液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法およびカーボンナノファイバー分散液
【課題】分散剤として有機物を用いることなく、また表面改質することなく、カーボンナノファイバーを液中に良好に分散させることができる液体中へのカーボンナノファイバー分散方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る液体中へのカーボンナノファイバー分散方法は、液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る液体中へのカーボンナノファイバー分散方法は、液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法およびカーボンナノファイバー分散液に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブに代表されるカーボンナノファイバーは、熱伝導性、電気伝導性、摺動特性等に優れることから、種々の複合材料の材料として利用される。例えば、めっき液中にカーボンナノファイバーを分散させ、めっきを行って、カーボンナノファイバーを金属めっき膜中に取り込んだ複合めっき膜を得ることが知られている（特許文献１）。
ところで、カーボンナノファイバーは極めて微細であって、通常状態では凝集しており、また疎水性を有することから、特に水系めっき液等の水系液体中への分散性が悪い。このため、各種の分散剤が検討されている。
カーボンナノファイバーの分散剤としては、特許文献１に示されるような各種の界面活性剤が一般的である。あるいは、カーボンナノファイバーの表面に親水基を導入するなどして改質し、水系液体中への分散性を向上させるようにすることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５６０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、めっき液中へのカーボンナノファイバーの分散剤としてポリアクリル酸等の界面活性剤を用いている。ポリアクリル酸は、カーボンナノファイバーの分散剤として特に優れている。しかしながら、特許文献１のものでは、得られるめっき膜中に、微量ではあるが有機物が混入することとなり、複合材料（めっき膜）の物理特性（耐摩耗性、熱伝導率等）を低下させるおそれがある。
また、カーボンナノファイバーの表面に親水基を導入して水系液体中への分散性を向上させるものにおいても、カーボンナノファイバーが改質されていることから、複合材料とした場合に、やはり物理特性を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、分散剤として有機物を用いることなく、また表面改質することなく、カーボンナノファイバーを液中に良好に分散させることができる液体中へのカーボンナノファイバー分散方法、およびカーボンナノファイバー分散液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液体中へのカーボンナノファイバー分散方法は、液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体 中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
液体が、水の他に、めっき液等の水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散することができる。
【０００７】
また、本発明に係るカーボンナノファイバー分散液は、液体中に、分散剤としてナノダイヤモンドが添加されて、液体中にカーボンナノファイバーが分散されていることを特徴とする。
液体は、水の他に、めっき液等の水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分散剤として有機物を用いることなく、また表面改質することなく、カーボンナノファイバーを液中に良好に分散させることができる液体中へのカーボンナノファイバー分散方法、およびカーボンナノファイバーが良好に分散したカーボンナノファイバー分散液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を示す写真である。
【図２】純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）２ｇ／ｌのみを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、上記のように、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
液体としては、水、水溶液、めっき液など、特に水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散できる。
ナノダイヤモンドは、粒径が数ｎｍ〜２００ｎｍ程度の粒子が混在したものを用いることができる。
【００１１】
ナノダイヤモンドの製法は種々知られているが、いわゆる爆発法によって製造されたものが、一次粒子の粒径が数ｎｍ（４〜６ｎｍ）のものが得られる。しかし、このナノダイヤモンドは凝集している。この凝集体を、例えば高速撹拌ビーズミリング処理して壊し、４〜６ｎｍの一次粒子を含む粒子に解砕することができる。このような、４〜６ｎｍ程度の粒径の一次粒子を含む、粒径が数ｎｍ〜２００ｎｍ程度の粒子が混在したナノダイヤモンドを分散剤として用いることができる。
【００１２】
カーボンナノファイバーは、昭和電工製のＶＧＣＦ（登録商標）を用いたがこれに限定されるものではない。ＶＧＣＦ（登録商標）は、直径１５０ｎｍ程度、長さ１０〜２０μｍ程度の気相法による微細炭素繊維である。
カーボンナノファイバーは凝集していて、また疎水性を有することから、カーボンナノファイバーを水に混入しただけのものは、超音波を印加するなどして撹拌しても分散しない。
このカーボンナノファイバーを混入した水に、ナノダイヤモンドを添加していくと、ある量を超えた段階で急にカーボンナノファイバーが水に分散することがわかった。
【００１３】
カーボンナノファイバーは上記のように凝集していて水に分散しにくいが、ナノダイヤモンドを添加すると、同じ炭素材であるナノダイヤモンドがカーボンナノファイバーの表面に付着し、所要量のナノダイヤモンドが付着して、カーボンナノファイバーの表面を所要面積以上覆った場合に、単体の繊維に分離しやすく（ボールベアリング効果）、また疎水性も低下し、急に分散性を示すものと考えられる。
ナノダイヤモンドの添加量は、カーボンナノファイバーの添加量や、水系液体の組成にもよるが、カーボンナノファイバー２ｇ／ｌに対し、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌ以上の場合が分散性が良好であった。
【実施例】
【００１４】
純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を図１に示す。
純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）２ｇ／ｌのみを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を比較例として図２に示す。
図１に示すように、ナノダイヤモンドを添加した場合、カーボンナノチューブの凝集がほどけ、カーボンナノチューブ単体として沈殿しているのがわかる。この液を撹拌すると、水中にカーボンナノチューブが分散した状態で浮遊する。
一方、ナノダイヤモンドを添加しない場合には、図２に示すように、カーボンナノチューブ自体が凝集したまま沈殿しているのがわかる。この液を撹拌しても、カーボンナノチューブは凝集したままであり、撹拌を停止すれば直ちに沈殿してしまう。
銅めっき液やニッケルめっき液に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加した場合にも、カーボンナノチューブが良好に分散された。これらめっき液にてめっきしたところ、めっき皮膜中にカーボンナノファイバーが良好に取り込まれた。このめっき皮膜中にはナノダイヤモンドも取り込まれ、硬度の高いめっき皮膜が得られた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法およびカーボンナノファイバー分散液に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブに代表されるカーボンナノファイバーは、熱伝導性、電気伝導性、摺動特性等に優れることから、種々の複合材料の材料として利用される。例えば、めっき液中にカーボンナノファイバーを分散させ、めっきを行って、カーボンナノファイバーを金属めっき膜中に取り込んだ複合めっき膜を得ることが知られている（特許文献１）。
ところで、カーボンナノファイバーは極めて微細であって、通常状態では凝集しており、また疎水性を有することから、特に水系めっき液等の水系液体中への分散性が悪い。このため、各種の分散剤が検討されている。
カーボンナノファイバーの分散剤としては、特許文献１に示されるような各種の界面活性剤が一般的である。あるいは、カーボンナノファイバーの表面に親水基を導入するなどして改質し、水系液体中への分散性を向上させるようにすることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５６０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、めっき液中へのカーボンナノファイバーの分散剤としてポリアクリル酸等の界面活性剤を用いている。ポリアクリル酸は、カーボンナノファイバーの分散剤として特に優れている。しかしながら、特許文献１のものでは、得られるめっき膜中に、微量ではあるが有機物が混入することとなり、複合材料（めっき膜）の物理特性（耐摩耗性、熱伝導率等）を低下させるおそれがある。
また、カーボンナノファイバーの表面に親水基を導入して水系液体中への分散性を向上させるものにおいても、カーボンナノファイバーが改質されていることから、複合材料とした場合に、やはり物理特性を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、分散剤として有機物を用いることなく、また表面改質することなく、カーボンナノファイバーを液中に良好に分散させることができる液体中へのカーボンナノファイバー分散方法、およびカーボンナノファイバー分散液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液体中へのカーボンナノファイバー分散方法は、液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体 中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
液体が、水の他に、めっき液等の水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散することができる。
【０００７】
また、本発明に係るカーボンナノファイバー分散液は、液体中に、分散剤としてナノダイヤモンドが添加されて、液体中にカーボンナノファイバーが分散されていることを特徴とする。
液体は、水の他に、めっき液等の水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分散剤として有機物を用いることなく、また表面改質することなく、カーボンナノファイバーを液中に良好に分散させることができる液体中へのカーボンナノファイバー分散方法、およびカーボンナノファイバーが良好に分散したカーボンナノファイバー分散液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を示す写真である。
【図２】純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）２ｇ／ｌのみを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、上記のように、分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする。
液体としては、水、水溶液、めっき液など、特に水系液体中に、カーボンナノファイバーを良好に分散できる。
ナノダイヤモンドは、粒径が数ｎｍ〜２００ｎｍ程度の粒子が混在したものを用いることができる。
【００１１】
ナノダイヤモンドの製法は種々知られているが、いわゆる爆発法によって製造されたものが、一次粒子の粒径が数ｎｍ（４〜６ｎｍ）のものが得られる。しかし、このナノダイヤモンドは凝集している。この凝集体を、例えば高速撹拌ビーズミリング処理して壊し、４〜６ｎｍの一次粒子を含む粒子に解砕することができる。このような、４〜６ｎｍ程度の粒径の一次粒子を含む、粒径が数ｎｍ〜２００ｎｍ程度の粒子が混在したナノダイヤモンドを分散剤として用いることができる。
【００１２】
カーボンナノファイバーは、昭和電工製のＶＧＣＦ（登録商標）を用いたがこれに限定されるものではない。ＶＧＣＦ（登録商標）は、直径１５０ｎｍ程度、長さ１０〜２０μｍ程度の気相法による微細炭素繊維である。
カーボンナノファイバーは凝集していて、また疎水性を有することから、カーボンナノファイバーを水に混入しただけのものは、超音波を印加するなどして撹拌しても分散しない。
このカーボンナノファイバーを混入した水に、ナノダイヤモンドを添加していくと、ある量を超えた段階で急にカーボンナノファイバーが水に分散することがわかった。
【００１３】
カーボンナノファイバーは上記のように凝集していて水に分散しにくいが、ナノダイヤモンドを添加すると、同じ炭素材であるナノダイヤモンドがカーボンナノファイバーの表面に付着し、所要量のナノダイヤモンドが付着して、カーボンナノファイバーの表面を所要面積以上覆った場合に、単体の繊維に分離しやすく（ボールベアリング効果）、また疎水性も低下し、急に分散性を示すものと考えられる。
ナノダイヤモンドの添加量は、カーボンナノファイバーの添加量や、水系液体の組成にもよるが、カーボンナノファイバー２ｇ／ｌに対し、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌ以上の場合が分散性が良好であった。
【実施例】
【００１４】
純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を図１に示す。
純水に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）２ｇ／ｌのみを添加し、撹拌棒で撹拌し、静置した状態を比較例として図２に示す。
図１に示すように、ナノダイヤモンドを添加した場合、カーボンナノチューブの凝集がほどけ、カーボンナノチューブ単体として沈殿しているのがわかる。この液を撹拌すると、水中にカーボンナノチューブが分散した状態で浮遊する。
一方、ナノダイヤモンドを添加しない場合には、図２に示すように、カーボンナノチューブ自体が凝集したまま沈殿しているのがわかる。この液を撹拌しても、カーボンナノチューブは凝集したままであり、撹拌を停止すれば直ちに沈殿してしまう。
銅めっき液やニッケルめっき液に、カーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ：登録商標）を２ｇ／ｌ、ナノダイヤモンド２０ｇ／ｌを添加した場合にも、カーボンナノチューブが良好に分散された。これらめっき液にてめっきしたところ、めっき皮膜中にカーボンナノファイバーが良好に取り込まれた。このめっき皮膜中にはナノダイヤモンドも取り込まれ、硬度の高いめっき皮膜が得られた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、
分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項２】
液体が水系液体であることを特徴とする請求項１記載の液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項３】
液体がめっき液である請求項１または２記載の液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項４】
液体中に、分散剤としてナノダイヤモンドが添加されて、液体中にカーボンナノファイバーが分散されていることを特徴とするカーボンナノファイバー分散液。
【請求項５】
液体が水系液体であることを特徴とする請求項４記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項６】
液体がめっき液である請求項４または５記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項１】
液体中にカーボンナノファイバーを分散させる方法において、
分散剤としてナノダイヤモンドを添加して、液体中にカーボンナノファイバーを分散させることを特徴とする液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項２】
液体が水系液体であることを特徴とする請求項１記載の液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項３】
液体がめっき液である請求項１または２記載の液体中へのカーボンナノファイバーの分散方法。
【請求項４】
液体中に、分散剤としてナノダイヤモンドが添加されて、液体中にカーボンナノファイバーが分散されていることを特徴とするカーボンナノファイバー分散液。
【請求項５】
液体が水系液体であることを特徴とする請求項４記載のカーボンナノファイバー分散液。
【請求項６】
液体がめっき液である請求項４または５記載のカーボンナノファイバー分散液。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９１５８０（Ｐ２０１３−９１５８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４０７２（Ｐ２０１１−２３４０７２）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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