Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.
Oppfinnelsen vedrører en pasta bestående av grafénderivat i vann, bestående av mellom 20 og 40 % grafenderivat og mellom 55 og 79,5 % vann og mellom 0,5 og 5 % av svovel og nitrogen tilsammen. Pastaen inneholder karbon og oksygen i C/O-forhold mellom 0,1 og 0,5 og minst tre av elementene H, S, Cl og N i tillegg til C og O. Den inneholder mellom 0,1 og 2 % klorid og mellom 0,1 og 3 % svovel og mellom 0,1 og 1 % nitrogen. Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av den vandige pastaen av grafenderivat ved at krystallin grafitt først reageres med en blanding av svovelsyre og kaliumpermanganat som tilsettes over et tidsrom f ra 1 - 3 timer hvoretter det holdes ved en temperatur mellom 35 og 46 °C i mellom 40 og 150 minutter og det deretter tilsettes vann hvoretter det vaskes to eller tre ganger med 3 til 5 % saltsyre og deretter en gang med 0,7 -1,3 % saltsyre, og saltsyren som brukes til det tredje vasketrinnet for én batch blir gjenbrukt til det andre vasketrinnet for neste batch og deretter gjenbrukt til det første vasketrinnet for den påfølgende batchen hvoretter den blir kastet. Til slutt oppkonsentreres det til pasta med foretrukket mellom 25 og 35 % tørrstoffinnhold. Pastaen ifølge oppfinnelsen kan brukes til å fremstille elektrisk ledende film.
Publications
A1
Checking availability of the latest published version...
Documents
ExpandDownload files (14)
Date
Date
Doc. No.
Process
Case number
In/Out
Journal description
To/from
16.03.2015
09-01
Saksbehandling
20120917
UT
PT Batch Endelig henlagt for ikke betalt årsavgift (3313)
19.12.2014
08-01
Saksbehandling
20120917
UT
Realitet patent
Abalonyx AS
10.11.2014
07-01
Saksbehandling
20120917
UT
PT Batch Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329)
02.06.2014
06-01
Saksbehandling
20120917
UT
PT Batch Varsel om betaling av første årsavgift (3317)
17.01.2014
04-02
Saksbehandling
20120917
INN
Krav
Abalonyx AS
17.01.2014
04-01
Saksbehandling
20120917
INN
Korrespondanse (Hovedbrev inn)
Abalonyx AS
14.10.2013
03-01
Saksbehandling
20120917
UT
Henlagt manglede svar
Abalonyx AS
15.03.2013
02-02
Saksbehandling
20120917
UT
PT report 06:20:22
15.03.2013
02-01
Saksbehandling
20120917
UT
Realitet patent
Abalonyx AS
16.08.2012
01-05
Saksbehandling
20120917
INN
Erklæring: Søkers rett til oppfinnelse
16.08.2012
01-04
Saksbehandling
20120917
INN
Krav
16.08.2012
01-03
Saksbehandling
20120917
INN
Beskrivelse
16.08.2012
01-02
Saksbehandling
20120917
INN
Sammendrag
16.08.2012
01-01
Saksbehandling
20120917
INN
Søknadsskjema Patent
Description, claims and drawings
Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en vannbasert pasta av nanopartikulært grafénderivat samt fremgangsmåte for kjemisk fremstilling av denne. Spesielt har det vært funnet en løsning på hvordan materialet ifølge oppfinnelsen kan fremstilles i større batcher på en kostnadseffektiv måte, og oppbevares på en hensiktsmessig måte som pasta. Fremgangsmåten er spesielt velegnet for fremstilling av pasta av svovelholdig grafénoksid.Innenfor en rekke applikasjoner er det ønskelig med tilsetting av nanopartikler til formuleringer for å oppnå nye og forbedrede egenskaper. Det kan være for eksempel som armering eller som diffusjonsbarriære. Grafén er et spesielt sterkt materiale som dessuten har meget god termisk og elektrisk ledningsevne. Den elektriske ledningsevnen kan utnyttes i batterier og i ledende blekk.Grafén er per definisjon frie enkeltlag av karbon med grafittstruktur. Det er kjent to fundamentalt forskjellige måter å fremstille det på. Dels ved å delaminere krystaller av grafitt, og dels å bygge det opp "fra bunnen av", fra enkeltatomer av karbon. Delaminering av grafitt kan skje mekanisk eller kjemisk. Ved kjemisk delaminering vil man først reagere grafitt med et eller flere stoffer som trenger inn mellom lagene i grafittkrystallen, og eventuelt reagerer kjemisk med karbonatomer i grafitten. Mest vanlige metode er oksidering med sterkt oksiderende syrer, og disse metodene bygger i hovedsak på arbeidet til William S. Hummers og Richard E. Offerman, J. Am. Chem. Soc, 1958, 80,1339 og US 2798878. Produktet som da oppnås ble av Hummers og Offeman kalt "graphitic acid" men kalles nå "graphene oxide" og vil i det følgende bli omtalt som grafénoksid eller forkortetGrafénoksid er i teorien enkeltlag av grafén hvor en del av karbonatomene er delvis oksidert slik at det sitter oksygenholdige funksjonelle grupper på en del av karbonatomene både på kantene og inne på selve flakets begge sider, og vanligvis inneholder det omtrent halvparten så mye oksygen som karbon. Det har ikke elektrisk ledningsevne, men er lett å dispergere i for eksempel vann, og ligner dermed i mange henseender på delaminerbare leirer. Dette produktet kan videre reduseres til nesten ren grafen, enten kjemisk eller termisk og kalles da "redused graphene oxide" på engelsk, forkortet til "RGO".Det er en utfordring ved oksidasjon av grafitt at den sterkt eksotermiske reaksjonen kan løpe løpsk. Et annet problem er at pulver av grafénoksid ikke er 100 % lagringsstabilt, og at det ved rask oppvarming til 80 °C kan eksplodere, noe som også utnyttes ved kontrollert såkalt termisk reduksjon av grafénoksid til redusert grafénoksid, som beskrevet av blant andre Acik et al. i The Journal of Physical Chemistry, 2011, 115, side 19761 - 19781.Det er i senere år publisert en mengde varianter av metoden til Hummers og Offeman, hvor man for eksempel tilsetter fosforsyre, eller som i patentsøknaden til Vorbeck Materials, US 20120128570, tilsetter litt vann til svovelsyren helt fra begynnelsen av fremstillingsprosedyren, men det ser etter vår vurdering ikke ut til at disse endringene gir et bedre produkt. Hummers og Offeman brukte en blanding av svovelsyre og salpetersyre til oksidasjonen av grafitt, som kan gi utvikling av giftige nitrøse gasser.Formålet med foreliggende oppfinnelse er å fremstille en pasta av grafénderivatet med en sikker, miljøvennlig, reproduserbar og billig prosess.Den foreliggende oppfinnelsen omfatter en pasta av grafénderivat og en skalerbar fremgangsmåte for framstilling av denne fra grafitt. Fremstillingen foregår ved at grafitten først oksideres til grafenoksidlignende materiale og deretter renses og oppkonsentreres til en håndterbar, og lagringsstabil pasta. Betegnelsen grafénderivat brukes her om materialer som er avledet av grafén ved at de består av grafénlag med ulike funksjonelle grupper kjemisk bundet til karbonnettverket, og at disse funksjonelle gruppene ikke er eksakt definert verken i antall, posisjon eller karakter, men bare i samlet mengde av de kjemiske stoffene som er påvist i sluttproduktet. Grafénoksid er således et av flere mulige grafénderivater. Andre grafénderivater kan ha andre funksjonelle grupper enn de som er typiske for grafénoksid.Formålet med oppfinnelsen har vært å kunne fremstille nanopartikler av grafenderivat på en form som lett kan håndteres og som medfører minimalisert HMS-risiko. Videre er det et formål med foreliggende oppfinnelse at fremstillingen skal være miljøvennlig og lite ressurskrevende, og at produktet er lagringsstabilt.Fremgangsmåten ved fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen består i at pulver av grafitt først dispergeres i svovelsyre og deretter tilsettes permanganat som først får reagere slik at grafitten delvis oksyderes, hvoretter det tilsettes vann som bevirker at de enkelte lagene av grafitt skilles fra hverandre i form av funksjonaliserte grafenpartikler. Tallangivelsene i det følgende gjelder generelt, uavhengig av batchstørrelse. Det ble overraskende funnet, at for å oppnå et produkt som er 99-100 % dispergerbart i vann var det nødvendig med lenger reaksjonstid og høyere reaksjonstemperatur enn det som er angitt av Hummers og Offeman, og at materialet dermed i tillegg fikk en kjemisk sammensetning som er ny ved at det også inneholder svovel. Som avslutning på prosessen fraskilles overskudd svovelsyre og vann hvoretter den gjenværende slurryen vaskes i fortynnet saltsyre for å fjerne mangan og tilslutt kjøres slurryen av funksjonalisert grafén enten inn i en cyklon, eller det filtreres eller sentrifugeres til en pasta.Oppfinnelsen omfatter spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av grafénderivat som er >99 % dispergerbar i vann, slik at det ikke skjer noen bunnfelling fra vandige suspensjoner selv etter en måneds henstand. Alle prosentangivelser i det foregående og i det følgende skal forstås som vektprosent.En reaktor av glass, polypropylen eller Teflon plasseres i et kar med avkjøling, for eksempel isvann. Over reaktoren monteres et røreverk stort nok til å røre ut til kantene av reaktoren. I reaktoren tilsettes først svovelsyre og grafittpulver i et vektbasert mengdeforhold mellom syre og grafitt som må være fra 60 :1 til 30 :1 og forhold mellom 45 :1 og 40 :1 er foretrukket. Det er foretrukket å ha minst mulig mengde syre, men det må være nok syre til at grafitten kan dispergeres godt. Det er foretrukket at det er nok syre til at blandingen lar seg røre eller på annen måte blande. Grafitt og svovelsyre røres til det er avkjølt til under 8 °C,
mest foretrukket til mellom 3 og 6 °C. Deretter tilsettes kalium permanganat pulver langsomt, over et tidsrom på 1 - 3 timer, slik at temperaturen bare langsomt øker opp mot maksimalt 30 °C. Deretter økes temperaturen på blandingen til mellom 35 °C og 46 °C og holdes i dette intevallet fra 40 minutter til 140 minutter, mest foretrukket fra 50 minutter til 120 minutter og aller mest foretrukket fra 60 til 80 minutter. For å oppnå dette kan kjølevannet eventuelt tilføres varme. Deretter tilsettes vann. Det er kritisk at temperaturen kommer opp i over 97 °C men ikke overstiger 105 °C i et tidsrom på minst 10 minutter, hvoretter det tilsettes mer vann slik at blandingen avkjøles. Blandingen røres i inntil 180 minutter, foretrukket 100 - 140 minutter og mest foretrukket 110 - 130 minutter hvoretter den får sedimentere i 2 - 24 timer, foretrukket 6-16 timer og mest foretrukket 10-12 timer. Deretter fraskilles væskefasen og sedimentet tilsettes saltsyre med en konsentrasjon på 3 - 6 % HCI for vasketrinn 1, i for eksempel samme mengde som den opprinnelige fraskilte væsken. For å spare saltsyre er det foretrukket å bruke saltsyreløsning fra vasketrinn 2 fra forrige batch. Denne prosessen gjentas to ganger, hver gang foretrukket med saltsyreløsning fra et senere vasketrinn fra forrige batch. Deretter vaskes det en fjerde gang med fersk saltsyreløsning med lavere konsentrasjon, mellom 0,8 og 2 %, og mest foretrukket mellom 0,7 og 1,3 %. Vaskingen kan valgfritt reduseres til to omganger med 3 - 6 % HCI og en omgang med ca 1 % HCI. Mellom hver syklus får det sedimentere i mellom 2 og 24 timer, foretrukket mellom 6 og 12 timer. Hvis det benyttes filtrering kan sluttproduktet vaskes uten saltsyre, men saltsyrevask er foretrukket. Sedimentet oppkonsentreres deretter enten ved filtrering eller sentrifugering eller ved bruk av cyklon slik at det oppnår en konsentrasjon av fast stoff på mellom 20 og 40 % i en vandig løsning av fortynnet saltsyre som i det vesentlige er fritt for andre ioner. Pastaen vil typisk inneholde mellom 55 og 79,5 % vann og mellom 0,5 og 5 % av svovel og nitrogen tilsammen. Omregnet til karbon/oksygen-forhold vil vi dermed ha C/O-forhold mellom 0,1 og 0,5 i pastaen. Innholdet av klorid vil være mellom 0,1 og 2 %, og av svovel typisk mellom 0,1 og 3 % og av nitrogen typisk mellom 0,1 og 1 %.Ved bruk av sentrifugering oppnås typisk konsentrasjoner på mellom 25 og 35 % tørrstoff i pastaen. Pastaen vil ha et oksygeninnhold som i det vesentlige hører til vannet og i tillegg vil typisk mellom 25 og 35 % av tørrstoffet være oksygen mens
55 - 70 % av tørrstoffet vil være karbon. Dermed kan forholdet mellom karbon og oksygen i pastaen variere mellom 0,1 og 0,5, og det vil mest typisk ligge innenfor området 0,2 til 0,3. Pastaen ifølge foreliggende oppfinnelse vil også inneholde hydrogen, svovel og nitrogen. Hydrogenet sitter stort sett i vannet, men også i funksjonelle grupper på grafenderivatet, og dess innhold vil omtrent være 1/9 av oksygeninnholdet, mens innholdet av svovel og nitrogen tilsammen vil være mellom 0,5 og 5 % av pastaens totale masse, og mest typisk mellom 1 og 3 %. Klorid vil være tilstede i maksimalt 2 %, men kan være vesentlig mindre i den grad det er vasket ut ved filtrering.Ressursbesparelse er en viktig del av oppfinnelsen, og det ble overaskende fiunnet at saltsyren som brukes til det tredje vasketrinnet for én batch kan bli gjenbrukt til det andre vasketrinnet for neste batch og deretter gjenbrukt til det første vasketrinnet for den påfølgende batchen hvoretter den blir kastet, uten at produktet blir forringet. Forbruket av saltsyre reduseres dermed til en tredjedel, eller en fjerdedel hvis det benyttes fire vasktrinn med HCI. Dette kan gjøres fordi konsentrasjonen av forurensninger i de brukte saltsyrevaskebadene reduseres med ca 90 % for hver vaskecyklus.Den resulterende pasta kan oppbevares, fortrinnsvis i lukket beholder ved temperatur mellom 1 og 20 °C, men mest foretrukket mellom 1 og 6 °C for å sikre lang holdbarhet.Tall oppgitt i dette avsnittet gjelder for batchstørrelse på omtrent 500 g pasta. En typisk fremstillingsprosedyre for ca 500 g grafénderivatpasta ifølge oppfinnelsen er: I en 30 liters reaktor tilsettes først 2,3 liter konsentrert svovelsyre og 100 g grafittpulver, som avkjøles på et isbad mens det røres kontinuerlig. Når blandingen er avkjølt til mellom 4 og 6 °C tilsettes 300 g kaliumpermanganatpulver med mellom 2 og 4 g/minutt. Samlet tid for tilsetting av all kaliumpermanganat skal være mellom én og tre timer. Etter 1,5 til 2,5 timer, etter start, settes termostat i
vannbadet til 35 °C, og hele blandingen holdes ved mellom 35 og 46 °C i mellom 1 og 2 timer. Så tilsettes vann til reaksjonsblandingen slik at blandingen først når en temperatur av mellom 98 og 102 °C. Deretter tilsettes vann hver gang reaksjonsblandingens temperatur faller under 98 °C, slik at temperaturen i 5 -14 minutter holdes mellom 97 og 102 °C. Etter å ha tilsatt totalt ca 1,5 liter vann vil ytterligere vanntilsetting ikke lenger gi temperaturøkning, og det tilsettes da totalt 15 liter vann i løpet av ca 5 minutter slik at totalt volum i reaksjonsblandingen blir ca 19 liter. Så tilsettes 700 ml H202 med konsentrasjon 35 %, eller 750 ml 33% H202, og det hele røres i 1 - 2 timer. Røreren slås så av slik at det faste produktet kan sedimenteres. Etter 6-12 timer tappes 17 liter væske av, slik at man står igjen med ca 3 liter slurry. Til denne tilsettes 15 liter liter HCI med konsentrasjon 4 - 5 %, og blandingen får sedimentere i 12 timer. Igjen tappes løsning av, og til gjenværende slurry tilsettes det igjen 15 liter 4 - 5 % HCI-løsning. Tilsvarende behandling gjentas ytterligere en gang, og deretter en siste gang med 0,7 -1,3 % HCI-løsning. Den første HCI-løsningen kastes, mens de påfølgende oppbevares til bruk for neste batch, alltid ett trinn tidligere i vaskeprosessen. Etter dette sentrifugeres slurryen ved 3000 - 4000 rpm i 10 minutter slik at produktet tar form av en pasta med total vekt på ca 0,5 kg. Denne er stabil og kan oppbevares. Produktet kan vaskes videre med rent vann men kan da ikke sentrifugeres, og det er heller ikke hensiktsmessig å vaske til et kloridinnhold på under 0,1 %, selv om dette er mulig. Produktet vil inneholde noe svovel og nitrogen, i konsentrasjonsområdene 0,3 - 3 % for svovel og 0,1 - 1 % for nitrogen. Dessuten inneholder produktet hydrogen, dels i vannet, dels i HCI og dels bundet i funksjonelle grupper på det faste grafénderivat. Totalt vil innholdet av andre bestanddeler enn vann, karbon hydrogen og oksygen være mellom 0,5 - 5 vekt %. Produktets tørrstoffinnhold kan beregnes ved å tørke det, men dette er i praksis vanskelig å tørke produktet fullstendig fordi en del vann er sterkt bundet og vil kreve tørking ved over 100 °C for å desorberes innen rimelig tid, mens en del funksjonelle grupper er løst bundet og desorberes ved ca 80 °C. Disse to prosessene kan derfor ikke studeres uavhengig av hverandre.Pastaen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan benyttes som råmaterial for eksempel for fremstilling av elektrisk ledende film.Funksjonalisert grafén nanopartikulært pulver ble framstilt av 100 g Nanocon grafitt ved at det i en 30 liters reaktor først ble tilsatt 2,3 liter teknisk konsentrert svovelsyre og 100 g Nanocon grafittpulver, levert av NNC Corp, Japan. Blandingen bie avkjølt på et isbad mens det ble rørt kontinuerlig med en hastighet som varierte mellom 50 og 65 rpm. Da blandingen var avkjølt til 4,5 °C ble det tilsatt 300 g permanganatpulver med gjennomsnittelig 3,16 g/minutt. Etter 85 minutter var all is i vannbadet smeltet og vannet ble pumpet ut etter ytterligere 35 minutter, da temperaturen i reaksjonsblandingen hadde nådd 35,2 °C, 120 minutter etter starttidspunktet. Etter ytterligere 19 minutter ble 43 °C passert og temperaturen steg deretter langsomt til maksimalt 45,6 °C etter ytterligere 28 minutter. Hele blandingen ble holdt ved mellom 35 og 46 °C i totalt 2 timer. Så ble det tilsatt vann til reaksjonsblandingen slik at blandingen først nådde en temperatur på 98 °C. Deretter ble det tilsatt vann hver gang reaksjonsblandingens temperatur falt til under 98 °C, slik at temperaturen hele tiden ble holdt mellom 97 og 101 °C. Etter å ha tilsatt totalt ca 1,5 liter vann ga ytterligere vanntilsetting ikke lenger temperaturøkning, og det ble da tilsatt totalt 15 liter vann i løpet av ca 20 minutter slik at totalt volum i reaksjonsblandingen ble ca 19 liter. Så ble det tilsatt 700 ml 35 % H202, og det hele ble rørt i seks og en halv time. Røreren ble deretter slått av slik at det faste produktet kunne sedimenteres. Reaksjonsblandingen hadde nå brun farge. Etter 12 timer ble ca 17 liter væske tappet av, slik at det var igjen ca 2,6 liter slurry. Til denne ble det tilsatt 14 liter 5 % HCI, og blandingen ble sedimentert i 24 timer. Igjen ble 14 liter løsning tappet av, og til gjenværende slurry ble det igjen tilsatt 14 liter 5 % HCI-løsning. Tilsvarende behandling ble gjentatt ytterligere en gang, og deretter en siste gang med 1 % HCI-løsning. Etter dette ble slurryen sentrifugert ved 3000 rpm i 10 minutter som resulterte i en pasta med total vekt på ca 0,485 kg, som dermed utgjør produktet. For å undersøke nærmere egenskapene ved grafenderivatkomponenten i produktet ble 62 g av denne pastaen smurt utover et plastark og tørket ved 50 °C over natten. Neste dag var vekten av det tørkete produktet 22 g. På basis av disse tallene inneholder
pastaen 35,5 % "tørrstoff", slik at det totalt var dannet 172 g "tørrstoff", men videre tørking ved høyere temperatur viser at vekten reduseres ved videre oppvarming, og at tallene derfor ikke kan brukes til å nøyaktig angi mengde grafénderivat dannet. Den tørkete prøven ble grovknust og deretter malt til pulver og oppbevart på lukket beholder. Det ble laget en 0,04 % suspensjon i destillert vann som ble behandlet med ultralyd og hensatt. Denne suspensjonen var fortsatt stabil etter 30 dager, og det var ikke dannet noe bunnfall. En annen prøve av det tørre pulveret ble sendt til analyse ved institutt for nanoteknologi ved universitetet i Zaragoza, Spania, hvor det ble analysert med en rekke metoder. Analyse med "atomic force microscopy" viste at prøven inneholdt hovedsakelig enkeltlag av funksjonalisert grafen med tykkelse på ca 1 nm. Dette ble også bekreftet med elektrodiffraksjon. På grunnlag av dette kan analyse med XPS, som bare analyserer de øverste få atomlagene på en materialprøve ansees som representativ for prøvens bulksammensetning. Analyse med XPS viste følgende sammensetning i vekt%: 62,6 % karbon, 1,7 % klor, 0,7 % nitrogen, 31,0 % oksygen og 4,0 % svovel. Analysen viste videre at det ikke var igjen detekterbare mengder av mangan. Det relativt høye innholdet av svovel må derfor forklares med at noe svovel er bundet til grafenpartiklene, mest sannsynlig som sulfongrupper. Basert på disse tallene kan det beregnes at total mengde dannet tørr grafénderivat i prosessen var ca 160 g, og at dermed ca 7 % av den lufttørkete prøven utgjorde bundet vann og andre moderat flyktige stoffer. Pastaens reelle konsentrasjon av tørrstoff er dermed ca 33 %, eller 32 % hvis det korrigeres for et estiment tap på inntil 3 % i vaskeprosessen. Prøven inneholder trolig også hydrogen i form av hydrogen bundet til oksygen, men dette er ikke analysert. Klor antas å være rester av HCI, og svovel antas å være rester av svovelsyre. Med fire vaskesykluser skulle løst svovel vært redusert til under 1/1000 av karbonmengden, mens den etter analysen er ca 1/16. Dette er en sterk indikasjon på at størstedelen av svovelet er kjemisk bundet til det grafen slik at vi har et produkt som kan antas å være et sulfonert grafénoksid.Som i eksempel 1, men permanganaten ble tilsatt med en gjennomsnittlig hastighet av 4 g/minutt, slik at oppvarmingen gikk raskere enn i eksempel 1, ved at 35 °C ble nådd 97 minutter etter start og 43 °C ble nådd seks minutter senere. Den resulterende pastaen fikk en noe lysere brun farge enn pastaen fremstilt i eksempel 1, vekten var 0,533 Kg. Kjemisk analyse målt på samme måte som i eksempel 1 viste 60,0 % karbon, 31,8 % oksygen, 6,7 % svovel og 1,5 % nitrogen. Hydrogen antas å være tilstede men kunne ikke bestemmes. Basert på karboninnholdet vil teoretisk mengde tørrstoff være 167 g, slik at pastaen har et tørrstoffinnhold på 31 %, eller 30 % hvis det korrigeres for et estimert tap på inntil 3 % i vaskeprosessen. Pastaens innhold av svovel blir dermed ca 2,0 %, og nitrogeninnholdet blir ca 0,5 %. Innholdet av HCI er ca 1 % i vannfasen, og dermed ca 0,7 % i hele pastaen under antakelse at det ikke er ytterligere HCI bundet til grafenderivatet.En ny prøve av funksjonalisert grafén nanopartikulært pulver ble framstilt, men nå ca 6 % mindre av alle reagenser, og med automatisk dosering av kalium permanganat og vann. I en 30 liters reaktor ble det først tilsatt 2,17 liter teknisk konsentrert svovelsyre og 94,7 g Nanocon grafittpulver. Blandingen ble avkjølt på et isbad mens det ble rørt kontinuerlig med en hastighet som varierte mellom 50 og 65 rpm. Da blandingen var avkjølt til 5 °C ble det tilsatt 283 g permanganatpulver med gjennomsnittelig 2 g/minutt. En termostat med pumpe var montert i vannbadet, og denne ble satt til 35 °C to timer etter start. Hele blandingen ble holdt ved mellom 35 og 41 °C i 1 time og 2 minutter. Så ble det tilsatt vann til reaksjonsblandingen slik at blandingen først nådde en temperatur på 98 °C. Deretter ble det automatisk, ved bruk av PID-kontroll, tilsatt vann hver gang reaksjonsblandingens temperatur falt til under 98 °C, slik at temperaturen hele tiden ble holdt mellom 97 og 99 °C. Etter å ha tilsatt totalt ca 1,5 liter vann ga ytterligere vanntilsetting ikke lenger temperaturøkning, og temperaturen falt i løpet av 20 minutter til 71 °C, og det ble da tilsatt totalt 15 liter vann i løpet av ca 5 minutter slik at totalt volum i reaksjonsblandingen ble ca 19 liter. Så ble det tilsatt 700 ml 35 % H202, og det hele ble rørt i to timer. Røreren ble deretter slått av slik
Claims
at det faste produktet kunne sedimenteres. Reaksjonsblandingen hadde nå brun farge. Neste morgen, etter 14 timer ble 17 liter væske tappet av, slik at det var igjen 3 liter slurry. Denne ble vasket og opparbeidet som beskrevet i eksempel 1,
men sentrifugeringen var vanskeligere, og det ble restvæske med partikler som ikke sedimenterte. Den opparbeidete pastaen hadde en total vekt på 0,554 kg, og altså et høyere vanninnhold enn produktet i eksempel 1. Dette indikerer at produktet består av partikler med mindre størrelse enn produktet i eksempel 1.
Eksempel 4
En film som er elektrisk ledende ble fremstilt ved at 0,65 g av pastaen fremstilt i eksempel 1 ble suspendert i 200 ml vann og deretter filtrert på et rundt "5893 Blauband" papirfilter med 90 mm diameter produsert av Schleicher & Schuell, Dassel, Tyskland. Det ble avsatt et brunsvart belegg på filteret som først ble tørket ved romtemperatur i et døgn. Måling med multimeter viste at belegget hadde en "Sheet resistance" = motstand større enn 20 MOhm/sq. Filter med belegg ble deretter varmet til 120 °C i tre timer og målt igjen med samme multimeter. Sheet resistance var nå redusert til ca 15 MOhm/sq. Filmen ble deretter varmet til 170 °C i en time, hvoretter motstanden ble målt til 1,8 MOhm/sq.
Dette viser at produktet kan brukes til å fremstille ledende belegg, og at belegget kan brukes som en indikator for hvor høy temperatur belegget har vært utsatt for.
1. Vandig pasta av grafenderivat karakterisert ved at den består av mellom 20 og 40 % grafenderivat og mellom 55 og 79,5 % vann og mellom 0,5 og 5 % av svovel og nitrogen tilsammen.
2. Vandig pasta av grafenderivat ifølge krav 1 karakterisert ved at pastaen inneholder både karbon og oksygen i C/O-forhold mellom 0,1 og 0,5.
3. Vandig pasta av grafenderivat ifølge krav 1 karakterisert ved at pastaen inneholder minst tre av elementene H, S, Cl og N i tillegg til C og O
4. Vandig pasta av grafenderivat ifølge krav 1 karakterisert ved at den inneholder mellom 0,1 og 2 % klorid.
5. Vandig pasta av grafenderivat ifølge krav 1 karakterisert ved at den inneholder mellom 0,1 og 3 % svovel.
6. Vandig pasta av grafenderivat ifølge krav 1 karakterisert ved at den inneholder mellom 0,1 og 1 % nitrogen.
7. Fremgangsmåte for fremstilling av vandig pasta av grafenderivat karakter i s e r t ved at krystallin grafitt først reageres med en blanding av svovelsyre og kaliumpermanganat ved en temperatur mellom 35 og 46 °C i mellom 50 og 120 minutter og som deretter tilsettes vann hvoretter det vaskes med saltsyre og til slutt oppkonsentreres til pasta med mellom 25 og 35 % tørrstoffinnhold.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor kaliumpermanganat tilsettes over et tidsrom fra 1 - 3 timer.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det vaskes to eller tre ganger med 3 til 6 % saltsyre og deretter en gang med 0,7 -1,3 % saltsyre.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor saltsyren som brukes til det tredje vasketrinnet for én batch blir gjenbrukt til det andre vasketrinnet for neste batch og deretter gjenbrukt til det første vasketrinnet for den påfølgende batchen hvoretter den blir kastet.
Priority
No priority
Patent classes
IPC classesC01B 31/02C01B 31/04C01B 3/04
Citations
CN 102173145 A (A)CN 102616772 A (A)CN 102513533 A (A)