BR112015019762B1

BR112015019762B1 - método para funcionalizar material grafítico e composição obtida pelo mesmo

Info

Publication number: BR112015019762B1
Application number: BR112015019762-0A
Authority: BR
Inventors: Jorma Virtanen
Original assignee: Tesla Nanocoatings, Inc
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2021-03-02
Also published as: JP6198853B2; CN110697689A; JP2016511737A; CA2901726C; CA3043573A1; CA2901726E; US9764957B2; MY175860A; HK1216879A1; MX2015010622A; SG11201506453QA; BR112015019762A2; WO2014130069A1; CN105008274A; EP2958853A1; KR101441842B1; CA2901726A1; US20160002047A1

Abstract

MATERIAIS GRAFÍTICOS FUNCIONALIZADOS. Trata-se de uma ou mais técnicas, no campo de materiais, reveladas para um método de funcionalização de material grafítico, o qual compreende as etapas de: 1) fornecer um material grafítico; 2) cortar o material grafítico; 3) fornecer um catalisador que compreende pelo menos um catalisador de um átomo de metal, cátion de metal, alcoolatos de metal, alcanoatos de metal, sulfonatos de metal e pó de metal; 4) fornecer um reagente; 5) ligar o catalisador ao reagente; 6) ligar o reagente ao material grafítico; e 7) recuperar o catalisador. É revelada, ainda, uma composição preparada a partir dos métodos descritos neste documento.

Description

[001] Este pedido reivindica prioridade do documento de Número de Série U.S. 61/850.562, intitulado Accelerated Fabrication of Hybride Materials, depositado no dia 20 de fevereiro de 2013, o qual se encontra ora incorporado a título de referência.

ANTECEDENTES

[002] Nanotubos de carbono (CNTs) e grafeno foram usados para reforçar plásticos termorrígidos, como epóxis, poliuretanos e silicones. Os CNTs, CNTs funcionalizados (ou CNTs híbridos, denominados HNTs), fibra de carbono, grafite, grafeno e grafeno funcionalizado podem ser chamados, em conjunto, de materiais grafíticos. Os materiais grafíticos podem ter uma alta resistência à tração. Os compósitos e outros materiais híbridos podem ser fabricados através da incorporação de materiais grafíticos em vários materiais de matriz a fim de aprimorar a resistência à tração e outras propriedades. Por exemplo, esses materiais grafíticos podem ser incorporados em qualquer um dos componentes de epóxi, tais como a resina epóxi e endurecedor. Os materiais grafíticos podem ser, ainda, incorporados a poliuretanos e silicones. Tais materiais grafíticos podem interagir com os materiais de matriz e entre si através de forças de van der Waals.

[003] Entretanto, as propriedades mecânicas e as propriedades químicas dos compósitos podem ser alteradas. A fim de fornecer tanto propriedades mecânicas quanto propriedades químicas favoráveis dos compósitos e de outros materiais híbridos, diversos métodos de funcionalização para os materiais grafíticos podem ser usados. Esses métodos podem incluir a oxidação de ácido nítrico/ácido sulfúrico dos CNTs, a adição de radical de arila aos CNTs, a adição induzida por moagem em esferas de aminas e sulfetos nos CNTs, o acoplamento ativado de butil lítio aos haletos de alquila e a adição assistida por vibração ultrassônica de muitos reagentes, inclusive aminas e epóxis. Tais métodos podem ou não exigir algum solvente ou formar outros produtos secundários.

SUMÁRIO

[004] Este sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada que é descrita com mais detalhes abaixo na descrição detalhada. Este sumário não se destina a identificar fatores-chave ou características essenciais da matéria reivindicada e tampouco se destina a ser usado para limitar o escopo da matéria reivindicada.

[005] Em uma implantação, um método para funcionalizar o material grafítico compreende as etapas de: 1) fornecer um material grafítico; 2) cortar o material grafítico; 3) fornecer um catalisador que compreende pelo menos um catalisador de um átomo de metal, cátion de metal, alcoolatos de metal, alcanoatos de metal, sulfonatos de metal e pó de metal; 4) fornecer um reagente; 5) ligar o catalisador ao reagente; 6) ligar o reagente ao material grafítico; e 7) recuperar o catalisador.

[006] Para a obtenção das finalidades anteriores e relacionadas, a seguinte descrição e os desenhos anexos estabelecem determinados aspectos e implementações ilustrativas. Esses são indicativos de apenas algumas das várias formas com as quais um ou mais aspectos podem ser empregados. Outros aspectos, vantagens e características inovadoras da revelação irão se tornar evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, quando considerada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] O que é revelado no presente documento pode assumir uma forma física em determinadas partes e disposições de partes e será descrito em detalhes no presente relatório descritivo e ilustrado nos desenhos anexos que fazem parte deste documento e em que:

[008] A Figura 1 ilustra esquematicamente o que é aqui revelado.

[009] A Figura 2 ilustra esquematicamente o que é aqui revelado.

[0010] A Figura 3 ilustra esquematicamente o que é aqui revelado.

[0011] A Figura 4 ilustra esquematicamente o que é aqui revelado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] A matéria reivindicada será descrita agora com referência aos desenhos, nos quais numerais de referência similares são, de modo geral, usados para fazer referência a elementos similares ao longo do documento. Na descrição a seguir, para fins explicativos, diversos detalhes específicos são apresentados a fim de fornecer uma compreensão minuciosa da matéria reivindicada. Será evidente, contudo, que a matéria reivindicada pode ser praticada sem tais detalhes específicos. Em outros casos, estruturas e dispositivos são mostrados em forma de diagrama de blocos a fim de facilitar a descrição da matéria reivindicada.

[0013] A palavra "exemplificativa" é usada no presente documento para atribuir o significado de servir como um exemplo, caso ou ilustração. Qualquer aspecto ou projeto descrito no presente documento como “exemplificativo” não deve ser necessariamente interpretado como vantajoso em relação a outros aspectos ou projetos. Em vez disso, o uso da palavra exemplificativo se destina a apresentar conceitos de um modo concreto. Conforme usado no presente pedido, o termo “ou” se destina a atribuir significado de um “ou” inclusivo em vez de um “ou” exclusivo. Ou seja, a menos que seja especificado de outro modo ou se torne claro a partir do contexto, “X emprega A ou B” pretende significar qualquer uma das alterações inclusivas naturais. Ou seja, se X emprega A; X emprega B; ou X emprega tanto A quanto B, então, “X emprega A ou B” é satisfeito em qualquer um dos casos mencionados anteriormente. Ademais, pelo menos um dentre A e B e/ou similares, em geral, significa A ou B ou tanto A quanto B. Além disso, os artigos “um” e “uma”, conforme usados no presente pedido e nas reivindicações anexas, podem ser, em geral, interpretados de modo que signifiquem “um ou mais”, a menos que seja especificado de outro modo ou se torne claro a partir do contexto, que se referem a uma forma singular.

[0014] Embora a matéria tenha sido descrita em linguagem específica a características estruturais e/ou atos metodológics, deve-se compreender que a matéria definida nas reivindicações anexas não é, necessariamente, limitada às características ou atos específicos descritos acima. Em vez disso, as características e atos específicos descritos acima são revelados como formas de exemplo de implantação das reivindicações. Obviamente, os elementos versados na técnica irão reconhecer que muitas modificações podem ser realizadas nessa configuração sem que haja desvio do escopo ou do espírito da matéria reivindicada.

[0015] Além disso, embora a revelação tenha sido mostrada e descrita em relação a uma ou mais implantações, alterações e modificações equivalentes irão ocorrer a outros elementos versados na técnica mediante a leitura e a compreensão do presente relatório descritivo e dos desenhos anexos. A revelação inclui todas essas modificações e alterações e é limitada apenas pelo escopo das reivindicações a seguir. Em uma consideração particular às várias funções realizadas pelos componentes descritos acima (por exemplo, elementos, recursos, etc.), os termos usados para descrever tais componentes se destinam a corresponder, a menos que seja indicado de outro modo, a qualquer componente que realize a função especificada do componente descrito (por exemplo, que seja funcionalmente equivalente), embora não seja equivalente estruturalmente à estrutura revelada que realiza a função nas implantações exemplificativas da revelação ilustradas no presente documento.

[0016] Além disso, embora uma característica específica da revelação possa ter sido revelada em relação a apenas uma dentre diversas implantações, tal característica pode ser combinada a uma ou mais outras características de outras implantações conforme possa ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação determinada ou específica. Ademais, até o ponto em que os termos “inclui”, “que tem”, “tem”, “com” ou variantes dos mesmos são usados tanto na descrição detalhada quanto nas reivindicações, tais termos se destinam a serem inclusivos de uma maneira similar ao termo “que compreende”.

[0017] É descrito, no presente documento, um método para funcionalizar um material grafítico, sendo que o mesmo compreende as etapas de: 1) fornecer um material grafítico; 2) cortar o material grafítico; 3) fornecer um catalisador que compreende pelo menos um catalisador de um átomo de metal, cátion de metal, alcoolatos de metal, alcanoatos de metal, sulfonatos de metal e pó de metal; 4) fornecer um reagente; 5) ligar o catalisador ao reagente; 6) ligar o reagente ao material grafítico; e 7) recuperar o catalisador. No presente documento, é revelada, ainda, uma composição preparada a partir dos métodos descritos neste documento.

[0018] A Figura 1 representa um material grafítico. O material grafítico pode incluir nanotubos de carbono (CNTs) e grafeno. A Figura 1 fornece, ainda, a funcionalização do material grafítico. O material grafítico pode ser funcionalizado através dos métodos aqui descritos e pode ser adicionalmente usado nos materiais híbridos. Os métodos são adicionalmente aplicáveis a todos os materiais grafíticos.

[0019] Na Figura 1, um catalisador de alumínio pode ser introduzido após o corte. Os métodos de corte podem incluir corte ultrassônico e corte mecânico através de moinho com o uso de nanopartículas ou micropartículas como agentes de corte reais. O corte pode ser realizado na presença de um endurecedor de amina que contém aminopropil trimetoxissilano (também conhecido como APTMS). A moagem com nanopartículas pode ser realizada de modo que as nanopartículas não possam se ligar aos nanotubos de carbono ou ao grafeno. Devido à alta reatividade de nanotubos de carbono ou grafeno cortado, a ligação ainda pode ocorrer mesmo se as nanopartículas não tiverem nenhuma funcionalização de superfície especial. Observa-se que o corte pode ser realizado na ausência de oxigênio e água.

[0020] Adicionalmente, pode haver um limite ideal para a funcionalização induzida por corte. Uma reação induzida por corte de extensão pode resultar em partículas grafíticas menores. As partículas grafíticas menores podem não fornecer as mesmas propriedades mecânicas que as partículas grafíticas maiores.

[0021] Os métodos de corte de material grafítico podem incluir corte de uma ligação ou corte de todo o CNT ou outra partícula grafítica. Os métodos de corte podem incluir corte por vibração ultrassônica, sonotrodos, mecânico ou por cisalhamento na presença de micropartículas ou nanopartículas, força de cisalhamento e radiação eletromagnética.

[0022] Os vibradores ultrassônicos podem ser produzidos a partir de materiais piezoelétricos. Um material piezelétrico pode ser titanato de chumbo zircônio. O material piezoelétrico pode ser intercalado entre dois eletrodos. A frequência e a amplitude da vibração ultrassônica podem ser ajustadas ao potencial elétrico e à frequência do campo de CA entre os eletrodos. A amplitude da vibração pode ser limitada pela espessura da camada piezoelétrica. As frequências podem variar entre cerca de 10 kHz e cerca de 1 MHz, embora as frequências fora de tais faixas possam ser usadas. As frequências também podem estar entre cerca de 20 kHz e cerca de 30 kHz. A amplitude de vibração pode estar entre cerca de 5 micrômetros e cerca de 200 micrômetros. A amplitude de vibração pode estar, ainda, entre cerca de 20 micrômetros e cerca de 120 micrômetros.

[0023] A potência de um sonotrodo pode estar entre cerca de 0,1 kW e cerca de 50 kW. A potência de um sonotrodo pode estar, ainda, entre cerca de 1 kW e cerca de 20 kW. Quando múltiplos sonotrodos podem ser usados, a potência pode variar com o tempo, de modo que o padrão de interferência possa ser alterado continuamente. Dessa forma, toda a mistura de reação pode ser agitada de modo mais uniforme.

[0024] Os sonotrodos convencionais podem exercer uma força sobre um volume relativamente pequeno, especificamente se o meio for altamente viscoso. A taxa de reação acelerada pode usar um sonotrodo que distribui a vibração ultrassônica por um volume grande.

[0025] O corte mecânico pode incluir diversos métodos que são bem conhecidos na técnica de moagem e trituração. Entretanto, devido ao fato de que o esmagamento de CNTs e outros materiais grafíticos pode ser prejudicial para a integridade de tais materiais, a moagem e a trituração podem ser realizadas na presença de micropartículas e nanopartículas com bordas afiadas a fim de se obter um corte afiado. As partículas adequadas podem incluir sais, tais como cloreto de sódio, cianeto de sódio, oxalato cálcico, vidro, quartzo e cerâmicas, tais como óxido de alumínio e óxido de zircônio.

[0026] A força de cisalhamento também pode induzir o corte. O uso da força de cisalhamento pode exigir altos gradientes de pressão. Os homogeneizadores industriais podem ter pressões de centenas de bars ou até mesmo alguns milhares de bars. O efeito da força de cisalhamento pode ser amplificado através da adição de micropartículas ou nanopartículas. O sal também pode ser um reagente quando a adição de éteres coroa ou catalisadores de transferência de fase, como brometo de hexadecil trimetil amônio, pode ser usada. A implantação da força de cisalhamento pode ser fornecida através da injeção microfluídica de alta pressão de uma mistura de reagentes através de um bocal, tanto contra uma parede sólida quanto através da injeção de duas correntes líquidas diretamente uma contra a outra. Esse método pode ser adequado para todos os tipos de materiais grafíticos, inclusive o grafite em si, devido ao fato de que o grafite será delaminado de modo eficaz, produzindo o grafeno que será simultaneamente funcionalizado com os reagentes que estão presentes na mistura de reação. Os CNTs podem ser dispersados e reagidos com o uso de pressões entre cerca de 375.000 mmHg (500 bar) a cerca de 2.250.000 mmHg (3000 bar). A fim de dispersar o grafite, as pressões podem estar acima de cerca de 1.500.000 mmHg (2000 bar).

[0027] Em outra modalidade, a vibração ultrassônica pode ser usada para induzir a reação de material grafítico na presença de catalisador de íon de metal. O corte de materiais grafíticos pode induzir, ainda, uma reação mecanoquímica. O corte pode fornecer radicais no interior do material grafítico. O corte pode fornecer, ainda, carbânions no interior do material grafítico. Os metais podem, então, se ligar ao carbânion negativo.

[0028] O catalisador fornecido na Figura 1 pode se ligar ao local em que o material grafítico pode ser cortado. A adição de catalisador de átomo de metal ou cátion de metal coordenado, tais como catalisadores do tipo de Friedel- Crafts, Sandmayer, Heck ou Suzuki, na mistura de reação pode ter uma ampla aplicabilidade. Diversos tipos de sais ou átomos de metal podem ser usados como catalisadores, inclusive alumínio, ferro, estanho, zinco, magnésio, cobre, paládio, acetato de paládio, isopropóxido de alumínio, brometo de alumínio, cloreto de alumínio, cloreto férrico, acetato de níquel, cloreto de zinco, cloreto de estanho e cloreto cuproso. Os alcoolatos de metal também podem ser benéficos. Em alguns casos, um pó de metal finamente dividido pode agir de modo similar a um catalisador devido ao fato de que o metal pode reagir com um dos reagentes que formam um íon de metal. Por exemplo, o pó de alumínio ou magnésio pode reagir com aminas de modo que o composto resultante possa ser reativo. Os exemplos adicionais de catalisadores podem incluir ferroceno e titanoceno.

[0029] Um catalisador pode promover, ainda, uma reação, por exemplo, através da abertura de um anel de epóxi. Um catalisador também pode promover reações a uma distância do local de corte. Os sítios reativos podem se mover em um sistema conjugado através de uma ressonância mecânica quântica. Ao mesmo tempo, a reatividade de tais locais pode ser atenuada, porém, um catalisador pode compensar a atenuação. Os catalisadores podem formar uma ligação covalente, iônica ou coordenada durante a catálise e podem estabilizar os radicais transientes, carbocátions e carbânions.

[0030] Os catalisadores de Friedel-Crafts tradicionalmente usados, tais como cloreto de alumínio, podem ser insatisfatoriamente solúveis em muitos solventes e podem interagir apenas de modo fraco com materiais grafíticos que são, em si, insatisfatoriamente dispersos na maior parte dos solventes. Nesses casos, os alcanoatos de metal, tais como acetatos, propionatos, palmitatos ou benzoatos, trifluorometilsulfinatos ou tosilatos podem ser usados. Os exemplos podem incluir tosilato de alumínio e trifluorometilsulfinato de zinco. Esses catalisadores podem permitir a ligação de muitos monômeros, inclusive acrilatos, bis(isocianatos), silanos, epóxis, tais como éter diglicidílico do bisfenol e SU-8 com materiais grafíticos, inclusive nanotubos de carbono e grafeno.

[0031] A Figura 2 pode fornecer a estabilização do catalisador com o reagente. O reagente pode compreender pelo menos um reagente de um grupo amino e um grupo epóxi. Após reagir o catalisador com o reagente, o complexo resultante pode ser estabilizado de diversas formas diferentes, conforme mostrado na Figura 2.

[0032] A Figura 3 pode fornecer a reação em que o reagente, como um epóxi, pode ser reagido com um tosilato de alumínio solúvel na Figura 3A. O epóxi pode se ligar e pode sofrer uma abertura de anel. O epóxi aberto pode ser agora ligado ao material grafítico, conforme mostrado na Figura 3B.

[0033] As porções de reagente que podem ser acopladas ao material grafítico podem incluir, mas sem limitação, triflatos, tosilatos e halogenetos de alquila e arila, halogenetos de acila, epóxidos e tióis. Além disso, os sais de diazônio podem reagir na presença de sais cuprosos. O corte pode criar ligações pendentes no material grafítico. Tais ligações pendentes, as quais podem incluir radicais, carbocátions e carbânions, podem ser reativas.

[0034] Adicionalmente, qualquer ligação pode incluir ligação entre moléculas diferentes. Por exemplo, os nanotubos de carbono podem ser ligados a pelo menos três moléculas diferentes durante o processo de corte: 1) endurecedor de amina, 2) APTMS e 3) nanopartículas, tais como nanopartículas de sílica e nanopartículas de alumina. Os nanotubos de carbono também podem ser misturados com epóxi que podem ser usados para funcionalizar os nanotubos de carbono de modo que tanto o endurecedor quanto o epóxi contenham nanotubos de carbono funcionalizados. Além disso, tanto o epóxi quanto o endurecedor podem conter nanotubos e nanopartículas funcionalizados. Adicionalmente, as nanopartículas de titânio também podem ser ligadas. A química de ligação pode ser independente do tamanho de partícula. Dessa forma, macropartículas e micropartículas podem ser similarmente ligadas.

[0035] Nos métodos aqui descritos, as aminas também podem ser adicionadas ao material grafítico com o uso de isopropóxido de alumínio como um catalisador durante o corte do material grafítico. A reação pode ocorrer sem nenhum catalisador, mas, frequentemente, uma ordem de magnitude ou mais pode ser obtida na presença de um catalisador. Os alcoolatos são básicos e podem catalisar a autopolimerização de alguns monômeros, inclusive epóxis. Os alcoolatos, tais como i-propóxido de alumínio, podem ser originalmente adicionados à mistura de reação e ácido carboxílico ou sulfônico pode ser adicionado em algum estágio posterior para neutralizar o alcoolato a fim de suprimir as reações catalisadas por base. Outros catalisadores também podem ser usados, inclusive iniciadores de reação de radical, tais como peróxido de dibenzoíla e azida de bis-t-butila, em que os catalisadores de alumínio podem ser usados.

[0036] O mecanismo de tais catalisadores no contexto dos métodos aqui descritos pode não ser confirmado. Entretanto, sem limitar o método deste documento a uma teoria, os mecanismos conhecidos das reações de Friedel- Crafts ou Sandmayer podem ser extrapolados para o presente caso. O catalisador pode interagir com o reagente, com o material grafítico ou com ambos. Os cátions de metal que contêm catalisadores podem estabilizar, pelo menos de modo transiente, radicais de carbono, nitrogênio e enxofre, ânions e cátions de modo a resultar em um caminho de reação que pode ter uma energia de ativação inferior à reação correspondente sem o catalisador. Além disso, os cátions de metal podem impedir a deslocalização excessiva das cargas ou elétrons não emparelhados no material grafítico. Isso pode resultar em uma taxa de reação superior. Dessa forma, o catalisador pode estabilizar a formação das espécies reativas do reagente através de uma ligeira deslocalização da carga ou elétron livre e pode impedir a deslocalização excessiva da carga ou elétron livre no material grafítico. Qualquer um dos dois ou ambos podem ocorrer independentemente e podem resultar em uma taxa de reação acelerada e em um grau aprimorado de substituição. Após o reagente ser ligado ao material grafítico, o catalisador usado nos métodos aqui descritos pode ser recuperado.

[0037] A reação de Suzuki nos métodos aqui descritos pode exigir uma adição de um sal de halogênio ou haleto e borato de trimetila ou algum outro éster de ácido bórico pelo menos em quantidades catalíticas. Durante a sonicação, os halogenetos podem ser formados e a reação de Suzuki pode liberar o halogeneto de volta para a solução.

[0038] Muitos dos catalisadores neste documento podem formar uma ligação coordenada com materiais grafíticos. A ligação pode auxiliar a solubilização do material grafítico. A solubilização pode promover a reação.

[0039] As reações podem ser adicionalmente assistidas através da adição de outras moléculas que solubilizam os CNTs. A celulose e derivados de celulose, tais como acetilcelulose e carboximetilcelulose, podem ser usados.

[0040] A Figura 4 pode fornecer uma representação simplificada da ligação de um reagente com um material grafítico através do uso de um catalisador.

[0041] Na descrição deste documento, também está descrito um material grafítico funcionalizado preparado através do método que compreende as etapas de: 1) fornecer o material grafítico; 2) cortar o material grafítico; 3) fornecer um catalisador que compreende pelo menos um catalisador de um átomo de metal, cátion de metal, alcoolatos de metal, alcanoatos de metal, sulfonatos de metal e pó de metal; 4) fornecer um reagente; 5) ligar o catalisador ao reagente; 6) ligar o reagente ao material grafítico; e 7) recuperar o catalisador.

[0042] No processo de acoplamento químico de materiais grafíticos a polímeros, o qual é descrito neste documento, os materiais grafíticos e outros componentes, tais como monômeros ou polímeros, podem ser frequentemente funcionalizados de modo transiente com halogênios, sulfonatos ou outros grupos funcionais, tais como dimetilboro, antes do acoplamento real. O rendimento geral pode ser baixo, porém, pode ser suficiente.

[0043] A composição e os métodos descritos neste documento quanto aos CNTs funcionalizados, os materiais e métodos podem ser usados para reforçar materiais, tais como termoplásticos, resinas termorrígidas, borracha, metais e concreto.

DETALHES EXPERIMENTAIS

[0044] Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes com referência a determinados exemplos e ilustrações da invenção, deve-se observar que a presente invenção não é limitada aos exemplos exatos. Em vez disso, tendo em vista a presente revelação, muitas modificações e variações ocorreriam aos versados na técnica sem que haja desvio do escopo e do espírito da presente invenção. Os exemplos fornecidos são estabelecidos para auxiliar em uma compreensão da invenção, porém, não são destinados a limitar e não devem ser interpretados como limitantes da presente invenção de forma alguma.

EXEMPLO 1.

[0045] Aproximadamente 20 mg de CNTs com múltiplas paredes foram sonicados em 20 ml de um solvente durante cerca de 2 minutos. Em seguida, 5 mg de isopropóxido de alumínio foram adicionados, exceto em experimentos de referência. A potência era de 400 W e o tempo de ciclo era de 50% (isto é, a sonicação permaneceu ligada por 1 segundo e desligada por 1 segundo, etc.). Aproximadamente 100 mg de 1,4-diaminobutano foram adicionados e a mistura foi sonicada de modo similar durante cerca de 30 minutos sob atmosfera de nitrogênio. A mistura foi filtrada com o uso de papel de filtro e lavada duas vezes com 20 ml de 2-propanol. O produto foi submetido à secagem no ar e suspenso em 20 ml de 2-propanol através de sonificação durante cerca de 2 minutos. A solução de isotiocianato de fluoresceína em 2-propanol (4 ml que contêm 0,5 mg de FITC/ml) foi adicionada e a mistura foi sonicada durante cerca de 10 minutos. Em seguida, 2 ml de tal solução foram centrifugados durante cerca de 20 minutos em cerca de 14.000 rpm e o precipitado foi lavado três vezes com 2 ml de 2-propanol e suspenso em 40 ml de 2-propanol através de sonicação durante cerca de 10 minutos. Essa suspensão foi diluída com quantidade igual de PBS. A fluorescência foi medida em 520 nm, enquanto o comprimento de onda de excitação era de 490 nm. As intensidades de fluorescência foram como a seguir:

EXEMPLO 2.

[0046] Em primeiro lugar, 20 mg de CNTs com múltiplas paredes foram sonicados em 20 ml de um solvente durante cerca de 2 minutos. Em segundo lugar, 20 mg de tosilato de alumínio foram adicionados, exceto em experimentos de referência. A potência foi de 400 W e o tempo de ciclo foi de 50% (isto é, a sonicação permaneceu ligada por 1 segundo e desligada por 1 segundo, etc.). Cerca de 100 mg de bisepóxi do bisfenol A foram adicionados e a mistura foi sonicada de modo similar durante cerca de 30 minutos sob atmosfera de nitrogênio. A mistura foi filtrada com o uso de papel de filtro e lavada duas vezes com 20 ml de 2-propanol. O produto foi submetido à secagem no ar e suspenso em 20 ml de 2-propanol através de sonificação durante cerca de 2 minutos. Em seguida, 20 mg de 1,4-diaminobutano foram adicionados e a mistura foi aquecida a cerca de 80 oC durante cerca de 2 horas. A mistura foi filtrada através de um papel de filtro e lavada duas vezes com 20 ml de 2-propanol e o precipitado foi suspenso em 20 ml de 2-propanol através de sonificação durante cerca de 2 minutos. A solução de isotiocianato de fluoresceína em 2-propanol (4 ml que contêm 0,5 mg de FITC/ml) foi adicionada e a mistura foi sonicada durante cerca de 10 minutos. Cerca de 2 ml de tal solução foram centrifugados durante cerca de 20 minutos a 14.000 rpm e o precipitado foi lavado três vezes com 2 ml de 2-propanol e suspenso em 40 ml de 2-propanol através de sonicação durante cerca de 10 minutos. Essa suspensão foi diluída com quantidade igual de PBS. A fluorescência foi medida em 520 nm, enquanto o comprimento de onda de excitação era de 490 nm.

EXEMPLO 3.

[0047] Dez litros de CA 35 (Jeffamine, Huntsman) foram misturados com 100 g de CNTs com múltiplas paredes (Bayer, Alemanha), 50 g de isopropóxido de alumínio e 10 g de nanopartículas de sílica (Aldrich). A mistura foi agitada por meio de um misturador de lâmina durante cerca de 6 horas. A mistura suspensa foi processada com Homogeneizador DeBEE 2000 Pilot. A taxa de fluxo era de cerca de 500 ml/min e a pressão era cerca de 1.500.000 mmHg (2000 bar). O produto foi misturado em alíquotas com uma quantidade equivalente de éter bisglicidílico do bisfenol-A e 180 g de ácido benzoico.

EXEMPLO 4.

[0048] Um grama de CNTs com parede única e um grama de trimetilborato foram sonicados em 100 ml de tetraidrofurano durante 30 minutos. Uma mistura de acetato de paládio e bromopireno em 50 ml de tetraidrofurano foi adicionada e a sonicação foi continuada por mais 30 minutos. A mistura foi filtrada através de um papel de filtro quantitativo e foi lavada com tetraidrofurano. O espectro de fluorescência foi medido com uma excitação em 345 nm. A emissão em 395 nm indicou o pireno ligado.

[0049] As implantações foram descritas acima neste documento. Ficará evidente para os versados na técnica que os métodos e os aparelhos acima podem incorporar alterações e modificações sem que haja desvio do escopo geral da presente invenção. Pretende-se incluir todas essas modificações e alterações, desde que essas sejam abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas ou equivalentes dessas.

Claims

1. Método para funcionalizar material grafítico caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um material grafítico sem reações químicas anteriores; cortar o dito material grafítico, em que o dito corte é realizado por meio de ao menos um dos grupos escolhidos de vibração ultrassônica, sonotrodos, radiação eletromagnética, corte mecânico e força de cisalhamento; fornecer um catalisador que compreende pelo menos um catalisador, em que o dito catalisador é pelo menos um catalisador dentre um catalisador de Friedel-Crafts, um catalisador de Sandmayer, um catalisador de Heck e um catalisador do tipo Suzuki; fornecer um reagente; ligar o dito catalisador ao dito reagente; e ligar o dito reagente ao dito material grafítico com o uso do dito catalisador, realizando simultaneamente uma dispersão do material grafítico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito material grafítico é um nanotubo de carbono ou grafeno.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de Sandmayer é selecionado de um grupo consistindo de brometo de alumínio, cloreto cuproso, e as suas combinações, dito catalisador de Friedel Crafts é selecionado de um grupo consistindo de cloreto de alumínio, cloreto férrico, cloreto de zinco, cloreto de estanho, e suas combinações, dito catalisador de Suzuki é selecionado de um grupo consistindo de paládio, acetato de paládio e suas combinações, e dito catalisador de Heck é selecionado de um grupo consistindo de paládio, acetato de paládio e suas combinações.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reagente compreende pelo menos um reagente dentre um grupo amino e um grupo epóxi.

5. Composição grafítica funcionalizada caracterizada pelo fato de que compreende um material grafítico, em que o dito material grafítico é nanotubos de carbono ou grafeno, em que o dito material grafítico é preparado através do método, conforme definido na reivindicação 1.

6. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dito catalisador de Sandmayer é selecionado de um grupo consistindo de brometo de alumínio, cloreto cuproso, e as suas combinações, dito catalisador de Friedel Crafts é selecionado de um grupo consistindo de cloreto de alumínio, cloreto férrico, cloreto de zinco, cloreto de estanho, e suas combinações, dito catalisador de Suzuki é selecionado de um grupo consistindo de paládio, acetato de paládio e suas combinações, e dito catalisador de Heck é selecionado de um grupo consistindo de paládio, acetato de paládio e suas combinações.

7. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dito reagente compreende pelo menos um reagente dentre um grupo amino e um grupo epóxi, em que o dito reagente compreende pelo menos um reagente dentre halogenetos de alquila, halogenetos de arila, halogenetos de acila, tosilatos, triflatos e tióis.

8. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a ligação do dito catalisador com o dito reagente compreende: ligar o epóxi ao dito catalisador, em que o dito epóxi sofre uma abertura de anel; e ligar o epóxi de anel aberto ao dito material grafítico.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a ligação do dito catalisador com o dito reagente compreende: ligar o epóxi ao dito catalisador, em que o dito epóxi sofre uma abertura de anel; e ligar o epóxi de anel aberto ao dito material grafítico.