KR20140037844A - Method for producing carbon fillers having covalently bonded amino groups - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제의 제조 방법으로서, 임의로 불활성 용매와 함께, 무수 액체 암모니아 중에 탄소 충전제 및 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 및/또는 이의 아미드를 함유하는 혼합물을 35 내지 500℃ 의 온도 및 30 내지 250 bar 의 압력에서 전환시키는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a process for the preparation of carbon fillers having covalently bonded amino groups, comprising a mixture containing carbon fillers and alkali metals and / or alkaline earth metals and / or amides thereof in anhydrous liquid ammonia, optionally with an inert solvent, from 35 to 500 ° C. And a method of converting at a temperature of and a pressure of 30 to 250 bar.

Description

공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING CARBON FILLERS HAVING COVALENTLY BONDED AMINO GROUPS}Process for preparing carbon filler having covalently bonded amino group {METHOD FOR PRODUCING CARBON FILLERS HAVING COVALENTLY BONDED AMINO GROUPS}

본 발명은 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the preparation of carbon fillers having covalently bonded amino groups.

탄소 충전제는 얼마 전부터, 특히 중합체 성형 조성물에서 충전제로서 사용되어 왔다. 이러한 충전제의 예로는 (전도성) 카본 블랙, 흑연, 탄소 나노튜브 또는 그래핀이 있다. 또한, 활성탄 또는 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 용도는 기존의 충전제 적용에 제한되지 않고, 예를 들어 전자제품 및 저장 매체 분야, 예컨대 전기 전도체 및 트랜지스터, 전극 물질, 저장 매체 등에의 적용 또한 예상할 수 있다.Carbon fillers have been used for some time as fillers, especially in polymer molding compositions. Examples of such fillers are (conductive) carbon black, graphite, carbon nanotubes or graphene. Activated carbon or carbon fiber can also be used. The use is not limited to existing filler applications, but for example applications in the field of electronics and storage media, such as electrical conductors and transistors, electrode materials, storage media and the like can also be envisaged.

선행 기술에 따라, 탄소 나노튜브 (CNT) 는 주로 약 3 내지 100 nm 의 직경 및 상기 직경의 몇 배의 길이를 갖는 원통형 탄소 튜브를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 튜브는 순서화된 탄소 원자의 하나 이상의 층으로 이루어져 있고, 상이한 형태의 코어를 갖는다. 이는 또한, 예를 들어 "탄소 원섬유" 또는 "중공 탄소 섬유" 로서 언급되고, 상이한 형태 (예를 들어, 대나무 또는 양파 모양) 가 가능하다.According to the prior art, carbon nanotubes (CNTs) are understood to mean cylindrical carbon tubes having a diameter of about 3 to 100 nm and several times the diameter. Such tubes consist of one or more layers of ordered carbon atoms and have different types of cores. It is also referred to, for example, as "carbon fibrils" or "hollow carbon fibers" and different forms (eg bamboo or onion shapes) are possible.

이러한 탄소 나노튜브의 일반적인 구조는 원통형의 구조이다. 상기 원통형 구조는 단일벽 단일탄소 나노튜브 (SWCNT), 이중벽 탄소 나노튜브 (DWCNT) 및 다중벽 원통형 탄소 나노튜브 (MWCNT) 사이에서 구분된다. 이의 제조를 위한 통상의 방법에는, 예를 들어 아크 방전 가공, 레이저 절제, 증기상으로부터의 화학적 증착 (CVD 공정) 및 증기상으로부터의 촉매 화학적 증착 (CCVD 공정) 이 있다.The general structure of such carbon nanotubes is a cylindrical structure. The cylindrical structure is distinguished between single wall single carbon nanotubes (SWCNT), double wall carbon nanotubes (DWCNT) and multiwall cylindrical carbon nanotubes (MWCNT). Conventional methods for its preparation include, for example, arc discharge machining, laser ablation, chemical vapor deposition from the vapor phase (CVD process) and catalytic chemical vapor deposition from the vapor phase (CCVD process).

탄소 나노튜브는 가볍고, 인장 강도가 높고, 전류를 전도한다. 이는 특히 중합체용 첨가제로서 지금까지 사용되어 왔다.Carbon nanotubes are light, have high tensile strength, and conduct current. It has especially been used up to now as an additive for polymers.

하지만, 상기 CNT 의 유리한 특성은 일련의 단점에 의해 손상된다. CNT 는 응집하는 경향이 강하고, 극성 또는 비극성 용매 중에서 불량한 용해성을 갖는다. 이러한 단점을 보완하는 한 가지 방법은 관능기, 예를 들어 아미노기를 CNT 의 외부 표면에 적용하는 것으로 이루어져 있다.However, the advantageous properties of the CNTs are compromised by a series of disadvantages. CNTs tend to aggregate and have poor solubility in polar or nonpolar solvents. One way to compensate for this drawback consists in applying functional groups, for example amino groups, to the outer surface of the CNTs.

CNT 의 관능화와 관련된 수많은 문헌들이 이미 존재한다. 아미노기를 포함하는 CNT 의 제조 또한 이미 널리 공지되어 있다 (예를 들어, N. Karousis, N. Tagmatarchis, D. Tasis, Chem. Rev. 2010, 110, 페이지 5366 - 5397). 하지만 일반적으로, CNT 는 아미노기의 적용 전에, 전처리되어야 한다.Numerous literature already exists regarding the functionalization of CNTs. The preparation of CNTs comprising amino groups is also well known (eg N. Karousis, N. Tagmatarchis, D. Tasis, Chem. Rev. 2010 , 110, pages 5366-5397). Generally, however, CNTs must be pretreated before the application of the amino groups.

상기 전처리는 관능기, 예를 들어 카르복실기로 유도하는 화학적 전환일 수 있다. 하나 이상의 추가적인 화학 단계에서만, 상기 관능기는 아미노기로 전환된다.The pretreatment may be a chemical conversion leading to a functional group, for example a carboxyl group. Only in one or more additional chemical steps, the functional group is converted to an amino group.

하지만, 상기 전처리에는 또한 물리적 수단, 예를 들어 온도, 플라즈마 또는 초음파 처리, 또는 탄소 화합물의 분해에 의한 기계적 처리가 포함될 수 있다.However, the pretreatment may also include mechanical treatment by physical means such as temperature, plasma or sonication, or decomposition of carbon compounds.

화학적 및 물리적 처리의 조합도 마찬가지로 가능하다.Combinations of chemical and physical treatments are likewise possible.

상기 언급한 문헌은 상이한 종류의 탄소 나노튜브의 관능화에 대한 바람직한 개요를 제공한다. 아미노기의 도입은, 예를 들어 도 2 에 제시되어 있다. 이는 산 클로라이드기로부터 시작하고, 나트륨 아지드와의 반응을 포함한다. 대안적으로는, 산 아미드를 통해 제조할 수 있다. 또한, 아실 클로라이드의 직접적인 아미드화도 가능하다.The aforementioned documents provide a preferred overview of the functionalization of different kinds of carbon nanotubes. Introduction of amino groups is shown, for example, in FIG. 2. It starts with an acid chloride group and involves the reaction with sodium azide. Alternatively, it may be prepared via acid amide. In addition, direct amidation of acyl chlorides is also possible.

CN-A-101774573 에는 탄소 나노튜브의 아민화 방법이 기재되어 있는데, 여기서는 탄소 나노튜브를 우선 열, 산 및/또는 초음파 처리에 의해 전처리한 후, 340 내지 350℃ 의 온도 및 6 내지 11 MPa 의 압력에서 암모니아 또는 에틸렌디아민과 반응시킨다. 상기 전처리는 상기 공정을 매우 비싸고, 불편하게 만든다.CN-A-101774573 describes a method for amination of carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes are first pretreated by heat, acid and / or sonication, followed by temperatures of 340-350 ° C. and 6-11 MPa. React with ammonia or ethylenediamine at pressure. The pretreatment makes the process very expensive and inconvenient.

US 7,794,683 에는 마찬가지로 아민화된 탄소 나노튜브의 제조가 기재되어 있는데, 여기서는 카르복실산기를 우선 황산 및 질산으로의 산처리에 의해 도입한 후, 디페닐포스포릴 아지드와 반응시켜 아실 아지드로 전환시킨다. 추가적인 반응은 이소시아네이트기를 통한 가수분해를 통해 아미노-관능화된 탄소 나노튜브를 형성하도록 유도한다. 상기 공정의 단점은 다수의 반응 단계가 존재하고, 이들 중 일부는 또한 고가의 시약을 필요로 한다는 것이다.US 7,794,683 likewise describes the preparation of aminated carbon nanotubes, in which a carboxylic acid group is first introduced by acid treatment with sulfuric acid and nitric acid, and then reacted with diphenylphosphoryl azide to convert to acyl azide. . Further reaction leads to the formation of amino-functionalized carbon nanotubes through hydrolysis through isocyanate groups. A disadvantage of this process is that there are a number of reaction steps, some of which also require expensive reagents.

Eur. J. Org. Chem. 2008, 페이지 2544 - 2550 에는 THF 중에서의 리튬 아미드의 친핵성 첨가에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 공유 결합 측벽 관능화가 기재되어 있다. 리튬 아미드는 무수 THF 중에서 n-부틸리튬과 프로필아민으로부터 제조된다. 상기 반응은 상온에서 수행된다. 상기 반응 후, 산소는 상기 반응 혼합물을 통해 이동하고, 이는 -NH-CH2-CH2-CH3- 구조의 기에 의해 대체된 탄소 나노튜브를 제공한다.Eur. J. Org. Chem. 2008, pages 2544-2550, describes covalently bonded sidewall functionalization of single-walled carbon nanotubes by nucleophilic addition of lithium amides in THF. Lithium amides are prepared from n-butyllithium and propylamine in anhydrous THF. The reaction is carried out at room temperature. After the reaction, oxygen migrates through the reaction mixture, which gives carbon nanotubes replaced by groups of the -NH-CH 2 -CH 2 -CH 3 -structure.

WO 2005/090233 에는 탄소 나노튜브의 환원적 관능화가 기재되어 있다. 상기 목적을 위하여, 탄소 나노튜브는 액체 암모니아 내에 도입되고, 그 안에 리튬이 부가적으로 금속으로서 도입된다. 이어서, 알킬 할라이드 또는 아릴 할라이드가 첨가되고, 이는 탄소 나노튜브의 외부 표면의 알킬화를 야기한다; 도 1 및 실시예 1 참조. 상기 반응은 아세톤/드라이 아이스를 이용하여 냉각시키면서 수행되고, 상기 반응의 마무리에서는 실온까지 가열하면서 수행된다. 아민화된 탄소 나노튜브는 기재되어 있지 않다.WO 2005/090233 describes the reductive functionalization of carbon nanotubes. For this purpose, carbon nanotubes are introduced into liquid ammonia, in which lithium is additionally introduced as metal. Alkyl halides or aryl halides are then added, which causes alkylation of the outer surface of the carbon nanotubes; See Figure 1 and Example 1. The reaction is carried out while cooling with acetone / dry ice, and at the end of the reaction while heating to room temperature. Aminated carbon nanotubes are not described.

상기 기재된 발명의 방법은 임의의 관능화 전에, 상기 탄소 나노튜브의 화학적 및/또는 물리적 전처리가 요구된다. 이러한 전처리의 단점은 탄소 화합물의 구조가 전처리에 의해 손상될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 탄소 나노튜브의 초음파 처리는 WO 2005/090233 단락 [0009] 에 기재된 바와 같이, 손상을 야기할 수 있다. 산화 전처리의 경우, 상기 탄소 나노튜브의 표면은 산화제에 의해 공격을 받고, 이는 상기 표면 상에 결함 부위를 야기한다.The process of the invention described above requires chemical and / or physical pretreatment of the carbon nanotubes before any functionalization. A disadvantage of this pretreatment is that the structure of the carbon compound can be damaged by the pretreatment. For example, sonication of carbon nanotubes can cause damage, as described in WO 2005/090233 paragraph [0009]. In the case of oxidation pretreatment, the surface of the carbon nanotubes is attacked by an oxidant, which causes defect sites on the surface.

본 발명의 목적은 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 나노튜브와 같은 탄소 충전제의 제조 방법을 제공하는 것으로, 여기서 상기 탄소 충전제의 전처리는 탄소 나노튜브와 같은 탄소 충전제가 피해야될 손상을 일으키지 않을 수 있고, 상기 관능화는 저렴한 시약을 이용한 한 반응 단계에서 수행될 수 있다. 상기 관능화는 바람직하게는 만약의 경우, 상기 탄소 나노튜브의 전기 전도도를 단지 미미한 정도로만 손상시켜야 한다.It is an object of the present invention to provide a method for preparing a carbon filler such as carbon nanotubes having covalently bonded amino groups, wherein the pretreatment of the carbon filler may not cause damage that carbon fillers such as carbon nanotubes should be avoided, The functionalization can be carried out in one reaction step with inexpensive reagents. The functionalization should preferably only impair the electrical conductivity of the carbon nanotubes to a slight extent, if any.

상기 목적은 임의로 불활성 용매와 함께, 무수 액체 암모니아 중에 탄소 충전제 및 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 및/또는 이의 아미드를 포함하는 혼합물을 35 내지 500℃ 의 온도 및 30 내지 250 bar 의 압력에서 전환시킴으로써, 본 발명에 따른 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제의 제조 방법에 의해 달성된다.The object is to convert the mixture comprising carbon filler and alkali metal and / or alkaline earth metal and / or amide thereof in anhydrous liquid ammonia, optionally with an inert solvent, at a temperature of 35 to 500 ° C. and a pressure of 30 to 250 bar, It is achieved by a process for the preparation of carbon fillers having covalently bonded amino groups according to the invention.

본 발명에 따라, 탄소 충전제를 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드를 포함하는 액체 암모니아와 반응시킴으로써, 공유 결합된 아미노기로 관능화시킬 수 있다는 것을 확인하였다.According to the invention, it has been found that the carbon filler can be functionalized with a covalently bonded amino group by reacting with a liquid ammonia comprising an alkali metal and / or an alkaline earth metal or an amide thereof.

WO 2005/090233 에는 단지 액체 암모니아 중의 리튬 존재 하에서의 알킬 할라이드와의 반응에 의한 알킬화가 개시되어 있다. Eur. J. Org. Chem. 2008, 페이지 2544 - 2550 에는 리튬 n-프로필아미드를 이용한 탄소 나노튜브의 관능화가 기재되어 있고, 여기서 프로필아미노기는 상기 탄소 나노튜브에 부착된다. 상기 전환은 테트라히드로푸란 중에서 실온에서 수행되었다.WO 2005/090233 discloses alkylation by reaction with alkyl halides only in the presence of lithium in liquid ammonia. Eur. J. Org. Chem. 2008, pages 2544-2550, describe the functionalization of carbon nanotubes with lithium n-propylamide, wherein the propylamino group is attached to the carbon nanotubes. The conversion was performed at room temperature in tetrahydrofuran.

본 출원에서, 용어 "탄소 충전제" 는 단독 원소로서의 탄소로부터 주로 또는 전적으로 형성된 미립자 고체 탄소 물질을 의미한다. 이러한 물질의 예로는 탄소 나노튜브, 그래핀, 카본 블랙, 흑연, 활성탄 또는 탄소 섬유가 있다. 이들은 추가적인 화학 원소의 도입에 의해, 표면-개질될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이의 특성은 배타적인 탄소-기반 구조로부터 결정적인 정도로 유도된다. 따라서, 본 발명에 따라, 용어 "탄소 충전제" 는 임의의 특정 적용을 의미하는 것이 아니라, 단지 상기 미립자 탄소 물질의 구조 및 물질의 상태를 의미한다. 이러한 미립자 탄소 물질에 있어서, 충전제 적용 뿐 아니라 전자제품 및 저장 매체 분야, 예컨대 전기 전도체 및 트랜지스터, 전극 물질, 저장 매체 등이 가능하고, 부가적으로 포함된다. 예를 들어, 개질된 전도성 카본 블랙은 열가소성 성형 조성물의 전기 전도성 변형으로 간주된다.In the present application, the term "carbon filler" means a particulate solid carbon material formed mainly or wholly from carbon as the sole element. Examples of such materials are carbon nanotubes, graphene, carbon black, graphite, activated carbon or carbon fibers. These can be surface-modified by the introduction of additional chemical elements. Nevertheless, its properties are derived to a critical degree from an exclusive carbon-based structure. Thus, according to the invention, the term "carbon filler" does not mean any particular application, but merely the structure of the particulate carbon material and the state of the material. In such particulate carbon materials, filler applications as well as electronics and storage media fields are possible and additionally included, such as electrical conductors and transistors, electrode materials, storage media, and the like. For example, modified conductive carbon black is considered an electrically conductive modification of the thermoplastic molding composition.

본 발명에 따라, 상기 관능화된 탄소 충전제의 용도는 충전제에 제한되지 않는다. 모든 유리한 적용이 부가적으로 포함된다. 대안적으로, 용어 "미립자 탄소 물질" 이 용어 "탄소 충전제" 대신 사용될 수 있다.According to the invention, the use of the functionalized carbon filler is not limited to the filler. All advantageous applications are additionally included. Alternatively, the term "particulate carbon material" may be used instead of the term "carbon filler".

본 발명에 따른 방법에서, 사용되는 탄소 충전제의 전처리가 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에서의 탄소 충전제는 전처리되지 않는다. 더욱 특히, 이는 선행 기술에서와 마찬가지로, 산, 열, 플라즈마 및/또는 초음파로 전혀 전처리되지 않는다.In the process according to the invention, no pretreatment of the carbon filler used is required. Thus, the carbon filler in one embodiment of the invention is not pretreated. More particularly, it is not pretreated at all with acid, heat, plasma and / or ultrasound, as in the prior art.

나아가, 상기 반응은 바람직하게는 할로겐 화합물, 특히 알킬 또는 아릴 할라이드와 같은 유기 할라이드의 부재 하에서 수행된다.Furthermore, the reaction is preferably carried out in the absence of halogen compounds, in particular organic halides such as alkyl or aryl halides.

상기 반응 후, 암모니아를 바람직하게는 상기 혼합물로부터 제거한 후, 과량의 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드를 알코올 및/또는 물과 반응시키고, 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제를 상기 반응 혼합물로부터 제거한다.After the reaction, ammonia is preferably removed from the mixture, and then excess alkali metal and / or alkaline earth metal or amide thereof is reacted with alcohol and / or water, and a carbon filler having a covalently bonded amino group is removed from the reaction mixture. Remove

상기 과량의 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드를 바람직하게는 C1 -4-알칸올과 반응시킨다.Preferably the excess of the alkali metal and / or alkaline earth metals or their amides are C 1 -4 - is reacted with an alkanol.

상기 방법에 사용되는 탄소 충전제는 바람직하게는 단일- 또는 다중벽 탄소 나노튜브, 그래핀, 카본 블랙, 흑연, 활성탄, 탄소 섬유 또는 이의 혼합물로부터 선택된다.The carbon filler used in the process is preferably selected from single- or multi-walled carbon nanotubes, graphene, carbon black, graphite, activated carbon, carbon fibers or mixtures thereof.

본 발명에 따른 방법에 사용되는 탄소 충전제는 임의의 적합한 탄소 충전제로부터 선택될 수 있다. 상기 충전제는 가능한 불순물을 무시하고, 필수적으로 단지 화학 원소로서의 탄소를 포함한다.The carbon filler used in the process according to the invention can be selected from any suitable carbon filler. The filler ignores possible impurities and essentially includes carbon only as a chemical element.

상기 탄소 충전제는 특히 흑연 표면 구조를 갖는다.The carbon fillers in particular have a graphite surface structure.

단일 또는 다중벽 탄소 나노튜브의 예로는, 예를 들어 상기 기재된 바와 같이, 단일벽, 이중벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브 (SWCNT, DWCNT, MWCNT) 가 있다.Examples of single or multiwalled carbon nanotubes are, for example, single-walled, double-walled or multi-walled carbon nanotubes (SWCNT, DWCNT, MWCNT), as described above.

적합한 탄소 나노튜브 및 그래핀이 당업계에 널리 공지되어 있다. 적합한 탄소 나노튜브 (CNT) 에 대한 설명에 있어서, DE-A-102 43 592, 특히 단락 [0025] - [0027] 를 참고로 할 수 있고, 또한 WO 2008/012233, 특히 16 페이지, 11 - 41 째줄, 또는 DE-A-102 59 498, 단락 [0131] - [0135] 를 참고로 할 수 있다. 또한, 적합한 탄소 나노튜브는 WO 2006/026691, 단락 [0069] - [0074] 에 기재되어 있다. 추가로, 적합한 탄소 나노튜브는 WO 2009/000408, 2 페이지 28 째줄 - 3 페이지 11 째줄에 기재되어 있다.Suitable carbon nanotubes and graphene are well known in the art. In the description of suitable carbon nanotubes (CNTs), reference may be made to DE-A-102 43 592, in particular paragraphs [0025]-[0027] and also WO 2008/012233, in particular page 16, 11-41. Line 8, or DE-A-102 59 498, paragraphs [0131]-[0135]. Suitable carbon nanotubes are also described in WO 2006/026691, paragraphs [0069]-[0074]. In addition, suitable carbon nanotubes are described in WO 2009/000408, page 2, line 28-page 3, line 11.

본 발명의 맥락에서, 탄소 나노튜브는 탄소가 (주로) 흑연 구조를 가지고 있고, 각각의 흑연 층이 튜브 형태로 배열된, 탄소-함유 거대분자를 의미하는 것으로 이해된다. 나노튜브 및 이의 합성은 이미 문헌에 공지되어 있다 (예를 들어, J. Hu et al., Acc. Chem. Res. 32 (1999) 435 - 445). 본 발명의 맥락에서, 원칙적으로 임의의 종류의 나노튜브를 사용할 수 있다.In the context of the present invention, carbon nanotubes are understood to mean carbon-containing macromolecules in which carbon has a (mainly) graphite structure and each graphite layer is arranged in the form of a tube. Nanotubes and their synthesis are already known in the literature (eg, J. Hu et al., Acc. Chem. Res. 32 (1999) 435-445). In the context of the invention, in principle any kind of nanotubes can be used.

개별적인 튜브형 흑연 층 (흑연 튜브) 의 직경은 바람직하게는 0.3 내지 100 nm, 특히 0.3 내지 30 nm 이다. 나노튜브는 원칙적으로, 단일벽 나노튜브 (SWCNT) 및 다중벽 나노튜브 (MWCNT) 로 구분될 수 있다. 따라서, MWCNT 에는 몇몇의 동심원의 흑연 튜브가 존재한다.The diameter of the individual tubular graphite layers (graphite tubes) is preferably 0.3 to 100 nm, in particular 0.3 to 30 nm. Nanotubes can in principle be divided into single-walled nanotubes (SWCNTs) and multi-walled nanotubes (MWCNTs). Thus, there are several concentric graphite tubes in the MWCNT.

또한, 상기 튜브의 외부 모양이 달라질 수 있는데; 이는 내부 및 외부에 대한 동일한 직경을 가질 수 있고, 또한 결절성 튜브 및 연충모양의 구조로 제조할 수도 있다.In addition, the outer shape of the tube may vary; It can have the same diameter for the inside and the outside, and can also be made into a nodular tube and a worm-shaped structure.

종횡비 (미립자 흑연 튜브의 길이 대 이의 직경) 는 > 10, 바람직하게는 > 5 이다. 상기 나노튜브는 10 nm 이상의 길이를 갖는다. 본 발명의 맥락에서, 바람직한 성분 B) 는 MWCNT 이다. 보다 특히, 상기 MWCNT 는 대략 500 : 1 의 종횡비 및 1 내지 500 ㎛ 범위의 평균 길이를 갖는다.The aspect ratio (length of the particulate graphite tube to its diameter) is> 10, preferably> 5. The nanotubes have a length of at least 10 nm. In the context of the present invention, preferred component B) is MWCNT. More particularly, the MWCNTs have an aspect ratio of approximately 500: 1 and an average length in the range of 1-500 μm.

BET 비표면적은 일반적으로 50 내지 2000 m2/g, 바람직하게는 130 내지 1200 m2/g 이다. 촉매 제조 시 형성되는 불순물은 일반적으로, HRTEM 에 따라, 0.1 내지 12%, 바람직하게는 0.2 내지 10% 이다.The BET specific surface area is generally from 50 to 2000 m 2 / g, preferably from 130 to 1200 m 2 / g. Impurities formed during catalyst preparation are generally from 0.1 to 12%, preferably from 0.2 to 10%, depending on the HRTEM.

적합한 나노튜브 Hyperion Catalysis Int., Cambridge, MA (USA) 사의 "multiwall" 명칭으로 판매되는 것 (또한 EP 205 556, EP 969 128, EP 270 666, US 6,844,061 참조) 및 또한 Bayer Material Science, Nanocyl, Arkema 및 FutureCarbon 사로부터 구입할 수 있다.Suitable nanotubes sold under the name “multiwall” of Hyperion Catalysis Int., Cambridge, MA (USA) (see also EP 205 556, EP 969 128, EP 270 666, US 6,844,061) and also Bayer Material Science, Nanocyl, Arkema And FutureCarbon.

본 발명의 제조에서, 탄소 나노튜브는 어떠한 전처리도 표면 변형도 요구되지 않는다.In the preparation of the present invention, carbon nanotubes do not require any pretreatment or surface modification.

적당한 그래핀은, 예를 들어 Macromolecules 2010, 43, 페이지 6515 - 6530 에 기재되어 있다.Suitable graphene is described, for example, in Macromolecules 2010, 43, pages 6515-6530.

대안적으로는, (전도성) 카본 블랙, 흑연 또는 이의 혼합물이 사용된다. 적합한 카본 블랙 및 흑연은 당업계의 기술자에게 공지되어 있다.Alternatively, (conductive) carbon black, graphite or mixtures thereof are used. Suitable carbon blacks and graphites are known to those skilled in the art.

상기 카본 블랙은 특히 전도성 카본 블랙 또는 전도도 카본 블랙, 예를 들어 아세틸렌 카본이다. 사용되는 전도성 카본 블랙은 임의의 일반 카본 블랙일 수 있고, 이의 적합한 예는 Akzo 사의 제품 Ketjenblack 300 이다.The carbon black is in particular conductive carbon black or conductive carbon black, for example acetylene carbon. The conductive carbon black used can be any common carbon black, a suitable example of which is Ketjenblack 300 from Akzo.

전도도 변형을 위하여, 또한 전도성 카본 블랙을 사용할 수 있다. 흑연형 층이 비정질 탄소 내에 포함되는 결과, 카본 블랙은 전자를 전달한다 (F. Camona, Ann. Chim. Fr. 13, 395 (1988)). 전류는 카본 블랙 입자로 구성된 응집체 내에서, 및 상기 응집체 사이의 거리가 충분히 작은 경우 응집체 사이에서 전도된다. 최소의 투여량으로 전도도를 달성하기 위하여, 이방성 구조를 갖는 카본 블랙을 사용하는 것이 바람직하다 (G. Wehner, Advances in Plastics Technology, APT 2005, Paper 11, Katowice 2005). 상기와 같은 카본 블랙의 경우, 주요 입자들이 합쳐져 이방성 구조를 형성하기 때문에, 화합물 내에서 비교적 낮은 부하로 전도도를 달성하기 위해서는 상기 카본 블랙 입자의 분리가 요구된다 (C. Van Bellingen, N. Probst, E. Grivei, Advances in Plastics Technology, APT 2005 Paper 13, Katowice 2005).For conductivity modification, conductive carbon black can also be used. As a result of the inclusion of the graphite layer in amorphous carbon, carbon black transfers electrons (F. Camona, Ann. Chim. Fr. 13, 395 (1988)). The electric current is conducted in the aggregate composed of carbon black particles and between the aggregates when the distance between the aggregates is sufficiently small. In order to achieve conductivity at the minimum dosage, preference is given to using carbon black with an anisotropic structure (G. Wehner, Advances in Plastics Technology, APT 2005, Paper 11, Katowice 2005). In the case of the carbon black as described above, since the main particles are combined to form an anisotropic structure, separation of the carbon black particles is required to achieve conductivity at a relatively low load in the compound (C. Van Bellingen, N. Probst, E. Grivei, Advances in Plastics Technology, APT 2005 Paper 13, Katowice 2005).

적합한 유형의 카본 블랙은, 예를 들어 60 ml/100g 이상, 바람직하게는 90 ml/100g 초과의 흡유성 (ASTM D 2414-01 에 따라 측정됨) 을 갖는다. 적합한 제품의 BET 표면적은 50 초과 및 바람직하게는 60 m2/g 초과이다 (ASTM D 3037-89 에 따라 측정됨). 각종 관능기가 카본 블랙 표면 상에 존재할 수 있다. 전도성 카본 블랙은 각종 방법 (G. Wehner, Advances in Plastics Technology, APT 2005 Paper 11, Katowice 2005) 에 의해 제조될 수 있다.Suitable types of carbon black have, for example, oil absorption (measured according to ASTM D 2414-01) of at least 60 ml / 100g, preferably greater than 90 ml / 100g. The BET surface area of suitable products is greater than 50 and preferably greater than 60 m 2 / g (measured according to ASTM D 3037-89). Various functional groups can be present on the carbon black surface. Conductive carbon black can be prepared by a variety of methods (G. Wehner, Advances in Plastics Technology, APT 2005 Paper 11, Katowice 2005).

또한, 흑연이 충전제로서 사용될 수 있다. 흑연은, 예를 들어 A.F. Hollemann, E. Wiberg "Lehrbuch der anorganischen Chemie" [Inorganic Chemistry], 91 - 100 판, pph. 701 - 702 에 기재된 바와 같은 탄소의 다형체를 의미하는 것으로 이해된다. 흑연은 평면의 탄소 층이 또 다른 층의 상부에 배열된 형태로 이루어져 있다. 흑연은 분쇄에 의해 세분될 수 있다. 입자 크기는 0.01 ㎛ 내지 1 mm 의 범위, 바람직하게는 1 내지 250 ㎛ 범위이다.In addition, graphite may be used as the filler. Graphite is, for example, A.F. Hollemann, E. Wiberg "Lehrbuch der anorganischen Chemie" [Inorganic Chemistry], 91-100, pph. It is understood to mean a polymorph of carbon as described in 701-702. Graphite consists of a planar carbon layer arranged on top of another layer. Graphite can be broken down by grinding. The particle size is in the range of 0.01 μm to 1 mm, preferably in the range of 1 to 250 μm.

카본 블랙 및 흑연은, 예를 들어 Donnet, J. B. et al., Carbon Black Science and Technology, Second Edition, Marcel Dekker, Inc., New York 1993 에 기재되어 있다. 또한, 고도로 순서화된 카본 블랙을 기반으로 하는 전도성 카본 블랙을 사용할 수 있다. 이는, 예를 들어 DE-A-102 43 592, 특히 [0028] - [0030] 에, EP-A-2 049 597, 특히 17 페이지, 1 - 23 째줄에, DE-A-102 59 498, 특히 단락 [0136] - [0140] 에, 및 EP-A-1 999 201, 특히 3 페이지, 10 - 17 째줄에 기재되어 있다.Carbon black and graphite are described, for example, in Donnet, J. B. et al., Carbon Black Science and Technology, Second Edition, Marcel Dekker, Inc., New York 1993. It is also possible to use conductive carbon blacks based on highly ordered carbon blacks. This is for example DE-A-102 43 592, especially in [0028]-[0030], EP-A-2 049 597, in particular on page 17, line 1-23, DE-A-102 59 498, in particular Paragraphs [0136]-[0140] and EP-A-1 999 201, in particular page 3, lines 10-17.

입자 크기는 특정한 탄소 물질에 따라 달라지고, 이는 바람직하게는 1 nm 내지 1 mm, 더욱 바람직하게는 2 nm 내지 250 ㎛ 의 범위이다. 탄소 섬유는 바람직하게는 1 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 갖는다. 상기 섬유는 또한 섬유 다발의 형태일 수 있다.The particle size depends on the particular carbon material, which is preferably in the range of 1 nm to 1 mm, more preferably 2 nm to 250 μm. The carbon fibers preferably have a diameter in the range of 1 to 20 μm, more preferably 5 to 10 μm. The fibers may also be in the form of fiber bundles.

상기 반응은 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드의 존재 하에서 수행된다. 알칼리 토금속은 바람직하게는 Ca 또는 Mg 이다. 알칼리 금속은 바람직하게는 Li, Na, K 및 이의 혼합물로부터 선택된다. 특히 바람직하게는, Li 또는 Na, 특히 Na 가 사용된다.The reaction is carried out in the presence of alkali metals and / or alkaline earth metals or amides thereof. The alkaline earth metal is preferably Ca or Mg. The alkali metal is preferably selected from Li, Na, K and mixtures thereof. Especially preferably, Li or Na, in particular Na, is used.

알칼리 금속 및 알칼리 토금속 대신, 독립적인 반응 단계에서 제조되는 해당 아미드가 또한 사용될 수 있다. 이들 중 적합한 것은 리튬 아미드, 나트륨 아미드, 칼륨 아미드, 칼슘 아미드 및 마그네슘 아미드이고, 바람직하게는 리튬 아미드, 나트륨 아미드 및 칼슘 아미드이고, 특히 바람직하게는 리튬 아미드 및 나트륨 아미드이고, 매우 특히 바람직하게는 나트륨 아미드이다.Instead of alkali metals and alkaline earth metals, the corresponding amides prepared in independent reaction steps may also be used. Suitable among these are lithium amide, sodium amide, potassium amide, calcium amide and magnesium amide, preferably lithium amide, sodium amide and calcium amide, particularly preferably lithium amide and sodium amide, very particularly preferably sodium Amide.

알칼리 금속 및 알칼리 토금속 아미드는 임의로 촉매의 존재 하에서, 액체 암모니아 중에서 상기 금속을 전환시킴으로써 제조될 수 있다. 나트륨 아미드는 용융 나트륨 상에 기체 암모니아를 통과시킴으로써 산업적으로 합성된다 (Ullmanns Encyclopedia of Technical Chemistry, 5th edition, A 2, 페이지 151 - 161).Alkali metal and alkaline earth metal amides can be prepared by converting the metal in liquid ammonia, optionally in the presence of a catalyst. Sodium amide is synthesized industrially by passing gaseous ammonia over molten sodium (Ullmanns Encyclopedia of Technical Chemistry, 5th edition, A 2, pages 151-161).

암모니아는 무수 액체 암모니아의 형태로 사용된다. "무수" 는 1000 ppm 미만의 수분 함량을 의미하는 것으로 이해된다.Ammonia is used in the form of anhydrous liquid ammonia. "Anhydrous" is understood to mean a moisture content of less than 1000 ppm.

상기 전환은 무수 액체 암모니아 중에서 수행될 수 있다. 대안적으로는, 부가적으로 상기 반응 조건 하에서 불활성인 용매 또는 희석제를 사용할 수 있다.The conversion can be carried out in anhydrous liquid ammonia. Alternatively, it is additionally possible to use solvents or diluents which are inert under the reaction conditions.

상기 반응 조건 하에서 불활성인 유용한 용매에는 에테르, 예컨대 테트라히드로푸란, 디옥산, 메틸 tert-부틸 에테르, 및 지방족, 지환족, 방향족 탄화수소, 예컨대 헥산, 시클로헥산 및 톨루엔, 디메틸포름아미드 또는 이들 용매의 혼합물이 포함된다.Useful solvents which are inert under these reaction conditions include ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, methyl tert-butyl ether, and aliphatic, cycloaliphatic, aromatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane and toluene, dimethylformamide or mixtures of these solvents. This includes.

상기 언급된 용매의 양은 사용된 탄소 화합물을 기준으로, 0 내지 20 000 중량%, 특히 0 내지 2000 중량% 이다.The amount of solvent mentioned above is 0 to 20 000% by weight, in particular 0 to 2000% by weight, based on the carbon compound used.

상기 탄소 충전제는 상기 언급된 용매 중에 현탁된 반응기 내에 도입될 수 있다. 아민화 후, 이는 암모니아 제거 후에, 용매 중에 현탁 또는 용해된 상태로 수득될 수 있다. 용매를 사용한 결과, 먼지가 매우 미미한 정도로만 발생한다. 이는 안전한 작동을 가능하게 한다.The carbon filler may be introduced into the reactor suspended in the solvents mentioned above. After amination, it can be obtained after ammonia removal, suspended or dissolved in a solvent. As a result of using the solvent, dust is generated only to a very small degree. This allows for safe operation.

탄소 충전제 대 암모니아의 중량비는 바람직하게는 1 : 200, 더욱 바람직하게는 1 : 20 내지 1 : 90 이다.The weight ratio of carbon filler to ammonia is preferably 1: 200, more preferably 1:20 to 1:90.

알칼리 금속 및 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속 아미드 및 알칼리 토금속 아미드 대 암모니아의 몰비는 바람직하게는 1 : 1000, 더욱 바람직하게는 1 : 50 내지 1 : 400 이다.The molar ratio of alkali metal and alkaline earth metal or alkali metal amide and alkaline earth metal amide to ammonia is preferably 1: 1000, more preferably 1:50 to 1: 400.

상기 탄소 화합물은 35 내지 500℃, 바람직하게는 50 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 180℃ 에서 아민화된다.The carbon compound is aminated at 35 to 500 ° C, preferably 50 to 250 ° C, more preferably 80 to 180 ° C.

이용된 총 압력은 암모니아가 액체 형태로 존재하는 경우에서의 압력이다. 상기 압력은 30 내지 250 MPa (bar), 특히 70 내지 150 MPa (bar) 이다.The total pressure used is the pressure where ammonia is in liquid form. The pressure is 30 to 250 MPa (bar), in particular 70 to 150 MPa (bar).

상기 전환은 상기 언급된 압력 및 상기 언급된 온도를 견딜 수 있는 임의의 적합한 반응기 내에서 수행될 수 있다. 전환 동안, 바람직하게는 상기 반응기 내 반응 혼합물을 혼합 또는 교반시킨다.The conversion can be carried out in any suitable reactor capable of withstanding the abovementioned pressures and the abovementioned temperatures. During the conversion, the reaction mixture in the reactor is preferably mixed or stirred.

상기 반응 혼합물은 바람직하게는 상기 언급된 반응 조건 하에서, 반응기 내에서 격렬하게 교반된다. 상기 교반기 속도는 50 내지 1000 rpm, 특히 250 내지 350 rpm 이다. 사용 전에, 상기 반응기는 불활성 기체, 바람직하게는 질소 또는 아르곤으로 퍼징된다.The reaction mixture is stirred vigorously in the reactor, preferably under the reaction conditions mentioned above. The stirrer speed is 50 to 1000 rpm, in particular 250 to 350 rpm. Before use, the reactor is purged with an inert gas, preferably nitrogen or argon.

본 발명의 전환은 바람직하게는 2 내지 24 시간, 더욱 바람직하게는 4 내지 8 시간 동안, 바람직하게는 회분식 또는 연속식으로 수행된다.The conversion of the invention is preferably carried out for 2 to 24 hours, more preferably for 4 to 8 hours, preferably batchwise or continuously.

후처리를 위해, 상기 반응 혼합물을 바람직하게는 감압하고, 20 내지 40℃ 까지 냉각시킨다. 감압 동안, 암모니아는 증발 및 냉각에 의해 회수될 수 있다. 또한, 증류 컬럼 내에서 암모니아를 제거할 수도 있다.For workup, the reaction mixture is preferably depressurized and cooled to 20-40 ° C. During reduced pressure, ammonia can be recovered by evaporation and cooling. It is also possible to remove ammonia in the distillation column.

상기 반응 생성물에 존재하는 전환되지 않은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 해당 아미드는 바람직하게는 위험하지 않은 방식으로 제거될 수 있는 화합물로 전환된다. 상기 전환을 위한 적합한 화합물의 예에는 알코올 또는 물, 바람직하게는 탄소수 1 내지 4 의 선형 또는 분지형 알킬 알코올, 더욱 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올, 가장 바람직하게는 메탄올이다. 상기 반응 생성물로서 형성된 알콕시드는 해당 과량의 알코올 및 임의의 용매와 함께 아민화된 탄소 화합물로부터 제거될 수 있다. 바람직하게는 흡입 필터, 예를 들어 유리 흡입 필터 상에서의 흡입에 의해 탄소 화합물이 제거된다. 상기 흡입 필터의 기공 크기는 바람직하게는 10 내지 16 ㎛ 이다. 여과액이 더 이상 알칼리성이 아닐 때까지, 상기 탄소 충전제를 알코올로 세정할 수 있다.The unconverted alkali metal or alkaline earth metal or the corresponding amides present in the reaction product are preferably converted into compounds which can be removed in a non-hazardous manner. Examples of suitable compounds for the conversion are alcohol or water, preferably linear or branched alkyl alcohols having 1 to 4 carbon atoms, more preferably methanol or ethanol, most preferably methanol. The alkoxide formed as the reaction product can be removed from the aminated carbon compound with the corresponding excess alcohol and any solvent. Preferably the carbon compound is removed by suction on a suction filter, for example a glass suction filter. The pore size of the suction filter is preferably 10 to 16 μm. The carbon filler can be washed with alcohol until the filtrate is no longer alkaline.

건조 탄소 화합물이 요구되는 경우, 예를 들어 감압 하에서, 50 내지 100 ℃ 에서 일정한 중량에 이를 때까지 건조시킬 수 있다.If a dry carbon compound is desired, it can be dried, for example under reduced pressure, at a constant weight of from 50 to 100 ° C. until reaching a certain weight.

본 발명을 하기 실시예에 의해 상세하게 설명한다.The invention is illustrated in detail by the following examples.

실시예Example

제조 후, 수득한 아민화된 탄소 충전제를 질소 함량을 측정하기 위하여 XPS 분석을 통해 분석하였다.After preparation, the obtained aminated carbon filler was analyzed via XPS analysis to determine the nitrogen content.

CNT 관능화 수준의 연구를 위한 XPS 에 대한 방법 설명을 하기에 기재한다:A method description for XPS for the study of CNT functionalization levels is described below:

관능화는 통상의 전하 중성화 방법을 사용하여 단색 알루미늄 K 알파 방사선 (예를 들어, Phi 5600 LS, Phi VersaProbe 또는 Kratos Axis Nova) 으로 표준 실험실 분광계 상에서 XPS 를 통해 측정하였다. 원소 조성은 스펙트럼 개요 (1350 eV 내지 -5 eV, 단계 너비 0.5 eV, 통과 에너지 112 - 160 eV) 를 통해 정량화하였다. 상기 정량화를 위하여, 특정한 기기에 대하여 측정되는 상대 감도 인자 (RSF) 를 사용하였고, 셜리 (Shirley) 배경 제거를 수행하였다.Functionalization was measured via XPS on a standard laboratory spectrometer with monochromatic aluminum K alpha radiation (eg, Phi 5600 LS, Phi VersaProbe or Kratos Axis Nova) using conventional charge neutralization methods. Elemental composition was quantified through a spectral scheme (1350 eV to -5 eV, step width 0.5 eV, pass energy 112-160 eV). For this quantification, Relative Sensitivity Factor (RSF) measured for a particular instrument was used, and Shirley background removal was performed.

상기 관능화는 상세한 스펙트럼 (측정 범위: 최대 피크로부터 ± 5 - 10 eV, 에너지 해상도 0.1 eV, 통과 에너지 20 - 30 eV) 으로부터, 공지된 비교가능한 데이터 (예를 들어, Beamson G., Briggs D. High Resolution XPS of Organic Polymers: the Scienta ESCA300 Database (1992)) 를 이용하여 헤테로원자 및 탄소의 피크 최대값을 비교함으로써 측정하였다.The functionalization is derived from the detailed spectra (measurement range: ± 5-10 eV from maximum peak, energy resolution 0.1 eV, pass energy 20-30 eV) from known comparable data (eg, Beamson G., Briggs D. The high resolution XPS of Organic Polymers: the Scienta ESCA300 Database (1992) was used to compare the peak peaks of heteroatoms and carbons.

상기 정량화를 위하여, 반응물의 탄소 선모양을 생성물에 대하여 측정된 바와 같이 (상세한 스펙트럼, 셜리 (Shirley) 배경 제거), 동일한 분광계 상에서, 동일한 측정 조건 하에서 측정하였다.For this quantification, carbon linears of the reactants were measured under the same measurement conditions, on the same spectrometer, as measured for the product (detailed spectra, Shirley background removal).

탄소의 피크 최대값을 284.5 eV (방향족 탄소) 로 보정하였고, 상기 관능화에 있어서의 변화는 반응물 및 각종 기준 피크의 선모양을 생성물의 측정된 스펙트럼에 대하여 피팅함으로써 측정하였다.The peak maximum of carbon was corrected to 284.5 eV (aromatic carbon), and the change in the functionalization was determined by fitting the line of reactants and various reference peaks against the measured spectrum of the product.

실시예Example 1 One

액체 암모니아 중의 나트륨 존재 하에서의 MWCNT 의 아민화Amination of MWCNTs in the Presence of Sodium in Liquid Ammonia

상기 전환은 반응은 교반된 오토클레이브 (반응 부피 3.5 L, 원반 교반기가 장착됨) 내에서 수행하였다. 상기 오토클레이브를 아르곤으로 퍼징하였다. 30 g 의 Baytubes® C 150 P MWCNT (140 ml 의 테트라히드로푸란으로 습윤화됨) 및 8 g 의나트륨을 도입하였다. 상기 오토클레이브를 폐쇄한 후, 1200 ml (720 g) 의 암모니아를 액체 형태로 계량하였다. 300 rpm 의 교반기 속도로, 상기 오토클레이브을 120℃ 까지 가열하였다. 84 bar 의 압력이 형성되었다. 3 시간 후, 상기 오토클레이브를 40℃ 까지 냉각시켰다. 0.5 L 의 메탄올을 임의의 잔류 나트륨 및 나트륨 아미드를 전환시키기 위하여 펌핑하였다. 상기 오토클레이브를 점진적으로 감압하고, 탈기를 위해 40 ℃ 에서 1 시간 동안 유지시켰다. 다시 0.5 L 의 메탄올을 펌핑한 후, 상기 오토클레이브를 라이저 (riser) 선을 통해서 비웠다.The conversion was carried out in a stirred autoclave (reaction volume 3.5 L, equipped with disc stirrer). The autoclave was purged with argon. 30 g of sodium Baytubes ® C 150 P MWCNT (wetted with 140 ml of tetrahydrofuran hwadoem) and 8 g of was introduced. After closing the autoclave, 1200 ml (720 g) of ammonia was metered in liquid form. The autoclave was heated to 120 ° C. at a stirrer speed of 300 rpm. A pressure of 84 bar was formed. After 3 hours, the autoclave was cooled to 40 ° C. 0.5 L of methanol was pumped to convert any residual sodium and sodium amide. The autoclave was gradually depressurized and maintained at 40 ° C. for 1 hour for degassing. After again pumping 0.5 L of methanol, the autoclave was emptied through a riser line.

상기 반응 생성물을 유리 흡입 필터 (10 - 16 ㎛) 를 통해 여과하고, 1 L 의 메탄올로 세정하였다. 상기 CNT 를 1 L 삼각 플라스크로 옮긴 후, 이를 1 L 의 메탄올과 함께 15 분 동안 교반하고, 다시 흡입으로 여과하였다. 상기 작업을 3 회 반복하였다. 그 후, 상기 CNT 를 감압 하에서, 70℃ 에서 일정한 무게에 이를 때까지 건조시켰다.The reaction product was filtered through a glass suction filter (10-16 μm) and washed with 1 L of methanol. After transferring the CNTs to a 1 L Erlenmeyer flask, it was stirred with 1 L of methanol for 15 minutes and again filtered by suction. The operation was repeated three times. Thereafter, the CNTs were dried under reduced pressure at 70 ° C. until constant weight was reached.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 400.6 eV 에서 아민을 나타내었다. 상기 질소 함량은 0.6% (3 개의 측정 지점으로부터의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 400.6 eV. The nitrogen content was measured at 0.6% (average from three measuring points).

실시예Example 2 2

액체 암모니아 중의 나트륨 존재 하에서의 그래핀의 아민화Amination of Graphene in the Presence of Sodium in Liquid Ammonia

실시예 1 과 유사하게, 100 mg 의 그래핀 (Vor-X) 를 10 ml 의 테트라히드로푸란 중에 현탁시키고, 300 ml 오토클레이브 내에서, 120 ml (72 g) 의 암모니아 및 800 mg 의 나트륨의 존재 하에서, 120℃ 및 300 rpm 에서, 5 시간 동안 교반하였다. 총 100 bar 의 압력이 형성되었다.Similar to Example 1, 100 mg of graphene (Vor-X) is suspended in 10 ml of tetrahydrofuran and in the 300 ml autoclave, the presence of 120 ml (72 g) of ammonia and 800 mg of sodium Under stirring at 120 ° C. and 300 rpm for 5 hours. A total pressure of 100 bar was formed.

상기 오토클레이브를 40℃ 까지 냉각시켰다. 아민화된 그래핀을 상기 오토클레이브 외부에서 메탄올로 세정하고, 0.5 ㎛ 테플론 막을 사용하여 흡입으로 여과하였다. 그 후, 상기 그래핀을 100 ml 의 메탄올 중에 현탁시키고, 30 분 동안 교반하고, 다시 흡입으로 여과하였다.The autoclave was cooled to 40 ° C. Aminated graphene was washed with methanol outside the autoclave and filtered by suction using a 0.5 μm Teflon membrane. The graphene was then suspended in 100 ml of methanol, stirred for 30 minutes and filtered again by suction.

상기 작업을 1 회 더 반복한 후, 상기 그래핀을 감압 하에서, 70℃ 에서, 일정한 무게에 이를 때까지 건조시켰다.After repeating the operation once more, the graphene was dried under reduced pressure, at 70 ° C., until reaching a constant weight.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 400.7 eV 에서 아민 및 398.9 eV 에서 이민을 나타내었다. 상기 아민 질소 함량은 0.6% 및 상기 이민 질소 함량은 0.9% (5 개의 측정 지점으로부터의 각각의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 400.7 eV and imines at 398.9 eV. The amine nitrogen content was measured at 0.6% and the imine nitrogen content at 0.9% (each average from five measurement points).

질소의 주입이 절대적으로 요구되지는 않았다.Injection of nitrogen was not absolutely required.

실시예Example 3 3

액체 암모니아 중의 나트륨 아미드 존재 하에서의 MWCNT 의 아민화Amination of MWCNTs in the Presence of Sodium Amides in Liquid Ammonia

실시예 2 와 유사하게, 500 mg 의 Baytubes® C 150 P MWCNT 를 10 ml 의 테트라히드로푸란, 250 mg 의 나트륨 아미드 및 120 ml 의 액체 암모니아 존재 하에서 전환시켰다. 실시예 2 에 기재된 바와 같이 후처리 및 건조 후, XPS 분석을 수행하였다.Example 2 In analogy, was converted to Baytubes ® C 150 P MWCNT of 500 mg under a tetrahydrofuran, 250 mg of sodium amide and liquid ammonia in the presence of 120 ml 10 ml. After workup and drying as described in Example 2, XPS analysis was performed.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 400.4 eV 에서 아민 및 398.9 eV 에서 이민을 나타내었다. 상기 아민 질소 함량은 1.1% 및 상기 이민 질소 함량은 0.9% (5 개의 측정 지점으로부터의 각각의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 400.4 eV and imines at 398.9 eV. The amine nitrogen content was measured at 1.1% and the imine nitrogen content at 0.9% (each average from five measurement points).

실시예Example 4 4

실시예 1 과 유사하게, 10 g 의 Nanocyl 7000 MWCNT 를 140 ml 의 테트라히드로푸란, 5 g 의 나트륨 및 1200 ml (720 g) 의 암모니아 존재 하에서 전환시켰다. 실시예 1 에 기재된 바와 같이 후처리 및 건조시켰다.Similar to Example 1, 10 g Nanocyl 7000 MWCNTs were converted in the presence of 140 ml tetrahydrofuran, 5 g sodium and 1200 ml (720 g) ammonia. Post-treatment and drying as described in Example 1.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 400.7 eV 에서 아민을 나타내었다. 상기 질소 함량은 1.1% (3 개의 측정치로부터의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 400.7 eV. The nitrogen content was measured at 1.1% (average from three measurements).

실시예Example 5 5

실시예 1 과 유사하게, 30 g 의 Arkema C100 MWCNT 를 140 ml 의 테트라히드로푸란, 15 g 의 나트륨 및 1200 ml (720 g) 의 암모니아 존재 하에서 전환시켰다. 실시예 1 에 기재된 바와 같이 후처리 및 건조시켰다.Similar to Example 1, 30 g of Arkema C100 MWCNTs were converted in the presence of 140 ml tetrahydrofuran, 15 g sodium and 1200 ml (720 g) ammonia. Post-treatment and drying as described in Example 1.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 400.5 eV 에서 아민을 나타내었다. 상기 질소 함량은 1.0% (5 개의 측정치로부터의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 400.5 eV. The nitrogen content was measured at 1.0% (average from five measurements).

실시예Example 6 6

실시예 2 와 유사하게, 500 mg 의 아세틸렌 탄소 (ABCR - 50% 압축됨, 평균 입자 크기: 0.042 ㎛, 밀도: 0.100 g/cm3, 표면적 80 m2/g) 를 10 ml 의 테트라히드로푸란, 500 mg 의 나트륨 및 120 ml (72 g) 의 액체 암모니아 존재 하에서 및 30 bar 의 질소 주입 후 전환시켰다. 실시예 2 에 기재된 바와 같이 후처리 및 건조시켰다.Similar to Example 2, 500 mg of acetylene carbon (ABCR-50% compressed, average particle size: 0.042 μm, density: 0.100 g / cm 3 , surface area 80 m 2 / g) was added to 10 ml of tetrahydrofuran, Conversion was carried out in the presence of 500 mg sodium and 120 ml (72 g) of liquid ammonia and after 30 bar nitrogen injection. Post-treatment and drying as described in Example 2.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 399.7 eV 에서 아민을 나타내었다. 상기 질소 함량은 1.1% (5 개의 측정치로부터의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 399.7 eV. The nitrogen content was measured at 1.1% (average from five measurements).

실시예Example 7 7

실시예 2 와 유사하게, 500 mg 의 SWCNT (예를 들어 Nanocyl 에서 입수한 것) 를 10 ml 의 테트라히드로푸란, 500 mg 의 나트륨 및 120 ml (72 g) 의 액체 암모니아) 존재 하에서 및 30 bar 의 질소 주입 후 전환시켰다. 실시예 2 에 기재된 바와 같이 후처리 및 건조시켰다.Similar to Example 2, 500 mg of SWCNT (for example from Nanocyl) was added in the presence of 10 ml of tetrahydrofuran, 500 mg of sodium and 120 ml (72 g of liquid ammonia) and 30 bar. Switching after nitrogen injection. Post-treatment and drying as described in Example 2.

XPS 분석으로부터의 질소의 상세한 스펙트럼은 399.7 eV 에서 아민을 나타내었다. 상기 질소 함량은 0.9% (5 개의 측정치로부터의 평균) 로 측정되었다.Detailed spectra of nitrogen from XPS analysis showed amines at 399.7 eV. The nitrogen content was measured at 0.9% (average from five measurements).

Claims (10)

공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제의 제조 방법으로서, 임의로 불활성 용매와 함께, 무수 액체 암모니아 중에 탄소 충전제 및 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 및/또는 이의 아미드를 포함하는 혼합물을 35 내지 500℃ 의 온도 및 30 내지 250 bar 의 압력에서 전환시키는 방법.A process for the preparation of carbon fillers having covalently bonded amino groups, comprising: a mixture comprising a carbon filler and an alkali metal and / or an alkaline earth metal and / or an amide thereof in anhydrous liquid ammonia, optionally with an inert solvent, at a temperature of 35 to 500 ° C and Method of switching at a pressure of 30 to 250 bar. 제 1 항에 있어서, 상기 전환에 이어서 상기 혼합물로부터 암모니아를 제거하고, 과량의 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드를 알코올 및/또는 물과 반응시키고, 상기 반응 혼합물로부터 공유 결합된 아미노기를 갖는 탄소 충전제를 제거하는 것을 특징으로 하는 방법. The process according to claim 1, wherein said conversion is followed by removal of ammonia from said mixture, reaction of excess alkali metal and / or alkaline earth metal or amide thereof with alcohol and / or water and having an amino group covalently bonded from said reaction mixture. Removing carbon filler. 제 2 항에 있어서, 상기 과량의 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 또는 이의 아미드를 C1 -4-알칸올과 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.The process according to claim 2, characterized in that the excess alkali metal and / or alkaline earth metal or amide thereof is reacted with C 1-4 - alkanol. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 충전제는 단일- 또는 다중벽 탄소 나노튜브, 그래핀, 카본 블랙, 흑연, 활성탄, 탄소 섬유 및 이의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the carbon filler is selected from single- or multi-walled carbon nanotubes, graphene, carbon black, graphite, activated carbon, carbon fibers and mixtures thereof. . 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응을 Li, Na, K 및 이의 혼합물로부터 선택되는 알칼리 금속의 존재 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.The process according to claim 1, wherein the reaction is carried out in the presence of an alkali metal selected from Li, Na, K and mixtures thereof. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환을 50 내지 250℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.The process according to claim 1, wherein the conversion is carried out at a temperature of 50 to 250 ° C. 7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환을 30 내지 250 bar 의 압력에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.7. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the conversion is carried out at a pressure of 30 to 250 bar. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환을 할로겐 화합물, 특히 알킬 또는 아릴 할라이드와 같은 유기 할라이드의 부재 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.8. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the conversion is carried out in the absence of halogen compounds, in particular organic halides such as alkyl or aryl halides. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용된 탄소 충전제는 전처리되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.9. The process according to claim 1, wherein the used carbon filler is not pretreated. 제 9 항에 있어서, 상기 사용된 탄소 충전제는 산, 열, 플라즈마 및/또는 초음파로 전처리되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, wherein the carbon filler used is not pretreated with acid, heat, plasma, and / or ultrasonic waves.
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