FIBRA DE CARBONO PARA UN PROCEDIMIENTO ACUOSO Y FIBRA DE CARBONO CORTADO PARA UN PROCEDIMIENTO ACUOSO.

Fibra de carbono para un procedimiento acuoso y fibra de carbono cortada para un procedimiento acuoso Campo técnico La presente invención se refiere a una fibra de carbono excelente en términos de propiedades de convergencia, que la hacen apropiada para cortarla en fibras de carbono cortadas y que permiten manipular las mismas. La fibra de carbono también es excelente en términos de dispersabilidad de los haces de fibras, lo que la hace apropiada para un procedimiento acuoso, tal como un procedimiento de fabricación de papel. En particular, los haces de fibra de carbono muestran una excelente dispersabilidad tras la dispersión en un medio acuoso. Técnica antecedente Un material compuesto, reforzado con fibra de carbono, preparado dispersando las fibras de carbono en una matriz de resina es excelente en términos de su peso ligero, propiedades mecánicas, estabilidad dimensional, conductividad eléctrica, y similares. Por lo tanto, dicho material compuesto se usa en campos muy variados, incluyendo aquellos relacionados con automóviles, aviones, dispositivos eléctricos o electrónicos, aparatos ópticos, aparatos de precisión, juguetes y juegos de entretenimiento, equipos y suministros domésticos o para oficina, materiales arquitectónicos, y similares. La demanda de dicho material compuesto aumenta cada año. Como uno de los procedimientos para obtener un sustrato para moldear dicho material compuesto reforzado con fibra de carbono, se emplea un procedimiento (denominado también procedimiento en húmedo) que implica procesar la fibra de carbono en un procedimiento acuoso, tal como un procedimiento de fabricación de papel. Un ejemplo de dicho procedimiento implica dispersar las fibras de carbono cortadas en un medio acuoso, y después unir las fibras de carbono cortadas a una matriz de resina mediante enlace, enmarañado, o sutura. Adicionalmente, en los últimos años, se ha empleado un procedimiento de fabricación de papel como un procedimiento para obtener un sustrato de electrodo que se usa para una celda de combustible o similares. Por ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa (Kokai) Nº 5-205750 A (1993) (pág. 1, líneas 8 a 18) desvela un procedimiento que implica formar fibras de carbono cortadas en una hoja, en un procedimiento de fabricación de papel, y después secar la hoja en un horno. Generalmente, en el caso de un material compuesto reforzado con fibra, cuanto mayor sea la longitud de la fibra, mejores serán las propiedades mecánicas. Particularmente en el caso de dicho material compuesto reforzado con fibra preparado dispersando fibras de refuerzo en una matriz de resina, cuanto mayor sea el grado de dispersión de las fibras de refuerzo en forma de fibras individuales, mayores serán las ventajas en términos de uniformidad de las características y cualidades de aspecto superficial. En los procedimientos de fabricación de papel, la fibra de carbono se corta en fibras de carbono cortadas por adelantado y, después, las fibras de carbono cortadas se dispersan en un medio de dispersión, seguido de la fabricación de papel. Las propiedades de convergencia son importantes en vista de dicho corte en fibras de carbono cortadas y en vista de la capacidad de manipulación de las fibras de carbono cortadas. Cuando las propiedades de convergencia son malas, la fibra de carbono puede romperse en sitios distintos de los sitios que se van a cortar en el momento del corte en fibras de carbono cortadas, debido a la mala capacidad de manipulación. Dichos casos dan como resultado longitudes de fibra más cortas que una longitud predeterminada. Adicionalmente, la dispersión de fibras en forma de fibras individuales es importante en procedimientos de fabricación de papel, de manera que se requiere una dispersabilidad excelente en un medio acuoso. También para su uso en electrodos, cuanto mejor sea la dispersabilidad, mayores serán las ventajas en términos de conductividad eléctrica. Por consiguiente, se requiere que la fibra de carbono que se va a aplicar a un procedimiento de fabricación de papel tenga tanto (1) propiedades de convergencia para mantener la forma de la fibra de carbono tras la manipulación, antes del procedimiento de fabricación de papel como (2) excelente dispersabilidad, para una dispersión rápida en forma de fibras individuales, cuando se introduce en un medio acuoso en el procedimiento de fabricación de papel, y para suprimir la cohesión adicional. En general, para potenciar la capacidad de manipulación de la fibra de carbono, una resina epoxi o similar se ha adherido como un agente de convergencia (agente de encolado) a la fibra de carbono en muchos casos. Las propiedades de convergencia resultantes son de un nivel que es demasiado alto para la aplicación de fibra de carbono a un procedimiento de fabricación de papel, dando como resultado la dispersabilidad inhibida de la fibra de carbono. En vista de dicho problema, la Publicación de Patente Japonesa (Kokai) Nº 2003-293264 A (pág. 2, línea 2) propone una fibra de carbono para fabricación de papel, a la que se ha adherido un agente de encolado que comprende un compuesto acuoso, de manera que la proporción del número de átomos de oxígeno al número de átomos de carbono (O 1s /C 1s) en las proximidades de la superficie de la fibra de carbono varía de 0,01 a 0,20. 2   Sin embargo, la aplicación de solo un agente de encolado que comprende un compuesto acuoso da como resultado una dispersabilidad insuficiente de la fibra de carbono en un medio acuoso. Por lo tanto, puede surgir un problema tal que se forma un haz de fibras no dispersado sobre la superficie tras la formación del sustrato en un procedimiento de fabricación de papel. Divulgación de la invención Objeto a conseguir por la invención En vista de los antecedentes de la tecnología convencional, un objeto de la presente invención es proporcionar fibra de carbono que tiene excelentes propiedades de convergencia y dispersabilidad y, por lo tanto, es apropiada para un procedimiento acuoso. Medios para conseguir los objetos Para resolver el objeto, la presente invención proporciona una fibra de carbono dispersable en agua como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1, 3 y 5. Las realizaciones preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes. Los usos preferidos se definen en las reivindicaciones 16 y 17. Los presentes inventores han descubierto que el objeto anterior puede conseguirse considerando el efecto que se provoca cada vez que difiere la concentración de oxígeno en la superficie (O/C: proporción oxígeno/carbono) de una fibra de carbono. Por lo tanto, los presentes inventores han completado la presente invención. Específicamente, una fibra de carbono proporcionada de acuerdo con la presente invención se forma por la convergencia de una pluralidad de fibras individuales y es: (1) una fibra de carbono dispersable en agua, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) de cada una de las fibras individuales es 0,03 o mayor, y menor de 0,12, como se mide por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (ESCA) y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 75º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy; (2) una fibra de carbono dispersable en agua, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) es 0,12 o mayor, y menor de 0,20 y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 65º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy; o (3) una fibra de carbono dispersable en agua, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) es 0,20 o mayor y 0,30 o menor y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 55º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy. Efecto de la invención La fibra de carbono dispersable en agua de la presente invención tiene tanto (1) propiedades de convergencia como (2) dispersabilidad, que son propiedades adecuadas para la producción de un sustrato para la fabricación de papel. El sustrato para fabricación de papel obtenido de esta manera, en el que las fibras individuales están dispersadas más uniformemente en comparación con las fibras de carbono convencionales, está libre de defectos, tales como irregularidades en la superficie del sustrato para la fabricación de papel. Mejor modo para realizar la invención La presente invención se describe además específicamente de la siguiente manera. En la presente invención, a menos que esté limitado particularmente,... [Seguir leyendo]

1. Una fibra de carbono dispersable en agua, que se forma por convergencia de una pluralidad de fibras individuales, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) de cada una de las fibras individuales es 0,03 o mayor, y menor de 0,12, como se mide por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (ESCA), y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal en una cantidad que es el 70% en peso o mayor, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 75º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy. 2. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la energía libre de la superficie 0 de cada una de las fibras individuales varía de 30 mJ/m 2 a 50 mJ/m 2 , el componente polar 0P de la energía libre de la superficie varía de 10 mJ/m 2 a 20 mJ/m 2 , como se mide por el procedimiento de Wilhelmy, y la energía libre de la superficie 1 después de la retirada del tensioactivo es 0 o menor. 3. Una fibra de carbono dispersable en agua, que se forma por convergencia de una pluralidad de fibras individuales, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) de cada una de las fibras individuales es 0,12 o mayor, y menor de 0,20, como se mide por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (ESCA), y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal en una cantidad que es el 70% en peso o mayor, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 65º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy. 4. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con la reivindicación 3, en la que la energía libre de la superficie 0 de cada una de las fibras individuales varía de 40 mJ/m 2 a 60 mJ/m 2 , el componente polar 0P de la energía libre de la superficie varía de 20 mJ/m 2 a 30 mJ/m 2 , como se mide por el procedimiento de Wilhelmy, y la energía libre de la superficie 1 después de la retirada del tensioactivo es 0 o menor. 5. Una fibra de carbono dispersable en agua, que se forma por convergencia de una pluralidad de fibras individuales, en la que la concentración de oxígeno en la superficie (O/C) de cada una de las fibras individuales es 0,20 o mayor y 0,30 o menor, como se mide por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (ESCA), y un agente de encolado, que contiene un tensioactivo como un componente principal en una cantidad que es el 70% en peso o mayor, se ha adherido a las fibras individuales, formando dicha fibra de carbono un primer ángulo de contacto con agua de 55º o menor, como se mide por el procedimiento de Wilhelmy. 6. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con la reivindicación 5, en la que la energía libre de la superficie 0 de cada una de las fibras individuales varía de 50 mJ/m 2 a 70 mJ/m 2 , el componente polar 0P de la energía libre de la superficie varía de 30 mJ/m 2 a 40 mJ/m 2 , como se mide por el procedimiento de Wilhelmy, y la energía libre de la superficie 1 después de la retirada del tensioactivo es 0 o menor. 7. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el tensioactivo es un tensioactivo no iónico con un valor de HLB (Equilibrio Hidrófilo-Lipófilo) que varía de 10 a 20. 8. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el tensioactivo contiene al menos dos tipos de componentes: un tensioactivo no iónico con un valor de HLB que varía de 10 a 14; y un tensioactivo no iónico con un valor de HLB que varía de 14 a 20. 9. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el tensioactivo contiene un grupo polioxialquileno con un peso molecular fórmula que varía de 600 a 4000. 10. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el tensioactivo contiene una porción hidrófoba compuesta por un hidrocarburo con un número de carbonos de 6 o mayor. 11. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la cantidad del agente de encolado que se ha adherido varía del 0,01% en peso al 10% en peso. 12. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que las superficies de las fibras individuales que componen la fibra de carbono tiene cada una una rugosidad media aritmética (Ra) de 20 nm o mayor, como se mide usando un MFA (microscopio de fuerza atómica). 13. La fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que la fibra de carbono está formada por convergencia de 10.000 a 600.000 fibras individuales. 14. Una fibra de carbono cortada, dispersable en agua, que se prepara cortando la fibra de carbono de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 a una longitud de la fibra que varía de 3 mm a 30 mm. 15. La fibra de carbono cortada, dispersable en agua, de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el tiempo de 19   dispersión más largo es de 40 segundos o menor, como se mide por el procedimiento para evaluar la dispersabilidad en agua dada en la descripción. 16. Un uso de la fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, para fabricar una composición de resina termoplástica reforzada con fibra, o un sustrato de electrodo para celda de combustible. 17. Un uso de la fibra de carbono dispersable en agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para fabricar papel.