を塗布する面とは反対側の面に、耐摩耗性、高表面硬度、耐溶剤性、耐汚染性、耐指紋性等を付与したハードコート処理が施されていてもよい。
<導電膜の形成>
導電膜は、例えば、本発明のCNT分散液を上述した基材上に塗布(塗布工程)し、その後基材上のCNT分散液を乾燥(乾燥工程)させることにより形成される。
[塗布工程]
本発明のCNT分散液を基材上に塗布する方法は特に限定されず、公知の塗布方法、例えば特開2013−199419号公報に記載の方法を利用できる。また塗布は、1回だけでなく必要に応じて何度か行ってもよく、異なる2種類の塗布方法を組み合わせても良い。特に好ましい塗布方法は、ワイヤーバーコーティング、グラビアコーティング、スプレーコーティングが挙げられる。
なお、上述のように本発明のCNT分散液は、従来のCNT分散液に比して高濃度とすることが可能であり、より少ない塗布回数で、基材の単位面積当たりのCNTの塗布量を所望の値まで上昇させることができる。
CNT分散液を基材上に塗布する際の塗布厚み(ウェット厚)は、得られるフィルムの導電性が確保されれば特に制限されないが、好ましくは0.001〜50μm、より好ましくは0.005〜10μm、特に好ましくは0.01〜3μmである。
また、CNT分散液を基材上に塗布する際の、基材の単位面積当たりのCNTの塗布量としては、好ましくは0.001mg/m2〜50g/m2、より好ましくは0.005mg/m2〜10g/m2、特に好ましくは0.01mg/m2〜3g/m2である。
[乾燥工程]
CNT分散液を基材上に塗布した後、例えば風乾、加熱、減圧などの方法により、基材上のCNT分散液を乾燥し、基材上に導電膜を形成する。乾燥温度は、溶媒(C)の気化による除去が可能であり、かつ、基材の耐熱温度以下であれば特に限定されない。例えば、基材に上述のプラスチック基板材料を用いた場合、乾燥温度は、好ましくは0〜250℃であり、より好ましくは15〜150℃、特に好ましくは80〜150℃である。
<導電膜中の分散剤などの除去>
また、本発明の導電膜には、高分子分散剤(B)以外の分散剤、または任意のバインダー材料などが含まれうるため、特にこれらを除去して導電膜の導電性を高めることも出来る。分散剤などを除去する方法としては、基材上に導電膜を形成後、得られた導電性フィルムを洗浄用溶媒中へ浸漬させる、あるいは洗浄用溶媒を基材上の導電膜へ噴霧させる方法が挙げられる。洗浄用溶媒としては除去したい分散剤などを十分に溶解することができ、かつCNT(A)を除去しないものであれば特に制限はないが、例えば水やアルコール類、アセトニトリルが挙げられる。
<導電膜の性質>
本発明の導電膜は、基材との接着性に優れる。該導電膜は、本発明のCNT分散液により形成されるが、かかる導電膜は、膜強度や耐傷性などの機械的特性に優れており、その結果、膜自体が容易に破壊されることなく基材上に強固に留まりうることから、優れた接着性を示すものと推定される。
また、本発明の導電膜は、導電膜中のCNT(A)が好適に分散しているため、優れた導電性を示しうる。そして、本発明の導電膜の表面抵抗率は、好ましくは20Ω/□以下であり、より好ましくは10Ω/□以下であり、下限としては通常0.01Ω/□程度、より好ましくは0.1Ω/□である。なお、本発明において導電膜の表面抵抗率は、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明の導電膜は、含まれるCNT(A)量を適宜調整することで透明性を付与することもでき、例えば、基材として上述の透明性がある基材を用いて透明性を有する導電性フィルムを得ることもできる。かかる導電性フィルムの、波長550nmでの光線透過率は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、更により好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。なお、本発明において導電性フィルムの波長550nmでの光線透過率は、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。
<導電性フィルムの用途>
本発明の導電性フィルムの用途としては、特に限定されず、例えば特開2013−199419号公報に記載の用途に用いることができる。
そして、本発明の導電性フィルムは、特に、色素増感型太陽電池(DSC)の光電極基板や対向電極基板として好適に用いられる。
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
導電膜の表面抵抗率および導電性フィルムの光線透過率は、それぞれ以下の方法で測定した。そして、CNT分散液の安定性、導電膜と基材の接着性は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
<表面抵抗率>
低抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、製品名「ロレスタ(登録商標)−GP MCP−T610」)を使用し、JIS K7194に準拠した方法で以下のように測定した。
具体的には、四端子法を用いて、温度25℃、湿度20%RHの環境で、導電性フィルムの、基材上に形成された導電膜の表面抵抗率(シート抵抗)を測定した。
<光線透過率>
分光光度計(日本分光社製 V−570)を用いて、波長550nmでの光線透過率を測定した。
<CNT分散液の安定性>
CNT分散液を調製後、25℃で1週間静置した後の状態を目視観察し、以下の基準で評価した。
A :分散液の変化は見られず、安定した分散状態である。
B :黒色異物が認められ、容器の底面の0%超5%未満(面積基準)を覆っていた。
C :黒色異物が認められ、容器の底面の5%以上50%未満(面積基準)を覆っていた。
D :容器上部に透明溶液部分があり、容器の底面の50%以上(面積基準)を覆う黒色異物が認められた。
<導電膜と基材の接着性>
スコッチテープ(透明粘着テープ 12mm幅)を、導電性フィルムの導電膜側に貼り付けて、25℃、2時間放置した後、テープ片方を90°の角度で持ち上げた。その際の、導電膜の基材からの?離状態を目視観察して、以下の基準で評価した。
A :剥離は全く見られず、接着性は良好である。
B :剥離は、導電膜の0%超10%未満(面積基準)に見られるが、接着性は実使用にほぼ問題ないレベルであった。
C :剥離は、導電膜の10%以上40%未満(面積基準)に見られ、接着性は実使用に問題があるレベルであった。
D:剥離は、導電膜の40%以上(面積基準)に見られ、接着性は非常に悪いレベルであった。
<使用材料>
[CNT]
以下のCNTを用いた。
CNT1:単層CNT(KHケミカルズHP 純度80%)BET比表面積620m2/g
CNT2:単層CNT(名城ナノカーボン SWNT SO)BET比表面積800m2/g
CNT3:SGCNT(以下の手順で調製した)。BET比表面積1050m2/g
[CNT3(SGCNT)の調製]
国際公開第2006/011655号の記載に従い、スーパーグロース法によってCNT3(SGCNT)を得た。
得られたCNT3は、BET比表面積が1050m2/g(未開口)であり、ラマン分光光度計での測定において、単層CNTに特長的な100〜300cm-1の低波数領域にラジアルブリージングモード(RBM)のスペクトルが観察された。また、透過型電子顕微鏡を用い、無作為に100本のCNT3の直径を測定した結果、平均直径(Av)が3.3nm、直径分布(3σ)が1.9nm、それらの比(3σ/Av)が0.58であった。
[分散剤]
また、分散剤としては、上述の<高分子分散剤(B)>で例示した高分子分散剤に加え、以下の比較分散剤A〜Fを用いた。
比較分散剤A:ポリアクリル酸ナトリウム(重量平均分子量20万)
比較分散剤B:ポリスチレンアンモニウム(重量平均分子量2万)
比較分散剤C:カルボキシメチルセルロース(重量平均分子量30万、エーテル化度0.6〜0.8)
比較分散剤D:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(分子量348.5)
比較分散剤E:ポリオキシエチレン−p−オクチルフェニルエーテル(平均重合度10)
比較分散剤F:スチレンスルホン酸ナトリウム(90)/マレイン酸ジナトリウム(10)の共重合体(モル比=9/1、平均重合度2万、数平均分子量393万1700)
(実施例1)
<カーボンナノチューブ分散液の調製>
10mLのガラス製容器にCNT1を6.25mg(うちCNT成分5.0mg)、高分子分散剤D-5aを10mg(CNT100質量部当たり200質量部)を量りとり、溶媒として蒸留水8mlとエタノール2mlを加え、1N塩酸用いてpHを2に調整した。pH調製後、氷冷下において、超音波ホモジナイザーで、出力50W、120分間の条件で分散処理し、CNT分散液を調製した。なお、分散液中のCNTの濃度は0.05質量%、高分子分散剤の濃度は、0.1質量%であった。得られたCNT分散液の安定性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
<導電膜および導電性フィルムの製造>
得られたCNT分散液を、基材としての親水化表面処理したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡(株)社製A4100、100μm)、A4サイズ)上に、バーコーター(#10)を用いて塗布した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、10mg/m2であった。CNT分散液を塗布した基材を、室温、無風環境下で10分静置し、さらに100℃乾燥機内で5分間乾燥させ、基材上に導電膜を備える導電性フィルムを得た。表面抵抗率、光線透過率を上記の方法で測定し、導電膜と基材の接着性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
<カーボンナノチューブ分散液の調製>
10mLのガラス製容器にCNT2を20mg、高分子分散剤D-2を40mg(CNT100質量部当たり200質量部)量りとり、溶媒として蒸留水8mlとエタノール2mlを加え、1N硝酸を用いてpHを1.6に調整した。pH調製後、氷冷下において超音波ホモジナイザーで、出力50W、120分間の条件で分散処理しCNT分散液を調製した。なお、分散液中のCNT濃度は0.2質量%、高分子分散剤の濃度は0.4質量%であった。得られたCNT分散液の安定性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
<導電性フィルムの製造>
得られたCNT分散液を、基材としての親水化表面処理したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡(株)社製A4100、100μm)、A4サイズ)上にバーコーター(#10)を用いて塗布した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、32mg/m2であった。CNT分散液を塗布した基材を、室温、無風環境下で10分静置し、さらに100℃乾燥機内で5分間乾燥させ、基材上に導電膜を備える導電性フィルムを得た。表面抵抗率、光線透過率を上記の方法で測定し、導電膜と基材の接着性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
(実施例3〜8)
高分子分散剤D−2に替えて、それぞれ高分子分散剤D−4、D−5a、D−6、D−8、D−12、D−15を使用した以外は、実施例2と同様にして、CNT分散液を調製し、導電膜および導電性フィルムを製造した。なお、分散液中のCNT濃度はいずれも0.2質量%、高分子分散剤の濃度はいずれも0.4質量%であった。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例9)
<カーボンナノチューブ分散液の調製>
10mLのガラス製容器にCNT3を10mg、高分子分散剤D-5aを20mg(CNT100質量部当たり200質量部)量りとり、溶媒として蒸留水8mlとエタノール2mlを加え、1N硝酸を用いてpHを1.6に調整した。pH調製後、氷冷下において超音波ホモジナイザーで、出力50W、120分間の条件で分散処理し、CNT分散液を調製した。なお、分散液中のCNT濃度は、0.1質量%、高分子分散剤の濃度は、0.2質量%であった。得られたCNT分散液の安定性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
<導電膜および導電性フィルムの製造>
得られたCNT分散液を、基材としての親水化表面処理したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡(株)社製A4100、100μm)、A4サイズ)上にバーコーター(#10)を用いて塗布した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、32mg/m2であった。CNT分散液を塗布した基材を、室温、無風環境下で10分静置し、さらに100℃乾燥機内で5分間乾燥させ、基材上に導電膜を備える導電性フィルムを得た。表面抵抗率、光線透過率を上記の測定し、導電膜と基材の接着性を上記の方法で評価した。結果を表1に示す。
(実施例10)
CNT3の量を20mgとし、高分子分散剤D−5aに替えて高分子分散剤D−5bを40mg(CNT100質量部当たり200質量部)を使用した以外は実施例9と同様にして、CNT分散液を調製し、導電膜および導電性フィルムを製造した。なお、分散液中のCNT濃度は、0.2質量%、高分子分散剤の濃度は、0.4質量%であった。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例11、12)
高分子分散剤D−5bに替えて、それぞれ高分子分散剤D−6、D−11を使用した以外は、実施例10と同様にして、CNT分散液を調製し、導電膜および導電性フィルムを製造した。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例13)
CNT3の量を15mgとし、高分子分散剤D−5aの配合量を30mg(CNT100質量部当たり200質量部)に変更した以外は、実施例9と同様にして、CNT分散液を調製した。そして、基材の単位面積当たりのCNTの塗布量が、394mg/m2となるようにCNT分散液を塗布した以外は、実施例9と同様にして、導電膜および導電性フィルムを製造した。なお、分散液中のCNT濃度は0.15質量%、高分子分散剤の濃度は0.3質量%であった。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
<カーボンナノチューブ分散液の作製>
10mLのガラス製容器にCNT1を25mg(うちCNT成分20mg)、比較分散剤Aを40mg(CNT100質量部当たり200質量部)を量りとり、溶媒として蒸留水を加え8mlとエタノール2mlを加え、1N塩酸用いてpHを2に調整した。pH調製後、氷冷下において、超音波ホモジナイザーで、出力50W、120分間の条件で分散処理し、CNT分散液を調製した。
なお、分散液中のCNTの濃度は、0.20質量%、高分子分散剤の濃度は、0.4質量%であった。しかしながら、表1に記載の通り、分散液の安定性が非常に悪く、均一な厚みを有する導電膜および導電性フィルムを製造することができなかった。
(比較例2)
比較分散剤Aに替えて、比較分散剤Bを使用した以外は、比較例1と同様にして、CNT分散液を調製した。しかしながら、表1に記載の通り、分散液の安定性が非常に悪く、均一な厚みを有する導電膜および導電性フィルムを製造することができなかった。
(比較例3)
比較分散剤Bの配合量を80mg(CNT100質量部当たり400質量部)とした以外は、比較例1と同様にして、CNT分散液を調製した。分散液中のCNT濃度は、0.20質量%、高分子分散剤の濃度は、0.8質量%であった。くわえて実施例1と同様に導電膜および導電性フィルムを製造した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、40mg/m2であった。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例4)
比較分散剤Aに替えて、比較分散剤Cを使用した以外は、比較例1と同様にして、CNT分散液を調製した。しかしながら、表1に記載の通り、分散液の安定性が非常に悪く、均一な厚みを有する導電膜および導電性フィルムを製造することができなかった。
(比較例5)
比較分散剤Bに替えて、比較分散剤Cを使用した以外は、比較例3と同様にして、CNT分散液を調製した。分散液中のCNT濃度は、0.20質量%、高分子分散剤の濃度は、0.8質量%であった。くわえて実施例1と同様に導電膜および導電性フィルムを製造した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、40mg/m2であった。そして実施例1と同様にして各項目について測定、評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例6、7)
比較分散剤Bに替えて、それぞれ比較分散剤D、Eを使用した以外は、比較例3と同様にして、CNT分散液を調製した。分散液中のCNT濃度は、0.20質量%、高分子分散剤の濃度は、0.8質量%であった。しかしながら、表1に記載の通り、分散液の安定性が非常に悪く、均一な厚みを有する導電膜および導電性フィルムを製造することができなかった。
(比較例8)
比較分散剤Aに替えて、比較分散剤Fを使用した以外は、比較例1と同様にして、CNT分散液を調製した。分散液中のCNTの濃度は、0.20質量%、高分子分散剤の濃度は、0.4質量%であった。くわえて実施例1と同様に導電膜および導電性フィルムを製造した。基材の単位面積当たりのCNTの塗布量は、40mg/m2であった。しかしながら、表1に記載の通り、分散液の安定性がやや悪く、また接着性が悪かった。
Figure 2015115102
表1より、スルホン酸基含有単量体単位を含み、且つエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を特定の含有割合で含む高分子分散剤(B)を用いた実施例1〜13は、CNT分散液の安定性、および導電膜と基材の接着性に優れていることがわかる。
一方、比較例1、2、4、6、7は、スルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位のうちいずれかを有さない分散剤、またはスルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位のいずれも有さない分散剤を使用しており、実施例1〜13に比して分散性が非常に悪いことがわかる。
さらに、比較例3、5は、分散剤の濃度を上げることによりCNT分散液の安定性を確保することができているが、比較例3はスルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位のいずれも有さない分散剤を、比較例5はエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を有するがスルホン酸基含有単量体単位を有さない分散剤をそれぞれ使用しており、得られる導電性フィルムにおける、導電膜と基材の接着性に極めて劣っていた。
加えて、比較例8は、スルホン酸基含有単量体単位およびエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の双方を含むが、エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合が20モル%以下である高分子分散剤を使用しており、CNT分散液の安定性を確保することはできているが、得られる導電性フィルムにおける、導電膜と基材の接着性に極めて劣っていた。
本発明によれば、安定性に優れ、かつ、基材との接着性に優れる導電膜を形成可能なカーボンナノチューブ分散液を提供することができる。
また、本発明によれば、基材との接着性に優れる導電膜、および該導電膜を備える導電性フィルムを提供することができる。

Claims (11)

  1. カーボンナノチューブ(A)、スルホン酸基含有単量体単位とエチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位を含む高分子分散剤(B)、および溶媒(C)を含み、
    前記高分子分散剤(B)は、前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合が20モル%超90モル%以下である、カーボンナノチューブ分散液。
  2. 前記高分子分散剤(B)中の前記スルホン酸基含有単量体単位が、芳香族スルホン酸またはその塩由来の単量体単位である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  3. 前記高分子分散剤(B)中の前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位が、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種由来の単量体単位である、請求項1又は2に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  4. 前記高分子分散剤(B)は、前記スルホン酸基含有単量体単位の含有割合が10モル%以上80モル%未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  5. 前記高分子分散剤(B)中、前記エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸単量体単位の含有割合に対する、前記スルホン酸基含有単量体単位の含有割合の比が0.5以上4未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  6. 前記カーボンナノチューブ(A)が、単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブの少なくとも一方を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  7. 前記溶媒(C)が水を含み、そしてpHが0.1以上8以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  8. カーボンナノチューブ(A)100質量部当たり、前記高分子分散剤(B)を50質量部以上1000質量部以下含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液を用いて得られる導電膜。
  10. 表面抵抗率が20Ω/□以下である、請求項9に記載の導電膜。
  11. 基材と、前記基材上の導電膜とを備え、
    前記導電膜が、請求項9又は10に記載の導電膜である、導電性フィルム。
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