薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法、以及薄片化石墨、薄片化石墨分散液及薄片 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由如石墨和膨胀石墨这样的具有石墨烯叠层结构的碳材料获得薄片化石墨的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法。
[0002]另外，涉及一种通过上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法获得的薄片化石墨及薄片化石墨分散液、以及将上述薄片化石墨或上述薄片化石墨分散液与树脂混合获得的薄片化石墨-树脂复合材料。
【背景技术】
[0003]以往，由于能够以较少的添加量有效地改善树脂的机械性能，薄片化石墨受到关注。下述专利文献I中公开有这种薄片化石墨的制造方法的一例。专利文献I中记载的薄片化石墨的制造方法中，将石墨浸渍于硝酸等强酸性水溶液中并加热。使硝酸离子等酸性离子插入到石墨的石墨烯之间。通过加热插入有该硝酸离子的石墨，能够剥离石墨并获得石墨烯叠层数更少的薄片化石墨。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特表2009-511415号公报
[0007]发明的概要
[0008]发明要解决的技术问题
[0009]然而，专利文献I中记载的薄片化石墨的制造方法中，石墨暴露在强酸中。因此，所获得的薄片化石墨中，石墨烯被氧化。因此，若不进行还原处理，则无法使其体现充分的导电性等。
[0010]并且，需要浸渍于强酸并加热的复杂处理。
[0011]本发明的目的在于提供一种无需还原处理就能够轻松且可靠地获得薄片化石墨的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法。并且，提供通过上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法获得的薄片化石墨及薄片化石墨分散液、以及将上述薄片化石墨或上述薄片化石墨分散液与树脂混合在一起获得的薄片化石墨-树脂复合材料。
[0012]用于解决技术问题的技术方案
[0013]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法包括:将具有石墨烯叠层结构的碳材料浸渍于包含20°C下的表面张力为50mN/m以下的液态物的液体的工序；以及对浸渍于上述液体的碳材料照射电磁波来加热该碳材料的工序，上述通过照射电磁波来加热碳材料的工序中，使与碳材料接触的上述液体气化，由此对上述碳材料进行薄片化。
[0014]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，优选使用沸点在50°C?250°C的范围的液体作为上述液体。
[0015]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，优选上述具有石墨烯叠层结构的碳材料为石墨、膨胀石墨或一次薄片化石墨。
[0016]在本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，使用反应性化合物作为上述液体。优选在对上述碳材料进行薄片化的工序中，使上述反应性化合物化学键合于上述碳材料。作为上述反应性化合物，优选使用Diels-Alder反应性化合物。还优选使用Fiedel-Crafts反应性化合物。
[0017]在本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，作为上述液体，可使用溶剂。优选上述溶剂包含选自碳原子数为8以下的醇类、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、溴苯、二溴苯、苄胺、甲基苄胺、N-甲基吡咯烷酮及N，N- 二甲基甲酰胺中的至少一种溶剂。
[0018]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，优选在对上述碳材料进行薄片化的工序中，使化合物化学键合于上述碳材料。
[0019]在本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，使用自由基反应性化合物作为上述化合物。
[0020]在本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，可使用形成的上述化学键合为可逆性的化合物。
[0021]优选形成上述可逆性化学键合的化学键合为使用Diels-Alder反应性化合物得到的化学键合。
[0022]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，优选形成上述化学键合的化学键合为使用Fiedel-Crafts反应性化合物而得到的化学键合。
[0023]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，优选形成上述可逆性化学键合的化学键合可以是使用环戊二烯基配位化合物得到的配位键合。
[0024]本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，可在上述电磁波照射工序之后，还具备冷却上述碳材料与上述液体的混合物的冷却工序，此时，为了获得上述薄片化石墨，可将电磁波照射工序及冷却工序进行多次。
[0025]在本发明所涉及的薄片化石墨的制造方法的其他特定方面中，可在照射上述电磁波时，上述碳材料与上述液体的混合物被局部冷却。
[0026]本发明所涉及的薄片化石墨通过本发明的薄片化石墨的制造方法而获得。优选相对于薄片化石墨100重量％，化学键合于上述薄片化石墨的化合物或反应性化合物的含量为0.5?100重量％。
[0027]本发明所涉及的薄片化石墨分散液的制造方法包括:将具有石墨烯叠层结构的碳材料浸渍于包含20°C下的表面张力为50mN/m以下的液态物的液体的工序；以及对浸渍于上述液体的碳材料照射电磁波来加热该碳材料的工序，上述通过照射电磁波来加热碳材料的工序中，使与碳材料接触的上述液体的一部分气化，由此对上述碳材料进行薄片化，获得上述液体中分散有薄片化石墨的薄片化石墨分散液。
[0028]本发明所涉及的薄片化石墨分散液通过上述薄片化石墨分散液的制造方法获得。优选化合物化学键合于薄片化石墨分散液中的薄片化石墨，相对于薄片化石墨100重量％，上述化合物的含量为0.5?100重量％。
[0029]本发明所涉及的薄片化石墨-树脂复合材料通过将本发明所涉及的薄片化石墨或薄片化石墨分散液与树脂混合而得到。
[0030]发明效果
[0031]根据本发明所涉及的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法，仅通过将碳材料浸渍于液体之后照射电磁波就能够使碳材料薄片化，并获得薄片化石墨。因此，能够容易且可靠地获得薄片化石墨及薄片化石墨分散液。而且，无需被氧化的工序，因此无需还原处理。
[0032]并且，上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液均匀地分散于树脂中，因此能够获得树脂的力学性能显著提高的薄片化石墨-树脂复合材料。
【附图说明】
[0033]图1是表示通过AFM测定对实施例1中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0034]图2是表示通过AFM测定对实施例2中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0035]图3是表示通过AFM测定对实施例3中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0036]图4是表示通过AFM测定对实施例4中获得的薄片化石墨进行测定的宽度及厚度的图。
[0037]图5是表示通过AFM测定对实施例5中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0038]图6是表示通过AFM测定对实施例6中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0039]图7是表示在实施例6中获得的滤液的1H-NMR谱的图。
[0040]图8是表示通过AFM测定对实施例7中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0041]图9是表示通过AFM测定对实施例8中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
[0042]图10是表示通过AFM测定对实施例9中获得的薄片化石墨进行测定而得到的宽度及厚度的图。
【具体实施方式】
[0043]以下，对本发明的详细内容进行说明。
[0044]本发明所涉及的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法中，首先，将具有石墨烯叠层结构的碳材料浸渍于包含20°C下的表面张力为50mN/m以下的液态物的液体。之后，照射电磁波加热碳材料。由此，使与碳材料接触的液体的一部分或全部气化，使碳材料薄片化，从而获得薄片化石墨或该薄片化石墨分散于液体中的薄片化石墨分散液。
[0045](具有石墨烯叠层结构的碳材料)
[0046]作为在本发明中使用的具有石墨烯叠层结构的碳材料，可以使用石墨等具有多个石墨烯叠层而成的结构的碳材料。并且，作为石墨原料，可使用对石墨实施酸处理而得到的热膨胀性石墨或对该熱膨胀性石墨加热膨胀化而得到的膨胀石墨。此时，通过本发明的制造方法，液体容易渗透至石墨中，因此能够更有效地获得薄片化石墨。另外，还可将石墨烯叠层数比天然石墨少的一次薄片化石墨作为原料碳材料使用。此时，通过本发明的制造方法，可以获得叠层数更少的薄片化石墨。
[0047]另外，本发明中，薄片化石墨是指对原来的石墨进行剥离处理而获得且比原来的石墨更薄的石墨稀片叠层体。薄片化石墨中的石墨稀片叠层数少于原来的石墨即可，但通常为几层?200层左右。
[0048](液体)
[0049]本发明中的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法中，在将具有石墨烯叠层结构的碳材料浸渍于包含