CNT 導電性ペーストを扱う技術者は、ほぼ全員がこの問題に遭遇したことがあります。ある日調製したペーストは流動性が良く、適切な粘度と細かさを備えています。しかし、一晩保管するとゼリー状の固体になり、翌朝には注ぐことができなくなります。
その悔しさは関係者にしか分からない。 CNT 導電性ペーストにおける粘度の反発とゼリー状のゲル化の原因は一体何でしょうか?今回はその仕組みと解決策を詳しく解説します。
1. 現象の定義：「粘度反発」とは何ですか?
「ゼリー状」は一般的な専門用語です。ゲル化。典型的な症状:
新しく調製された CNT 導電性ペーストは、良好な流動性と制御された粘度を示します。
数時間から 1 ～ 2 日放置すると、粘度が急激に上昇し、流動性が失われ、半固体のゲルまたは完全に固まります。
この問題は特に次の場合によく発生します。水性CNT導電性ペースト;油ベース (NMP) システムでも、特定の条件下ではゲル化が見られます。サンプルテストでは合格したが量産に失敗するなど、予期せぬことがよく起こります。撹拌タンク内では安定ですが、静止バレルに移した後はゲル化します。
ある業界ユーザーは次のように語っています。「私の CNT ペーストは初日はよく流れましたが、翌日にはゲル化してしまいました。SMA グラフト化されたリン酸アミン塩とカルボン酸アミン塩の分散剤をホモジナイザー分散と粉砕で使用しましたが、粒子サイズは要件を満たしていました。-それでもゼリーになってしまいました。」この混乱は無数の技術者が共有しています。
2. ゼリー状のゲル化の 3 つの主な原因
ゲル化を解決するには、まずその原因である CNT の性質と分散安定性を理解する必要があります。
1) 分散剤とCNT間の結合が弱い
CNT は比表面積が非常に大きく (単層: 800 ～ 1300 m²/g、多層: 180 ～ 210 m²/g)、管間ファンデルワールス力が強いため、凝集しやすくなります。安定した分散には、CNT 表面に分散剤を吸着させて立体障害や静電反発力を与える必要があります。
しかしながら、従来の分散剤、CMC（カルボキシメチルセルロースナトリウム）そしてPVP（ポリビニルピロリドン）CNT 用に調整されていません。 CNT への結合が弱く、CNT との結合が弱いため、脱着休憩中。分散剤が脱離すると、CNT は再び絡み合って 3D ネットワークを形成し、ゲル化が起こります。
研究者は、「CNT含有量が4.3%、分散剤が(粉末質量比)30%の場合、PVPを除去し、分散剤を切り替えるとゲル化が解消されました。」と述べています。これは確認します分散剤の不一致が主な原因.
2) チキソトロピートラップ: 静止時の肥厚化
CNT導電性ペーストが代表的非ニュートンチキソトロピー流体:
せん断（撹拌）：組織が破壊され、流動性が向上。
休止中：構造改革、流動性悪化。
顕微鏡で見ると、分散剤と CNT は線状構造またはネットワーク構造を形成します。撹拌するとこれらの構造が破壊されます。休むことで再構築が可能になります。リビルドしすぎるとゲル化が起こります。
小粒子の活物質 (LiFePO4 など) を使用したシステムでは、より多くのバインダーと導電剤が必要となり、静止状態でネットワークを形成しやすくなり、流動性が低下します。これは、一部のフォーミュラが非常にゲル化しやすい理由を説明しています。
3) システムの不安定性: pH の不均衡または過剰な湿気
水系: pH は分散安定性にとって重要です。ほとんどの分散剤 (変性 SMA コポリマーなど) は、以下の条件で最もよく機能します。pH 9 ～ 13。この範囲外では、分子の構造が変化し、立体障害が弱くなり、CNT が再凝集します。
油ベースのNMPシステム: 湿気は隠れた脅威です。 NMP は極性が高く、吸湿性が高くなります。過剰な水分は分散剤の吸着層を破壊し、バインダー (PVDF など) と反応してゲル化を引き起こす可能性があります。業界標準は水分 1500 ppm 以下CNT導電ペースト用。
その他の要因: 保管温度の大きな変動、不十分な分散 (不適切な粉砕、不適切な線速度)。
3. ソリューション: 修復からソース管理まで
ゲル化ペーストの即時修正
再撹拌徹底的に。チキソトロピー流体はせん断的に薄くなります。強く撹拌するとゲル構造が破壊され、流動性が回復することがあります。重度または不可逆的な化学ゲル化によりスクラップが発生します。
予防ソリューション (業界で実証済み)
解決策 1: CNT 固有の超分散剤を使用する
従来のCMC/PVPは結合力が弱く、脱離しやすい性質がありました。モダンなCNT に合わせた超分散システム1D 対 . 0D 材料分散の第一原理分析に基づいて、はるかに強力な吸着力を提供します。
当社独自の FB シリーズ超分散剤は、以下の効果をもたらします。
同一条件下でペースト粘度が 40% 低下
Single‑walled CNT paste solid content >1%
高シリコン系での粘度反発が 50% 減少
耐用年数を通じてゲル化なし
投与量: 20 ～ 100% (多層 CNT)。 100 ～ 200% (単層 CNT)。粘度を下げ、流れを改善し、沈降を減らします。
解決策 2: pH と水分を厳密に制御する
水系: pH を最適な範囲 (通常 9 ～ 13) に維持します。 pHメーターを定期的に校正します。必要に応じてpH調整剤を使用してください。
油ベースのシステム：入ってくるNMP水分<500 ppm; workshop relative humidity <30%; vacuum‑dry CNTs at 80–100 °C for 4–8 hours before use.
解決策 3: 穏やかな継続的な撹拌を維持する
ペーストをすぐにコーティングに使用しない場合は、塗布してください。ゆっくりとした連続撹拌の線速度で2–4 m/s。速すぎると泡が発生します。遅すぎるとゲル化を抑制できません。
長時間放置するような移送方法（バレルを傾けるなど）は避けてください。保管中は、休息時間を最小限に抑えるか、低速での撹拌を続けてください。
4. 山東丹豊の利点: ソースからのゲル化を回避
川下ユーザーにとっては、試行錯誤を繰り返すよりも、経験豊富なメーカーと提携する方が効率的です。当社の中核的な強み:
最適化された分散剤システム一般的なCMC/PVPを廃止し、CNTとの結合が強い自社開発の分散処方を採用し、発生源でのゲル化リスクを排除しました。
成熟したプロセス制御全工程の厳格な監視: 原材料の検査 (水分、pH)。分散パラメータ (粉砕時間、線速度、温度);完成品の検査 (粘度、細かさ、T₂ 緩和時間)。すべてのバッチが合格します7日間の静止安定性検証ゲル化しないようにするためです。
製品だけでなく、カスタマイズされたソリューションも提供当社は、お客様の配合、プロセス、環境（pH 調整、保管温度、撹拌要件など）に基づいてカスタマイズされたアドバイスを提供します。これらの詳細が成功か失敗かを決定します。
当社は化学蒸着 (CVD) によって CNT を製造し、安定した分散をサポートするためにチューブの直径、アスペクト比、欠陥密度を制御します。充実した検査設備を備え、バッチごとに粘度、細かさ、金属不純物を厳しく検査します。当社の製品は、新エネルギー自動車、ポリマー複合材料、エラストマー、航空宇宙などの分野で広く使用されています。
5. 実際のユーザーへの推奨事項
CNT 導電性ペーストのゲル化の問題を回避するには:
粉末よりも事前に分散させたペーストを好む: 粉末は分散難易度が高く、多くの変動要素を伴います。事前に分散されたペーストにより処理が簡素化され、安定性が向上します。
分散システムと保管ガイドラインを確認する: サプライヤーに「ペーストは放置してもゲル化しますか?」と尋ねてください。 「ストレージ要件は何ですか?」-価格だけに注目する必要はありません。
納品後は速やかにご使用ください。保管中にかき混ぜる: すぐに使用しない場合は、貯蔵タンク内で低速撹拌を維持してください。
再撹拌すると穏やかにゲル化します: 10 ～ 20 分間高速で撹拌すると、通常は流動性が回復し、わずかにゲル化します。
CNT 導電性ペーストのゲル化は長年の業界問題です。-解決可能な。ほとんどの問題は、適切な分散剤を選択し、プロセスパラメータを制御し、適切な撹拌を維持することで防止できます。
CNT 導電性ペーストをお探しの場合、またはゲル化の問題の解決にサポートが必要な場合は、お問い合わせください。私たちは専門メーカーとして、この高性能素材をお客様の生産ラインの安定した信頼性の高い生産性へと変えるお手伝いをします。