[发明专利]薄片化石墨-聚合物复合材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将聚合物接枝于薄片化石墨而成的薄片化石墨-聚合物复合材料的制造方法，更详细而言，涉及一种通过将石墨和解聚性的单体、该单体的聚合物a、或在分解温度附近形成自由基的聚合物b混合并加热来制造将聚合物接枝于薄片化石墨而成的复合材料的方法。

背景技术

石墨为SP2碳的六边形层状化合物，构成石墨的一层被称为石墨烯。以往，为了得到石墨烯，已知有加热处理碳化硅的方法及在铜箔等金属膜上以CVD法叠层石墨烯的方法。

另一方面，已知有如下方法：用强酸对石墨进行处理，在石墨的层间掺杂离子并进一步进行快速加热处理，由此得到石墨烯叠层数比原本的石墨少的氧化石墨烯及薄片化石墨(下述的专利文献1)。

另外，现有技术中已针对各种通过剥离处理石墨而得到的薄片化石墨和聚合物的复合材料进行了研究。例如，在下述的非专利文献1中报告了下述内容：在通过利用化学处理对石墨进行剥离处理而得到的薄片化石墨的共存下，将聚合引发剂及苯乙烯单体成分混合并将单体聚合时，将苯乙烯聚合物链接枝于石墨烯表面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：US7,658,901B02

非专利文献

非专利文献1：第59次高分子学会年次大会预稿集(第59回高分子学会年次大会予稿集)、3Pb016

发明内容

发明要解决的问题

欲获得薄片化石墨-聚合物复合材料时，对于在得到薄片化石墨后接枝单体、然后再使聚合物发生接枝聚合的方法而言，存在原料的薄片化石墨的操作繁琐这样的问题。即，薄片化石墨及剥离的石墨烯越是漂浮在空气中，剥离处理后的薄片化石墨及石墨烯越轻质，剥离处理后的薄片化石墨的操作越会变得非常困难。因此，现有技术中，将薄片化石墨再分散于溶剂中，并在分散液中将成为聚合起始点的聚合引发剂、共聚反应性官能团接枝于石墨烯表面。然后，在溶液中聚合，使聚合物接枝于石墨烯表面。因此，工序需要非常长的时间。

此外，将薄片化石墨、纳米碳材料再分散于分散介质或溶剂时，如果纳米碳材料的浓度高，则会获得高粘度的浆料。例如，即使仅在溶剂、分散介质中分散1重量%左右的薄片化石墨，也会得到非常高粘度的浆料或者硬的凝聚块。因此，若不使薄片化石墨的浓度非常低，则搅拌也不容易。因此，难以容易地得到将聚合物接枝于薄片化石墨而成的复合材料。

本发明的目的在于提供一种可同时实现石墨的剥离处理和将聚合物接枝于薄片化石墨的工序，因此能够容易且以短时间得到薄片化石墨-聚合物复合材料的制造方法。

解决问题的方法

本申请发明人发现，若将薄片化石墨、和解聚性的单体、该单体的聚合物、或在分解温度附近形成自由基的聚合物在非敞开容器内于上述聚合物的分解温度附近进行高温加热处理，则可以在实现石墨的薄片化的同时将聚合物高效地接枝于薄片化石墨，从而完成了本发明。

这里的所述薄片化指的是向1～200层左右的石墨层的剥离以及纳米粒子的凝聚体向初级粒子的分散。

本发明的薄片化石墨-聚合物复合材料的制造方法包括：将石墨或初生薄片化石墨和下述组分混合而得到混合物的工序，所述组分为解聚性单体或该单体的聚合物a、或在分解起始温度以上生成自由基的聚合物b，所述解聚性单体的所述聚合物通过加热而分解、产生自由基并生成单体或低聚物；以及将所述混合物设置于非敞开容器内并加热至第一温度区或温度高于第一温度区的高温的加热工序，其中，将所述聚合物a或b的上限温度以上且分解起始温度以下设为第一温度区。需要说明的是，这里的所述分解起始温度是指在氮气氛下进行TG/DTA测定时，到达所述聚合物a或b的10重量%发生分解的温度。另外，上限温度的定义记载于“自由基聚合手册”第112页(NTS发行)。

由上述定义可以明确，即使在低于分解起始温度的情况下，只要在分解起始温度附近，则聚合物即会发生分解而产生自由基。在本说明书中，在进行上述加热工序中的加热时，将加热至上限温度以上且分解起始温度以下的第一温度区的操作称为A操作。