含硼的薄片状石墨及其制造方法_4

文档序号:9457100阅读:来源:国知局
石墨化催化剂向 碳纳米管中直接添加或混合,也可以不使石墨化催化剂与碳纳米管直接接触,而是使将石 墨化催化剂加热产生的蒸气与碳纳米管接触。石墨化催化剂的添加量相对于100质量份的 碳纳米管优选为1~20质量份,更优选为1~10质量份,进一步优选为1~8质量份。利 用石墨化催化剂进行了热处理的碳纳米管,在碳纳米管中掺有硼,对于分散介质、树脂的融 洽性好,分散性提高。
[0146] 在所述碳纳米管中,优选利用所述石墨化催化剂进行了热处理的碳纳米管。
[0147] (其它碳成分)
[0148] 所述导电性树脂组合物可以含有与所述含硼的薄片状石墨(C)和碳纳米管(D)不 同的碳化合物作为其它碳成分。其它碳成分的含量相对于100质量份的树脂成分优选为8 质量份以下。
[0149] 含有其它碳成分的情况下,碳成分的合计的含量相对于100质量份的所述树脂成 分优选为10~70质量份,更优选为30~65质量份,进一步优选为35~60质量份。通过 使碳成分的含量相对于树脂成分为所述范围内,能够更进一步提高导电性树脂组合物的导 电性,并且,由于导电性涂料等的粘度不太高,因此能够使填料充分分散。
[0150] 〈其它成分〉
[0151] 所述导电性树脂组合物含有所述树脂成分、碳成分,根据需要可以含有固化催化 剂、固化剂、以及偶联剂、匀染剂、分散剂、流变调节剂、消泡剂、抗氧化剂、干燥调节剂、表面 活性剂和增塑剂等各种添加剂。
[0152] 所述导电性树脂组合物优选含有溶剂。
[0153] 作为所述溶剂,只要是能够溶解所述树脂成分就可以不特别限制地使用。例如,可 以使用选自甲醇、丁醇、苯甲醇、双丙酮醇等的醇化合物、丁酮、环己酮等的酮化合物、二 烷、四氢呋喃等的醚化合物、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙 酸酯等的二醇酯化合物、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、丙二醇单甲基醚、乙二醇单丁 基醚、二甘醇单丁基醚等的二醇醚化合物、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲 基乙酰胺等的酰胺化合物中的1种或2种以上。这些溶剂之中,从树脂成分的溶解性、以及 涂布后的干燥速度的观点出发,优选二甘醇单乙醚乙酸酯、丙二醇单甲基醚、乙二醇单丁基 醚、二甘醇单丁基醚。
[0154] 对溶剂的使用量不特别限制,可以考虑树脂成分的粘度、树脂成分与碳成分的混 合比等在能够通过混合和捏合而调制均匀的组合物的范围内适当使用。作为具体的溶剂的 量,相对于100质量份的所述树脂成分优选为10~1000质量份,更优选为50~500质量 份,进一步优选为100~300质量份。
[0155] 〈导电性树脂组合物的制造方法〉
[0156] 所述导电性树脂组合物,例如可以通过将树脂成分与碳成分、固化催化剂、固化 剂、以及其它成分混合、捏合而制造,所述树脂成分包含聚乙烯醇缩醛(A),并根据需要可以 包含固化性树脂(B)。在混合时可以使用公知的混合装置。对各成分的配合顺序不特别限 制。
[0157] 作为导电树脂组合物的制造法的一例,可以通过下述方式制造:使用高速搅拌机 将树脂成分溶解于溶剂中制造清漆,在大批量的情况下配合所述清漆与碳成分,利用罐式 搅拌机进行预混合,并利用砂磨机将其连续地混合、粉碎,调整粘度。另外,在小批量的情况 下,可以通过例如将碳成分和所述清漆直接放入超微粉碎机中混合、粉碎,进行粘度的调整 而制造。再者,也可以代替所述砂磨机(流通槽式粉碎机)、超微粉碎机(搅拌槽式粉碎机) 等的介质搅拌式粉碎机,而使用球磨机等的容器驱动介质粉碎机、三辊研磨机。
[0158] [导电性涂料、导电性粘合剂]
[0159] 所述导电性树脂组合物可以广泛应用于需要导电性的用途,其中,优选作为导电 性涂料和导电性粘合剂使用。导电性涂料和导电性粘合剂,可以是所述导电性树脂组合物 本身,也可以包含其它导电性涂料、导电性粘合剂中所使用的公知的成分。从导电性涂料、 导电性粘合剂的信赖性、制造成本的观点出发,优选不含金属材料。
[0160] 作为导电性涂料和导电性粘合剂涂布于基材的方法,有丝网印刷法、分配器法、浸 渍法、转印法、涂敷器法、刷涂法和喷涂法。另外,作为涂布于基板、电子元件的方法,有丝网 印刷法、浸渍法和转印法。优选按照所述各涂布方法来改变导电性树脂组合物与溶剂的比 率,调整导电性涂料和导电性粘合剂的粘度等。
[0161] 实施例
[0162] 以下,通过实施例对本发明进行更详细地说明,但本发明丝毫不受限于这些例子。
[0163] [实施例1~6]
[0164] 将表1所示的未处理的薄片状石墨和硼化合物混合,将混合物放入石墨制的坩 埚,通过电阻加热型石墨化炉((株)仓田技研制)在表1所示的温度、氩气气氛下进行30 分钟的热处理,由此制造了实施例1~6的含硼的薄片状石墨(以下也称为"掺有硼的薄片 状石墨")(c-1)~(c-6)。再者,作为原料的未处理的薄片状石墨,使用了以下的石墨(都 是XGScience公司制)。下述平均厚度是根据氮吸附BET法的比表面积,将石墨假定为板状 并忽略边缘,利用石墨的理论密度算出的值。
[0165] "xGnP-M-5" 均厚度:6nm、平均片径:5 μ m (c_l)、(c_6)的原料
[0166] "xGnP-M-25" 均厚度:6nm、平均片径:25μπι (c_2)的原料
[0167] "xGnP-H-5" 均厚度:15nm、平均片径:5 μ m (c_3)的原料
[0168] "xGnP-H-25" 均厚度:15nm、平均片径:25μπι (c_4)的原料
[0169] "xGnP-C-300" 均厚度:2nm、平均片径:2μπι (c_5)的原料
[0170] [比较例1]
[0171] 使用了未处理的薄片状石墨"xGnP-M-25"作为(y-Ι)。
[0172] [比较例2]
[0173] 使用了未处理的薄片状石墨"xGnP-H-25"作为(y-2)。
[0174] [比较例3]
[0175] 作为原料,对于100质量份的石墨粉(平均厚度为250nm,平均直径:15 μ m)添加 4质量份的碳化硼(B4C)并进行了混合。将混合物放入石墨制的坩埚,使用电阻加热型石墨 化炉((株)仓田技研制)在氩气气氛下、2800°C进行30分钟热处理,得到了掺有硼的石墨 (y_3)〇
[0176] [比较例4]
[0177] 作为原料,对于100质量份的平均厚度为1. 5 μπι的未处理的石墨"Graphite Powder 40798"(Alfa Aesar制,325目(mesh),平均直径:30μηι)添加18质量份的硼酸 (H3BO3)并进行了混合。将混合物放入石墨制的坩埚,使用电阻加热型石墨化炉((株)仓 田技研制)在氩气气氛下、2800°C进行30分钟热处理,得到了掺有硼的石墨(y-4)。
[0178] 再者,对于"Graphite Powder 40798",由于平均厚度过大,难以采用上述的根据 BET比表面积求出平均厚度的方法算出平均厚度,因此通过扫描电镜随意选择100个石墨 的样品,测定各样品的最大直径,将算术平均值作为平均厚度。
[0179] 对于实施例1~6和比较例1~4中制造出的薄片状石墨,进行了以下的评价。再 者,表1中的表示未测定或未使用。
[0180] 〔硼含量〕
[0181] 硼的含量通过对按照JIS R 7223预处理后的试料进行ICP发射光谱分析而求出。 再者,检测极限为5ppm。
[0182] 〔平均面间距d002〕
[0183] 使用(株)卩力'夕制乂射线衍射装置(型号RINT-2200V PC),采用上述的方法进 行了平均面间距CU的测定。将结果示于表1。
[0184] 由表1可知,通过在硼化合物的存在下对成为原料的薄片状石墨进行热处理,可 得到石墨化程度高、dM2小的含硼的薄片状石墨。
[0185] 〔激光拉曼峰值强度比[D/G]〕
[0186] 使用Reninshaw公司制显微激光拉曼分光分析装置(激光波长为785nm),采用上 述的方法进行了强度比[D/G]的测定。将结果示于表1。
[0187] 由表1可知,通过在硼化合物的存在下对成为原料的薄片状石墨进行热处理,石 墨的晶体中的碳原子的一部分被硼原子替换,[D/G]增大。
[0188] 〔粉末电阻〕
[0189] 将(c-1)、(c-2)、(c-4)、(c-5)、(y-Ι)和(y-2)的薄片状石墨分别准确称量 0· 2g, 通过粉末电阻测定系统(MCP-PD51,(株)三菱化学7于卩亍4 y夕制)对每个松密度测定 了电阻值。将结果示于图1。另外,将根据图1求出的松密度为1.7g/cm3时的粉末电阻示 于表1。
[0190] 由表1可知,通过在硼化合物的存在下进行热处理,粉末电阻降低。再者,在制造 (c-1)时,用作原料的薄片状石墨的平均面间距(1。。2为0. 3356nm,拉曼峰值强度比[D/G]为 0.5。在制造(c-4)时,用作原料的薄片状石墨((y-2))的拉曼峰值强度比[D/G]为0.6。
[0191]
[0192] [实施例7~23、比较例5~9]
[0193] 使用实施例1~6和比较例1~4中得到的薄片状石墨,调制导电性树脂组合物, 并进行了后述的各种评价。再者,除了实施例1~6和比较例1~4中所得到的薄片状石 墨以外,导电性树脂组合物的调制时所使用的材料如下。
[0194] 〈聚乙烯醇缩醛(A) >
[0195] (a-Ι):积水化学工业(株)制聚乙烯醇缩丁醛
[0196] 工スレッ夕"BM-2"
[0197] 缩丁醛化程度:68mol%
[0198] (a_2):积水化学工业(株)制聚乙烯醇缩丁醛
[0199] 工 乂 b y 夕 "BL-2H"
[0200] 缩丁醛化程度:70mol%
[0201] 〈固化性树脂(B) >
[0202] (b-Ι):昭和电工(株)制,シ 3 夕 y -;Lz "BKS-3823A"
[0203] 可熔酚醛树脂,重均分子量:6, 500,不挥发成分为44质量% (作为溶剂含有32质 量%的甲醇、20质量%的正丁醇、4质量%的苯甲醇)
[0204] (b-2):昭和电工(株)制,シ 3 夕 y -;Lz "BRN-595"
[0205] 线型酚醛树脂,重均分子量:16, 000
[0206] (b-3):新日铁化学(株)制,工步卜一卜YH-434L (环氧树脂)
[0207] Ν,Ν,Ν',Ν' -四缩水甘油基-4, 4' -二氨基二苯甲烷
[0208] 再者,(b-Ι)和(b-2)的重均分子量的测定,使用了昭和电工(株)制"Shodex(注 册商标)GPC System-21 (柱:KF-802、KF-803、KF-805) "。测定条件是:将柱温设为40°C,以 四氢呋喃为洗脱液,将洗脱速度设为Iml/分钟。
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