JP2019157283A - 不織布およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による不織布は、繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含み、密度が0.30g/cm3以下であることを特徴とする。この本発明による不織布は、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて粗分散液を調製する粗分散液調製工程、粗分散液と酸化グラフェンとを混合して混合液を調製する混合液調製工程、混合液から分散媒を除去してプレ不織布とするプレ不織布形成工程、およびプレ不織布を還元する還元工程を行うことによって製造することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、不織布よびその製造方法に関するものである。
従来、シート状の導電部材として、繊維状の導電性材料を用いて形成した不織布(導電性不織布)が用いられている。例えば、特許文献1には、導電性および機械的特性に優れる材料として注目されているカーボンナノチューブ(以下、「CNT」とも称する。)をシート状に集合させることにより、導電性および機械的特性に優れる不織布を提供する技術が提案されている。特許文献1には、100μm以下の炭素材料を添加することによって、導電性が向上することも記載されている。
上記特許文献1に記載された不織布は、比較的高い導電性を有しているが、更に高い導電性を有する不織布が求められている。そこで、特許文献2には、アミノ化処理した多層CNTを分散させ、それに分散した酸化グラフェンを混合した後、ヒドラジンを用いて液中で還元処理を行うことによって、導電性が高められた多孔質複合カーボン材について記載されている。
特開2016−67722号公報 特開2014−231453号公報
ところで近年、ウェアラブル製品など軽量化が求められる材料の用途が多々あり、樹脂を使わずに低密度で平面方向の導電性が高い材料に対する需要がある。しかしながら、上述の特許文献1および2に記載された不織布は密度が高く、軽量化が求められる用途には不十分である。このように、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布が求められている。
そこで、本発明は、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて分散液を調製する際に酸化グラフェンを添加し、得られた分散液をろ過して得られた不織布(プレ不織布)を還元することにより、密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の不織布は、繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含み、密度が0.30g/cm以下であることを特徴とする。本発明の不織布は、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布である。
また、本発明の不織布において、繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が400m/g以上であることが好ましい。これにより、不織布の耐粉落ち性を向上させることができる。
本発明の不織布において、グラフェンの一部が、表面に酸化された部分を有することができる。これにより、ガラスやアルマイト処理されたアルミニウム等の親水性基材との密着性を向上させることができる。
また、本発明の不織布は、X線光電子分光法で測定したC/Oの比が20以下であることが好ましい。これにより、ガラスやアルマイト処理されたアルミニウム等の親水性基材との密着性を向上させることができる。
本発明の不織布は、厚みが0.5mm以上2.0mm以下であることが好ましい。これにより、クラックを発生させることなく、折り曲げに対する耐性を高めることができる。
本発明の不織布は、グラフェンの含有量が、繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して、100質量部以上5000質量部以下であることが好ましい。これにより、不織布の平面方向の導電性を向上させることができ、また、不織布の耐粉落ち性を向上させることができる。
本発明の不織布の製造方法は、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて粗分散液を調製する粗分散液調製工程と、前記粗分散液と酸化グラフェンとを混合して混合液を調製する混合液調製工程と、前記混合液から分散媒を除去してプレ不織布とするプレ不織布形成工程と、前記プレ不織布を還元する還元工程とを含むことを特徴とする。これにより、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布を得ることができる。
また、本発明の不織布の製造方法において、混合液調製工程と、プレ不織布形成工程との間に、混合液を分散処理する分散工程を更に含むことが好ましい。これにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めて、平面方向の導電性を高めることができるとともに、耐粉落ち性も向上させることができる。
また、本発明の不織布の製造方法は、繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が400m/g以上であることが好ましい。これにより、製造された不織布の耐粉落ち性を向上させることができる。
また、本発明の不織布の製造方法は、粗分散液に含まれる繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径が25μm以下であることが好ましい。これにより、不織布の平面方向の導電性を高めることができる。
本発明によれば、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布を得ることができる。
(不織布)
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の不織布は、繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含み、密度が0.30g/cm以下であることを特徴としている。本発明の不織布は、従来に比べて密度が低く、グラフェンを平面方向へ配向することにより、平面方向の導電性が高い不織布である。この本発明の不織布は、後述する本発明の不織布の製造方法により製造することができる。
<繊維状炭素ナノ構造体>
本発明の不織布における繊維状炭素ナノ構造体としては、特に限定されることなく、繊維状構造を有する炭素ナノ構造体を用いることができる。具体的には、繊維状炭素ナノ構造体としては、例えば、CNT等の円筒形状の炭素ナノ構造体や、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成されてなる炭素ナノ構造体等の非円筒形状の炭素ナノ構造体を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。上述した中でも、繊維状炭素ナノ構造体が、CNTを含むことがより好ましい。
なお、繊維状炭素ナノ構造体がCNTを含むとは、繊維状炭素ナノ構造体がCNTのみからなるものであってもよいし、CNTと、CNT以外の繊維状炭素ナノ構造体との混合物であってもよい。
そして、繊維状炭素ナノ構造体中のCNTとしては、特に限定されることなく、単層CNTおよび/または多層CNTを用いることができるが、CNTは、単層から5層までのCNTであることが好ましい。
なお、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、特に限定されることなく、アーク放電法、レーザーアブレーション法、化学的気相成長法(CVD法)などの既知のCNTの合成方法を用いて製造することができる。具体的には、CNTは、例えば、CNT製造用の触媒層を表面に有する基材上に原料化合物およびキャリアガスを供給し、CVD法によりCNTを合成する際に、系内に微量の酸化剤(触媒賦活物質)を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法(スーパーグロース法;国際公開第2006/011655号参照)に準じて、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるCNTを「SGCNT」と称することがある。
そして、スーパーグロース法により製造された繊維状炭素ナノ構造体は、SGCNTのみから構成されていてもよいし、SGCNTに加え、例えば、非円筒形状の炭素ナノ構造体等の他の炭素ナノ構造体も含みうる。
−比表面積−
上記繊維状炭素ナノ構造体の比表面積は、400m/g以上であることが好ましく、600m/g以上であることがより好ましく、800m/gであることが更に好ましい。CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が400m/g以上であれば、不織布の耐粉落ち性を向上させることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の比表面積は、2500m/g以下であることが好ましく、1200m/g以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が2500m/g以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体に欠損が生じて窒素が内吸着することによる平面方向の導電性の悪化を抑制することができる。なお、本発明において、「比表面積」とは、BET法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
<グラフェン>
本発明の不織布におけるグラフェンとしては、後述する本発明の不織布の製造方法において説明するように、酸化グラフェンを還元して得られたグラフェンである。酸化グラフェンは、Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法、改良Hummers法などの一般的な手法により調製することができる。例えば、天然または人工のグラファイトを、硝酸ナトリウム、濃硫酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素等の酸化剤を用いて濃硫酸中で酸化したのち、水溶液中で剥離することにより、1層〜10層程度の酸化グラフェンを得ることができる。また、酸化グラフェンは東京化成工業株式会社およびシグマアルドリッチジャパン合同会社等からも市販されている。
上述のように、本発明の不織布におけるグラフェンは、酸化グラフェンを還元したグラフェンである。後述する実施例に示すように、酸化グラフェンを還元することによって平面方向の導電性が向上するが、全ての酸化グラフェンが還元されている必要はなく、グラフェンの一部は、表面に酸化された部分を有していてもよい。これにより、ガラスやアルマイト処理されたアルミニウム等の親水性基材との密着性を向上させることができる。なお、本発明において、「グラフェンの一部が表面に酸化された部分を有する」とは、X線光電子分光法により酸素原子(O)のピークが検出されることを意味している。換言すれば、X線光電子分光法によりOのピークが検出された場合には、不織布に含まれるグラフェンの一部が表面に酸化された部分を有していると見なす。
−密度−
こうした繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含む本発明の不織布の密度は、0.30g/cm以下とする。これにより、ウェアラブル製品などに利用可能な密度の低い軽量な不織布とすることができる。不織布の密度は、0.20g/cm以下であることが好ましく、0.17g/cm以下であることがより好ましい。また、不織布の密度は、0.05g/cm以上であることが好ましく、0.10g/cm以上であることがより好ましい。これにより、強度のあるシート形状を維持することができる。
−C/O比−
また、本発明の不織布は、X線光電子分光法により測定された、Oに対する炭素原子(C)の比(C/O比)が20以下であることが好ましく、10以下であることが好ましく、8以下であることが更に好ましい。これにより、ガラスやアルマイト処理されたアルミニウム等の親水性基材との密着性を向上させることができる。また、本発明の不織布のC/O比は、3以上であることが好ましく、4以上であることが好ましい。これにより、平面方向の導電性を高めることができる。
−厚み−
また、本発明の不織布の厚みは、0.5mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましく、1.0mm以上であることがさらに好ましい。これにより、十分な強度を有する不織布とすることができる。また、本発明の不織布は、2.0mm以下であることが好ましく、1.6mm以下であることがより好ましく、1.5mm以下であることが更に好ましい。これにより、クラックを発生させることなく、折り曲げに対する耐性を高めることができる。
−不織布の形状−
本発明の不織布の形状は、特に限定されるものではないが、通常シート状、フィルム状、シートを積層した積層状である。
−配合比−
本発明の不織布において、グラフェンの含有量は、繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して、100質量部以上とすることが好ましく、500質量部以上とすることがより好ましく、1000質量部以上とすることが更に好ましい。また、グラフェンの含有量は、繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して5000質量部以下とすることが好ましく、1500質量部以下とすることがより好ましい。グラフェンの含有量をこれらの範囲内とすることにより、不織布の平面方向の導電性を向上させることができ、また不織布の耐粉落ち性を向上させることができる。
本発明の不織布の平面方向の導電率は、3S/cm以上であることが好ましく、30S/cm以上であることがより好ましく、70S/cm以上であることが更に好ましい。本発明の不織布の導電率が上記範囲にあることにより、シート状の導電部材として使用するのに十分な平面方向の導電性を有する不織布とすることができる。
(不織布の製造方法)
次に、本発明の不織布の製造方法について説明する。本発明の不織布の製造方法は、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて粗分散液を調製する粗分散液調製工程と、粗分散液と酸化グラフェンとを混合した混合液を調製する混合液調製工程と、混合液から分散媒を除去してプレ不織布とするプレ不織布形成工程と、プレ不織布を還元する還元工程とを含むことを特徴としている。
本発明の不織布の製造方法においては、混合液を調製する際に、酸化グラフェンを添加している。本発明者の検討によると、酸化グラフェンは、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させるための分散剤として機能することが判明した。そこで、本発明においては、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させ粗分散液を得て、それをさらに分散する際に酸化グラフェンを添加し、混合液を得る。これにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めて、最終的に得られる不織布の平面方向の導電性を向上させることができる。また、製造される不織布の耐粉落ち性を向上させることもできる。
また、本発明の不織布の製造方法においては、粗分散液と酸化グラフェンとを混合した混合液をろ過して得られた不織布(プレ不織布)を還元する還元工程を行う。これにより、プレ不織布における酸化グラフェンが還元され、製造される不織布の平面方向の導電性を向上させることができる。また、不織布の密度を低下させてより軽量な不織布とすることができる。このように、本発明によって製造される不織布は、軽量性と平面方向の高い導電性とを兼ね備えたものであり、ウェアラブル製品等の用途に好適に使用することができる。以下、各工程について説明する。
<粗分散液調製工程>
まず、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて粗分散液を調製する粗分散液調製工程を行う。
−繊維状炭素ナノ構造体−
繊維状炭素ナノ構造体については、上述した本発明の不織布と同様に、CNT等の円筒形状の炭素ナノ構造体や、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成されてなる炭素ナノ構造体等の非円筒形状の炭素ナノ構造体を用いることができる。繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積が400m/g以上であることが好ましい。これにより、製造された不織布の耐粉落ち性を高めることができる。
また、粗分散液における繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定した際に25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることが更に好ましい。これにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めて、最終的に得られる不織布の平面方向の導電性を高めることができる。なお、本発明において、繊維状炭素ナノ構造体の「平均粒子径」とは、粗分散液に含まれている固形物のメジアン径(体積換算値)を指し、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布計による測定に従う。
−分散媒−
分散媒としては、通常は水が好ましいが、水以外にも目的に応じて水に可溶するアルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン等)、エーテル類(エチレングリコールジメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン)やN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等を使用してもよい。また、これらの混合物も好適に使用できる。
こうした繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させる方法は、特に限定されない。例えば、上述の繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に添加し、分散機によって繊維状炭素ナノ構造体を溶媒中に分散させることにより行うことができる。
上記粗分散液を得るために使用する分散機としては、特に限定されることなく、既知の様々な分散機を使用することができる。特に、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、超音波分散処理、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、ビーズミル、ジェットミル、超高圧でセラミックボールまたは原料同士を衝突させ分散させる湿式微粒化装置(スギノマシン社製スターバースト等)およびグラインダーのようなより強力で叩解能力のある装置を使用することが好ましい。このようにして、粗分散液を調製することができる。
<混合工程>
−混合液の調製−
次に、上述のように調製した粗分散液と酸化グラフェンとを混合して、混合液を調製する。
−酸化グラフェン−
酸化グラフェンについては、上述した本発明の不織布において説明したような一般的な酸化グラフェンを用いることができる。混合液を調製するにあたり、酸化グラフェンの形態は特に制限されない。固体の酸化グラフェンを粗分散液に添加してもよいし、水溶液の形態の酸化グラフェンを粗分散液と混合してもよい。なお、粗分散液との混練の容易性から、混合に先立ち、酸化グラフェンを水溶液や分散液の形態としておくことが好ましい。
また、粗分散液と酸化グラフェンとを混合する際に、水などの分散媒をさらに添加してもよい。繊維状炭素ナノ構造体分散液と、酸化グラフェン水溶液とを混合する場合も、水などの分散媒をさらに添加して、混合液の濃度を調整することも好ましい。
−配合比−
混合液を調製する際に、混合液における酸化グラフェンの含有量は、繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して、100質量部以上とすることが好ましく、500質量部以上とすることがより好ましく、1000質量部以上とすることが更に好ましい。また、本発明の不織布において、酸化グラフェンの含有量は、繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して5000質量部以下とすることが好ましく、1500質量部以下とすることがより好ましい。混合液における酸化グラフェンの含有量をこれらの範囲内とすることにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めて、製造される不織布の平面方向の導電性を向上させることができる。また、製造される不織布の耐粉落ち性を向上させることもできる。
<分散工程>
なお、上述のように得られた混合液を分散処理する分散工程を行うことが好ましい。これにより、繊維状炭素ナノ構造体を混合液中においてより分散させて、製造される不織布の平面方向の導電性をより高めることができる。また、不織布の耐粉落ち性をより向上させることもできる。
この分散工程は、超音波処理や各種攪拌方法を用いることができる。それらの中でも、キャビテーション効果が得られる分散処理手法を用いることが好ましい。キャビテーション効果が得られる分散処理手法とは、液体に高エネルギーを付与した際に液中に生じる真空の気泡が破裂することにより生じる衝撃波を利用した手法である。キャビテーション効果が得られる分散処理手法を用いることにより、混合液中に繊維状炭素ナノ構造体を分散させることが可能となる。
なお、キャビテーション効果が得られる分散処理手法の具体例としては、超音波による分散処理、ジェットミルによる分散処理および高剪断撹拌による分散処理が挙げられる。これらの分散処理は一つのみを行なってもよく、複数を組み合わせて行なってもよい。より具体的には、例えば超音波ホモジナイザー、ジェットミルおよび高剪断撹拌装置が好適に用いられる。これらの装置は従来公知のものを使用すればよい。
例えば、超音波ホモジナイザーを用いる場合には、超音波ホモジナイザーを使用して上記混合液に超音波を照射すればよい。照射する時間は、繊維状炭素ナノ構造体および酸化グラフェンの含有量および配合比等により適宜設定すればよい。例えば、15分以上が好ましく、20分以上がより好ましく、30分以上が更に好ましく、また、5時間以下が好ましく、2時間以下がより好ましい。また、例えば、出力は100W以上、500W以下、温度は室温、具体的には15℃以上50℃以下が好ましい。
<プレ不織布形成工程>
次に、上述のように得られた混合液から分散媒を除去してプレ不織布とするプレ不織布形成工程を行う。これは、例えば、混合液をろ紙を用いて減圧ろ過することによって行うことができる。
<還元工程>
続いて、上述のように得られたプレ不織布を還元する還元工程を行う。これは、プレ不織布に紫外線(UV)を照射したり、ヒドラジン浸漬等の化学還元などによって行うことができる。中でも、副生成物などの不純物等を少なく還元できることから、UV照射により行うことが好ましい。本発明者は、上記還元工程によって、不織布の平面方向の導電性を向上させることができるとともに、不織布の密度を低下できることを見出した。こうして、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布を得ることができる。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例および比較例において、粗分散液における繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径、不織布の厚み、密度、C/O比、導電率および耐粉落ち性は、それぞれ以下の方法を使用して測定または評価した。
<平均粒子径>
粗分散液における繊維状炭素ナノ構造体の粒子径は、動的光散乱法を用いたナノ粒子解析装置(製品名「SZ−100」、堀場製作所製)を用いて測定し、モード径(平均粒子径)にて評価して平均粒子径を測定した。ただし、上記ナノ粒子解析装置では、測定対象の粒子径が大きすぎる場合(平均粒子径10μm以上)には測定できない。この場合、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所製、LA−960)を用いて、実施例および比較例の粗分散液における繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径(メジアン径)を測定した。
<厚み>
不織布の厚みをデジタルマイクロメーター(ミツトヨ製「クーラントプルーフマイクロメーター」)にて測定した。
<密度>
自動比重計(東洋精機社製、商品名「DENSIMETER−H」)を用いて測定した。
<C/O比>
X線光電子分光測定(XPS)としてX線光電子分光器((株)島津製作所社製ESCA(AXIS-ULTRA))を用いた。試料をHolder試料台に両面テープで固定し、フィラメントmonoAlを励起X線光源(15kV,10mA)として、中和電子銃(Filament Current:1.55、Charge Balance:3.3、Filament Bias:1.5)を設定し、分析範囲700×300μm、光電子取出し角は0°(サンプル面に関して垂直)として測定を行った。取り込み領域としてnarrow scan(Pass Energy 40eV)にて、Cの1s(275〜300eV)、Oの1s(520〜550eV)のスペクトルを測定した。
その後、得られたスペクトルから各元素のピーク面積を求め、各元素含有率(元素組成)を算出した。本発明においては、CとOの元素含有比率=C/O比(C元素含有率/O元素含有率)は、不織布の表面官能基量C/O比として定義する。
<導電率>
作製した導電性不織布から寸法10mm×10mmの正方形の試験片を切り出し、測定サンプルとした。そして、低抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、製品名「ロレスタ(登録商標)GPMCP−T610」)を用い、JIS K7194に準拠した方法で測定サンプルの平面方向の導電率を測定した。具体的には、測定サンプルを絶縁ボードの上に固定し、測定サンプルの中心位置(縦5mm、横5mmの位置)にLSPプローブを押し当て、10Vの電圧を印加して各測定サンプルの平面方向の導電率を測定した。
<耐粉落ち性>
不織布の上に、重量Mの3×3cmに切ったウェットティッシュ(シルコットウェットティッシュ ピュアウォーター(ユニ・チャーム製))を乗せた。更に、ウェットティッシュの上に、均一に圧力が印加されるように、500gの重しを乗せた。30秒経過後に重しを外して、ウェットティッシュの不織布が転写されている部分を切り取り、切り取った部分と同面積のウェットティッシュの重量Mを別途測定し、付着した物質の粉落ち性をΔM=M/M×100(%)で算出し、以下の基準で評価した。
A:ΔMが50%未満
B:ΔMが50%以上80%以下
C:ΔMが80%超
(実施例1)
<粗分散液調製工程>
繊維状炭素ナノ構造体であるSGCNT(BET比表面積:812m/g)250mgを1Lの水に添加し、ホモジナイザーにより10000rpm、30分間撹拌して、0.025質量%の粗分散液を調製した。
なお、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所製、LA−960)にて粗分散液中の繊維状炭素ナノ構造体のメジアン径(体積換算の平均粒子径)を測定したところ、メジアン径は3μmであった。
<混合液調製工程および分散工程>
上述のように調製した粗分散液に、1質量%の酸化グラフェン分散液(仁科マテリアル製)を125g投入した後、直径0.5mmの細管流路を備えた湿式ジェットミル(株式会社常光製、JN20)に100MPaの圧力で3サイクル通過させ、繊維状炭素ナノ構造体を水中に分散させた混合液を得た。
<プレ不織布形成工程>
上述のように得られた混合液10gをキリヤマろ紙(No.5A、直径3cm)を用いて減圧ろ過し、ろ物を温度120℃の雰囲気下で60分間乾燥させて、シート状の導電性不織布(プレ不織布)を得た。得られたプレ不織布の密度は0.95g/cmだった。
<還元工程>
上述のように得られたプレ不織布を、UV照射コンベア装置(アイグラフィックス株式会社製:ECS-401XN2-1401)を用いて、高圧水銀ランプH04−L41、出力4kW、速度5m/分、2サイクルのUV照射を行った。その際、UV照射時の空気の風量は、総排風量6m/分以下、炉体内排風5m/分、炉体内送風6m/分以下の条件下にて、上部ダクト吐出口Φ173、60.00r/分(Hz)として、風量約4.5m/分に調整して還元を行った。こうして、プレ不織布に含まれる酸化グラフェンを還元し、実施例1に係る導電性不織布を得た。得られた不織布の密度は、0.16g/cmであった。こうして得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。なお、表1において、不織布の組成は質量部単位で示してある。
Figure 2019157283
(実施例2)
実施例1と同様に、実施例2に係る不織布を作製した。ただし、粗分散液に添加する酸化グラフェンの分散液の量を25gとした。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(実施例3)
実施例1と同様に、実施例3に係る不織布を作製した。ただし、粗分散液に添加する酸化グラフェンの分散液の量を1250gとした。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(実施例4)
実施例1と同様に、実施例4に係る不織布を作製した。ただし、粗分散液に酸化グラフェンの分散液を投入した後、湿式ジェットミルによる分散工程を行わなかった。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例1)
実施例1と同様に、比較例1に係る不織布を作製した。ただし、プレ不織布に対して還元工程を行わなかった。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例2)
実施例1と同様に、比較例2に係る不織布を作製した。ただし、酸化グラフェン分散液の代わりに粉末の未修飾グラフェン(製品名GNH-XZ、グラフェンプラットホーム http://grapheneplatform.com/jp/products/powder/)を1.25g添加した。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例3)
比較例2と同様に、比較例3に係る不織布を作製した。ただし、プレ不織布に対して還元工程を行わなかった。その他の条件は比較例2と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例4)
実施例1と同様に、比較例4に係る不織布を作製した。ただし、実施例1における粗分散液をそのまま濾過して不織布とした。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例5)
実施例1と同様に、比較例5に係る不織布を作製した。ただし、酸化グラフェンの代わりに膨張化黒鉛(EC−100 伊藤黒鉛製)1gを粗分散液に添加した。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例6)
実施例1と同様に、比較例6に係る不織布を作製した。ただし、繊維状炭素ナノ構造体として、多層CNT(KUMHO PETROCHEMICAL社製、商品名「K−NANO」、平均繊維径:13nm、平均繊維長:30μm、BET比表面積:266m/g)を用いた。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
(比較例7)
実施例1と同様に、比較例7に係る不織布を作製した。ただし、酸化グラフェンの分散液の量を2500gとした。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の厚み、密度、C/O比、導電率、耐粉落ち性を表1に示す。
表1に示すように、実施例1〜4に係る不織布は、比較例1〜5に係る不織布よりも密度が低く、平面方向の導電性が高いことが分かる。なお、比較例6および7については、不織布を得ることができなかった。また、実施例1と実施例4との比較から、粗分散液に酸化グラフェン分散液を投入した後に分散工程を行うことにより、耐粉落ち性が向上することが分かる。さらに、実施例1と実施例5との比較から、還元工程を行うことにより、不織布の平面方向の導電性が大きく向上することが分かる。
本発明によれば、従来よりも密度が低く、平面方向の導電性が高い不織布を得ることができる。

Claims (10)

  1. 繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含み、
    密度が0.30g/cm以下であることを特徴とする不織布。
  2. 前記繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が400m/g以上である、請求項1に記載の不織布。
  3. 前記グラフェンの一部が表面に酸化された部分を有する、請求項1または2に記載の不織布。
  4. X線光電子分光法で測定したC/Oの比が20以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の不織布。
  5. 厚みが0.5mm以上2.0mm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の不織布。
  6. 前記グラフェンの含有量が、前記繊維状炭素ナノ構造体100質量部に対して、100質量部以上5000質量部以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の不織布。
  7. 繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて粗分散液を調製する粗分散液調製工程と、
    前記粗分散液と酸化グラフェンとを混合して混合液を調製する混合液調製工程と、
    前記混合液から分散媒を除去してプレ不織布とするプレ不織布形成工程と、
    前記プレ不織布を還元する還元工程と、
    を含むことを特徴とする不織布の製造方法。
  8. 前記混合液調製工程と、前記プレ不織布形成工程との間に、前記混合液を分散処理する分散工程を更に備える、請求項7に記載の不織布の製造方法。
  9. 前記繊維状炭素ナノ構造体の比表面積が400m/g以上である、請求項7または8に記載の不織布の製造方法。
  10. 前記粗分散液に含まれる前記繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径が25μm以下である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
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