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WO2010106287A2 - Method for dispersing carbon nanotubes, system for implementing same, and uniform dispersion thus obtained - Google Patents

Method for dispersing carbon nanotubes, system for implementing same, and uniform dispersion thus obtained Download PDF

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WO2010106287A2
WO2010106287A2 PCT/FR2010/050480 FR2010050480W WO2010106287A2 WO 2010106287 A2 WO2010106287 A2 WO 2010106287A2 FR 2010050480 W FR2010050480 W FR 2010050480W WO 2010106287 A2 WO2010106287 A2 WO 2010106287A2
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WO
WIPO (PCT)
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liquid medium
cnts
dispersing
dispersion
ball mill
Prior art date
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PCT/FR2010/050480
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Inventor
Pierre Miaudet
Fabienne Landreau
Patrice Gaillard
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Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of WO2010106287A2 publication Critical patent/WO2010106287A2/en
Publication of WO2010106287A3 publication Critical patent/WO2010106287A3/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
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    • C01B32/174Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
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    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/28Solid content in solvents

Definitions

  • PROCESS FOR DISPERSION OF CARBON NANOTUBES SYSTEM FOR IMPLEMENTATION AND DISPERSION UNIFORM SO OBTAINED.
  • the invention relates to a method for dispersing carbon nanotubes. It also relates to a system for implementing the method and a uniform dispersion thus obtained.
  • any nanoparticle with a carbon-based tubular structure in the form of rolled graphene sheets, which has a diameter of between 2 and 200 nm.
  • the tubular structure When the tubular structure is full, it is called nano carbon fiber NFC.
  • the length / diameter ratio of the CNTs or NFCs is much greater than 1, and typically greater than 10.
  • Carbon nanotubes are used in the manufacture of nanocomposite materials. Nanocomposites are of particular interest in the industrial field because they have remarkable properties for relatively low charge rates, that is to say less than 10% by weight. Indeed, CNTs provide a significant improvement in the mechanical and electrical properties of the polymer matrix. Moreover, unlike fibril-type reinforcements, CNTs reinforce the polymeric matrix in all directions of space.
  • carbon nanotubes as fillers in polymer matrices for making nanocomposites encounters difficulties because carbon nanotubes tend to aggregate together to form very stable agglomerates, also called aggregates. The presence of such aggregates alters the physical and mechanical properties of the composites in which they are present.
  • ultrasound can reduce the size of aggregates of carbon nanotubes and therefore disperse them.
  • This patent describes a process for preparing a composite material containing fillers such as carbon or glass fibers, whiskers (whiskers) of carbon or silicon carbide, particles of silica or carbon black, or fibrils of carbon in a metal matrix, ceramic, or organic resin such as elastomers, thermoplastic resins or thermosetting resins.
  • This method comprises a step a) of mixing the fillers in the matrix and then subjecting this mixture to a shearing and force applying step b) so as to reduce the size of the charge aggregates by a value of not more than 1000 times the size of the aggregates of departure.
  • Step b) is carried out with a conventional ball mixer.
  • this method is not at all suitable for reducing the size of the carbon nanotubes obtained by a catalytic vapor phase process (Catalyst Chemical Vapor Deposition in English terminology), to a size allowing their introduction in a homogeneous manner in a organic matrix.
  • Section 5 a sample of crude CTs treated with ultrasound was obtained using an ultrasound apparatus to disperse the crude CNTs into a water bath containing a dispersing agent (SDS).
  • SDS dispersing agent
  • the treatment carried out by the ball mill is carried out on dry crude CNTs.
  • the method described in this document makes it possible to separate the agglomerates of CNTs with a ball mill but does not carry out a mixture of CNTs in a liquid medium as described in the present invention.
  • column 1 it is clearly described that even with the combination of the two methods given in paragraph 3 and 6, grinding and then ultrasound, a stable suspension could not be obtained even after several hours of treatment with ultrasound.
  • the present invention solves this problem.
  • the problem that the applicant has sought to solve by the present invention is to provide a method for dispersing carbon nanoparticles, NTC or NFC, without the disadvantages of the processes just described.
  • liquid medium it being understood that the liquid medium may have a greater or lesser fluidity depending on its composition.
  • the present invention applies to a liquid medium such as a fluid matrix whose viscosity ranges from 0.1 to 10000 mPa.s.
  • the present invention relates to a method of dispersing carbon nanotubes in a liquid medium which makes it possible to obtain an improved dispersion at a given CNT load, which has a stability that does not degrade over time.
  • the dispersion process can also be carried out in a liquid medium having a viscosity of between 0.1 and 10,000 mPa.s.
  • the subject of the invention is more particularly a method for dispersing CNTs, in a liquid medium consisting in mixing the CNTs in the liquid medium mainly characterized in that the medium comprises a fluid matrix and a dispersing agent with a mass ratio rI / r2 between the CNT load in the medium and the dispersing agent between 0.25 and 7, the mixture consisting of at least a first physical agitation performed with a ball mill and then a second physical agitation performed by an ultrasonic apparatus.
  • this method comprises an operation consisting in mixing the CNTs in the liquid medium by at least a first physical agitation of a first type and at least a second physical agitation of a type different from the first;
  • the first physical agitation is performed by a ball mill
  • the second physical agitation is performed by an ultrasound apparatus
  • the ball mill agitation is carried out on the liquid medium containing the CNTs, and the stirring is carried out by the ultrasonic apparatus. It is expected that the CNTs are previously introduced into the liquid medium. The mixture will then be agitated by one or more successive passages in the ball mill, and the stirring is carried out ultrasonically.
  • the liquid medium constitutes a matrix whose viscosity is between 0.1 and 10000 mPa.s.
  • the level of charge in CNT in the liquid medium may vary from 0.1 to 5%.
  • the charge rate of CNT in the liquid medium is preferably between 0.1% and 3% by mass.
  • the liquid medium comprises a fluid matrix and preferably a dispersing agent.
  • the fluid matrix may be water and the dispersing agent an anionic polymer.
  • the liquid matrix may comprise 1% by weight of anionic polymer, for example Sodium Carboxy Methyl Cellulose (CMC).
  • the dispersion may therefore for example relate to water containing 1% of NTC by mass and 2% of polyacrylic acid.
  • the invention also relates to a system for implementing the method mainly characterized in that it comprises a mechanical stirring apparatus and a cavitation stirring apparatus.
  • the mechanical stirring apparatus is ball mill.
  • the cavitating apparatus is an ultrasonic apparatus.
  • the invention also relates to a homogeneous dispersion of CNTs in a liquid medium having a viscosity of between 0.1 and 10,000 mPa.s, obtained by the method described.
  • FIG. an optical microscope photograph of NTC dispersions obtained by a ball mill
  • FIG. 2 represents an optical microscope photograph of ultrasonic NTC dispersions
  • FIG. 3 represents an optical microscope image of CNT dispersions obtained according to the invention
  • FIG. 4 represents the evolution curves of the total intensity transmitted by aqueous CNT dispersions obtained with different processes, curve C4 corresponding to the result obtained with the present invention
  • FIG. 5 shows an optical microscope slide of a dispersion of CNT obtained by physical agitation carried out by an apparatus imposing high shear rates
  • FIG. 6 shows an optical microscope slide of an ultrasound-derived NTC dispersion
  • FIG. 7 shows an optical microscope slide of a dispersion of CNT obtained by an apparatus imposing high rates of shearing and then ultrasound
  • FIG. 8 represents evolution curves of the total intensity transmitted by the aqueous NTC dispersions obtained for the C5 curve, by an apparatus imposing high shear rates and then an ultrasonic apparatus and, for the curve C6, by a grinder ball and then an ultrasound machine
  • FIG. 9 represents diagrams of the evolution of the conductivity of the CNT dispersions as a function of the dispersion methods used;
  • a ball mill is an apparatus for making mixtures, consisting of a cylindrical chamber in which balls whose nature may vary. are rotated and in which are introduced the various constituents to mix or grind.
  • an ultrasonic stirring apparatus makes it possible to subject a mixture, in this case the liquid medium and the CNTs, to ultrasonic waves for a determined duration and according to different pulse modes: continuous or discontinuous pulses.
  • a mode of discontinuous pulses is preferred with for example pulses of 40s every minute for several tens of minutes.
  • Two types of devices can be used to generate ultrasound: ultrasonic baths and probes.
  • the method for dispersing CNTs in a liquid medium consists in mixing the CNTs in the liquid medium by means of two types of physical agitation, one being operated preferentially by a ball mill and the other by an ultrasound machine.
  • the method consists in using in combination the ball mill, and then the ultrasonic apparatus for dispersing carbon nanotubes in any liquid matrix whose viscosity is between 0.1 and 10000 mPa.s.
  • FIGS. 1, 2 and 3 it is a dispersion of 1% by weight CNT in a 1% aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC).
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the dispersion is carried out by means of a ball mill
  • the dispersion is carried out under the same conditions by an ultrasonic device.
  • the dispersion is carried out according to the method of the invention by first carrying out a dispersion with a ball mill and then a dispersion with an ultrasonic apparatus.
  • the detection cell used is an integrating sphere that makes it possible to analyze the entirety of the signal transmitted through the sample.
  • FIG. 4 illustrates the evolution curves of total intensity transmitted by the different dispersions respectively obtained by dispersing by means of an ultrasonic cavitation apparatus: curve C1; by means of a ball mill: curve C2, by means of an ultrasonic apparatus then of a ball mill: curve C3 and finally by means of a ball mill and then of an ultrasonic apparatus: curve C4 .
  • the ball mill / ultrasound coupling provides an improvement over the use of a single dispersion operation. Note also that the order in which the two operations are used changes the results. The dispersion seems optimal when first passing the dispersion ball mill, then ultrasound.
  • the mechanical stirring of the CNTs in aqueous media is carried out by means of a high-shear mixer, this operation being followed by physical stirring by means of ultrasound.
  • the high-shear mixer is an apparatus marketed under the trademark ultraturax®.
  • Ultraturax® is an ultra-fast mixer that induces large shear.
  • a dispersion carried out by a high shear mixer a dispersion carried out by an ultrasonic apparatus and a dispersion carried out by the high shear mixer followed by a mixing carried out by the apparatus.
  • ultrasound The results obtained are visible on the images obtained by optical microscope.
  • FIG. 5 corresponds to the dispersion carried out by the high-shear mixer (L'ultraturax®)
  • FIG. 6 corresponds to the dispersion operated by the ultrasonic apparatus
  • FIG. 7 corresponds to the dispersion operated using the high-speed mixer. shear then the ultrasonic device.
  • the high shear mixer / ultrasound coupling provides a state of dispersion similar to the dispersion state of the CNTs compared to an ultrasound system alone. However, unlike a dispersion operated by means of an ultrasonic apparatus, this coupling brings less limitation on the value of the viscosity of the medium and the concentration of CNT. When the required dispersion state will be important, the ball mill / ultrasound combination will be chosen.
  • the graph illustrated in FIG. 8 represents the curves of evolution of total intensity transmitted by aqueous dispersions of CNTs according to the two example embodiments described.
  • the high shear mixer NTC dispersion followed by ultrasonic dispersion has a C6 conductivity curve in FIG. 8.
  • the ball-milled NTC dispersion followed by ultrasonic dispersion has a C5 conductivity curve. in this figure 8.
  • Figure 10 illustrates the system according to the preferred exemplary embodiment of using a ball mill 10 and then an ultrasonic apparatus 20 (probe immersed in the liquid medium mixture and NTC).
  • the liquid matrix is introduced into the ball mill with the CNTs as indicated by the arrow in the figure. After stirring for example for one hour, the The mixture can then be pumped to be subjected to ultrasound in the apparatus 20. It is possible to proceed by successive sequences of continuous pulses of ultrasound so as to subject the mixture a dozen times for a few minutes (4 minutes for example), leaving cool the mixture between two sequences; it is also possible to carry out a single ultrasound sequence of 50 minutes, for example with pulses of 50 seconds per minute.
  • Homogeneous dispersions have been obtained with other dispersants and relatively charged carbon nanotube dispersions, for example from a few tenths of% to 1 or 2% in CNT, and there are, for example, optima for the following ratios r1 / r2. :
  • SDS sodium dedocyl sulphate

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Abstract

The invention relates to a method for dispersing CNTs in a liquid medium, consisting of mixing the CNTs in the liquid medium using two types of physical mixing, one preferably using a ball mill (10) and the other an ultrasound device (20).

Description

PROCEDE DE DISPERSION DE NANOTUBES DE CARBONE; SYSTEME DE MISE EN ŒUVRE ET DISPERSION UNIFORME AINSI OBTENUE. PROCESS FOR DISPERSION OF CARBON NANOTUBES; SYSTEM FOR IMPLEMENTATION AND DISPERSION UNIFORM SO OBTAINED.

L'invention concerne un procédé de dispersion de nanotubes de carbone. Elle concerne également un système de mise en œuvre du procédé et une dispersion uniforme ainsi obtenue.The invention relates to a method for dispersing carbon nanotubes. It also relates to a system for implementing the method and a uniform dispersion thus obtained.

On désigne classiquement par nanotubes de carbone NTC, toute nanoparticule à structure tubulaire à base de carbone, se présentant sous forme de feuillets de graphène enroulés et qui possède un diamètre compris entre 2 et 200 nm. Lorsque la structure tubulaire est pleine, on parle alors de nano fibres de carbone NFC. Le rapport longueur/diamètre des NTC ou NFC est très supérieur à 1, et typiquement supérieur à 10.Classically referred to as carbon nanotubes NTC, any nanoparticle with a carbon-based tubular structure, in the form of rolled graphene sheets, which has a diameter of between 2 and 200 nm. When the tubular structure is full, it is called nano carbon fiber NFC. The length / diameter ratio of the CNTs or NFCs is much greater than 1, and typically greater than 10.

Les nanotubes de carbone sont utilisés dans la fabrication de matériaux nanocomposites. Les nanocomposites sont d'un intérêt particulier dans le domaine industriel car ils présentent des propriétés remarquables pour des taux de charge relativement faibles, c'est à dire inférieurs à 10% en poids. En effet, les NTC apportent une amélioration significative des propriétés mécaniques et électriques de la matrice polymère. De plus, contrairement aux renforts de type fïbrillaire, les NTC renforcent la matrice polymérique dans toutes les directions de l'espace.Carbon nanotubes are used in the manufacture of nanocomposite materials. Nanocomposites are of particular interest in the industrial field because they have remarkable properties for relatively low charge rates, that is to say less than 10% by weight. Indeed, CNTs provide a significant improvement in the mechanical and electrical properties of the polymer matrix. Moreover, unlike fibril-type reinforcements, CNTs reinforce the polymeric matrix in all directions of space.

Par conséquent, un bon état de dispersion est un enjeu clé pour espérer pouvoir tirer profit au maximum des propriétés intrinsèques exceptionnelles des NTC.Therefore, a good state of dispersion is a key issue to hope to take full advantage of the exceptional intrinsic properties of CNTs.

Toutefois, en pratique, l'utilisation des nanotubes de carbone comme charges dans des matrices polymères pour fabriquer des nanocomposites se heurte à des difficultés car les nanotubes de carbone ont tendance à s'agréger ensemble pour former des agglomérats très stables, encore appelés agrégats. La présence de tels agrégats altère les propriétés physiques et mécaniques des composites dans lesquels ils sont présents.However, in practice, the use of carbon nanotubes as fillers in polymer matrices for making nanocomposites encounters difficulties because carbon nanotubes tend to aggregate together to form very stable agglomerates, also called aggregates. The presence of such aggregates alters the physical and mechanical properties of the composites in which they are present.

Afin de permettre une transmission des propriétés physiques et chimiques des nanotubes de carbone à la matrice, il est nécessaire d'arriver à répartir les nanotubes de manière homogène dans cette matrice. Pour cela, il faut d'abord préparer des dispersions de nanotubes de carbone dans un milieu liquide et rendre les dispersions stables, afin qu'il n'y ait pas d'agrégation ou de précipitation des nanotubes dans le milieu liquide, les forces adhésives entre les particules devant être minimisées.In order to allow a transmission of the physical and chemical properties of the carbon nanotubes to the matrix, it is necessary to be able to distribute the nanotubes homogeneously in this matrix. For this, it is first necessary to prepare dispersions of carbon nanotubes in a liquid medium and make the dispersions stable, so that it there is no aggregation or precipitation of the nanotubes in the liquid medium, the adhesive forces between the particles to be minimized.

On peut à cette fin rajouter un solvant. Malheureusement, on constate que la solubilité des nanotubes de carbone NTC (ou des nanofïbres de carbone NFC), est très faible quel que soit le solvant utilisé.To this end we can add a solvent. Unfortunately, it is found that the solubility of carbon nanotubes NTC (or NFC carbon nanofibers), is very low regardless of the solvent used.

On peut procéder aussi dans certains cas, à l'ajout d'un agent de dispersion de type tensioactif ou polymère. Mais cet ajout n'est généralement pas suffisant pour disperser les nanotubes de carbone. En effet, il faut également en général apporter de l'énergie à la dispersion pour lutter contre les interactions de Van der Waals qui lient les nanotubes ou nanofïbres les uns aux autres.In some cases, it is also possible to add a surfactant or polymer-type dispersing agent. But this addition is generally not sufficient to disperse the carbon nanotubes. Indeed, it is also generally necessary to provide energy to the dispersion to fight against Van der Waals interactions that bind the nanotubes or nanofibers to each other.

Pour les dispersions opérées avec un solvant, il est également nécessaire d'apporter une agitation par une source d'énergie. Les ultrasons sont généralement la source d'énergie employée. On pourra se reporter à l'état de la technique constitué par la demande de brevet US 2005/0025694, dans laquelle il est décrit une dispersion de nanotubes de carbones dans un milieu liquide avec l'utilisation combinée d'un agent de dispersion et d'une agitation qui est préférentiellement obtenue par ultrasons.For dispersions operated with a solvent, it is also necessary to provide agitation by a source of energy. Ultrasound is usually the source of energy used. Reference can be made to the state of the art constituted by the patent application US 2005/0025694, in which a dispersion of carbon nanotubes in a liquid medium is described with the combined use of a dispersing agent and a agitation which is preferably obtained by ultrasound.

En effet, les ultrasons permettent de réduire la taille des agrégats des nanotubes de carbone et donc de les disperser.Indeed, ultrasound can reduce the size of aggregates of carbon nanotubes and therefore disperse them.

Malheureusement les ultrasons présentent plusieurs inconvénients : - les puissances nécessaires mises en jeu pour l'obtention d'un bon état de dispersion des nanotubes entraînent leur destruction partielle. Pour certaines applications, l'obtention d'un état de dispersion suffisant conduit à des tailles de NTC d'environ 200nm,Unfortunately ultrasounds have several drawbacks: the necessary powers involved in obtaining a good state of dispersion of the nanotubes cause their partial destruction. For some applications, obtaining a sufficient dispersion state leads to CNT sizes of about 200 nm,

- en outre, pour être efficace, cette technique est limitée à des niveaux de viscosité des solutions relativement faibles, ce qui implique des concentrations en NTC également faibles.- In addition, to be effective, this technique is limited to relatively low viscosity levels of solutions, which implies also low concentrations of NTC.

On connaît également l'état de la technique constitué par le brevet US 5 744 235 délivré le 28 avril 1998 au nom de la Société Hypérion. Ce brevet décrit un procédé de préparation de matériau composite contenant des charges telles que des fibres de carbone ou de verre, des moustaches (whiskers) de carbone ou carbure de silicium, des particules de silice ou de noir de carbone, ou encore des fibrilles de carbone dans une matrice métallique, céramique, ou de résine organique telle que les élastomères, les résines thermoplastiques ou thermodurcissables. Ce procédé comprend une étape a) de mélangeage des charges dans la matrice puis la soumission de ce mélange à une étape b) de cisaillement et d'application de forces de façon à réduire la taille des agrégats de charges d'une valeur de pas plus de 1000 fois la taille des agrégats de départ. L'étape b) est réalisée avec un mélangeur à boules conventionnel. Malheureusement, ce procédé n'est pas du tout approprié pour réduire la taille des nanotubes de carbone obtenu par un procédé catalytique en phase vapeur (Catalyst Chemical Vapor Déposition en terminologie anglo-saxonne), à une taille permettant leur introduction de façon homogène dans une matrice organique.The state of the art constituted by the US Pat. No. 5,744,235 issued on April 28, 1998 in the name of the Hyperion Company is also known. This patent describes a process for preparing a composite material containing fillers such as carbon or glass fibers, whiskers (whiskers) of carbon or silicon carbide, particles of silica or carbon black, or fibrils of carbon in a metal matrix, ceramic, or organic resin such as elastomers, thermoplastic resins or thermosetting resins. This method comprises a step a) of mixing the fillers in the matrix and then subjecting this mixture to a shearing and force applying step b) so as to reduce the size of the charge aggregates by a value of not more than 1000 times the size of the aggregates of departure. Step b) is carried out with a conventional ball mixer. Unfortunately, this method is not at all suitable for reducing the size of the carbon nanotubes obtained by a catalytic vapor phase process (Catalyst Chemical Vapor Deposition in English terminology), to a size allowing their introduction in a homogeneous manner in a organic matrix.

On pourra également se reporter à l'état de la technique le plus proche constitué par le document Dl : WANG ET AL intitulé « A treatment method to give separated multi- walled carbon nanotubes with high purity, high crystallization and a large aspect ratio" de CARBON, ELSERVIER , OXFORD, GB, vol.41, n°15, 1er janvier 2003 (2003-01-01), pages 2939-2948, XP004470635 ISSN: 0008-6223 dans lequel sont énumérées plusieurs méthodes pour séparer les nanotubes (NTC) qui ont tendance à s'agréger ensemble pour former des agglomérats stables.It will also be possible to refer to the closest state of the art constituted by the document Dl: WANG ET AL titled "A treatment method to give separated multi-walled carbon nanotubes with high purity, high crystallization and a large aspect ratio" of CARBON, ELSERVIER, OXFORD, GB, vol.41, No. 15, January 1, 2003 (2003-01-01), pages 2939-2948, XP004470635 ISSN: 0008-6223 in which are listed several methods for separating nanotubes (NTC ) which tend to aggregate together to form stable agglomerates.

Ces différentes méthodes sont énoncées Colonne 2 page 2940 : Au paragraphe 3, un échantillon de nanotubes de carbone NTC broyés a été obtenu par traitement de NTC bruts secs dans un broyeur à billes.These different methods are stated Column 2 page 2940: In paragraph 3, a sample of ground NTC carbon nanotubes was obtained by treating dry crude CNTs in a ball mill.

Au paragraphe 5, un échantillon de NTC bruts traités aux ultrasons a été obtenu en utilisant un appareil à ultrasons pour disperser les NTC bruts dans un bain d'eau contenant un agent de dispersion (SDS).In Section 5, a sample of crude CTs treated with ultrasound was obtained using an ultrasound apparatus to disperse the crude CNTs into a water bath containing a dispersing agent (SDS).

Au paragraphe 6, un échantillon de NTC traités aux ultrasons et broyeur à billes est obtenu en utilisant la méthode d'ultrasonifïcation décrite dans le paragraphe 5 sur des NTC broyés à sec par la méthode décrite au paragraphe 3. Les NTC broyés à secs sont placés dans le bain d'eau avec l'agent de dispersion et ce bain est soumis aux ultrasons.In paragraph 6, a sample of ultrasonically treated CNTs and ball mills is obtained by using the method of ultrasonication described in paragraph 5 on dry-milled NTCs by the method described in paragraph 3. Dry-milled NTCs are placed in the water bath with the dispersing agent and this bath is subjected to ultrasound.

Ainsi, le traitement réalisé par le broyeur à billes est réalisé sur des NTC bruts secs. La méthode décrite dans ce document permet de séparer les agglomérats de NTC avec un broyeur à billes mais ne réalise pas de mélange de NTC dans un milieu liquide comme cela est décrit dans la présente invention. En outre, page 2943, colonne 1, il est clairement décrit que même avec la combinaison des deux méthodes données au paragraphe 3 et 6, broyage puis ultrasons, une suspension stable n'a pas pu être obtenue y compris après plusieurs heures de traitements aux ultrasons. La présente invention permet de résoudre ce problème.Thus, the treatment carried out by the ball mill is carried out on dry crude CNTs. The method described in this document makes it possible to separate the agglomerates of CNTs with a ball mill but does not carry out a mixture of CNTs in a liquid medium as described in the present invention. In addition, on page 2943, column 1, it is clearly described that even with the combination of the two methods given in paragraph 3 and 6, grinding and then ultrasound, a stable suspension could not be obtained even after several hours of treatment with ultrasound. The present invention solves this problem.

On pourra également se reporter au document D2, EP 1 862 432. Ce document décrit une méthode pour obtenir des NTC monoparoi après fïltration d'une solution dans laquelle des NTC monoparoi ont été dispersés par ultrasons, la solution comprenant un agent de dispersion tel que du CMC (carboxyméthylcellulose). Le problème décrit dans ce document est l'obtention de NTC monoparoi par fïltration d'une solution des NTC et l'obtention de films contenant des NTC monoparoi et du CMC après séchage de la solution.Reference can also be made to document D2, EP 1 862 432. This document describes a method for obtaining single-stranded NTCs after filtration of a solution in which single-stranded NTCs have been ultrasonically dispersed, the solution comprising a dispersing agent such as CMC (carboxymethylcellulose). The problem described in this document is to obtain single-walled NTC by filtration of a solution of CNTs and to obtain films containing single-wall NTCs and CMC after drying the solution.

Ce document ne décrit pas le procédé selon l'invention. En outre, le problème que l'on cherche à résoudre dans ce document est différent.This document does not describe the process according to the invention. In addition, the problem we are trying to solve in this document is different.

Description de l'inventionDescription of the invention

Le problème que la demanderesse a cherché à résoudre par la présente invention est de proposer un procédé de dispersion de nanoparticules de carbone, NTC ou NFC, sans les inconvénients des procédés qui viennent d'être décrits.The problem that the applicant has sought to solve by the present invention is to provide a method for dispersing carbon nanoparticles, NTC or NFC, without the disadvantages of the processes just described.

Dans la description qui va suivre, compris entre X et Y signifie bornes comprises.In the following description, between X and Y means terminals included.

En outre, on parle de milieu liquide, étant bien entendu que le milieu liquide peut avoir une fluidité plus ou moins importante selon sa composition. La présente invention s'applique à un milieu liquide tel qu'une matrice fluide dont la viscosité s'étend de 0,1 et 10000 mPa.s.In addition, it is called liquid medium, it being understood that the liquid medium may have a greater or lesser fluidity depending on its composition. The present invention applies to a liquid medium such as a fluid matrix whose viscosity ranges from 0.1 to 10000 mPa.s.

La présente invention a pour objet un procédé de dispersion de nanotubes de carbone dans un milieu liquide qui permet d'obtenir une dispersion améliorée à charge en NTC donnée, qui présente une stabilité qui ne se dégrade pas dans le temps. Le procédé de dispersion peut en outre être mis en œuvre dans un milieu liquide ayant une viscosité comprise entre 0,1 et 10000 mPa.s.The present invention relates to a method of dispersing carbon nanotubes in a liquid medium which makes it possible to obtain an improved dispersion at a given CNT load, which has a stability that does not degrade over time. The dispersion process can also be carried out in a liquid medium having a viscosity of between 0.1 and 10,000 mPa.s.

L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide consistant à mélanger les NTC dans le milieu liquide principalement caractérisé en ce que le milieu comprend une matrice fluide et un agent de dispersion avec un ratio massique rl/r2 entre la charge en NTC dans le milieu et l'agent de dispersion compris entre 0,25 et 7, le mélange consistant en au moins une première agitation physique effectuée avec un broyeur à billes et ensuite une deuxième agitation physique effectuée par un appareil à ultrasons.The subject of the invention is more particularly a method for dispersing CNTs, in a liquid medium consisting in mixing the CNTs in the liquid medium mainly characterized in that the medium comprises a fluid matrix and a dispersing agent with a mass ratio rI / r2 between the CNT load in the medium and the dispersing agent between 0.25 and 7, the mixture consisting of at least a first physical agitation performed with a ball mill and then a second physical agitation performed by an ultrasonic apparatus.

Ainsi, ce procédé comprend une opération consistant à mélanger les NTC dans le milieu liquide par au moins une première agitation physique d'un premier type et au moins une deuxième agitation physique de type différent du premier ;Thus, this method comprises an operation consisting in mixing the CNTs in the liquid medium by at least a first physical agitation of a first type and at least a second physical agitation of a type different from the first;

La première agitation physique est effectuée par un broyeur à billes ;The first physical agitation is performed by a ball mill;

La deuxième agitation physique est effectuée par un appareil à ultrasons ;The second physical agitation is performed by an ultrasound apparatus;

L'agitation par broyeur à billes est opérée sur le milieu liquide contenant les NTC, puis on réalise l'agitation par l'appareil à ultrasons. II est prévu que les NTC soient préalablement introduits dans le milieu liquide. Le mélange sera ensuite soumis à agitation par un ou plusieurs passages successifs dans le broyeur à billes, puis on réalise l'agitation par ultrasons.The ball mill agitation is carried out on the liquid medium containing the CNTs, and the stirring is carried out by the ultrasonic apparatus. It is expected that the CNTs are previously introduced into the liquid medium. The mixture will then be agitated by one or more successive passages in the ball mill, and the stirring is carried out ultrasonically.

Le milieu liquide constitue une matrice dont la viscosité est comprise entre 0,1 et 10000 mPa.s. Le taux de charge en NTC dans le milieu liquide peut varier de 0,1 à 5%.The liquid medium constitutes a matrix whose viscosity is between 0.1 and 10000 mPa.s. The level of charge in CNT in the liquid medium may vary from 0.1 to 5%.

Le taux de charge de NTC dans le milieu liquide est de préférence compris entre 0.1% et 3% en masse.The charge rate of CNT in the liquid medium is preferably between 0.1% and 3% by mass.

Le milieu liquide comprend une matrice fluide et de préférence un agent de dispersion. Par exemple, la matrice fluide pourra être de l'eau et l'agent de dispersion un polymère anionique. La matrice liquide peut comprendre 1% en masse de polymère anionique comme par exemple du Carboxy Methyl Cellulose de Sodium (CMC).The liquid medium comprises a fluid matrix and preferably a dispersing agent. For example, the fluid matrix may be water and the dispersing agent an anionic polymer. The liquid matrix may comprise 1% by weight of anionic polymer, for example Sodium Carboxy Methyl Cellulose (CMC).

Le ratio massique rl/r2 entre la charge en NTC et en agent de dispersion est comprise entre 0.25 et 7 ; expression dans laquelle rl= masse de NTC/ masse M du milieu liquide (par exemple l'eau), et r2 = masse de l'agent de dispersion /masse M du milieu liquide (par exemple l'eau).The weight ratio r1 / r2 between the charge in NTC and dispersing agent is between 0.25 and 7; expression in which rl = mass of CNT / mass M of the liquid medium (for example water), and r2 = mass of the dispersing agent / mass M of the liquid medium (for example water).

La dispersion pourra donc par exemple concerner de l'eau contenant 1% de NTC en masse et 2% de polyacide acrylique.The dispersion may therefore for example relate to water containing 1% of NTC by mass and 2% of polyacrylic acid.

L'invention concerne également un système de mise en œuvre du procédé principalement caractérisé en ce qu'il comprend un appareil d'agitation mécanique et un appareil d'agitation par cavitation.The invention also relates to a system for implementing the method mainly characterized in that it comprises a mechanical stirring apparatus and a cavitation stirring apparatus.

L'appareil d'agitation mécanique est broyeur à billes.The mechanical stirring apparatus is ball mill.

L'appareil d'agitation par cavitation est un appareil à ultrasons. L'invention concerne également une dispersion homogène de NTC dans un milieu liquide ayant une viscosité comprise entre 0,1 et 10000 mPa.s, obtenue par le procédé décrit.The cavitating apparatus is an ultrasonic apparatus. The invention also relates to a homogeneous dispersion of CNTs in a liquid medium having a viscosity of between 0.1 and 10,000 mPa.s, obtained by the method described.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et en regard des figures sur lesquelles : la figure 1 , représente un cliché au microscope optique de dispersions de NTC obtenues par un broyeur à billes, la figure 2 représente un cliché au microscope optique de dispersions de NTC obtenue par ultrasons ;Other features and advantages of the invention will become clear from reading the description which is given below and which is given by way of illustrative and non-limiting example and with reference to the figures in which: FIG. an optical microscope photograph of NTC dispersions obtained by a ball mill, FIG. 2 represents an optical microscope photograph of ultrasonic NTC dispersions;

- la figure 3 représente un cliché au microscope optique de dispersions de NTC obtenue selon l'invention ; la figure 4 représente les courbes d'évolution de l'intensité totale transmise par des dispersions aqueuses de NTC obtenues avec différents procédés , la courbe C4 correspondant au résultat obtenu avec la présente invention ; la figure 5, représente un cliché au microscope optique d'une dispersion de NTC obtenue par agitation physique effectuée par un appareil imposant de forts taux de cisaillement ;FIG. 3 represents an optical microscope image of CNT dispersions obtained according to the invention; FIG. 4 represents the evolution curves of the total intensity transmitted by aqueous CNT dispersions obtained with different processes, curve C4 corresponding to the result obtained with the present invention; FIG. 5 shows an optical microscope slide of a dispersion of CNT obtained by physical agitation carried out by an apparatus imposing high shear rates;

- la figure 6, représente un cliché au microscope optique d'une dispersion de NTC obtenue par ultrasons ;FIG. 6 shows an optical microscope slide of an ultrasound-derived NTC dispersion;

- la figure 7, représente un cliché au microscope optique d'une dispersion de NTC obtenue par un appareil imposant de forts taux de cisaillement puis par ultrasons ; la figure 8 représente des courbes d'évolution de l'intensité totale transmise par les dispersions aqueuses de NTC obtenues pour la courbe C5, par un appareil imposant de forts taux de cisaillement puis un appareil ultrasons et, pour la courbe C6, par un broyeur à billes puis un appareil à ultrasons ; la figure 9 représente les diagrammes de l'évolution de la conductivité des dispersions de NTC en fonction des procédés de dispersion utilisés ;FIG. 7 shows an optical microscope slide of a dispersion of CNT obtained by an apparatus imposing high rates of shearing and then ultrasound; FIG. 8 represents evolution curves of the total intensity transmitted by the aqueous NTC dispersions obtained for the C5 curve, by an apparatus imposing high shear rates and then an ultrasonic apparatus and, for the curve C6, by a grinder ball and then an ultrasound machine; FIG. 9 represents diagrams of the evolution of the conductivity of the CNT dispersions as a function of the dispersion methods used;

- la figure 10, un schéma de principe du système de dispersion.- Figure 10, a schematic diagram of the dispersion system.

On rappelle qu'un broyeur à billes est un appareil pour effectuer des mélanges, constitué d'une chambre cylindrique dans laquelle des billes dont la nature peut varier sont mises en rotation et dans laquelle sont introduits les différents constituants à mélanger où à broyer.It is recalled that a ball mill is an apparatus for making mixtures, consisting of a cylindrical chamber in which balls whose nature may vary. are rotated and in which are introduced the various constituents to mix or grind.

On rappelle qu'un appareil d'agitation par ultrasons permet de soumettre un mélange, ici le milieu liquide et les NTC à des ondes ultrasonores pendant une durée déterminée et selon différents modes d'impulsions : impulsions continues ou discontinues. Classiquement, pour éviter un échauffement trop important du milieu soumis à l'agitation ultrasonore, on privilégie un mode d'impulsions discontinues avec par exemple des impulsions de 40s toutes les minutes pendant plusieurs dizaines de minutes. Deux types d'appareils peuvent être utilisés pour générer des ultrasons : les bains à ultrasons et les sondes.It is recalled that an ultrasonic stirring apparatus makes it possible to subject a mixture, in this case the liquid medium and the CNTs, to ultrasonic waves for a determined duration and according to different pulse modes: continuous or discontinuous pulses. Conventionally, to avoid excessive heating of the medium subjected to ultrasonic agitation, a mode of discontinuous pulses is preferred with for example pulses of 40s every minute for several tens of minutes. Two types of devices can be used to generate ultrasound: ultrasonic baths and probes.

Le procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon l'invention consiste à mélanger les NTC dans le milieu liquide au moyen de deux types d'agitation physique, l'une étant opérée préférentiellement par un broyeur à billes et l'autre par un appareil à ultrasons. Dans un exemple préféré de réalisation, le procédé consiste à utiliser en association le broyeur à billes, puis l'appareil à ultrasons pour disperser des nanotubes de carbone dans toute matrice liquide dont la viscosité est comprise entre 0.1 et 10000 mPa.s.The method for dispersing CNTs in a liquid medium according to the invention consists in mixing the CNTs in the liquid medium by means of two types of physical agitation, one being operated preferentially by a ball mill and the other by an ultrasound machine. In a preferred embodiment, the method consists in using in combination the ball mill, and then the ultrasonic apparatus for dispersing carbon nanotubes in any liquid matrix whose viscosity is between 0.1 and 10000 mPa.s.

L'avantage de cette association conjointe dans cet ordre précis d'utilisation est mis en évidence dans l'exemple de réalisation présenté ci-après et illustré par le cliché au microscope optique correspondant à la figure 3 comparativement aux clichés illustrés par les figures 1 et 2.The advantage of this joint association in this precise order of use is highlighted in the embodiment shown below and illustrated by the optical microscope picture corresponding to FIG. 3 compared with the pictures illustrated in FIGS. 2.

Dans les exemples illustrés par les figures 1, 2 et 3, il s'agit de dispersion de NTC à 1% en masse dans une solution aqueuse de carboxyméthylcellulose (CMC) à 1%. Dans le cas de la figure 1, la dispersion est réalisée au moyen d'un broyeur à billes, dans le cas de la figure 2, la dispersion est réalisée dans les mêmes conditions par un appareil à ultrasons. Dans le cas de la figure 3, la dispersion est réalisée selon le procédé de l'invention en effectuant d'abord une dispersion avec un broyeur à billes puis une dispersion avec un appareil à ultrasons. Microscopie :In the examples illustrated in FIGS. 1, 2 and 3, it is a dispersion of 1% by weight CNT in a 1% aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC). In the case of Figure 1, the dispersion is carried out by means of a ball mill, in the case of Figure 2, the dispersion is carried out under the same conditions by an ultrasonic device. In the case of Figure 3, the dispersion is carried out according to the method of the invention by first carrying out a dispersion with a ball mill and then a dispersion with an ultrasonic apparatus. Microscopy:

Les observations microscopiques montrent clairement une amélioration de l'état de dispersion en utilisant la combinaison des deux opérations de dispersion dans l'ordre précisé tel que décrit. Spectrophotométrie UV- visible :The microscopic observations clearly show an improvement in the state of dispersion using the combination of the two dispersion operations in the specified order as described. UV-visible spectrophotometry:

Les mesures d'intensité du rayonnement transmis à travers les dispersions de NTC permettent d'évaluer à concentration fixée, l'état de dispersion des NTC au sein de la solution. Ainsi, plus la transmission du signal est faible, meilleur est l'état de dispersion des NTC.Measurements of the intensity of the radiation transmitted through the CNT dispersions make it possible to evaluate, at a fixed concentration, the state of dispersion of the CNTs within the solution. Thus, the lower the signal transmission, the better the dispersion state of the CNTs.

A titre d'exemple, la cellule de détection utilisée est une sphère d'intégration qui permet d'analyser l'intégralité du signal transmis à travers l'échantillon.By way of example, the detection cell used is an integrating sphere that makes it possible to analyze the entirety of the signal transmitted through the sample.

La figure 4 illustre les courbes d'évolution d'intensité totale transmise par les différentes dispersions obtenues respectivement en effectuant une dispersion au moyen d'un appareil à cavitation par ultrasons : courbe Cl ; au moyen d'un broyeur à billes : courbe C2, au moyen d'un appareil à ultrasons puis d'un broyeur à billes : courbe C3 et enfin au moyen d'un broyeur à billes puis d'un appareil à ultrasons : courbe C4.FIG. 4 illustrates the evolution curves of total intensity transmitted by the different dispersions respectively obtained by dispersing by means of an ultrasonic cavitation apparatus: curve C1; by means of a ball mill: curve C2, by means of an ultrasonic apparatus then of a ball mill: curve C3 and finally by means of a ball mill and then of an ultrasonic apparatus: curve C4 .

On voit que le couplage broyeur à billes / ultrasons apporte une amélioration par rapport à l'utilisation d'une seule opération de dispersion. On remarque également que l'ordre dans lequel sont utilisés les deux opérations change les résultats. La dispersion semble optimale lorsqu'on passe d'abord la dispersion au broyeur à billes, puis aux ultrasons.It can be seen that the ball mill / ultrasound coupling provides an improvement over the use of a single dispersion operation. Note also that the order in which the two operations are used changes the results. The dispersion seems optimal when first passing the dispersion ball mill, then ultrasound.

Les ultrasons conduisent à « l'émiettement » progressif des agrégats (ce qui explique la coexistence d'agrégats de différentes tailles) alors que le broyeur à billes permet d'obtenir des dispersions plus homogènes avec des particules de tailles intermédiaires. Il est donc plus avantageux de commencer par réduire la taille des gros agrégats à l'aide du broyeur à billes, puis de compléter la dispersion à l'aide des ultrasons.Ultrasound leads to the gradual "crumbling" of aggregates (which explains the coexistence of aggregates of different sizes) whereas the ball mill produces more homogeneous dispersions with particles of intermediate sizes. It is therefore more advantageous to start by reducing the size of the large aggregates using the ball mill, then to complete the dispersion using ultrasound.

On peut également envisager deux passages au broyeur à billes avec un premier passage avec des billes de gros diamètre pour réduire la taille des agrégats à une dizaine de μm puis un deuxième passage avec des billes de plus petits diamètres pour affiner la dispersion et enfin un passage aux ultrasons.We can also consider two ball mill passes with a first pass with large diameter beads to reduce the size of aggregates to about ten microns and then a second pass with smaller diameter beads to refine the dispersion and finally a passage ultrasound.

Dans un autre exemple de réalisation, l'agitation mécanique des NTC en milieux aqueux est effectuée au moyen d'un mélangeur à haut cisaillement, cette opération étant suivie de l'agitation physique au moyen d'ultrasons.In another embodiment, the mechanical stirring of the CNTs in aqueous media is carried out by means of a high-shear mixer, this operation being followed by physical stirring by means of ultrasound.

A titre d'exemple le mélangeur à haut cisaillement est un appareil commercialisé sous la marque ultraturax®. L'ultraturax® est un mélangeur ultrarapide induisant des cisaillements importants. Afin de comparer les différents procédés de dispersion à savoir, une dispersion effectuée par un mélangeur à haut cisaillement, une dispersion effectuée par un appareil à ultrasons et une dispersion effectuée par le mélangeur à haut cisaillement suivie d'un mélange effectué par l'appareil à ultrasons. Les résultats obtenus sont visibles sur les images obtenues par microscope optique.By way of example, the high-shear mixer is an apparatus marketed under the trademark ultraturax®. Ultraturax® is an ultra-fast mixer that induces large shear. In order to compare the various dispersion processes namely, a dispersion carried out by a high shear mixer, a dispersion carried out by an ultrasonic apparatus and a dispersion carried out by the high shear mixer followed by a mixing carried out by the apparatus. ultrasound. The results obtained are visible on the images obtained by optical microscope.

La figure 5 correspond à la dispersion opérée par le mélangeur à haut cisaillement (L'ultraturax®), la figure 6 correspond à la dispersion opérée par l'appareil à ultrasons et la figure 7 correspond à la dispersion opérée en utilisant le mélangeur à haut cisaillement puis l'appareil à ultrasons. Le couplage mélangeur à haut cisaillement/ultrasons apporte un état de dispersion similaire à l'état de dispersion des NTC par rapport à un système ultrasons seul. Cependant, contrairement à une dispersion opérée au moyen d'un appareil à ultrasons, ce couplage apporte moins de limitation sur la valeur de la viscosité du milieu et sur la concentration en NTC. Lorsque l'état de dispersion requis sera important, on choisira l'association broyeur à billes / ultrasons.FIG. 5 corresponds to the dispersion carried out by the high-shear mixer (L'ultraturax®), FIG. 6 corresponds to the dispersion operated by the ultrasonic apparatus and FIG. 7 corresponds to the dispersion operated using the high-speed mixer. shear then the ultrasonic device. The high shear mixer / ultrasound coupling provides a state of dispersion similar to the dispersion state of the CNTs compared to an ultrasound system alone. However, unlike a dispersion operated by means of an ultrasonic apparatus, this coupling brings less limitation on the value of the viscosity of the medium and the concentration of CNT. When the required dispersion state will be important, the ball mill / ultrasound combination will be chosen.

Le graphique illustré par la figure 8 représente les courbes d'évolution d'intensité totale transmise par des dispersions aqueuses de NTC suivant les deux exemples de réalisation décrits. La dispersion de NTC opérée par mélangeur à haut cisaillement suivie d'une dispersion par ultrasons a une courbe de conductivité C6 sur la figure 8. La dispersion de NTC opérée par broyeur à billes suivie d'une dispersion par ultrasons a une courbe de conductivité C5 sur cette figure 8.The graph illustrated in FIG. 8 represents the curves of evolution of total intensity transmitted by aqueous dispersions of CNTs according to the two example embodiments described. The high shear mixer NTC dispersion followed by ultrasonic dispersion has a C6 conductivity curve in FIG. 8. The ball-milled NTC dispersion followed by ultrasonic dispersion has a C5 conductivity curve. in this figure 8.

On peut voir à partir du graphique représenté sur la figure 9 que l'utilisation d'un broyeur à billes permet de nettement augmenter la conductivité électrique des dispersions de NTC. Malgré l'utilisation d'ultrasons, les niveaux de conductivité atteints par association des deux systèmes : broyeur à billes et ultrasons, restent élevés, comparativement aux niveaux obtenus par simple utilisation des ultrasons ou du mélangeur à haut cisaillement (L'ultraturax®) ou par couplage des deux.It can be seen from the graph shown in Figure 9 that the use of a ball mill significantly increases the electrical conductivity of the NTC dispersions. Despite the use of ultrasound, the levels of conductivity achieved by combining the two systems: ball mill and ultrasound, remain high, compared to levels obtained by simple use of ultrasound or the high shear mixer (L'ultraturax®) or by coupling the two.

La figure 10 illustre le système selon l'exemple préféré de réalisation consistant à utiliser un broyeur à billes 10 puis un appareil à ultrasons 20 (sonde plongeant dans le mélange milieu liquide et NTC).Figure 10 illustrates the system according to the preferred exemplary embodiment of using a ball mill 10 and then an ultrasonic apparatus 20 (probe immersed in the liquid medium mixture and NTC).

La matrice liquide est introduite dans le broyeur à billes avec les NTC comme indiqué par la flèche sur la figure. Après agitation pendant par exemple une heure, le mélange peut ensuite être pompé pour être soumis aux ultrasons dans l'appareil 20. On peut procéder par séquences successives d'impulsions continues d'ultrasons de manière à soumettre le mélange une dizaine de fois pendant quelques minutes (4 minutes par exemple) en laissant refroidir le mélange entre deux séquences ; on peut également procéder à une seule séquence d'ultrasons de 50 minutes par exemple avec des impulsions de 50 secondes par minute.The liquid matrix is introduced into the ball mill with the CNTs as indicated by the arrow in the figure. After stirring for example for one hour, the The mixture can then be pumped to be subjected to ultrasound in the apparatus 20. It is possible to proceed by successive sequences of continuous pulses of ultrasound so as to subject the mixture a dozen times for a few minutes (4 minutes for example), leaving cool the mixture between two sequences; it is also possible to carry out a single ultrasound sequence of 50 minutes, for example with pulses of 50 seconds per minute.

A titre d'exemple, on pourra utiliser le broyeur à billes 10 commercialisé sous la référence : Dispermat® SL-25.By way of example, it will be possible to use the ball mill 10 marketed under the reference: Dispermat® SL-25.

Et l'appareil à ultrasons commercialisé sous la référence : Branson Digital sonifier® S450-D.And the ultrasound device marketed under the reference: Branson Digital sonifier® S450-D.

Des dispersions homogènes ont été obtenues avec d'autres dispersants et des dispersions en nanotubes de carbone assez chargées, par exemple de quelques dixièmes de % à 1 ou 2 % en NTC, et on a par exemple des optimums pour les ratios rl/r2 suivants:Homogeneous dispersions have been obtained with other dispersants and relatively charged carbon nanotube dispersions, for example from a few tenths of% to 1 or 2% in CNT, and there are, for example, optima for the following ratios r1 / r2. :

* entre 0,5 et 1 pour le dédocylsulfate de sodium (SDS) selon la quantité de nanotubes et selon qu'il s'agit de NTC multiparois (MW) ou monoparoi (SW),between 0.5 and 1 for sodium dedocyl sulphate (SDS) according to the quantity of nanotubes and whether it is multiwall NTC (MW) or single-walled (SW),

* autour de 3 pour l'acide polyacrylique (PAA),* around 3 for polyacrylic acid (PAA),

* autour de 1 ,2 pour l'ethacryl G, * pour le Polyoyethylene (20) Stearyl connu par son nom commercial Brij78* around 1, 2 for ethacryl G, * for Polyoyethylene (20) Stearyl known by its trade name Brij78

(marque déposée) utilisé actuellement sur un filage direct on est à 0, 5 pour les NTC monoparoi (SW) et à 0,75 pour les NTC multiparois (MW). (registered trademark) currently used on direct spinning is 0, 5 for single-turn NTC (SW) and 0.75 for multi-wall NTC (MW).

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de dispersion de nanotubes de carbone (NTC), dans un milieu liquide consistant à mélanger les NTC dans le milieu liquide, caractérisé en ce que le milieu comprend une matrice fluide et un agent de dispersion avec un ratio massique rl/r2 entre la charge en NTC dans le milieu et l'agent de dispersion compris entre 0,25 et 7, le mélange consistant en au moins une première agitation physique effectuée avec un broyeur à billes et ensuite une deuxième agitation physique effectuée par un appareil à ultrasons.1. A method for dispersing carbon nanotubes (CNTs) in a liquid medium consisting in mixing the CNTs in the liquid medium, characterized in that the medium comprises a fluid matrix and a dispersing agent with a mass ratio r1 / r2 between the charge in NTC in the medium and the dispersing agent of between 0.25 and 7, the mixture consisting of at least a first physical stirring carried out with a ball mill and then a second physical stirring carried out by an ultrasonic apparatus. 2. Procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les NTC sont introduits préalablement dans le milieu liquide, en ce qu'une agitation est opérée par un ou plusieurs passages successifs dans le broyeur à billes et en ce que, le mélange par l'appareil à ultrasons est réalisé après ce ou ces passages successifs dans le broyeur à billes.2. Process for dispersing CNTs, in a liquid medium according to claim 1, characterized in that the CNTs are introduced beforehand into the liquid medium, in that stirring is performed by one or more successive passages in the ball mill. and in that the mixing by the ultrasonic apparatus is carried out after this or these successive passages in the ball mill. 3. Procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le milieu liquide constitue une matrice dont la viscosité est comprise entre 0,1 et 10000 mPa.s.3. Process for dispersing CNTs, in a liquid medium according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid medium constitutes a matrix whose viscosity is between 0.1 and 10000 mPa.s. 4. Procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de charge de NTC dans le milieu liquide est de 0,1 à 5 % en masse et de préférence compris entre 0,1% et 3% en masse.4. Process for dispersing CNTs, in a liquid medium according to any one of the preceding claims, characterized in that the CNT loading rate in the liquid medium is 0.1 to 5% by weight and preferably between 0.1% and 3% by weight. 5. Procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent de dispersion est choisi parmi les polymères so lubies dans la matrice fluide comme par exemple les polymères anio niques dans l'eau.5. Process for dispersing CNTs in a liquid medium according to claim 1, characterized in that the dispersing agent is chosen from polymers which are soluble in the fluid matrix, for example anionic polymers in water. 6. Procédé de dispersion de NTC, dans un milieu liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice liquide comprend 1% en masse de polymère anio nique comme par exemple du Carboxy Methyl Cellulose de Sodium (CMC). 6. Process for dispersing CNTs in a liquid medium according to claim 1, characterized in that the liquid matrix comprises 1% by weight of anionic polymer, for example Sodium Carboxy Methyl Cellulose (CMC). 7. Système de mise en œuvre du procédé de dispersion de NTC dans un milieu liquide, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier appareil d'agitation physique et un deuxième appareil d'agitation physique de type différent, le premier appareil (10) d'agitation physique étant un broyeur à billes, le deuxième appareil (20) d'agitation physique étant un appareil à ultrasons.7. System for implementing the CNT dispersion method in a liquid medium, according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a first physical stirring apparatus and a second physical stirring apparatus of different type, the first physical agitation apparatus (10) being a ball mill, the second physical agitation apparatus (20) being an ultrasonic apparatus. 8. Dispersion homogène de NTC dans un milieu aqueux ayant une viscosité comprise entre 0,1 et 10000 mPa.s, obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Homogeneous dispersion of CNTs in an aqueous medium having a viscosity of between 0.1 and 10,000 mPa.s, obtained by the process according to any one of Claims 1 to 6.
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