Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7624624B2 - Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7624624B2 - Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material - Google Patents

Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material Download PDF

Info

Publication number
JP7624624B2
JP7624624B2 JP2021053494A JP2021053494A JP7624624B2 JP 7624624 B2 JP7624624 B2 JP 7624624B2 JP 2021053494 A JP2021053494 A JP 2021053494A JP 2021053494 A JP2021053494 A JP 2021053494A JP 7624624 B2 JP7624624 B2 JP 7624624B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exfoliated graphite
graphite
polythiophene
exfoliated
graphene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021053494A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022150752A (en
Inventor
弘司 福井
拓也 工藤
博司 吉谷
達生 丸山
雅樹 松井
好 草本
敦紀 森
昌宏 豊田
佳寿 南里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY
Kobe University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY
Kobe University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY, Kobe University NUC, Sekisui Chemical Co Ltd filed Critical NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY
Priority to JP2021053494A priority Critical patent/JP7624624B2/en
Publication of JP2022150752A publication Critical patent/JP2022150752A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7624624B2 publication Critical patent/JP7624624B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体、該薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法、並びに該薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を用いた耐食コーティング材に関する。 The present invention relates to an exfoliated graphite-polythiophene composite, a method for producing the exfoliated graphite-polythiophene composite, and a corrosion-resistant coating material using the exfoliated graphite-polythiophene composite.

従来、樹脂の補強材料、導電性材料、あるいは熱伝導性材料として、炭素材料が広く用いられている。近年では、リチウムイオン二次電池などの二次電池やキャパシタなどの電極材料への利用が検討されている。このような炭素材料としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、薄片化黒鉛などが挙げられる。 Traditionally, carbon materials have been widely used as resin reinforcing materials, conductive materials, or thermally conductive materials. In recent years, their use as electrode materials for secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries and capacitors has been considered. Examples of such carbon materials include graphite, carbon nanotubes, and exfoliated graphite.

薄片化黒鉛とは、黒鉛を剥離処理して得られるものであり、元の黒鉛よりも薄いグラフェン又はグラフェンシートの積層体である。このような薄片化黒鉛は、比表面積が大きく、導電性や、ガスバリア性、あるいは機械的強度等に優れることから、幅広い分野での応用が期待されている。 Exfoliated graphite is obtained by exfoliating graphite, and is a laminate of graphene or graphene sheets that are thinner than the original graphite. Such exfoliated graphite has a large specific surface area and is excellent in electrical conductivity, gas barrier properties, mechanical strength, etc., and is therefore expected to be used in a wide range of fields.

薄片化黒鉛の製造方法としては、例えば、黒鉛層間化合物(GIC)を用いた製造方法が知られている。この方法では、黒鉛のグラフェン層間にアルカリ金属をインターカレートする。しかる後、超音波処理や加熱処理などの剥離処理により黒鉛を剥離する。それによって、薄片化黒鉛を得ることができる。 One known method for producing exfoliated graphite is, for example, a method using graphite intercalation compounds (GICs). In this method, an alkali metal is intercalated between the graphene layers of graphite. The graphite is then exfoliated by an exfoliation process such as ultrasonic treatment or heat treatment. This allows exfoliated graphite to be obtained.

また、下記の特許文献1には、黒鉛のグラフェン層間に少なくともアルカリ金属がインターカレートされたGICと、アルキルアルデヒドとを混合することにより、黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る方法が開示されている。 In addition, the following Patent Document 1 discloses a method for exfoliating graphite to obtain exfoliated graphite by mixing GIC, in which at least an alkali metal is intercalated between the graphene layers of graphite, with an alkylaldehyde.

国際公開第2020/175504号International Publication No. 2020/175504

ところで、特許文献1のような製造方法で得られた薄片化黒鉛では、グラフェン同士の再凝集を防止するために、デカナールなどのアルキルアルデヒドが分散媒として用いられている。これにより、特許文献1では、薄片化黒鉛を樹脂中や溶媒中に分散させた場合においても、薄片化黒鉛が折り込まれたり、カールしたりし難いとされている。しかしながら、デカナールなどのアルキルアルデヒドには、皮膚や目に対する刺激性などの生体毒性があることが多い。また、アルデヒドであるため酸化しやすく化学的安定性が低いという問題がある。 Incidentally, in the exfoliated graphite obtained by the manufacturing method as disclosed in Patent Document 1, an alkyl aldehyde such as decanal is used as a dispersion medium to prevent re-aggregation of graphene. As a result, Patent Document 1 claims that even when the exfoliated graphite is dispersed in a resin or a solvent, the exfoliated graphite is less likely to fold or curl. However, alkyl aldehydes such as decanal often have biotoxicity, including irritation to the skin and eyes. In addition, because they are aldehydes, they have the problem of being easily oxidized and having low chemical stability.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、折り込まれたり、カールしたりし難く、汎用性の高い、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体、該薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法、並びに該薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を用いた耐食コーティング材を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide an exfoliated graphite-polythiophene composite that is highly versatile and does not easily fold or curl, a method for producing the exfoliated graphite-polythiophene composite, and a corrosion-resistant coating material that uses the exfoliated graphite-polythiophene composite.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、グラフェン又はグラフェンシートの積層体である、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを含む。 The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention contains exfoliated graphite, which is a laminate of graphene or graphene sheets, and a polythiophene derivative.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のある特定の局面では、前記ポリチオフェン誘導体が、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)である。 In a particular aspect of the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention, the polythiophene derivative is poly(3-hexylthiophene).

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の他の特定の局面では、前記薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数が、1層以上、15層以下である。 In another specific aspect of the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention, the number of stacked graphene sheets in the exfoliated graphite is 1 or more and 15 or less.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のさらに他の特定の局面では、表面がカルボニル基を有する化合物に由来する官能基により修飾されており、グラフェン又はグラフェンシートの積層体である、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とが複合化されてなる。 In yet another specific aspect of the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention, the surface of the exfoliated graphite is modified with a functional group derived from a compound having a carbonyl group, and the exfoliated graphite is a laminate of graphene or graphene sheets, and is composited with a polythiophene derivative.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のさらに他の特定の局面では、前記カルボニル基を有する化合物が、アルデヒド誘導体である。 In yet another specific aspect of the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention, the compound having a carbonyl group is an aldehyde derivative.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のさらに他の特定の局面では、前記アルデヒド誘導体が、アルキルアルデヒドである。 In yet another specific aspect of the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention, the aldehyde derivative is an alkyl aldehyde.

本発明に係る薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法は、本発明に従って構成される薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法であって、黒鉛のグラフェン層間に少なくともアルカリ金属がインターカレートされた黒鉛層間化合物を用意する工程と、前記黒鉛層間化合物とカルボニル基を有する化合物とを混合することにより、前記黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程と、前記薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを複合化させる工程と、を備える。 The method for producing an exfoliated graphite-polythiophene composite according to the present invention is a method for producing an exfoliated graphite-polythiophene composite constructed according to the present invention, and includes the steps of preparing a graphite intercalation compound in which at least an alkali metal is intercalated between the graphene layers of graphite, mixing the graphite intercalation compound with a compound having a carbonyl group to exfoliate the graphite to obtain exfoliated graphite, and compounding the exfoliated graphite with a polythiophene derivative.

本発明に係る耐食コーティング材は、本発明に従って構成される薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を含む。 The corrosion-resistant coating material of the present invention includes an exfoliated graphite-polythiophene composite constructed according to the present invention.

本発明によれば、折り込まれたり、カールしたりし難く、汎用性の高い、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体及びその製造方法、並びに該薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を用いた耐食コーティング材を提供することができる。 The present invention provides an exfoliated graphite-polythiophene composite that is highly versatile and does not easily fold or curl, a method for producing the same, and a corrosion-resistant coating material that uses the exfoliated graphite-polythiophene composite.

図1(a)~(c)は、実施例3で得られた薄片化黒鉛のXPSスペクトルを示す図である。1(a) to (c) are diagrams showing the XPS spectrum of the exfoliated graphite obtained in Example 3. 図2(a)~(c)は、比較例1で得られた薄片化黒鉛のXPSスペクトルを示す図である。2(a) to (c) are diagrams showing the XPS spectrum of the exfoliated graphite obtained in Comparative Example 1. 図3は、実施例3及び比較例1で得られた薄片化黒鉛のラマンスペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing Raman spectra of the exfoliated graphite obtained in Example 3 and Comparative Example 1. 図4は、実施例2及び比較例1で得られた分散液の吸光スペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the absorption spectra of the dispersions obtained in Example 2 and Comparative Example 1. 図5は、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)と、波長660nmにおける吸光度との関係を示す図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) and the absorbance at a wavelength of 660 nm. 図6は、実施例1~4及び比較例1~2で得られたサンプルの断面の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。FIG. 6 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the cross section of the samples obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. 図7は、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)と、シート抵抗との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) and the sheet resistance. 図8は、実施例2及び比較例1で得られたサンプルのターフェルプロットを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing Tafel plots of the samples obtained in Example 2 and Comparative Example 1.

以下、本発明の詳細を説明する。 The details of the present invention are explained below.

[薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体]
本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを含む。上記薄片化黒鉛は、グラフェン又はグラフェンシートの積層体である。
[Exfoliated graphite-polythiophene composite]
The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention contains exfoliated graphite and a polythiophene derivative. The exfoliated graphite is a laminate of graphene or graphene sheets.

本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、上記の構成を備えるので、折り込まれたり、カールしたりし難く、汎用性が高い。また、薄片化黒鉛本来の機能を効果的に発揮することもできる。 The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention has the above-mentioned configuration, and is therefore less likely to be folded or curled, making it highly versatile. It can also effectively exert the inherent functions of exfoliated graphite.

従来、薄片化黒鉛では、グラフェン同士の再凝集を防止するために、デカナールなどのアルキルアルデヒドが分散媒として用いられていたが、デカナールなどのアルキルアルデヒドには、皮膚や目に対する刺激性などの生体毒性があることが多く、しかもアルデヒドであるため酸化しやすく化学的安定性が低いという問題があった。 Conventionally, in exfoliated graphite, alkyl aldehydes such as decanal have been used as a dispersion medium to prevent re-aggregation of graphene particles. However, alkyl aldehydes such as decanal often have biological toxicity, such as irritation to the skin and eyes, and because they are aldehydes, they are easily oxidized and have low chemical stability.

これに対して、本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、ポリチオフェン誘導体を含むので、幅広い溶媒に分散させることができる。従って、上記薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、生体毒性のある分散媒を用いなくてもさまざまな溶媒に分散させることができ、汎用性が高い。また、上記薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、酸化し難いことから、化学的安定性に優れ、薄片化黒鉛本来の機能を効果的に発揮することができる。加えて、ポリチオフェン誘導体を含むので、導電性をより高めることもできる。 In contrast, the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention contains a polythiophene derivative, and therefore can be dispersed in a wide range of solvents. Therefore, the exfoliated graphite-polythiophene composite can be dispersed in a variety of solvents without using a dispersion medium that is toxic to the body, and is highly versatile. In addition, the exfoliated graphite-polythiophene composite is resistant to oxidation, and therefore has excellent chemical stability, allowing it to effectively exhibit the inherent functions of exfoliated graphite. In addition, since it contains a polythiophene derivative, it can also further increase electrical conductivity.

また、本発明者らは、上記のような薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を含むコーティング材を、金属などの表面に塗布することにより、金属などの表面における腐食を抑制できることを見出した。従って、本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、耐食コーティング材として好適に用いることができる。 The inventors have also discovered that applying a coating material containing the above-mentioned exfoliated graphite-polythiophene composite to the surface of a metal or the like can suppress corrosion on the surface of the metal or the like. Therefore, the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention can be suitably used as a corrosion-resistant coating material.

なお、本発明においては、薄片化黒鉛の表面が、ポリチオフェン誘導体により修飾されていることが好ましい。薄片化黒鉛の表面に、ポリチオフェン誘導体が吸着されていてもよく、グラフト化されていてもよい。この場合、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることをより一層抑制することができる。また、溶媒中や樹脂中での分散性をより一層高めることができ、薄片化黒鉛の少量の添加によっても、樹脂の機械的物性をより一層効果的に高めることができる。なお、薄片化黒鉛の表面が、ポリチオフェン誘導体により修飾されているか否かは、X線光電子分光法(XPS)やラマン分光法により確認することができる。 In the present invention, it is preferable that the surface of the exfoliated graphite is modified with a polythiophene derivative. The polythiophene derivative may be adsorbed or grafted onto the surface of the exfoliated graphite. In this case, folding or curling of the exfoliated graphite can be further suppressed. In addition, the dispersibility in the solvent or resin can be further improved, and even the addition of a small amount of exfoliated graphite can more effectively improve the mechanical properties of the resin. Whether the surface of the exfoliated graphite is modified with a polythiophene derivative can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or Raman spectroscopy.

本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、ラマンスペクトルの2DバンドとGバンドとのピーク面積比である比2D/Gが、好ましくは0.5以上、より好ましくは1.0以上、好ましくは5.0以下、より好ましくは3.0以下、さらに好ましくは2.0以下である。比2D/Gが上記下限値以上である場合、薄片化黒鉛のグラフェン積層数をより一層少なくすることができる。また、薄片化黒鉛の平面構造をより一層確実に維持することができ、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることをより一層確実に抑制することができる。比2D/Gが上記上限値以下である場合、導電性や樹脂の機械的強度等の物性をより一層効果的に高めることができる。 The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention has a ratio 2D/G, which is the peak area ratio between the 2D band and the G band in the Raman spectrum, of preferably 0.5 or more, more preferably 1.0 or more, preferably 5.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.0 or less. When the ratio 2D/G is equal to or greater than the above lower limit, the number of graphene stacks in the exfoliated graphite can be further reduced. In addition, the planar structure of the exfoliated graphite can be more reliably maintained, and folding or curling of the exfoliated graphite can be more reliably suppressed. When the ratio 2D/G is equal to or less than the above upper limit, physical properties such as electrical conductivity and mechanical strength of the resin can be more effectively improved.

本発明において、ラマンスペクトルは、例えばレーザーラマン顕微鏡により、3100cm-1~700cm-1の範囲で取得することができる。レーザーラマン顕微鏡としては、例えば、HORIBA社製、品番「LabRAM ARAMIS」や、Nanophoton社製、品番「Raman touch」を用いることができる。 In the present invention, the Raman spectrum can be obtained in the range of 3100 cm −1 to 700 cm −1 by, for example, a laser Raman microscope. As the laser Raman microscope, for example, a model number "LabRAM ARAMIS" manufactured by HORIBA or a model number "Raman touch" manufactured by Nanophoton can be used.

ラマンスペクトルにおける2Dバンドのピークは、薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの層数、歪み、及び欠陥構造に由来するピークである。上記2Dバンドのピークは、通常、ラマンスペクトルの2650cm-1~2750cm-1付近に観察される。 The 2D band peak in the Raman spectrum is a peak derived from the number of layers, distortion, and defect structure of the graphene sheets in the exfoliated graphite, and is usually observed in the vicinity of 2650 cm -1 to 2750 cm -1 in the Raman spectrum.

他方、上記ラマンスペクトルにおけるGバンドのピークは、炭素原子の六員環構造の面内伸縮振動に由来するピ-クである。上記Gバンドのピークは、通常、ラマンスペクトルの1578cm-1~1592cm-1付近に観察される。 On the other hand, the G band peak in the Raman spectrum is a peak derived from the in-plane stretching vibration of a six-membered ring structure of carbon atoms, and is usually observed in the vicinity of 1578 cm -1 to 1592 cm -1 in the Raman spectrum.

このような2DバンドとGバンドとのピーク面積比である比2D/Gは、薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの層数、歪み、及び欠陥構造の指標となる。2DバンドとGバンドとのピーク面積比である比2D/Gが大きいほど、グラフェンシートの積層数が少なくなる傾向がある。また、グラフェンシートの積層数が少なくとも、薄片化黒鉛の平面構造をより一層確実に維持することができ、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることをより一層確実に抑制することができる。 The ratio 2D/G, which is the peak area ratio between the 2D band and the G band, is an index of the number of graphene sheet layers, distortion, and defect structure in exfoliated graphite. The larger the ratio 2D/G, which is the peak area ratio between the 2D band and the G band, the fewer the number of stacked graphene sheets tends to be. In addition, with a minimum number of stacked graphene sheets, the planar structure of the exfoliated graphite can be more reliably maintained, and the exfoliated graphite can be more reliably prevented from folding or curling.

なお、ラマンスペクトルにおけるDバンドのピークは、欠陥構造に由来するピ-クである。上記Dバンドのピークは、通常、ラマンスペクトルの1345cm-1~1355cm-1付近に観察される。 The D band peak in the Raman spectrum is a peak derived from a defect structure, and is usually observed in the vicinity of 1345 cm -1 to 1355 cm -1 in the Raman spectrum.

DバンドとGバンドとのピーク面積比である比D/Gは、薄片化黒鉛の欠陥量の指標となる。DバンドとGバンドとのピーク面積比であるが比D/Gが小さいほど、薄片化黒鉛の欠陥量が少なくなる。 The ratio D/G, which is the peak area ratio between the D band and the G band, is an indicator of the amount of defects in exfoliated graphite. The smaller the ratio D/G, which is the peak area ratio between the D band and the G band, the fewer the amount of defects in the exfoliated graphite.

従って、本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、比D/Gが、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下である。比D/Gが上記上限値以下である場合、薄片化黒鉛の欠陥量をより一層少なくすることができ、導電性をより一層高めることができる。また、比D/Gの下限値は特に限定されないが、例えば、0.01とすることができる。 Therefore, the exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention preferably has a ratio D/G of 0.8 or less, more preferably 0.5 or less. When the ratio D/G is equal to or less than the upper limit, the amount of defects in the exfoliated graphite can be further reduced, and the electrical conductivity can be further increased. The lower limit of the ratio D/G is not particularly limited, but can be, for example, 0.01.

本発明において、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のハロゲン含有率は、好ましくは1000ppm以下、より好ましくは500ppm以下である。薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のハロゲン含有率が上記上限値以下である場合、耐食性をより一層高めることができる。なお、ハロゲン含有率の下限値は特に限定されないが、例えば、0.01ppmとすることができる。 In the present invention, the halogen content of the exfoliated graphite-polythiophene composite is preferably 1000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less. When the halogen content of the exfoliated graphite-polythiophene composite is equal to or less than the above upper limit, the corrosion resistance can be further improved. The lower limit of the halogen content is not particularly limited, but can be, for example, 0.01 ppm.

本発明において、ハロゲン含有率は、例えば、イオンクロマトグラフィーにより測定することができる。 In the present invention, the halogen content can be measured, for example, by ion chromatography.

イオンクロマトグラフィーによるハロゲン含有率の測定は、例えば、以下のようにして測定することができる。 The halogen content can be measured by ion chromatography, for example, as follows:

まず、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体に精製水を加え、超音波処理を行うことにより分散液を得る。得られた分散液を遠心分離後、濾過して濾液を得て、それを検液とする。得られた検液を、イオンクロマトグラフィー装置による測定に供し、ハロゲン含有率を求める。イオンクロマトグラフィー装置としては、例えば、Thermo Fisher Scientific社製、DIONEX ICS-1500(カラム:IonPac AS23A(分離カラム))を用いることができる。 First, purified water is added to the exfoliated graphite-polythiophene composite, and ultrasonic treatment is performed to obtain a dispersion liquid. The obtained dispersion liquid is centrifuged and then filtered to obtain a filtrate, which is used as the test liquid. The obtained test liquid is subjected to measurement using an ion chromatography device to determine the halogen content. As the ion chromatography device, for example, a DIONEX ICS-1500 (column: IonPac AS23A (separation column)) manufactured by Thermo Fisher Scientific can be used.

本発明において、薄片化黒鉛とは、元の黒鉛を剥離処理して得られるものであり、元の黒鉛よりも薄いグラフェン又はグラフェンシート積層体をいう。薄片化黒鉛は、樹脂に少量添加することにより、樹脂の物性を飛躍的に向上させることができる。従って、薄片化黒鉛は、いわゆるナノフィラーとして用いることができる。 In the present invention, exfoliated graphite is obtained by exfoliating original graphite, and refers to graphene or graphene sheet laminates that are thinner than the original graphite. Adding a small amount of exfoliated graphite to a resin can dramatically improve the physical properties of the resin. Therefore, exfoliated graphite can be used as a so-called nanofiller.

なお、グラフェンシート積層体であるか否かは、そのX線回折スペクトルについて、CuKα線(波長1.541Å)を用いて測定したときに、2θ=26.4度付近のピーク(グラフェン積層構造に由来するピーク)が観察されるか否かにより確認することができる。X線回折スペクトルは、広角X線回折法によって測定することができる。X線回折装置としては、例えば、SmartLab(リガク社製)を用いることができる。 Whether or not a material is a graphene sheet laminate can be confirmed by observing whether or not a peak near 2θ=26.4 degrees (a peak derived from the graphene laminate structure) is observed when the X-ray diffraction spectrum is measured using CuKα radiation (wavelength 1.541 Å). The X-ray diffraction spectrum can be measured by a wide-angle X-ray diffraction method. For example, a SmartLab (manufactured by Rigaku Corporation) can be used as an X-ray diffraction device.

薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は、元の黒鉛より少なければよいが、薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は、1層以上である。樹脂の引張弾性率等の機械的強度をより一層効果的に高める観点から、グラフェンシートの積層数は少ないほど望ましい。従って、グラフェンシートの積層数は、好ましくは15層以下、より好ましくは10層以下である。 The number of graphene sheet layers in exfoliated graphite should be less than that of the original graphite, but the number of graphene sheet layers in exfoliated graphite is one or more. From the viewpoint of more effectively increasing the mechanical strength of the resin, such as the tensile modulus of elasticity, the fewer the number of graphene sheet layers, the more desirable. Therefore, the number of graphene sheet layers is preferably 15 layers or less, and more preferably 10 layers or less.

薄片化黒鉛の厚みは、好ましくは0.3nm以上、より好ましくは1nm以上、好ましくは30nm以下、より好ましくは10nm以下である。薄片化黒鉛の厚みが上記範囲内にある場合、樹脂の引張弾性率等の機械的強度をより一層効果的に高めることができる。 The thickness of the exfoliated graphite is preferably 0.3 nm or more, more preferably 1 nm or more, and preferably 30 nm or less, more preferably 10 nm or less. When the thickness of the exfoliated graphite is within the above range, the mechanical strength of the resin, such as the tensile modulus of elasticity, can be increased more effectively.

薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下である。薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法が上記下限値以上である場合、薄片化黒鉛の積層面に交差する方向に加わった外力に対する補強効果をより一層高めることができる。また、薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法が上記上限値以下である場合、補強材として用いた場合に、マトリックス材料(樹脂・金属・セラミック等)へ充填したときに、複合界面による破壊起点もしくは剥離起点となりにくくなる。 The maximum dimension of the exfoliated graphite in the direction of the lamination surface is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less. When the maximum dimension of the exfoliated graphite in the direction of the lamination surface is equal to or greater than the above lower limit, the reinforcing effect against external forces applied in a direction intersecting the lamination surface of the exfoliated graphite can be further enhanced. Furthermore, when the maximum dimension of the exfoliated graphite in the direction of the lamination surface is equal to or less than the above upper limit, when used as a reinforcing material, it is less likely to become a fracture or peeling point due to the composite interface when filled into a matrix material (resin, metal, ceramic, etc.).

薄片化黒鉛の厚みに対する薄片化黒鉛の積層面方向における最大寸法の比は、アスペクト比で表される。薄片化黒鉛のアスペクト比は、好ましくは10以上、より好ましくは100以上、好ましくは600000以下、より好ましくは10000以下である。薄片化黒鉛のアスペクト比が上記下限値以上である場合、薄片化黒鉛の積層面に交差する方向に加わった外力に対する補強効果をより一層高めることができる。また、薄片化黒鉛のアスペクト比が大きすぎると、効果が飽和してそれ以上の補強効果が望めないことがある。 The ratio of the maximum dimension of exfoliated graphite in the direction of the lamination plane to the thickness of the exfoliated graphite is expressed as the aspect ratio. The aspect ratio of exfoliated graphite is preferably 10 or more, more preferably 100 or more, and preferably 600,000 or less, more preferably 10,000 or less. When the aspect ratio of exfoliated graphite is equal to or greater than the above lower limit, the reinforcing effect against an external force applied in a direction intersecting the lamination plane of the exfoliated graphite can be further enhanced. Also, when the aspect ratio of exfoliated graphite is too large, the effect may reach saturation and no further reinforcing effect may be expected.

なお、薄片化黒鉛のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡写真(SEM写真)等を用いて求めることができる。 The aspect ratio of exfoliated graphite can be determined using scanning electron microscope (SEM) photographs, etc.

また、ポリチオフェン誘導体としては、例えば、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシ)チオフェン、又はポリ(3-ブチルチオフェン)等が挙げられる。安定性や導電性の観点から、ポリチオフェン誘導体は、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)であることが好ましい。ポリ(3-へキシルチオフェン)は、非特許文献:S. Tamba, et al., J.Am. Chem. Sci., 133,9700 (2011)に記載の合成方法に従って合成することができる。 Examples of polythiophene derivatives include poly(3-hexylthiophene), poly(3,4-ethylenedioxy)thiophene, and poly(3-butylthiophene). From the viewpoint of stability and conductivity, the polythiophene derivative is preferably poly(3-hexylthiophene). Poly(3-hexylthiophene) can be synthesized according to the synthesis method described in the non-patent document: S. Tamba, et al., J. Am. Chem. Sci., 133,9700 (2011).

なお、ポリ(3-へキシルチオフェン)(poly-(3-hexylthiophene-2,5-diyl))は、下記式(1)で表される。 Poly(3-hexylthiophene) is represented by the following formula (1):

Figure 0007624624000001
Figure 0007624624000001

また、ポリチオフェン誘導体として、ポリ(3-へキシルチオフェン)以外の他のポリ(3-アルキルチオフェン)を用いてもよい。他のポリ(3-アルキルチオフェン)としては、例えば、ポリ(3-オクチルチオフェン)が挙げられる。また、ポリ(3-(ヘキシルオキシ))メチルチオフェンを用いてもよい In addition, poly(3-alkylthiophenes) other than poly(3-hexylthiophene) may be used as the polythiophene derivative. Examples of other poly(3-alkylthiophenes) include poly(3-octylthiophene). In addition, poly(3-(hexyloxy))methylthiophene may be used.

ポリチオフェン誘導体としては、チオフェンの3位に、シロキサン結合を有するアルキル基を備える高分子(poly-(3-(4-pentamethyldisiloxybutan-1-yl)thiophene-2,5-diyl))を用いてもよい。 As a polythiophene derivative, a polymer having an alkyl group with a siloxane bond at the 3-position of thiophene (poly-(3-(4-pentamethyldisiloxybutan-1-yl)thiophene-2,5-diyl)) may be used.

本発明において、ポリチオフェン誘導体のヘッド-テイル(Head to Tail、以下H-Tともいう)レジオレギュラリティーは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上である。なお、H-Tレジオレギュラリティーとは、その繰り返し単位がヘッド-テイルで位置規則的に配列した比率のことをいう。 In the present invention, the head-to-tail (hereinafter also referred to as H-T) regioregularity of the polythiophene derivative is preferably 80% or more, more preferably 90% or more. H-T regioregularity refers to the ratio at which the repeating units are arranged in a regular head-to-tail arrangement.

H-Tレジオレギュラリティーが上記下限以上である場合、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の溶媒中への分散性をより一層高めることができる。 When the H-T regioregularity is equal to or greater than the lower limit, the dispersibility of the exfoliated graphite-polythiophene composite in the solvent can be further improved.

ポリチオフェン誘導体の数平均分子量(Mn)は、好ましくは2000以上、より好ましくは3000以上、さらに好ましくは5000以上であり、好ましくは100000以下、より好ましくは80000以下、さらに好ましくは50000以下である。数平均分子量(Mn)が上記範囲内にある場合、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の溶媒中への分散性をより一層高めることができる。 The number average molecular weight (Mn) of the polythiophene derivative is preferably 2000 or more, more preferably 3000 or more, and even more preferably 5000 or more, and is preferably 100,000 or less, more preferably 80,000 or less, and even more preferably 50,000 or less. When the number average molecular weight (Mn) is within the above range, the dispersibility of the exfoliated graphite-polythiophene composite in the solvent can be further improved.

また、重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比、すなわち分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下である。分子量分布(Mw/Mn)が上記範囲内にある場合、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の溶媒中への分散性をより一層高めることができる。 In addition, the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn), i.e., the molecular weight distribution (Mw/Mn), is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and preferably 1.5 or less, more preferably 1.3 or less. When the molecular weight distribution (Mw/Mn) is within the above range, the dispersibility of the exfoliated graphite-polythiophene composite in the solvent can be further improved.

重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算での重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を示す。 The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) indicate the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).

上記数平均分子量(Mn)及び上記分子量分布(Mw/Mn)を上記範囲に調整するためには、重合開始剤、重合温度等の重合条件を調整すればよい。 To adjust the number average molecular weight (Mn) and the molecular weight distribution (Mw/Mn) to the above ranges, polymerization conditions such as the polymerization initiator and polymerization temperature can be adjusted.

本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、表面がカルボニル基を有する化合物に由来する官能基により修飾されている、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とが複合されてなるものでもよい。なお、このような薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法は、以下の製造方法の欄でより詳細に説明する。 The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention may be a composite of exfoliated graphite, the surface of which is modified with a functional group derived from a compound having a carbonyl group, and a polythiophene derivative. The method for producing such an exfoliated graphite-polythiophene composite will be described in more detail in the section on production method below.

[薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法]
本発明の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、例えば、以下の工程1~工程3を備える製造方法により得ることができる。
[Method of producing exfoliated graphite-polythiophene composite]
The exfoliated graphite-polythiophene composite of the present invention can be obtained, for example, by a production method including the following steps 1 to 3.

(工程1)
工程1は、黒鉛のグラフェン層間に少なくともアルカリ金属がインターカレートされた黒鉛層間化合物(GIC)を用意する工程である。
(Step 1)
Step 1 is a step of preparing a graphite intercalation compound (GIC) in which at least an alkali metal is intercalated between graphene layers of graphite.

黒鉛とは、複数のグラフェンシートの積層体である。黒鉛のグラフェンシートの積層数は、通常、10万層~100万層程度である。黒鉛としては、特に限定されず、天然黒鉛や膨張黒鉛などの適宜の原料黒鉛を用いることができる。なお、膨張黒鉛とは、黒鉛のグラフェン層間が天然黒鉛よりも拡げられている黒鉛をいうものとする。膨張黒鉛においては、既にグラフェン層間が拡げられているため、グラフェン層間にアルカリ金属をより一層容易にインターカレートさせることができる。 Graphite is a laminate of multiple graphene sheets. The number of layers of graphite's graphene sheets is usually about 100,000 to 1,000,000. There are no particular limitations on the graphite, and any suitable raw graphite such as natural graphite or expanded graphite can be used. Expanded graphite refers to graphite in which the spaces between the graphene layers are wider than in natural graphite. In expanded graphite, the spaces between the graphene layers are already wider, so that alkali metals can be intercalated between the graphene layers more easily.

アルカリ金属としては、特に限定されないが、K、Li又はNa等を用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。アルカリ金属としては、K又はNaを用いることが好ましい。 The alkali metal is not particularly limited, but K, Li, Na, or the like can be used. These may be used alone or in combination. It is preferable to use K or Na as the alkali metal.

用意するGICは、グラフェン層間にアルカリ金属及びテトラヒドロフラン(THF)がインターカレートされた3元系のGICであることが望ましい。もっとも、本発明においては、グラフェン層間にアルカリ金属のみがインターカレートされた2元系のGICを用意してもよい。 The GIC to be prepared is preferably a ternary GIC in which an alkali metal and tetrahydrofuran (THF) are intercalated between the graphene layers. However, in the present invention, a binary GIC in which only an alkali metal is intercalated between the graphene layers may also be prepared.

3元系のGICは、例えば、THF中にアルカリ金属を溶解させ、続いて黒鉛を添加して撹拌することにより得ることができる。 Ternary GICs can be obtained, for example, by dissolving an alkali metal in THF, then adding graphite and stirring.

THF中へのアルカリ金属の溶解は、THF及び芳香族炭化水素の混合液中にアルカリ金属を添加することによって行うことが望ましい。この場合、混合液中において、アルカリ金属及び芳香族炭化水素がイオンペアを作るため、アルカリ金属をTHFに配位させることができる。そのため、元来、THF中に溶解し難いアルカリ金属を、容易に溶解させることが可能となる。なお、この操作は不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。 It is preferable to dissolve an alkali metal in THF by adding the alkali metal to a mixture of THF and an aromatic hydrocarbon. In this case, the alkali metal and the aromatic hydrocarbon form an ion pair in the mixture, so that the alkali metal can be coordinated to THF. Therefore, it becomes possible to easily dissolve the alkali metal, which is inherently difficult to dissolve in THF. It is preferable to carry out this operation under an inert gas atmosphere.

THFとしては、特に限定されないが、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を実質的に含有しないものを用いることが望ましい。また、十分に脱水したものを用いることが望ましい。 Although there are no particular limitations on the THF, it is preferable to use THF that does not substantially contain dibutylhydroxytoluene (BHT). It is also preferable to use THF that has been thoroughly dehydrated.

芳香族炭化水素は、多環芳香族炭化水素であることが好ましい。多環芳香族炭化水素としては、特に限定されないが、ナフタレン、フェナントレン又はアントラセンなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 The aromatic hydrocarbon is preferably a polycyclic aromatic hydrocarbon. Examples of the polycyclic aromatic hydrocarbon include, but are not limited to, naphthalene, phenanthrene, and anthracene. These may be used alone or in combination.

このような芳香族炭化水素と黒鉛の電子親和力は、大きく異なる。例えば、黒鉛の電子親和力が1.27eVであるのに対し、ナフタレンの電子親和力は-0.25eVである。そのため、黒鉛と芳香族炭化水素との電子親和力の差を利用することにより、THFに配位したアルカリ金属を、容易にグラフェン層間へインターカレートさせることができる。 The electron affinity of such aromatic hydrocarbons and graphite is significantly different. For example, the electron affinity of graphite is 1.27 eV, while the electron affinity of naphthalene is -0.25 eV. Therefore, by utilizing the difference in electron affinity between graphite and aromatic hydrocarbons, alkali metals coordinated to THF can be easily intercalated between graphene layers.

不活性ガスとしては、酸素を遮断し得る限り特に限定されず、例えば、アルゴンガスなどを用いることができる。 There are no particular limitations on the inert gas as long as it can block oxygen, and for example, argon gas can be used.

(工程2)
工程2は、GICとカルボニル基を有する化合物とを混合することにより、黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程である。
(Step 2)
Step 2 is a step of exfoliating graphite by mixing GIC with a compound having a carbonyl group to obtain exfoliated graphite.

具体的には、GICにカルボニル基を有する化合物を含む液体を添加して撹拌する。カルボニル基を有する化合物が液状である場合、そのまま上記液体として用いることができる。カルボニル基を有する化合物が固体である場合は、THFなどの他の溶媒を添加して上記液体として用いることができる。 Specifically, a liquid containing a compound having a carbonyl group is added to the GIC and stirred. If the compound having a carbonyl group is in liquid form, it can be used as the liquid as is. If the compound having a carbonyl group is in solid form, it can be used as the liquid by adding another solvent such as THF.

カルボニル基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、アルデヒド誘導体、ケトン誘導体やエステル誘導体を用いることができる。なかでも、カルボニル基を有する化合物は、アルデヒド誘導体であることが好ましい。この場合、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることをより一層確実に抑制することができる。 The compound having a carbonyl group is not particularly limited, but for example, an aldehyde derivative, a ketone derivative, or an ester derivative can be used. Of these, the compound having a carbonyl group is preferably an aldehyde derivative. In this case, it is possible to more reliably prevent the exfoliated graphite from folding or curling.

アルデヒド誘導体としては、特に限定されないが、ベンズアルデヒド、O-フタルアルデヒド、O-アニスアルデヒド、m-アニスアルデヒド、p-アニスアルデヒド、フタルアルデヒド、1-ナフトアルデヒド、9-アントラアルデヒド、グルコース、レチナール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ヘプタナール、オクタナール、デカナール、イソバレルアルデヒド、グルタルアルデヒド、アズレン-1-カルボキシアルデヒド、又はアセトアセトアルデヒドジメチルアセタール等が挙げられる。なかでも、アルキルアルデヒドであることが好ましい。また、アルキル鎖が直鎖状のアルデヒド誘導体を用いることが好ましい。さらには、アルキル鎖が長いアルデヒド誘導体であることが好ましい。また、アルキル鎖の直鎖部分の炭素数は、好ましくは6以上、より好ましくは7以上である。この場合、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることをより一層確実に抑制することができる。なお、アルキル鎖の直鎖部分の炭素数の上限値は、例えば、20とすることができる。 The aldehyde derivative is not particularly limited, but examples thereof include benzaldehyde, O-phthalaldehyde, O-anisaldehyde, m-anisaldehyde, p-anisaldehyde, phthalaldehyde, 1-naphthaldehyde, 9-anthraldehyde, glucose, retinal, formaldehyde, acetaldehyde, butylaldehyde, heptanal, octanal, decanal, isovaleraldehyde, glutaraldehyde, azulene-1-carboxaldehyde, and acetoacetaldehyde dimethyl acetal. Among these, alkyl aldehydes are preferred. It is also preferred to use an aldehyde derivative having a linear alkyl chain. Furthermore, it is preferred to use an aldehyde derivative having a long alkyl chain. The number of carbon atoms in the linear portion of the alkyl chain is preferably 6 or more, more preferably 7 or more. In this case, it is possible to more reliably suppress folding or curling of the exfoliated graphite. The upper limit of the number of carbon atoms in the linear portion of the alkyl chain can be, for example, 20.

ケトン誘導体としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、キノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等を用いることができる。 Examples of ketone derivatives that can be used include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, acetylacetone, acetophenone, benzophenone, quinone, benzoquinone, and naphthoquinone.

エステル誘導体としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸ブチル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸オクチル、アジピン酸ビス(2-エチルヘキシル)、ドデカン二酸ビス(2-エチルヘキシル)、フタル酸ジオクチル、マレイン酸ジオクチル、トリメチロールプロパントリアセテート、ペンタエリスルトールテトラアセテート等の有機カルボン酸とアルコール類からなるエステル類を用いることができる。 Examples of ester derivatives that can be used include esters of organic carboxylic acids and alcohols, such as ethyl acetate, butyl acetate, butyl butyrate, 2-ethylhexyl acetate, octyl acetate, bis(2-ethylhexyl) adipate, bis(2-ethylhexyl) dodecanedioate, dioctyl phthalate, dioctyl maleate, trimethylolpropane triacetate, and pentaerythritol tetraacetate.

なお、これらのカルボニル基を有する化合物は、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。 These compounds having a carbonyl group may be used alone or in combination.

また、工程2についても、不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。上記不活性ガスとしては、酸素を遮断し得る限り特に限定されず、例えばアルゴンガスなどを用いることができる。 It is also preferable to carry out step 2 in an inert gas atmosphere. There are no particular limitations on the inert gas as long as it can block oxygen, and argon gas, for example, can be used.

工程2では、GICに電子求引性のカルボニル基を有する化合物を添加することにより、黒鉛の炭素六角網面上で求核付加反応が生じる。具体的には、カルボニル基を有する化合物が、グラフェン層間又はグラフェン端部において、黒鉛に化学結合し、グラフトされる。そのため、黒鉛のグラフェン層間には、元のアルカリ金属より大きい、カルボニル基を有する化合物が挿入される。 In step 2, a compound having an electron-withdrawing carbonyl group is added to the GIC, causing a nucleophilic addition reaction on the carbon hexagonal mesh surface of the graphite. Specifically, the compound having a carbonyl group is chemically bonded to the graphite between the graphene layers or at the graphene ends, and is grafted. Therefore, a compound having a carbonyl group larger than the original alkali metal is inserted between the graphene layers of the graphite.

グラフェン層間に、元のアルカリ金属より大きい、カルボニル基を有する化合物が挿入されると、黒鉛の剥離が生じる。それによって、薄片化黒鉛を得ることができる。なお、得られた薄片化黒鉛の表面の少なくとも一部には、カルボニル基を有する化合物をグラフト等により被覆させることができる。 When a compound having a carbonyl group larger than the original alkali metal is inserted between the graphene layers, graphite exfoliates. This allows exfoliated graphite to be obtained. At least a portion of the surface of the exfoliated graphite obtained can be coated with a compound having a carbonyl group by grafting or the like.

(工程3)
工程3は、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを複合化させる工程である。
(Step 3)
Step 3 is a step of forming a composite of the exfoliated graphite and the polythiophene derivative.

まず、工程2において、カルボニル基を有する化合物が液状である場合、液状のカルボニル基を有する化合物に薄片化黒鉛を分散させて薄片化黒鉛分散液を得る。また、カルボニル基を有する化合物が固体である場合は、THFなどの他の溶媒に薄片化黒鉛を分散させて薄片化黒鉛分散液を得る。以下、液状のカルボニル基を有する化合物に薄片化黒鉛を分散させた薄片化黒鉛分散液を用いるものとする。 First, in step 2, if the compound having a carbonyl group is liquid, exfoliated graphite is dispersed in the liquid compound having a carbonyl group to obtain an exfoliated graphite dispersion. If the compound having a carbonyl group is solid, exfoliated graphite is dispersed in another solvent such as THF to obtain an exfoliated graphite dispersion. Hereinafter, an exfoliated graphite dispersion in which exfoliated graphite is dispersed in a liquid compound having a carbonyl group is used.

次に、ポリチオフェン誘導体を溶媒に溶解させてポリチオフェン誘導体溶液を得る。なお、ポリチオフェン誘導体を溶解させる溶媒としては、トルエン、THF等を用いることができる。 Next, the polythiophene derivative is dissolved in a solvent to obtain a polythiophene derivative solution. As the solvent for dissolving the polythiophene derivative, toluene, THF, etc. can be used.

次に、薄片化黒鉛分散液と、ポリチオフェン誘導体溶液とを混合する。それによって、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを複合化させ、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を得ることができる。なお、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを複合化させるに際しては、例えば、超音波処理や加熱、ホモジナイザーなどの手段を用いることができる。 Next, the exfoliated graphite dispersion liquid is mixed with the polythiophene derivative solution. This allows the exfoliated graphite and the polythiophene derivative to be composited together to obtain an exfoliated graphite-polythiophene composite. When composited together, the exfoliated graphite and the polythiophene derivative can be prepared by using, for example, ultrasonic treatment, heating, a homogenizer, or other means.

なお、この際、薄片化黒鉛に対するポリチオフェン誘導体の質量比(ポリチオフェン誘導体/薄片化黒鉛)が、好ましくは5以上、より好ましくは8以上であり、好ましくは50以下、より好ましくは20以下である。質量比(ポリチオフェン誘導体/薄片化黒鉛)が上記下限値以上である場合、折り込まれたりカールしたりすることをより抑制することができる。また、質量比(ポリチオフェン誘導体/薄片化黒鉛)が上記上限値以下である場合、導電性などの薄片化黒鉛本来の機能をより効果的に発揮することができる。 In this case, the mass ratio of the polythiophene derivative to the exfoliated graphite (polythiophene derivative/exfoliated graphite) is preferably 5 or more, more preferably 8 or more, and preferably 50 or less, more preferably 20 or less. When the mass ratio (polythiophene derivative/exfoliated graphite) is equal to or more than the lower limit, folding and curling can be more effectively suppressed. When the mass ratio (polythiophene derivative/exfoliated graphite) is equal to or less than the upper limit, the inherent functions of the exfoliated graphite, such as electrical conductivity, can be more effectively exhibited.

なお、カルボニル基を有する化合物(溶媒)をメタノール、エタノール、ベンジルアルコール等のアルコールにより置換した後、溶媒に分散させることが好ましい。例えば、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体分散液に、アルコールを添加して静置した後、上澄み液を採取し、再度アルコールを添加する。この操作を複数回繰り返した後、最後にアルコールを留去して、溶媒に分散させることができる。なお、置換後の溶媒としては、トルエン、THF等を用いることができる。 It is preferable to replace the compound (solvent) having a carbonyl group with an alcohol such as methanol, ethanol, or benzyl alcohol, and then disperse it in the solvent. For example, alcohol is added to the exfoliated graphite-polythiophene composite dispersion and allowed to stand, the supernatant is collected, and alcohol is added again. This operation is repeated several times, and finally the alcohol is distilled off and the product can be dispersed in the solvent. It is possible to use toluene, THF, etc. as the solvent after replacement.

上記のように、メタノール等のアルコールに置換する工程を経由して、カルボニル基を有する化合物(溶媒)を置換した場合には、置換操作中の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の損失をより少なくすることができる。 As described above, when the compound (solvent) having a carbonyl group is replaced via a process of replacing it with an alcohol such as methanol, the loss of exfoliated graphite-polythiophene composite during the replacement operation can be reduced.

得られた薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体では、薄片化黒鉛とポリチオフェン誘導体とが複合化されているので、得られた薄片化黒鉛同士の再スタックがより一層生じ難く、積層数のより一層少ない薄片化黒鉛を効率良く得ることが可能となる。 In the obtained exfoliated graphite-polythiophene composite, exfoliated graphite and polythiophene derivative are composited, so restacking of the obtained exfoliated graphite is even less likely to occur, making it possible to efficiently obtain exfoliated graphite with an even smaller number of layers.

また、薄片化黒鉛とポリチオフェン誘導体とが複合化されているので、得られた薄片化黒鉛は、平面構造を維持することができ、薄片化黒鉛が折り込まれたりカールしたりすることを抑制することができる。そのため、樹脂に添加することにより、樹脂の機械的強度等の物性をより一層高めることができる。また、電極材料等に用いたときに、導電パスを形成しやすい。さらには、取扱い性にも優れている。 In addition, because the exfoliated graphite and the polythiophene derivative are composited, the resulting exfoliated graphite can maintain its planar structure and can be prevented from folding or curling. Therefore, by adding it to a resin, the physical properties of the resin, such as its mechanical strength, can be further improved. In addition, when used as an electrode material, it is easy to form a conductive path. Furthermore, it is also easy to handle.

また、本製造方法では、黒鉛を酸化する過程を経ていない。そのため、得られた薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を構成する薄片化黒鉛は、欠陥が少なく、酸化度も低い。従って、得られた薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体は、難燃性、導電性、又は熱伝導性に優れている。 In addition, this manufacturing method does not involve a process of oxidizing graphite. Therefore, the exfoliated graphite that constitutes the obtained exfoliated graphite-polythiophene composite has few defects and a low degree of oxidation. Therefore, the obtained exfoliated graphite-polythiophene composite has excellent flame retardancy, electrical conductivity, and thermal conductivity.

また、本製造方法では、有機ハロゲン化合物などのハロゲンを含む化合物を積極的に使用しない。そのため、得られた薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体のハロゲン含有率を少なくすることができる。従って、得られた薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を、金属表面に被覆させたときに、金属の腐食をより一層抑制することができる。 In addition, this manufacturing method does not actively use compounds containing halogens, such as organic halogen compounds. This makes it possible to reduce the halogen content of the resulting exfoliated graphite-polythiophene composite. Therefore, when the resulting exfoliated graphite-polythiophene composite is used to coat a metal surface, corrosion of the metal can be further suppressed.

また、本製造方法では、生体毒性のある分散媒を用いなくてもトルエンなどのさまざまな溶媒に分散させることができることから、汎用性が高い。 In addition, this manufacturing method is highly versatile because it can be dispersed in a variety of solvents, such as toluene, without using a dispersing medium that is toxic to living organisms.

[耐食コーティング材]
本発明の耐食コーティング材は、例えば、金属などの表面に塗布することにより、金属表面の腐食を抑制することができるコーティング材である。このような本発明の耐食コーティング材は、上述した薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体と、必要に応じて溶媒とを含んでいる。
[Corrosion-resistant coating material]
The corrosion-resistant coating material of the present invention is a coating material that can suppress corrosion of a metal surface by applying it to the surface of, for example, a metal. Such a corrosion-resistant coating material of the present invention contains the above-mentioned exfoliated graphite-polythiophene composite and, if necessary, a solvent.

薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の含有量は、特に限定されないが、耐食コーティング材全体に対し、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の含有量が上記下限値以上である場合、金属などの表面に塗布したときに、金属表面の腐食をより一層抑制することができる。また、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の含有量が上記上限値以下である場合、耐食コーティング材の塗工性をより一層向上させることができる。 The content of the exfoliated graphite-polythiophene composite is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, based on the entire corrosion-resistant coating material. When the content of the exfoliated graphite-polythiophene composite is equal to or more than the above lower limit, corrosion of the metal surface can be further suppressed when the coating is applied to the surface of a metal or the like. When the content of the exfoliated graphite-polythiophene composite is equal to or less than the above upper limit, the coatability of the corrosion-resistant coating material can be further improved.

溶媒としては、特に限定されず、例えば、トルエン、THF等を用いることができる。 The solvent is not particularly limited, and examples include toluene and THF.

また、本発明の耐食コーティング材は、その他添加剤を含んでいてもよい。その他添加剤としては、特に限定されず、例えば、フェノール系、リン系、アミン系又はイオウ系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系又はヒドロキシフェニルトリアジン系等の紫外線吸収剤、金属害防止剤、ヘキサブロモビフェニルエーテル又はデカブロモジフェニルエーテル等のハロゲン化難燃剤、ポリリン酸アンモニウム又はトリメチルフォスフェート等の難燃剤、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、クレイ、アエロジル、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、珪砂等の無機充填剤、帯電防止剤、安定剤、顔料、染料、バインダー樹脂等の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。 The corrosion-resistant coating material of the present invention may also contain other additives. The other additives are not particularly limited, and examples thereof include antioxidants such as phenols, phosphorus, amines, or sulfurs, ultraviolet absorbers such as benzotriazoles or hydroxyphenyltriazines, metal damage inhibitors, halogenated flame retardants such as hexabromobiphenyl ether or decabromodiphenyl ether, flame retardants such as ammonium polyphosphate or trimethyl phosphate, inorganic fillers such as calcium carbonate, talc, mica, clay, aerosil, silica, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and silica sand, antistatic agents, stabilizers, pigments, dyes, and binder resins. These additives may be used alone or in combination.

次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be clarified by presenting specific examples and comparative examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

(実施例及び比較例)
GICの作製;
グローブボックス内をアルゴンガス雰囲気下(アルゴンガス99.999%以上、露点-80℃以下)とし、THF20×10-3dm中に、ナフタレン1.5g及びカリウム0.5gを添加し混合液を作製した。作製した混合液は、スターラー撹拌により、200rpmの回転数にて、30分間撹拌した。撹拌後、天然黒鉛粉末(SECカーボン社製、グレード:SN-100、平均粒径100μm)を0.5g添加した。しかる後、再度スターラー撹拌により、200rpmの回転数にて、1日撹拌した。撹拌後、アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、得られた混合液を濾過することにより、カリウム(K)及びTHFがインターカレートされたK-THF-GICを分取した。なお、得られたK-THF-GICは、THF20×10-3dm中に浸漬させ濾過する工程を2回繰り返すことにより洗浄した。洗浄後のK-THF-GICは、深青色であった。
Examples and Comparative Examples
Preparation of GICs;
The glove box was filled with argon gas (argon gas 99.999% or more, dew point -80°C or less), and 1.5 g of naphthalene and 0.5 g of potassium were added to 20 x 10-3 dm3 of THF to prepare a mixed solution. The prepared mixed solution was stirred with a stirrer at a rotation speed of 200 rpm for 30 minutes. After stirring, 0.5 g of natural graphite powder (manufactured by SEC Carbon, grade: SN-100, average particle size 100 μm) was added. Then, the mixture was stirred again with a stirrer at a rotation speed of 200 rpm for one day. After stirring, the obtained mixed solution was filtered in a glove box under an argon gas atmosphere to separate K-THF-GIC in which potassium (K) and THF were intercalated. The resulting K-THF-GIC was washed by repeating the process of immersing it in 20×10 −3 dm 3 of THF and filtering twice. The washed K-THF-GIC was deep blue in color.

薄片化黒鉛の作製;
洗浄後、アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、得られたK-THF-GIC0.05gをサンプル瓶に投入した。続いて、サンプル瓶にデカナール5.5×10-2molを添加し、スターラー撹拌により、100rpmの回転数にて、室温で、72時間撹拌した。その後、5分間静置させ、上澄み液と沈殿物に分け、得られた上澄み液を15000rpmの回転数にて、15分間遠心分離し、デカナールを取り除き、沈殿物を採取した。得られた沈殿物にTHFを10mL加え、15000rpmの回転数にて、15分間遠心分離し、沈殿物を採取した。同様の操作をもう一度行い、未反応のデカナールを洗浄した沈殿物を得た。さらに、得られた沈殿物にイオン交換水10mLを加え、15000rpmの回転数にて、15分間遠心分離し、薄片化黒鉛を得た。なお、得られた薄片化黒鉛は、デカナールにより表面が被覆されていた。
Preparation of exfoliated graphite;
After washing, 0.05 g of the obtained K-THF-GIC was put into a sample bottle in a glove box under an argon gas atmosphere. Next, 5.5 × 10 -2 mol of decanal was added to the sample bottle, and the mixture was stirred with a stirrer at a rotation speed of 100 rpm at room temperature for 72 hours. After that, the mixture was left to stand for 5 minutes, separated into a supernatant and a precipitate, and the obtained supernatant was centrifuged at a rotation speed of 15,000 rpm for 15 minutes to remove the decanal, and the precipitate was collected. 10 mL of THF was added to the obtained precipitate, and the mixture was centrifuged at a rotation speed of 15,000 rpm for 15 minutes to collect the precipitate. The same operation was performed again to obtain a precipitate from which unreacted decanal had been washed. Furthermore, 10 mL of ion-exchanged water was added to the obtained precipitate, and the mixture was centrifuged at a rotation speed of 15,000 rpm for 15 minutes to obtain exfoliated graphite. The surface of the obtained exfoliated graphite was covered with decanal.

得られた薄片化黒鉛に、デカナールを添加し、薄片化黒鉛の濃度が10μg/mLである薄片化黒鉛分散液を得た。一方、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT、数平均分子量:10000)に、トルエンを添加し、濃度が0μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL、400μg/mLのP3HT溶液を得た。薄片化黒鉛分散液1mLに対し、各P3HT溶液1mLを、それぞれ別々のバイアル瓶に投入した。これにより、薄片化黒鉛に対するP3HTの質量比(P3HT/薄片化黒鉛)が、0、5、10、20、40のサンプルをそれぞれ用意した。なお、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)が、0のサンプルを比較例1とし、5のサンプルを実施例1とし、10のサンプルを実施例2とし、20のサンプルを実施例3とし、40のサンプルを実施例4とした。 Decanal was added to the obtained exfoliated graphite to obtain an exfoliated graphite dispersion with an exfoliated graphite concentration of 10 μg/mL. Meanwhile, toluene was added to poly(3-hexylthiophene) (P3HT, number average molecular weight: 10,000) to obtain P3HT solutions with concentrations of 0 μg/mL, 50 μg/mL, 100 μg/mL, 200 μg/mL, and 400 μg/mL. 1 mL of each P3HT solution was added to 1 mL of exfoliated graphite dispersion in separate vials. In this way, samples with mass ratios of P3HT to exfoliated graphite (P3HT/exfoliated graphite) of 0, 5, 10, 20, and 40 were prepared. The sample with a mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) of 0 was designated Comparative Example 1, the sample with a mass ratio of 5 was designated Example 1, the sample with a mass ratio of 10 was designated Example 2, the sample with a mass ratio of 20 was designated Example 3, and the sample with a mass ratio of 40 was designated Example 4.

用意した各サンプル2mLに対し、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)を施した。処理後、メタノールを6mL添加し、23時間静置した。静置後、上澄みを6mL採取し、同量のメタノールを添加した。その後、10秒間撹拌し、室温(25℃)、31kHzの条件で、5分間超音波処理(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)を施した。最初の超音波処理を施した後、上記メタノールを添加してから超音波処理を施すまでの操作を4回繰り返した。なお、4回目は、上澄み採取後のメタノール添加を行わなかった。次に、一晩(15時間)、真空乾燥させることにより、メタノールを留去した(ここまでの操作をデカナール除去操作とする)。 2 mL of each sample was subjected to ultrasonic treatment (apparatus: AS ONE, product number "VS-D100") for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz. After treatment, 6 mL of methanol was added and left to stand for 23 hours. After standing, 6 mL of the supernatant was collected and the same amount of methanol was added. Then, the mixture was stirred for 10 seconds and subjected to ultrasonic treatment (apparatus: AS ONE, product number "VS-D100") for 5 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz. After the first ultrasonic treatment, the above operation of adding methanol and then ultrasonic treatment was repeated four times. Note that in the fourth time, methanol was not added after collecting the supernatant. Next, the mixture was vacuum dried overnight (15 hours) to distill off the methanol (the operation up to this point is referred to as the decanal removal operation).

[評価]
(X線光電子分光法による評価)
実施例3及び比較例1におけるデカナール除去操作を上記の10倍のスケールで行って得られたサンプル0.002gに、トルエン2mLを添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理を施した(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)。次に、ホットプレートを用いて、60℃で10分間、加熱した。次に、分散液1.8mLを直径8mmの濾紙を用いて吸引濾過し、ホットプレートを用いて、100℃で20分間乾燥させた。最後に、25℃で、1時間真空乾燥させた。濾紙上の薄片化黒鉛について、X線光電子分光法(XPS)により、X線光電子分光分析装置(アルバック・ファイ社製、品番「PHI X-tool」)を用いて測定した。
[evaluation]
(Evaluation by X-ray photoelectron spectroscopy)
To 0.002 g of a sample obtained by carrying out the decanal removal operation in Example 3 and Comparative Example 1 on a scale 10 times larger than that described above, 2 mL of toluene was added. After the addition of toluene, ultrasonic treatment was performed for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100"). Next, the sample was heated at 60°C for 10 minutes using a hot plate. Next, 1.8 mL of the dispersion was suction filtered using a filter paper with a diameter of 8 mm, and dried at 100°C for 20 minutes using a hot plate. Finally, the sample was vacuum dried at 25°C for 1 hour. The exfoliated graphite on the filter paper was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) using an X-ray photoelectron spectrometer (ULVAC-PHI, product number "PHI X-tool").

図1(a)~(c)は、実施例3で得られた薄片化黒鉛のXPSスペクトルを示す図である。また、図2(a)~(c)は、比較例1で得られた薄片化黒鉛のXPSスペクトルを示す図である。なお、図1及び図2において、(a)は、結合エネルギーが0eV~1000eVの範囲におけるスペクトルを示している。また、(b)は、(a)におけるO1sのピークを拡大して示しており、(c)は、(a)におけるS2pのピークを拡大して示している。 Figures 1 (a) to (c) show the XPS spectrum of the exfoliated graphite obtained in Example 3. Figures 2 (a) to (c) show the XPS spectrum of the exfoliated graphite obtained in Comparative Example 1. In Figures 1 and 2, (a) shows the spectrum in the binding energy range of 0 eV to 1000 eV. (b) shows an enlarged view of the O1s peak in (a), and (c) shows an enlarged view of the S2p peak in (a).

図1及び図2に示すように、実施例3では、ポリチオフェン誘導体に由来するSのピークが観察されたのに対し、比較例1では、Sのピークが観察されなかった。このことより、実施例3においては、薄片化黒鉛の表面にポリチオフェン誘導体が存在している複合体が得られていることが確認できた。 As shown in Figures 1 and 2, a peak of S derived from the polythiophene derivative was observed in Example 3, whereas no peak of S was observed in Comparative Example 1. This confirmed that a composite in which the polythiophene derivative was present on the surface of the exfoliated graphite was obtained in Example 3.

(ラマン分光法による評価)
実施例3及び比較例1におけるデカナール除去操作を上記の10倍のスケールで行って得られたサンプル0.002gに、トルエン2mLを添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理を施した(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)。次に、ホットプレートを用いて、60℃で10分間、加熱した。次に、分散液1.8mLを直径8mmの濾紙を用いて吸引濾過し、ホットプレートを用いて、100℃で20分間乾燥させた。最後に、25℃で、1時間真空乾燥させた。濾紙上の薄片化黒鉛について、ラマン分光法により、顕微レーザーラマン分光測定装置(日本分光社製、品番「NRS-7100」)を用いて、レーザー:532nmでイメージングラマンを測定した。
(Evaluation by Raman spectroscopy)
Toluene (2 mL) was added to 0.002 g of a sample obtained by carrying out the decanal removal operation in Example 3 and Comparative Example 1 on a scale 10 times larger than that described above. After the addition of toluene, ultrasonic treatment was performed for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100"). Next, the sample was heated at 60°C for 10 minutes using a hot plate. Next, 1.8 mL of the dispersion was suction filtered using a filter paper with a diameter of 8 mm, and dried at 100°C for 20 minutes using a hot plate. Finally, the sample was vacuum dried at 25°C for 1 hour. For the exfoliated graphite on the filter paper, imaging Raman was measured by Raman spectroscopy using a microscopic laser Raman spectrometer (JASCO Corporation, product number "NRS-7100") with a laser: 532 nm.

図3は、実施例3及び比較例1で得られた薄片化黒鉛のラマンスペクトルを示す図である。図3に示すように、実施例3及び比較例1では、Dバンド(1350cm-1)のピークが確認されなかったことから、グラフェン平面上にほとんど欠陥が存在していないことがわかる。また、Gバンドの位置及び2Dバンドの形状から、薄片化黒鉛由来の構造を確認することができる。さらに、実施例3では、比較例1では確認することができない1448cm-1付近におけるP3HT由来のピークが観察された。このことからも、実施例3においては、薄片化黒鉛の表面にポリチオフェン誘導体が存在している複合体が得られていることが確認できた。 FIG. 3 is a diagram showing the Raman spectrum of the exfoliated graphite obtained in Example 3 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 3, in Example 3 and Comparative Example 1, the peak of the D band (1350 cm −1 ) was not confirmed, and it can be seen that there are almost no defects on the graphene plane. In addition, the structure derived from the exfoliated graphite can be confirmed from the position of the G band and the shape of the 2D band. Furthermore, in Example 3, a peak derived from P3HT was observed near 1448 cm −1 that could not be confirmed in Comparative Example 1. From this, it was also confirmed that a composite in which a polythiophene derivative is present on the surface of exfoliated graphite was obtained in Example 3.

なお、実施例1,2,4においても同様にして、XPS及びラマン分光法により、薄片化黒鉛の表面にポリチオフェン誘導体が存在している複合体が得られていることが確認できた。 Similarly, in Examples 1, 2, and 4, it was confirmed by XPS and Raman spectroscopy that a composite was obtained in which a polythiophene derivative was present on the surface of exfoliated graphite.

(吸光スペクトルの評価)
実施例1~4及び比較例1において、デカナール除去操作を行った後、トルエンを1mL添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)を施した。しかる後、60℃で10分間、加熱して分散液を得た。
(Evaluation of Absorption Spectrum)
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, 1 mL of toluene was added after the decanal removal operation. After the addition of toluene, ultrasonic treatment (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100") was performed for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz. Thereafter, the mixture was heated at 60°C for 10 minutes to obtain a dispersion liquid.

図4は、実施例2及び比較例1で得られた分散液の吸光スペクトルを示す図である。また、図5は、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)と、波長660nmにおける吸光度との関係を示す図である。 Figure 4 shows the absorption spectra of the dispersions obtained in Example 2 and Comparative Example 1. Figure 5 shows the relationship between the mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) and the absorbance at a wavelength of 660 nm.

図4に示すように、P3HTは、波長600nm以下の領域で吸光を示すのに対し、グラフェンは、波長300nm~800nmの全ての領域で吸光を示している。従って、図5に示すように、波長660nmにおける吸光度に着目すれば、グラフェンのみに由来する吸光度を確認することができる。また、グラフェンの吸光度は、グラフェンの剥離度が高いほど高くなることから、図5に示すグラフより、P3HTの添加量が多いほどグラフェンの剥離度が高くなっていることがわかる。従って、P3HTの添加により、グラフェンの再スタックが抑制されていることを確認することができる。 As shown in Figure 4, P3HT exhibits absorbance in the wavelength region of 600 nm or less, whereas graphene exhibits absorbance in the entire wavelength region from 300 nm to 800 nm. Therefore, as shown in Figure 5, by focusing on the absorbance at a wavelength of 660 nm, it is possible to confirm the absorbance due to graphene alone. In addition, since the absorbance of graphene increases as the degree of exfoliation of graphene increases, it can be seen from the graph shown in Figure 5 that the degree of exfoliation of graphene increases with the addition of more P3HT. Therefore, it can be confirmed that the restacking of graphene is suppressed by the addition of P3HT.

(TEMによる観察)
実施例1~4及び比較例1において、デカナール除去操作を行った後、トルエンを1mL添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理を施した(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)。しかる後、60℃で10分間、加熱して分散液を得た。得られた分散液2.5μLをマイクログリッドに滴下し、一晩(15時間)乾燥してトルエンを留去した。
(TEM Observation)
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, after the decanal removal operation, 1 mL of toluene was added. After the addition of toluene, ultrasonic treatment was performed for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100"). Then, the mixture was heated at 60°C for 10 minutes to obtain a dispersion. 2.5 μL of the obtained dispersion was dropped onto a microgrid and dried overnight (15 hours) to distill off the toluene.

なお、比較例2として、デカナール除去操作前の分散液、すなわち薄片化黒鉛に、デカナールを添加して得られた薄片化黒鉛分散液を用いた。得られた分散液2.5μLをマイクログリッドに滴下し、真空オーブンを用いて一晩(15時間)200℃で真空乾燥した。次に、凍結乾燥機で乾燥させることにより、デカナールを留去した。 As Comparative Example 2, an exfoliated graphite dispersion was used, which was obtained by adding decanal to the dispersion before the decanal removal operation, i.e., exfoliated graphite. 2.5 μL of the obtained dispersion was dropped onto a microgrid and vacuum-dried overnight (15 hours) at 200°C using a vacuum oven. Next, the decanal was distilled off by drying in a freeze dryer.

図6は、実施例1~4及び比較例1~2で得られたサンプルの断面の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。なお、図6のTEM写真は、透過電子顕微鏡(日本電子社製、品番:JEM-2100F)を用いて測定した。図6より、実施例1~4及び比較例2で得られたサンプルは、折り込まれたり、カールしたりしておらず、平板状であることが確認できた。一方、比較例1で得られたサンプルは、折り込まれたり、カールしたりしていた。 Figure 6 shows transmission electron microscope (TEM) photographs of the cross sections of the samples obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. The TEM photographs in Figure 6 were measured using a transmission electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., product number: JEM-2100F). From Figure 6, it was confirmed that the samples obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 were not folded or curled, and were flat. On the other hand, the sample obtained in Comparative Example 1 was folded and curled.

(導電性の評価)
実施例1~4及び比較例1におけるデカナール除去操作を上記の10倍のスケールで行って得られたサンプル0.002gに、トルエン2mLを添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)を施した。次に、ホットプレートを用いて、60℃で10分間、加熱した。次に、分散液1.8mLを直径8mmの濾紙を用いて吸引濾過し、ホットプレートを用いて、100℃で20分間乾燥させた。最後に、25℃で、1時間真空乾燥させた。得られたサンプルについて、四端子抵抗計(三菱化学アナリテック社製、品番「ロレスタ-AX」)を用いて、電気抵抗率を4か所で測定した。
(Evaluation of Conductivity)
Toluene (2 mL) was added to 0.002 g of a sample obtained by carrying out the decanal removal operation in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 on a scale 10 times larger than that described above. After the addition of toluene, ultrasonic treatment (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100") was performed for 30 minutes at room temperature (25°C) and 31 kHz. Next, the sample was heated at 60°C for 10 minutes using a hot plate. Next, 1.8 mL of the dispersion was suction filtered using a filter paper with a diameter of 8 mm, and dried at 100°C for 20 minutes using a hot plate. Finally, the sample was vacuum dried at 25°C for 1 hour. The electrical resistivity of the obtained sample was measured at four points using a four-terminal resistance meter (Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., product number "Loresta-AX").

図7は、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)と、シート抵抗との関係を示す図である。図7に示すように、質量比(P3HT/薄片化黒鉛)が大きいほど、シート抵抗値が大きくなっていたが、通電試験において通電を確認できるレベルであった。一方、P3HTそのもののサンプルでは、測定限界よりもシート抵抗値が大きく、通電試験においても通電を確認することができなかった。 Figure 7 shows the relationship between the mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) and the sheet resistance. As shown in Figure 7, the sheet resistance value increased as the mass ratio (P3HT/exfoliated graphite) increased, but this was at a level where electrical conduction could be confirmed in an electrical conduction test. On the other hand, in the case of a sample of P3HT itself, the sheet resistance value was higher than the measurement limit, and electrical conduction could not be confirmed in an electrical conduction test.

(耐食性の評価)
実施例2及び比較例1においてデカナール除去操作を行って得られたサンプル0.0002gに、トルエン333μLを添加した。トルエン添加後、室温(25℃)、31kHzの条件で、30分間超音波処理を施した(装置:アズワン社製、品番「VS-D100」)。次に、ホットプレートを用いて、60℃で10分間、加熱して、サンプルとしての分散液を得た。
(Evaluation of corrosion resistance)
333 μL of toluene was added to 0.0002 g of the sample obtained by carrying out the decanal removal operation in Example 2 and Comparative Example 1. After the addition of toluene, ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes under conditions of room temperature (25° C.) and 31 kHz (apparatus: AS ONE Corporation, product number "VS-D100"). Next, the sample was heated at 60° C. for 10 minutes using a hot plate to obtain a dispersion liquid as a sample.

次に、銅箔(10mm×20mm)をエタノールで拭いた後、0.1M塩酸に室温(25℃)で10分間浸した。過剰量の水及びエタノールで3回ずつ洗浄した後、1時間真空乾燥した。しかる後、テープを用いてマスキングし(窓の形状:直径5mmの円)、銅箔基材を得た。 Next, the copper foil (10 mm x 20 mm) was wiped with ethanol and then immersed in 0.1 M hydrochloric acid at room temperature (25°C) for 10 minutes. It was washed three times each with excess water and ethanol, and then vacuum dried for one hour. It was then masked with tape (window shape: circle with a diameter of 5 mm) to obtain a copper foil substrate.

次に、サンプルとしての上記分散液を、上記銅箔基材に10μL×2回滴下し、一晩(15時間)真空乾燥した。なお、比較として、P3HTをトルエンに分散させた溶液(33μg/mL)についても、上記銅箔基材に10μL×2回滴下し、一晩(15時間)真空乾燥した。 Next, 10 μL of the above dispersion liquid as a sample was dropped twice onto the copper foil substrate, and then vacuum dried overnight (15 hours). For comparison, 10 μL of a solution (33 μg/mL) in which P3HT was dispersed in toluene was also dropped twice onto the copper foil substrate, and then vacuum dried overnight (15 hours).

次に、Cyclic Voltammetry(CV)(装置:Bio-logic Science Instruments社製、品番「VMP3」)により、腐食電位及び腐食電流を測定した。なお、電位掃引速度は、5mV/sとした。 Next, the corrosion potential and corrosion current were measured using a cyclic voltammetry (CV) (apparatus: Bio-logic Science Instruments, product number "VMP3"). The potential sweep rate was 5 mV/s.

図8は、実施例2及び比較例1で得られたサンプルのターフェルプロットを示す図である。図8に示すように、実施例2で得られたサンプルでは、腐食電流値の谷ピークが最も小さく、銅箔表面の腐食を抑制できていることを確認できた。また、実施例1,3~4で得られたサンプルについても、同様に、銅箔表面の腐食を抑制できていることを確認した。 Figure 8 shows the Tafel plots of the samples obtained in Example 2 and Comparative Example 1. As shown in Figure 8, the sample obtained in Example 2 had the smallest valley peak of the corrosion current value, confirming that corrosion of the copper foil surface was suppressed. Similarly, it was confirmed that corrosion of the copper foil surface was suppressed for the samples obtained in Examples 1, 3 to 4.

Claims (5)

表面がアルキルアルデヒドに由来する官能基により修飾されており、グラフェン又はグラフェンシートの積層体である、薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とが複合化されてなる、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体。 The exfoliated graphite-polythiophene composite is obtained by combining exfoliated graphite, which has a surface modified with a functional group derived from an alkylaldehyde and is a laminate of graphene or graphene sheets, with a polythiophene derivative. 前記ポリチオフェン誘導体が、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)である、請求項1に記載の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体。 The exfoliated graphite-polythiophene composite according to claim 1, wherein the polythiophene derivative is poly(3-hexylthiophene). 前記薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数が、1層以上、15層以下である、請求項1又は2に記載の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体。 The exfoliated graphite-polythiophene composite according to claim 1 or 2, wherein the number of stacked graphene sheets in the exfoliated graphite is 1 or more and 15 or less. 請求項1~のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法であって、
黒鉛のグラフェン層間に少なくともアルカリ金属がインターカレートされた黒鉛層間化合物を用意する工程と、
前記黒鉛層間化合物とアルキルアルデヒドとを混合することにより、前記黒鉛を剥離して薄片化黒鉛を得る工程と、
前記薄片化黒鉛と、ポリチオフェン誘導体とを複合化させる工程と、
を備える、薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体の製造方法。
A method for producing the exfoliated graphite-polythiophene composite according to any one of claims 1 to 3 , comprising the steps of:
preparing a graphite intercalation compound in which at least an alkali metal is intercalated between graphene layers of graphite;
a step of exfoliating the graphite by mixing the graphite intercalation compound with an alkylaldehyde to obtain exfoliated graphite;
A step of compounding the exfoliated graphite with a polythiophene derivative;
A method for producing an exfoliated graphite-polythiophene composite comprising the steps of:
請求項1~のいずれか1項に記載の薄片化黒鉛-ポリチオフェン複合体を含む、耐食コーティング材。 A corrosion-resistant coating material comprising the exfoliated graphite-polythiophene composite according to any one of claims 1 to 3 .
JP2021053494A 2021-03-26 2021-03-26 Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material Active JP7624624B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021053494A JP7624624B2 (en) 2021-03-26 2021-03-26 Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021053494A JP7624624B2 (en) 2021-03-26 2021-03-26 Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022150752A JP2022150752A (en) 2022-10-07
JP7624624B2 true JP7624624B2 (en) 2025-01-31

Family

ID=83464987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021053494A Active JP7624624B2 (en) 2021-03-26 2021-03-26 Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7624624B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017145940A1 (en) 2016-02-22 2017-08-31 積水化学工業株式会社 Composite material, conductive material, conductive particles, and conductive film
WO2020175504A1 (en) 2019-02-28 2020-09-03 積水化学工業株式会社 Flake graphite and manufacturing method therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017145940A1 (en) 2016-02-22 2017-08-31 積水化学工業株式会社 Composite material, conductive material, conductive particles, and conductive film
WO2020175504A1 (en) 2019-02-28 2020-09-03 積水化学工業株式会社 Flake graphite and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022150752A (en) 2022-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hao et al. Bridged Ti3C2T x MXene film with superior oxidation resistance and structural stability for high-performance flexible supercapacitors
Sheng et al. Synthesis of functionalized graphene/polyaniline nanocomposites with effective synergistic reinforcement on anticorrosion
US9162896B2 (en) Method for making polymer composites containing graphene sheets
US20190166733A1 (en) Two-dimensional metal carbide, nitride, and carbonitride films and composites for emi shielding
Hussein et al. Fabrication of EPYR/GNP/MWCNT carbon-based composite materials for promoted epoxy coating performance
AU2024204111B2 (en) Dispersible edge functionalised graphene platelets
Jiménez et al. Carbon nanotube effect on polyaniline morphology in water dispersible composites
Lian et al. Enhanced actuation in functionalized carbon nanotube–Nafion composites
Hong et al. High‐permittivity solvents increase MXene stability and stacking order enabling ultraefficient terahertz shielding
Jeon et al. Semimetallic transport in nanocomposites derived from grafting of linear and hyperbranched poly (phenylene sulfide) s onto the surface of functionalized multi-walled carbon nanotubes
Fu et al. One-pot noncovalent method to functionalize multi-walled carbon nanotubes using cyclomatrix-type polyphosphazenes
CN105829276B (en) graphene oxide and carbon nanotube ink and preparation method thereof
Mobin et al. Polythiophene (PTh)–TiO2–reduced graphene oxide (rGO) nanocomposite coating: synthesis, characterization, and corrosion protection performance on low-carbon steel in 3.5 wt% NaCl solution
Xavier et al. RETRACTED: Carbon nanotube‐based polymer nanocomposites: Evaluation of barrier, hydrophobic, and mechanical properties for aerospace applications
Prusty et al. Nano ZrO2 reinforced cellulose incorporated polyethylmethacrylate/polyvinyl alcohol composite films as semiconducting packaging materials
JP7496090B2 (en) Exfoliated graphite and its manufacturing method
JP6842070B2 (en) Composite materials, conductive materials, conductive particles and conductive films
JP6054512B2 (en) Method for producing polymer-nanoparticles having a core-shell structure in which metal and inorganic particles are uniformly coated with the polymer
Chen et al. Enhanced dielectric performance in flexible MWCNT/poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)-based nanocomposites by designing a tri-layered structure
Humbe et al. Quantification of pre-and post-air plasma-treated graphene oxide dispersed polymer blends for high dielectric applications
Nath et al. 2D Ti 3 C 2 T x–xGnP incorporating PVDF/PMMA blend composites for dielectric capacitors
Nath et al. Enhanced dielectric and energy storage performance of the PVDF–PMMA blend with GNP–MWCNT hybrids
JP7624624B2 (en) Exfoliated graphite-polythiophene composite, its manufacturing method, and corrosion-resistant coating material
Jabeen et al. A facile route for the synthesis of mechanically strong MWCNTs/NDs nanobifiller filled polyacrylate composites
Khorramshokouh et al. Silver Nanoparticles Decorated Graphene Filled PVDF/PMMA Blends with Advanced electrical, mechanical, and thermal properties

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210409

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231102

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240717

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240723

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240909

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250109

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7624624

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150