RU2598676C1 - Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier - Google Patents
Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598676C1 RU2598676C1 RU2015113884/05A RU2015113884A RU2598676C1 RU 2598676 C1 RU2598676 C1 RU 2598676C1 RU 2015113884/05 A RU2015113884/05 A RU 2015113884/05A RU 2015113884 A RU2015113884 A RU 2015113884A RU 2598676 C1 RU2598676 C1 RU 2598676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- ethylene carbonate
- modifier
- nanotubes
- dispersion
- Prior art date
Links
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 70
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 8
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- MXRGSJAOLKBZLU-UHFFFAOYSA-N 3-ethenylazepan-2-one Chemical compound C=CC1CCCCNC1=O MXRGSJAOLKBZLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 9
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 abstract description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013615 primer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002987 primer (paints) Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 abstract 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 abstract 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 3
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical group C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к модификаторам - добавкам, содержащим соответствующие наполнители, которые при соединении их с соответствующей матрицей позволяют получать наноструктурированные композитные материалы, и технологиям приготовления этих модификаторов. Оно может использоваться в различных отраслях промышленности для получения наноструктурированных композитных материалов с углеродными нанотрубками в качестве наполнителя.The invention relates to modifiers - additives containing appropriate fillers, which, when combined with the appropriate matrix, allow one to obtain nanostructured composite materials, and the technologies for preparing these modifiers. It can be used in various industries to obtain nanostructured composite materials with carbon nanotubes as a filler.
Наноструктурированные композитные материалы (нанокомпозиты) - материалы, сформированные при введении наноразмерных частиц - наполнителей, в структурообразующую твердую фазу - матрицу. Они отличаются от обычных композиционных материалов своими свойствами благодаря значительно более развитой (на порядок и выше) площади поверхности частиц наполнителя. Наиболее частым преимуществом нанокомпозита в сравнении с исходной матрицей является значительное увеличение его механической прочности.Nanostructured composite materials (nanocomposites) - materials formed by the introduction of nanosized particles - fillers, in a structure-forming solid phase - matrix. They differ from ordinary composite materials in their properties due to the much more developed (an order of magnitude and higher) surface area of the filler particles. The most frequent advantage of a nanocomposite in comparison with the initial matrix is a significant increase in its mechanical strength.
Содержание наноразмерного наполнителя в наноструктурированных материалах обычно составляет не более 5 масс. %, при этом отношение поверхность/объем для фазы наполнителя имеет очень высокие значения. В связи с этим свойства нанокмпозитов в значительной степени зависят от морфологии частиц наполнителя и характера взаимодействия компонентов на поверхности раздела фаз. Эффект наноструктурирования чаще возникает при использовании наночастиц, имеющих протяженную и сложную по геометрии форму - нанотрубок, нановолокон и др., так как они имеют более развитую поверхность.The content of nanoscale filler in nanostructured materials is usually not more than 5 mass. %, while the surface / volume ratio for the filler phase is very high. In this regard, the properties of nanocomposites largely depend on the morphology of the filler particles and the nature of the interaction of the components at the interface. The effect of nanostructuring often occurs when using nanoparticles having an extended and complex geometry shape - nanotubes, nanofibres, etc., since they have a more developed surface.
Исследования последних лет показали, что исключительно перспективными наноструктурированными наполнителями являются углеродные нанотрубки, обладающие очень высокими прочностью и эластичностью и позволяющие создавать наноструктурированные композитные материалы со значительно улучшенными физико-механическими свойствами.Recent studies have shown that carbon nanotubes, which have very high strength and elasticity and allow the creation of nanostructured composite materials with significantly improved physical and mechanical properties, are extremely promising nanostructured fillers.
Одним из важнейших требований, которое должно быть обеспечено при приготовлении композитных материалов, является равномерное распределение наполнителя в матрице. Для выполнения этого требования углеродные нанотрубки должны быть распределены в материале как отдельные наночастицы. Однако они могут объединяться в пучки или агломераты.One of the most important requirements that must be ensured in the preparation of composite materials is the uniform distribution of the filler in the matrix. To fulfill this requirement, carbon nanotubes must be distributed in the material as separate nanoparticles. However, they can be bundled or agglomerates.
Приготовление наноструктурированных композитных материалов, содержащих углеродные нанотрубки, предусматривает диспергирование нанотрубок с целью разрушения упомянутых пучков и агломератов. Известные технологии диспергирования на основе роторных мешалок, поршневых гомогенизаторов, шаровых мельниц и коллоидных мельниц при всей тщательности смешения не обеспечивают достаточного разделения пучков.The preparation of nanostructured composite materials containing carbon nanotubes involves the dispersion of nanotubes in order to destroy said bundles and agglomerates. Known dispersion technologies based on rotary mixers, reciprocating homogenizers, ball mills and colloid mills with all the thoroughness of mixing do not provide sufficient separation of the beams.
Эффективным средством для распыления нанотрубок в воде, масле, полимерах и других жидких средах является ультразвук. Вызванное ультразвуковой кавитацией течение жидкости преодолевает Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения между нанотрубками и разбивает их пучки.Ultrasound is an effective tool for spraying nanotubes in water, oil, polymers, and other liquid media. The fluid flow caused by ultrasonic cavitation overcomes the Van der Waals attractive forces between nanotubes and breaks their bundles.
Стадия ультразвукового диспергирования является обязательной в большей части известных технологий приготовления наноструктурированных композитных материалов с углеродными нанотрубками.The stage of ultrasonic dispersion is mandatory in most of the known technologies for the preparation of nanostructured composite materials with carbon nanotubes.
Известен, например, способ получения композитного материала, состоящего из эпоксидной смолы и углеродных нанотрубок, включающий несколько стадий: на первой стадии осуществляют диспергирование углеродных нанотрубок, на второй стадии смешивают полученную дисперсию углеродных нанотрубок с эпоксидной смолой, а на третьей стадии отверждают полученный композит [Заявка США №2013169960, МПК C08L 63/04]. На стадии диспергирования получают дисперсию нанотрубок в растворителе в присутствии носителя, для чего активный разбавитель смешивают с раствором вещества-носителя и диспергируют нанотрубки в этой смеси, воздействуя на смесь ультразвуком.For example, there is a known method for producing a composite material consisting of epoxy resin and carbon nanotubes, comprising several stages: at the first stage, carbon nanotubes are dispersed, at the second stage, the obtained dispersion of carbon nanotubes with epoxy resin is mixed, and at the third stage, the obtained composite is cured [Application US No. 2013169960, IPC C08L 63/04]. At the dispersion stage, a dispersion of nanotubes in a solvent in the presence of a carrier is obtained, for which the active diluent is mixed with a solution of the carrier substance and the nanotubes are dispersed in this mixture, acting on the mixture with ultrasound.
Известен также способ получения композитного волокна с углеродными нанотрубками, включающий стадию диспергирования нанотрубок в смеси с сильной кислотой под воздействием ультразвука в течение 0.5-10 часов [Патент Китая №1304656 МПК D01F 8/18, D01D 5/00, D01F 8/04].There is also a method of producing a composite fiber with carbon nanotubes, which includes the step of dispersing the nanotubes in a mixture with a strong acid under the influence of ultrasound for 0.5-10 hours [Chinese Patent No. 1304656 IPC D01F 8/18, D01D 5/00, D01F 8/04].
Наличие стадии диспергирования усложняет технологию получения композитных материалов, требует наличия специального оборудования и повышает трудозатраты.The presence of the dispersion stage complicates the technology for producing composite materials, requires special equipment, and increases labor costs.
Более простой способ приготовления нанокомпозитных материалов - применять уже готовые модификаторы - дисперсии углеродных нанотрубок, которые добавляют к матрице в определенных количествах.An easier way to prepare nanocomposite materials is to use ready-made modifiers - dispersions of carbon nanotubes, which are added to the matrix in certain quantities.
Например, для ряда применений пригодны дисперсии углеродных наноматериалов в воде, устойчивые при хранении. Такие дисперсии применяются в качестве наномодифицирующих добавок в бетон, целлюлозные материалы, различные полимерные композиции водно-дисперсионного типа (краски, грунтовки, клеи и др.).For example, dispersions of carbon nanomaterials in water that are storage stable are suitable for a number of applications. Such dispersions are used as nanomodifying additives in concrete, cellulosic materials, various polymer compositions of the water-dispersion type (paints, primers, adhesives, etc.).
К ним относится дисперсия углеродных нанотрубок, содержащая воду, натриевую соль сульфинированного производного нафталина в качестве поверхностно-активной добавки, а также стабилизирующую добавку - аэросил [Патент РФ №2494961, МПК С01В 31/02]. Недостатком этой дисперсии является низкая концентрация нанотрубок и короткие сроки хранения.These include a dispersion of carbon nanotubes containing water, the sodium salt of a sulfonated naphthalene derivative as a surface-active additive, and also a stabilizing additive - aerosil [RF Patent No. 2494961, IPC СВВ 31/02]. The disadvantage of this dispersion is the low concentration of nanotubes and short shelf life.
Также известна дисперсия углеродных нанотрубок в водном растворе додецилсульфата натрия при их соотношении 1:40 и способ получения дисперсии углеродных нанотрубок в жидком растворе, включающий растворение в воде додецилсульфата натрия, добавление к раствору углеродных нанотрубок и периодическое воздействие на полученную смесь ультразвуком [Патент США №7999028 МПК С01В 31/00, C08K 3/04, B82Y 35/00, B01J 8/16]. Получаемая таким образом дисперсия может храниться до трех месяцев без потери своих свойств и использоваться в качестве калибровочного раствора и как модификатор для приготовления полимерных и других нанокомпозитов. Недостатком ее являются короткие сроки стабильности, так как в жидкости углеродные нанотрубки постепенно начинают собираться в пучки и агломераты.Also known is a dispersion of carbon nanotubes in an aqueous solution of sodium dodecyl sulfate at a ratio of 1:40 and a method for producing a dispersion of carbon nanotubes in a liquid solution, comprising dissolving sodium dodecyl sulfate in water, adding carbon nanotubes to the solution and periodically applying ultrasound to the resulting mixture [US Patent No. 7999028 IPC С01В 31/00, C08K 3/04, B82Y 35/00, B01J 8/16]. The dispersion thus obtained can be stored for up to three months without losing its properties and can be used as a calibration solution and as a modifier for the preparation of polymer and other nanocomposites. Its disadvantage is the short duration of stability, since in a liquid carbon nanotubes gradually begin to collect in bundles and agglomerates.
Известна дисперсия углеродных нанотрубок и способ ее получения, включающий диспергирование углеродных нанотрубок в разбавителе, добавление эпоксидной смолы к полученной дисперсии, удаление растворителя и добавление отвердителя [Международная заявка WO 2013/169960]. В качестве разбавителя может использоваться карбонат щелочи, например этиленкарбонат.A known dispersion of carbon nanotubes and a method for its preparation, including dispersing carbon nanotubes in a diluent, adding epoxy to the resulting dispersion, removing the solvent and adding a hardener [International application WO 2013/169960]. As a diluent, alkali carbonate, for example ethylene carbonate, can be used.
Эта дисперсия и способ ее получения приняты за прототип изобретения.This dispersion and method for its preparation are taken as a prototype of the invention.
Длительность хранения такой дисперсии составляет от нескольких недель до нескольких месяцев.The shelf life of such a dispersion ranges from several weeks to several months.
Изобретение решает задачу создания модификатора в форме дисперсии углеродных нанотрубок, который бы был способен храниться длительное время в стабильном состоянии и использоваться для приготовления нанокомпозитных материалов путем введения его в материал матрицы в виде добавки.The invention solves the problem of creating a modifier in the form of a dispersion of carbon nanotubes, which would be able to be stored for a long time in a stable state and used to prepare nanocomposite materials by introducing it into the matrix material as an additive.
Поставленная задача решается тем, что предлагается модифкатор для приготовления композитных наноматериалов, включающий углеродные нанотрубки, равномерно распределенные в объеме твердого этиленкарбоната.The problem is solved by the fact that a modifier is proposed for the preparation of composite nanomaterials, including carbon nanotubes uniformly distributed in the volume of solid ethylene carbonate.
Нанотрубки в составе модификатора могут быть одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные.The nanotubes in the modifier can be single-walled, and / or double-walled, and / or multi-walled.
В модификатор может быть добавлен диспергатор из ряда: поливинилпирролидон, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или блок-сополимер винилпирролидона и винилацетата, или блок-сополимер винилпирролидона и винилкапролактама.A dispersant from the series can be added to the modifier: polyvinyl pyrrolidone, or polyvinyl acetate, or polyvinyl alcohol, or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate, or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl caprolactam.
Также изобретение решает задачу создания способа получения модификатора для приготовления композитных наноматериалов с углеродными нанотрубками, который может храниться длительное время без потери его полезных свойств и использоваться по мере необходимости.The invention also solves the problem of creating a method for producing a modifier for the preparation of composite nanomaterials with carbon nanotubes, which can be stored for a long time without losing its useful properties and used as necessary.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения модификатора для приготовления композитных наноматериалов, содержащих углеродные нанотрубки, включающий следующие стадии:The problem is solved in that a method for producing a modifier for preparing composite nanomaterials containing carbon nanotubes is proposed, which includes the following stages:
- нагревание этиленкарбонатапо меньшей мере до температуры его плавления;- heating ethylene carbonate at least to its melting point;
- добавление в расплавленный этиленкарбонат углеродных нанотрубок;- adding carbon nanotubes to molten ethylene carbonate;
- воздействие ультразвуком на полученную смесь расплавленного этиленкарбоната и углеродных нанотрубок таким образом, чтобы названные нанотрубки равномерно распределились в объеме этиленкарбоната;- exposure to the resulting mixture of molten ethylene carbonate and carbon nanotubes with ultrasound so that the named nanotubes are evenly distributed in the volume of ethylene carbonate;
- охлаждение этиленкарбонате по меньшей мере до температуры отвердевания этиленкарбоната.- cooling ethylene carbonate to at least the solidification temperature of ethylene carbonate.
В способе могут использоваться углеродные нанотрубки одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные.In the method, single-walled and / or double-walled and / or multi-walled carbon nanotubes can be used.
Углеродные нанотрубки также могут быть предварительно очищены и/или функционализированы.Carbon nanotubes can also be pre-cleaned and / or functionalized.
В расплавленный этиленкарбонат может быть добавлен диспергатор из ряда: поливинилпирролидон, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или блок-сополимер винилпирролидона и винилацетата, или блок-сополимер винилпирролидона и винилкапролактама.A dispersant from the series polyvinylpyrrolidone or polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl caprolactam can be added to the molten ethylene carbonate.
На фиг. 1 и фиг. 2 приведены фотографии модификатора - дисперсии углеродных нанотрубок в этиленкарбонате.In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows photographs of a modifier — a dispersion of carbon nanotubes in ethylene carbonate.
Способ осуществляют согласно следующему.The method is carried out according to the following.
Для получения дисперсии твердый при комнатной температуре этиленкарбонат нагревают до полного его перехода в жидкое состояние. Углеродные нанотрубки от производителя очищают известными способами или в исходном виде добавляют в жидкий этиленкарбонат. Одновременно или в любой последовательности в этиленкарбонат добавляют диспергатор - вещество, образующее с углеродными нанотрубками нековалентные связи и облегчающее равномерное распределение нанотрубок в среде этиленкарбоната за счет снижения поверхностной энергии в системе нанотрубки - этиленкарбонат. Диспергатором может быть, например, поливинилпирролидон, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или блок-сополимер винилпирролидона и винилацетата, или блок-сополимер винилпирролидона и винилкапролактама, или иное вещество, способное снижать поверхностную энергию в системе нанотрубки - этиленкарбонат.To obtain a dispersion, ethylene carbonate solid at room temperature is heated until it is completely liquid. Carbon nanotubes from the manufacturer are purified by known methods or are added to the liquid ethylene carbonate in its original form. At the same time or in any sequence, a dispersant is added to ethylene carbonate - a substance that forms non-covalent bonds with carbon nanotubes and facilitates the uniform distribution of nanotubes in the environment of ethylene carbonate by reducing the surface energy in the nanotube system - ethylene carbonate. The dispersant may be, for example, polyvinyl pyrrolidone, or polyvinyl acetate, or polyvinyl alcohol, or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate, or a block copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl caprolactam, or another substance that can reduce surface energy in a nanotube system - ethylene carbonate.
На полученную жидкую смесь углеродных нанотрубок, этиленкарбоната и диспергатора воздействуют ультразвуком в течение, например, 15 минут. Воздействие может проводиться как непрерывно, так и циклами, например циклами по 0,5-5 минут. Под действием ультразвука и диспергатора разрушаются агломераты нанотрубок и названные нанотрубки равномерно распределяются в объеме этиленкарбоната. После того как нанотрубки распределятся в объеме этиленкарбоната, воздействие ультразвуком прекращают, а смесь охлаждают до температуры отвердевания этиленкарбоната - до 36°С и ниже. При комнатной температуре дисперсия всегда находится в твердом состоянии. В ее состав входят этиленкарбонат и углеродные нанотрубки, распределенные в названном этиленкарбонате.The resulting liquid mixture of carbon nanotubes, ethylene carbonate and dispersant is sonicated for, for example, 15 minutes. The impact can be carried out both continuously and in cycles, for example, cycles of 0.5-5 minutes. Under the action of ultrasound and dispersant, agglomerates of nanotubes are destroyed and the named nanotubes are evenly distributed in the volume of ethylene carbonate. After the nanotubes are distributed in the volume of ethylene carbonate, exposure to ultrasound is stopped, and the mixture is cooled to the solidification temperature of ethylene carbonate to 36 ° C and below. At room temperature, the dispersion is always in the solid state. It consists of ethylene carbonate and carbon nanotubes distributed in the named ethylene carbonate.
Такая дисперсия может долго храниться при комнатной и более низкой температуре и использоваться как модификатор при получении различных композитных материалов, например, катодного материала для литий-ионных аккумуляторов по мере надобности.Such a dispersion can be stored for a long time at room and lower temperatures and can be used as a modifier in the preparation of various composite materials, for example, cathode material for lithium-ion batteries, as needed.
Пример 1Example 1
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Также был взят поливинилпирролидон (Luvitec K30, BASF). Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. Количество поливинилпирролидона составляло от 0,3 до 10 частей по весу углеродных нанотрубок. Оба компонента смешали с предварительно разогретым до 50°С этиленкарбонатом и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределения углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. Polyvinylpyrrolidone (Luvitec K30, BASF) was also taken. The concentration of nanotubes taken was from 0.01% to 0.1% by weight of solvent. The amount of polyvinylpyrrolidone ranged from 0.3 to 10 parts by weight of carbon nanotubes. Both components were mixed with ethylene carbonate preheated to 50 ° C and sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Полученная дисперсия была нагрета до 50°С в инертной атмосфере, после чего в нее при перемешивании добавили поочередно: электропроводящий углерод в количестве 0,001 части по весу дисперсии, литийжелезофосфат в количестве 0,8 частей по весу дисперсии, поливинилиденфторид в количестве от 0,06 частей по весу дисперсии. Полученную пасту высушили ИК-лампой. В результате получили катодный материал для литий-ионных аккумуляторов, который не содержит N-метилпирролидона и является экологически безопасным.The resulting dispersion was heated to 50 ° C in an inert atmosphere, after which it was added alternately with stirring: conductive carbon in an amount of 0.001 parts by weight of a dispersion, lithium iron phosphate in an amount of 0.8 parts by weight of a dispersion, polyvinylidene fluoride in an amount of 0.06 parts by weight of the dispersion. The resulting paste was dried with an IR lamp. The result was a cathode material for lithium-ion batteries, which does not contain N-methylpyrrolidone and is environmentally friendly.
Пример 2Example 2
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Также был взят поливиниловый спирт марки 18/11. Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. Количество поливинилового спирта составляло от 0,5 до 20 частей по весу углеродных нанотрубок. В предварительно разогретом до 50°С этиленкарбонате сначала растворили поливиниловый спирт, затем добавили углеродные нанотрубки и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределение углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. Polyvinyl alcohol grade 18/11 was also taken. The concentration of nanotubes taken was from 0.01% to 0.1% by weight of solvent. The amount of polyvinyl alcohol ranged from 0.5 to 20 parts by weight of carbon nanotubes. Polyvinyl alcohol was first dissolved in ethylene carbonate preheated to 50 ° C, then carbon nanotubes were added and the mixture was sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Была взята полученная дисперсия углеродных нанотрубок и разогрета до 50°С в инертной атмосфере, после чего в нее при перемешивании добавили поочередно: электропроводящий углерод в количестве от 0,03 частей по весу дисперсии, литийжелезофосфат в количестве от 1 частей по весу дисперсии, поливинилиденфторид в количестве 0,08 частей по весу дисперсии. Полученную пасту высушили ИК-лампой. В результате получили катодный материал для литий-ионных аккумуляторов, который не содержит N-метилпирролидона и является экологически безопасным.The obtained dispersion of carbon nanotubes was taken and heated to 50 ° C in an inert atmosphere, after which it was added alternately with stirring: electrically conductive carbon in an amount of 0.03 parts by weight of the dispersion, lithium iron phosphate in an amount of 1 part by weight of the dispersion, polyvinylidene fluoride in the amount of 0.08 parts by weight of the dispersion. The resulting paste was dried with an IR lamp. The result was a cathode material for lithium-ion batteries, which does not contain N-methylpyrrolidone and is environmentally friendly.
Пример 3Example 3
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Также был взят поливинилацетат марки 25. Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. Количество поливинилацетата составляло от 0,5 до 10 частей по весу углеродных нанотрубок. В предварительно разогретый до 50°С этиленкарбонат добавили поливинилацетат и углеродные нанотрубки и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределение углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. A grade 25 polyvinyl acetate was also taken. The concentrations of the nanotubes taken were from 0.01% to 0.1% by weight of the solvent. The amount of polyvinyl acetate ranged from 0.5 to 10 parts by weight of carbon nanotubes. Polyvinyl acetate and carbon nanotubes were added to the preheated to 50 ° C ethylene carbonate and the mixture was sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Пример 4Example 4
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Также был взят сополимер винилпирролидона и винилацетата (Luvitec VA 64, BASF). Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. Количество сополимера винилпирролидона и винилацетата составляло от 0,3 до 10 частей по весу углеродных нанотрубок. В предварительно разогретый до 50°С этиленкарбонат добавили сополимер винилпирролидона и винилацетата и углеродные нанотрубки и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределение углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. A copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate (Luvitec VA 64, BASF) was also taken. The concentration of nanotubes taken was from 0.01% to 0.1% by weight of solvent. The amount of vinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer ranged from 0.3 to 10 parts by weight of carbon nanotubes. A vinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer and carbon nanotubes were added to preheated to 50 ° C ethylene carbonate and the mixture was sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Пример 5Example 5
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Также был взят сополимер винилпирролидона и винилкапролактама (Luvitec VPC 55 K 65 W, BASF). Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. Количество сополимера винилпирролидона и винилкапролактама составляло от 0,3 до 10 частей по весу углеродных нанотрубок. В предварительно разогретый до 50°С этиленкарбонат добавили сополимер винилпирролидона и винилкапролактама и углеродные нанотрубки и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределение углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. A copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl caprolactam (Luvitec VPC 55 K 65 W, BASF) was also taken. The concentration of nanotubes taken was from 0.01% to 0.1% by weight of solvent. The amount of vinylpyrrolidone-vinylcaprolactam copolymer was from 0.3 to 10 parts by weight of carbon nanotubes. A vinylpyrrolidone-vinylcaprolactam copolymer and carbon nanotubes were added to preheated to 50 ° C ethylene carbonate and the mixture was sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Пример 6Example 6
Был взят материал с содержанием углеродных нанотрубок не менее 75%, с диаметром 1-2 нм и длиной 1-2 микрона. Концентрации взятых нанотрубок были от 0,01% до 0,1% по весу растворителя. В предварительно разогретый до 50°С этиленкарбонат добавили углеродные нанотрубки и обработали смесь ультразвуком. Для обработки использовался аппарат УЗТА-0,4/22-ОМ мощностью 400 Вт. Процесс обработки ультразвуком проводился в течение 30 мин и состоял из повторяющихся циклов по 2,5 мин. Приготовленная дисперсия углеродных нанотрубок при остывании до комнатной температуры затвердевает, при этом равномерное распределение углеродных нанотрубок в объеме этиленкарбоната сохраняется неограниченно долго.A material was taken with a carbon nanotube content of at least 75%, with a diameter of 1-2 nm and a length of 1-2 microns. The concentration of nanotubes taken was from 0.01% to 0.1% by weight of solvent. Carbon nanotubes were added to the preheated to 50 ° C ethylene carbonate and the mixture was sonicated. For processing, a UZTA-0.4 / 22-OM apparatus with a power of 400 W was used. The ultrasonic treatment was carried out for 30 minutes and consisted of repeating cycles of 2.5 minutes each. The prepared dispersion of carbon nanotubes solidifies when cooled to room temperature, while the uniform distribution of carbon nanotubes in the volume of ethylene carbonate remains unlimited.
Полученную дисперсию углеродных нанотрубок разогрели до 50°С в инертной атмосфере, после чего в нее при перемешивании добавили поочередно: электропроводящий углерод в количестве от 0,03 частей по весу дисперсии, литийжелезофосфат в количестве от 1 части по весу дисперсии, поливинилиденфторид в количестве 0,08 частей по весу дисперсии. Полученную пасту высушили ИК-лампой. В результате получили катодный материал для литий-ионных аккумуляторов, который не содержит N-метилпирролидона и является экологически безопасным.The resulting dispersion of carbon nanotubes was heated to 50 ° C in an inert atmosphere, after which it was added alternately with stirring: electrically conductive carbon in an amount of 0.03 parts by weight of the dispersion, lithium iron phosphate in an amount of 1 part by weight of the dispersion, polyvinylidene fluoride in an amount of 0, 08 parts by weight of the dispersion. The resulting paste was dried with an IR lamp. The result was a cathode material for lithium-ion batteries, which does not contain N-methylpyrrolidone and is environmentally friendly.
Claims (7)
- нагревание этиленкарбоната по меньшей мере до температуры его плавления;
- добавление в расплавленный этиленкарбонат углеродных нанотрубок;
- воздействие на полученную смесь расплавленного этиленкарбоната и углеродных нанотрубкок ультразвуком таким образом, чтобы названные нанотрубки распределились в объеме этиленкарбоната;
- охлаждение смеси расплавленного этиленкарбоната и углеродных нанотрубок по меньшей мере до температуры отвердевания этиленкарбоната.4. A method of obtaining a modifier for the preparation of nanostructured composite materials, including obtaining a mixture containing carbon nanotubes and ethylene carbonate, characterized in that it includes the following stages:
- heating ethylene carbonate at least to its melting point;
- adding carbon nanotubes to molten ethylene carbonate;
- the impact on the resulting mixture of molten ethylene carbonate and carbon nanotubes with ultrasound so that these nanotubes are distributed in the volume of ethylene carbonate;
- cooling the mixture of molten ethylene carbonate and carbon nanotubes to at least the solidification temperature of ethylene carbonate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015113884/05A RU2598676C1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015113884/05A RU2598676C1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2598676C1 true RU2598676C1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015113884/05A RU2598676C1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2598676C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090155589A1 (en) * | 2004-05-27 | 2009-06-18 | Hiroyuki Aikyou | Fibrous fine carbon particles and method for producing the same |
| US20100227409A1 (en) * | 2005-06-23 | 2010-09-09 | Kuan-Jiuh Lin | Method for fast dispersing carbon nanotube in aqueous solution |
| US20130169960A1 (en) * | 2008-10-03 | 2013-07-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Surface Enhanced Raman Spectroscopy on Optical Resonator (e.g., Photonic Crystal) Surfaces |
| WO2013169960A2 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-14 | Kellough Cameron Donald | Carbon nanotube reinforced polymer composite and method for making same |
-
2015
- 2015-04-14 RU RU2015113884/05A patent/RU2598676C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090155589A1 (en) * | 2004-05-27 | 2009-06-18 | Hiroyuki Aikyou | Fibrous fine carbon particles and method for producing the same |
| US20100227409A1 (en) * | 2005-06-23 | 2010-09-09 | Kuan-Jiuh Lin | Method for fast dispersing carbon nanotube in aqueous solution |
| US20130169960A1 (en) * | 2008-10-03 | 2013-07-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Surface Enhanced Raman Spectroscopy on Optical Resonator (e.g., Photonic Crystal) Surfaces |
| WO2013169960A2 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-14 | Kellough Cameron Donald | Carbon nanotube reinforced polymer composite and method for making same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МАРИНИН А.А., ВОЛКОВ В.И., Исследование процессов сольватации и ионной подвижности растворов солей пехлората лития и тетрабората лития в этиленкарбонате методами ЯМР, Структура и динамика молекулярных систем, Сборник тезисов докладов XVIII Всероссийской конференции, Казань, 2011, с. 89. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12122675B2 (en) | Method for efficiently dispersing carbon nanotube | |
| Zhang et al. | Low percolation threshold in single-walled carbon nanotube/high density polyethylene composites prepared by melt processing technique | |
| JP6135218B2 (en) | Fine carbon fiber dispersion and method for producing the same | |
| EP1845124A1 (en) | Conductive carbon nanotube-polymer composite | |
| KR101157451B1 (en) | Effective dispersion of carbon nano material to generate electrically high performance polymer | |
| KR102154790B1 (en) | High carbon nanotube content fluids | |
| MX2009005742A (en) | Intercalation agent free compositions useful to make nanocomposite polymers. | |
| CN106566267A (en) | Carbon nanotube modified thermoplastic resin and preparation method thereof | |
| CN109679260B (en) | A composite water-based conductive emulsion, its preparation method and water-based conductive ink | |
| CN101407598B (en) | Preparation of carbon nanotube-organic solvent fluid dispersion | |
| RU2598676C1 (en) | Modifier for preparing nanostructured composite materials and method for producing modifier | |
| JP2024545798A (en) | Carbon nanotube dispersion, cathode paste and cathode | |
| CN101423208A (en) | Method for preparing organophilic solvent carbon nanotube microcapsule | |
| US20090224211A1 (en) | Dispersion and Method for the Production Thereof | |
| Heidari et al. | Fabrication and morphology of composites based on conducting polymers | |
| CN103435948A (en) | Meltable reinforced polyvinyl alcohol (PVA) composite and preparation method thereof | |
| CN106517152A (en) | Method for uniform dispersion of single-walled carbon nanotubes in water solvent | |
| Bagheri et al. | New procedure for preparation of highly stable and well separated carbon nanotubes in an aqueous modified polyacrylonitrile | |
| WO2020231277A1 (en) | Functionalization of carbon nanotubes | |
| US20250197584A1 (en) | Ceramic particles in a bicontinuous phase and method of production therefor | |
| TW201402454A (en) | A method for dispersing carbon nanotubes | |
| JP2025088616A (en) | Carbon nanotube dispersion | |
| JP2025026159A (en) | Carbon nanotube dispersion | |
| Mohammadi et al. | Preparation and Microstructural Study of Gelatin-Chitosan/Carbon Nanotube Composite Scaffolds for Bone Tissue Engineering Applications | |
| CN118382597A (en) | Improved catalysts for MWCNT production |