[发明专利]微细碳纤维水性分散液、所述水性分散液的制备方法及使用其的物品

说明书

技术领域

该发明涉及微细碳纤维水性分散液、所述水性分散液的制备方法及使用其的物品。根据本发明的微细碳纤维水性分散液，可应用至通过以下制造的全部产品：使用水作为溶剂，例如，制造如用于电地毯的加热器、地板采暖、墙面取暖器、用于路面或者屋顶融雪系统的加热器的加热源；制造其中碳纤维施涂在其它纤维上的导电性纤维；制造根据造纸技术的导电性纸；制造根据无纺纤维制造技术的导电性玻璃纤维无纺纤维；制造根据图案化技术的集成电路，和平板显示器的应用开发；等。

背景技术

在1976年发现的微细碳纤维(碳纳米管)是通过圆筒状卷绕的石墨烯形成的具有纳米级直径的微细中空管。在其理想形式下，碳六边形网络的面形成与碳纳米管的轴平行的管，在一些情况下，两根以上此类管可以分层，从而形成双层、三层、四层或者多层。此类碳纳米管显示不同特性，这相互取决于碳制六边形网络数目和管的直径。因此，期望碳纳米管在利用这些化学特性、机械特性、导热性、结构特性等的情况下，应用于电子装置、电气配线、电热转换元件用材料、热电转换元件用材料、建筑材料用放热材料、电磁波屏蔽材料、电波吸收材料、平面显示板的场致发射阴极用材料、接触电极用材料、树脂组合物用材料、透明导电性膜、催化剂载体用材料，电极和储氢用材料、补强材料、黑色颜料等。

然而，由碳纳米管代表的微细碳纤维，显示非常强的纤维之间相互的聚集力(范德华力)。因此，当将此类微细碳纤维添加至水性溶液、有机溶剂、树脂溶液或者树脂时，微细碳纤维趋于相互凝聚，其伴随着在目前环境下无法制备良好分散的溶液或者树脂。用于该结果的主要因素是，碳纳米管的原子水平的平滑表面极大地降低对分散介质的亲合力。

在分散介质之中，水是用于分散微细碳纤维特别困难的介质。微细碳纤维的结晶性变得越高，微细碳纤维对水的亲合力就降低得越多，当将它们添加至水时，其到达微细碳纤维在水上浮动的程度。然而，为了构建考虑到全球变暖、以及生活环境或者全球环境如挥发性有机化合物(VOC)规则的技术，已需要其中不使用有机溶剂的技术，因此，可以说微细碳纤维水性分散液是非常重要的技术。

因此，近年来，已进行用于制备微细碳纤维水性分散液的许多研究。例如，研究已公布在非专利文献1和2以及专利文献1-7中。在非专利文献1中，公开了通过使用非离子表面活性剂Tergitol(商品名)NP7分散碳纳米管的方法。

在非专利文献2中，报道：为了使表面活性剂的疏水部吸附至微细碳纤维的疏水性表面，并且由此在纤维外侧形成亲水部，通过将单层碳纳米管在大量阳离子表面活性剂SDS的水性溶液中进行超声波处理而将单层碳纳米管分散在水性溶液中。

在专利文献1中，公开了分散方法，其中将为苯乙烯和乙二醇的共聚物的两亲性化合物用作分散剂，和将多层碳纳米管在分散剂中的含量设定为1重量份以下。

在专利文献2中，公开了碳纳米管分散液，其中包含(A)碳纳米管、(B)亲水性液体和(C)胺值在5-100mg KOH/g范围内的非离子分散剂，以及其中碳纳米管为多层碳纳米管并且其含量为5重量份以下。

在专利文献3中，公开了亲水性碳纳米管分散液，其包括(A)碳纳米管；(B)作为烷基苯磺酸盐或者烷基醚磺酸盐的分散剂；以及(C)其亲水部为羟基、氧化乙烯、碳-碳三键或者离子性基团和其具有疏水部-亲水部-疏水部结构的化合物。另外，在该文献中使用的碳纳米管为单层碳纳米管，其含量为1重量份以下。

在专利文献4中，公开了一种碳纳米管分散液的制备方法，其中在使用碳纳米管用水性分散剂的情况下，将碳纳米管进行超声波分散处理，所述碳纳米管用水性分散剂包括至少一种选自由聚合芳香族(polymeric aromatic)表面活性剂、芳香族非离子表面活性剂和芳香族非离子性表面活性剂和离子性表面活性剂的组合组成的组的成分。另外，在该文献中使用的碳纳米管为多层碳纳米管，其含量为7.5重量份以下。

在专利文献5中，公开了一种碳纳米管分散糊剂的制备方法，其中两性分子附着至构成多个碳纳米管束的至少一部分碳纳米管，以及附着至构成多个碳纳米管束的碳纳米管之一的两性分子和附着至邻近前者碳纳米管的构成多个碳纳米管束的其它碳纳米管的其它两性分子相互电吸引，由此构成多个碳纳米管束的各碳纳米管独自地分散。另外，在该文献中使用的碳纳米管为单层碳纳米管，其浓度低。