BR112015008949B1 - Método para formação de um compósito de matriz de polímero de grafeno-reforçado - Google Patents

Método para formação de um compósito de matriz de polímero de grafeno-reforçado Download PDF

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Abstract

método para formação de um compósito de matriz de polìmero de grafeno-reforçado. revela-se um método para a formação de um compósito com matriz de polímero reforçado com grafeno. 0 método inclui a distribuição de micropartículas de grafite na fase fundida de polímero termoplástico; e a aplicação de uma sucessão de eventos de deformação por cisalhamento à fase de polímero fundido de modo que a fase de polímero fundido esfolie sucessivamente a grafite a cada evento até que, pelo menos, 50% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polímero de camadas simples ou múltiplas de nanopartículas de grafeno com menos de 50 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica, ao abrigo da 35 U.S.C. §119(e), prioridade do Pedido de Patente Provisória norte- z americana de No. de série 61/716.461, depositada em 19 de outubro de 2012, *que é incorporada por referência na sua totalidade no presente pedido de patente.
DOMÍNIO DA INVENÇÃO
[002] A presente invenção relaciona-se com métodos de mistura de alta eficiência para transformar um compósito polímero contendo partículas de grafite bem-cristalizadas em partículas de grafeno de camada simples ou múltipla nano- dispersas com várias aplicações comerciais.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] As composições polímeras são cada vez mais utilizadas em uma grande variedade de áreas que têm tradicionalmente empregado outros materiais tais como metais. Os polímeros possuem uma diversidade de propriedades físicas desejáveis, são leves, e de baixo custo. Além disso, muitos materiais polímeros podem ser formados com diferentes configurações e feitios, exibem flexibilidade significativa nas formas que assumem e podem ser utilizados para revestimentos, dispersões, extrusão e moldagem de resinas, pastas, pós, e outros semelhantes.
[004] As diversas aplicações para as quais seria desejável utilizar composições de polímeros requerem materiais com condutividade elétrica. No entanto, um número significativo dos materiais polimeros não são intrinsecamente condutores elétricos ou térmicos o suficiente para muitas destas aplicações.
[005] 0 grafeno é uma substância composta de carbono puro, no qual os átomos são posicionados num padrão hexagonal em uma folha densamente comprimida com a espessura de um átomo. Esta estrutura é a base para a compreensão das propriedades de muitos materiais à base de carbono, incluindo grafite, grandes fulerenos, nanotubos e similares (por exemplo, nano- tubos de carbono são geralmente considerados como folhas de grafeno enroladas em cilindros de nanometres de diâmetro). O grafeno é uma folha plana única de átomos de carbono sp2 ligados. O grafeno não é um alótropo de carbono porque a folha é de tamanho finito e outros elementos podem ser ligados na borda em proporções estequiométricas não evanescentes.
[006] Quando usado para reforçar polimeros, o grafeno, em qualquer forma, aumenta a resistência do polimero pela inibição da propagação de trincas. 0 grafeno também é adicionado a outros polimeros e composições para proporcionar condutividade elétrica e térmica. A condutividade térmica do grafeno torna-o ideal para um aditivo de controle de temperatura (por exemplo, a dissipação de calor planar) para dispositivos eletrônicos e lasers. Algumas aplicações comerciais de compósitos de matriz de polimero reforçado com fibra de carbono (CF-PMCs) incluem sistemas de aeronaves e aeroespaciais, automotivos, eletrônicos, defesa/segurança governamental, vasos de pressão, e câmaras de reatores, entre outros.
[007] Os progressos no desenvolvimento de métodos de baixo custo para efetivamente produzir compósitos de matriz polimérica (G-EPM) reforçados com grafeno continua a ser muito lento. Atualmente, alguns dos desafios existentes que afetam o desenvolvimento de G-PMCs viáveis para utilização em aplicações no mundo real são que os materiais utilizados são caros e as manipulações quimicas ou mecânicas presentemente utilizados não são práticas para a produção comercial em larga escala. Seria, portanto, desejável, um método de baixo custo para produzir G-PMC adequado para a produção comercial em larga escala, que oferecesse propriedades com muitas vantagens, incluindo o aumento de propriedades de rigidez e resistência especificas, melhor condutividade eléctrica/térmica, e retenção de transparência óptica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[008] A presente invenção proporciona métodos de processamento de polimeros para fabricar uma matriz de polimero compósito (G-PMC) grafeno-reforçada pelo escoamento elongacional e dobragem de partículas de grafite bem cristalizadas dispersas numa matriz de polimero fundido.
[009] Em um aspecto, proporciona-se neste pedido de patente um método para a formação de um compósito com matriz de polimero grafeno-reforçada, que inclui: a distribuição de microparticulas de grafite na fase fundida do polimero termoplástico; e a aplicação de uma sucessão de eventos de tensão de cisalhamento na fase fundida do polímero de modo a que a fase fundida do polímero esfolie a grafite sucessivamente a cada evento até que pelo menos 50% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polímero de uma ou múltiplas -camadas de nano- partículas de grafeno inferiores a 50 nanômetros de espessura ao longo de uma direção do eixo c.
[0010] Em certas concretizações, as partículas de grafite podem ser preparadas por trituração a dimensões médias de milímetros de um mineral que contenha grafite.
[0011] Em certas concretizações, as partículas de tamanho milimétrico podem ser reduzidas a dimensões micrométricas usando um moinho de bolas ou moagem por atrito.
[0012] Em certas concretizações, as partículas de grafite são extraídas da mistura de partículas de tamanho micrométrico por um método de flutuação.
[0013] Em certas formas de realização, as partículas de grafite extraídas podem ser incorporadas numa matriz polimérica usando uma extrusora de parafuso simples com elementos de misturação extensional axial estriados ou elementos de misturação extensional com ranhuras em espiral.
[0014] Em certas concretizações, a matriz de polímero contendo grafite é submetida a extrusão repetida para induzir esfoliação do material grafítico, formando assim uma dispersão uniforme de nanopartículas de grafeno na matriz de polímero.
[0015] Em certas concretizações, o polímero é selecionado do grupo que consiste em poliéter-etercetonas, polietercetonas, sulfetos de polifenileno, sulfetos de polietileno, polieterimidas, fluoreto de poli- vinilideno, policarbonatos, polissulfonas, éteres/óxidos de polifenileno, nylons, poliésteres aromáticos termoplástico, polissulfonas aromáticas, poli-imidas termoplásticas, polímeros de cristal líquido, elastómeros termoplásticos, polietilenos, polipropilenos, poliestireno, polimetilmetacrilato,1 poliacrilonitrilo, polietileno de peso molecular ultraelevado, politetrafluoroetileno, acrilonitrilo-butadieno-estireno, policarbonatos, poliamidas, óxido de polifenileno, sulfeto de polifenileno, plástico polioximetileno, poli-imidas, poliariletercetonas, polieterimida, cloreto de polivinila, fluoreto de polivinilideno, acrílicos, sulfeto de polifenileno, óxido de polifenileno, e suas misturas.
[0016] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 50% do grafite seja esfoliado para formar uma distribuição de nanopartículas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 25 nanómetros de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polímero.
[0017] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 50% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanopartículas de grafeno em camadas simples e múltiplas com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0018] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 90% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanoparticulas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 10 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0019] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 80% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanoparticulas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 10 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0020] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 75% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanoparticulas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 10 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0021] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 70% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanoparticulas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 10 nanometres de espessura ao longo da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0022] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 60% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição de nanoparticulas de grafeno em camadas simples e múltiplas de menos de 10 nanômetros de espessura ao longo ■ da direção do eixo c na fase fundida do polimero.
[0023] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a grafite pode ser dopada com outros elementos para modificar a quimica de superfície das nanopartxculas esfoliadas do grafeno.
[0024] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, a grafite é grafite expandida.
[0025] Em certas concretizações, em combinação com outras concretizações, uma quimica de superfície ou nanoestrutura da grafite dispersa pode ser modificada para aumentar a força de ligação com a matriz polimérica e aumentar a força e rigidez do compósito grafeno.
[0026] Em certas concretizações em combinação com concretizações, um alinhamento direcional das nanoparticulas de grafeno é usado para obter reforço uni, bi ou tridimensional da fase de matriz polimera.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0027] A FIG. 1 é um fluxograma que ilustra várias etapas que um método de fabricação de um polimero de matriz compósito reforçado com grafeno por esfoliação in situ, pode implementar.
[0028] A FIG. 2 é um gráfico que ilustra a tensão de cisalhamento versus o registro da taxa de deformação versus o registro do cisalhamento de coletados para um polímero em três temperaturas constantes diferentes.
[0029] A FIG. 3 ilustra a análise da morfologia de 2% de grafite esfoliada em polissulfona com'tempos de mistura de 3 minutos, 30 minutos e 90 minutos de acordo com um método de esfoliação in situ da presente revelação.
[0030] A FIG. 4 ilustra micrografias de 90G-PMC em várias escalas e níveis de ampliação, de acordo com um método de esfoliação in situ da presente revelação.
[0031] A FIG. 5 ilustra um gráfico da equação de Debye- Scherrer aplicado aos resultados médios da XRD de cada grafite 2% esfoliada em polissulfona de acordo com um método de esfoliação in situ da presente revelação.
[0032] A FIG. 6 ilustra um gráfico que representa o tamanho do cristal versus FWHM de 2% de grafite esfoliada em polissulfona de acordo com um método de esfoliação in situ da presente revelação.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0033] Esta revelação não está limitada aos SISTEMAS particulares, metodologias ou protocolos descritos, visto que esses podem variar. A terminologia usada na presente descrição tem o propósito de descrever as versões ou concretizações particulares apenas e não se destina a limitar o âmbito.
[0034] Tal como utilizado neste documento, as formas singulares "um," "uma," e "o" incluem referência plural a menos que o contexto dite claramente o contrário. A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos aqui utilizados têm o mesmo significado que o normalmente entendido por um perito com habilidade comum na técnica. Todas as publicações mencionadas neste documento são nele iAcorporadas por referência. Todos os tamanhos citados neste documento o são unicamente a título de exemplo, e a invenção não está limitada a estruturas que têm os tamanhos ou dimensões especificas recitados abaixo. Nada neste documento deve ser interpretado como uma admissão de que as concretizações descritas neste documento não podem antedatar esta divulgação em virtude de invenção anterior. Tal como utilizado neste pedido de patente, o termo "compreender" significa "incluir, entre outros."
[0035] O(s) termo (s) a seguir deve (m) ter, para fins deste pedido de patente, os respectivos significados definidos abaixo:
[0036] O termo "grafeno" refere-se ao nome dado a uma camada simples de átomos de carbono densamente comprimido numa estrutura em anel de benzeno. O termo grafeno, quando usado sozinho, pode se referir a múltiplas camadas de grafeno, flocos de grafeno, plaquetas de grafeno, e poucas camada de grafeno ou camada única de grafeno em sua forma pura e não contaminada.
[0037] A presente invenção proporciona um método de misturação de alta eficiência para transformar um composto de polimero que contém partículas de grafite bem cristalizadas em camada simples ou múltipla de partículas nano-dispersas de grafeno. O método envolve a esfoliação in situ das camadas de grafite pela combinação num extrusor ou misturador em lote que conferem taxas elevadas repetitivas de deformação por cisalhamento. Em ambos os processos, os tempos de mistura mais longos proporcionam maior esfoliação da grafite em nanopartículas de grafeno dentro do compósito matricial de polímero (PMC, na sigla em inglês). Além disso, aditivos podem ser utilizados para promover a ligação suficiente grafeno/polímero obtendo-se, assim, um compósito grafeno-reforçado com polímero matricial de baixa densidade (G-PMC, na sigla em inglês). Esse é um método de baixo custo para produzir G-PMC que oferece inúmeras vantagens de propriedade, incluindo o aumento da rigidez específica e resistência, maior condutividade elétrica/térmica, e retenção de transparência óptica.
[0038] Composição repetida durante o processo de extrusão por parafuso simples ou de misturação em lote é utilizado para transformar progressivamente a dispersão inicial das partículas de grafite em uma nano-dispersão uniforme de nanopartículas de grafeno discretas. Em alguns casos, gás inerte ou vácuo podem ser usados durante o processamento. O método é descrito neste pedido de patente como esfoliação "mecânica" para distingui-lo da esfoliação "química", que é o principal foco de grande parte da pesquisa atual. Uma vantagem do método mecânico é que durante a mistura de alto- cisalhamento são formadas interfaces grafeno-polímero livres de contaminação, assegurando, assim, uma boa adesão ou colagem interfacial. Outras vantagens da esfoliação in situ são as de que ela evita a fabricação e o manuseio dos flocos de grafeno, bem como os dispersa uniformemente na fase de matriz polimérica.
[0039] Consoante o número de eventos de deformação por cisalhamento in situ, o método fornece grafeno multicamada, flocos de grafeno, plaquetas de grafeno, grafeno em1 poucas camadas ou grafeno em camada única na forma pura e não contaminada. As plaquetas têm rigidez semelhante ao diamante e são usados para o reforço de polimeros. 0 grafeno em qualquer forma aumenta, como um reforço para polimeros, a resistência do polimero e inibe a propagação de fissuras. O grafeno pode ser usado como um aditivo a outros polimeros e composições para proporcionar condutibilidade elétrica e térmica. A condutividade térmica do grafeno o torna um aditivo desejável para a gestão térmica em dispositivos eletrônicos e lasers.
[0040] Grafite, o material de partida do qual é formado o grafeno, é composto de uma estrutura plana em camadas na qual os átomos de carbono em cada camada estão dispostos numa malha hexagonal. As camadas planares são definidas como tendo um eixo "a" e um "b", com um eixo "c" normal ao plano definido pelos eixos "a" e "b". As partículas de grafeno produzidas pelo método da invenção têm a proporção da imagem definida pelas distâncias nos eixos "a" ou "b" dividida pela distância no eixo "C". Os valores da proporção da imagem para as nanopartículas da invenção ultrapassam 25:1 e normalmente variam entre 50:1 e 1000:1.
[0041] Deve-se entender que, essencialmente, qualquer polímero inerte à grafite capaz de transmitir tensão de cisalhamento suficiente para esfoliar o grafeno do grafite pode ser utilizado no método da presente invenção. Exemplos de tais polímeros incluem, entre outros, polieter-etercetona (PEEK, na sigla em inglês), po’lietercetona (PEK, na sigla em inglês), sulfeto de polifenileno (PPS, na sigla em inglês), sulfeto de polietileno (PES, na sigla em inglês), polieterimida (PEI), fluoreto de polivinilideno (PVDF, na sigla em inglês), polissulfona (PSU), policarbonato (PC), éter/óxido de polifenileno, nylons, poliésteres termoplásticos aromáticos, polissulfonas aromáticas, poli- imidas termoplásticas, polímeros de cristal líquido, elastômeros termoplásticos, polietileno, polipropileno, poliestireno (PS), polimetilmetacrilato (PMMA), poliacrilnitrilo (PAN), polietileno de peso molecular ultraelevado, (UHMWPE, na sigla em inglês), politetrafluoroetileno (PTFE/teflon), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS, na sigla em inglês), policarbonatos (PC), poliamidas (PA), óxido de polifenileno (PPO, na sigla em inglês), sulfeto de polifenileno (PPS, na sigla em inglês), polioximetileno plástico (POM / acetais), poli- imidas, poliariletercetonas, polieterimida (PEI), cloreto de polivinila (PVC, na sigla em inglês), fluoreto de polivinilideno (PVDF, na sigla em inglês), acrílicos, sulfeto de polifenileno (PPS, na sigla em inglês), óxido de polifenileno (PPO, na sigla em inglês), suas misturas, e semelhantes. Polimeros capazes de molhar a superficie da grafite podem ser utilizados bem como polimeros amorfos de ponto de fusão elevado de acordo com o método da presente invenção.
[0042] O grafeno pode ser produzido como uma mistura grafeno-polimero adequada para utilização como uso no estado como1 um G-PMC que pode ser peletizado por meios convencionais para o processamento subsequente de fabricação. Alternativamente, as concentrações mais elevadas de grafite podem ser utilizadas no inicio para proporcionar um lote mestre de grafeno-polimero sob a forma concentrada, que também possa ser peletizada, e, em seguida, utilizada para adicionar grafeno a composições poliméricas como um agente de reforço. Como uma alternativa adicional, o grafeno pode ser separado a partir do polimero, por exemplo, por combustão ou dissolução seletiva, para proporcionar partículas essencialmente puras de grafeno.
[0043] 0 grafeno reforçado com polimeros de acordo com a presente invenção contém tipicamente entre cerca de 0,1 e cerca de 30% em peso de grafeno. Mais tipicamente, os polimeros contêm entre cerca de 1,0 e cerca de 10% em peso de grafeno. Lotes mestre de polimero contêm normalmente entre cerca de 5 e cerca de 50% em peso de grafeno, e mais tipicamente entre cerca de 10 e cerca de 30% em peso de grafeno.
[0044] A disponibilidade de depósitos minerais ricos em grafite, que contenham concentrações relativamente elevadas (por exemplo, cerca de 20%) de grafite bem cristalizada, contribui para um baixo custo e fonte praticamente inesgotável de matéria-prima. Como discutido abaixo, a extração de partículas de grafite a partir de material minerado pode ser realizada de forma efetiva em custo. Grafite sintética de elevado grau de pureza e cristalinidade excepcional (por exemplo, grafite pirolitica) também pode ser utilizada para o mesmo fim. No entanto, neste caso, o processo de esfoliação induzida pela composição de extrusão ou de misturação em lotes cria um compósito laminado, em que as nanoparticulas de grafeno são orientadas sobre uma área relativamente grande. Tais compósitos laminados podem ser preferenciais para aplicações especificas.
[0045] A esfoliação mecânica da grafite numa matriz de polimero pode ser conseguida por uma técnica de processamento de polimeros que confere eventos repetitivos de elevada deformação por cisalhamento para esfoliar mecanicamente as microparticulas de grafite em camada múltipla ou única de nanoparticulas de grafeno dentro da matriz de polimero.
[0046] Para os fins da presente invenção, as microparticulas de grafite são definidas como grafite nas quais pelo menos 50% da grafite consiste em cristais de grafite multicamada que variam entre 1,0 e 1000 microns de espessura ao longo do eixo C da estrutura em malha. Tipicamente, 75% da grafite consiste em cristais que variam entre 100 e 750 microns de espessura. Grafite expandida, também pode ser utilizada. Grafite expandida é produzida forçando os planos da malha de cristal de grafite a se separar em flocos naturais, expandindo assim a grafite, por exemplo, pela imersão dos flocos da grafite num banho de ácido de ácido crômico e, em seguida, ácido sulfúrico concentrado. Grafite expandida adequada para utilização na presente invenção inclui a grafite expandida com bordas abertas no nivel de duas camadas, tais como MESOGRAF.
[0047] Uma sucessão de eventos de deformação1 por cisalhamento é definida como a sujeição do polimero fundido a uma série alternante de taxas mais altas e taxas mais baixas de deformação por cisalhamento ao longo de praticamente os mesmos intervalos de tempo, para que uma série pulsante de forças de cisalhamento mais elevadas e mais baixas associadas com a taxa de deformação por cisalhamento são aplicadas às partículas de grafite no polímero fundido. Taxas de deformação por cisalhamento mais altas e mais baixas são definidas como uma taxa inicial mais alta de deformação por cisalhamento que seja pelo menos duas vezes a magnitude da segunda e mais baixa taxa de deformação por cisalhamento. A taxa de deformação de cisalhamento inicial variará entre 100 e 10.000 sec-1. Pelo menos 1000 a mais de 10.000.000 de pulsos alternantes mais altos e mais baixos de deformação por cisalhamento são aplicados ao polímero fundido para formar as nanopartículas esfoliadas de grafeno. 0 número de pulsos alternantes necessários para esfoliar partículas de grafite em partículas de grafeno pode ser dependente das dimensões das partículas originais de grafite no início desse processo, ou seja, partículas originais pequenas de grafite podem necessitar de um menor número de pulsos alternantes para conseguir grafeno do que as particulas originais maiores de grafite. Isso pode ser facilmente determinado por um perito com habilidade comum na técnica guiado pela presente especificação sem experimentação indevida.
[0048] Depois da misturação de alto cisalhamento, os flocos de grafeno no polimero’fundido são uniformemente dispersos, orientados aleatoriamente, e têm elevada proporção de imagem. A orientação do grafeno pode ser conseguida por muitos métodos diferentes. Métodos convencionais de puxar, laminar e extrudar podem ser utilizados para alinhar direcionalmente o grafeno na fibra PMC, filamento, fita, chapa ou qualquer outra forma de aspecto alongado. O método de fabricar e caracterizar o G-PMC é composto de quatro etapas principais e é melhor descrito abaixo: 1. A extração de particulas cristalinas de grafite de uma fonte de minerais; 2. A incorporação das particulas extraídas de grafite numa fase da matriz de polimero e a conversão do polimero contendo grafite numa matriz de polimero compósito reforçado com grafeno (G-PMC) por um processo de misturação/esfoliação de alta eficiência; 3. Análise morfológica para determinar a extensão da esfoliação mecânica e a distribuição de grafeno multicamada e nanopartículas de grafeno; e 4. Análise por difração de raios-X para determinar o tamanho do grafeno multicamada ou do cristal de grafeno como uma função da esfoliação mecânica.
[0049] Grafite altamente cristalino pode ser extraído de minérios de grafite por um processo multipasse, como descrito abaixo. 1. Esmagamento: Uma haste de minério de grafite ! extraída da mina pode ser colocada em um torno de bancada e esmagada. 2. Moagem: 0 minério de grafite esmagado pode ser então triturado por pilão e gral. 3. Redução de tamanho: 0 minério de grafite moido pode ser colocado em uma peneira com tamanho de malha de 1 mm para reduzir seu tamanho. Pedaços maiores que não passam pela tela podem ser moídos por pilão e gral e em seguida, ter seu tamanho novamente reduzido pela malhagem de 1 mm. Finalmente, todo o material é passado através da malha de tamanho de 1 mm para obter pó de minério de grafite. 4. A separação por densidade da água: O pó com 1 mm de tamanho, pode ser colocado em uma coluna cheia com água e agitado até que uma separação clara se forme entre as porções mais densas e as porções menos densas dos sólidos. A grafite tem aproximadamente a densidade da água (1 g/cm3), enquanto que o silício é muito mais denso (2,33 g/cm3). Os materiais na parte de cima são sifonados com a água e depois secados. A grafite em pó seco é chamada Separado Mineral de Grafite (SMG).
[0050] Na prática comercial, máquinas de moagem e esmagamento muito grandes estão disponíveis para a produção em quantidades de arqueação de pós misturados, a partir do qual o componente de grafite pode ser separado por métodos convencionais de flutuação.
[0051] Referindo-se agora à FIG. 1, um método de acordo com a presente invenção está representado num diagrama de fluxo que ilustra as várias etapas que um método de esfoliação in situ para a fabricação de G-PMC pode implementar. Nesse método, um polimero uniformemente misturado com partículas de grafite cristalina micronizadas é submetido a processamento repetido combinação-elemento durante o lote de misturação ou de extrusão a uma temperatura em que o polimero adere às partículas de grafite. Polimeros típicos têm uma viscosidade de calor (sem grafite) maior do que 100 mPA.s à temperatura de composição. A temperatura da composição variará com o polimero e pode estar entre a temperatura ambiente (para os polimeros que são fundido à temperatura ambiente) e 600 °C. As temperaturas tipicas de composição variarão entre 180 °C e 400 °C.
[0052] Numa concretização, os elementos da composição de extrusão são como descritos na Patente norte-americana No. 6.962.431, cuja revelação é incorporada por referência neste pedido de patente, com secções de composição, conhecidas como elementos de misturação extensional estriados axialmente ou elementos de misturação extensional com ranhuras em espiral. As seções de composição atuam para alongar o fluxo do polimero e grafite, seguido de dobragem e alongamento repetidos do material. Isso resulta numa misturação distributiva superior, o que, por sua vez, provoca a esfoliação progressiva das particulas de grafite em nanopartículas discretas de grafeno. Misturadores descontínuos também podem ser equipados com elementos de misturação equivalentes.
[0053] Assim, o efeito de cada passagem da composição é a remoção por cisalhamento das camadas de grafeno' uma após a outra, de tal modo que as partículas originais de grafite são gradualmente transformadas em um grande número de nanopartículas de grafeno. Depois de um número adequado de tais passagens, o resultado final é uma dispersão uniforme de nanopartículas de grafeno discretas na fase da matriz polimérica. Tempos de mistura mais longo ou um maior número de passagens pelos elementos de composição fornecem tamanho menor de cristal de grafite e esfoliação superior da grafite em nanopartículas de grafeno dentro da matriz de polímero, no entanto, os eventos de cisalhamento não deverão ter duração tal que degradem o polímero.
[0054] À medida que a densidade das nanopartículas de grafeno aumente durante a extrusão de múltiplas passagens, a viscosidade da matriz do polímero aumenta, devido à influência do número crescente de interfaces polímero/grafeno. Para garantir o refinamento constante da estrutura compósita, os parâmetros de extrusão são ajustados para compensar a viscosidade mais elevada do compósito.
[0055] Sistemas de extrusão automáticos estão disponíveis para submeter material compósito a tantas passagens quantas desejadas, com elementos de misturação, tal como descrito na Patente norte-americana No. 6.962.431, e equipados com fluxo de recirculação para dirigir o fluxo de volta para a entrada da extrusora. Como o processamento do PMC reforçado com grafeno é direto, e não envolve a manipulação de partículas de grafeno, os custos de fabricação são baixos.
[0056] A fim de esfoliar a grafite mecanicamente em grafeno e/ou grafeno multicanJada, a taxa de deformação por cisalhamento gerada no polimero durante o processamento deve causar uma tensão de cisalhamento nas partículas de grafite maior do que a tensão critica necessária para separar duas camadas de grafite, ou a resistência a cisalhamento intercamada (ISS, na sigla em inglês). A taxa de deformação por cisalhamento no interior do polimero é controlada pelo tipo de polimero e os parâmetros de processamento, incluindo a geometria do misturador, temperatura de processamento, e revoluções por minuto (RPM).
[0057] A temperatura de processamento e RPM necessárias para um polimero particular podem ser determinadas a partir de dados da reologia do polimero, dado que, a uma temperatura constante, a taxa de deformação por cisalhamento (y) é linearmente dependente das RPM, como na Equação 1. A geometria do misturador aparece como o raio do rotor, r, e o espaço entre o rotor e o casco, Δr. Equação 1
Figure img0001
[0058] Os dados coletados da reologia do polimero para urn polimero particular nas três temperaturas diferentes fornece um gráfico do registro da tensão de cisalhamento em relação ao registro da taxa de deformação por cisalhamento, conforme ilustrado na FIG. 2. 0 ISS da grafite varia entre 0,2 MPa - 7 GPa, mas um novo método quantificou o ISS em 0,14 GPa. Assim, para esfoliar mecanicamente a grafite numa matriz de polimero durante o processamento, a temperatura de processamento necessária, a taxa de deformação por cisalhamento, e a RPM podem ser determinadas para um polimero em particular a partir da Fig. 2, de modo que a tensão de cisalhamento no interior do polimero seja igual a ou maior do que o ISS da grafite. Em condições tipicas de processamento, polimeros têm energia de superfície suficiente para comportar-se como o lado adesivo da fita adesiva, e assim são capazes de compartilhar a tensão de cisalhamento entre o polimero fundido e as partículas de grafite.
[0059] Numa concretização, um método para formar o G-PMC inclui a distribuição de microparticulas de grafite na fase fundida de polimero termoplástico. Uma sucessão de eventos de deformação por cisalhamento é então aplicada à fase de polimero fundido de modo a que a fase de polimero fundido esfolie a grafite sucessivamente a cada evento até, pelo menos, 50% da grafite ser esfoliada para formar uma distribuição na fase de polimero fundido de camada simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 50 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c.
[0060] Em certas concretizações, as particulas de grafite podem ser preparadas por esmagamento de um mineral que contenha grafite para dimensões médias milimétricas. As particulas de tamanho milimétrico podem ser reduzidas a dimensões de tamanho micrométrico pelo uso de um moinho de bolas e moagem por atrito.
[0061] Em certas concretizações, as particulas de grafite podem ser extraídas da mistura de particulas de tamanho micrométrico por um método de flutuação. As particulas de grafite extraídas podem ser incorporadas na matriz polimérica usando uma extrusora de parafuso único com elementos de misturação extensional axialmente estriadas ou elementos de misturação extensional com ranhuras em espiral. A matriz de polimero contendo grafite é submetida a extrusão repetida tal como descrito no presente documento para induzir esfoliação do material grafitico, formando assim uma dispersão uniforme de nanopartículas de grafeno na matriz de polimero.
[0062] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 50% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanopartículas de grafeno de menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0063] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 90% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0064] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 80% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0065] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 75% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0066] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 70% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0067] Em outras concretizações, a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 60% da grafite tenha sido esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polimero de camadas simples e múltiplas de nanoparticulas de grafeno com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo a direção do eixo c.
[0068] Em outras concretizações, a grafite pode ser dopada com outros elementos para modificar a composição quimica da superfície das nanopartícuias esfoliadas de grafeno. A grafite é grafite expandida.
[0069] Em outras concretizações, a química de superfície ou a nanoestrutura da grafite dispersa podem ser modificadas para aumentar a força de ligação com a matriz polimérica para aumentar a força e resistência do compósito de grafeno.
[0070] Em outras concretizações, o alinhamento direcional das nanopartícullas de grafeno é usado para obter reforço uni, bi ou tridimensional da fase de matriz polimérica.
[0071] EXEMPLO
[0072] A presente invenção é ainda ilustrada pelo exemplo a seguir, que não deve ser interpretado como sendo, de qualquer maneira, limitativo. Embora algumas concretizações tenham sido ilustradas e descritas, deve ser entendido que mudanças e modificações podem nelas ser feitas, de acordo com conhecimentos correntes na técnica, sem se afastar da invenção nos seus aspectos mais amplos como definido nas reivindicações a seguir.
[0073] Numa concretização, um misturador de pequena extensão de escala com capacidade de 10 gramas foi usado para o composto de 2% de SMG com polissulfona (PSU) Udel P-1700, a 332 °C (630 °F) e sob vácuo durante 3, 30 e 90 minutos. O método é descrito abaixo. As amostras recolhidas para a caracterização após cada período de tempo são referidas como 3G-PMC, 30G-PMC, 90G-PMC. 1. 9,8 gramas de PSU foram adicionados ao misturador e nele deixados até fundir. 2. 0,2 gramas de SMG foram adicionados ao PSU fundido e misturado. 3. Após 3 minutos de tempo de misturação, 3 gramas do G-PMC foram extrudados do misturador e coletadas para caracterização. 4. . 3 gramas de 2% SMG em PSU foi adicionado ao misturador e misturado. 5. Após 30 minutos de tempo de misturação, 3 gramas de G-PMC foram extrudados do misturador e recolhidos para a caracterização. 6. 3 gramas de 2% SMG em PSU foi adicionado ao misturador e misturado. 7. Após 90 minutos de tempo de misturação, 3 gramas do G-PMC foram extrudadas do misturador e coletadas para caracterização.
[0074] Análise Morfológica
[0075] Um Microscópio Eletrônico de Varredura por Emissão de Campo (FESEM, na sigla em inglês) da Zeiss Sigma com Oxford EDS foi utilizado para determinar o grau de esfoliação mecânica da grafite em multicamadas de grafeno ou nanopartículas de grafeno e a espessura destas particulas. A tensão de aceleração de 3kV e distância de trabalho de aproximadamente 8,5 mm foram utilizadas durante a visualização. Antes da visualização, os espécimes de cada amostra de 3G-PMC, 30G-PMC, 90G e-PMC foram entalhados, fraturados criogenicamente para produzir uma superfície de fratura plana, colocados sob vácuo durante pelo menos 24 horas, revestidos de ouro, e armazenados sob vácuo.
[0076] A análise por difração de raios-X (XRD, na sigla em inglês) A análise XRD em cada amostra de 3G-PMC, 30G-PMC e 90G-PMC inclui quatro etapas: (1) preparação da amostra, (2) aquisição do padrão de difração, (3) perfil de encaixe e (4) cálculo dos tamanhos dos cristalitos fora do plano (D) de acordo com a equação de Debye-Scherrer. 1. As amostras para análise XRD foram preparadas 1 por prensagem filmes finos de cada amostra 3G-PMC, 30G-PMC e 90G-PMC a 230 °C e 37900 kPa por um periodo de tempo de 2 minutos. Cada amostra foi colocada entre folhas de aluminio antes de sofrer a pressão usando uma prensa Carver Uniaxial com placas aquecidas. 2. Os padrões de difração dos filmes prensados foram adquiridos utilizando um Difratômetro de pó Philips XPert com trocador de amostras (Xpert) a 4 0 kV e 4 5 mA com espessura de fenda incidente de 0,3 mm de 4o -70° 2© e tamanho de passo de 0,02° 20. 3. Os padrões de difração foram enviados para uma ferramenta de gráficos de difração WinPLOTR Powder, sem edição de fundo ou ajuste de perfil antes da adaptação ao pico. Adaptação de pico isolado foi aplicada a uma gama 2© de 26° - 27,5°, utilizando uma função pseudo-Voigt e levando em conta FWHM global, eta global (proporção de Lorentz), e fundo linear. A adaptação de pico isolado do perfil fornece a largura total na meia altura (FWHM, na sigla em inglês) do pico relevante. 4. A média fora do piano do tamanho (D) de cristalito (por vezes referido como ao longo do eixo c e proporcional ao número de camadas de grafeno que foram empilhadas) é calculada utilizando a equação de Debye-Scherrer e os valores (002) FWHM, para a qual À é o comprimento de onda de raios X, o coeficiente K = 0,89, β é o FWHM em radianos, e 0 é o ângulo de difração. O espaçamento d também é calculado. Equaçãd 2
Figure img0002
[0077] Resultados da Morfologia
[0078] A morfologia de cada amostra, 3G-PMC, 30G-PMC e 90G- PMC, em três escalas diferentes (ampliação) é mostrada na FIG. 3. Em (a-c), numa escala de 20 μm e ampliação de 1.000X apresenta uma boa distribuição de grafeno multicamada ou de grafeno dentro da matriz PSU em cada tempo de misturação. Em (d-f), numa escala de 1 μm e ampliação de 10.000 vezes e (g- i) , numa escala de 1 μm e ampliação de 50,000X mostra grafite esfoliada mecanicamente dentro da matriz PSU. Em (d-i), microdobragem do grafeno multicamada ou grafeno é evidente, bem como uma boa ligação entre as nanoparticulas de grafeno e a matriz de polimero.
[0079] A amostra 90G-PMC, a amostra misturada pelo tempo mais longo e mais exposta ao cisalhamento repetitivo, exibe esfoliação mecânica superior e o menor tamanho de cristal. Como mostrado na FIG. 4, a esfoliação mecânica reduziu a espessura da nanoparticula de grafeno na amostra 90G-PMC para 8,29 nm.
[0080] Resultados da difração de raios-X
[0081] A equação de Debye-Scherrer foi aplicada aos resultados FWHM e os espaçamentos d obtidos a partir dos padrões de difração de raios-X para 3G-PMC, 30G-PMC e 90G- PMC para proporcionar a espessura de cristal (D) do grafeno multicamada ou nanopartícuias de grafeno. Os resultados de XRD e a espessura do cristal aparecem na Tabela 1. Para as amostras1 3G-PMC, 30G-PMC e 90G-PMC, a espessura de cristal é de 40 nm, 31 nm e 23 nm; o FWHM é 0,202°, 0,257° e 0,353°; e o espaçamento d é 3,361 nm, 3.353 nm e 3.387 nm, respectivamente. A FWHM aumenta com o tempo de mistura, e a espessura de cristal diminui com o tempo (FIG. 5), o que indica que a esfoliação mecânica da grafite para grafeno multicamada ou grafeno ocorre e é reforçada conforme aumenta o tempo de mistura da mistura. FIGO. 6 mostra a diminuição do tamanho de cristal como uma função da FWHM. TABELA 1. A equação Debye-Scherrer aplicada aos resultados de XRD médios de cada grafite 2% esfoliada em amostra PSU misturada durante 3 min, 30 min e 90 min.
Figure img0003
[0082] Modificação do grafeno
[0083] A esfoliação mecânica da grafite em grafeno multicamada ou grafeno como resultado da ação repetitiva de deformação por cisalhamento no equipamento de processamento de polimeros gera ligações primárias e secundárias frouxas, que proporcionam a oportunidade para a ocorrência de várias reações quimicas, as quais podem ser exploradas para se obter melhoria da propriedade do G-PMC. Isso representa um avanço sobre os métodos convencionais da técnica anterior que formam óxidos de grafeno, em que as ligações frouxas primárias e secundárias ligam-se covalentemente ao oxigênio, que normalmente permanece nestas posições, mesmo após o óxido de grafeno ter sido reduzido.
[0084] Por exemplo, reações quimicas que ligam covalentemente essas ligações frouxas de grafeno multicamadas ou nanoparticulas de grafeno à matriz de polimero forneceria propriedades mecânicas superiores à do G-PMC. Alternativamente, a condutividade elétrica pode ser aumentada ao ligar quimicamente materiais de hiato adequado nas bordas de nanoparticulas de grafeno ou pela coordenação com os metais condutores tais como ouro, prata, cobre e similares. O polimero reforçado com grafeno pode, então, ser adicionado aos polimeros ou outras composições para proporcionar ou aumentar a condutividade elétrica. As ligações podem também ser coordenadas para metais, tais como platina e paládio, para proporcionar um catalisador, com o polimero reforçado com grafeno servindo como suporte de catalisador. Outras formas de grafeno funcionalizado são reveladas na patente norte-americana No. 8.096.353, cuja revelação é incorporada, por referência, neste pedido de patente.
[0085] O método da presente invenção é particularmente vantajoso porque as reações de funcionalização in situ podem ser realizadas durante o processo de esfoliação por meio de um pote de composição reativa.
[0086] Os polimeros reforçados com grafeno podem ser utilizados como elétrodos para baterias leves. Outros usbs incluem compósitos para cascos de embarcações, aeronaves, sistemas aeroespaciais, veiculos de transporte, armadura pessoal, vasos de pressão, câmara de reatores, revestimentos por pulverização, pós de polimeros para impressão 3-D, eletrodos transparentes para telas de dispositivos eletrônicos sensíveis ao toque, e similares. A adição de 1- 2% em peso de grafeno a uma matriz polimérica confere condutividade elétrica, enquanto mantém a transparência ótica, permitindo assim aplicações em painéis solares, monitores de tela plana, e para o controle de descarga estática em hospitais.
[0087] A esfoliação mecânica converteu com êxito 2% grafite misturada por derretimento com PSU em um G-PMC usando uma ação repetitiva de cisalhamento na extensão do misturador em pequena escala do sistema de extrusão da Randcastle. Os resultados podem ser melhorados pela modificação da máquina para aumentar o cisalhamento; por exemplo, por meio de um elemento de mistura de diâmetro maior para aumentar a velocidade de rotação e/ou minimizar o espaçamento entre o elemento de mistura e a parede do cilindro. 1. Extensão do misturador em pequena escala do sistema de extrusão da Randcastle modificado: A concepção do misturador de lotes pequenos existente pode ser modificada para proporcionar uma maior velocidade de cisalhamento, o que por sua vez fornece a esfoliação mecânica superior da grafite no interior da matriz de polimero. A taxa de cisalhamento, y, é calculada de acordo com a equação 3, em que r'é o raio da ferramenta e Ai é a folga para a composição. As modificações da máquina estão listadas na Tabela 2, juntamente com a taxa máxima possivel de cisalhamento. 0 misturador recentemente concebido tem uma taxa máxima de cisalhamento 22 vezes maior do que o misturador atual, o que irá fornecer maior esfoliação mecânica da grafite dentro de uma matriz de polimero em intervalos mais curtos de tempo. Em outras palavras, o tamanho do cristal, D, pode ser reduzido a dimensões menores em um intervalo de tempo mais eficiente. Equação 3
Figure img0004
TABELA 2. Modificações da extensão do misturador em pequena escala do sistema de extrusão Randcastle para fornecer melhor esfoliação mecânica
Figure img0005
2. Parafuso simples de extrusão modificado: A Randcastle fez modificações no parafuso da extrusora que vai permitir uma melhor esfoliação mecânica da grafite em grafeno multicamada ou grafeno numa matriz de polimero para a fabricação de G-PMC.
[0088] Os exemplos anteriores e a descrição de concretizações preferenciais deverão ser de carácter ilustrativo, e não como limitantes da presente invenção como definido pelas reivindicações. Como será prontamente percebido, numerosas variações e combinações das características acima definidas podem ser utilizadas sem se afastarem da presente invenção tal como definida nas reivindicações. Tais variações não são encaradas como um desvio do espirito e do âmbito da invenção, e todas essas variações se destinam a ser incluídas dentro do âmbito das reivindicações a seguir.

Claims (14)

1. Método para formar um compósito com matriz de polímero reforçado com grafeno, caracterizado pelo fato de compreender: (a) distribuir micropartículas de grafite na fase fundida do polímero termoplástico; e (b) aplicar uma sucessão de eventos de deformação por cisalhamento à fase fundida do polímero de modo que a tensão de cisalhamento dentro da referida fase fundida do polímero seja igual ou superior à Resistência ao cisalhamento entre camadas (ISS) das referidas micropartículas de grafite e a referida fase fundida do polímero esfolia a grafite sucessivamente em cada evento até que a referida grafite seja pelo menos parcialmente esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polímero de nanopartículas de grafeno de camada única e multicamadas com menos de 50 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de grafite podem ser preparadas triturando e moendo um mineral contendo grafite em dimensões milimétricas.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as partículas do tamanho de um milímetro podem ser reduzidas a dimensões do mícron usando o moinho de bolas e moagem por atrito.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as partículas de grafite podem ser extraídas da mistura de partículas do tamanho de um mícron por um método de flotação.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as partículas de grafite extraídas podem ser incorporadas em uma matriz polimérica usando uma extrusora de parafuso único com elementos de mistura extensional com ranhuras axiais ou elementos de mistura extensional com ranhuras em espiral.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a matriz polimérica contendo grafite é submetida a extrusão repetida para induzir a esfoliação do material grafítico, formando assim uma dispersão uniforme de nanopartículas de grafeno na matriz polimérica.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o polímero é selecionado do grupo que consiste em poliéter-eterketonas, poliéter- cetonas, sulfetos de polifenileno, sulfetos de polietileno, polieterimidas, fluoretos de polivinilidideno, polissulfonas, policarbonatos, éteres / óxidos de polifenileno, nylons, poliésteres termoplásticos aromáticos, polissulfonas aromáticas, poliimidas termoplásticas, polímeros de cristal líquido, elastômeros termoplásticos, polietilenos, polipropilenos, poliestireno, polimetilmetacrilato, poliacrilonitrila, polietileno de peso molecular ultra alto, politetrafluoretileno, poliacrilamida, estireno, polietileno, poliacrilamida , sulfeto de polifenileno, plástico de polioximetileno, poliimidas, poli-aretilcetonas, polieterimida, cloreto de polivinil, fluoreto de polivinilidina, acrílicos, sulfeto de polifenileno, óxido de polifenileno e suas misturas.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até que pelo menos 50% da grafite seja esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polímero de camada única e multicamada nanopartículas de grafeno com menos de 25 nanômetros de espessura na direção do eixo c.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até pelo menos 50%, opcionalmente pelo menos 90%, da grafite é esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida do polímero de nanopartículas de grafeno de camada única e multicamadas com menos de 10 nanômetros de espessura na direção do eixo c.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a sucessão de eventos de deformação por cisalhamento pode ser aplicada até pelo menos 60%, opcionalmente pelo menos 70%, opcionalmente pelo menos 75%, opcionalmente pelo menos 80%, do a grafite é esfoliada para formar uma distribuição na fase fundida de polímero de nanopartículas de grafeno de camada única e multicamadas com menos de 10 nanômetros de espessura ao longo da direção do eixo c.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a grafite pode ser dopada com outros elementos para modificar a química da superfície das nanopartículas de grafeno esfoliadas.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a grafite é grafite expandida.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que uma química de superfície ou nanoestrutura da grafite dispersa pode ser modificada para aumentar a resistência de união com a matriz polimérica para aumentar a resistência e a rigidez do compósito de grafeno ou em que o alinhamento direcional de as nanopartículas de grafeno são usadas para obter reforço uni, bidimensional ou tridimensional da fase da matriz polimérica.
14. Compósito com matriz de polímero reforçado com grafeno, obtido pelo método de qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero termoplástico está ligado ou aderido às nanopartículas de grafeno de camada única e / ou multicamada.
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