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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-12
(45)【発行日】2022-09-21
(54)【発明の名称】不織布およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   D04H 1/4242 20120101AFI20220913BHJP
   D04H 1/413 20120101ALI20220913BHJP
   D01F 9/10 20060101ALI20220913BHJP
【FI】
D04H1/4242
D04H1/413
D01F9/10 Z
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2018040954
(22)【出願日】2018-03-07
(65)【公開番号】P2019157284
(43)【公開日】2019-09-19
【審査請求日】2021-02-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000229117
【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100150360
【弁理士】
【氏名又は名称】寺嶋 勇太
(72)【発明者】
【氏名】金指 安奈
【審査官】櫛引 明佳
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-084359(JP,A)
【文献】国際公開第2014/021257(WO,A1)
【文献】特開2014-231453(JP,A)
【文献】国際公開第2016/157834(WO,A1)
【文献】登録実用新案第3217691(JP,U)
【文献】特表2018-524482(JP,A)
【文献】特表2014-505650(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
D04H 1/00-18/04
C01B 32/00-32/991
JSTPlus(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維状炭素ナノ構造体とグラフェンとを含み、
厚み方向の熱伝導率に対する面方向の熱伝導率の比が30以上であり、密度が0.50g/cm以下であることを特徴とする不織布。
【請求項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。
【請求項3】
厚み方向の熱伝導率が0.1W/m・K以下である、請求項1または2に記載の不織布。
【請求項4】
面方向の熱伝導率が1W/m・K以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の不織布。
【請求項5】
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1~4のいずれか一項に記載の不織布。
【請求項6】
繊維状炭素ナノ構造体(ただし、「カチオン性に機能化された繊維状炭素ナノ構造体」を除く。)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して不織布を得る還元工程と、
を含み、(ただし、「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、前記繊維状炭素ナノ構造体が正に帯電するように前記混合液のpHを調整するpH調整工程」を含む場合を除く)
前記還元工程を複数回行うことを特徴とする不織布の製造方法。
【請求項7】
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6に記載の不織布の製造方法。
【請求項8】
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6または7に記載の不織布の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、不織布よびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、導電性、熱伝導性および機械的特性に優れる材料として、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称することがある。)が注目されている。そして、このようなカーボンナノチューブをシート状に集合させてなる不織布を用いた技術が提案されている。
【0003】
近年、デバイスの高性能化に伴って発熱量が増大しており、温度上昇による機能障害を防止する点から、熱設計が益々重要になっている。中でも、特定の方向に熱を伝達する、あるいは断熱するなどを任意に行うために、熱伝導率に異方性を有する材料を開発することが肝要である。
【0004】
こうした熱伝導率に異方性を有する材料として、特許文献1には、比表面積の高いCNTからなり、熱伝導率が面方向と厚み方向とで異なる不織布の両面に樹脂を塗布することによって形成された熱伝導シートが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2017-7234号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に記載された熱伝導シートは、設置対象との密着性や耐屈曲性の向上を目的としているため、熱伝導シートの熱伝導率の異方性については改善の余地があった。
【0007】
そこで、本発明は、従来よりも熱伝導率の異方性が大き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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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、本発明者らは、繊維状炭素ナノ構造体を分散媒に分散させて分散液(粗分散液)を調製する際に、酸化グラフェンを添加することによって、繊維状炭素ナノ構造体の分散性が向上し、最終的に得られる不織布の面方向の熱伝導率が向上することを見出した。また、上述のように得られた粗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って、プレ不織布が膨張して厚み方向の熱伝導率が低下し、従来よりも熱伝導率の異方性が大き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。
【0009】
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、厚み方向の熱伝導率に対する面方向の熱伝導率の比が30以上であることを特徴とする。
【0010】
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。
【0011】
本発明の不織布において、厚み方向の熱伝導率が0.1W/m・K以下であることが好ましい。これにより、外部からの熱が厚み方向に伝達するのを十分に抑制することができる。
【0012】
本発明の不織布において、面方向の熱伝導率が1W/m・K以上であることが好ましい。これにより、外部からの熱を面方向に良好に伝達させることができる。
【0013】
本発明の不織布において、密度が0.50g/cm以下であることが好ましい。これにより、不織布の厚み方向の熱伝導率を低下させることができる。
【0014】
本発明の不織布において、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、不織布の熱伝導率の異方性をより大きくすることができる。
【0015】
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て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する。これにより、従来よりも熱伝導率の異方性が大きな不織布を製造することができる。
【0016】
本発明の不織布の製造方法において、還元工程を複数回行うことが好ましい。これにより、熱伝導率の異方性をより大きくすることができる。
【0017】
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備えることが好ましい。これにより、製造される不織布の面方向の熱伝導率をより高めることができるとともに、不織布の耐粉落ち性をより向上させることができる。
【0018】
本発明の不織布の製造方法において、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。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、従来よりも熱伝導率の異方性が大きい不織布を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
(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、厚み方向の熱伝導率に対する面方向の熱伝導率の比が30以上であることを特徴としている。本発明の不織布は、グラフェンを平面方向に配向させ、従来に比べて熱伝導率の異方性が大きい不織布である。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。
【0021】
<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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
-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のを抑制し、平面方向の熱伝導性に優れた不織布を作ることができる。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。
【0027】
<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。
【0028】
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熱伝導性の異方性が向上するが、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。
【0029】
-熱伝導率-
本発明の不織布は、厚み方向の熱伝導率に対する面方向の熱伝導率の比が30以上であり、従来よりも熱伝導率の異方性が強い不織布である。ここで、不織布の厚み方向の熱伝導率が0.1W/m・K以下であることが好ましく、0.05W/m・K以下がより好ましく、0.03W/m・K以下がさらに好ましい。厚み方向の熱伝導率が0.1W/m・K以下であることによって、外部からの熱が厚み方向に伝達するのを十分に抑制することができる。
【0030】
また、不織布の面方向の熱伝導率が1W/m・K以上であることが好ましく、2W/m・K以上がより好ましく、3W/m・K以上がさらに好ましい。不織布の厚み方向の熱伝導率が1以上であることによって、外部からの熱を面方向に良好に伝達させることができる。
【0031】
-密度-
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、0.5g/cm以下であることが好ましい。これにより、不織布の厚み方向の熱伝導率を低下させることができる。不織布の密度は、0.3g/cm以下であることが好ましく、0.2g/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、不織布の強度を高めることができる。
【0032】
-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。
【0033】
-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。
【0034】
-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、不織布の熱伝導率の異方性をより大きくすることができる。
【0035】
(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。
【0036】
本発明の不織布の製造方法においては、分散液を調製する際に、酸化グラフェンを添加している。本発明者らの検討によると、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良好に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て分散液(粗分散液)を調製する際に、酸化グラフェンを添加する。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面方向の熱伝導率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。
【0037】
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面方向の熱伝導率を向上させることができる。そして、上記還元工程は、プレ不織布に気体を供給しながら行う。これにより、理由は明らかではないが、プレ不織布が膨張して不織布の厚み方向の熱伝導率が低下することが判明した。こうして、本発明によって製造される不織布は、従来よりも異方性が大きい不織布となる。以下、各工程について説明する。
【0038】
<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。
【0039】
-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。
【0040】
-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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
<混合工程>
-分散液の調製-
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。
【0044】
-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。
【0045】
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。
【0046】
-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熱伝導性の異方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。
【0047】
<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面方向の熱伝導率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。
【0048】
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、混合液中に炭素ナノ構造体を分散させることが可能となる。
【0049】
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。
【0050】
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、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。
【0051】
<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。
【0052】
<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。本発明者らは、上記還元工程によって、不織布の面方向の熱伝導率を高めることができるとともに、厚み方向の熱伝導率を低下できることを見出した。こうして、従来よりも熱伝導性の異方性が大きい不織布を得ることができる。
【0053】
上記還元工程は複数回行うことが好ましい。これにより、不織布の面方向の熱伝導率をより向上する一方、厚み方向の熱伝導率が低下して、熱伝導率の異方性をより大きくすることができる。
【実施例
【0054】
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。
【0055】
実施例および比較例において、分散液における繊維状炭素ナノ構造体の平均粒子径、不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、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。
【0056】
<厚み方向の熱伝導率>
不織布について、厚み方向の熱拡散率α(m/s)、定圧比熱C(J/g・K)および密度ρ(g/m)を以下の方法で測定した。
[熱拡散率α
熱物性測定装置(株式会社ベテル製、製品名「サーモウェーブアナライザTA35」)を使用して測定した。
[定圧比熱]
示差走査熱量計(Rigaku製、製品名「DSC8230」)を使用し、10℃/分の昇温条件下、温度25℃における比熱を測定した。
[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。
そして、得られた測定値を用いて下記式(I):
λ=α×C×ρ ・・・(I)
より25℃における不織布の熱伝導率λ(W/m・K)を求めた。
【0057】
<面方向の熱伝導率>
不織布について、面方向の熱拡散率αXY(m/s)、定圧比熱C(J/g・K)および密度ρ(g/m)を以下の方法で測定した。
[熱拡散率αXY
熱物性測定装置(株式会社ベテル製、製品名「サーモウェーブアナライザTA35」)を使用して測定した。
[定圧比熱および密度]
「厚み方向の熱伝導率」と同様にして測定した。
そして、得られた測定値を用いて下記式(II):
λXY=αXY×Cp×ρ ・・・(II)
より25℃における不織布の面方向の熱伝導率λXY(W/m・K)を求めた。
【0058】
<耐粉落ち性>
不織布の上に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、キムワイプの上に、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、キムワイプに付着した物質の有無を目視にて確認し、以下の基準で評価した。
A:ウェットティッシュに付着物無し
B:ウェットティッシュ全面に付着物有り
【0059】
(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。
【0060】
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。
【0061】
<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。
【0062】
<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。
【0063】
<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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、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。
【0064】
【表1】
【0065】
(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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0066】
(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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0067】
(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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0068】
(実施例5)
実施例1と同様に、実施例5に係る不織布を作製した。ただし、還元工程の回数を1回(1サイクル)とした。その他の条件は実施例1と全て同じである。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0069】
(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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0070】
(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、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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0071】
(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、得られた不織布の片面に対して、刷毛を用いて、フッ素ゴム(ダイキン工業株式会社製、Daiel-G912)50gを、100gのメチルエチルケトンに溶解させた樹脂溶液を塗布量50g/mで塗布した。次いで、100℃雰囲気下で30分乾燥させて、不織布の片面に樹脂層を形成した。さらに、不織布のもう一方の面にも同様にして上記樹脂溶液を塗布し、乾燥させて樹脂層を形成し、そして室温まで冷却して両面に樹脂層を有する不織布を得た。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0072】
(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、酸化グラフェンに代えて、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。得られた不織布の面方向の熱伝導率、厚み方向の熱伝導率、密度、耐粉落ち性を表1に示す。
【0073】
(比較例5)
実施例1と同様に、比較例5に係る不織布の作製を試みた。ただし、繊維状炭素ナノ構造体として、多層CNT(KUMHOPETROCHEMICAL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。しかし、還元工程において繊維が切断されてバラバラになり、不織布が得られなかった。
【0074】
<熱伝導率の異方性の評価>
表1に示すように、実施例1~5に係る不織布は、比較例1~5に係る不織布よりも熱伝導率の異方性が大きいことが分かる。なお、比較例5については、不織布を得ることができなかった。
【0075】
実施例1と実施例4とを比較すると、分散工程を行うことによって、不織布の面方向および厚み方向の双方について熱伝導率が向上するが、面方向の熱伝導率の向上がより大きいことから、結果として熱伝導率の異方性が大きくなることが分かる。また、分散工程を行うことによって、粉落ち性も向上することが分かる。
【0076】
また、実施例1と実施例5とを比較すると、還元工程を2回行うことによって、不織布の厚み方向の熱伝導率は低下する一方、面方向の熱伝導率が向上し、結果として熱伝導率の異方性が大きくなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明によれば、従来よりも熱伝導率の異方性が大きい不織布を得ることができる。