KR101167622B1

KR101167622B1 - 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법

Info

Publication number: KR101167622B1
Application number: KR1020107009951A
Authority: KR
Inventors: 아키후미 야오
Original assignee: 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2012-07-20
Also published as: US20110232199A1; EP2218684A1; EP2218684B1; JP2009114052A; CN101801846A; EP2218684A4; JP5359166B2; US8961631B2; WO2009051076A1; KR20100074253A; CN101801846B

Abstract

불소화 나노 다이아몬드와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하고, 초음파 처리함으로써 현탁액을 제작하여, 얻어지는 현탁액을 원심분리에 의한 분급 처리에 의하여 불소화 나노 다이아몬드의 분산액을 제작하는 정제공정, 당해 정제공정에서 얻어지는 불소화 나노 다이아몬드의 분산액으로부터 상기 알콜을 제거함으로써 건조 불소화 나노 다이아몬드를 제작하는 건조공정, 당해 건조공정에서 얻어지는 건조 불소화 나노 다이아몬드와 비프로톤성 극성 용매를 혼합하고, 초음파 처리에 의하여 불소화 나노 다이아몬드 분산액을 제작하는 재분산 공정을 포함하는, 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법이 제공된다.

Description

불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF DISPERSION OF FLUORINATED NANO DIAMOND}

본 발명은, 정밀 연마제, 윤활제, 열교환 유동매체 등으로서 유용한, 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법에 관한 것이다.

트리니트로톨루엔(TNT), 헥소겐(RDX) 등의 산소 결핍형 폭약을 사용한 충격가압의 폭사법(충격법)에 의해 얻어진 다이아몬드는, 1차 입자가 3～20 nm로 매우 작기 때문에 나노 다이아몬드(ND)라 불리우고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1, 비특허문헌 2). ND는 그 나노 스케일의 입자지름에 의하여, 연마제, 윤활제, 열교환 유동매체, 수지, 금속 등과의 복합재료, 저유전율막, 에미터재 등의 전자재료, DNA담체, 바이러스 포착용 담체 등의 의료분야 등, 통상의 다이아몬드의 용도 이외에도 광범위한 용도에서의 이용이 기대되고 있다. ND를, 이와 같은 용도를 목적으로하여 공업적으로 이용하는 경우에, ND가 100 nm 미만인 미세한 입자로 액체 중에 분산된 분산액으로서의 제공이 요구된다. 그러나, ND 미립자 표면에는, 비흑연질, 흑연질 피막 등의 불순물 탄소층이 융착하고, 또, 클러스터 다이아몬드(CD)라고도 불리우는 바와 같이, ND는 통상, 입자지름이 50～7500 nm의 2차, 3차 응집체로서 제조되어 있기 때문에, 이들 불순물 탄소층의 제거, 응집체의 해쇄를 행할 필요가 있다. 또, 나노 레벨 오더의 입자를 용액 중에 분산하여 처리하는 경우, 입자가 작을수록 입자끼리의 응집이 일어나기 쉽고, 또 응집한 입자가 침강하기 때문에 안정된 분산액을 얻는 것은 매우 어렵다. 그 때문에, 이들 문제의 해결책으로서, 비즈밀 습식 해쇄기나 초음파 호모게나이저 등으로, 액체 중에 1차 입자의 ND 그대로 안정되게 분산시키는 방법이 여러가지 검토되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2).

또한, ND의 2차, 3차 응집체(CD)의 해쇄를 목적으로, CD와 불소가스를 반응시키는 방법도 보고되어 있다. 예를 들면, CD를 반응온도 : 300～500℃, 불소가스압 : 0.1 MPa, 반응시간 : 5～10일로 불소와 접촉시키면, 다이아몬드 구조를 유지한 채로, F/C 몰비가 0.2 정도(XPS, 원소분석)의 불소화 CD 가 얻어진다(비특허문헌 3). 이 불소처리에 의하여, 2차 입자 지름이 약 40㎛의 CD는, 그 응집이 부분적으로 풀려 200 nm 정도가 되는 것이 TEM에 의해 관측되고 있다. 또, CD의 마찰계수는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과의 혼합분말에서의 회전식 마찰시험에 의하여, 현저하게 저하하는 것이 확인되고 있다(비특허문헌 4). 이것은, TEM 관찰에 의한 ND의 격자모양이 명료하게 되어 있기 때문에, 고온에서의 반응에 의해 ND 표면의 비흑연질 탄소가 제거되고, 또한 ND 표면의 CF기, CF2기, CF3기 등의 형성에 의해 표면 에너지가 저하하였기 때문이라고 보고되어 있다(비특허문헌 5). 또, 반응온도 : 150, 310, 410, 470℃, F2/H2 유량비 : 3/1, 반응시간 : 48시간의 불소처리에 의하여, 불소 함유량 5～8.6 at.%(EDX에 의한 분석)의 불소화 ND를 합성한 것에 의하여, 원래의 ND보다 에탄올 등의 극성 용매에 대한 용해성이 향상하는 결과도 보고되어 있다(비특허문헌 6, 특허문헌 3). 그러나, 이 불소화처리에서는, CD의 응집체 모두를 완전히 해쇄하는 것은 곤란하기 때문에, 입자지름이 100 nm 미만으로 이루어지는 나노 오더의 불소화 ND가 분산된 분산액을 얻는 경우, 초음파 호모게나이저 등의 분산 처리를 행한 후, 원심분리처리, 필터여과 등의 분급조작이 필수이다. 이 분급조작에 의하여, 분산되는 불소화 ND의 농도가 저하하기 때문에, 고농도로 불소화 ND가 분산된 분산액을 얻기 위해서는, 농축 등의 공정을 행할 필요가 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2005-1983호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개2005-97375호 공보

[특허문헌 3]

US2005/0158549A1호 명세서

[비특허문헌 1]

오사와 에이지 : 숫돌입자 가공 학회지, 47,414(2003).

[비특허문헌 2]

하나다 고타로 : 숫돌입자 가공 학회지, 47,422(2003).

[비특허문헌 3]

오이 다츠미, 요네모토 아키코, 가와사키 신지, 오키노 후지오, 히가시하라 히데카즈 : 제26회 불소화학 토론회 요지집(2002년 11월), p.24-25

[비특허문헌 4]

요네모토 아키코, 오이 다츠미, 가와사키 신지, 오키노 후지오, 가타오카 후미아키, 오사와 에이지, 히가시하라 히데카즈 : 일본화학회 제83회 춘계년회 예고집(2003년 3월), p.101

[비특허문헌 5]

H.Touhara, K.Komatsu, T.Ohi, A.Yonemoto, S.Kawasaki, F.Okino and H.Kataura : Third French-Japanese Seminar on Fluorine in Inorganic Chemistry and Electrochemistry(April, 2003)

[비특허문헌 6]

Y.Liu, Z.Gu, J.L.Margrave, and V.Khabashesku ; Chem.Mater.16,3924 (2004).

불소화 ND는, 에탄올, 이소프로필알콜 등의 알콜류를 비롯한 극성 용매에 잘 분산되고, 특히 디메틸술폭시드, 아세톤, N,N-디메틸아세트아미드 등의 비프로톤성 극성 용매에 대해서는 매우 높은 분산성을 나타낸다. 그러나, 불소화 ND는 입자지름 100 nm 이상의 응집체(이하, 응집체라 표기)나 불순물 탄소 등을 많이 포함하고 있기 때문에, 이들 용매에 입자지름이 100 nm 미만으로 이루어지는 나노 오더의 불소화 ND(이하, 진성 불소화 ND라 표기)만이 분산된 분산액을 얻기 위해서는, 초음파 호모게나이저 등을 사용한 분산 처리 외에, 원심분리기 등을 사용한 분급처리를 행하는 것이 필수가 된다. 그러나, 비프로톤성 극성 용매를 분산매로서 선택한 경우, 불소화 ND의 응집체도 비프로톤성 극성 용매에 대하여 매우 높은 분산성을 나타내기 때문에, 원심분리기에 의한 분급처리에서는, 응집체와 진성 불소화 ND를 분급하는 것이 매우 곤란하다. 원심분리기의 회전수를 증가시켜 응집체를 제거하는 것도 불가능하지 않으나, 그 경우, 진성 불소화 ND도 응집체와 함께 제거되기 때문에, 얻어지는 분산액의 농도가 저하하여, 불소화 ND가 1% 이상 분산된 분산액을 얻을 수 없다. 불소화 ND가 1% 이상 분산된 분산액을 얻기 위해서는, 농축 등의 조작을 따로 행할 필요가 있다. 그러나, 분산액을 농축한 경우, 불소화 ND의 분산성이 저하하여, 평균 입자지름이 증대할 가능성이 있다. 원심분리 이외의 분급조작으로서, 여과지나 필터를 사용한 여과에 의하여 분급하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 수 10 ㎖정도의 소량에 대해서는 분급 가능하나, 공업적으로 1L 이상의 대용량을 처리하는 경우, 즉시 여과지 또는 필터가 눈막힘되기 때문에, 분급이 매우 곤란하여, 진성 불소화 ND가 1% 이상의 농도로 분산된 비프로톤성 극성 용매의 분산액을 얻을 수는 없는 상황에 있다.

본 발명은, 비프로톤성 극성 용매를 분산매로 하여, 진성 불소화 ND가, 1% 이상의 농도로 분산되고, 적어도 120시간 이상의 장기에 걸쳐, 안정되게 분산된 분산액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 먼저 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하고, 초음파 처리하여 얻어지는 현탁액을 원심분리에 의한 분급처리에 의하여 분산액을 제작하고, 그 분산액 중의 알콜분을 제거하여 얻어지는 건조 불소화 ND가, 매우 높은 분산성을 가지는 것을 찾아내었다. 그리고, 당해 건조 불소화 ND를 비프로톤성 극성 용매에 분산시킴으로써, 평균 입자지름을 증대시키지 않고, 진성 불소화 ND의 분산 농도를 0.01～15%의 범위에서 자유롭게 조정 가능하고, 적어도 120 시간 이상의 장기에 걸쳐 안정된 분산액을 제공할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명은, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하여, 초음파 처리함으로써 현탁액을 제작하고, 얻어지는 현탁액을 원심분리에 의한 분급처리에 의해 불소화 ND의 분산액을 제작하는 정제공정, 당해 정제공정에서 얻어지는 불소화 ND의 분산액으로부터 상기 알콜을 제거함으로써 건조 불소화 ND를 제작하는 건조공정, 당해 건조공정에서 얻어지는 건조 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매를 혼합하고, 초음파 처리에 의해 불소화 ND 분산액을 제작하는 재분산 공정을 포함하는, 불소화 ND 분산액의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 분산액 제작방법에서는, 진성 불소화 ND만이, 비프로톤성 극성 용매에 분산된 분산액을 제작하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명의 건조공정에서 얻어지는 건조 불소화 ND는, 비프로톤성 극성 용매 이외의 용매에도 분산 가능하고, 분산액의 사용 목적에 맞춘 분산매의 선택이 가능해진다. 또, 본 발명의 분산액 제작방법에 의해 얻어지는, 평균 입자지름이 3～20 nm인 불소화 ND 분산액은, 평균 입자지름을 20 nm보다 증대시키지 않고, 적어도 120 시간 이상의 장기에 걸쳐, 안정되게 분산하여, 보존하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 분산액 제작방법에 의하여 분산액 중의 불소화 ND의 함유량을 0.01～15%의 범위에서 자유롭게 조정 가능해진다.

본 발명의 제작방법에 의해 얻어지는 불소화 ND의 분산액은, 연마제, 윤활제, 열교환 유동매체, 수지, 금속 등과의 복합재료, 저유전율막, 에미터재 등의 전자재료, DNA담체, 바이러스 포착용 담체 등의 의료분야 등, 통상의 다이아몬드의 용도 이외에도 광범위한 용도에서의 이용이 가능해진다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용하는 분산입자는, ND와 불소가스의 직접반응, 또는 불소 플라즈마에 의한 불소화 등에 의하여 ND 표면을 불소로 수식(修飾)하여 생성한 불소화 ND 이다. 이 불소화 ND의 불소 함유량은, 10% 이상인 것이 바람직하고, 불소 함유량이 10% 미만인 경우, 건조공정에서, 알콜을 제거하여 얻어지는 건조 불소화 ND가, 다시 응집하여, 재분산 공정에서 비프로톤성 극성 용매에 분산되기 어렵게 될 가능성이 있다. 또, 불소화는 ND의 최표면만이 반응하고, 표면 1층에 불소가 부가하고 있는 것이 바람직하며, 만약, 표면 1층보다 내부에 불소가 부가하고 있는 경우, 다이아몬드 구조의 일부, 또는 전체가 붕괴하고 있을 가능성이 있어, 입자지름의 불균일이나, 입자강도의 저하를 야기할 가능성이 있다. 표면 1층에 불소가 부가하고 있는 경우의 최대 불소 함유량은, 1차 입자의 입자지름에 의하나, 예를 들면 1차 입자의 입자지름이 모두 3 nm이고, 다이아몬드의 결정 구조가, 8면체형의 단결정이라고 가정한 경우, 최대 불소 함유량은 약 34%가 되고, 입자지름이 10 nm에서는 14.5% 이다.

본 발명의 정제공정에서 사용하는 알콜은, 불소화 ND가 적절하게 분산되고, 또한, 건조하기 쉬운 것이 바람직하기 때문에, 탄소수 4 이하의 알콜을 사용한다. 탄소수 4 이하의 알콜로서 구체적으로는, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올 등의 외에, 테트라플루오로프로판올 등의 함불소계 알콜류 등도 들 수 있다. 또한, 탄소수가 4보다 큰 알콜, 예를 들면 헥산올이나 옥탄올은, 탄소수가 증가함에 따라 점도가 증가하고, 불소화 ND의 분산성이 저하하기 때문에, 진성 불소화 ND의 분산액을 얻을 수 없을 가능성이 있다.

또, 본 발명의 재분산 공정에서 사용하는 비프로톤성 극성 용매는, 사용하는 용도에 맞춘 선택이 가능하고, 특별히 특정되지 않으나, 비프로톤성 극성 용매의 대표예로서, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피로리돈, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 아세토니트릴, 아세톤, 디메톡시에탄, 헥사메틸인산트리아미드 등을 들 수 있다.

다음에, 본 발명의 불소화 ND 분산액의 제작방법은, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하여, 초음파 처리함으로써 현탁액을 제작하여, 얻어지는 현탁액을 원심분리에 의한 분급처리에 의하여, 불순물 및 응집체가 제거된 불소화 ND의 분산액을 제작하는 정제공정, 당해 정제공정에서 얻어지는 불소화 ND의 분산액 중의 탄소수 4 이하의 알콜을 증류 등의 조작에 의해 제거함으로써 건조 불소화 ND를 제작하는 건조공정, 당해 건조공정에서 얻어지는 건조 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매를 혼합하고, 초음파 처리에 의해 불소화 ND 분산액을 제작하는 재분산 공정으로 이루어진다.

정제공정에서, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하는 비율은, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜의 전 질량에 대하여 불소화 ND가 0.5～1.2%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 불소화 ND를 0.5% 미만으로 혼합한 경우에도, 본 발명의 목적을 달성하는 것은 가능하나, 나중의 건조공정에서, 얻어지는 불소화 ND가 소량이기 때문에, 불소화 ND가 비프로톤성 극성 용매에 고농도로 분산된 분산액을 얻기 위해서는, 정제공정 또는 건조공정의 규모를 크게 하거나, 각 공정의 배치회수를 증가하여 불소화 ND를 제작할 필요가 있어, 생산성이 저하할 가능성이 있다. 또, 불소화 ND를 1.2%보다 많게 혼합한 경우, 나중의 초음파 처리에서, 그 효과가 충분히 발휘되지 않아, 원하는 현탁액을 얻을 수 없을 가능성이 있다.

또, 정제공정에서, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜과의 현탁액을 제작하는 경우, 초음파 처리 시의 초음파의 조사출력은 400 W 이상인 것이 바람직하다. 조사출력이 400 W 미만에서는, 불소화 ND가 충분히 현탁하지 않아, 나중의 원심분리에 의한 분급처리에 의하여, 진성 불소화 ND도 침전할 가능성이 있다. 조사출력은 400 W 이상이면 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있으나, 조사시간을 고려한 경우, 조사출력은 600 W 내지 1500 W인 것이 더욱 바람직하다. 조사시간은 처리하는 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜과의 혼합액의 양에도 의하기 때문에 한정할 수 없으나, 예를 들면 혼합액이 100 ㎖인 경우, 조사출력 400 W로 1 h 이상의 처리가 필요한 것에 대하여, 조사출력 700 W로 0.5 h, 조사출력 1500 W로 0.1 h로 처리할 수 있다. 또한, 더 이상의 조사시간으로 처리하여도, 본 발명의 목적 달성에 지장을 초래하는 일은 없으나, 분산농도의 증가 등의 효과가 얻어지는 것은 기대할 수 없다.

또한, 정제공정에서의 원심분리에 의한 분급처리에서, 진성 불소화 ND로 이루어지는 분산액을 얻기 위해서는, 초음파 조사 후의 현탁액을 상대 원심 가속도가 3500 G～6000 G인 원심분리에 의한 분급처리를 행하는 것이 바람직하다. 상대원심 가속도가 3500 G 미만인 경우, 불소화 ND의 응집체를 완전히 제거할 수 없어, 진성 불소화 ND로 이루어지는 분산액을 얻을 수 없다. 또, 6000 G보다 높은 상대원심 가속도로 처리한 경우, 진성 불소화 ND도 침전하여 제거되어, 불소화 ND의 분산농도가 저하할 가능성이 있다. 또한, 원심분리의 처리시간은, 상대원심 가속도, 사용하는 원침관의 용량 등에 따라 다르기 때문에, 한정할 수 없으나, 예를 들면, 50 ㎖의 원침관을 사용한 경우, 상대원심 가속도 4500 G로 0.5 h, 상대원심 가속도6000 G로 0.1 h으로 충분하다.

다음에, 건조공정에서, 진성 불소화 ND로 이루어지는 분산액 중의 탄소수 4 이하의 알콜을 제거하는 방법으로서는, 증류[감압증류, 상압(常壓)증류 등]를 행하는 것이 바람직하다. 건조기 등으로, 단순히 가열하여 건조처리를 행하는 것도 가능하나, 본 발명에서 사용하는 알콜은 인화성으로, 발화, 폭발할 위험성이 있기 때문에, 그 경우는 N₂ 등 불활성 가스를 분위기 가스로 사용하는 등의 대책이 필요하다. 처리시간을 단축하여, 안전하게 조작을 행하기 위해서는, 감압증류를 사용하는 것이 일반적일 것이다.

재분산 공정에서, 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매의 혼합 농도는, 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매의 전 질량에 대하여, 불소화 ND가 0.01～15%의 범위인 것이 적합하고, 사용하는 목적에 맞춘 농도 조정이 가능하다. 또한, 15%보다 높은 농도에서는, 불소화 ND의 안정성이 저하할 가능성이 있어, 최악의 경우, 120시간 이내에 침전을 발생할 가능성이 있다.

또, 재분산 공정에서, 불소화 ND를 비프로톤성 극성 용매에 분산시켜, 안정된 분산액을 얻기 위해서는, 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매의 혼합물에, 초음파 처리를 행할 필요가 있다. 정제공정과 마찬가지로 초음파의 조사출력은 400 W 이상인 것이 바람직하다. 조사출력이 400 W 미만에서는, 불소화 ND가 충분히 분산하지 않을 가능성이 있으나, 조사출력이 400 W 이상이면 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있다. 조사시간은 처리하는 불소화 ND와 비프로톤성 혼합용매의 혼합액의 양, 혼합농도 등에도 의하기 때문에 한정할 수 없으나, 예를 들면 혼합액의 전량이 100 ㎖이고, 불소화 ND의 혼합농도가 1%인 경우, 조사출력 400 W로 0.2 h 이상, 조사출력 700 W로 0.1 h 이상의 처리가 필요하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예

실시예 1～5

미리, ND(간쑤링운나미재료 유한공사 제, 나노 다이아몬드 정제분, 입자지름 : 3～20 nm, 판매 대리점 : (주)뉴메탈스 엔드 케미컬스 코포레이션)을 압력 1 kPa로 3시간, 400℃로 가열하여, ND에 포함되는 수분을 제거하였다. 건조처리를 행한 ND를 20 g, 니켈제의 반응관에 넣고, 이것에 20℃에서, 불소가스를 유량 20 ㎖/min, 아르곤 가스를 유량 380 ㎖/min으로 유통하였다. 그리고, 시료를 400℃로 가열하여, 140 시간, 아르곤 가스와 불소가스의 유통을 계속하고, ND와 불소가스를 반응시켜, 불소화 ND를 제작하였다. 또한, 제작한 불소화 ND의 불소 함유량은 원소분석에 의해 12% 였다.

얻어진 불소화 ND를, 탄소수 4 이하의 알콜로서 에탄올(실시예 1～3) 또는 이소프로필알콜(실시예 4, 5) 300 ㎖에 2.4 g 투입하고, 초음파 호모게나이저(VCX-750, Sonics&materials사 제)에 의해, 출력 700 W의 초음파 조사를 0.5시간 행하여, 불소화 ND가 분산된 현탁액을 제작하였다.

다음에, 얻어진 현탁액을 원심기(CN-2060, HSIANGTAI사 제)에 의하여, 회전수6000 rpm(상대 원심 가속도 3900 G)으로 40 min 분급 처리하고, 원심분리 후의 웃물액을 채취하여 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대하여 평균 입자지름 및, 분산 입자농도를 측정한 바, 함유하는 최대 입자지름은 56 nm, 평균 입자지름은 12 nm, 분산입자 농도는 0.4% 이었다.

얻어진 분산액 300 ㎖를 회전 증발기(N-1000T, 도쿄 이화기계 주식회사 제)로 감압 증류하여, 불소화 ND의 건조물 0.9 g을 얻었다. 이상의, 불소화 ND와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하여 감압 증류까지의 조작을 반복하여 행하고, 불소화 ND의 건조물을 합계 10 g 얻었다.

또한, 최대 입자지름과 평균 입자지름은, 동적 광산란법에 의한 입도 분포 측정기(FPAR1000, 오츠카전자 제)를 사용하여 측정을 행하고, 입자 지름마다의 빈도를 분산입자의 질량에 의해 환산한 질량 환산 입도 분포로부터, 산출되는 값을 채용하고, 분산입자 농도는, 분산액을 10 g 칭량하고, 건조기에 의해 50℃에서 건조하여 분산매를 제거 후, 잔존한 입자의 질량을 칭량하여 분산입자 농도를 산출하였다.

비프로톤성 극성 용매로서, N-메틸-2-피로리돈(CAS 번호:872-50-4, 실시예 1, 2, 4), 또는 N,N-디메틸아세트아미드(CAS:127-19-5, 실시예 3, 5)를 사용하여, 불소화 ND의 건조물의 질량이 불소화 ND의 건조물과 비프로톤성 극성 용매의 합계 질량에 대하여, 실시예 1 및 3, 4는 1%, 실시예 2는 12%, 실시예 5는 5%가 되도록 혼합하고, 초음파 호모게나이저(VCX-750)에 의해, 출력 700 W의 초음파 조사를 0.1 시간 행하여, 불소화 ND의 분산액을 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 각 분산액에 대하여, 120시간 정치한 후에, 분산입자 농도, 최대 입자지름, 평균 입자지름을 측정하였다. 어느 것이나, 얻어진 분산액의 분산입자 농도는, 비프로톤성 극성 용매와의 혼합 시에 조정한 농도와 일치하였다.

비교예 1

탄소수 4 이하의 알콜 대신 옥탄올(탄소수 8)을 사용하는 이외는, 상기 실시예 1～5와 동일한 방법으로 불소화 ND를, 옥탄올(탄소수 8) 300 ㎖에 2.4 g 투입하고, 초음파 호모게나이저 및 원심기에 의한 분급처리를 행하였으나, 원심분리 후, 모든 불소화 ND 입자가 침전하였기 때문에, 불소화 ND의 분산액은 얻어지지 않았다.

비교예 2, 3

상기 실시예 1～5와 동일한 방법으로 불소화한 불소화 ND를, 불소화 ND의 질량이 불소화 ND와 비프로톤성 극성 용매(비교예 2:N-메틸-2-피로리돈, 비교예 3:N,N-디메틸아세트아미드)의 합계 질량에 대하여, 1%가 되도록 혼합하고, 초음파 호모게나이저(VCX-750)에 의해, 출력 700 W의 초음파 조사를 0.5 시간 행하여, 불소화 ND가 분산된 현탁액을 제작하였다. 다음에, 얻어진 현탁액을 원심기(CN-2060)에 의하여 회전수 6000 rpm(상대 원심 가속도 3900 G)으로 40 min 분급처리하고, 원심분리 후의 웃물액을 채취하여 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대하여, 120 시간 정치한 후의, 최대 입자지름, 평균 입자지름, 및 분산입자 농도를 측정하였다.

비교예 4

상기 비교예 2에서 제작한 불소화 ND 분산액 20 ㎖를 건조기(DSR-111, 이스즈 제작소사 제)에 의하여 분산입자 농도가 2%가 될 때까지 용매를 증발시켜 농축하였다. 얻어진 농축액에 대하여 최대 입자지름, 평균 입자지름, 및 분산입자 농도를 측정하였다.

실시예 1～5, 비교예 1～4의 결과를 정리하여 표 1에 나타낸다. 또한 표 1에서의 분산입자 농도, 최대 입자지름, 평균 입자지름은, 실시예 1～5에 대해서는 재분산 공정에서 얻어진 분산액의 값을 나타내고, 비교예 2, 3은 원심분리 후의 웃물액의 값, 비교예 4는 농축하여 얻어진 분산액의 값을 각각 나타내고 있다.

Claims

불소화 나노 다이아몬드와 탄소수 4 이하의 알콜을 혼합하여, 초음파 처리함으로써 현탁액을 제작하고, 얻어지는 현탁액을 원심분리에 의한 분급처리에 의해 불소화 나노 다이아몬드의 분산액을 제작하는 정제공정, 당해 정제공정에서 얻어지는 불소화 나노 다이아몬드의 분산액으로부터 상기 알콜을 제거함으로써 건조 불소화 나노 다이아몬드를 제작하는 건조공정, 당해 건조공정에서 얻어지는 건조 불소화 나노 다이아몬드와 비프로톤성 극성 용매를 혼합하여, 초음파 처리에 의해 불소화 나노 다이아몬드 분산액을 제작하는 재분산 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항에 있어서,
불소화 나노 다이아몬드가 10% 이상의 불소함량을 가지는 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
정제공정의 불소화 나노 다이아몬드와 탄소수 4 이하의 알콜의 혼합에 있어서, 불소화 나노 다이아몬드와 탄소수 4 이하의 알콜의 전 질량에 대하여, 불소화 나노 다이아몬드가 0.5～1.2 질량%인 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
정제공정의 초음파 처리에서의 초음파의 조사출력이 400 W 이상인 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
정제공정의 원심분리를 3500 G～6000 G의 상대 원심 가속도로 행하는 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
재분산 공정에서, 건조 불소화 나노 다이아몬드와 비프로톤성 극성 용매의 전 질량에 대하여, 건조 불소화 나노 다이아몬드가 0.01～15 질량%인 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
재분산 공정의 초음파 처리에서의 초음파의 조사출력이 400 W 이상인 것을 특징으로 하는 불소화 나노 다이아몬드 분산액의 제작방법.