PL230797B1 - Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach - Google Patents
Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczachInfo
- Publication number
- PL230797B1 PL230797B1 PL408185A PL40818514A PL230797B1 PL 230797 B1 PL230797 B1 PL 230797B1 PL 408185 A PL408185 A PL 408185A PL 40818514 A PL40818514 A PL 40818514A PL 230797 B1 PL230797 B1 PL 230797B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- dispersion
- carbon nanotubes
- parts
- water
- composition
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób dyspergowania nanorurek węglowych (CNT) w cieczach. Otrzymana dyspersja CNT umożliwia dogodne wprowadzenie CNT do materiałów polimerowych, w szczególności do wodorozpuszczalnych i wodorozcieńczalnych farb lub lakierów oraz tworzenie powłok lakierniczych, w tym pigmentowanych oraz spoin klejowych do podłoży metalowych, drewnianych i z tworzyw sztucznych.
Dodatek CNT w ilości poniżej 1 % wag. w unikalny sposób polepsza różne właściwości materiałów polimerowych takie jak przewodnictwo elektryczne i cieplne, a także cechy mechaniczne. Jednakże aby nanonapełniacz węglowy spełniał swoją funkcję musi zostać należycie zdyspergowany w materiale polimerowym. Do najbardziej efektywnych metod dyspergowania CNT w układach ciekłych należy mieszanie ultradźwiękowe (sonifikacja). Ta metoda dyspergowania nie może być jednak stosowana bezpośrednio do dyspergowania nanonapełniaczy w kompozycjach powłokowych na bazie emulsji/zawiesin polimerów, gdyż powoduje nieodwracalną separację fazową układu. Ponadto metoda sonifikacji jest standardowo ograniczona do mieszania niezbyt dużych objętości dyspersji (do ok. 10 dm3) i stwarza różnorodne zagrożenia przy stosowaniu w skali przemysłowej. Zatem w celu wprowadzenia nanonapełniacza węglowego do kompozycji polimerowej sporządza się oddzielnie jego dyspersję w ośrodku dyspergującym, np. w wodzie, na drodze sonifikacji w obecności środka powierzchniowo czynnego (SPC). Przygotowaną dyspersję (przedmieszkę) nanonapełniacza węglowego można następnie mieszać mechanicznie z emulsją/zawiesiną polimerową otrzymując w ten sposób dyspersję nanonapełniacza w ciekłej kompozycji polimerowej. Trwają ciągłe prace nad doskonaleniem sposobów dyspergowania ultradźwiękowego nanostruktur węglowych.
Chiński opis patentowy CN102303862 opisuje proces dyspergowania ultradźwiękowego nanonapełniacza węglowego w wodzie w obecności hydrofilowych pochodnych koronenu jako SPC, prowadzony w temperaturze 10-40°C; nie podano innych parametrów procesowych. Z amerykańskiego opisu patentowego US2013341570 znane jest zastosowanie soli pochodnej chondroityny do dyspergowania ultradźwiękowego CNT w wodzie; temperatura procesu 0-5°C, moc urządzenia 100 W, czas 0,5 h. Opis patentowy chiński CN102911531 podaje sposób dyspergowania ultradźwiękowego CNT i grafenu (GN) w rozpuszczalnikach organicznych w obecności żywicy epoksydowej zsyntezowanej z naturalnego polifenolu - kwasu galusowego w następujących warunkach: częstotliwość fali 10-100 kHz, moc urządzenia 80-170 W, czas procesu 0,5-10 h. Nie stosowano żadnych innych dodatków wpływających na efektywność dyspergowania. Opis patentowy chiński CN 102709523 dotyczy sposobu dyspergowania CNT w lepkim nienewtonowskim roztworze poli(winylopirolidonu) w N-metylopirolidonie na drodze mieszania mechanicznego w obecności mikronapełniaczy elektroprzewodzących (takich jak ortofosforan litu i żelaza lub metaliczny nikiel) jako środków wspomagających dyspergowanie. Szybkość mieszania według opisu wynosi 900-1800 obr./min, a czas mieszania 1-1,5 h. Z polskiego zgłoszenia patentowego P.395835 znany jest sposób dyspergowania CNT w obecności hydrofilowej cieczy jonowej (dietylofosforanu 1-etylo-3-metyloimidazoliowego) na łaźni ultradźwiękowej. Wskazane optymalne parametry procesu to temperatura 60-65°C oraz czas 4-5 h.
Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach, w obecności środka powierzchniowo czynnego, metodą dyspergowania ultradźwiękowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że proces dyspergowania prowadzi się w obecności nieorganicznego nanocząstkowego środka wspomagającego dyspergowanie o właściwościach dielektrycznych. Jako środek wspomagający dyspergowanie stosuje się stałe substancje takie jak: tlenek krzemu, i/lub węglik krzemu i/lub tlenek glinu, i/lub tlenek tytanu, i/lub tlenek ceru, w postaci proszku o cząstkach o wymiarach od 5 do 200 nm. Zawartość środka wspomagającego dyspergowanie wynosi od 0,5 do 55% wag. masy całej dyspersji nanorurek węglowych. Stosuje się nanorurki węglowe typu wielościennego lub jednościennego o średnicy od 2 do 20 nm i średnim stosunku długości do średnicy od 100 do 1000, przy czym zawartość nanorurek węglowych w dyspersji wynosi od 0,01 do 5% wagowych całej dyspersji. Proces dyspergowania prowadzi się w wodzie i/lub cieczach organicznych, przy czym ilość wody i/lub cieczy organicznych w całej dyspersji wynosi od 39 do 99,4% wagowych. Proces prowadzi się temperaturze od 0 do 90°C, przy mocy mieszadła ultradźwiękowego od 60 do 800 W w przeliczeniu na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych.
Środki powierzchniowo czynne stosowane w procesie otrzymywania dyspersji według wynalazku to związki chemiczne zawierające w swojej strukturze część organofilową oraz hydrofilową, w szczególności takie jak: kwas dodecylobenzenosulfonowy i jego sole, etery fenylowo-, benzylowo- i naftylowoPL 230 797 Β1 oligooksyalkilenowe - w tym etery z grupą alkilową podstawioną w pierścieniu aromatycznym oraz związki polimerowe.
Energia fali ultradźwiękowej jest przekazywana nanocząstkom środka wspomagającego dyspergowanie, które poruszając się z dużą prędkością wspomagają rozbijanie aglomeratów nanorurek węglowych. Dzięki temu zjawisku uzyskuje się znacznie lepszy stopień zdyspergowania nanonapełniacza węglowego niż w analogicznym procesie prowadzonym bez użycia środka wspomagającego dyspergowanie. Sposób według wynalazku wymaga zużycia znacznie mniejszych ilości energii (pozwala na obniżenie energii dyspergowania o co najmniej 50%), gdyż dzięki nanomechanicznym procesom rozdrabniania/rozpraszania zachodzącym z udziałem środka wspomagającego dyspergowanie energia dostarczana do układu jest wykorzystywana w zoptymalizowany sposób. Poza tym nanocząstki substancji nieorganicznej pozostają w układzie dyspersyjnym po procesie rozpraszania i stanowią użyteczny dodatek do kompozycji polimerowej, umożliwiający np. poprawę właściwości finalnych materiałów powłokowych lub klejów z udziałem dyspersji nanorurek węglowych.
Zastosowanie sposobu dyspergowania nanorurek węglowych obejmuje wytwarzanie przedmieszek nanorurek węglowych w cieczach jako składnika kompozycji polimerowych do wytwarzania powłok, filmów i spoin klejowych antystatycznych, rozpraszających ładunki elektryczne, elektroprzewodzących oraz ekranujących względem promieniowania elektromagnetycznego.
Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania i na rysunku przedstawiającym wykresy dla powłok przygotowanych według procedur C i D z przykładu pierwszego, na którym fig. 1 przedstawia wpływ mocy mieszadła ultradźwiękowego na rezystywność powierzchniową powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglowych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego S1O2 (czas dyspergowania 30 minut, temperatura 20°C), fig. 2 przedstawia wpływ czasu dyspergowania na rezystywność powierzchniową powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglowych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego S1O2 (moc mieszadła ultradźwiękowego 70 W/g, temperatura 20°C), fig. 3 przedstawia wpływ temperatury procesu dyspergowania na rezystywność powierzchniową powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglowych otrzymanych wg wynalazku z użyciem nanocząstkowego S1O2 (moc mieszadła 70 W/g, czas dyspergowania 30 minut).
Przykład 1
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w wodzie z użyciem nanocząstkowego tlenku krzemu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek węglowych do wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego.
W celach porównawczych otrzymano dwie kompozycje sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2.
Procedura A (procedura porównawcza).
Do wody zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica ~10 nm, stosunek 1/d ~160), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (częstotliwość 24 kHz, moc 180 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję MWCNT wprowadzono do mieszaniny wodnej dyspersji kopolimeru akrylowego (zawartość kopolimeru 50% wag., lepkość250 mPa-s), wodnej dyspersji nanocząstek S1O2 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm) oraz wody. Otrzymano dwie kompozycje powłokowe oznaczone symbolami A1 i A2 o udziałach wagowych składników podanych w tabeli 1.
Procedura B (procedura porównawcza).
Dyspersję MWCNT przygotowano analogicznie jak w procedurze A z tą różnicą, że moc mieszadła ultradźwiękowego została zmniejszona do 70 W/g. Otrzymano kompozycje powłokowe, oznaczone symbolami B1 i B2, o takim samym składzie jak odpowiednie kompozycje A1 i A2 o udziałach wagowych składników podanych w tabeli 1.
Procedura C (według wynalazku).
Do wodnej dyspersji nanocząstkowego S1O2 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm) zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono MWCNT (średnica ~10 nm, stosunek 1/d ~160) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 180 W/g) w celu otrzymania wodnych dyspersji zawierających 0,16-0,2% wag. nanorurek i 40% wag. tlenku krzemu. Tak przygotowaną dyspersję MWCNT
PL 230 797 Β1 zmieszano z wodną dyspersją kopolimeru akrylowego (50% wag., 250 mPa-s). Otrzymano dwie kompozycje powłokowe oznaczone symbolami C1 i C2, o takim samym składzie jak odpowiednie kompozycje A1 i A2 (tabela 3).
Procedura D (według wynalazku).
Dyspersję MWCNT przygotowano analogicznie jak w procedurze C z tą różnicą, że moc mieszadła ultradźwiękowego zmniejszono do 70 W/g. Otrzymano dwie kompozycje powłokowe oznaczone symbolami D1 i D2, o takim samym składzie jak odpowiednie kompozycje A1 i A2 (tabela 3).
Lakiery przygotowane według procedur A, B, C i D zaaplikowano na podłoża transparentne (szklane i poliestrowe z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 μητ Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową powłok na podłożu szklanym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność powłok na podłożu poliestrowym (metodą spektrofotometrii UV-Vis).
W tabeli 1 przedstawiono skład wodorozcieńczalnych lakierów akrylowych z dyspersjami nanorurek węglowych przygotowanych z udziałem nanocząstkowego tlenku krzemu i właściwości otrzymanych powłok.
Tabela 1
Symbol próbki | Skład kompozycji powłokowej [% wag.] | Zawartość CNT [% wag.]b | Moc mieszadła [W/g] ‘ | Rezystywność powierzchniowa [Ω]“ | Transparentność [%]e | ||||
spoiwo a | CNT | SPC | SiO2 | H2O | |||||
Al porównawcza | 23,65 | 0,1 | 0,19 | 23,93 | 52,13 | 0,2 | 180 | 8,5-10 | 65 |
BI porównawcza | 70 | 2,2-1013 | 65 | ||||||
Cl | 180 | 2,5-1010 | 73 | ||||||
Dl | 70 | 1,0· 10* | 73 | ||||||
A2 porównawcza | 23,6 | 0,12 | 0,24 | 23,96 | 52,07 | 0,25 | 180 | 9,1-107 | 55 |
B2 porównawcza | 70 | 4,5-1010 | 55 | ||||||
C2 | 180 | 2,3-107 | 62 | ||||||
D2 | 70 | 9,0-1OS | 62 |
a - dotyczy suchej masy spoiwa; b - zawartość w suchej masie powłoki;
c - moc na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych; d - dla napięcia pomiarowego 10 V;
e - przy dł. fali świetlnej 700 nm
Przykład 2
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w wodzie z użyciem nanocząstkowego tlenku glinu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji do wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego.
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki AI2O3.
Procedura E (procedura porównawcza).
Do wody zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT; średnica ~ 2 nm, stosunek 1/d ~1000), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 200 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję SWCNT wprowadzono do mieszaniny wodnej dyspersji kopolimeru akrylowego (zawartość kopolimeru 50% wag., lepkość 250 mPa-s), wodnej dyspersji nanocząstek AI2O3 (o średnim rozmiarze cząstek 40 nm), odpieniacza silikonowego oraz wody. Otrzymano kompozycję powłokową oznaczoną symbolem E1 o następujących udziałach wagowych składników;
- woda: 569,8 cz. wag.
- kopolimer akrylowy: 181 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 6,4 cz. wag.
- odpieniacz: 3 cz. wag.
- tlenek glinu: 236,6 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 3,2 cz. wag.
PL 230 797 Β1
Procedura F (według wynalazku).
Do wodnej dyspersji nanocząstkowego AI2O3 (40 nm) zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono SWCNT (średnica ~2 nm, stosunek 1 /d ~1000) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 100 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 0,74 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 1,48 cz. wag.
- tlenek glinu: 55 cz. wag.
- woda: 42,78 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję nanorurek zmieszano z wodną dyspersją kopolimeru akrylowego (50% wag., 250 mPa-s), wodą oraz odpieniaczem silikonowym. Otrzymano kompozycję powłokową oznaczoną symbolem F1 o takim samym składzie jak kompozycja E1.
Wodorozcieńczalne lakiery akrylowe, przygotowane według procedur E i F, zaaplikowano na podłoże transparentne (szklane i poliestrowe z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 μm. Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową uzyskanych powłok na podłożu szklanym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność powłok na podłożu poliestrowym (metodą spektrofotometrii UV-Vis).
W tabeli 2 przedstawiono warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem nanocząstkowego tlenku glinu i właściwości powłok z wodorozcieńczalnego lakieru akrylowego zawierającego dyspersję nanorurek węglowych.
Tabela 2
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g] | Zawartość CNT [% wag.]b | Rezystywność powierzchniowa [iłj i c | Transparentność [%]d |
El porównawcza | 200 | 0,74 | 3,6-107 | 57 |
______FI______ | 100 | 1,5-100 | 62 |
a - moc na I g dyspergowanych nanorurek węglowych; b - zawartość w suchej masie powłoki; c - dla napięcia pomiarowego 10 V; d - przy dł. fali świetlnej 700 nm
Przykład 3
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w mieszaninie wody z etanolem z użyciem nanocząstkowego tlenku krzemu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji do wodorozcieńczalnego lakieru ze spoiwem z poli(octanu winylu).
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2.
Procedura G (procedura odniesienia).
Do równowagowej mieszaniny wody z etanolem zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 0°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 180 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję MWCNT wprowadzono do mieszaniny wodnej dyspersji polioctanu winylu) (zawartość polimeru 50% wag., lepkość 2200 mPa-s), dyspersji nanocząstek S1O2 w etanolu (o średnim rozmiarze cząstek 5 nm), napełniacza (kaolin) oraz wody i etanolu. Otrzymano lakier oznaczony symbolem G1 o następujących udziałach wagowych składników:
- woda: 48,98 cz. wag.
- etanol: 22,37 cz. wag.
- poli(octan winylu): 15,90 cz. wag.
- kaolin: 0,01 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 1,6 cz. wag.
- tlenek krzemu: 10,98 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 0,16 cz. wag.
Procedura H (według wynalazku).
Do mieszaniny składającej się z dyspersji nanocząstkowego S1O2 w etanolu (5 nm) z roztworem wodnym środka powierzchniowo czynnego (dodecylobenzenosulfonianu sodu) wprowadzono MWCNT
PL 230 797 Β1 (średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100) i układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 0°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 90 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 0,37 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 3,7 cz. wag.
- tlenek krzemu: 25,44 cz. wag.
- woda: 32,62 cz. wag.
- etanol: 37,87 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnej dyspersji poli(octanu winylu) (50% wag., 2200 mPa-s), wody, etanolu i napełniacza. Otrzymano lakier, oznaczony symbolem H1, o takim samym składzie jak lakier G1.
Lakiery przygotowane według procedur G i H zaaplikowano na podłoże transparentne (szklane i z PET) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 μm. Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową powłok na podłożu szklanym (zgodnie z PN-E-04405) oraz transparentność powłok na podłożu poliestrowym (metodą spektrofotometrii UV-Vis).
W tabeli 3 przedstawiono warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem nanocząstkowego tlenku krzemu i właściwości powłok z wodorozcieńczalnego lakieru z poli(octanu winylu) zawierającego dyspersję nanorurek węglowych.
Tabela 3
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g] ’ | Zawartość CNT [% wag.] h | Rezystywność powierzchniowa [Ω] c | Transparentność [%] d |
G1 porównawcza | 180 | 0,55 | 1,8· 109 | 31 |
HI | 90 | 2,4· 10* | 33________ |
a - moc na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych; b - zawartość w suchej masie powłoki; c - dla napięcia pomiarowego 10 V; d - przy dł. fali świetlnej700 nm
Przykład 4
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w wodzie z użyciem nanocząstkowego tlenku ceru jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek do wodorozcieńczalnej farby poliuretanowej.
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki CeO2.
Procedura J (procedura porównawcza).
Do wody zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100), po czym układ sonifikowano przez 60 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 180 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny wodnego roztworu kopolimeru poliuretanowego (zawartość kopolimeru 40% wag., lepkość 140 mPa-s), wodnej dyspersji nanocząstek CeO2 (o średnim rozmiarze cząstek 10 nm), wody, napełniaczy (talk, węglan wapnia i magnezu, haloizyt, wollastonit), pigmentu (biel tytanowa), odpieniacza silikonowego, plastyfikatora (izomaślanu trimetylohydroksypentylu) i środka biocydowego. Otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem J1 o następującym składzie:
- woda: 579,40 cz. wag.
- kopolimer poliuretanowy: 59,39 cz. wag.
- węglan wapnia i magnezu: 307,40 cz. wag.
- talk: 30,66 cz. wag.
- haloizyt: 9,90 cz. wag.
- wollastonit: 9,37 cz. wag.
- biel tytanowa: 0,05 cz. wag.
- odpieniacz: 0,11 cz. wag.
- plastyfikator: 0,47 cz. wag.
- środek biocydowy: 0,10 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 0,44 cz. wag.
PL 230 797 Β1
- tlenek ceru: 2,47 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 0,05 cz. wag.
Procedura K (według wynalazku).
Do wodnej dyspersji nanocząstkowego CeO2 (10 nm) zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono MWCNT (średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100) i układ sonifikowano przez 60 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 90 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 0,01 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 0,09 cz. wag.
- tlenek ceru: 0,5 cz. wag.
- woda: 99,4 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnego roztworu kopolimeru poliuretanowego (40% wag., 140 mPa-s), napełniaczami, pigmentem, odpieniaczem, plastyfikatorem i środkiem biocydowym. W rezultacie otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem K1 o takim samym składzie jak kompozycja J1.
Wodorozcieńczalne farby poliuretanowe przygotowane według procedur J i K zaaplikowano na podłoże transparentne z poli(tereftalanu etylenu) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania nanokompozytowych błon polimerowych o grubości 40 μm. Zbadano elektryczną rezystywność powierzchniową powłok (zgodnie z PN-E-04405).
W tabeli 4 przedstawiono warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem nanocząstkowego tlenku ceru i właściwości powłok z farby poliuretanowej zawierającej dyspersję nanorurek węglowych.
Tabela 4
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g]’ | Zawartość CNT [% wagj b | Rezystywność powierzchniowa [Ω]c |
porównawcza | 180 | 0,01 | 1,0-1014 |
KI | 90 | 4,1-1013 |
a - moc na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych;
b - zawartość w suchej masie powłoki; c - dla napięcia pomiarowego 10 V;
Przykład 5
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w mieszaninie ksylenu i butanolu z użyciem nanocząstkowego tlenku krzemu i węgliku krzemu jako środka wspomagającego dyspergowanie oraz zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek węglowych do rozpuszczalnikowego kleju epoksydowego.
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki S1O2 i SiC.
Procedura L (procedura porównawcza).
Do mieszaniny ksylenu z butanolem (stosunek wag. 8:2), zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (polieter z podstawnikiem nonylofenylowym), wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT, średnica ~10 nm, stosunek 1/d ~160), po czym układ sonifikowano przez 5 minut w temp. 90°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 250 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny żywicy epoksydowej na bazie bisfenolu A (lepkość 25 000 mPa-s), rozcieńczalnika epoksydowego (eter diglicydylowy butanodiolu, lepkość 150 mPa-s), plastyfikatora (polieterodiolu), napełniaczy i pigmentów (mika, siarczan baru, fosforan glinu), modyfikatora własności Teologicznych (montmorylonitu) oraz dyspersji nanocząstek S1O2 (o średnim rozmiarze cząstek 90 nm) i SiC (o średnim rozmiarze cząstek 200 nm) w mieszaninie ksylenu z butanolem (8:2). Otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem L1 o następujących udziałach wagowych składników:
- żywica epoksydowa: 33,43 cz. wag.
- rozcieńczalnik epoksydowy: 16,21 cz. wag.
- ksylen: 14,31 cz. wag.
- butanol: 3,58 cz. wag.
- plastyfikator: 2,0 cz. wag.
PL 230 797 Β1
- mika: 1 cz. wag.
- siarczan baru: 2,5 cz. wag.
- fosforan glinu: 4,0 cz. wag.
- montmorylonit: 0,5 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 2,56 cz. wag.
- tlenek krzemu: 5,96 cz. wag.
- węglik krzemu: 5,96 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 0,83 cz. wag.
Procedura M (według wynalazku).
Do mieszaniny ksylenu z butanolem (stosunek wag. 8:2), zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (polieter z podstawnikiem nonylofenylowym) wprowadzono MWCNT (średnica ~10 nm, stosunek 1 /d ~160), S1O2 (90 nm) oraz SiC (200 nm) po czym układ sonifikowano przez 5 minut w temp. 90°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 120 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 2,5 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 7,7 cz. wag.
- tlenek krzemu: 18 cz. wag.
- węglik krzemu: 18 cz. wag.
- ksylen: 43 cz. wag.
- butanol: 10,8 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną żywicy epoksydowej na bazie bisfenolu A (25 000 mPa-s), rozcieńczalnika epoksydowego (eter diglicydylowy butanodiolu, 150 mPa-s), plastyfikatora, napełniaczy, pigmentów, modyfikatora własności reologicznych i rozpuszczalników. Otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem M1 o takim samym składzie jak kompozycja L1.
Kompozycje polimerowe przygotowane według procedur L i M zmieszano z utwardzaczem - trietylenotetraaminą w ilości 7,16 cz. wag. Ciekłe kleje zaaplikowano na podłoże stalowe (w celu oceny rezystywność i elektrycznej skrośnej zgodnie z PN-E-04405) za pomocą aplikatora szczelinowego. Próbki utwardzano w temperaturze otoczenia przez 14 dni.
Warunki dyspergowania nanorurek węglowych i właściwości elektryczne uzyskanego kleju przedstawiono w tabeli 5.
Tabela 5
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g] | Zawartość CNT [% wag.]b | Rezystywność skrośna [Ω-m]c |
LI porównawcza | 250 | 1 | 7,5· 106 |
Ml | 120 | 4,5-10s |
a - moc na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych; b - zawartość w suchej masie powłoki; c - dla napięcia pomiarowego 10 V;
Przykład 6
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w benzynie lakierniczej z użyciem nanocząstkowego tlenku glinu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek węglowych do rozpuszczalnikowej farby alkidowej.
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki AI2O3.
Procedura N (procedura porównawcza).
Do benzyny lakierniczej, zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (eter naftylowo-oligooksyetylenowy), wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica ~10 nm, stosunek 1 /d ~160), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 20°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 160 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny złożonej z roztworu żywicy alkidowej średniotłustej w benzynie lakierniczej, napełniacza (węglan wapnia) pigmentu (czerń żelazowa), sykatyw (kobaltowej i cyrkonowej), środka przeciw kożuszeniu oraz dyspersji tlenku glinu (o średnim rozmiarze cząstki 40 nm) w benzynie lakierniczej. Otrzymano farbę oznaczoną symbolem N1 o następującym składzie:
PL 230 797 Β1
- żywica alkidowa: 14,82 cz. wag.
- benzyna lakiernicza: 58,17 cz. wag.
- węglan wapnia: 0,4 cz. wag.
- czerń żelazowa: 2,16 cz. wag.
- sykatywy: 2,04 cz. wag.
- środek przeciw kożuszeniu: 0,52 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 2,09 cz. wag.
- tlenek glinu 20,92 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 2,09 cz. wag.
Procedura P (według wynalazku).
Do benzyny lakierniczej, zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (eter naftylowo-oligooksyetylenowy), wprowadzono MWCNT (średnica ~10 nm, stosunek 1/d ~160), oraz tlenek glinu (średni rozmiar cząstek 40 nm), po czym układ sonifikowano przez 30 minut w temp. 10°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 80 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 5 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 5 cz. wag.
- tlenek glinu: 50 cz. wag.
- benzyna lakiernicza: 40 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję MWCNT dodano do mieszaniny roztworu żywicy alkidowej średniotłustej w benzynie lakierniczej z napełniaczem, pigmentem, sykatywami i środkiem przeciw kożuszeniu wymienionymi w procedurze N. W rezultacie otrzymano farbę oznaczoną symbolem P1 o takim samym składzie jak kompozycja N1.
Kompozycje powłokowe przygotowane według procedur N i P zaaplikowano na podłoże stalowe (w celu oceny rezystywności elektrycznej skrośnej zgodnie z PN-E-04405) za pomocą aplikatora szczelinowego.
Warunki dyspergowania nanorurek węglowych i właściwości elektryczne uzyskanych powłok przedstawiono w tabeli 6.
Tabela 6
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g]3 | Zawartość CN I [% wag.]b | Rezystywność skrośna [Ω-m]c |
NI porównawcza | 160 | 5 | 1.0 10J |
pi | _____80_____ | 7,3-102 |
a - moc na 1 & dyspergowanych nanorurek węglowych; b - zawartość w suchej masie powłoki; c - dla napięcia pomiarowego 10 V,
Przykład 7
Przykład przedstawia otrzymywanie dyspersji nanorurek węglowych w wodzie z użyciem nanocząstkowego tlenku tytanu jako środka wspomagającego dyspergowanie i zastosowanie uzyskanej dyspersji nanorurek do wodnego roztworu poli(alkoholu winylowego).
W celach porównawczych otrzymano kompozycję sposobem znanym ze stanu techniki dodając po procesie sonifikacji nanocząstki SiO2.
Procedura R (procedura porównawcza).
Do wody zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu) wprowadzono wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT; średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100), po czym układ sonifikowano przez 10 minut w temp. 40°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz, 250 W/g). Po procesie sonifikacji dyspersję CNT wprowadzono do mieszaniny wodnego roztworu poli(alkoholu winylowego) (zawartość polimeru 10% wag., lepkość 650 mPa-s), wodnej dyspersji nanocząstek S1O2 (o średnim rozmiarze cząstek 25 nm), wody oraz napełniacza (krzemionka). Otrzymano farbę oznaczoną symbolem R1 o następującym składzie:
- woda: 84,94 cz. wag.
- poli(alkohol winylowy): 7,04 cz. wag.
- krzemionka: 5,07 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 0,05 cz. wag.
- tlenek tytanu: 2,45 cz. wag.
- nanorurki węglowe: 0,40 cz. wag.
PL 230 797 Β1
Procedura S (według wynalazku).
Do wodnej dyspersji nanocząstkowego T1O2 (25 nm), zawierającej rozpuszczony środek powierzchniowo czynny (dodecylobenzenosulfonian sodu), wprowadzono MWCNT (średnica ~20 nm, stosunek 1/d ~100) i układ sonifikowano przez 10 minut w temp. 40°C za pomocą mieszadła ultradźwiękowego (24 kHz. 120 W/g) w celu otrzymania dyspersji o składzie:
- nanorurki węglowe: 2 cz. wag.
- środek powierzchniowo czynny: 0,02 cz. wag.
- tlenek tytanu: 10 cz. wag.
- woda: 87,98 cz. wag.
Tak przygotowaną dyspersję MWCNT zmieszano z mieszaniną wodnego roztworu polialkoholu winylowego) i 10% wag. 650 mPa-s), wodą i napełniaczem. W rezultacie otrzymano kompozycję polimerową oznaczoną symbolem S1 o takim samym składzie jak kompozycja R1.
Kompozycje z polialkoholu winylowego) przy gotowane według procedur R i S zaaplikowano na podłoże transparentne z poli(tereftalanu etylenu) za pomocą aplikatora szczelinowego w celu otrzymania na nokom pozytowych błon polimerowych o grubości 40 μητ Zbadano elektryczną rezystywnośćskrośną filmów (zgodnie z PN-E-04405). Warunki dyspergowania nanorurek węglowych z udziałem nanocząstkowego tlenku tytanu i właściwości filmów z polialkoholu winylowego) zawierającej dyspersję nanorurek węglowych zestawiono w tabeli 7.
Tabela 7
Symbol próbki | Moc mieszadła [W/g]· | Zawartość CNI’ [% wag.]b | Rezystywność skrośna [ilm]c |
R1 porównawcza | 250 | 1 | 3,2· 10* |
SI | 120 | 7,1-105 |
a - moc na I g dyspergowanych nanorurek węglowych; b - zawartość w suchej masie filmu; c - dla napięcia pomiarowego 10 V;
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób dyspergowania nanorurek węgłowych w cieczach, w obecności środka powierzchniowo czynnego, metodą dyspergowania ultradźwiękowego znamienny tym, że proces dyspergowania prowadzi się w obecności nieorganicznego nanocząstkowego środka wspomagającego dyspergowanie o właściwościach dielektrycznych, przy czym jako środek wspomagający dyspergowanie stosuje się stałe substancje takie jak: tlenek krzemu, i lub węglik krzemu i/lub tlenek glinu, i/lub tlenek tytanu, i/lub tlenek ceru, w postaci proszku o cząstkach o wymiarach od 5 do 200 nm, w ilości od 0,5 do 55% wag. masy całej dyspersji nanorurek węglowych.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nanorurki węglowe typu wielościennego lub jednościennego o średnicy od 2 do 20 nm i średnim stosunku długości do średnicy od 100 do 1000, przy czym zawartość nanorurek węglowych w dyspersji wynosi od 0,01 do 5% wagowych całej dyspersji.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dyspergowanie prowadzi się w wodzie i/lub cieczach organicznych, przy czym ilość wody i/lub cieczy organicznych w całej dyspersji wynosi od 30 do 99,4% wagowych.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze dyspergowanie prowadzi się temperaturze od 0 do 90°C, przy mocy mieszadła ultradźwiękowego od 60 do 800 W w przeliczeniu na 1 g dyspergowanych nanorurek węglowych.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL408185A PL230797B1 (pl) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL408185A PL230797B1 (pl) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL408185A1 PL408185A1 (pl) | 2015-11-23 |
PL230797B1 true PL230797B1 (pl) | 2018-12-31 |
Family
ID=54543782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL408185A PL230797B1 (pl) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL230797B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2548394A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-20 | Fgv Cambridge Nanosystems Ltd | Multifunctional wood coatings |
-
2014
- 2014-05-12 PL PL408185A patent/PL230797B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL408185A1 (pl) | 2015-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7301881B2 (ja) | カーボンナノチューブ分散液、及びその製造方法 | |
JP4501445B2 (ja) | カーボンナノチューブ組成物、およびそれを含有するカーボンナノチューブ分散液 | |
US20090035707A1 (en) | Rheology-controlled conductive materials, methods of production and uses thereof | |
JP6082081B2 (ja) | サブミクロン炭酸カルシウムを含むコーティング組成物 | |
CN115279826B (zh) | 浅颜色导电涂料 | |
Abdolhosseinzadeh et al. | A universal approach for room‐temperature printing and coating of 2D materials | |
TWI496846B (zh) | 墨水組合物以及使用其之抗靜電薄膜 | |
JP4407263B2 (ja) | カーボンナノチューブ組成物、およびそれを含有するカーボンナノチューブ分散液 | |
JP4947962B2 (ja) | 導電性クリヤー用水性組成物およびその製造方法 | |
CN105086377B (zh) | 磺化石墨烯‑导电高分子分散液,其制备方法与应用 | |
PL230797B1 (pl) | Sposób dyspergowania nanorurek węglowych w cieczach | |
JP2020180185A (ja) | 複合材料及びその製造方法、並びにその用途 | |
FI128031B (en) | A process for preparing nanoparticles in a concentrated slurry | |
JP2015120837A (ja) | 微細炭素繊維含有水系ポリウレタン樹脂溶液及びそれを用いた導電膜 | |
PL232158B1 (pl) | Kompozycja polimerowa do podłoży metalowych, drewnianych i z tworzyw sztucznych | |
KR20200129036A (ko) | 전도성 잉크 조성물 및 이로부터 제조된 제조 물품 | |
US9828484B2 (en) | Graphenic dispersions and slurries and coatings thereof | |
JP2011178878A (ja) | カーボンナノチューブ含有組成物、その製造方法、及びそれらから得られる導電層を有する固体電解コンデンサ | |
KR20210121726A (ko) | 고분산 나노 카본 코팅 조성물 | |
US9650494B2 (en) | Polymer nanocomposites and methods of making nanocomposites | |
TW202417372A (zh) | 奈米碳管分散體及使用其之導電性材料 | |
WO2019093360A1 (ja) | カーボンナノワイヤー分散液及びその製造方法 | |
US20220293294A1 (en) | Conductive epoxy formulations | |
TW202334028A (zh) | 碳奈米結構分散液 | |
TW201946070A (zh) | 導電膜形成劑 |