[发明专利]碳纳米纤维、其制造方法和用途

说明书

相关申请的援引 

本说明书中加入了在2007年5月31日提出的日本国专利申请(特愿2007-145255)的说明书、附图和摘要所公开的全部内容。 

技术领域

本发明涉及适合作为导电性填料的碳纳米纤维及其制造方法和用途。 

背景技术

以往人们知道，向热固性树脂、热塑性树脂等的基质树脂配合炭黑、碳纤维或金属粉等导电性填料，可以得到赋予了导电性的导电性树脂复合材料。 

但是，为对这种复合材料赋予高导电性(特别优选体积电阻率为1×10⁶Ω·cm以下)，需要添加相当量的导电性填料。但这会对基质树脂的物性造成不良影响，存在所调制的复合材料不能反映树脂本来的特性的缺点。 

因此，希望得到在少量的配合量下也能呈现充分高的导电性的填料材料。 

在特开2004-360099号公报(专利文献1)中，作为这样的导电性的填料材料，曾经提出一种与树脂的混炼性优异、并且导电性优异的鱼骨形的碳质微细纤维状体。 

上述鱼骨形的碳纤维，是指石墨网面相对于纤维轴倾斜的结构的碳纤维，但除此以外，还已知石墨网面相对于纤维轴大致垂直的碳纤维、并且非中空的碳纤维，作为它们的总称，一般使用碳纳米纤维来表述。 

另一方面，也在广泛研究石墨网面相对于纤维轴大致平行的结构的碳纳米管。 

作为这样的碳纳米纤维的制造方法，已知道采用化学气相淀积法(以下称为CVD法)的方法，还知道将催化剂金属担载于载体上而使用的方法、以及不使用载体而将有机金属配位化合物等作为催化剂使用，在反应系内使催化剂金属在气相中生成的方法。 

专利文献1：特开2004-360099号公报 

专利文献2：特开2004-292227号公报 

专利文献3：特表2006-502953号公报 

专利文献4：特开2004-26626号公报 

非专利文献1：Applied Catalysis A：283(2005)137 

非专利文献2：Chemical Physics Letters 374(2003)22-228 

发明内容

特开2004-360099号公报(专利文献1)所示的碳纤维，由该公报所述的实施例进行计算，催化剂成分的残留物多。这样，在树脂复合材料中的杂质量多的情况下，在成型加工时杂质促进树脂的分解，因此存在以强度等为首的复合材料的机械物性显著降低的问题。 

在上述的CVD法中，后者的使用有机金属配位化合物等作为催化剂的方法，石墨层的缺陷多，如果不实施高温下的热处理，则在作为导电性填料添加时，有时不能体现导电性，难以廉价地制造。前者的使用催化剂载体的方法，可大体分为(i)使用基板作为载体的方法、和(ii)使用粉末状的载体的方法。(i)的使用基板的方法，应用各种各样的制膜技术，能够控制催化剂金属的大小，因此在实验室水平下的研究中被较多地使用。例如，在Chemical Physics Letters 374(2003)22-228(非专利文献2)中曾经公开了：使用在硅基板上生成10nm的铝膜、1nm的铁膜、0.2nm的钼膜的基板，可以得到具有10～20nm左右的纤维径的管状的多层纳米管和双层纳米管。为了将由该方法得到的碳纳米管作为树脂复合材料使用， 必须从基板分离，作为碳纳米管进行回收。这样地回收的碳纳米管，虽然实质上只将催化剂金属成分作为杂质而含有，但碳纳米管的生成效率不高，大量地残留催化剂金属成分的情形较多。而且，若要在产业上采用该方法，如果不排列很多的基板，就不能得到较多的基板表面积，因此不仅装置效率低，而且需要催化剂金属担载于基板上、合成碳纳米管、从基板回收碳纳米管等较多的工序，因此不经济，尚未实用化。 

另一方面，(ii)的使用粉末状的载体的方法，与使用基板的方法相比较，比表面积大，因此不仅装置效率良好，而且可使用用于各种各样的化学合成的反应装置，不仅是如基板法那样的以分批处理为前提的生产方式，而且具有可连续反应的优点。但是，采用该方法时，从该合成方法的特征来看，制品中混入了催化剂载体，难以得到高纯度的碳纤维。