KR20140033156A - 팽창성 그래파이트 입자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 팽창성인 작은 입자 크기 팽창성 그래파이트 물질뿐만 아니라 이러한 고유한 그래파이트 물질의 제조 방법을 기술하고 있다. 한 실시양태에서, 팽창성 그래파이트 입자는 공칭적으로(nominally) 약 100 내지 200 US 메쉬(mesh)인 입자 크기, 5 ppm(parts per million) 미만의 크롬 함량 및 약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 것으로 기술된다.

Description

팽창성 그래파이트 입자 및 이의 제조 방법{EXPANDABLE GRAPHITE PARTICLES AND METHODS OF MAKING SAME}
본 발명은 팽창성 그래파이트 입자에 관한 것이다.
팽창성 그래파이트는 그래파이트 층간 삽입(intercalation) 화합물이다. 이는 산화제의 존재 하에 산 층간 삽입(acid intercalation)을 사용하여 천연 그래파이트 플레이크(flakes), 또는 입자로부터 제조된다(본 발명의 목적에서, 용어 "입자" 및 "플레이크"는 교환 가능하게 사용될 수 있다). 층간 삽입에 사용되는 통상적인 산은 황산, 질산 및 아세트산을 포함한다. 황산은 가장 흔하게 사용되는 산 삽입제(intercalant)이다. 통상적인 산화제는 이크롬산 나트륨(Na2Cr2O7), 과망간산 칼륨(KMnO4) 및 과산화수소(H2O2)를 포함한다. 이러한 산 층간 삽입 공정을 사용하여 제조된 팽창성 그래파이트는 고온으로 가열시 이의 원래 부피의 몇 배로 팽창할 수 있다. 팽창 부피는 통상적으로 가열 온도에 따라 증가한다. 예를 들어, 1000℃에서 달성되는 팽창 부피는 500℃에서 달성되는 팽창 부피의 거의 두 배일 수 있다. 팽창성 그래파이트의 플레이크 사이즈는 또한 팽창 부피에 영향을 미치며, 더 큰(예를 들어, 50 US 메쉬(mesh)보다 큰) 플레이크는 더 작은(예를 들어, 100 US 메쉬보다 작은) 팽창성 그래파이트 플레이크보다 훨씬 더 큰 팽창도를 보인다.
최근 몇 년간, 팽창성 그래파이트는, 예를 들어 폴리우레탄 폼에서 팽창성 그래파이트를 혼합시킴으로써 다양한 최종 생성물에서 난연제로서의 용도가 확인되었다. 난연제 용도에 효과적이기 위해서, 500℃에서 특정한 소정 팽창 부피를 도달하는 팽창성 그래파이트가 바람직하다. 500℃에서 큰 팽창 부피와 조합된 팽창성 그래파이트의 작은 입자 크기는 최종 생성물의 향상된 가공 및 더 우수한 기계적 특성으로 인해 많은 난연제 용도에서 바람직하다. 이 팽창성 그래파이트 특성들의 조합은 쉽게 달성되지 않고, 현재 오직 산화제로서의 크롬산(이크롬산 나트륨) 및 삽입제로서의 황산이 100 US 메쉬보다 작은 입자 크기로 500℃에서 높은 팽창도를 나타내는 팽창성 그래파이트를 제조할 수 있다. 환경적인 이유 때문에, 팽창성 그래파이트 중 많은 양의 크롬의 존재는 바람직하지 않다. 존재하는 KMnO4 산화제 시스템은 작은(100 US 메쉬보다 작은) 입자 크기와의 조합인 바람직한 높은 팽창도를 제공하지 않는다.
본 발명은 고 팽창성인 고유한 작은 입자 크기 팽창성 그래파이트 물질 및 높은 벌크 밀도 그래파이트 입자 및 KMnO4로부터 이 고유한 그래파이트 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 공칭적으로(nominally) 약 100 내지 200 US 메쉬인 입자 크기, 5 ppm(parts per million) 미만의 크롬 함량 및 약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 팽창성 그래파이트 입자를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 미국 표준 체 메쉬 측정법(United States standard sieve mesh measurement)에 따라, 100 US 메쉬는 150 미크론 크기의 구멍을 지닌 스크린(screen)을 의미하고 200 US 메쉬는 75 미크론 크기의 구멍을 지닌 스크린을 의미한다. 공칭적으로 100 내지 200 US 메쉬의 입자는 이 범위의 약 80% 이상의 입자, 및 따라서 약 20% 이하의 더 크거나 더 작은 크기의 입자를 가진다. 대안적인 실시양태에서, 본 발명은 이러한 고유한 팽창성 그래파이트 입자를 포함하는 물품에 관한 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃로 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도를 갖는다. 추가 대안적인 실시양태에서, 본 발명은 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 팽창성 그래파이트 입자를 포함한다. 추가 대안적인 실시양태에서, 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 가진다. 한 실시양태에서, 팽창성 그래파이트의 벌크 밀도는 0.45 g/cc 이상이다.
본 발명의 팽창성 그래파이트 입자는 통상적으로 약 100 ppm 미만의 크롬 함량을 가진다. 대안적인 실시양태에서, 입자는 50 ppm 미만의 크롬 함량을 가진다. 추가 대안적인 실시양태에서, 본 발명의 입자는 25 ppm 미만의 크롬 함량을 가질 수 있고, 추가 실시양태에서 심지어 5 ppm 미만의 크롬 함량을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자는 망간을 또한 함유할 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 팽창성 그래파이트 입자는 50 ppm 이상의 망간 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 팽창성 그래파이트 입자는 폴리머 수지와 혼합될 수 있다. 적합한 폴리머 수지는 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리올레핀, 폴리에스테르 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 폴리머 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 폴리우레탄의 한 비제한적인 예는 MOR-MELTTM R7001 E(Dow사제)와 같은 가교결합성 폴리우레탄이다. 실리콘 폴리머의 한 비제한적인 예는 ELASTOSIL® LR 7665(Wacker Silicones)이다.
추가 실시양태에서, 본 발명은, 100 내지 200(100X200) US 메쉬의 공칭 크기를 갖는 천연 플레이크 그래파이트를 제공하는 단계 및 이를 산화제의 존재 하에 산으로 층간 삽입하는 단계를 포함하는 팽창성 그래파이트 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 바람직한 산 및 산화제는 황산 및 과망간산 칼륨이다. 층간 삽입 반응이 완료되면, 과량의 과망간산 칼륨은 과산화수소로 중화되고, 과량의 산은 복수의 세척을 사용하여 물로 세척되고 수산화나트륨 희석 용액으로 최종 중화된다. 본 방법에 따라 제조된 층간 삽입된 그래파이트는 본원에서 본 발명의 목적을 위하여 팽창성 그래파이트로 또한 지칭된다.
시험 방법
겉보기( Apparent ) 밀도 또는 벌크 밀도 시험
물질의 겉보기 밀도, 또는 벌크 밀도를 문헌[ASTM B329-06 "Standard Test Method for Apparent Density of Metal Powders and Compounds using the Scott Volumeter"]의 일반 교시에 따라 측정하였다. 구체적으로, 50 cc 컵을 먼저 사전 칭량하고, 그 후 시험할 분말을 컵 내로 부어 분말이 컵의 상단부로 넘치기까지 들어가게 하였다. 스패츌라 블레이드(spatula blade)를 50 cc 컵의 상단부 위로 통과시켜 과량의 분말을 제거하고 컵의 상단부로 분말을 평평하게 하였다. 분말로 채워진 컵을 칭량하고, g/cc 단위인 겉보기 밀도 또는 벌크 밀도를 하기와 같이 계산하였다:
Figure pct00001
입자 치수의 측정
입자의 치수를 주어진 스크린의 US 메쉬 크기에 기초하여 기록하였다. 예를 들어, 100 US 메쉬 및 200 US 메쉬 스크린은 각각 약 150 ㎛ 및 약 75 미크론 구멍을 갖도록 사용하였다. "100X200" 메쉬에 관하여 분율(fraction)은 75-150 ㎛ 범위의 입자 크기를 의미한다. 측정은 문헌[ASTM D1921-06 "Standard test methods for particle size (Sieve Analysis) of Plastic Materials]에 기술된 것과 유사한 방법을 사용하여 수행하였다. 1400 rpm의 회전 속도 및 200 mm 직경 스크린을 갖는 실험실용 전기장 진동 체질 기계-Type 8411(중국 상위시 소재 Xingfeng Instrument Plant사제)를 사용하였다. 체질 기계에 100 US 메쉬 스크린을 200 US 메쉬 스크린 위로 배치되도록 고정하고 아래에 수집 팬을 고정시켜 200 메쉬 스크린을 통과하는 입자를 수집하도록 하였다. 약 100 g의 분말을 0.1 g의 정확도를 갖는 저울을 사용하여 칭량하고 100 US 메쉬 상에 부었다. 100 US 메쉬 스크린의 상단부에 덮개를 위치시키고 기계를 10 분 동안 가동하였다. 100 US 메쉬 기계 상에 남은 분율을 버리고 200 US 메쉬 기계 상에 수집된 분율을 100X200 US 메쉬 분율 샘플로 고려하였다.
추출 방법 및 분석
팽창성 그래파이트의 벌크 샘플 중 총 크롬 및 망간 함량을 문헌[OSHA Method Control Number T-ID125G-FV-03-0209-M(개정일 2002년 9월)]에 따라 분석하였다. 1 g의 벌크 샘플을 질산, 황산 및 과산화수소와 접촉시키고 총 크롬 및 망간 함량을 미국 뉴욕주 이스트 시라쿠스 소재 Galson Laboratories사가 사용하는 표준 프로토콜인 유도 결합 플라즈마 분석(ICP)으로 분석하였다. 이 절차를 사용하여, 크롬의 검출 한계는 ≤ 5 ppm이었고, 망간의 검출 한계는 ≤ 2.5 ppm이었다.
팽창도의 양의 측정
그래파이트 물질의 팽창도를 하기 방법을 사용하여 측정하였다. 1 g의 팽창성 그래파이트 물질을 눈금형 석영 비커에 첨가하였다. 비커를 500℃로 가열된 노(furnace) 내에 위치시켰다. 2 분 후에, 비커를 노에서 꺼내고, 팽창된 그래파이트의 부피를 측정하였다. 팽창도의 양을 최종 부피로 계산하고 cc/g의 단위로 나타내었다. 기록된 값은 두 측정값의 평균을 나타낸다.
실시예
실시예의 표
Figure pct00002
* 입자의 약 80% 이상이 이 범위 내이다
실시예 1
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(80X150 US 메쉬, 캐나다 퀘벡주 테레본 소재 Timcal Graphite & Carbon사제). 그래파이트를 Kroosh SXE 950(미국 뉴욕주 머메러넥 소재 Minox/Elcan사제)를 사용하여 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.62 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 12 g(그래파이트의 0.12 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 12 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 혼합물을 이후 10 분 동안 교반하고 이후 혼합물을 버크너 퍼넬(Buckner funnel) 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다.
건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.48 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양을 측정하였고 110 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량을 시험 방법 부문에 기술된 추출 방법 및 분석에 따라 미국 뉴욕주 이스트 시라쿠스 소재 Galson Laboratories사에 의해 측정하였다. 크롬 및 망간의 값은 각각 < 5 ppm 및 260 ppm이었다.
실시예 2
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(80X150 US 메쉬, 캐나다 퀘벡주 테레본 소재 Timcal Graphite & Carbon사제). 그래파이트를 Kroosh SXE 950(미국 뉴욕주 머메러넥 소재 Minox/Elcan사제)를 사용하여 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.62 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 10 g(그래파이트의 0.10 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 10 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다.
건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.54 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양은 80 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 110 ppm이었다.
실시예 3
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(80X150 US 메쉬, 캐나다 퀘벡주 테레본 소재 Timcal Graphite & Carbon사제). 그래파이트를 Kroosh SXE 950(미국 뉴욕주 머메러넥 소재 Minox/Elcan사제)를 사용하여 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.62 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 14 g(그래파이트의 0.14 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 14 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다.
건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.49 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양은 120 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 500 ppm이었다.
실시예 4
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(80X150 US 메쉬(mesh), 캐나다 브리티시 콜롬비아주 코트니 소재 Eagle Graphite Corporation사제). 그래파이트를 입자 치수 시험 방법의 측정에 정의된 바와 같이 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.48 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 12 g(그래파이트의 0.12 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 12 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.46 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양은 105 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 270 ppm이었다.
실시예 5
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(Grafine 97100 Grade, 브라질 상 파울로 소재 Nacional de Grafite Ltda사제). 그래파이트를 중국의 Xinxiang Vibration Sift Machinery Factory사의 다양한 종류의 체질 장치를 사용하여 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.52 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 12 g(그래파이트의 0.12 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 12 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.49 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양은 120 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 230 ppm이었다.
비교예 A
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(M -192 Grade, 중국 네이멍구 자치구 싱허 현 소재 Xinhe Xinyi Graphite Co., Ltd사제). 그래파이트를 중국의 Xinxiang Vibration Sift Machinery Factory사의 다양한 종류의 체질 장치를 사용하여 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.42 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 과망간산 칼륨(KMnO4)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 12 g(그래파이트의 0.12 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하고, 12 ml의 27.5% H2O2를 첨가하여 과량의 KMnO4를 중화하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다.
건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.39 cc/g의 벌크 밀도를 가졌다. 500℃에서 팽창도의 양은 55 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 120 ppm이었다.
비교예 B
천연 플레이크 그래파이트를 얻었다(M -192 Grade, 중국 네이멍구 자치구 싱허 현 소재 Xinhe Xinyi Graphite Co., Ltd사제). 그래파이트를 입자 치수 시험 방법의 측정에 정의된 바와 같이 100 및 200 US 메쉬 스크린으로 체질하였다. 생성된 플레이크의 공칭 치수는 75-150 미크론이었다. 벌크 밀도는 0.42 g/cc로 측정되었다.
약 100 g의 그래파이트 플레이크를 삽입제로 70% 황산(H2SO4) 및 산화제로 이크롬산 나트륨(Na2Cr2O7)을 사용하여 층간 삽입시켰다. 삽입제의 양은 300 g(그래파이트 양의 3 배)이고 산화제의 양은 10 g(그래파이트의 0.10 배)였다. 혼합물을 30℃에서 50 분간 교반하였다. 이를 이후 700 ml 물로 희석하였다. 10 분 동안의 교반 후, 혼합물을 버크너 퍼넬 및 진공을 사용하여 여과시켰다. 생성된 케이크를 매 회 700 ml 물을 사용하여 9 회 추가 세척하고 이후 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 플레이크를 700 ml의 물을 분산시킴으로써 3 회 더 세척하고, 이후 10 분 동안 교반하고 여과시켰다. 여과된 케이크를 200 ml의 물에 분산시키고, 6.7 ml 수산화나트륨(30% 수용액)을 첨가한 후 20 분간 교반하였다. 혼합물을 여과하고 공기 순환형 오븐 중 100℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 건조한 층간 삽입된 그래파이트는 100X200 US 메쉬의 공칭 입자 크기 및 0.40 cc/g의 벌크 밀도를 갖는 것으로 측정되었다. 500℃에서 팽창도의 양은 100 cc/g로 측정되었다. 총 크롬 및 망간 함량은 각각 < 5 ppm 및 230 ppm이었다.

Claims (33)

  1. 팽창성 그래파이트 입자를 포함하는 물품으로서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는:
    약 100 내지 200 US 메쉬(mesh)의 공칭(nominal) 입자 크기;
    약 100 ppm 미만의 크롬 함량; 및
    약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도
    를 가지는 것인 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  4. 제1항에 있어서, 팽창성 그래파이트의 벌크 밀도는 0.45 g/cc 이상인 물품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 크롬 함량은 50 ppm 미만인 물품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 크롬 함량은 25 ppm 미만인 물품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 크롬 함량은 5 ppm 미만인 물품.
  8. 팽창성 그래파이트 입자를 포함하는 물품으로서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는:
    약 100 내지 200 US 메쉬의 공칭 입자 크기;
    50 ppm 이상의 망간 함량;
    100 ppm 미만의 크롬 함량; 및
    약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도
    를 가지는 것인 물품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  11. 제8항에 있어서, 팽창성 그래파이트의 벌크 밀도는 0.45 g/cc 이상인 물품.
  12. 제8항에 있어서, 상기 크롬 함량은 50 ppm 미만인 물품.
  13. 제8항에 있어서, 상기 크롬 함량은 25 ppm 미만인 물품.
  14. 제8항에 있어서, 상기 크롬 함량은 5 ppm 미만인 물품.
  15. 폴리머 수지와 팽창성 그래파이트 입자의 혼합물을 포함하는 물품으로서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는:
    약 100 내지 200 US 메쉬의 공칭 입자 크기;
    100 ppm 미만의 크롬 함량; 및
    약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도
    를 가지는 것인 물품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 크롬 함량은 50 ppm 미만인 물품.
  17. 제15항에 있어서, 상기 크롬 함량은 25 ppm 미만인 물품.
  18. 제15항에 있어서, 상기 크롬 함량은 5 ppm 미만인 물품.
  19. 제15항에 있어서, 팽창성 그래파이트의 벌크 밀도는 0.45 g/cc 이상인 물품.
  20. 제15항에 있어서, 상기 폴리머 수지는 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리올레핀, 폴리에스테르 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 물품
  21. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  22. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 가지는 것인 물품.
  23. 팽창성 그래파이트 입자의 제조 방법으로서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 0.45 cc/g 이상의 벌크 밀도, 약 100 내지 200 US 메쉬의 입자 크기, 100 ppm 미만의 크롬 함량; 및 약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도를 가지며, 상기 방법은:
    약 100 내지 200 US 메쉬의 공칭 크기로 천연 플레이크(flake) 그래파이트를 체질(sieving)하는 단계;
    천연 플레이크 그래파이트를 산화제의 존재 하에 산으로 층간 삽입하는 단계;
    과량의 산을 물로 세척하는 단계; 및
    층간 삽입된 그래파이트를 수산화나트륨 희석 용액으로 중화시키는 단계
    를 순차적으로 포함하는 것인 방법.
  24. 팽창성 그래파이트 입자의 제조 방법으로서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 100 내지 200 US 메쉬의 입자 크기, 100 ppm 미만의 크롬 함량; 및 약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도를 가지며, 상기 방법은:
    약 0.48 cc/g 이상의 벌크 밀도 천연 플레이크 그래파이트를 약 100 내지 200 US 메쉬의 공칭 크기로 체질하는 단계;
    천연 플레이크 그래파이트를 산화제의 존재 하에 산으로 층간 삽입하는 단계;
    과량의 산을 물로 세척하는 단계; 및
    층간 삽입된 그래파이트를 수산화나트륨 희석 용액으로 중화시키는 단계
    를 순차적으로 포함하는 것인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 천연 플레이크 그래파이트 입자는 0.45 cc/g 초과의 벌크 밀도를 갖는 것인 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 0.45 g/cc 이상의 벌크 밀도를 갖는 것인 방법.
  27. 제23항에 있어서, 산은 황산을 포함하고 산화제는 과망간산 칼륨을 포함하는 것인 방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 것인 방법.
  29. 제23항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 것인 방법.
  30. 제24항에 있어서, 산은 황산을 포함하고 산화제는 과망간산 칼륨을 포함하는 것인 방법.
  31. 제24항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 100 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 것인 방법.
  32. 제24항에 있어서, 상기 팽창성 그래파이트 입자는 약 500℃에서 가열시 약 120 cc/g 이상의 팽창도를 갖는 것인 방법.
  33. 약 100 내지 200 US 메쉬의 공칭 입자 크기;
    100 ppm 미만의 크롬 함량; 및
    약 500℃에서 가열시 약 80 cc/g 이상의 팽창도
    를 갖는 팽창성 그래파이트 입자.
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