JP2010168678A - Carbon nano tube/ion liquid composite yarn - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブとイオン液体を含む糸ないし複合糸及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a yarn or composite yarn containing carbon nanotubes and an ionic liquid and a method for producing the same.
カーボンナノチューブを含む導電性繊維は、優れた導電性と機械強度を得ることが期待されるため、様々な製造方法が提案されている。
例えば、特許文献１は、導電性ポリマーとカーボンナノチューブを含有する繊維を提案しているが、その導電率は不十分なものである。
Since conductive fibers including carbon nanotubes are expected to obtain excellent conductivity and mechanical strength, various production methods have been proposed.
For example, Patent Document 1 proposes a fiber containing a conductive polymer and a carbon nanotube, but its conductivity is insufficient.
特許文献２は、配向カーボンナノチューブの乾式紡糸による糸の製法を開示しているが、多層カーボンナノチューブを使用しているため、キャパシタンスが小さい欠点があった。
特許文献３は、硫酸、あるいは超酸でCNTを分散させ凝固剤中に注入して湿式紡糸してカ
ーボンナノチューブ繊維を製造しているが、カーボンナノチューブは強酸ないし超酸中での処理により構造が壊れ、導電性、強度等の性質が損なわれる欠点がある。
特許文献４は、活性剤で分散したCNTをポリマー凝固剤中に注入して紡糸しており、ポリ
マーが糸中に残り、電気的性質が低下する不具合があった。
Patent Document 2 discloses a method for producing a yarn by dry spinning of oriented carbon nanotubes, but has a disadvantage that the capacitance is small because multi-walled carbon nanotubes are used.
In Patent Document 3, carbon nanotube fibers are produced by dispersing CNTs with sulfuric acid or superacid, injecting them into a coagulant, and performing wet spinning to produce carbon nanotube fibers. There is a defect that properties such as breakage, conductivity, strength and the like are impaired.
In Patent Document 4, CNT dispersed with an activator is injected into a polymer coagulant for spinning, and there is a problem in that the polymer remains in the yarn and the electrical properties deteriorate.
本発明は、導電性と機能性を兼ね備えた糸を作製することを目的とする。 An object of this invention is to produce the thread | yarn which has electroconductivity and functionality.
カーボンナノチューブ、イオン液体を溶媒中で分散させ、得られたゲル状の液をテフロン（登録商標）などのこれら成分に親和性を有しないチューブ（細管）に入れ、溶媒を蒸発させることにより、特定の方向にカーボンナノチューブが配向したカーボンナノチューブ／イオン液体複合糸が得られることを見出した。 Specified by dispersing carbon nanotubes and ionic liquid in a solvent, putting the resulting gel-like liquid in a tube (capillary tube) that does not have an affinity for these components such as Teflon (registered trademark), and evaporating the solvent It was found that a carbon nanotube / ionic liquid composite yarn in which carbon nanotubes are oriented in the direction of is obtained.
また、テフロン（登録商標）チューブにカーボンナノチューブ／イオン液体複合液を入れる際に金属線,高分子ポリマー糸、炭素繊維等のワイヤーを入れることにより、入れた
ワイヤーがカーボンナノチューブ／イオン液体被覆層により被覆され、かつカーボンナノチューブが配向した形状のワイヤーを作製することができることを見出した。
In addition, when a carbon nanotube / ionic liquid composite liquid is put into a Teflon (registered trademark) tube, by inserting a wire such as a metal wire, polymer polymer yarn, carbon fiber, etc., the inserted wire becomes a carbon nanotube / ionic liquid coating layer. It was found that a wire having a shape in which carbon nanotubes are coated and oriented can be produced.
本発明は、以下の糸ないし複合糸並びにこれらの製造方法、アクチュエータを提供するものである。
項１． 配向したカーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸。
項２． 配向したカーボンナノチューブ(CNT)とイオン液体から構成される被覆層と、前
記被覆層で覆われた芯材を備えた複合糸。
項３． 前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであることを特徴とする
項１又は２に記載の糸。
項４． カーボンナノチューブのアスペクト比が10４以上である、項１〜３のいずれかに記載の糸。
項５． カーボンナノチューブ１００重量部あたりイオン液体が０．１〜２００重量部含まれる、項１〜４のいずれかに記載の糸。
項６． 前記芯材が金属線、炭素繊維又は高分子ポリマー糸である、項２に記載の複合糸。
項７． 項１〜６のいずれかに記載の糸を含むアクチュエータ。
項８． カーボンナノチューブ、イオン液体及び溶媒を含む分散液をチューブ内に入れ、必要に応じて芯材を該チューブ内に配置し、溶媒を蒸発させることを特徴とする、項１〜６のいずれかに記載の糸の製造方法。
The present invention provides the following yarns or composite yarns, methods for producing them, and actuators.
Item 1. Yarn composed of oriented carbon nanotubes and ionic liquid.
Item 2. A composite yarn comprising a coating layer composed of oriented carbon nanotubes (CNT) and an ionic liquid, and a core material covered with the coating layer.
Item 3. Item 3. The yarn according to item 1 or 2, wherein the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube.
Item 4. Item 4. The yarn according to any one of Items 1 to 3, wherein the carbon nanotube has an aspect ratio of 10 4 or more.
Item 5. Item 5. The yarn according to any one of Items 1 to 4, wherein the ionic liquid is contained in an amount of 0.1 to 200 parts by weight per 100 parts by weight of the carbon nanotubes.
Item 6. Item 3. The composite yarn according to Item 2, wherein the core material is a metal wire, carbon fiber, or polymer polymer yarn.
Item 7. Item 7. An actuator including the yarn according to any one of Items 1 to 6.
Item 8. Item 7. The item according to any one of Items 1 to 6, wherein a dispersion containing carbon nanotubes, an ionic liquid, and a solvent is placed in a tube, a core material is disposed in the tube as necessary, and the solvent is evaporated. Yarn manufacturing method.
本発明によれば、特定の方向にカーボンナノチューブが配向したカーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸を作製することができる。また、芯材ワイヤーがカーボンナノチューブ／イオン液体被覆層により被覆され、なおかつカーボンナノチューブが配向した複合ワイヤーを得ることができる。 According to the present invention, a yarn composed of carbon nanotubes in which carbon nanotubes are oriented in a specific direction and an ionic liquid can be produced. In addition, a composite wire in which the core wire is covered with the carbon nanotube / ionic liquid coating layer and the carbon nanotubes are oriented can be obtained.
本発明のカーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸あるいは被覆層は、導電性を損なうバインダー成分や高分子ポリマーを配合する必要はなく、導電性と機能性を兼ね備えたものになる。 The yarn or coating layer composed of the carbon nanotubes and the ionic liquid of the present invention does not need to contain a binder component or a polymer that impairs conductivity, and has both conductivity and functionality.
本発明に用いられるカーボンナノチューブは、グラフェンシートが筒形に巻いた形状から成る炭素系材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）とに大別され、また、グラフェンシートの構造の違いからカイラル（らせん）型、ジグザグ型、およびアームチェア型に分けられるなど、各種のものが知られている。本発明には、このような所謂カーボンナノチューブと称されるものであれば、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができる。一般的には、アスペクト比が大きい、すなわち、細くて長い単層ナノチューブがゲルを形成し易い。例えば、アスペクト比が１０３以上、好ましくは１０４以上のカーボンナノチューブが挙げられる。カーボンナノチューブの長さは、通常１μm以上、好ましくは５０μm以上、さらに好ましくは５００μm以上である。カーボンナノチューブの長さの上限は、特に限定されないが
、例えば３０mm程度である。
The carbon nanotube used in the present invention is a carbon-based material having a shape in which a graphene sheet is wound into a cylindrical shape, and is roughly classified into single-walled nanotubes (SWNT) and multi-walled nanotubes (MWNT) based on the number of peripheral walls. Also, various types are known, such as being divided into a chiral type, a zigzag type, and an armchair type due to the difference in the structure of the graphene sheet. Any type of carbon nanotube can be used in the present invention as long as it is referred to as such a so-called carbon nanotube. In general, single-walled nanotubes having a large aspect ratio, that is, thin and long, are easy to form a gel. For example, carbon nanotubes having an aspect ratio of 10 3 or more, preferably 10 4 or more can be mentioned. The length of the carbon nanotube is usually 1 μm or more, preferably 50 μm or more, more preferably 500 μm or more. Although the upper limit of the length of a carbon nanotube is not specifically limited, For example, it is about 30 mm.
従って、本発明においては、ＳＷＮＴからゲル状組成物を得るのが好ましい。実用に供されるカーボンナノチューブの好適な例として、一酸化炭素を原料として比較的量産が可能なＨｉＰｃｏ（Unidym社製）が挙げられるが、勿論、これに限定されるものではない。 Therefore, in the present invention, it is preferable to obtain a gel composition from SWNT. As a suitable example of the carbon nanotube used for practical use, HiPco (manufactured by Unidym), which can be relatively mass-produced using carbon monoxide as a raw material, is, of course, not limited to this.
本発明に用いられるイオン液体（ionic liquid）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン導電性が高いものが好ましい。 The ionic liquid used in the present invention is also called a room temperature molten salt or simply a molten salt, and is a salt that exhibits a molten state in a wide temperature range including room temperature (room temperature). It is a salt that exhibits a molten state at ℃, preferably -20 ℃, more preferably -40 ℃. In addition, the ionic liquid used in the present invention preferably has high ionic conductivity.
本発明においては、各種公知のイオン液体を使用することができるが、常温（室温）または常温に近い温度において液体状態を呈する安定なものが好ましい。本発明において用いられる好適なイオン液体としては、下記の一般式（Ｉ）〜（IV）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン、第４級アンモニウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものが挙げられる。 In the present invention, various known ionic liquids can be used, but a stable one that exhibits a liquid state at normal temperature (room temperature) or a temperature close to normal temperature is preferable. A suitable ionic liquid used in the present invention comprises a cation (preferably an imidazolium ion or a quaternary ammonium ion) represented by the following general formulas (I) to (IV) and an anion (X − ). Things.
［ＰＲｘＨ４−ｘ］＋ （IV）
[PR x H 4-x ] + (IV)
上記の式（Ｉ）〜（IV）において、Ｒは炭素数１〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基を示し、式（Ｉ）においてＲ１は炭素数１〜４の直鎖又は分枝を有するアルキル基または水素原子を示す。式（Ｉ）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（III）および（IV）において、ｘはそれぞれ１〜４の整数である。 In the above formulas (I) to (IV), R is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a branched alkyl group or an ether bond, and the total number of carbon and oxygen is 3 to 12 In formula (I), R 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydrogen atom. In the formula (I), R and R 1 are preferably not the same. In formulas (III) and (IV), x is an integer of 1 to 4, respectively.
炭素数１〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどの基が挙げられる。炭素数は好ましくは１〜８，より好ましくは１〜６である。 Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, Examples include nonyl, decyl, undecyl, dodecyl and the like. Preferably carbon number is 1-8, More preferably, it is 1-6.
炭素数１〜４の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチルが挙げられる。 Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, and t-butyl.
エーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、CH2OCH3、(CH2)p(OCH2CH2)qOR2（ここで、ｐは１〜４の整数、ｑは１〜４の整数、R2はCH3又はC2H5を表す）が挙げられる。 Examples of the alkyl group having an ether bond and having a straight chain or a branch having a total number of carbon and oxygen of 3 to 12 include CH 2 OCH 3 , (CH 2 ) p (OCH 2 CH 2 ) q OR 2 (where, p is an integer of 1 to 4, q is an integer from 1 to 4, R 2 represents CH 3 or C 2 H 5) can be mentioned.
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸イオン（BF4 -）、BF3CF3 -、BF3C2F5 -、BF3C3F7 -、BF3C4F9 -、ヘキサフルオロリン酸イオン（PF6 -）、ビス（トリフルオロメ
タンスルホニル）イミド酸イオン（（CF3SO2)2N-）、過塩素酸イオン(ClO4 -)、トリス（
トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン(CF3SO2)3C-）、トリフルオロメタンスル
ホン酸イオン（CF3SO3 -）、ジシアンアミドイオン（(CN)2N-）、トリフルオロ酢酸イオン（CF3COO-）、有機カルボン酸イオンおよびハロゲンイオンが例示できる。
As anions (X − ), tetrafluoroborate ion (BF 4 − ), BF 3 CF 3 − , BF 3 C 2 F 5 − , BF 3 C 3 F 7 − , BF 3 C 4 F 9 − , hexa Fluorophosphate ion (PF 6 − ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imidate ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N − ), perchlorate ion (ClO 4 − ), Tris (
Trifluoromethanesulfonyl) carbonic acid ion (CF 3 SO 2 ) 3 C − ), trifluoromethanesulfonic acid ion (CF 3 SO 3 − ), dicyanamide ion ((CN) 2 N − ), trifluoroacetic acid ion (CF 3 COO − ), organic carboxylate ions and halogen ions.
これらのうち、イオン液体としては、例えば、カチオンが１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、[N(CH3)(CH3)(C2H5)(C2H4OC2H4OCH3)]+、アニオンがハロゲンイオン
、テトラフルオロホウ酸イオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸イオン（（CF3SO2)2N-）のものが、具体的に例示でき、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオンとビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸イオン（（CF3SO2)2N-）からなるイオン液体が特に好ましい。なお、カチオン及び／又はアニオンを２種以上使用し、融
点をさらに下げることも可能である。
Among these, as the ionic liquid, for example, the cation is 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, [N (CH 3 ) (CH 3 ) (C 2 H 5 ) (C 2 H 4 OC 2 H 4 OCH 3 )] + , and those whose anion is a halogen ion, tetrafluoroborate ion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imido ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N − ) can be specifically exemplified by 1-ethyl- An ionic liquid composed of 3-methylimidazolium ion and bis (trifluoromethanesulfonyl) imidate ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N − ) is particularly preferable. In addition, it is possible to use two or more kinds of cations and / or anions to further lower the melting point.
ただし、これらの組み合わせに限らず、イオン液体であって、導電率が0.1Sm-1以上の
ものであれば、使用可能である。
However, the present invention is not limited to these combinations, and any ionic liquid that has a conductivity of 0.1 Sm −1 or more can be used.
本発明の糸において、カーボンナノチューブとイオン液体の比率は、カーボンナノチューブ１００重量部に対し、イオン液体は０.1〜５００重量部程度、好ましくは０.1〜２００重量部程度使用するのが好ましい。 In the yarn of the present invention, the ratio of the carbon nanotube to the ionic liquid is preferably about 0.1 to 500 parts by weight, preferably about 0.1 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon nanotubes. .
イオン液体の量が多すぎるとチューブ中でカーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸を製造した場合形状保持が難しくなる傾向がある。 If the amount of ionic liquid is too large, shape retention tends to be difficult when a yarn composed of carbon nanotubes and ionic liquid is produced in the tube.
本発明では、カーボンナノチューブとイオン液体を含む糸もしくは被覆層を形成する場合、カーボンナノチューブとイオン液体と溶媒を含む分散液を製造する。ここで、前記溶媒は親水性溶媒と疎水性溶媒の混合溶媒を用いてもよい。 In the present invention, when forming a yarn or coating layer containing carbon nanotubes and ionic liquid, a dispersion containing carbon nanotubes, ionic liquid and solvent is produced. Here, the solvent may be a mixed solvent of a hydrophilic solvent and a hydrophobic solvent.
親水性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトン、メタノール、エタノールなどの炭素数１〜３の低級アルコール、アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルアセト
アミド（ＤＭＡｃ）等が挙げられる。疎水性溶媒としては、４−メチルペンタン−２−オンなどの炭素数５〜１０のケトン類、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素類が挙げられる。
Examples of the hydrophilic solvent include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, ethers such as tetrahydrofuran, carbon numbers 1 to 3 such as acetone, methanol and ethanol. Lower alcohol, acetonitrile, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and the like. Examples of the hydrophobic solvent include ketones having 5 to 10 carbon atoms such as 4-methylpentan-2-one, halogenated hydrocarbons such as chloroform and methylene chloride, aromatic hydrocarbons such as toluene, benzene and xylene, Aliphatic or alicyclic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane are exemplified.
分散液中のカーボンナノチューブの量は、溶媒１００ｍｌあたり１００〜２０００ｍｇ程度、好ましくは２００〜１０００ｍｇ程度である。分散液中のイオン液体の量は、溶媒１００ｍｌあたり０.1〜４０００ｍｇ程度、好ましくは０.1〜２０００ｍｇ程度である。分散液は、これらの成分を混合し、撹拌装置、ホモジナイザー、超音波装置などを適宜組み合わせて十分に混合して得ることができる。 The amount of carbon nanotubes in the dispersion is about 100 to 2000 mg, preferably about 200 to 1000 mg per 100 ml of solvent. The amount of the ionic liquid in the dispersion is about 0.1 to 4000 mg, preferably about 0.1 to 2000 mg per 100 ml of the solvent. The dispersion can be obtained by mixing these components and mixing them appropriately by appropriately combining a stirrer, a homogenizer, an ultrasonic device and the like.
上記の分散液は、チューブ内に導入する。チューブとしては、カーボンナノチューブとイオン液体、溶媒の親和性が低い材料が好ましく、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素化炭化水素などの撥水撥油性の材料からなるチューブが好ましく使用される。テフロン（登録商標）チューブ内の溶媒は自然乾燥ないし加熱乾燥させてもよく、あるいは空気、窒素ガス、アルゴンガスなどの気体をポンプなどの通気手段を用いて通気し、溶媒を蒸発させてもよい。通気により溶媒を蒸発させる場合、気体の流量に関して、最初は少なくし、溶媒が蒸発して糸あるいは被覆層の形状安定性が増加した段階で徐々に流量を多くして溶媒の蒸発を促進する。溶媒が蒸発すると、イオン液体及びカーボンナノチューブはチューブの内壁と親和性が低いためにチューブから分離し、カーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸を得ることができる。このチューブ内にカーボンナノチューブ、イオン液体、溶媒を含む分散液の他に、芯材となるワイヤー（金属線、高分子ポリマー、炭素繊維など）をチューブの中心付近に配置しておくと、溶媒が乾燥するにつれてカーボンナノチューブとイオン液体から構成される被覆層が芯材周囲に形成されて、複合糸を得ることができる。 The above dispersion is introduced into the tube. As the tube, a material having a low affinity between the carbon nanotube, the ionic liquid, and the solvent is preferable. For example, a tube made of a water- and oil-repellent material such as a fluorinated hydrocarbon such as Teflon (registered trademark) is preferably used. The solvent in the Teflon (registered trademark) tube may be air-dried or heat-dried, or a gas such as air, nitrogen gas or argon gas may be ventilated using a venting means such as a pump to evaporate the solvent. . When the solvent is evaporated by aeration, the gas flow rate is initially reduced, and when the solvent evaporates and the shape stability of the yarn or coating layer increases, the flow rate is gradually increased to promote the evaporation of the solvent. When the solvent evaporates, the ionic liquid and the carbon nanotube have a low affinity with the inner wall of the tube, so that they are separated from the tube, and a yarn composed of the carbon nanotube and the ionic liquid can be obtained. In addition to the dispersion containing carbon nanotubes, ionic liquid, and solvent in this tube, a wire (metal wire, polymer polymer, carbon fiber, etc.) that becomes the core material is placed near the center of the tube. As it dries, a coating layer composed of carbon nanotubes and ionic liquid is formed around the core material, and a composite yarn can be obtained.
ワイヤーの直径は、０．０２５〜２ｍｍ程度、好ましくは０．０５〜1ｍｍ程度である
。
The diameter of the wire is about 0.025 to 2 mm, preferably about 0.05 to 1 mm.
チューブの内径は、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．２〜５ｍｍ程度である。 The inner diameter of the tube is about 0.1 to 10 mm, preferably about 0.2 to 5 mm.
ワイヤーの構成材料である高分子ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］などの水素原子を有するフッ素化オレフィンとパーフッ素化オレフィンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの水素原子を有するフッ素化オレフィンのホモポリマー、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ，ナフィオン）、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（poly-ＨＥＭＡ）
、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート類、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリブタジエン、フェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、アリル樹脂、シリコーン、ポリウレタン、ポリメチルペンテン、スチレンブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニリデン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマー、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィドなどが挙げられる。
As a high molecular polymer which is a constituent material of a wire, a copolymer of a fluorinated olefin having a hydrogen atom and a perfluorinated olefin, such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer [PVDF (HFP)], or polyvinylidene fluoride. (PVDF) and other fluorinated olefin homopolymers having hydrogen atoms, perfluorosulfonic acid (Nafion), poly-2-hydroxyethyl methacrylate (poly-HEMA)
, Poly (meth) acrylates such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polybutadiene, phenol Resin, amino resin, unsaturated polyester, epoxy resin, allyl resin, silicone, polyurethane, polymethylpentene, styrene butadiene resin, polyvinylidene chloride, ethylene polytetrafluoroethylene copolymer, ethylene vinyl acetate copolymer, AS resin, ABS resin, ionomer, AAS resin, ACS resin, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene Terephthalate, polyarylate, polysulfone, polyether sulfone, polyimide, polyamide-imide, poly (phenylene sulfide) and the like.
チューブ中の溶媒の乾燥は、５０〜１５０℃で、２４〜９６時間程度行うことにより実施される。 Drying of the solvent in the tube is carried out at 50 to 150 ° C. for about 24 to 96 hours.
チューブ内で溶媒を乾燥して得られる、配向したカーボンナノチューブとイオン液体から構成される糸、あるいは、配向したカーボンナノチューブ(CNT)とイオン液体から構成
される被覆層と、芯材（ワイヤー）を備えた複合糸の直径は、チューブの直径を変更することにより制御できる。
A thread composed of oriented carbon nanotubes and ionic liquid, or a coating layer composed of oriented carbon nanotubes (CNT) and ionic liquid, and a core material (wire), obtained by drying the solvent in the tube The diameter of the composite yarn provided can be controlled by changing the diameter of the tube.
本発明の糸あるいは複合糸は、導電性に優れており、十分な機械的強度を有するため、アクチュエータ素子としても優れている。 The yarn or composite yarn of the present invention is excellent as an actuator element because it is excellent in electrical conductivity and has sufficient mechanical strength.
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより詳細に説明する。
実施例１）
・単層カーボンナノチューブ（以下、SG-CNTと記述する）30mg、１-エチル-3-メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニル（以下EMITFSIと記述する）30mg、N-メチ
ルピロリドン（以下NMPと記述する）6mlをガラス容器に秤量し、攪拌器を用いて、2時間
、700rpmの条件で攪拌を実施した。
・プローブ式ホモジナイザー（NIHONSEIKI KAISHA社製 US-50）を用いて5分間超音波照
射を実施しSG-CNTをNMP溶液に分散させた。
・得られたSG-CNT/EMITFSI液を直径4mmの熱収縮テフロン（登録商標）チューブ内に詰め
込んだ後、チューブの片側の端からもう一方の端へと一定方向にドライヤーを用いて乾燥させ、気泡を取り除いた。
・120℃に設定したホットプレート上に乗せ1時間加熱した後、片側にポンプ（As one社製
COMPACT AIR PUMP NUP-2）を取り付け、流量０．５(L/min)の空気を送りながら１日間加熱した。その後、流量を２ｍｌ(L/min)に変更し、空気を送りながら1日間加熱した。
・テフロン（登録商標）チューブからSG-CNT/EMITFSI複合糸を取り出し、80℃の条件にて3日真空中にて乾燥を実施した。
・得られたサンプルに関してSEM観察したところ、気流の方向にSG-CNTが配向しているこ
とが観察された。
測定）
引っ張り弾性率、破断強度についてはEXSTAR6000 TMA/SS6000(Seiko Instruments Inc社
製)を用いて測定を実施した。
結果)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples.
Example 1)
・ Single-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as SG-CNT) 30 mg, 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonyl (hereinafter referred to as EMITFSI) 30 mg, N-methylpyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) 6 ml was weighed into a glass container, and stirred for 2 hours at 700 rpm using a stirrer.
-Ultrasonic irradiation was performed for 5 minutes using a probe type homogenizer (US-50 manufactured by NIHONSEIKI KAISHA) to disperse SG-CNT in the NMP solution.
・ After packing the obtained SG-CNT / EMITFSI solution in a heat-shrinkable Teflon (registered trademark) tube with a diameter of 4 mm, dry it from one end of the tube to the other using a dryer in a certain direction, Air bubbles were removed.
・ After heating on a hot plate set at 120 ℃ for 1 hour, pump on one side (manufactured by As one
COMPACT AIR PUMP NUP-2) was installed and heated for 1 day while sending air at a flow rate of 0.5 (L / min). Thereafter, the flow rate was changed to 2 ml (L / min), and heating was performed for 1 day while sending air.
-The SG-CNT / EMITFSI composite yarn was taken out from the Teflon (registered trademark) tube and dried under vacuum at 80 ° C for 3 days.
-SEM observation of the obtained sample showed that SG-CNTs were oriented in the direction of airflow.
Measurement)
The tensile modulus and breaking strength were measured using EXSTAR6000 TMA / SS6000 (Seiko Instruments Inc).
result)
実施例２）
・SG-CNT30mg、EMITFSI30mg、NMP6mlをガラス容器に秤量し、攪拌器を用いて、2時間、700rpmの条件で攪拌を実施した。
・プローブ式ホモジナイザー（NIHONSEIKI KAISHA社製 US-50）を用いて5分間超音波照
射を実施しSG-CNTをNMP溶液に分散させた。
・テフロン（登録商標）チューブ内にテフロン（登録商標）チューブ径より細く、長いSUSワイヤー（ニラコ社製、直径０．１ｍｍ）を挿入した。
・得られたSG-CNT/EMITFSI液を直径4mmの熱収縮テフロン（登録商標）チューブ内に詰め
込んだ後、チューブの片側の端からもう一方の端へと一定方向にドライヤーを用いて乾燥させ、気泡を取り除いた。
・120℃に設定したホットプレート上に乗せ1時間加熱した後、片側にポンプ（As one社製
COMPACT AIR PUMP NUP-2）を取り付け、流量０．５ｍｌ（L/min）の空気を送りながら１日間加熱した。その後、流量を２ｍｌ(L/min)に変更し、空気を送りながら1日間加熱した。
・テフロン（登録商標）チューブからSG-CNT/EMITFSI複合糸を取り出し、80℃の条件にて3日真空中にて乾燥を実施した。
測定）
引っ張り弾性率、破断強度についてはEXSTAR6000 TMA/SS6000(Seiko Instruments Inc社
製)を用いて測定を実施した。
結果)
Example 2)
-SG-CNT 30 mg, EMITFSI 30 mg, and NMP 6 ml were weighed in a glass container and stirred for 2 hours at 700 rpm using a stirrer.
-Ultrasonic irradiation was performed for 5 minutes using a probe type homogenizer (US-50 manufactured by NIHONSEIKI KAISHA) to disperse SG-CNT in the NMP solution.
-A long SUS wire (manufactured by Niraco, 0.1 mm in diameter) that was thinner than the Teflon (registered trademark) tube diameter was inserted into the Teflon (registered trademark) tube.
・ After packing the obtained SG-CNT / EMITFSI solution in a heat-shrinkable Teflon (registered trademark) tube with a diameter of 4 mm, dry it from one end of the tube to the other using a dryer in a certain direction, Air bubbles were removed.
・ After heating on a hot plate set at 120 ℃ for 1 hour, pump on one side (manufactured by As one
COMPACT AIR PUMP NUP-2) was attached and heated for 1 day while sending air at a flow rate of 0.5 ml (L / min). Thereafter, the flow rate was changed to 2 ml (L / min), and heating was performed for 1 day while sending air.
-The SG-CNT / EMITFSI composite yarn was taken out from the Teflon (registered trademark) tube and dried under vacuum at 80 ° C for 3 days.
Measurement)
The tensile modulus and breaking strength were measured using EXSTAR6000 TMA / SS6000 (Seiko Instruments Inc).
result)
Claims (8)
で覆われた芯材を備えた複合糸。 A composite yarn comprising a coating layer composed of oriented carbon nanotubes (CNT) and an ionic liquid, and a core material covered with the coating layer.
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