カーボンナノチューブ分散剤、その製造方法、カーボンナノチューブ分散液、及びその製造方法

• 金子 芳郎

• 国立大学法人鹿児島大学

カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」ともいう）は１９９１年の発見以来、導電性、熱伝導性、機械的強度等の優れた特性を持つことから、多くの分野で注目されてきた。しかしながら、ＣＮＴは各種溶媒中に分散しにくく、このことがＣＮＴの応用への障壁となっていた。ＣＮＴの凝集の主な原因は、ＣＮＴ間の非共有結合性相互作用であり、具体的にはファンデルワールス力、π－πスタッキング、疎水性相互作用などが挙げられる。ＣＮＴの特性は凝集することで著しく低下するため、ＣＮＴを分散媒中に分散させる方法がこれまでにも各種提案されてきた。その１つとして、共有結合を利用してＣＮＴを化学修飾する方法がある（非特許文献１参照）。しかしながら、ＣＮＴの化学修飾法は、炭素同士の結合の一部を切断するため、ＣＮＴの特性を劣化させる原因になる。

従って、ＣＮＴを分散させる際には、共有結合を利用しない方法で行うことが望ましい。このような方法として、界面活性剤などに代表される分散剤をＣＮＴの表面に非共有結合性相互作用により吸着させる方法が知られている。例えばＣＮＴをドデシル硫酸ナトリウムなどの低分子界面活性剤を含有する水溶液に添加する方法（特許文献１参照）がある。しかし、これら低分子界面活性剤を使用した際には薄膜形成能が低く、薄膜化を容易にするために重合性のモノマーやポリマーを更に添加する必要がある。一方、ＣＮＴ表面にポリマーを吸着させる方法も知られており、具体的にはポリ－ｍ－フェニレンビニレン－ｃｏ－ジオクトキシ－ｐ－フェニレンビニレンをＣＮＴ表面に吸着させる方法（特許文献２参照）も提案されている。この手法では、有機溶媒中にＣＮＴを孤立に分散させることが可能である。さらに、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレン系化合物を用い、アミド系の極性有機溶媒中に分散させる方法（例えば特許文献３参照）、ポリビニルピロリドンによりアミド系極性有機溶媒中に分散させる方法（例えば特許文献４参照）、アルコール系有機溶媒中に分散させる方法（例えば特許文献５参照）なども提案されている。

しかしながら、以上の技術において用いられる分散剤は全て有機化合物であり、無機化合物を基盤とする材料をＣＮＴの分散剤として用いた知見は明らかにされていない。無機化合物に比べて耐久性や力学強度に劣る有機化合物からなる分散剤によりＣＮＴを分散させても、力学強度等のＣＮＴの特性を十分に生かしきれない。このことから、無機化合物を基盤とするＣＮＴ分散剤の開発は重要な課題である。

耐久性や力学強度に優れるシロキサン結合を主鎖骨格とする無機高分子としてポリシルセスキオキサンが知られる。しかしながら、高分子量のポリシルセスキオキサンは三次元網目構造体となりやすく不溶化してしまい、可溶性の高分子量ポリシルセスキオキサンの合成例は少ない。このことから、この無機高分子を用いたＣＮＴの溶媒中への分散化に関する報告はこれまでなされていなかった。

一方で本発明者らは、アミノ基含有有機トリアルコキシシランを塩酸等の水溶液中で加熱し、溶媒を蒸発させながら重縮合を進行させる手法により、分子量１万以上の可溶性ラダー型ポリシルセスキオキサン（以下、「ＰＳＱ」という）が合成できることを報告している（特許文献６、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。

本発明は、カーボンナノチューブ分散剤、その製造方法、カーボンナノチューブ分散液、及びその製造方法等に関する。

• C08G  77/388     窒素を含むもの
• C01B  31/02      炭素の製造；精製
• C08L  83/08      炭素，水素および酸素以外の原子を含む有機基に結合したけい素を含むもの
• C08K   3/04      炭素
• C08G  77/06      製造法
• B01F  17/54      けい素化合物
• B01F  17/52      天然または合成の樹脂またはその塩
• B01J  13/00      コロイド化学，例．他に分類されないコロイド状物質またはそれらの溶液の生成；マイクロカプセルまたはマイクロバルーンの製造

• 4D077AB20 その他＊
• 4D077AC05 分散剤（固－液系）
• 4D077BA01 数値による特定
• 4D077BA14 カチオン性
• 4D077DD04 縮合重合体
• 4D077DD08 一元重合体
• 4D077DD55 主鎖にＳｉを含む
• 4D077DE08 －ＯＨ基（残基も含む）
• 4D077DE17 アミン，アンモニウム基
• 4G065AA08 非金属単体、金属を含まない化合物（Ｓｉ含有化合物を除く）
• 4G065AB03 アルコール
• 4G065AB17 アミン、アミン塩、第４級アンモニウム塩、イミン
• 4G065AB28 Ｓｉ含有化合物（シラン、シロキサンなど）
• 4G065AB38 合成高分子物質、重合体（ポリエーテルを除く）
• 4G065BA07 乳化剤、分散剤、懸濁剤
• 4G065BA15 基剤、希釈剤、分散媒
• 4G065BB01 液態（液体、溶液）
• 4G065BB03 粒状物、粉体
• 4G065CA11 サスペンジョン（分散物、懸濁液）
• 4G065FA02 特殊な工程（光照射、超高圧など）を採用する製造方法
• 4G146AA11 ナノチューブ、ナノ繊維、ナノファイバー
• 4G146AC02 粒径、アスペクト比、粒度分布
• 4G146AD17 複合体、混合物
• 4G146AD37 充填材、添加剤
• 4G146CB10 混合、分散
• 4G146CB35 有機物、ピッチ、タール＊
• 4G146CB36 機能による特定（ＣＢ３１－３５も付与）
• 4J002CP09 Ｎ含有基
• 4J002DA01 炭素
• 4J002FD01 充填剤（例．補強剤）
• 4J002GT00 その他の用途
• 4J246AA03 ポリシロキサン
• 4J246AB06 はしご型、ラダー型
• 4J246BA12 Ｔ単位のみ←ラダー型、シルセスキオキサン
• 4J246BB02 Ｏ原子単独；Ｓｉ―Ｏ―Ｓｉ連結
• 4J246CA22 その次位のＣが脂肪鎖（脂環）の炭素
• 4J246FE07 重合体の改質←疎水化、安定化
• 4J246FE36 物性に悪影響を及ぼす物質
• 4J246HA70 その他の用途（ＦＷ）