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導(dǎo)電性碳材料分散劑以及導(dǎo)電性碳材料分散液的制作方法_2

文檔序號:9712736閱讀:來源:國知局
-乙烯基一4-甲基一2-嚙唑啉、2 -乙烯基一4 - 乙基一2-魂脞啉、2 -乙烯基一4 -丙基一2 -感唑啉、2 -乙烯基一4 -丁基一2-唑 琳、2-乙烯基一5-甲基一2- 口惡唑琳、2 -乙烯基一5 -乙基一 2- 惡唑琳、2 -乙烯基一 5一丙基一2-嘴唑琳、2 -乙烯基一5 - 丁基一2-鳴.唑琳、2 -異丙烯基一2- Ρ惡唑琳、2 - 異丙烯基一4一甲基一2- ^惡唑啉、2-異丙烯基一4一乙基一2-魂唑啉、2-異丙烯基一 4一丙基一2- Ρ惡唑啉、2-異丙烯基一4一丁基一 2- 唑啉、2-異丙烯基一5-甲基一 2 - 唑啉、2-異丙烯基一 5 -乙基一 2-魂唑啉、2-異丙烯基一 5 -丙基一 2 - Ρ惡唑啉、 2-異丙烯基一5 - 丁基一2 - ρ惡唑啉等,從獲得容易性等觀點考慮,優(yōu)選2-異丙烯基一 2-ρ惡唑啉。
[0068] 另外,考慮到使用水系溶劑來調(diào)制導(dǎo)電性碳材料分散液,Ρ惡唑啉聚合物優(yōu)選為水 溶性的。
[0069] 這樣的水溶性的?嗓唑啉聚合物也可以是由上述式(1)表示的^惡唑啉單體的均聚 物,為了進一步提高其在水中的溶解性,優(yōu)選其為通過使上述喘唑啉單體與具有親水性官 能團的(甲基)丙烯酸酯系單體至少2種單體進行自由基聚合而得到的聚合物。
[0070] 作為具有親水性官能團的(甲基)丙烯酸系單體的具體例,可舉出(甲基)丙烯酸、 丙烯酸2 -羥乙酯、丙烯酸甲氧基聚乙二醇、丙烯酸與聚乙二醇的單酯化物、丙烯酸2-氨乙 酯及其鹽、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇、甲基丙烯酸與聚乙二醇的 單酯化物、甲基丙烯酸2 -氨乙酯及其鹽、(甲基)丙烯酸鈉、(甲基)丙烯酸銨、(甲基)丙烯 腈、(甲基)丙烯酰胺、N-羥甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2 -羥乙基)(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯 磺酸鈉等,它們可以單獨使用,也可以將2種以上組合使用。其中,優(yōu)選(甲基)丙烯酸甲氧基 聚乙二醇、(甲基)丙烯酸與聚乙二醇的單酯化物。
[0071] 另外,本發(fā)明中,在對得到的P惡唑啉聚合物的導(dǎo)電性碳材料分散能力沒有不良影 響的范圍內(nèi),可以將上述唑啉單體以及具有親水性官能團的(甲基)丙烯酸系單體以外的 其他單體并用。
[0072]作為其他單體的具體例,可舉出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙 烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯、(甲基)丙烯酸全氟乙酯、 (甲基)丙烯酸苯酯等(甲基)丙烯酸酯單體;乙烯、丙烯、丁烯、戊烯等α-烯烴系單體;氯乙 稀、偏氯乙稀、氟乙稀等鹵代稀經(jīng)系單體;苯乙稀、α-甲基苯乙稀等苯乙稀系單體;乙酸乙 烯酯、丙酸乙烯酯等羧酸乙烯酯系單體;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚等乙烯基醚系單體 等,它們可以各自單獨使用,也可以將2種以上組合使用。
[0073] 從進一步提高得到的P惡唑啉聚合物對導(dǎo)電性碳材料的分散能力的觀點考慮,用 于制造本發(fā)明所用的?慈唑啉聚合物的單體成分中,#唑啉單體的含有率優(yōu)選為10質(zhì)量% 以上,更優(yōu)選為20質(zhì)量%以上,進一步優(yōu)選為30質(zhì)量%以上。予以說明,p惡挫啉單體在單體 成分中的含有率的上限值為100質(zhì)量%,該場合下,獲得?#唑啉單體的均聚物。
[0074] 另一方面,從進一步提高得到的p惡唑啉聚合物的水溶性的觀點考慮,具有親水性 官能團的(甲基)丙烯酸系單體在單體成分中的含有率,優(yōu)選為10質(zhì)量%以上,更優(yōu)選20質(zhì) 量%以上,進一步優(yōu)選30質(zhì)量%以上。
[0075] 另外,其他單體在單體成分中的含有率,如上所述,為在對得到的f惡唑啉聚合物 的導(dǎo)電性碳材料分散能力沒有影響的范圍內(nèi),而且,由于其種類不同,不能一概而論,只要 在5~95質(zhì)量%以下、優(yōu)選10~90質(zhì)量%以下的范圍內(nèi)適宜設(shè)定即可。
[0076] t慈挫啉聚合物的平均分子量沒有特殊限定,重均分子量優(yōu)選為1,〇〇〇~2,000, 000。如果該聚合物的重均分子量小于1,〇〇〇,則對導(dǎo)電性碳材料的分散能力顯著降低,或者 有發(fā)揮不了分散能力的擔(dān)心。另一方面,如果重均分子量超過2,000,000,則在分散處理過 程中的操作有變得極為困難的擔(dān)心。更優(yōu)選重均分子量為2,000~1,000,000的P惡唑啉聚 合物。
[0077]予以說明,本發(fā)明中的重均分子量為凝膠滲透色譜的測定值(聚苯乙烯換算)。
[0078] 本發(fā)明中使用的f慈唑啉聚合物可以采用例如特開平6 - 32844號公報或特開 2013 - 72002號公報等中記載的公知的自由基聚合法將上述各種單體聚合來制造。
[0079] 另外,本發(fā)明中適用的魂唑啉聚合物也可以作為市售品購得,作為這種市售品,可 舉出例如,Epocros WS - 300((株)日本觸媒制、固體成分濃度10質(zhì)量%、水溶液)、Ep〇cr〇S WS - 700((株)日本觸媒制、固體成分濃度25質(zhì)量%、水溶液)、Ep〇cr〇S WS - 500((株)日本 觸媒制、固體成分濃度39質(zhì)量%、水/1 一甲氧基一2 -丙醇溶液)、聚(2 -乙基一2 - p惡唑 啉)(Aldrich)、聚(2-乙基一2-魂唑啉)(AlfaAesar)、聚(2-乙基一2-唑啉)(VWR International ,LLC)^〇
[0080] 予以說明,在作為溶液銷售的情況下,可以直接使用,也可以制成導(dǎo)電性碳材料分 散液,進行溶劑置換后,制成目標(biāo)的溶劑系的導(dǎo)電性碳材料分散液。
[0081] 與以上說明的$惡唑啉聚合物一起使用的導(dǎo)電性碳材料沒有特殊限定,但在用于形 成二次電池的粘結(jié)層的情況下,優(yōu)選纖維狀導(dǎo)電性碳材料、層狀導(dǎo)電性碳材料、粒子狀導(dǎo)電 性碳材料。予以說明,這些導(dǎo)電性碳材料可以各自單獨使用,或者將2種以上混合使用。 [0082]作為纖維狀導(dǎo)電性碳材料的具體例,可舉出碳納米管(CNT)、碳納米纖維(CNF)等, 從導(dǎo)電性、分散性、獲得性等觀點考慮,優(yōu)選CNT。
[0083] CNT-般采用電弧放電法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)、激光沉積法等來制作,本發(fā)明 中使用的CNT可以是采用任何方法制得的。另外,CNT包括由1片碳膜(石墨烯?薄膜)卷成圓 筒狀的單層CNT(下文簡寫為SWCNT)、由2片石墨烯·薄膜卷成同心圓狀的2層CNT(下文簡寫 為DWCNT)、以及多片石墨烯?薄膜卷成同心圓的多層CNT(MWCNT),本發(fā)明中,可以將SWCNT、 DWCNT、MWCNT按各自的單體使用,或者將多種組合使用。
[0084] 予以說明,當(dāng)采用上述方法制作SWCNT、DWCNT或者麗CNT時,由于有時也殘留有鎳、 鐵、鈷、釔等催化劑金屬,因此,有時需要進行精制以除去該雜質(zhì)。雜質(zhì)的除去操作中,在用 硝酸、硫酸等進行酸處理的同時進行超聲波處理是有效的。然而,用硝酸、硫酸等進行酸處 理時,構(gòu)成CNT的π共輒系被破壞,CNT本來的特性有可能被損壞,因此,希望在適當(dāng)?shù)臈l件下 進行精制后再使用。
[0085] 作為層狀導(dǎo)電性碳材料的具體例,可舉出石墨、石墨烯等。對于石墨沒有特殊限 制,可以使用市售的各種石墨。
[0086] 石墨烯是一種1個原子厚度的sP2鍵碳原子的薄膜,具有由碳原子及其鍵形成蜂窩 那樣的六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu),其厚度可以說是〇.38nm左右。另外,除了市售的氧化石墨烯以外, 也可以使用對石墨采用Hu_ers法處理得到的氧化石墨稀。
[0087]作為粒子狀導(dǎo)電性碳材料的具體例,可舉出爐黑、槽法炭黑、乙炔黑、熱裂炭黑等 炭黑等。對于炭黑沒有特殊限制,可以使用市售的各種炭黑,其粒徑優(yōu)選為5nm~500nm。
[0088]本發(fā)明的導(dǎo)電性碳材料分散液含有上述的《惡唑啉聚合物(導(dǎo)電性碳材料分散劑)、 導(dǎo)電性碳材料以及溶劑,導(dǎo)電性碳材料分散在溶劑中。
[0089] 作為溶劑,可舉出例如,水;四氫呋喃(THF)、乙醚、1,2 -二甲氧基乙烷(DME)等醚 類;二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷等鹵代烴類;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙 酰胺(DMAc)、N-甲基一 2-吡咯烷酮(匪P)等酰胺類;丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環(huán) 己酮等酮類;甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇等醇類;正庚烷、正己烷、環(huán)己烷等脂肪族烴類;苯、 甲苯、二甲苯、乙苯等芳香族烴類;乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚等二醇醚 類;乙二醇、丙二醇等二醇類等有機溶劑,這些溶劑可以各自單獨使用,或者將2種以上混合 使用。
[0090] 特別是,從能夠提高導(dǎo)電性碳材料的孤立分散的比例的觀點考慮,優(yōu)選水、匪P、 DMF、THF、甲醇、異丙醇,這些溶劑可以各自單獨使用,或者將2種以上混合使用。進而,從能 夠提高組合物的成膜性的觀點考慮,根據(jù)所使用的溶劑,希望少量含有乙二醇單乙醚、乙二 醇單丁醚、丙二醇單甲醚等二醇醚類;丙酮、甲基乙基酮、環(huán)己酮等酮類、丙二醇等二醇類 等。
[0091] 予以說明,當(dāng)使用上述?#唑啉聚合物時,即便在使用醇類、二醇醚類、二醇類等親 水性溶劑時,分散性和成膜性也是良好的,進而,即使在上述親水性溶劑與水的混合溶劑、 或是以水作為單獨溶劑的情況下,分散性、成膜性也不會降低。
[0092] 近年來,由于脫有機溶劑化的潮流,而要求使用水作為溶劑的材料,因此,本發(fā)明 的導(dǎo)電性碳材料分散液中,優(yōu)選使用親水性溶劑與水的混合溶劑或是以水作為單獨溶劑, 以水作為單獨溶劑為最佳。
[0093] 本發(fā)明的導(dǎo)電性碳材料分散液的調(diào)制法是任意的,只要將P惡唑啉聚合物(分散 劑)、導(dǎo)電性碳材料以及溶劑按任意的順序進行混合,制成分散液即可。
[0094] 此時,優(yōu)選對包含礎(chǔ)唑啉聚合物、導(dǎo)電性碳材料以及溶劑的混合物進行分散處理, 通過該處理,可以進一步提高導(dǎo)電性碳材料的分散比例。作為分散處理,可舉出作為機械處 理的、使用球磨機、珠磨機、噴射磨機等的濕式處理、或是使用B(BUS)型或探針(Probe)型的 超聲破碎器的超聲波處理。
[0095] 分散處理的時間是任意的,但優(yōu)選1分鐘~10小時左右,更優(yōu)選5分鐘~5小時左 右。
[0096] 予以說明,本發(fā)明中使用的坐啉聚合物由于對導(dǎo)電性碳材料的分散能力優(yōu)異, 因此,即使在分散處理前等不進行加熱處理,也可以獲得導(dǎo)電性碳材料以高濃度分散的組 合物,也可以根據(jù)需要進行加熱處理。
[0097] 本發(fā)明的導(dǎo)電性碳材料分散液中,f愁唑啉聚合物與導(dǎo)電性碳材料的混合比率,按 質(zhì)量比計,可以為1,000:1~1:100左右。
[0098] 另外,分散液中的唑啉聚合物的濃度,只要是能夠使導(dǎo)電性碳材料分散在溶劑 中的濃度,就沒有特殊限定,優(yōu)選在分散液中為0.001~30質(zhì)量%左右,更優(yōu)選為0.002~20 質(zhì)量%左右。
[0099]進而,該分散液中的導(dǎo)電性碳材料的濃度,隨著薄膜所要求的機械特性、電特性、 熱特性等而有所變化,而且,只要能使導(dǎo)電性碳材料的至少一部分孤立分散,就可以是任意 的,優(yōu)選在分散液中為〇. 0001~30質(zhì)量%左右,更優(yōu)選為0.001~20質(zhì)量%左右,進一步優(yōu) 選為0.001~10質(zhì)量%左右。
[0100] 可以推測,在以上那樣調(diào)制的導(dǎo)電性碳材料分散液中,分散劑被物理吸附在導(dǎo)電 性碳材料的表面上,從而形成了復(fù)合體。
[0101] 上述導(dǎo)電性碳材料分散液也可以含有于上述溶劑中可溶的交聯(lián)劑。
[0102] 作為交聯(lián)劑,可以是與P惡唑啉聚合物的唑啉基引起交聯(lián)反應(yīng)的化合物、或是自 交聯(lián)的化合物中的任一種,從進一步提高得到的薄膜的耐溶劑性的觀點考慮,優(yōu)選是與Ρ惡 唑啉基引起交聯(lián)反應(yīng)的化合物。
[0103] 作為與ρ惡唑啉基引起交聯(lián)反應(yīng)的化合物,只要是具有2個以上的例如羧基、羥基、 硫醇基、氨基、亞磺酸基、環(huán)氧基等與Ρ惡唑啉基具有反應(yīng)性的官能團的化合物,就沒有特殊 限定,優(yōu)選具有2個以上的羧基的化合物。予以說明,那些具有在薄膜形成時進行加熱、或是 在酸催化劑的存在下能生成上述官能團并進行交聯(lián)反應(yīng)的官能團,例如,羧酸的鈉鹽、鉀 鹽、鋰鹽、銨鹽等的化合物也可以作為交聯(lián)劑使用。
[0104] 作為與Ρ惡唑啉基引起交聯(lián)反應(yīng)的化合物的具體例,可舉出在酸催化劑的存在下 能發(fā)揮出交聯(lián)反應(yīng)性的、聚丙烯酸或其共聚物等合成高分子以及羧甲基纖維素或稱為海藻 酸的天然高分子的金屬鹽;通過加熱而發(fā)揮出交聯(lián)反應(yīng)性的、上述合成高分子以及天然高 分子的銨鹽等,特別優(yōu)選在酸催化劑的存在下或在加熱條件下發(fā)揮出交聯(lián)反應(yīng)性的聚丙烯 酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸銨、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鋰、羧甲基纖維素銨等。
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