KR20090127399A

KR20090127399A - 질화붕소계 섬유지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090127399A
Application number: KR1020097014147A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 구와하라; 요시오 반도; 춘이 즈; 청춘 탕; 드미트리 골베르그
Original assignee: 데이진 가부시키가이샤; 도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-12-11
Also published as: TW200912088A; WO2008108484A1; US8025766B2; EP2123828A1; JPWO2008108484A1; CN101627161B; EP2123828A4; US20100108276A1; CN101627161A; JP5099117B2

Abstract

미세한 섬유 직경을 갖고 또한 우수한 내열성, 기계적 특성 및 열전도성을 나타내는 질화붕소 섬유지를 제공한다. 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유가 40 중량％ 이상을 차지하는 섬유 집합체로 이루어지는 섬유지.

Description

질화붕소계 섬유지 및 그 제조 방법{BORON NITRIDE FIBER PAPER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 질화붕소 무기 섬유지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유를 함유하는, 섬유 집합체로 이루어지는 질화붕소계 섬유지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 유리 섬유나 탄소 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유 등 무기 화합물로 이루어지는 섬유를 주요 소재로 하여, 종이적 성질을 부여하는 가공을 한 무기 섬유지가 개발되고 있다. 이들 섬유지에는 내열성이나 전기 특성, 기계 특성을 비롯한 다양한 특성을 부여할 수 있기 때문에, 폭넓은 용도로 전개되고 있다.

예를 들어 실리카·알루미나 섬유로 이루어지는 세라믹 섬유지는, 우수한 내열성이나 단열성, 기계 특성을 살려, 필터나 마찰제, 단열재 등으로의 응용이 검토되고 있다. 이와 같은 무기 섬유는, 종래 그 원료가 되는 무기물을 천 수백도의 노에서 용융시키고, 압축 공기나 스피너로 날려 버려 섬유화하기 때문에, 제법상 비섬유상 입자를 50％ 정도 함유하고 있어, 무기 섬유지로 사용하기 위해서는 그 비섬유상 입자를 제거해야만 했다. 또한, 종래 얻어진 무기 섬유지는 그것을 구성하는 섬유의 직경이 비교적 크므로, 박막화가 곤란하였다. 그 때문에, 일반적으로 주체 섬유로서 섬유 직경 5㎛ 이하의 유리 촙드 스트랜드(glass chopped strand)를 전체 섬유 중량의 50％ 이상 사용하고 습식 초지 (抄紙) 법에 의해 프린트 배선판용 유리 섬유 부직포를 제조하거나 (일본 공개특허공보 평11-189957호 참조) 또는 평균 섬유 직경 7㎛ 이상의 유리 촙드 스트랜드 50mass％ 이상과 평균 섬유 직경이 1㎛ 이하인 실리카 극세 섬유 3 ∼ 20mass％ 를 함유하는 부직포로 하는 (일본 공개특허공보 2004-183178호 참조) 것 등이 제안되어 있다. 이들 수단으로 얻어지는 섬유 부직포는 유리 촙드 스트랜드를 함유하기 때문에 내열성이 불충분하다는 문제가 있다.

한편, 일본 공개특허공보 2004-190183호 및 일본 공개특허공보 2000-109306호에는, 질화붕소 나노튜브로 대표되는 질화붕소 섬유가 CVD 법에 의해 조제 가능하다는 것이 개시되어 있다. 이와 같은 질화붕소 섬유는, 예를 들어 고강도, 고탄성률, 고열전도성 또한 절연성, 고내열성이라는 특징을 갖는 무기 필러로서 폴리머 등의 구조 재료 매트릭스 중에 첨가함으로써, 기계적 물성, 내열성이나 열전도성을 향상시킨 배합물을 들 수 있는 것을 기대할 수 있다. 또한 질화붕소 섬유를 성형하여 박막상으로 성형할 수 있으면, 종래의 무기 섬유를 능가하는 내열, 고강도 소재 또한 열전도성 소재로서의 응용이 가능해질 것으로 기대된다. 그러나 지금까지 질화붕소 섬유를 사용하여 섬유지를 초지하였다는 보고는 없다.

본 발명자들은, 상기 종래 기술을 감안하여 예의 검토를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 상기 종래 기술이 갖고 있던 문제점을 해소하여, 미세한 섬유 직경을 갖고 또한 우수한 내열성, 기계적 특성 및 열전도성을 나타내는 질화붕소계 섬유지를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 매우 간편한 방법으로 상기 질화붕소계 섬유지를 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 이하의 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

즉, 본 발명의 상기 목적 및 이점은, 첫 번째로, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유를 섬유 집합체 중에 40 중량％ 이상으로 함유하는 그 섬유 집합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유지에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적 및 이점은, 두 번째로, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유를 섬유 집합체 중에 40 중량％ 이상으로 함유하는 그 섬유 집합체를, 계면 활성제 수용액 또는 유기 용매에 분산시키고, 이어서 얻어진 분산액을 초지에 제공하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 섬유지의 제조 방법에 의해 달성된다.

도 1 은 실시예 1 에서 얻어진 섬유지의 주사형 전자 현미경 사진이다.

도 2 는 실시예 2 에서 얻어진 섬유지의 주사형 전자 현미경 사진이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 질화붕소계 섬유지는, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유가 섬유 집합체 중에 40 중량％ 이상으로 함유되는 그 섬유 집합체로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 섬유지는 질화붕소 섬유를 주성분으로 하는 섬유 집합체로 구성된다. 바람직하게는 두께가 10㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 20㎛ ∼ 5㎜ 이다. 겉보기 중량은 100g/㎡ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200 ∼ 1,000g/㎡ 이다. 또한, 본 발명에 있어서 섬유 집합체란, 단섬유 및/또는 장섬유가 얽히거나, 또는 얽히지 않고 집합된 상태의 것을 말한다.

본 발명의 섬유지에 있어서, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유의 섬유 집합체 중에 차지하는 비율이 40 중량％ 보다 작으면, 얻어지는 섬유지의 표면적이 작아져 바람직하지 않다. 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유의 바람직한 비율은 50 중량％ 이상이고, 보다 바람직하게는 80 중량％ 이상이다.

섬유 집합체를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경이 0.4㎚ ∼ 1㎛ 인 것이 바람직하다. 평균 섬유 직경은 섬유지의 표면 조직을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하여 임의의 150 개의 평균값으로부터 정량할 수 있다. 섬유지를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경이 1㎛ 보다 크면, 그 섬유지의 박형화가 곤란해지고, 또한 섬유지의 표면적도 작아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한 섬유 집합체를 구성하는 섬유의 평균 애스펙트비가 5 이상인 것이 바람직하다. 평균 애스펙트비는 섬유지의 표면 조직을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하여 임의의 150 개의 직경 및 길이의 평균값으로부터 정량할 수 있다.

질화붕소는 1,000℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있는 높은 내열성을 갖고 있고, 또한 우수한 내부식성도 갖고 있으므로, 이 특성을 발휘하는 섬유지를 얻고자 하는 목적에서, 섬유 집합체는 질화붕소 섬유로 주로 구성되는 것이 바람직하다. 섬유 집합체의 40 ∼ 100 중량％ 가 질화붕소 섬유인 것이 바람직하고, 60 ∼ 100 중량％ 가 질화붕소 섬유인 것이 보다 바람직하다.

또한 섬유 집합체에는 질화붕소 섬유 이외의 다른 섬유, 예를 들어 합성 섬유, 천연 섬유, 무기 섬유와 같은 섬유 구조체가 함유되어 있어도 된다. 그 경우, 질화붕소 섬유 이외의 섬유의 평균 섬유 직경은 1㎛ 초과이어도 상관없지만, 섬유지를 구성하는 섬유 집합체 전체의 평균 섬유 직경이 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 섬유 집합체 전체의 평균 섬유 직경이 0.4㎚ ∼ 1㎛ 인 것이 보다 바람직하다.

질화붕소 섬유의 바람직한 평균 섬유 직경은 10㎚ ∼ 700㎚ 이고, 보다 바람직하게는 20㎚ ∼ 500㎚ 이다. 그러한 질화붕소 섬유로는, 질화붕소 나노튜브, 질화붕소 나노로드로 대표되는 섬유상 구조체를 들 수 있다. 그 중에서도 섬유 집합체가 질화붕소 나노튜브로 이루어지는 것이 바람직하다. 섬유 집합체의 1 ∼ 100 중량％ 가 질화붕소 나노튜브인 것이 바람직하고, 10 ∼ 100 중량％ 가 질화붕소 나노튜브인 것이 보다 바람직하다.

이와 같은 질화붕소 나노튜브의 제조 방법으로는, 아크 방전법, 레이저 가열법, 화학적 기상 성장법을 사용하여 합성할 수 있는 것이 알려져 있다. 또한, 붕화니켈을 촉매로서 사용하고, 보라진을 원료로 하여 합성하는 방법도 알려져 있다. 또한, 카본 나노튜브를 주형으로서 이용하고, 산화붕소와 질소를 반응시켜 합성하는 방법도 제안되어 있다. 본 발명에 사용되는 질화붕소 섬유는, 이들 방법에 의해 제조되는 것에 한정되지 않는다. 질화붕소 섬유는, 강산 처리나 화학 수식된 것도 사용할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이 섬유 집합체를 구성하는 섬유의 평균 애스펙트비가 5 이상인 것이 바람직하고, 나아가서는 질화붕소 섬유에 있어서 애스펙트비가 5 미만인 섬유를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 「실질적으로 함유하지 않는다」란, 주사형 전자 현미경에 의해 임의의 장소를 관찰해도 애스펙트비가 5 이하인 섬유 길이를 갖는 섬유가 관찰되지 않는 것을 의미한다. 질화붕소 섬유 중에 그 이하의 섬유 길이를 갖는 섬유가 함유되면, 얻어지는 섬유지의 역학 강도가 불충분해지는 경우가 있다. 질화붕소 섬유 중에 애스펙트비 10 이하의 섬유 길이를 갖는 섬유를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하고, 나아가서는 애스펙트비 20 이하의 섬유 길이를 갖는 섬유를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유지에는, 섬유 형상 이외의 성분, 예를 들어 무기 입자, 바인더 성분 등이 함유되어 있어도 된다. 섬유 집합체에 추가로 바인더 성분을 혼합함으로써, 섬유지의 역학 특성을 개선할 수도 있다.

본 발명의 섬유지를 제조하려면, 전술한 그 섬유지가 얻어지는 수법이면 모두 채용할 수 있는데, 질화붕소 섬유를 제조하는 공정, 그 섬유를 유기 용매 또는 계면 활성제 수용액에 분산시키는 공정 및 그 섬유의 분산 용액을 초지하는 공정을 포함하는 섬유지의 제조 방법을 바람직한 하나의 양태로서 들 수 있다. 본 발명의 제조법은, 카본 나노튜브 섬유로 섬유지를 제조하는 방법 (일본 공개특허공보 2006-335604호 참조) 과 같이, 섬유를 제조한 후 섬유를 매체에 분산시키기 전에 산화 처리나 산 처리를 하여 섬유에 극성기를 도입하는 공정을 필요로 하는 방법과는 달리, 이와 같은 처리에 의해 극성기를 도입할 필요가 없고, 또한 하지 않는 것이 바람직하다.

여기서 섬유는, 이것을 분산시킨 용매를 제거하여 섬유를 형성하는 상태뿐만 아니라, 그 용매의 일부가 섬유에 함유되어 있는 상태도 나타내고 있다.

초지 방법에 대해서는 구체적으로는, 초지 공정에 있어서의 탈수, 건조 방법으로는 공지된 방법이 사용되는데, 예를 들어 장망 (長網) 이나 원망 (圓網) 을 사용하는 방법, 프레스 롤, 석션 롤이나 흡인 장치에 의해 수분을 압착 (壓搾) 제거, 흡인 제거하거나, 또는 열이나 바람으로 건조시키는 등 임의의 수법을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 얻어진 섬유를 계면 활성제 수용액 또는 적당한 유기 용매 등에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 습지를 제조하고, 이 습지를 탈수, 건조시키는 습식 초지법을 사용하는 방법을 구체적으로 들 수 있다. 이 때, 섬유와 함께 바인더 성분 등을 동시에 분산시킴으로써 바인더 성분을 균일하게 도포할 수 있다.

질화붕소 섬유를 계면 활성제 수용액 또는 유기 용매에 분산시킬 때, 교반, 진탕 (振蕩), 초음파 조사 등의 처리를 실시하는 것이 바람직하고, 특히 초음파 조사 처리가 바람직하다.

분산시, 질화붕소 섬유와 계면 활성제 수용액 또는 유기 용매의 혼합비는 0.1 : 100 내지 100 : 100 (중량비) 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5 : 100 내지 20 : 100 (중량비) 의 범위에 있으면 특히 바람직하다.

또한, 계면 활성제 수용액의 계면 활성제 농도는 0.05 ∼ 20 중량％ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.1 ∼ 10 중량％ 의 범위에 있으면 특히 바람직하다.

사용되는 분산 매체로서 계면 활성제 수용액을 사용하는 경우, 계면 활성제는 종래 공지로 알려진 어떠한 종류의 것을 사용해도 된다. 그러한 계면 활성제로는, 예를 들어 아니온성 계면 활성제, 카티온성 계면 활성제, 양쪽성 계면 활성제 및/또는 노니온성 계면 활성제를 들 수 있다. 아니온성 계면 활성제로는, 예를 들어, 1) 도데실황산에스테르나트륨 등으로 대표되는 알킬황산에스테르 및 그 염, 2) 라우릴술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 도데실나프탈렌술폰산나트륨 등으로 대표되는 올레핀술폰산, 아릴술폰산 및 그 염, 3) 팔미트산나트륨, 라우르산나트륨 및 스테아르산칼륨 등으로 대표되는 지방족 카르복실산 및 그 염, 4) 올레산아미드술폰산나트륨으로 대표되는 아미드술폰산 및 그 염을 들 수 있다. 카티온성 계면 활성제로는, 예를 들어, 1) 옥틸트리메틸암모늄클로라이드, 도데실트리메틸암모늄브로마이드, 세틸트리메틸암모늄클로라이드, 페닐트리메틸암모늄클로라이드와 같은 4 급 알킬암모늄, 4 급 아릴암모늄 및 그 염, 2) 옥틸트리메틸포스포늄클로라이드, 도데실트리메틸포스포늄브로마이드, 세틸트리메틸포스포늄클로라이드와 같은 4 급 알킬포스포늄 및 그 염, 3) 세틸피리디늄클로라이드, 라우릴피리디늄술페이트로 대표되는 알킬피리디늄 및 그 염, 4) 디에틸아미노에틸올레일아미드로 대표되는 아미노알킬아미드류, 5) 데실아민염산염, 도데실아민염산염, 디옥틸아민염산염 또는 트리에탄올아민 및 그 염산염 등으로 대표되는 알킬아민 및 그 염을 들 수 있다. 양쪽성 계면 활성제로는, 예를 들어, 1) 베타인과 같은 알킬아미노카르복실산, 2) 포스파티딜콜린, 스핑고미엘린으로 대표되는 쌍생(雙生) 인산에스테르류를 들 수 있다. 노니온성 계면 활성제로는, 예를 들어 1) 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜로 대표되는 폴리옥시알킬렌글리콜, 2) 폴리옥시에틸렌노닐에테르, 폴리옥시에틸렌페닐에테르로 대표되는 폴리옥시에틸렌알킬, 아릴에테르, 3) 폴리에틸렌이민 및 그 알킬화물로 대표되는 폴리알킬렌이민, 4) 펜타에리트리트벤조산에스테르와 같은 펜타에리트리트카르복실산에스테르, 5) 라우르산에탄올아미드로 대표되는 지방산에탄올아미드, 6) 옥틸알코올, 라우릴알코올, 미리스틸알코올, 세틸알코올로 대표되는 고급 알코올을 들 수 있다.

계면 활성제로는, 탄소수 10 ∼ 23 의 카티온 계면 활성제가 바람직하고, 탄소수 11 ∼ 19 의 4 급 암모늄염인 카티온 계면 활성제가 보다 바람직하고, 탄소수 11 ∼ 19 의 4 급 암모늄할라이드의 카티온 계면 활성제이면 특히 바람직하다.

또한 분산 매체로서 유기 용매를 사용하는 경우, 유기 용매는 탄소수 1 ∼ 10 의 알코올, 아민, 유기 카르복실산, 유기 카르복실산에스테르, 유기산아미드, 케톤, 에테르, 술폭사이드, 술폰 및 술포란에서 선택되는 것이면 어떠한 종류의 것도 사용할 수 있다. 그러한 유기 용매로서, 예를 들어 1) 메탄올, 에탄올, 프로판올, 2-프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 펜탄올, 이소펜탄올, 헥사놀, 시클로헥사놀, 헵탄올, 옥탄올, 데카놀, 벤질알코올, 페놀로 대표되는 지방족 혹은 방향족 알코올 : 또는 페놀 화합물, 2) 디에틸아민, 트리에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민, 에틸렌디아민, 2-아미노에탄올, 아닐린, 톨루이딘 등의 지방 족 또는 방향족 아민, 3) 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 이소부티르산, 헥산산, 옥탄산으로 대표되는 지방족 카르복실산, 4) 포름산에틸, 포름산 n-프로필, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 아세트산부틸, 아세트산아밀, 아세트산이소아밀, 아세트산 n-펜틸, 아세트산벤질, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 부티르산에틸, 벤조산에틸 등의 카르복실산에스테르, 5) 포름아미드, N,N,N',N'-테트라메틸우레아 (TMU), N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc), N,N-디에틸아세트아미드 (DEAc), N,N-디메틸프로피온아미드 (DMPr), N,N-디메틸부틸아미드 (NMBA), N,N-디메틸이소부틸아미드 (NMIb), N-메틸-2-피롤리디논 (NMP), N-시클로헥실-2-피롤리디논 (NCP), N-에틸-2-피롤리디논 (NEP), N-메틸카프로락탐 (NMC), N,N-디메틸메톡시아세트아미드, N-아세틸피롤리딘 (NARP), N-아세틸피페리딘, N-메틸피페리돈-2 (NMPD), N,N'-디메틸에틸렌우레아, N,N'-디메틸프로필렌우레아, N,N,N',N'-테트라메틸말론아미드, N-아세틸피롤리돈 등의 아미드 용매, 6) 아세톤, 메틸에틸케톤, 2-펜타논, 3-펜타논, 2-헥사논, 3-헥사논, 메틸이소부틸케톤, 아세토페논, 프로피오페논, n-부티로페논, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 시클로헵타논, 아세틸아세톤, 비아세틸, 피나콜론 등의 케톤, 7) 디에틸에테르, 디 n-프로필에테르, 디이소프로필에테르, n-부틸에테르, 아니솔, 페네톨, 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 1,4-디옥산으로 대표되는 에테르, 8) 디메틸술폭사이드 등의 술폭사이드, 9) 디에틸술폰, 술포란 등의 술폰, 술포란을 들 수 있다. 그 밖에, 취급에 특별한 지장이 없는 것이면, 탄화수소, 할로겐화탄화수소, 니트릴류, 탄산에스테르 등의 유기 용매도 본 발명에 있어서 사용할 수 있다. 이들 유기 용매는 각각 단독으로도 사용할 수 있고, 혹은 필요에 따라 서로 혼합 또는 물과 혼용할 수 있다.

또한, 그 밖의 섬유나 첨가제를 동시에 분산시켜 습지를 제조함으로써 각종 기능을 부여한 무기 섬유지를 얻을 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 한정되지 않는다. 또한 실시예 중에 있어서의 각 값은 하기의 방법으로 구하였다.

(1) 초지에 제공하는 질화붕소 섬유의 형상

초지에 제공하는 질화붕소 섬유에 대해서는, 조제 후에 오오츠카 전자 ZDLS-7000, 농도 0.001 중량％ 에 의해 동적 광산란 측정을 실시함으로써, 임의의 150 개의 평균으로부터 평균 섬유 직경 및 평균 길이를 정량하였다.

(2) 얻어진 섬유지의 주사형 전자 현미경 관찰

질화붕소 섬유를 초지함으로써 얻은 질화붕소 섬유지의 표면 조직을 주사형 전자 현미경 ((주) 히타치 제작소 제조 S-2400) 에 의해 관찰함으로써 임의의 150 개의 평균으로부터 평균 섬유 직경 및 평균 길이를 평가하였다.

(3) 얻어진 섬유지에 있어서의, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소계 섬유의 중량비 측정

얻어진 섬유지 1g 을 100％ 포름산 500㎖ 에 다시 초음파 분산시킴으로써 질화붕소계 섬유의 현탁액을 얻는다. 섬유 직경 1㎛ 보다 큰 조대 (粗大) 섬유나 입상 불용물은 이 현탁액으로부터 침강되므로 이것을 제거하고, 상청의 현탁액만을 다시 멤브레인 필터 (구멍 직경 0.2㎛) 에 의해 여과함으로써 현탁물 전체를 채취하고, 이것을 건조시킨 후에 중량을 측정함으로써 중량비를 구하였다.

(4) 얻어진 섬유지에 있어서의, 질화붕소 나노튜브의 중량비 측정

얻어진 섬유지 1g 을 100％ 포름산 500㎖ 에 다시 초음파 분산시킴으로써 질화붕소계 섬유의 현탁액을 얻는다. 섬유 직경 1㎛ 보다 큰 조대 섬유나 입상 불용물은 이 현탁액으로부터 침강되므로 이것을 제거하고, 상청의 현탁액만을 메시 사이즈 10㎛ 의 체를 사용하여 흡인 여과함으로써, 나노튜브 (직경 10 ∼ 50㎚ 안팎) 보다 큰 섬유상물을 여과 분리 제거한 후, 여과액과 함께 필터를 통과한 나노튜브만을 멤브레인 필터 (구멍 직경 0.2㎛) 를 사용하여 여과 분리 채취하고, 현탁물을 건조시킨 후에 건조 중량을 측정함으로써 중량비를 구하였다.

참고예 1 (질화붕소계 섬유지용 소재로서의 질화붕소 나노튜브의 제조)

질화붕소제 도가니에 1 : 1 의 몰비로 붕소와 산화마그네슘을 넣고, 도가니를 고주파 유도 가열로에서 1,300℃ 로 가열하였다. 붕소와 산화마그네슘은 반응하여, 기체상의 산화붕소 (B₂O₂) 와 마그네슘의 증기가 생성되었다. 이 생성물을 아르곤 가스에 의해 반응실로 이송하고, 온도를 1,100℃ 로 유지하며 암모니아 가스를 도입하였다. 산화붕소와 암모니아가 반응하여 질화붕소가 생성되었다. 1.55g 의 혼합물을 충분히 가열하여 부생성물을 증발시키자, 반응실의 벽으로부터 310㎎ 의 백색 고체가 얻어졌다. 계속해서 얻어진 백색 고체를 농염 산으로 세정, 이온 교환수로 중성이 될 때까지 세정한 후, 60℃ 에서 감압 건조를 실시하여 질화붕소 나노튜브 (이하, BNNT 라고 약기하는 경우가 있다) 를 얻었다. 얻어진 BNNT 는, 평균 직경이 27.6㎚, 평균 길이가 2,460㎚ 의 튜브상이었다.

실시예 1

참고예 1 에서 얻어진 질화붕소 나노튜브 1g 을 5％ 도데실트리메틸암모늄브로마이드 수용액 100㎖ 에 첨가하고, 3 주파 초음파 세정기 (애즈원 제조, 출력 100W, 28㎐) 로 10 분 초음파 처리를 실시함으로써 질화붕소 나노튜브가 현탁된 분산액을 얻었다. 얻어진 현탁액 중의 질화붕소 나노튜브는, 1 시간 방치한 후에도 거시적으로 응집 침전되지 않고 매체 중에서 분산 상태를 유지하였다. 이 질화붕소 나노튜브가 균일 분산된 현탁액을, 면적 5㎝ × 5㎝ 의 여과지 상에 전개, 용매 흡인함으로써 포집하고, 건조시킴으로써 겉보기 중량 400g/㎡ 의 질화붕소 섬유지를 조제하였다. 주사형 전자 현미경 관찰로부터, 질화붕소 나노튜브가 서로 얽혀 적층된 미세 섬유 구조를 기본으로 하여 종이상 조직이 형성되어 있는 것을 확인하였다 (도 1).

상기 (3) 의 방법에 의해 측정한 결과, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유의 비율은 전체 구성 성분을 기준으로 하여 99.9 중량％ 였다. 또한 (4) 의 방법에 의해 측정한 결과, 질화붕소 나노튜브의 비율은 전체 구성 성분을 기준으로 하여 95 중량％ 였다. 섬유 집합체의 평균 섬유 직경은 28㎚ 이며, 평균 애스펙트비는 88 이었다.

실시예 2

5％ 도데실트리메틸암모늄브로마이드 수용액 대신에 2-프로판올을 용매로서 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 겉보기 중량 400g/㎡ 질화붕소 섬유지를 조제하였다. 주사형 전자 현미경 관찰로부터, 질화붕소 나노튜브가 서로 얽혀 적층된 미세 섬유 구조를 기본으로 하여 종이상 조직이 형성되어 있는 것을 확인하였다 (도 2). (3) 의 방법에 의해 측정한 결과, 섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유의 비율은 전체 구성 성분을 기준으로 하여 99.8 중량％ 였다. 또한 (4) 의 방법에 의해 측정한 결과, 질화붕소 나노튜브의 비율은 전체 구성 성분을 기준으로 하여 95 중량％ 였다. 섬유 집합체의 평균 섬유 직경은 28㎚ 이며, 평균 애스펙트비는 87.6 이었다.

비교예 1

용매로 이온 교환수를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 질화붕소 나노튜브 현탁액을 조제하였다. 현탁액을 정치 (靜置) 시키면, 바로 질화붕소 나노튜브가 용매와 거시적으로 상 분리되었다. 이 현탁액을 여과지 상에 전개하고, 용매 흡인에 의해 질화붕소 섬유를 포집하였는데, 응집 덩어리를 형성한 질화붕소 섬유가 균일하게 포집되지 않고 거시적으로 불균일한 섬유 응집물이 형성되어, 균질한 질화붕소 섬유지를 얻을 수 없었다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 질화붕소 섬유지는, 단독으로 사용해도 되지만, 취급성이나 그 밖의 요구 사항에 맞춰 다른 부재와 조합하여 사용해도 된다. 예를 들어, 부직포나 직포, 필름 등과 적층하거나 수지를 함침시키거나 하여 프리프레그를 얻을 수도 있다.

또한, 얻어진 질화붕소 섬유지에 대하여 열처리나 화학 처리를 실시해도 되고, 추가로 에멀션, 유기물 또는 무기물의 분말, 필러 등을 혼합해도 되며, 예를 들어 본 발명의 질화붕소 섬유지에 각종 촉매를 담지시킴으로써, 촉매 담지 기재로서 사용할 수도 있다.

또한, 그 열전도성, 기계 특성을 살려 각종 전자 기판 재료나 지지체로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 질화붕소 섬유지는 내열성이고 또한 눈이 촘촘하므로, 내열 용도 그 밖의 각종 필터에도 사용할 수 있다.

본 발명의 질화붕소 섬유지는, 나노 ∼ 서브미크론 레벨의 미세한 섬유 직경을 갖는 섬유로 형성됨으로써, 섬유 자체의 특성은 유지하면서 박형화할 수 있고, 또한 질화붕소 섬유에 고유의 우수한 내열성, 역학적 강도 및 열전도성을 그대로 유지할 수 있다. 따라서, 예를 들어 투과성이 양호한 내열 필터나 전자 회로판용 적층물의 기재, 절연성 도열 소재, 구조재용의 보강 박막 등 다양한 산업용 부재로서 양호하게 사용할 수 있다. 또한, 매우 큰 표면적을 갖는 질화붕소 섬유지를 얻을 수 있다.

또한, 얻어지는 질화붕소 섬유지는 그대로 사용할 수도 있고, 또 취급성이나 그 밖의 요구 사항에 맞춰 다른 부재와 복합화, 조합하여 사용할 수도 있다.

Claims

섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유를 섬유 집합체 중에 40 중량％ 이상으로 함유하는 그 섬유 집합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유지.
제 1 항에 있어서,

섬유 집합체를 구성하는 섬유의 평균 섬유 직경이 0.4㎚ ∼ 1㎛ 인 섬유지.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

섬유 집합체를 구성하는 섬유의 평균 애스펙트비가 5 이상인 섬유지.
제 1 항에 있어서,

질화붕소 섬유가 질화붕소 나노튜브인 섬유지.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

섬유 집합체의 1 ∼ 100 중량％ 가 질화붕소 나노튜브로 이루어지는 섬유지.
섬유 직경이 1㎛ 이하인 질화붕소 섬유를 섬유 집합체 중에 40 중량％ 이상으로 함유하는 그 섬유 집합체를, 계면 활성제 수용액 또는 유기 용매에 분산시키고, 이어서 얻어진 분산액을 초지에 제공하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재 된 섬유지의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

분산 용매로서 계면 활성제 수용액 또는 유기 용제를 사용하는 방법.
제 6 항에 있어서,

유기 용매가 탄소수 1 ∼ 10 의 알코올, 아민, 유기 카르복실산, 유기 카르복실산에스테르, 유기산아미드, 케톤, 에테르, 술폭사이드, 술폰 및 술포란으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 방법.