(57)【要約】  本発明は、水混和性、好ましくは水性の溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ  ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ  （Ｉ）の添加剤を含む懸濁液に関する。本発明は、さらに、その懸濁液を製造するためのプロセス、グラフェンフレークとその使用にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水混和性溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液
（式中、構造要素ｃＲは、２〜７個の芳香環を有する縮合多環系であり、
構造要素Ｓｐは、直鎖を有するスペーサーであり、２〜１０個の原子が直鎖中に配置され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さないときに、構造要素Ｗは、それでは全体で少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基であり、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である）。
【請求項２】
構造要素Ｓｐ中の直鎖の２〜１０個の原子が、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、ＳｉおよびＰからなる群から選択され、但し、炭素原子を除き、同一の原子が、直鎖中に互いに直接的に隣接して配置されないことを特徴とする、請求項１に記載の懸濁液。
【請求項３】
構造要素Ｗが、式（ＩＩ）
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
の構造を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
（式中、Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、１〜３個の原子からなる直鎖であって、原子がＣ、ＮおよびＯからなる群から選択され、但し、鎖は、最大１個のＯまたはＮを有し、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、３〜１００個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、アルキレンオキシド単位は、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択され、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基であり、そして、
ｙとｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１である）。
【請求項４】
構造要素（−Ｓｐ−Ｗ）が、一緒に、構造−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３を有し、ｍが２〜１０の範囲で、ｐ＝０または１であり、ＥＡＯがｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎが３〜１００の範囲であり、ｑが０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑが３〜１００の範囲であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項５】
添加剤が以下の構造を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
【化１】
2015532325.tif 000016
（式中、ＲＡ＝−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３であり、ｍは、２〜１０の範囲であり、ｐは、０または１であり、ＥＡＯは、ｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは、５〜４８の範囲であり、ｑは、０〜４３の範囲であり、ｎ＋ｑは、５〜４８の範囲である）。
【請求項６】
構造要素ＳｐおよびＷ中の、エチレンオキシド単位とプロピレンオキシド単位からなる群から選択される少なくとも３単位からなる鎖状構造中のエトキシ単位のモル比率が、少なくとも５０ｍｏｌ％であることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項７】
グラフェンフレークのオキシド含量が、１．５重量％未満であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項８】
前記グラフェンフレークが、ラマンスペクトルで、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が０．５〜２の範囲であり、３５〜６５ｃｍ−１の範囲の２Ｄピークの半値幅を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項９】
少なくとも１つの式（Ｉ）の添加剤が、２０℃の温度で少なくとも０．０５ｇ／Ｌの水溶解度を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項１０】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１
【化２】
2015532325.tif 000017
の助剤を含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
（式中、Ｘは、ＮおよびＰからなる群から選択され、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環（前記の基は置換されていても非置換でもよい）、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｈ、−ＯＨ、−ＯＲＨ＊、および−ＣＮからなる群から選択され、
ＲＨ＊は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４のうちの少なくとも１つが、独立に、置換されたおよび非置換のアリール基、ヘテロアリール基、非芳香族シクロアルキル基および非芳香族ヘテロシクロアルキル基からなる群から選択される場合、置換された基の置換基は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、および分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔ、および−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換でもよく、そして。
ＲｃＲは、非置換の、分岐状、または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基である）。
【請求項１１】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、式中、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一または異なって、独立に、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０に記載の懸濁液。
【請求項１２】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、式中、ＸはＮであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一または異なって、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０または１１のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項１３】
先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液を製造するためのプロセスであって、プロセスが以下のステップ
ａ）  グラファイトの水混和性溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および
ｂ）  超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはその組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ、
を含み、
式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤が、ステップａ）および／またはｂ）で添加されることを特徴とする、プロセス。
【請求項１４】
少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を、ステップａ）および／またはｂ）で用いることを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
グラフェンフレークが、請求項１３および１４のいずれかに記載のプロセスにより製造されたことを特徴とする、グラフェンフレーク。
【請求項１６】
式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の、グラフェンフレークの安定化および／または製造での使用であって、式（Ｉ）の添加剤が、請求項１〜１２のいずれかに示される構造を有する、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェンフレークおよび水混和性溶媒を含む懸濁液、その製造のためのプロセス、グラフェンフレークおよびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ  ７，８９２，５１４  Ｂ２は、グラファイト構造へのハロゲンのインターカレーションによってグラフェン材料を製造するためのプロセスを開示する。ここでは、グラファイトは、ハロゲン化合物の融点または昇華点より高い温度でハロゲン化合物に曝露され、それにより、ハロゲン化合物はグラファイト構造にインターカレートする。その後、ハロゲンの沸点より高くまで加熱し、それにより、グラフェン含有フレークの層間剥離が生じる。
【０００３】
ＵＳ  ２００９／００２８７７７  Ａ１は、層間剥離したグラファイト、柔軟なグラファイト、およびナノサイズのグラフェンフレークを製造するためのプロセスを開示する。その製造プロセスはインターカレーションのステップに基づくものであり、本発明の目的のために、それはカルボン酸と過酸化水素による化学的酸化である。層間剥離を起こすために、任意に機械的な力の作用下で、インターカレーション産物を加熱する。
【０００４】
ＵＳ  ７，９１４，８４４  Ｂ２は、還元されたグラフェンオキシドのナノフレークの分散物の製造のためのプロセスを開示し、そこでは、イソシアネート処理されたグラフェンオキシドのナノフレークが、還元剤およびポリマーの存在下で処理される。還元剤として、例えば、水中のヒドラジン水和物、または有機溶媒中のＮ，Ｎ−ジメチルヒドラジンが使用可能である。
【０００５】
そのようなプロセスは、様々な問題を被る。例えば、昇華によるグラフェンの製造は、極度に高コストであり、またエネルギーを消耗する。グラファイトの酸化も、得られるグラフェンオキシドの電子特性を非常に損なうものであり、その後の十分なグラフェンへの還元は、非常に高コストであるだけでなく、工業的条件下では部分的にしか実現できない。沸点より高くまで加熱した後に、蒸気形成の結果として層を分離をするインターカレーション化合物の使用は、非常に時間がかかり、そのプロセス条件の結果、工業的スケールではかなりの困難を伴ってようやく実施され得る。
【０００６】
ＵＳ  ７，８２４，６５１  Ｂ２は、グラフェンを製造するためのプロセスを開示し、そこでは、グラファイト材料を、まず、界面活性剤または分散剤を含む液媒体中に分散させ、その後、超音波の作用により分解する。
【０００７】
ＷＯ  ２０１１／０７００２６  Ａ２は、カーボンベースの一次粒子および添加剤から構成されるカーボン粒子顆粒を開示する。その一次粒子は、グラファイト材料および／または個別化可能なカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）および／またはカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）および／または高いアスペクト比を有するカーボンナノ粒子および／または個別のグラフェン層および／または薄いグラフェン層の塊を含む。添加剤は、界面活性剤および／またはポリマーおよび／またはモノマーおよび／または高分子電解質であってよい。
【０００８】
ＵＳ  ２０１０／００２２４２２  Ａ１は、溶媒と分散剤を使用した、グラファイトの湿式粉砕のためのプロセスを記載する。分散剤は、親油性の炭化水素基と極性を有する親水性基を含むことができる。自動車産業で典型的に使われる分散剤が使用され、それはカーボンナノチューブ、グラファイトフレーク、カーボンファイバーおよびカーボン粒子の製造に広く使用可能であると言われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
大量のグラフェンフレーク、さらに、多くの用途に好適な都合よく溶媒中で直接的に調製されるグラフェンフレークを製造するためのプロセス、ならびに、単層グラフェンの安価な製造の可能性とそれにもかかわらず十分に明らかな有利な特性の有用な組み合わせが達成されることに対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は、水混和性、好ましくは水性の溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤と、を含む懸濁液の提供によって達成される。
式中、構造要素ｃＲは２〜７個の芳香環を有する縮合多環系であり、
構造要素Ｓｐは直鎖を有するスペーサーであり、２〜１０個の原子が直鎖中に配置され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、
構造要素Ｗは添加剤の水溶解度を増加させ、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さない場合、構造要素Ｗは、全体で少なくとも２つの同一または異なるプロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、ＲｃＲは各々独立に非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｘは、１〜４の範囲の整数である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１−３により得られたグラフェンフレークのラマンスペクトルを表す。
【図２】実施例３−１により得られたグラフェンフレークのラマンスペクトルを表す。
【図３】実施例１−２により得られたグラフェンフレークのラマンスペクトルを表す。
【図４】グラファイトのラマンスペクトルを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
前記の添加剤の構成成分は、特に明記しない限り、各々独立に選択されうる。これらの基の例は、前記の単位（−Ｓｐ−Ｗ）およびＷである。当然、これは以下に紹介される基も含むものである。本発明の目的において、「Ｃ１−Ｃ８」という用語は、関係する単位（例えばアルキル鎖）が１〜８の範囲の炭素原子の数を有することを意味する。これは、１〜６の範囲の炭素原子の数を有する対応する単位の「Ｃ１−Ｃ６」などの、他の数値範囲にも同様にあてはまる。１〜６個の炭素原子を有するアルキル基の例は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、１−メチルプロピル、ｎ−ペンチル、３−メチルブチル、２−メチルブチル、１−メチルブチル、２，２−ジメチルプロピル、１，２−ジメチルプロピル、１，１−ジメチルプロピル、１−エチルプロピル、ｎ−ヘキシル、４−メチルペンチル、３−メチルペンチル、２−メチルペンチル、１−メチルペンチル、３，３−ジメチルブチル、２，３−ジメチルブチル、１，３−ジメチルブチル、２，２−ジメチルブチル、１，２−ジメチルブチル、１，１−ジメチルブチル、１，２，２−トリメチルプロピル、１，１，２−トリメチルプロピル、２−エチルブチル、１−エチルブチル、および少なくとも１つの二重結合および／または三重結合を有する類似構造単位である。
【００１３】
本発明の懸濁液の好ましい実施形態は、従属請求項２〜１２に示される。
【００１４】
本発明の課題は、本発明の懸濁液を製造するためのプロセスの提供によっても達成され、そのプロセスは以下のステップを含む：
ａ）  グラファイトの水混和性、好ましくは水性の溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および、
ｂ）  超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはそれらの組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ。
その際、式（Ｉ）の添加剤
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
が、ステップａ）および／またはｂ）で添加される。
【００１５】
本発明のプロセスの好ましい実施形態は、従属請求項１４で示される。
【００１６】
本発明の課題はまた、本発明のプロセスによって得られるグラフェンフレークの提供によって達成される。グラフェンフレークは、好ましくは懸濁液として存在する。
【００１７】
さらに、本発明の課題は、式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を、グラフェンフレークの安定化および／または製造において、好ましくは懸濁液中で用いることで達成され、その際、式（Ｉ）の添加剤は、請求項１〜１２のいずれかで示される構造を有する。
【００１８】
好ましくは、電子材料、電子部品、例えば電子回路およびコンデンサ（例えばスーパーキャップ（スーパーキャパシタ））、導電性フィルム、化学センサ、光学材料、および複合材料、例えば強化および／または導電性プラスチック、バッテリー、および膜の製造において、好ましくは懸濁液として、本発明のグラフェンフレークを使用できる。
【００１９】
本発明の目的において、「グラフェンフレーク」という用語は、１つのグラフェン単層および複数の積層したグラフェン層の両者を含む構造物を指す。グラフェン単層は、ハニカム状（すなわち六角形状の構造）で炭素原子が配置される、二次元の炭素構造である。このハニカム構造では、各炭素原子は、周縁部分を除き、３個のさらなる炭素原子によって囲まれる。フラーレンやカーボンナノチューブとは異なり、グラフェンは球状または管状構造を有しないが、その代わりに本質的にシート状の構造を有する。本発明では、グラフェンフレークという用語は、少数の積層したグラフェン単層を特徴とする本質的にシート状の構造物も含む。これは、例えば、ラマンスペクトルでＧピークに対する２Ｄピークの強度比から分かり、本発明のグラフェンフレークの場合、それは０．５〜２の範囲である。本発明のグラフェンフレークのラマンスペクトルのＧピークに対する２Ｄピークの強度比は、特に好ましくは０．６５〜１．９の範囲である。
【００２０】
そこから得られる物質、例えば膜の、例えば導電性または機械的安定性などの、グラフェンに特徴的な有利な性質は、単層グラフェンフレークの場合に最も顕著に表れる。したがって、主に単層グラフェンフレークを含む懸濁液を提供することが好ましいと考えられる。しかしながら、これは多くの用途において必要でない。驚くべきことに、異なる数のグラフェン単層を有するグラフェンフレークの混合物を含む本発明におけるグラフェンフレークの懸濁液によっても、例えば導電性または機械的安定性に関する良好な結果が得られることが見出された。これらの懸濁液は簡単に調製でき、ゆえに工業的スケールでの使用を可能にする。
【００２１】
本発明の目的において、「構造要素ｃＲ」という用語は、少なくとも２個、および７個以下の芳香環を含む縮合多環系を指す。本発明の目的において、「芳香族」という用語は、個々の環の非局在化したπ電子の数が、ヒュッケル則に従い、例えば、２、６または１０であることを意味する。本発明で用いられる式（Ｉ）の添加剤の縮合環系との関係で用いられる「芳香族」という用語は、好ましくは６個または１０個の非局在化した電子（特に６個の非局在化した電子）を有する環を指す。構造要素ｃＲの例は、ナフタレン、フェナレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、クリセン、ピレン、ペリレン、ペンタセン、ペンタフェン、ヘキサセン、ヘプタフェン、ヘプタセン、ベンゾ［ａ］ピレン、ならびに、これらと非芳香族炭素環、非芳香族複素環および／または芳香族複素環の縮合物である。
【００２２】
本発明の実施形態では、構造要素ｃＲの縮合多環系は、形式的に各々６つのπ電子を有する少なくとも２個の縮合芳香環、好ましくは形式的に各々６つのπ電子を有する少なくとも３個の芳香環、さらにより好ましくは形式的に各々６つのπ電子を有する少なくとも４個の芳香環を含むことが好ましい。ここでは、一部のπ電子が複数の環によって利用されるため、縮合環系のπ電子の総数は、縮合した個々の環の形式的な合計より当然少ない。特に、前記の最小数の縮合環が炭素環、特にフェニル環であることが好ましい。本発明の目的において、「炭素環」または「環状炭素」という用語は、環を構成する原子が炭素原子だけである環系、例えばベンゼン、アニリン、シクロヘキサン、ナフタレンまたはナフトールを指す。
【００２３】
６個以下、好ましくは５個以下、より好ましくは４個以下の芳香環を有する縮合多環系も好ましい。
【００２４】
少なくとも１つの添加剤中の構造要素ｃＲは、より好ましくは２〜７個の芳香環および０〜４個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、好ましくは、３〜６個の芳香環および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、より好ましくは３〜５個の芳香環および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系である。
【００２５】
驚くべきことに、本発明における添加剤がグラファイトの層間剥離のために用いられる場合に、構造要素ｃＲがグラファイトのカーボン表面への接着にとって非常に好適であることがわかった。第１に、グラフェンフレークがグラファイトから分離する際、それに対する十分な吸引作用を可能とするのに接着力が十分である。第２に、グラフェン表面に対する添加剤の接着があまり強くなく、層間剥離プロセスの後の添加剤の任意の望ましい分離、すなわち添加剤とグラフェンフレークの分離を可能にする。
【００２６】
前記の芳香環は別として、非芳香族炭素環および非芳香族複素環も、縮合環系に存在してもよい。この場合、構造要素Ｓｐに対する結合は、これらの非芳香族環を経て生じてもよい。特に、例えば環に存在する炭素原子のｓｐ２またはｓｐの混成の結果として非芳香族環が平面状であることが好ましい。本発明の目的において、「複素環」または「ヘテロ環」という用語は、環を構成する原子が炭素のみに制限されず、ヘテロ原子、例えば窒素、酸素、リンおよび／または硫黄を含む環系を指す。複素環の例は、フラン、ピロール、オキサゾール、テトラヒドロピラン、ピペリジン、ピリジンおよびピリミジンである。
【００２７】
すなわち、本発明の変形において、縮合多環系が、少なくとも１個のヘテロアリール、好ましくは少なくとも２個のヘテロアリールを含むことが有利であることが見出されたが、その際、少なくとも１個のヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄およびリンからなる群から選択され、好ましくは窒素および酸素からなる群から選択される。
【００２８】
本発明の目的において、「非置換」という用語は、水素を除き、さらなる基が原子または構造に結合していないことを意味する。
【００２９】
本発明の目的において、「プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基」は、イオンの形態に、例えば酸の添加によりまたは塩基の添加により塩の形態に変換できるか、または変換された置換基である。これらのプロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された基（イオン化可能な、またはイオン化された基とも称することができる）は、水または水性媒体中で添加剤の溶解度をかなり増加させる。プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基の例は、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＨ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨであり、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルである。
【００３０】
本発明の１つの変形において、縮合環系は、好ましくは、少なくとも１つの（−Ｓｐ−Ｗ）基を除き、さらにかさ高い置換基を有さず、その代わり、好ましくは非置換であるか、または、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択される少なくとも１つの置換基を有し、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルであり、好ましくは非置換のＣ１−Ｃ２アルキル基、例えばメチルおよびエチルである。
【００３１】
縮合環系ｃＲは、少なくとも１つの（−Ｓｐ−Ｗ）基を除き、非置換であることがより好ましい。さらに好ましい実施形態において、環系ｃＲの任意の置換基は、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルなどの、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基からなる群から選択され、好ましくは非置換のＣ１−Ｃ２アルキル基、例えばメチルおよびエチルから選択される。適切な非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基は、メチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルである。
【００３２】
本発明を限定するものではないが、本発明者らの見解では、本発明で用いられる添加剤がグラファイト（グラフェン層間）に浸透し、鉈で木を割るのと同様に層間を押し離し、その結果、グラフェンフレークがより容易かつ穏やかに順々に分離されうる。したがって、実際の分離現象は、おそらく面ファスナーの解放によって表しうる。結合がすでに裂開もしくは解放された、すでに広がった周縁領域から始まり、またおそらく、一番上のグラフェンフレークの表面に結合した添加剤分子の吸引作用によって、グラフェン−グラフェン相互作用の裂開が段階的に起こる。
【００３３】
構造要素ｃＲ上の（−Ｓｐ−Ｗ）型の置換基の数が著しく多いと不利であることが明らかとなった。本発明において、式（Ｉ）のｘは、１〜４の範囲の整数である。式（Ｉ）の添加剤が４個以下、好ましくは３個以下、より好ましくは２個以下、さらにより好ましくは１個以下の、（−Ｓｐ−Ｗ）型の置換基を有するときに、添加剤の効果は顕著に高い。（−Ｓｐ−Ｗ）型の置換基の数が増加すると、層間剥離プロセスの間、グラファイト中のグラフェン層間の前記の侵入が、立体障害によって困難になるものと推定される。この点で、構造要素ｃＲが１個の置換基（−Ｓｐ−Ｗ）のみを有する式ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）の添加剤を使用することが好ましい。
【００３４】
さらに、グラファイト中のグラフェン層間への侵入を補助するために、縮合環系の端にかさ高い置換基を有さないものも好ましい。ゆえにさらなる実施形態において、構造要素ｃＲの少なくとも１つの端は、非置換であるか、または、存在する任意の置換基が、Ｃ１−Ｃ２アルキル基および非置換のフェニル基からなる群から、好ましくはＣ１−Ｃ２アルキル基、例えばメチルおよびエチルから選択されることが好ましい。特に、端は非置換が好ましい。前記の端は、構造要素ｃＲの縮合環系の端で、少なくとも５個、好ましくは少なくとも７個、さらにより好ましくは少なくとも９個の隣接する原子から形成される。
【００３５】
懸濁液の好ましい実施形態において、少なくとも１つの添加剤の構造要素ｃＲは、２〜７個の芳香環および０〜４個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、好ましくは３〜６個の芳香環および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、より好ましくは３〜５個の芳香環および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系である。
【００３６】
グラフェンフレークの表面に特に良好に接着可能な縮合環系については、本発明の実施形態においては、グラファイトに存在するグラフェン層と構造的かつ電子的に類似する縮合環系ｃＲが好適である。縮合環系ｃＲとグラフェンフレーク表面の類似性が、縮合環系の一領域とグラフェンフレークの表面の結合を顕著に促進するものと推定される。
【００３７】
本発明において、縮合環系ｃＲは、非局在化したπ電子を有する、少なくとも２個の縮合環、好ましくは少なくとも３個の縮合環、より好ましくは少なくとも４個の縮合環を有する。ここでは特に、少なくとも１個、好ましくは少なくとも２個、さらにより好ましくは少なくとも３個のフェニル環、さらにより好ましくは少なくとも４個のフェニル環を含む縮合環系ｃＲが好ましい。通常、電子的な理由から、縮合環系が少なくとも２個、好ましくは少なくとも３個、さらにより好ましくは少なくとも４個の炭素環を含むことが有利だと思われる。
【００３８】
懸濁液の好ましい実施形態において、少なくとも１つの添加剤の構造要素ｃＲの縮合多環系は、少なくとも１個の複素環を含み、その際、その複素環は、窒素、酸素、硫黄およびリンからなる群から選択される少なくとも１つの原子を含むのが好ましい。
【００３９】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素ｃＲは、４個の芳香環、好ましくはピレンを含む。
【００４０】
驚くべきことに、ピレン構造が、縮合環系ｃＲとしての使用において非常に好適であることが見出された。本質的に疎水性のピレン構造が、その一領域においてグラフェンフレーク表面と非常に良好に相互作用しうるものと推定される。同時に、構造要素Ｗによって付与される親水性の特性は、本発明の懸濁液中でグラフェンフレークを安定に分散しておくのに十分である。
【００４１】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖中の２〜１０個の原子は、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、ＳｉおよびＰからなる群から、好ましくはＣ、Ｏ、ＮおよびＳから選択されるが、但し、炭素原子を除き、同一の原子が直鎖中に互いに直接的に隣接して配置されることはない。
【００４２】
懸濁液のさらに好ましい実施形態において、構造要素Ｗは、式（ＩＩ）の構造を有する。
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
式中、
Ｒは、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシルなどの分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、ならびにそれらの混合物、からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、ｋは０または１であり、
Ｅｂｏは、１〜３個の原子からなる直鎖であり、その原子はＣ、ＮおよびＯからなる群から選択されるが、但し、その鎖は最高１個のＯまたはＮを有し、ｗは０または１であり、
Ｅｔｈは、３〜１００個のアルキレンオキシド単位、好ましくは５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、そのアルキレンオキシド単位は、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択され、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、および非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、そして、
ｙおよびｚは各々独立に０〜３の整数であり、但しｙ＋ｚは少なくとも１である。
【００４３】
少なくとも２つの同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基は、好ましくは−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、−ＮＨＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態において、Ｆは、１つ以上のイオン化されたかまたはイオン化可能な基を有する。本発明のさらなる実施形態において、Ｆは、好ましくは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択され、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルである。
【００４５】
懸濁液の好ましい実施形態において、Ｆは、モノグリコシド、または、２〜１０個のピラノースもしくはフラノース基を有するポリグリコシド、または、アルキルグリコシド、または、２〜１０個のピラノースもしくはフラノース基を有するアルキルポリグリコシドであり、アルキルは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチルである。
【００４６】
本発明のさらなる実施形態において、Ｆは、−（ＮＲｃＲ３）＋、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２およびそれらの混合物からなる群から選択され、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルである。そのような添加剤は、溶媒が非常に高い含水量を有する高品質のグラフェンフレーク懸濁液を提供することに特に適していると考えられる。すなわちこれらの添加剤は、高いグラフェンフレーク濃度を有する水性グラフェンフレーク懸濁液の調製に特に適している。水性グラフェンフレーク懸濁液中の溶媒の含水量は、それぞれ溶媒の総重量に対して、好ましくは少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９８重量％である。
【００４７】
さらに好ましい実施形態において、構造要素Ｗは、少なくとも１つのイオン化された基、好ましくは−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、を含み、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルであり、各ＲｃＲは独立に選択されうる。
【００４８】
しかしながら、工業的使用においては、特に簡単に製造できて、大量を安価に取得できる、より複雑でない系を用いることが特に好ましい。したがって、３個以下、好ましくは２個以下の異なる構造要素Ｗが、それぞれの添加剤に存在することが好ましい。特に、それぞれの添加剤に、３個以下、好ましくは２個以下の異なる（−Ｓｐ−Ｗ）型の構造要素が存在することが好ましい。
【００４９】
非常に好ましい実施形態において、芳香環系ｃＲは、４個以下、好ましくは３個以下、より好ましくは２個以下の、同一の（−Ｓｐ−Ｗ）型の置換基を有する。芳香環系ｃＲは、好ましくは１個の（−Ｓｐ−Ｗ）型の置換基のみを有する。
【００５０】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素ＳｐおよびＷ中の、エチレンオキシド単位およびプロピレンオキシド単位からなる群から選択される少なくとも３単位からなる鎖状構造中のエトキシ単位のモル比率は、少なくとも５０ｍｏｌ％、好ましくは少なくとも６０ｍｏｌ％である。
【００５１】
懸濁液の好ましい実施形態において、ポリオキサゾリン基は、モノヒドロキシまたはモノアミノ末端−ポリ−２−アルキル−２−オキサゾリンまたはポリ−２−アルキル−２−オキサジンからなる群から選択され、アルキルは、直鎖状または分岐状のＣ１−Ｃ２４アルキル基である。直鎖状または分岐状のアルキル基は、好ましくは２〜１２個、より好ましくは２〜６個の炭素原子を有する。
【００５２】
ポリ−２−アルキル−２−オキサゾリンまたはポリ−２−アルキル−２−オキサジンは、パラトルエンスルホン酸、トシル酸メチルまたはメチルトリフラートなどの開始剤を用いた、２−アルキル−２−オキサゾリンまたは２−アルキル−２−オキサジンのカチオン的な開環重合によって得られる。リビングカチオン重合機構から生じるオキサゾリニウムまたはオキサジニウム末端基は、アミノエステル末端基を経たアルカリ加水分解によって、より安定なヒドロキシアミドに変換しうる。モノヒドロキシ官能性ポリ−２−アルキル−２−オキサゾリンまたはポリ−２−アルキル−２−オキサジンを製造するための代替経路は、２−（４−ヒドロキシフェニル）−Ｎ−メチル−２−オキサゾリニウムトリフルオロメタンスルホネートを開始種として使用した重合反応である。アミノ末端ポリオキサゾリンの合成は、例えば、ＵＳ  ６，４４４，７７６に記載され、その内容は参照によりここに援用する。適合性は、アルキル置換基の選択により制御できる。すなわち、例えばポリ−２−エチル−２−オキサゾリンは水溶性を有するため、非常に極性の系に適し、一方、例えばポリ−２−ラウリル−２−オキサゾリンは、無極性の系と適合する。ブロックコポリマーが２−エチル−２−オキサゾリンと２−ラウリル−２−オキサゾリンから形成される場合、ポリマーは特に幅広い適合性を有することを特徴とする。そのようなポリ−２−アルキル−２−オキサゾリンまたはポリ−２−アルキル−２−オキサジンは、通常、３００〜２００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは５００〜１００００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量Ｍｎを有する。とりわけ、さらなる官能基を有し得る様々な２−オキサゾリンを使用することが可能であろう。そのような種は、例えば、対応する脂肪酸をベースとする２−オキサゾリンである。
【００５３】
懸濁液の好ましい実施形態において、Ｒおよび／または構造要素Ｓｐの直鎖は、置換基によって独立に置換され、ＲおよびＳｐの置換基は、独立に、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルであり、ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−へプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルまたはｎ−デシル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換でもよく、ＲＥｔの置換基は、独立に、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される。
【００５４】
本発明によれば、用いられる式（Ｉ）の添加剤は、単結合で結合された少なくとも２個の原子、すなわち、永久的にも一時的にも、例えばケト‐エノール互変異性の結果として、二重または三重結合で結合されていない２つの原子を、構造単位Ｓｐの直鎖中に有する。かかる原子の例は、ｓｐ３混成型の炭素原子である。そのような添加剤は、特に良好な結果を成し遂げることが解った。構造要素Ｗ（親水性）は、この単結合のまわりを回転でき、それによりグラファイト表面またはグラフェンフレークの表面の立体的影響を最小化できると推定される。構造要素Ｓｐ中の単結合のまわりに回転可能に配置される構造要素Ｗは、このようにグラファイト表面またはグラフェンフレークの表面への添加剤の結合を補助できる。
【００５５】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖中の少なくとも３個の原子、好ましくは構造要素Ｓｐの直鎖中の少なくとも４個の原子は、いかなる二重結合または三重結合も有さないが、その代わり、単結合を直鎖中に有し、さらにまた、ｃＲおよびＷ上の連結する結合も包含される。回転は、添加剤分子中の単結合のまわりに生じ得る。この回転可能性は、本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤とグラファイト粒子またはグラフェンフレークの間の立体的相互作用を減少させる。ここでは、鎖状構造中の末端に配置され、構造要素ｃＲまたはＷの方向に単結合のみを有する原子も含まれる。
【００５６】
構造要素Ｓｐの直鎖は、任意の原子によって形成されることができる。特に、鎖中の原子は、炭素、窒素、酸素、硫黄、リンおよびケイ素からなる群から、好ましくは炭素、窒素、酸素およびリンからなる群から選択されることが好ましい。
【００５７】
本発明の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖中のヘテロ原子の数は少数である。本発明者らの見解では、あまりの多数のヘテロ原子は、縮合環系の電子的特性に影響を及ぼし、それによってグラフェンフレークの表面への結合を損いうる。構造要素Ｓｐの直鎖は、４個以下、好ましくは３個以下、より好ましくは２個以下のヘテロ原子を有することが好ましい。本発明の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖中のヘテロ原子は、窒素、酸素、硫黄、リンおよびケイ素からなる群から、より好ましくは窒素、酸素およびケイ素からなる群から選択される。
【００５８】
本発明のさらに好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐは、鎖状構造中に如何なるヘテロ原子も有さない。構造要素Ｓｐの鎖状構造は、好ましくは２〜１０個の炭素原子を有する直鎖アルキル基、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルおよびｎ−デシルであり、より好ましくは２〜８個の炭素原子、さらにより好ましくは３〜７個の炭素原子を有する。
【００５９】
本発明のさらに好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖は置換されている。少なくとも１つの窒素を有する基、特に−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２およびまたは＝ＮＲｃＲを有することが構造要素Ｓｐにとって有利であることが見出されており、ＲｃＲは、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルのような、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基であり、各ＲｃＲは独立に選択されうる。
【００６０】
本発明のさらに好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの置換基は無極性である。無極性の置換基は、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から好ましくは選択される。
【００６１】
さらに好ましい実施形態において、構造要素ｃＲに関して、直鎖中の第１の回転可能な原子上の構造要素Ｓｐの如何なる置換基も、あまりかさ高くない。これらの比較的かさ高くない置換基の例は、好ましくは、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＮＨ２、イソプロピル、エチル、メチル、メチルで置換された四級アンモニウム基、エチルで置換された四級アンモニウム基およびメチルエチルで置換された四級アンモニウム基からなる群から選択される。特に、構造要素Ｓｐの直鎖中の第１の回転可能な原子上の置換基は、イソプロピル、エチルおよびメチルからなる群から選択されることが好ましい。
【００６２】
さらに好ましい実施形態において、第２の回転可能な原子上に存在する任意の置換基は、第１の回転可能な原子上と同様に、比較的かさ高くない。したがって、例えば、構造要素Ｓｐの直鎖中の第２の回転可能な原子までの直鎖中の置換基は、第２の原子上の置換基も含めて、エチルおよびメチルからなる群から選択されることが好ましい。
【００６３】
構成要素ｃＲに関して、さらに好ましい実施形態において、構成要素Ｓｐの直鎖中の第１の回転可能な原子は、非置換である。直鎖中の第１の非置換の回転可能な原子は、好ましくは、Ｏ、ＮおよびＣからなる群から選択され、より好ましくはＮおよびＣからなる群から選択される。窒素原子はこの場合、１個の水素原子を伴い（−ＮＨ−）、炭素原子は２個の水素原子を伴う（−ＣＨ２−）。
【００６４】
本発明の好ましい実施形態において、第１の非置換の回転可能な原子は、炭素原子である。
【００６５】
構造要素Ｓｐの直鎖の全長は、好ましくは７個以下の原子、より好ましくは６個以下の原子、最も好ましくは５個以下の原子である。
【００６６】
さらなる実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖の全長は、好ましくは少なくとも３個の原子、より好ましくは少なくとも４個の原子である。
【００６７】
さらに、本発明のさらに好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖の全長は、２〜７個の原子、好ましくは２〜６個の原子、より好ましくは３〜６個の原子、さらにより好ましくは３〜５個の原子である。
【００６８】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐは、直鎖中に、２〜８個の炭素原子、好ましくは３〜７個の炭素原子を含む。
【００６９】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素（−Ｓｐ−Ｗ）は、一緒に、−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３の構造を有するが、ｍは２〜１０の範囲であり、ｐ＝０または１であり、ＥＡＯはｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは３〜１００の範囲であり、ｑは０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑは３〜１００の範囲である。特に、好ましい実施形態において、ｎは４〜８５の範囲であり、ｑは０〜８１の範囲であり、ｎ＋ｑは４〜８５の範囲であり、より好ましくは、ｎは４〜７２の範囲であり、ｑは０〜６８の範囲であり、ｎ＋ｑは４〜７２の範囲であり、さらにより好ましくは、ｎは５〜４８の範囲であり、ｑは０〜４３の範囲であり、ｎ＋ｑは５〜４８の範囲である。
【００７０】
懸濁液の好ましい実施形態において、ｘは１または２である。
【００７１】
懸濁液の好ましい実施形態において、ｙ＋ｚは少なくとも２の整数であり、好ましくは少なくとも３である。
【００７２】
驚くべきことに、懸濁液中のグラフェンフレークの特に高い長期安定性を達成するために、構造要素ＳｐとＷの組合せが、特定の最小限の長さを有する鎖状構造を形成することが有利であることが見出された。本発明の目的において、長期安定性は、例えば、懸濁液の性質の明らかな悪化が６０日間にわたって観察されないことを意味する。特に、長期安定な懸濁液は、いかなる沈殿物の形成も被らず、したがって、６０日間にわたって、グラフェンフレークの凝集も被らない。
【００７３】
構造要素（−Ｓｐ−Ｗ）が溶媒中へ長く突き出し、それにより、溶媒または懸濁液中での突然の動きに対して少なからぬ慣性を示すと推定される。こうして、縮合環系の構造要素ＳｐとＷの組合せの係留点に及ぼす突然の力の作用（それはグラフェンフレークの表面からの添加剤の分離につながることもありうる）は、減少される。添加剤とグラフェンフレークの分離は、望ましくないグラフェンフレークの凝集につながりうる。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態において、構造要素ＳｐおよびＷによって形成された鎖は、少なくとも２０個の原子、好ましくは少なくとも２５個の原子、さらにより好ましくは少なくとも３０個の原子の長さを有する。本発明の実施形態において、構造要素Ｗは、好ましくは前記の長さを有する。
【００７５】
本発明の非常に好ましい実施形態において、構造要素Ｗは、エトキシ鎖を含むか、またはエトキシ鎖からなる。
【００７６】
本発明において、反発的な効果がこのようにして回避されるように見えることから、構造要素ｃＲからかなりの間隔を第１のかなり親水性の基が有するのが有利であることが見出された。したがって、好ましい実施形態において、第１の親水基がヒドロキシル基、チオニル基、エトキシ鎖、エステル基およびエーテル基からなる群から選択されない場合、それは、例えばカルボキシル基、スルホニル基または四級アンモニウム基であり、存在するとすれば、自身と構造要素ｃＲの間に、少なくとも４個の原子、好ましくは少なくとも５個の原子を有することが好ましい。
【００７７】
懸濁液のさらなる実施形態において、添加剤は以下の構造を有する。
【００７８】
【化１】
2015532325.tif 000002
【００７９】
式中、ＲＡは、一般式−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３の基であり、ｍは、２〜１０の整数であり、ｐは０または１であり、ＥＡＯは、ｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは５〜４８の範囲であり、ｑは０〜４５の範囲であり、但しｎ＋ｑは５〜４８の範囲である。
【００８０】
本発明において用いられる添加剤は、例えば、有機化学に関する標準的な参考文献に記載の様々な方法で調製できる。例えば、アミン置換された縮合芳香族化合物から出発し、ジアゾ基を発生させることができ、これはさらなるステップで所望の置換基に変換される。ここでは、例えば、１−アミノピレン（ＣＡＳ：１６０６−６７−３、Ｓｉｇｍａ  ＡｌｄｒｉｃｈおよびＡｃｒｏｓから入手可能）を出発材料として使用できる。選択肢として、例えば、縮合芳香族系に存在するハロゲン基を、グリニャール試薬などの金属有機化合物を使用して置換することが可能である。ここでは、例えば、９−ブロモフェナントレン（ＣＡＳ：５７３−１７−１、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）を出発材料として使用できる。さらに、そのような化合物を調製するための種々の触媒的プロセスは当業者に公知であり、例えば、パラジウム触媒による合成方法が具体的にここで挙げられる。前記のプロセスに代わるものとして、または、それに加えて、例えば、エステル化などの標準的な方法を使用して、縮合反応により所望の構造を形成することが可能である。例えば、これを前記の合成方法の１つの後に行って、脱保護されたヒドロキシル基またはカルボキシル基から出発して所望の構造を形成することができる。さらに、例えば、所望の添加剤は、ピレン酪酸（ＣＡＳ：３４４３−４５−６、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）のような市販の材料から、エステル化によって直接合成できる。前記のプロセス、その選択肢、可能な組み合わせ等に関する詳細な情報は、例えば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｆ．Ｃａｒｅｙ、Ｒ．Ｓｕｎｄｂｅｒｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、５ｔｈ  ｅｄ．２００７、Ｃｏｒｒ．２ｎｄ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ、さらには関連する専門書等の、化学の標準的な文献の中に見つけることが可能であろう。
【００８１】
グラフェンフレークを含む本発明による懸濁液と、本発明によるグラフェンフレークは、従来の酸化および還元の組合せによって製造されないため、グラフェンフレークは低いオキシド含量しか有さない。この低いオキシド含量は、例えばＨｕｍｍｅｒの製造プロセスやその変法プロセスよっては、それぞれの還元が常に不完全であるため、実現することができない。
【００８２】
グラフェンフレークの酸素含量は、それぞれ添加剤なしの乾燥グラフェンフレークの総重量に対して、好ましくは１．５重量％未満、より好ましくは１．２重量％未満、さらに好ましくは０．９重量％未満である。グラフェンの酸素含量の測定は、例えば、元素分析および／またはＸ線光電子分光（ＸＰＳ）によって実施でき、好ましくはＸＰＳである。
【００８３】
ＸＰＳによるサンプルの酸素含量の測定は、例えば、ＰＨＩ  ５６００  ＥＳＣＡシステムによって実施できる。ここでは、単色Ｘ線照射（ＡｌＫα＝１４８６．６ｅＶ、３００Ｗ）が、光電子の励起に利用される。スペクトルは、０．１ｅＶの分解能と１０ｅＶのパスエネルギーを使用して記録される。様々な深さで酸素含量を測定するために、例えば、３．５ｋＶの加速電圧で、Ａｒ＋イオンビームによってサンプルをスパッタリングする。これは、典型的には、１０−９および１０−８ｔｏｒｒの圧力で実施される。
【００８４】
ラマンスペクトルにおいて、グラファイトは１５８０ｃｍ−１付近（Ｇバンド）、１３５０ｃｍ−１付近（Ｄバンド）、および２７００ｃｍ−１付近（２Ｄバンド）に、３つの強いバンドを示す。当該技術分野では、ラマン散乱はグラフェン単層およびグラフェンフレークの存在の指標であると考えられている。まず、２Ｄバンドの形状は、グラフェンフレーク中のグラフェン単層の数に関する区別を可能にする。さらに、２Ｄピークの強度のＧピークのそれに対する比率は、グラフェンフレーク中のグラフェン単層の数の増加に伴い変化する。さらに、Ａｎｉｎｄｙａ  Ｄａｓらの“Ｒａｍａｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｆ  ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｏｎ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ａｎｄ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｄｅｆｅｃｔｓ”、Ｂｕｌｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．３、Ｊｕｎｅ  ２００８、ｐａｇｅｓ  ５７９−５８４を参照してもよい。
【００８５】
とりわけ、本発明のグラフェンフレークの薄さに関して決定づけ、また全体として、本発明のグラフェンフレークの品質の高さに関して決定づける、さらなるパラメータは、半値幅である。半値幅は、前記のピークの比率に類似した方法で、ラマン分光法によって測定される。半値幅は２Ｄピーク（通常２６９８ｃｍ−１±５０ｃｍ−１）の幅であり、そこにおいて、曲線は最大値の半分に低下している。半値幅は、好ましくは７５ｃｍ−１以下、より好ましくは６５ｃｍ−１以下、さらにより好ましくは５５ｃｍ−１以下である。本発明によれば、２Ｄピークの半値幅は、３５〜６５ｃｍ−１の範囲、より好ましくは３８〜６０ｃｍ−１の範囲、さらにより好ましくは４１〜５６ｃｍ−１の範囲であることが特に好ましい。
【００８６】
さらなる実施形態において、グラフェンフレークを含む本発明の懸濁液、さらには本発明によるグラフェンフレークの両方が有利であることが見出されたが、そのグラフェンフレークは、ラマンスペクトルのＧピーク（通常１５８７ｃｍ−１±５０ｃｍ−１）に対する２Ｄピーク（通常２６９８ｃｍ−１±５０ｃｍ−１）の特定の比率を有する。本発明において、好ましくは５３２ｎｍの励起波長で、０．５〜２の範囲、好ましくは０．６〜１．５の範囲、さらにより好ましくは０．７〜１の範囲の、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が好ましい。前記の強度比は、例えば、グラフェンフレークの欠陥に関して、すなわち、例えば導電性が特定の役割を演ずる用途に対する特別な適合性に関して、結論づけることを可能にする。
【００８７】
本発明のさらなる実施形態において、特に好ましくは、ラマンスペクトルのＧピークに対する２Ｄピークの強度比が０．５〜２の範囲であり、２Ｄピークの半値幅が３５〜７５ｃｍ−１の範囲であり、好ましくは、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が０．６〜１．５の範囲であり、２Ｄピークの半値幅が３８〜６５ｃｍ−１の範囲であり、より好ましくは、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が０．７〜１の範囲であり、２Ｄピークの半値幅が４１〜５５ｃｍ−１の範囲である。
【００８８】
ラマン測定は、Ｈｏｒｉｂａ  Ｊｏｂｉｎ  Ｙｖｏｎ  ＬａｂＲＡＭ  Ａｒａｍｉｓ製の共焦点ラマン分光計によって好ましくは実施される。励起波長は、５３２ｎｍである。本発明による懸濁液は、遠心分離工程の後、ＳｉＯ２ウエハーにスピンコーティングによって塗布される。強度比と半値幅の値は、統計学的に有意な数の個々の測定の平均である。ここでは、少なくとも５０のランダムに選ばれたグラフェンフレーク、好ましくは５０のランダムに選ばれたグラフェンフレークからの値の算術平均が算出される。遠心分離は、Ｈｅｔｔｉｃｈ製のＭＩＫＲＯ２００遠心分離機によって実施される。上清液の測定前に、懸濁液を１５０００ｒｐｍで１０分間遠心分離する。
【００８９】
２Ｄバンドは、グラフェン平面のｓｐ２ネットワークの特性を示す。２Ｄバンドの対称性と半値幅は、グラフェンフレークの層間剥離の度合いの指標となる。すなわち、グラフェン単層の２Ｄバンドは、対称性が高く、ＯｒｉｇｉｎＬａｂ製のＯｒｉｇｉｎなどの分析ソフトウェアの援助により、相関係数Ｒ２が、最大値±半値幅の２倍の領域で少なくとも０．９９５で、１つのローレンツ関数により解析でき、また、半値幅が＜３５ｃｍ−１である。他方、複数のグラフェン層を含む材料を解析するために、複数のローレンツ関数により２Ｄバンドを表し、最大値±半値幅の２倍の領域で少なくとも０．９９５の相関係数Ｒ２を達成することが必要となる。さらに、そのような材料は、２Ｄバンドの半値幅がより大きい。文献によると、グラファイトでは、７０〜８０ｃｍ−１の半値幅が予想される。
【００９０】
Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）比（Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比）はｓｐ３／ｓｐ２比に対応し、ゆえにグラフェン平面中の材料の欠陥密度を表す。高いＩ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）比ほど、ｓｐ２ネットワークが損なわれ、多くの欠陥が平面に存在する。小さいグラフェンフレークの場合、高いＩ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）比は、エッジ効果に起因するとも考えられる。
【００９１】
ラマンおよびＡＦＭ（ＡＦＭ：原子間力顕微鏡法）などの測定は、ＳｉＯ２ウエハーに塗布されたサンプル上の同一の位置で行うことが好ましい。
【００９２】
本発明において、本発明の懸濁液に存在するグラフェンフレークは、少なくとも３μｍ、好ましくは少なくとも４μｍ、より好ましくは少なくとも５μｍの平均サイズを有することも好ましい。本発明の懸濁液に存在するグラフェンフレークの平均サイズの測定は、支持体にグラフェンフレークを塗布し、ＴＥＭ（ＴＥＭ：透過型電子顕微鏡法）を用いてグラフェンフレークのサイズを測定することにより行われる。ここでは、最も長い直径とそれに垂直な直径の算術平均が、少なくとも１００のランダムに選ばれたグラフェンフレーク、好ましくは１００のランダムに選ばれたグラフェンフレークから算出される。
【００９３】
本発明のグラフェンフレークは、通常、厚みが異なるグラフェンフレークの混合物である。グラフェンフレークを含む本発明による懸濁液は、５０以上の層を有するグラファイト粒子を少量含んでもよい。
【００９４】
本発明の懸濁液に存在するグラフェンフレークの平均厚みは、好ましくは０．５〜５ｎｍ、より好ましくは０．５５〜４ｎｍ、さらにより好ましくは０．６〜３ｎｍ、さらにより好ましくは０．６５〜２ｎｍの範囲である。本発明の懸濁液に存在するグラフェンフレークの平均厚みの測定は、好ましくは少なくとも５０のグラフェンフレークについて測定されたカーボン層の厚みの算術平均で、例えば原子間力顕微鏡法によって実施できる。
【００９５】
驚くべきことに、本発明の懸濁液に存在するグラフェンフレークは、製造の容易さ、良好な取扱性および優れた製品特性の優れた組合せを提供することが見出された。
【００９６】
さらに、本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤に関して、水溶解度の下限値が所定の値であることにより、グラフェンフレークの特に良好な安定化の達成に有利であること見出された。本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤は、少なくとも０．０５ｇ／Ｌ、好ましくは少なくとも０．１ｇ／Ｌ、より好ましくは少なくとも１ｇ／Ｌの水溶解度を有することが特に好ましい。前記の水溶解度は、ｐＨ調整なしで、２０℃の水に溶解する添加剤のグラム数を示す。
【００９７】
さらに驚くべきことに、水溶解度が制限された添加剤が連続的な反応を可能にすることが見出された。本発明の好ましい実施形態において、式（Ｉ）の添加剤の水溶解度は、２００ｇ／Ｌ以下であり、好ましくは１５０ｇ／Ｌ以下であり、より好ましくは１２５ｇ／Ｌ以下である。
【００９８】
本発明において用いられる添加剤は、０．０５ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌの範囲、好ましくは０．１ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌの範囲、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜１２５ｇ／Ｌの範囲の水溶解度を有することが好ましい。
【００９９】
本発明において用いられる少なくとも１つの式（Ｉ）の添加剤は、それぞれグラフェンフレークの総重量に対し、好ましくは合計で少なくとも１重量％、より好ましくは少なくとも２重量％、さらにより好ましくは少なくとも５重量％（の添加剤）で用いられる。複数の式（Ｉ）の添加剤、例えば２または３つの添加剤を使用するとき、これらは各々上述した量で存在してもよい。
【０１００】
研究から、少量の式（Ｉ）の添加剤を使用するときでも、グラファイトの良好な層間剥離および得られるグラフェンフレークの良好な安定化または分散が達成できることが示された。
【０１０１】
本発明において、懸濁液中の式（Ｉ）の添加剤または複数の添加剤の総量は、それぞれグラフェンフレークの重量に対して、１０００重量％以下、より好ましくは７００重量％以下、さらにより好ましくは５００重量％以下であることが好ましい。驚くべきことに、式（Ｉ）の添加剤の量が多くなると、例えば懸濁液の安定性に関して達成される改善が比較的小さくなるため、さらなる添加剤の量が必要でないことが見出された。
【０１０２】
本発明において、懸濁液中の式（Ｉ）の添加剤または複数の添加剤の総量は、それぞれグラフェンフレークの重量に対して、１〜１０００重量％、より好ましくは２〜７００重量％、さらにより好ましくは５〜５００重量％の範囲であることが好ましい。
【０１０３】
本発明において用いられる添加剤の量の測定は、当業者に公知の方法。例えば、ＮＭＲ分光法、ＩＲ分光学、ラマン分光法およびガスクロマトグラフィを、例えば質量分析および／または水素炎イオン化型検出器と組み合わせたものによって行われる。ここでは、製造業者の指示に従ってサンプルを前処理し、例えば、グラフェンフレークに付着している添加剤分子と懸濁液に存在する添加剤分子を別々に測定する。例えば、構成成分としてのグラフェンフレークからの本発明において用いられる添加剤の対象とする洗浄除去を実施することも可能である。
【０１０４】
懸濁液に存在する添加剤の量の測定は、例えば重量測定的にも実施できる。すなわち、通常は、本発明において用いられる添加剤は、高い温度でグラフェンフレークよりも急速に分解し、ゆえに添加剤の量を熱重量測定的に測定できることが見出された。当然、測定前に、懸濁液から溶媒を、例えば蒸留によって除去する必要がある。
【０１０５】
懸濁液の好ましい実施形態において、懸濁液中のグラフェンフレークは、少なくとも０．０４ｇ／Ｌ、より好ましくは少なくとも０．０４５ｇ／Ｌ、さらにより好ましくは少なくとも０．５５ｇ／Ｌ、より好ましくは少なくとも０．７ｇ／Ｌ、さらにより好ましくは少なくとも０．１ｇ／Ｌの濃度で存在する。
【０１０６】
高濃度のグラフェンフレーク懸濁液は、輸送と貯蔵の目的において望ましい。さらに、高濃度のグラフェンフレーク懸濁液の使用はまた、取り扱いや乾燥除去する溶媒の量がより少ないため、有利である。
【０１０７】
全く驚くべきことに、本発明による添加剤を使用したグラフェンフレークの製造において、助剤の使用が非常に有利で、層間剥離を補助することも見出された。助剤がグラファイトおよびグラフェン層間に少なくとも部分的に浸透し、グラフェン間の結合を弱めることにつながると推定される。
【０１０８】
懸濁液の好ましい実施形態において、懸濁液は少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む。
【０１０９】
【化２】
2015532325.tif 000003
【０１１０】
式中、Ｘは、ＮおよびＰからなる群から選択され、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環（前記の基は置換されていても非置換でもよい）、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｈ、−ＯＨ、−ＯＲＨ＊、−ＣＮからなる群から選択され、
ＲＨ＊は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４のうちの少なくとも１つが、独立に、置換されたおよび非置換のアリール基、ヘテロアリール基、非芳香族シクロアルキル基および非芳香族ヘテロシクロアルキル基からなる群から選択される場合、置換された基の置換基は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基ならびに分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８−アルキニル基からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく
置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルまたはｎ−デシル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換であってもよく、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルである。
【０１１１】
前記の式（Ｈ１）の助剤の構成要素は、特に明記しない限り、各々独立に選択されうる。これらの基の例は、前記の単位ＲＨ１、ＲＨ２、ＲｃＲ、ＲＨ＊などである。当然、下記の基も含まれる。
【０１１２】
アルキル基、アルケニル基およびアルキニル基は、直鎖または分岐状アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基であってよく、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、１−メチルプロピル、ｎ−ペンチル、３−メチルブチル、２−メチルブチル、１−メチルブチル、２，２−ジメチルプロピル、１，２−ジメチルプロピル、１，１−ジメチルプロピル、１−エチルプロピル、ｎ−ヘキシル、４−メチルペンチル、３−メチルペンチル、２−メチルペンチル、１−メチルペンチル、３，３−ジメチルブチル、２，３−ジメチルブチル、１，３−ジメチルブチル、２，２−ジメチルブチル、１，２−ジメチルブチル、１，１−ジメチルブチル、１，２，２−トリメチルプロピル、１，１，２−トリメチルプロピル、２−エチルブチル、１−エチルブチル、ならびに少なくとも１つの二重結合および／または三重結合を有する類似構造単位が挙げられる。
【０１１３】
懸濁液の好ましい実施形態において、懸濁液は少なくとも２つの式Ｈ１の助剤であって、互いに異なる２つの助剤を含む。
【０１１４】
懸濁液の好ましい実施形態において、懸濁液は少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、この場合、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４が、各々独立に、同一または異なって、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチルからなる群から選択され、置換基は、好ましくは＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択される。
【０１１５】
懸濁液の好ましい実施形態において、懸濁液は少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、この場合、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は同一または異なって、置換されたおよび非置換の、好ましくは非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎヘキシル、好ましくはＣ１−Ｃ４アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチルからなる群から選択される。
【０１１６】
ここで、例えば、式（Ｉ）の添加剤と少なくとも１つの式Ｈ１の助剤の組合せの使用が、非常により穏やかな反応条件下でさえ、高品質のグラフェンフレークの製造の実施を可能にする。穏やかな反応条件下でのグラフェン層の穏やかな分離が、本発明で製造される懸濁液および本発明によるグラフェンフレークが高品質である理由であると推定される。
【０１１７】
驚くべきことに、グラフェン間の結合を弱めるという本発明の効果を成し遂げるために、複雑な分子を助剤として使用する必要がないことが見出された。好都合なことに、単純な構造を有する助剤は、より手早い入手性を提供する。
【０１１８】
本発明のさらに好ましい実施形態において、式Ｈ１の助剤中のＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３およびＲＨ４のうちの少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの構造要素は、同一である。
【０１１９】
ＲＨ１、ＲＨ２およびＲＨ３は同一であり、ＲＨ４は、ＲＨ１からＲＨ３と同一または異なることができることがさらに好ましい。
【０１２０】
さらなる実施形態において、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３およびＲＨ４は、好ましくは同一である。
【０１２１】
本発明の懸濁液または本発明のグラフェンフレークは、式Ｈ１の助剤なしで調製することもできるが、好ましくは、式（Ｉ）の添加剤と式Ｈ１の助剤の組合せによる相乗作用を用いて、好ましくは極度に穏やかな条件下での高品質のグラフェンフレークを製造する。ここでは、好ましくは、以下に示すように、式Ｈ１の助剤を一定量添加することにより、式Ｈ１の助剤と式（Ｉ）の添加剤の間の最適な相乗作用を達成し、非常に穏やかな条件下での高品質のグラフェンフレークの製造を可能にする。
【０１２２】
本発明の好ましい実施形態において、式Ｈ１の助剤の量は、それぞれ用いられるグラファイトの量に対して、少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも５０重量％、さらにより好ましくは少なくとも７０重量％である。これらの最少の量は、添加剤がグラファイトのグラフェン層間により容易に浸透して層間剥離をもたらすために有利であることが見出された。
【０１２３】
本発明のさらなる実施形態において、式Ｈ１の助剤の量は、それぞれ用いられるグラファイトの量に対して、３００重量％以下、より好ましくは２５０重量％以下、さらにより好ましくは２００重量％以下である。
【０１２４】
本発明の好ましい変形において、助剤は、構造Ｎ（ＲＨＢ）４＋および／またはＰ（ＲＨＢ）４＋を有し、この場合、ＲＨＢは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルまたはｎ−ブチルであり、各ＲＨＢは独立に選択されうる。特に、好ましくは、４つのＲＨＢ置換基は同一で、各々、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルのような分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ３アルキル基であり、助剤は好ましくはＮＥｔ４＋である。
【０１２５】
本発明の助剤として用いられる、アンモニウムイオンおよび／またはホスホニウムイオンの対イオンとしては、当業者に公知の対イオンを使用することが可能である。例としては、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＯＨ−、ＢＦ４−、ＳＯ４２−、ＣＯ３２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−、ＣｒＯ４２−、ＭｎＯ４−およびカルボン酸イオン、例えばクエン酸イオンおよび酢酸イオンである。特に好ましくは、例えば、ＯＨ−、ＳＯ４２−、ＣＯ３２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−、クエン酸イオンおよび酢酸イオンである。
【０１２６】
本発明の助剤の使用は、添加剤の必要量をさらに減少させることを可能にし、そのため、好ましい実施形態において、添加剤または複数の添加剤の総量は、それぞれグラフェンフレークの重量に対して、少なくとも０．３重量％、より好ましくは少なくとも０．５重量％、さらにより好ましくは少なくとも０．６重量％である。従って、さらに好ましい実施形態において、式（Ｉ）の添加剤または複数の添加剤の総量は、それぞれグラフェンフレークの重量に対して、０．３〜５００重量％、より好ましくは０．５〜２００重量％、さらにより好ましくは０．６〜８０重量％の範囲である。
【０１２７】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、３〜６個の芳香環、および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系であり、
構造要素Ｓｐは、２〜７個の原子が配置された、少なくとも１つの単結合が存在する直鎖を有するスペーサーであり、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、式（ＩＩ）の構造を表し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル貴、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、ならびにそれらの混合物、からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、および非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン貴からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される基を有さない場合、構造要素Ｗは、合計少なくとも２つの同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である。
【０１２８】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構成要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜４個の芳香環を含む縮合多環系であり、（−Ｓｐ−Ｗ）に加えて任意に存在するさらなる置換基が、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択され、好ましくは非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から選択され、
構造要素Ｓｐは、２〜５個の原子が配置された直鎖を有するスペーサーであり、２〜５個の原子が、炭素、酸素、窒素およびケイ素からなる群から選択され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、ｃＲおよびＷに加えて、任意に存在するＳｐ上のさらなる置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、式（ＩＩ）の構造を表し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル貴、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、ならびにそれらの混合物、からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は、１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜４８個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さない場合、構造要素Ｗは、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、−ＮＨＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を、合計少なくとも２個有し、そして、
ｘは、１〜４の範囲の整数である。特に、懸濁液は、好ましくは、特定の実施形態において、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む。
【０１２９】
【化３】
2015532325.tif 000004
【０１３０】
式中、ＸはＮであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一であるか異なって、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状の、Ｃ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチルからなる群から選択され、置換基は、好ましくは＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔ、および−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルおよびｎ−デシル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換でもよく、そして、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルである。
【０１３１】
懸濁液の好ましい実施形態において、添加剤は以下の構造を有する。
【０１３２】
【化４】
2015532325.tif 000005
【０１３３】
式中、ＲＡは、一般式−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３の基であり、ｍは、２〜１０の整数であり、ｐは０または１であり、ＥＡＯは、ｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは、３〜１００の範囲であり、ｑは０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑは、３〜１００の範囲であり、
懸濁液はさらに少なくとも１つの助剤Ｈ１を含み、ＸはＮであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一で、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、好ましくはＣ２−Ｃ３アルキル基、例えばエチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群からから選択される。
【０１３４】
本発明のさらに好ましい実施形態において、式（Ｉ）の添加剤は、以下の構造を有する。
【０１３５】
【化５】
2015532325.tif 000006
【０１３６】
式中、ＲＡは、一般式−（ＣＨ２）３−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−ＣＨ３の基であり、ｎは、８〜１６の範囲である。本発明のさらに好ましい実施形態において、前記の添加剤は、テトラアルキルアンモニウムイオンである助剤Ｈ１と共に用いられ、この場合、アルキルは、独立に、メチル、エチル、イソプロピルまたはｎ−プロピルである。極めて非常に好ましくは、例えば、ヒドロキシド、ハライドおよびカルボキシレートとして、特にヒドロキシドおよびカルボキシレート、例えばクエン酸塩および酢酸塩として使用可能な、テトラエチルアンモニウムイオンと共に、前記の式（Ｉ）の添加剤が、用いられる。
【０１３７】
本発明のプロセスで用いられ、本発明の懸濁液中に存在する溶媒は、水と混和性である。本発明の目的において、「水混和性溶媒」は、当の溶媒が、２０℃の１Ｌの水に少なくとも１００ｇ溶解されうる、好ましくは２０℃の水に無制限で混和性であることを意味する。本発明の目的において、「混和性」は、相分離が起こらないことを意味する。特に、好ましくは、溶媒の各構成成分は、溶媒中に少なくとも５重量％の量で存在し、本発明に定義する水混和性溶媒としてある。
【０１３８】
さらに、好ましくは、水混和性溶媒は、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％、さらにより好ましくは少なくとも９９．９重量％の程度までが、双極子モーメントが、３．５×１０−３０Ｃｍより大きい溶媒からなる。特に好ましくは、水混和性溶媒は、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも４×１０−３０Ｃｍ、より好ましくは少なくとも４．５×１０−３０Ｃｍ、さらにより好ましくは少なくとも５×１０−３０Ｃｍの双極子モーメントを示す。
【０１３９】
本発明によれば、好ましくは、水混和性溶媒の、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％、さらにより好ましくは少なくとも９９．９重量％が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、イソブタノール、アセトン、エチレングリコール、ブチルグリコールおよびそれらの混合物からなる群から選択される。さらに、好ましくは、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも９５重量％、好ましくは少なくとも９９重量％の水混和性溶媒が、水、エタノール、イソプロパノール、アセトン、ブチルグリコールおよびそれらの混合物からなる群から選択される。
【０１４０】
さらに好ましい実施形態において、本発明の懸濁液中の有機溶媒の量は、非常に低く保たれ、好ましくはトレース量のみが存在する。
【０１４１】
食品業界用途では、例えば密封包装物を製造するために、食品への使用が禁止される溶媒が用いられないことが好ましい。本発明において、溶媒は、特にこの用途では、エタノール、水およびそれらの混合物からなる群から選択される。
【０１４２】
本発明の目的において、「水性」という用語は、本発明の懸濁液に存在する水性溶媒、または本発明のプロセスにおいて使用される水性溶媒が、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、より好ましくは少なくとも９０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９５重量％、さらにより好ましくは少なくとも９９重量％の程度までが、水からなることを意味する。
【０１４３】
この溶媒が低コストであること以外に、例えば、回収、安全面および健康面での利点も存在する。したがって、特に、溶媒が、水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも９９．９重量％の程度までが、水からなるか、または好ましくは他の溶媒をトレース量しか含まないことが好ましい。
【０１４４】
本発明において用いられる添加剤は、その添加剤が液体として独立した形状で存在するときでも、前記の溶媒の量には含まれない。
【０１４５】
本発明のさらなる実施形態において、本発明において用いられる溶媒は、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも２０重量％、より好ましくは少なくとも３０重量％、さらにより好ましくは少なくとも３５重量％の水を含有することが好ましい。
【０１４６】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜５個の芳香環を有する縮合多環系であり、（−Ｓｐ−Ｗ）に加えて任意に存在するさらなる置換基は、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択され、好ましくは、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から選択され、
構造要素Ｓｐは、２〜７個の原子が配置された直鎖を有するスペーサーであり、２〜７個の原子は、炭素、酸素、窒素とケイ素からなる群から選択され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、構造要素Ｗは、式（ＩＩ）の構造を有し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル貴、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は、１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さない場合、構造要素Ｗは、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、ＮＨＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される、合計少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、ｘは、１〜４の範囲の整数であり、そして、
水混和性溶媒は、少なくとも９５重量％の程度までが、双極子モーメントが３．５×１０−３０Ｃｍより大きい溶媒からなり、水混和性溶媒は、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも９０重量％の程度までが、水からなる水性溶媒である。
【０１４７】
さらに、本発明の実施形態において、エネルギーの導入、例えば熱の作用またはＵＶ照射の作用の後に、グラフェンフレークの柔軟な配向性を維持するグラフェンフレーク懸濁液を提供することが好ましい。ここで、好ましくは、本発明による添加剤の構造要素ＳｐおよびＷ、好ましくは完全な添加剤は、特に熱またはＵＶ照射の作用下で、重合可能な基を有さない。
【０１４８】
特に、本発明による添加剤は、構造要素Ｗが、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなるアルキレンオキシド鎖を含んでいてもよいが、ポリマーまたはモノマーでないことが好ましい。好ましい実施形態において、構造要素Ｗは、また、いかなる重合性の構成成分も有さない。
【０１４９】
本発明の目的において、「ＵＶ照射」という用語は、電磁照射を指し、その波長は３８０ｎｍ〜１０ｎｍの範囲、好ましくは３８０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。本発明の懸濁液は、グラフェンフレーク濃度が顕著に高い場合でも安定であり、エネルギーの入力に抵抗性を示す場合、長期の貯蔵がより容易になるため、このことは懸濁液にとって特に重要である。例えば、本発明の懸濁液は、１Ｌの溶媒あたり５０ｍｇ以上のグラフェンフレーク濃度を有することができる。
【０１５０】
本発明のプロセスは、１つの変形では、以下のステップを含む。
ａ）  グラファイトおよび式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の、水混和性、好ましくは水性の溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および、
ｂ）  超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはその組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ。
【０１５１】
本発明のさらなる変形において、式（Ｉ）の添加剤は、分解ステップｂ）の過程のみで添加してもよい。この変形プロセスにおいて、本発明のプロセスは、以下のステップを含む。
ａ）  グラファイトの、水混和性、好ましくは水性の溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および、
ｂ）  式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の添加と共に、超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはその組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ。
【０１５２】
この変形プロセスにおいては、同等の品質のグラフェン懸濁液を得るために、式（Ｉ）の添加剤はより少ない量しか必要でないように考えられる。分解ステップｂ）の時間が長くなりうることが単に示されるだけだった。この変形プロセスでは、添加剤が、グラファイトのグラフェン層間に特に効率的に浸透し、これらを分割しうるので、ごく少量の添加剤しか必要でないと推定される。例えば、グラフェンフレークに対して非常に少ない量の添加剤が、本発明の懸濁液に存在するとき、これは有利である。
【０１５３】
さらに好ましい変形プロセスにおいて、式（Ｉ）の添加剤は、ステップａ）およびステップｂ）の両方で添加される。
【０１５４】
本発明のプロセス中の分解ステップｂ）は、媒体中に、グラフェンフレークを分散させるか、またはグラフェンフレークを混合するステップではない。分解ステップｂ）は、グラフェンフレークに分割することを含み、その結果として、好ましくは、市販のグラファイトから単層グラフェンフレークまでが直接的に製造される。
【０１５５】
本発明のプロセスの変形において、市販のグラファイトは、第一に分級され、それから分解され、任意に再度分級され、その後、本発明による分解ステップｂ）が、式（Ｉ）の添加剤の存在下で実施される。
【０１５６】
本発明のプロセスでは、グラフェン層の分離は、力の作用、特に剪断力の結果として生じる。様々なプロセスを互いに組み合わせることができるが、本発明のプロセスにおけるグラフェン層の分離は、互いに接合したグラフェン層に対する、添加剤と任意の助剤の存在下での、主に、または、完全に、力の作用に基づく。
【０１５７】
本発明の目的において、「分解」という用語は、グラフェンフレークが、グラファイトまたはグラファイト粒子から層間剥離されることを意味する。この層間剥離は、剥脱と呼ばれることもある。本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤の存在下で、エネルギーの入力により、グラフェンフレークは、グラファイトまたはグラファイト粒子から分離する。
【０１５８】
本発明のプロセスは、グラファイト（天然または合成のグラファイトが使用可能）からの、グラフェンフレーク懸濁液の製造に関する。本発明のグラフェンフレーク懸濁液に存在するグラフェンフレークは、懸濁液中で優れた安定性を有し、例えば、高い濃度の形態で非常に容易に貯蔵または単離することができ、必要に応じてさらに処理することもできる。本発明の目的において、グラファイトの用語は、ファンデルワールス力によって互いに結合した多数のグラフェン層を有する材料を含む。本発明において、グラファイトの用語は、カーボンナノチューブもフラーレンも含まない。
【０１５９】
本発明の目的における、グラフェン層の分離のために、または、グラファイトの分解のために用いられる、例えば、本発明のプロセスのステップｂ）で用いられる物理的プロセスは、原則として、当業者に公知のすべての分解プロセスを含む。本発明のステップｂ）で用いられる分解プロセスの例は、超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システムまたはホモジナイザの使用である。
【０１６０】
１つの変形において、本発明のプロセスのステップｂ）で超音波が用いられる。本発明のグラフェン懸濁液の製造への超音波の使用は、例えば、この分解プロセスとそれに対応する装置が、現代の製造プロセスに既に用いられており、しばしば見られるという利点がある。さらなる試験用に柔軟に利用できる比較的少ない生産量は、超音波を用いたバッチ操作で非常に簡単に製造できるという利点を有する。超音波プロセスは、したがって、例えば、式（Ｉ）の添加剤、および、さらにはおそらくは式Ｈ１の助剤を、正確に、さらなる調合物に適合させることが特に重要な用途において、特に適している。
【０１６１】
超音波による分解は、連続的に実施してもよく、バッチ的に実施してもよい。超音波を用いた連続的な分解プロセスは、例えば、Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ製のＵＰ５０Ｈ（５０ワット、３０ｋＨｚ）などの超音波プローブと組み合わせて、フロースルーセルを利用する。そのような超音波プローブは、静止的な音波処理プロセスで用いることもできる。例えば、超音波による分解に使用できるさらなる装置は、Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ製のＵＩＰ１０００ｈｄ（２０ｋＨｚ、１０００Ｗ）である。本発明のステップｂ）において用いられる超音波による分解プロセスの際、通常、２０〜８０％の振幅と０．２〜１のサイクルにセットする。音波処理の時間は、例えば、０．５〜６時間である。ここでは、グラファイトは、例えば、１Ｌあたり０．５〜７ｇの範囲の濃度で使用できる。
【０１６２】
さらなる変形において、本発明のプロセスのステップｂ）でボールミルが用いられる。ボールミルによるグラファイトの粉砕は、製造プロセスを非常に単純にするため、またコストを最小化するために、一段階で実施できる。ボールミルが本発明のプロセスのステップｂ）で用いられるとき、好ましくは、本発明のグラフェン懸濁液の製造で複数の粉砕段階を採用する。ここでは、本発明において用いられる溶媒および添加剤を含むグラファイト懸濁液は、異なる粉砕条件下で、例えば、ミルの回転速度、ボールのサイズ、粉砕媒体の充填度、粉砕時間、および粉砕媒体の材料および密度、例えば鋼鉄ボール、セラミックボールで、粉砕されてもよい。粉砕後、粉砕された生産物は、適宜、直接容器に詰めてもよく、希釈してもよく、または濃縮してもよい。
【０１６３】
臨界回転速度ｎｃｒｉｔは、ボールミルにおける処理において考慮される重要な因子である。臨界回転速度は、用いられるボールが遠心力の結果としてミルの壁に押しつけられ、その結果は、粉砕が実質的に停止する時点を示す。
【０１６４】
【数１】
2015532325.tif 000007
【０１６５】
Ｄ：ドラム直径
Ｇ：重力定数
【０１６６】
ボールミルの回転速度は、臨界回転速度ｎｃｒｉｔの、好ましくは２５％〜６８％、より好ましくは２８％〜６０％、特に好ましくは３０％〜＜５０％、さらに特に好ましくは３５％〜４５％である。
【０１６７】
特に、本発明のステップｂ）で用いられる分解プロセスにおいて、グラファイト粒子に対して高い剪断力を与えることが有利であることがわかった。さらなる変形において、撹拌ボールミルが、本発明のプロセスのステップｂ）で用いられる。撹拌ボールミルを用いた分解は、通常、連続的に実施される。用いられるグラファイトおよび添加剤、任意の助剤の使用に応じ、粉砕は、例えば材料またはその大きさに関して、様々な粉砕媒体、および粉砕条件、例えば回転速度または粉砕時間を用いて実施できる。
【０１６８】
さらなる変形において、本発明のプロセスのステップｂ）でホモジナイザが用いられる。本発明の目的において、ホモジナイザは、均質化効果を達成する多くの装置のうちの１つである。ホモジナイザの中でも、ローター固定子の原理に基づくホモジナイザ、およびポンピングプロセスに基づくホモジナイザは区別され得る。ローター固定子ホモジナイザは、通常、ローターの運動エネルギーの結果としての活発な回旋に何よりも基づく。別法として、均質化する材料は、ポンプによって動かされることが可能であり、達成される分解の作用は、回旋にはわずかしか基づかない。種々の混合の種類が介在する。
【０１６９】
ローター固定子システムに基づくホモジナイザは、ローターの運動エネルギーの結果としての回旋によって、分散作用を発生させる。ここでは、ポンピング動作は通常ほとんど達成されないため、高い駆動エネルギーが必要となる。変法として、例えば、ローターの運動エネルギーを何よりもポンピング動作に変換し、したがって均質化する材料の運動エネルギーに変換する循環撹拌器を使用してもよい。さらに、例えば、さらにブレードをローター固定子分散装置のローター上に取り付け、前記の実施形態の中間を達成することも可能である。例えば、実験室での作業のためのそのようなシステムの例として、ＩＫＡ製のＵＬＴＲＡ−ＴＵＲＲＡＸ分散機およびＳｉｌｖｅｒｓｏｎ製のＬ５ミキサーがある。
【０１７０】
ポンピングプロセスが均質化に用いられるとき、均質化する材料は、主にポンプによって動かされ、例えば、ノズルを通してその後運ばれ、その結果、強い力が材料に作用する。例えば、グラファイト分散液は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの直径を有する円筒状の均質化ノズルを通じて、５００ｂａｒ〜９００ｂａｒの圧力で、好ましくは７００ｂａｒ〜８００ｂａｒの圧力で、本発明において用いられるホモジナイザで、ポンプ動作に供される。これらの条件下では、グラファイト粒子が層間剥離してグラフェンフレークが非常に良好に生じる。本発明において、好ましくは、均質化する分散液を、最初に０．３〜０．７ｍｍの直径を有する比較的大きな円筒状の均質化ノズルを通して運び、予備分散を行う。
【０１７１】
前記のホモジナイザは、粒子の均一な分解を実現するために、好ましくは循環システムで操作される。特に、分解しようとするグラファイト粒子を含む分散液は、好ましくは前記のノズルシステムを通して、５〜４０回、好ましくは１０〜３０回、ポンプ操作に供される。
【０１７２】
ホモジナイザノズルを一定の温度とするため、本発明では、好ましくは、ホモジナイザノズルの上流で、分散液を熱交換器に通し、３０℃〜７０℃の温度に設定する。さらに、特に高圧で、ホモジナイザノズルの下流で、分散液を熱交換器に通し、分散液の迅速な冷却を可能にし、温度による悪影響を回避することが好ましい。
【０１７３】
好ましくは、摩耗残渣または潤滑油で生産物が汚染されるのを回避するために、高圧ダイヤフラムポンプを使用する。ホモジナイザノズルは、例えば、鋼鉄体に圧入された硬質セラミック材料で作製してもよい。硬質セラミック材料として、例えば、酸化ジルコニウムおよび炭化ケイ素を使用することが可能である。
【０１７４】
プロセスの好ましい実施形態において、ステップｂ）の後にステップｃ）が続く。
ｃ）  懸濁液の遠心分離によってステップｂ）で得られるグラフェンフレークを単離し、上清液中にグラフェンフレークおよび添加剤の混合物を得るステップ。
【０１７５】
プロセスの好ましい実施形態において、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤、好ましくは少なくとも２つの異なる式Ｈ１を有する助剤を、ステップａ）で使用する。
【０１７６】
プロセスの好ましい実施形態において、ステップｂ）で撹拌ボールミルによってエネルギーが懸濁液に導入される。
【０１７７】
プロセスの好ましい実施形態において、少なくとも１つの式Ｈ１を有する助剤は、それぞれグラファイトの重量に対して、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％の濃度で用いられる。
【０１７８】
さらなる実施形態において、本発明は、本発明のプロセスとその実施形態、およびさらなる展開により製造されたグラフェンフレーク、さらには懸濁液を提供する。
【０１７９】
本発明の使用の好ましい実施形態において、式（Ｉ）の添加剤は、式Ｈ１の助剤との組み合わせで用いられる。
【０１８０】
驚くべきことに、本発明のプロセスによって、溶媒の変更が回避されうることが見出された。グラフェンフレークの場合、溶媒の変更は、グラフェンフレークの癒着および／または凝集が生じ得るため、非常に問題である。
【０１８１】
本発明のプロセスが用いられるとき、文献から知られているプロセスと比較し、より良好な結果が得られる。気相成長法によって得られるグラフェンは、高度な薄層に仕上がるが、非常に複雑であり、製造が高価であり、取扱いが困難である。無極性の溶媒中での粉砕によって得られるグラフェンフレークの場合、溶媒を変更する必要があり、第１に複雑さとコストが劇的に増大し、第２に、例えばグラフェンフレークの凝集の結果、グラフェンフレーク懸濁液の特性が顕著に損なわれる。
【０１８２】
酸化還元プロセスにより得られるグラフェンフレークの場合、不完全な還元の結果としてグラフェンフレークの表面に酸化されている部分があり、それにより、少なくとも安定した相互付着が妨げられる。オキシド含量のため、グラフェンオキシドのフレーク、およびそれからの生産物には、グラフェンフレークの優れた特性、例えば導電性がない。
【０１８３】
本発明のプロセスは、特に、非常に高濃度のグラフェンフレークを含む安定な懸濁液を得ることを可能にする。ここでは、懸濁液の安定性という表現は、グラフェンフレークの沈殿に対する耐性のみならず、本発明の懸濁液が、グラフェンフレークが凝集する傾向が低いことを指す。グラフェンフレークの凝集は、グラフェンフレークとグラフェンフレークを含む懸濁液の製品特性を劇的に低下させるだろう。
【０１８４】
懸濁液中のグラフェンフレークが比較的高い濃度である場合、比較的高い濃度の式（Ｉ）の添加剤と、任意に式Ｈ１の助剤を添加して、それにより、懸濁液の所望の安定性を確保することが好ましくありうる。本発明において、好ましくは、非常に濃縮されたグラフェンフレーク懸濁液が提供される。
【０１８５】
本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤、および任意の少なくとも１つの式Ｈ１の助剤は、本発明による高品質のグラフェンフレークの製造にとって重要であることが見出された。本発明の高品質のグラフェンフレーク、または高品質のグラフェンフレークを含む懸濁液は、グラフェンフレークを使用して生産される製品の特性にとって非常に重要である。本発明において用いられる添加剤のグラフェンフレークへの適用は、高濃度であっても、長期間にわたって高い安定性を有する懸濁液の調製を、好都合に可能にする。
【０１８６】
本発明のグラフェンフレーク、および本発明のその懸濁液は、例えば、スーパーキャップ（スーパーキャパシタ）、バッテリー、導電層、特に透明導電層、導電性プラスチックのための複合材料、特に除電可能なプラスチック、導電性コーティング組成物、特に除電可能なコーティング組成物、燃料電池への使用および／またはその製造に適切であり、および特有のバリア効果を得ることにおいて適切である。単層グラフェンフレークの前々からの非常に良好な特性との、良好な工業的入手可能性の組み合わせは、可能な新しい用途を開拓するが、それらは、公知のプロセスを使用した場合、単層グラフェンフレークの生産コストが高いため、今までは魅力的でなかった。特に、機械的強度を向上させるための複合材料における、本発明のグラフェンフレークの使用も、本発明による好ましい使用である。
【０１８７】
グラフェンフレークの特有のバリア特性に関して、本発明のグラフェンフレークまたはその懸濁液の、溶液の水除去による工業的濃縮用の膜の製造での使用は、本発明の好ましい実施形態である。グラフェンフレークの、高い透明性との高い導電性の組み合わせは、例えば、グラフェンフレークまたはその懸濁液の、液晶ディスプレイ、タッチスクリーン、有機太陽電池および有機ＬＥＤ、またはその製造への使用を、本発明のさらに好ましい実施形態にしている。さらに好ましい使用では、本発明のグラフェンフレークは、例えば、診断法または分析法において使用するために、抗体または抗体フラグメントで被覆される。グラフェンフレークの半導体特性に由来するさらに好ましい使用は、グラフェンフレークまたはその懸濁液のエレクトロニクスでの使用である。別の好ましい使用は、グラフェンフレーク表面でのガスの吸収の結果としての、グラフェンフレークの抵抗の変化に基づく。ゆえに、グラフェンフレークまたはその懸濁液の、検知器またはその製造への使用は、本発明による好ましい使用である。
【０１８８】
本発明はさらに、本発明のプロセスによって製造されたグラフェンフレークおよびグラフェンフレーク懸濁液を提供する。特に好ましい実施形態は、本発明のグラフェンフレークおよびその懸濁液に関する記述中に見出される。本発明の懸濁液に関する説明は、同様に本発明のグラフェンフレークにも該当する。
【０１８９】
特に好ましい実施形態の例は、以下の態様で示される。
【０１９０】
態様１によれば、本発明は、水混和性、好ましくは水性の溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構成要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜７個の芳香環を有する縮合多環系であり、構造要素Ｓｐは、直鎖を有するスペーサーであり、２〜１０個の原子が直鎖中に配置され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、
構成要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さないときに、構造要素Ｗは、それでは全体で少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基（例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルであり、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である。ここで、特に明記しない限り、前記の構造要素および以下の構造要素は、各々独立に選択されうる。
【０１９１】
態様２によれば、本発明は、構造要素Ｓｐ中の直鎖の２〜１０個の原子が、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、ＳｉおよびＰからなる群から、好ましくはＣ、Ｏ、ＮおよびＳから選択される、態様１に従う懸濁液を提供するが、但し、炭素原子を除き、同一の原子が、直鎖中に互いに直接的に隣接して配置されない。
【０１９２】
態様３によれば、本発明は、構造要素Ｗが式（ＩＩ）の構造を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
式中、Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル貴、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、１〜３個の原子からなる直鎖であって、原子がＣ、ＮおよびＯからなる群から選択され、但し、その鎖は、最大１個のＯまたはＮを有し、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、３〜１００個のアルキレンオキシド単位、好ましくは５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、アルキレンオキシド単位は、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合からなる群から選択され、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルであり、そして、
ｙとｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１である。
【０１９３】
態様４によれば、本発明は、構造要素Ｓｐの直鎖中の少なくとも３個の原子、好ましくは少なくとも４個の原子が、鎖に沿って１個の単結合を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０１９４】
態様５によれば、本発明は、構造要素ＳｐおよびＷ中の、エチレンオキシド単位とプロピレンオキシド単位からなる群から選択される少なくとも３単位からなる鎖状構造中のエトキシ単位のモル比率が、少なくとも５０ｍｏｌ％、好ましくは少なくとも６０ｍｏｌ％である、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０１９５】
態様６によれば、本発明は、Ｆが、モノグリコシド、または、２〜１０個のピラノースまたはフラノース基を有するポリグリコシド、または、アルキルグリコシド、または、２〜１０個のピラノースまたはフラノース基を有するアルキルポリグリコシドであり、アルキルが、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルまたはｎ−ブチルである、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０１９６】
態様７によれば、本発明は、ポリオキサゾリンが、モノヒドロキシ末端またはモノアミノ末端−ポリ−２−アルキル−２−オキサゾリンおよびポリ−２−アルキル−２−オキサジンからなる群から選択され、アルキル基が、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルまたはｎ−オクチルなどの分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ２４−アルキル、好ましくは分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキル基、より好ましくは分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキル基、例えばエチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシルである、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０１９７】
態様８によれば、本発明は、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供するが、この場合、Ｒおよび構造要素Ｓｐの直鎖は、独立に、置換基によって置換され、ＲおよびＳｐの置換基は、独立に、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルであり、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２−アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ＲＥｔの置換基は、独立に、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される。
【０１９８】
態様９によれば、本発明は、構造要素ｃＲが、一置換または多置換され、ｃＲの置換基は、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択される、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０１９９】
態様１０によれば、本発明は、少なくとも１つの添加剤の構造要素ｃＲが、２〜７個の芳香環と０〜４個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、好ましくは３〜６個の芳香環と０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系、より好ましくは３〜５個の芳香環と０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系である、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２００】
態様１１によれば、本発明は、少なくとも１つの添加剤の構造要素ｃＲの縮合多環系が、好ましくは、窒素、酸素、硫黄およびリンからなる群から選択される少なくとも１個の原子を含む、少なくとも１個の複素環を含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２０１】
態様１２によれば、本発明は、構造要素ｃＲが、４個の芳香環、好ましくはピレンを含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２０２】
態様１３によれば、本発明は、直鎖の構造要素Ｓｐが、２〜８個の炭素原子、好ましくは３〜７個の炭素原子を含む、上記のいずれかの請求項の懸濁液を提供する。
【０２０３】
態様１４によれば、本発明は、構造要素（−Ｓｐ−Ｗ）が、一緒に、構造−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３を有し、ｍが２〜１０の範囲で、ｐ＝０または１であり、ＥＡＯがｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎが３〜１００の範囲であり、ｑが０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑが３〜１００の範囲である、上記のいずれかの請求項の懸濁液を提供する。
【０２０４】
態様１５によれば、本発明は、ｘが１〜２の範囲から選択される、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２０５】
態様１６によれば、本発明は、ｙ＋ｚが少なくとも２であり、好ましくは少なくとも３である、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２０６】
態様１７によれば、本発明は、添加剤が以下の構造を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２０７】
【化６】
2015532325.tif 000008
【０２０８】
式中、ＲＡ＝−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３であり、ｍは、２〜１０の範囲であり、ｐは、０または１であり、ＥＡＯは、ｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは、５〜４８の範囲であり、ｑは、０〜４３の範囲であり、ｎ＋ｑは、５〜４８の範囲である。
【０２０９】
態様１８によれば、本発明は、グラフェンフレークのオキシド含量が、１．５重量％未満、好ましくは、１．２重量％未満である、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１０】
態様１９によれば、本発明は、グラフェンフレークが、ラマンスペクトルで、３５〜７５ｃｍ−１の範囲の２Ｄピークの半値幅を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１１】
態様２０によれば、本発明は、グラフェンフレークが、ラマンスペクトルで、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が０．５〜２の範囲であり、３５〜６５ｃｍ−１の範囲の２Ｄピークの半値幅を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１２】
態様２１によれば、本発明は、少なくとも１つの添加剤が、２０℃の温度で少なくとも０．０５ｇ／Ｌの水溶解度を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１３】
態様２２によれば、本発明は、懸濁液が、少なくとも１つの式（Ｉ）の添加剤を、グラフェンフレークの重量に対して、合計１重量％〜５０重量％の範囲の量で含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１４】
態様２３によれば、本発明は、グラフェンフレークが、０．５〜５ｎｍ、好ましくは、０．６〜３ｎｍの範囲の平均厚みを有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１５】
態様２４によれば、本発明は、グラフェンフレークが、懸濁液中で、少なくとも０．０４ｇ／Ｌ、好ましくは少なくとも０．１ｇ／Ｌの濃度で存在する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１６】
態様２５によれば、本発明は、懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２１７】
【化７】
2015532325.tif 000009
【０２１８】
式中、Ｘは、ＮおよびＰからなる群から選択され、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環（前記の基は置換されていても非置換でもよい）、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｈ、−ＯＨ、−ＯＲＨ＊、および−ＣＮからなる群から選択され、
ＲＨ＊は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４のうちの少なくとも１つが、独立に、置換されたおよび非置換のアリール基、ヘテロアリール基、非芳香族シクロアルキル基および非芳香族ヘテロシクロアルキル基からなる群から選択される場合、置換された基の置換基は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、および分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔ、および−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルまたはｎ−デシル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換でもよく、そして
ＲｃＲは、非置換のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルである。
【０２１９】
態様２６によれば、本発明は、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３が同一であり、ＲＨ４がＲＨ１からＲＨ３と同一であっても異なってもよい、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２２０】
態様２７によれば、本発明は、懸濁液が、少なくとも２つの、互いに異なる式Ｈ１の助剤を含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２２１】
態様２８によれば、本発明は、懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む、上記のいずれかの請求項の懸濁液を提供するが、式中、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチルからなる群から選択され、置換基は、好ましくは＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択される。
【０２２２】
態様２９によれば、本発明は、懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供するが、式中、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一または異なって、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、好ましくはＣ１−Ｃ４アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチルからなる群から選択される。
【０２２３】
態様３０によれば、本発明は、添加剤が以下の構造を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２２４】
【化８】
2015532325.tif 000010
【０２２５】
式中、ＲＡ＝−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−（ＣＨ（２−ａ）（ＣＨ３）ａ−ＣＨ（２−ｂ）（ＣＨ３）ｂ−Ｏ）ｑ−ＣＨ３であり、ｍは、２〜１０の範囲であり、ｐ＝０または１であり、ｎは、３〜１００の範囲であり、ｑは、０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑは、３〜１００の範囲であり、ａおよびｂは、各々０または１であってａ＋ｂ＝１であり、そして、
懸濁液は、少なくとも１つの助剤Ｈ１を含み、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一で、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、好ましくはＣ２−Ｃ３アルキル基、例えばエチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から選択される。
【０２２６】
態様３１によれば、本発明は、水混和性溶媒が、少なくとも９０重量％の程度までが、少なくとも３．５×１０−３０Ｃｍの双極子モーメントを有する溶媒からなる、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
【０２２７】
態様３２によれば、本発明は、以下のステップを含むプロセスを提供する。
ａ）  グラファイトおよび式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の、水混和性、好ましくは水性の溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および、
ｂ）  超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはその組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ。
【０２２８】
態様３３によれば、本発明は、ステップｂ）の後にステップｃ）が続く、態様３２のプロセスを提供する。
ｃ）  懸濁液の遠心分離によってステップｂ）で得られるグラフェンフレークを単離し、上清液中にグラフェンフレークおよび添加剤の混合物を得るステップ。
【０２２９】
態様３４によれば、本発明は、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤、好ましくは少なくとも２つの異なる式Ｈ１を有する助剤を、ステップａ）および／またはｂ）で用いる、態様３２および３３のいずれかのプロセスを提供する。
【０２３０】
態様３５によれば、本発明は、ステップｂ）でエネルギーが撹拌ボールミルによって懸濁液に導入される、態様３２〜３４のいずれかのプロセスを提供する。
【０２３１】
態様３６によれば、本発明は、少なくとも１つの式Ｈ１を有する助剤が、グラファイトの重量に対して、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％の濃度で用いられる、態様３２〜３５のいずれかのプロセスを提供する。
【０２３２】
態様３７によれば、本発明は、態様３２〜３６のいずれかのプロセスで製造されたグラフェンフレークを提供する。
【０２３３】
態様３８によれば、本発明は、態様３２〜３６のいずれかのプロセスで製造されたグラフェンフレークを含む懸濁液を提供する。
【０２３４】
態様３９によれば、本発明は、式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の、好ましくは懸濁液における、グラフェンフレークの安定化および／または製造での使用を提供し、式（Ｉ）の添加剤が、態様１〜１７のいずれかに示される構造を有する使用を提供する。
【０２３５】
態様４０によれば、本発明は、式（Ｉ）の添加剤が、請求項２６〜３０のいずれかに示される構造を有する式Ｈ１の助剤との組み合わせで用いられる、態様３９の使用を提供する。
【０２３６】
態様４１によれば、本発明は、電子材料、電子部品、例えば電子回路およびコンデンサ（例えばスーパーキャップ）、導電性フィルム、化学センサ、複合材料、例えば強化および／または除電可能なプラスチック、バッテリー、および膜の製造における、態様３７のグラフェンフレークの使用、または態様１〜３２および３８のいずれかの懸濁液の使用を提供する。
【０２３７】
以下の図および実施例は、単に本発明を例示する用をなすだけであり、本発明はそれらの実施例に限定されない。
【実施例】
【０２３８】
実施例１：
５ｇのグラファイトフレーク（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、製品Ｎｏ．３３２４６１）を、添加剤溶液（脱イオン水中の添加剤）１Ｌ中に分散させた。室温で、１０時間、マグネチックスターラで撹拌した後、懸濁液に、３時間、ＤＩＳＰＥＲＭＡＴ（登録商標）ＳＬ２５ビーズミル（直径０．６〜０．８ｍｍのＺｒＯ２ボール、円周速度８ｍ／ｓ、ミリングチャンバ放出口温度２０℃）でストレスをかけた。比エネルギー入力は、２１６×１０４ｋＪ／ｋｇグラファイトであった。生成物を、１０分間、Ｈｅｔｔｉｃｈ  ＭＩＫＲＯ２００遠心分離機にて１５０００ｒｐｍで遠心分離した。
【０２３９】
【化９】
2015532325.tif 000011
【０２４０】
添加剤１：ＲＡ１＝−（ＣＨ２）３−ＣＯＯＨ、ＲＡ２＝Ｈ
添加剤２：ＲＡ１＝−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ２−Ｎ＋（ＣＨ３）３、ＲＡ２＝Ｈ、対イオン：Ｂｒ−
添加剤３：ＲＡ１＝−（ＣＨ２）３−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−ＣＨ３、ＲＡ２＝Ｈ、ｎ＝１２〜１３、エチレンオキシド単位の平均モル質量＝５５０ｇ／ｍｏｌ
ＴＰＡ：ＲＡ１＝ＲＡ２＝ＳＯ３−、対イオン：Ｎａ＋
【０２４１】
【化１０】
2015532325.tif 000012
【０２４２】
【表１】
2015532325.tif 000013
【０２４３】
比較例ＣＥ１−４で得た生成物は、比較例１−１および１−２で得た生成物と、ならびに、実施例１−３で得た生成物と比較し、層間剥離の度合いが低かった。
【０２４４】
本発明の目的において、「層間剥離の度合いが乏しい」は、得られたグラファイトフレークが、平均１０を超えるグラフェン単層を有することを意味する。
【０２４５】
すなわち、「層間剥離の度合いが良好」は、得られたフレークが、グラフェンフレークで、平均１０以下のグラフェン単層を有したことを意味する。
【０２４６】
本発明の目的において、「層間剥離の度合いが非常に良好」は、グラフェンフレークが、平均６以下のグラフェン単層を有したことを意味する。
【０２４７】
本発明の目的において、グラフェンフレークの安定性が非常に良好とは、沈殿が６ヵ月経過後も生じなかったことを意味する。
【０２４８】
本発明の目的において、グラフェンフレーク懸濁液の安定性が良好とは、沈殿が１ヵ月経過後も生じなかったことを意味する。
【０２４９】
本発明の目的において、グラフェンフレーク懸濁液の安定性が中程度であるとは、沈殿がわずか１週間後でも生じたことを意味する。
【０２５０】
本発明の目的において、グラフェンフレーク懸濁液の安定性が乏しいとは、沈殿が１日後に生じたことを意味する。
【０２５１】
本発明の目的において、グラフェンフレーク懸濁液の安定性が非常に乏しいとは、沈殿が３時間後に生じたことを意味する。
【０２５２】
沈殿が生じるまでの時間は、２５℃の温度で、振とうせずに、４ｍＬのグラフェンフレーク懸濁液を、１４ｍｍの直径を有する閉鎖試験管に垂直に保存することで測定した。
【０２５３】
層間剥離の度合いは、少なくとも５０のグラフェンフレークの、ラマンスペクトルで２Ｄピークの半値幅を計測することで測定した。同時に、比較例１−１および１−２ならびに実施例１−３のグループ内で、実施例１−３の生成物が、顕著に良好な特性を示した。ここでは、例えば、対称性の高い２Ｄピークが観察され、それにより、層間剥離の度合いが非常に高いと結論づけられた。グラフェン単層を有するグラフェンフレークが本質的に存在したときに、対称性の高いピークが得られた。さらに、特に長期の高い安定性が、実施例１−３で示された。ラマン測定は、不安定な試料に対しては行わなかった。
【０２５４】
実施例２：添加剤３の合成：
２０ｇの４−（１−ピレニル）酪酸、４１．２ｇのポリエチレングリコールモノメチルエーテルＭＰＥＧ５００（ＯＨＮ＝１１２ｍｇＫＯＨ／ｇ）および０．４ｇのパラトルエンスルホン酸を、３０ｇのキシレン中に溶解し、１６０℃に加熱した。ここでは、遊離した水は、水分離装置を使用して連続的に除去した。６時間後に溶媒を留去した。得られた生成物は、１ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有していた。
【０２５５】
実施例３：
５ｇのグラファイトフレーク（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、製品Ｎｏ．３３２４６１）を、１重量％強度の塩化テトラエチルアンモニウム水溶液（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、純度≧９８．０％）１Ｌ中に分散させ、室温（ＲＴ）で、１０時間、マグネチックスターラで撹拌した。次に上清液を廃棄し、沈殿物を１Ｌの添加剤溶液（脱イオン水中の添加剤）中に再分散させた。室温で、１０時間、マグネチックスターラで撹拌した後、懸濁液に、３時間、ＤＩＳＰＥＲＭＡＴ（登録商標）ＳＬ２５ビーズミル（直径０．６〜０．８ｍｍのＺｒＯ２ボール、円周速度８ｍ／ｓ、ミリングチャンバ放出口温度２０℃）でストレスをかけた。比エネルギー入力は、２１６×１０４ｋＪ／ｋｇグラファイトであった。生成物を、１０分間、Ｈｅｔｔｉｃｈ  ＭＩＫＲＯ２００遠心分離機にて１５０００ｒｐｍで遠心分離した。
【０２５６】
【表２】
2015532325.tif 000014
【０２５７】
実施例２−３と実施例３−１のパラメータの比較は、実施例３−１において助剤（塩化テトラエチルアンモニウム）をさらに使用した場合、本発明において用いられる添加剤の比率を、添加剤溶液１Ｌあたり３ｇから５０ｍｇまで減少させることができたことを示した。
【０２５８】
実施例４：
２００ｍｇのグラファイトフレーク（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、製品Ｎｏ．３３２４６１）を、１重量％強度の塩化テトラエチルアンモニウム水溶液（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ製）４０ｇ中に分散させ、室温（ＲＴ）で、１０時間、マグネチックスターラで撹拌した。次に上清液を廃棄し、沈殿物を４０ｇの添加剤溶液（脱イオン水中の添加剤）中に再分散させた。室温で、１０時間、マグネチックスターラで撹拌した後、懸濁液に、６時間、Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ製の研究室用ホモジナイザＵＰ５０Ｈ（振幅：６０％、サイクル：０．５）でストレスをかけた。懸濁液の温度を、氷浴によって２０℃に固定した。比エネルギー入力は、１２．９５×１０６ｋＪ／ｋｇグラファイトであった。生成物を、１０分間、Ｈｅｔｔｉｃｈ  ＭＩＫＲＯ２００遠心分離機にて１５０００ｒｐｍで遠心分離した。
【０２５９】
【表３】
2015532325.tif 000015
【０２６０】
比較例５：
２００ｍｇのグラファイトフレーク（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、製品Ｎｏ．３３２４６１）を、４０ｇの脱イオン水中に分散させ、５００ｍｇの塩化テトラエチルアンモニウムと混合した。懸濁液を室温で１０時間撹拌した。次に、懸濁液に、６時間、Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ製の研究室用ホモジナイザＵＰ５０Ｈ（振幅：６０％、サイクル：０．５）でストレスをかけた。懸濁液の温度を、氷浴によって２０℃に固定した。比エネルギー入力は、１２．９５×１０６ｋＪ／ｋｇグラファイトであった。生成物を、１０分間、Ｈｅｔｔｉｃｈ  ＭＩＫＲＯ２００遠心分離機にて１５０００ｒｐｍで遠心分離した。
【０２６１】
グラファイトが溶媒によって完全に濡れず、材料が浮遊することが観察された。さらに、非常に乏しい安定性が観察され、グラファイトは数分後に沈殿した。層間剥離は生じなかった。遠心分離されたサンプルは、グラフェンフレークを全く含まなかった。
【０２６２】
比較例６：
２００ｍｇのグラファイトフレーク（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、製品Ｎｏ．３３２４６１）を、４０ｇの脱イオン水中に分散させた。懸濁液に、６時間、Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ製の研究室用ホモジナイザＵＰ５０Ｈ（振幅：６０％、サイクル：０．５）で室温でストレスをかけた。懸濁液の温度を、氷浴によって２０℃に固定した。比エネルギー入力は、１２．９５×１０６ｋＪ／ｋｇグラファイトであった。生成物を、１０分間、Ｈｅｔｔｉｃｈ  ＭＩＫＲＯ２００遠心分離機にて１５０００ｒｐｍで遠心分離した。
【０２６３】
グラファイトが溶媒によってわずかしか濡れず、材料が浮遊することが観察された。さらに、非常に乏しい安定性が観察され、グラファイトは数分後に沈殿した。層間剥離は生じなかった。遠心分離されたサンプルは、グラフェンフレークを全く含まなかった。
【図１】
2015532325.tif 000018
【図２】
2015532325.tif 000019
【図３】
2015532325.tif 000020
【図４】
2015532325.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月7日(2015.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水混和性溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液
（式中、構造要素ｃＲは、２〜７個の芳香環を有する縮合多環系であり、
構造要素Ｓｐは、直鎖を有するスペーサーであり、２〜１０個の原子が直鎖中に配置され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さないときに、構造要素Ｗは、それでは全体で少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基であり、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である）。
【請求項２】
構造要素Ｓｐ中の直鎖の２〜１０個の原子が、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、ＳｉおよびＰからなる群から選択され、但し、炭素原子を除き、同一の原子が、直鎖中に互いに直接的に隣接して配置されないことを特徴とする、請求項１に記載の懸濁液。
【請求項３】
構造要素Ｗが、式（ＩＩ）
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
の構造を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
（式中、Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、１〜３個の原子からなる直鎖であって、原子がＣ、ＮおよびＯからなる群から選択され、但し、鎖は、最大１個のＯまたはＮを有し、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、３〜１００個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、アルキレンオキシド単位は、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択され、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基であり、そして、
ｙとｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１である）。
【請求項４】
構造要素（−Ｓｐ−Ｗ）が、一緒に、構造−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３を有し、ｍが２〜１０の範囲で、ｐ＝０または１であり、ＥＡＯがｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎが３〜１００の範囲であり、ｑが０〜９７の範囲であり、ｎ＋ｑが３〜１００の範囲であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項５】
添加剤が以下の構造を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
【化１】
2015532325.tif 000022
（式中、ＲＡ＝−（ＣＨ２）ｍ（−Ｃ（＝Ｏ））ｐ−Ｏ−ＥＡＯ−ＣＨ３であり、ｍは、２〜１０の範囲であり、ｐは、０または１であり、ＥＡＯは、ｎ個のエトキシ単位とｑ個のプロポキシ単位からなり、ｎは、５〜４８の範囲であり、ｑは、０〜４３の範囲であり、ｎ＋ｑは、５〜４８の範囲である）。
【請求項６】
構造要素ＳｐおよびＷ中の、エチレンオキシド単位とプロピレンオキシド単位からなる群から選択される少なくとも３単位からなる鎖状構造中のエトキシ単位のモル比率が、少なくとも５０ｍｏｌ％であることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項７】
グラフェンフレークのオキシド含量が、１．５重量％未満であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項８】
グラフェンフレークが、ラマンスペクトルで、Ｇピークに対する２Ｄピークの強度比が０．５〜２の範囲であり、３５〜６５ｃｍ−１の範囲の２Ｄピークの半値幅を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項９】
少なくとも１つの式（Ｉ）の添加剤が、２０℃の温度で少なくとも０．０５ｇ／Ｌの水溶解度を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項１０】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１
【化２】
2015532325.tif 000023
の助剤を含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液
（式中、Ｘは、ＮおよびＰからなる群から選択され、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環（前記の基は置換されていても非置換でもよい）、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｈ、−ＯＨ、−ＯＲＨ＊、および−ＣＮからなる群から選択され、
ＲＨ＊は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４のうちの少なくとも１つが、独立に、置換されたおよび非置換のアリール基、ヘテロアリール基、非芳香族シクロアルキル基および非芳香族ヘテロシクロアルキル基からなる群から選択される場合、置換された基の置換基は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、および分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔ、および−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換でもよく、そして、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状、または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基である）。
【請求項１１】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、式中、Ｘ＝Ｎであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一または異なって、独立に、置換されたおよび非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０に記載の懸濁液。
【請求項１２】
懸濁液が、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含み、式中、ＸはＮであり、ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、同一または異なって、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０または１１のいずれかに記載の懸濁液。
【請求項１３】
先行する請求項のいずれかに記載の懸濁液を製造するためのプロセスであって、プロセスが以下のステップ
ａ）  グラファイトの水混和性溶媒中の懸濁液を準備するステップ、および
ｂ）  超音波、ボールミル、撹拌ボールミル、ローター固定子システム、ホモジナイザまたはその組合せによって、懸濁液にエネルギーを導入してグラファイトを分解し、グラフェンフレークを得るステップ、
を含み、
式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤が、ステップａ）および／またはｂ）で添加されることを特徴とする、プロセス。
【請求項１４】
少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を、ステップａ）および／またはｂ）で用いることを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
グラフェンフレークが、請求項１３および１４のいずれかに記載のプロセスにより製造されたことを特徴とする、グラフェンフレーク。
【請求項１６】
式（Ｉ）
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤の、グラフェンフレークの安定化および／または製造での使用であって、式（Ｉ）の添加剤が、請求項１〜１２のいずれかに示される構造を有する、使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
懸濁液の好ましい実施形態において、構造要素Ｓｐの直鎖中の少なくとも３個の原子、好ましくは構造要素Ｓｐの直鎖中の少なくとも４個の原子は、いかなる二重結合または三重結合も有さないが、その代わり、単結合を直鎖中に有し、さらにまた、ｃＲおよびＷ上に連結する結合も包含される。回転は、添加剤分子中の単結合のまわりに生じ得る。この回転可能性は、本発明において用いられる式（Ｉ）の添加剤とグラファイト粒子またはグラフェンフレークの間の立体的相互作用を減少させる。ここでは、鎖状構造中の末端に配置され、構造要素ｃＲまたはＷの方向に単結合のみを有する原子も含まれる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
さらに好ましい実施形態において、構造要素ｃＲに関して、構造要素Ｓｐの直鎖中の第１の回転可能な原子は、非置換である。直鎖中の第１の非置換の回転可能な原子は、好ましくは、Ｏ、ＮおよびＣからなる群から、より好ましくはＮおよびＣからなる群から選択される。窒素原子はこの場合、１個の水素原子を伴い（−ＮＨ−）、炭素原子は２個の水素原子を伴う（−ＣＨ２−）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
本発明において用いられる添加剤の量の測定は、当業者に公知の方法、例えば、ＮＭＲ分光法、ＩＲ分光学、ラマン分光法およびガスクロマトグラフィを、例えば質量分析および／または水素炎イオン化型検出器と組み合わせたものによって行われる。ここでは、製造業者の指示に従ってサンプルを前処理し、例えば、グラフェンフレークに付着している添加剤分子と懸濁液に存在する添加剤分子を別々に測定する。例えば、構成成分としてのグラフェンフレークからの本発明において用いられる添加剤の対象とする洗浄除去を実施することも可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
式中、Ｘは、ＮおよびＰからなる群から選択され、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４は、各々独立に、同一または異なって、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環（前記の基は置換されていても非置換でもよい）、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｈ、−ＯＨ、−ＯＲＨ＊、−ＣＮからなる群から選択され、
ＲＨ＊は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルキニル基、Ｃ５−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基、３〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３、ＲＨ４のうちの少なくとも１つが、独立に、置換されたおよび非置換のアリール基、ヘテロアリール基、非芳香族シクロアルキル基および非芳香族ヘテロシクロアルキル基からなる群から選択される場合、置換された基の置換基は、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ８アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチルおよびｎ−オクチル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８アルケニル基ならびに分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ８−アルキニル基からなる群から選択され、前記の基は置換されていても非置換でもよく、
置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
ＲＥｔは、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ１２アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニルまたはｎ−デシル、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルケニル基、分岐状または非分岐状のＣ２−Ｃ１２アルキニル基、Ｃ６−Ｃ１０アリール基、４〜９個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ１２シクロアルキル基または４〜１１個の炭素原子を有する非芳香族複素環基であり、前記の基は置換されていても非置換であってもよく、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、３〜６個の芳香環、および０〜２個の非芳香族複素環を有する縮合多環系であり、
構造要素Ｓｐは、２〜７個の原子が配置された、少なくとも１つの単結合が存在する直鎖を有するスペーサーであり、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、式（ＩＩ）の構造を表し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、ならびにそれらの混合物、からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、および非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される基を有さない場合、構造要素Ｗは、合計少なくとも２つの同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２８】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜４個の芳香環を含む縮合多環系であり、（−Ｓｐ−Ｗ）に加えて任意に存在するさらなる置換基が、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択され、好ましくは非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から選択され、
構造要素Ｓｐは、２〜５個の原子が配置された直鎖を有するスペーサーであり、２〜５個の原子が、炭素、酸素、窒素およびケイ素からなる群から選択され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、ｃＲおよびＷに加えて、任意に存在するＳｐ上のさらなる置換基は、＝Ｏ、＝ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＣＮ、−ＳＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲ、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ（ＲｃＲ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＲＥｔ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＲＥｔおよび−Ｓ（＝Ｏ）２Ｎ（ＲｃＲ）２からなる群から選択され、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、式（ＩＩ）の構造を表し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、ならびにそれらの混合物、からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は、１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜４８個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さない場合、構造要素Ｗは、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、−ＮＨＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を、合計少なくとも２個有し、そして、
ｘは、１〜４の範囲の整数である。特に、懸濁液は、好ましくは、特定の実施形態において、少なくとも１つの式Ｈ１の助剤を含む。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
さらなる実施形態において、本発明は、水混和性溶媒、グラフェンフレーク、および少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜５個の芳香環を有する縮合多環系であり、（−Ｓｐ−Ｗ）に加えて任意に存在するさらなる置換基は、＝Ｏ、−ＮＲｃＲ、＝ＮＨ、−ＯＲｃＲ、−ＯＨ、−ＲｃＲ、−ＮＲｃＲ２、−ＮＨＲｃＲ、−ＮＨ２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｃ（＝Ｏ）−ＯＲｃＲ、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲｃＲおよび−ＣＮからなる群から選択され、好ましくは、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルからなる群から選択され、
構造要素Ｓｐは、２〜７個の原子が配置された直鎖を有するスペーサーであり、２〜７個の原子は、炭素、酸素、窒素とケイ素からなる群から選択され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、
構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、構造要素Ｗは、式（ＩＩ）の構造を有し、
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、Ｃ、ＮおよびＯからなる群から選択される１〜３個の原子からなる直鎖であり、但し、その鎖は、１個以下のＯまたはＮを含み、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合物からなる群から選択される、５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、好ましくはメチル、エチル、１−プロピルまたは２−プロピルであり、
ｙおよびｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１であり、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さない場合、構造要素Ｗは、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、ＮＨＲｃＲ、−Ｎ（ＲｃＲ）２、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される、合計少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、ｘは、１〜４の範囲の整数であり、そして、
水混和性溶媒は、少なくとも９５重量％の程度までが、双極子モーメントが３．５×１０−３０Ｃｍより大きい溶媒からなり、水混和性溶媒は、それぞれ水混和性溶媒の総重量（添加剤および助剤を含まない）に対して、少なくとも９０重量％の程度までが、水からなる水性溶媒である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９０】
態様１によれば、本発明は、水混和性、好ましくは水性の溶媒と、グラフェンフレークと、少なくとも１つの、構造要素ｃＲ、ＳｐおよびＷを有する式Ｉ
ｃＲ（−Ｓｐ−Ｗ）ｘ      （Ｉ）
の添加剤を含む懸濁液を提供するが、式中、構造要素ｃＲは、２〜７個の芳香環を有する縮合多環系であり、構造要素Ｓｐは、直鎖を有するスペーサーであり、２〜１０個の原子が直鎖中に配置され、少なくとも１つの単結合が直鎖中に存在し、構造要素Ｗは、添加剤の水溶解度を増加させ、
構造要素Ｗのいずれも、少なくとも３個のアルキレンオキシド単位を有するポリオキシアルキレン基、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＨ２、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨおよび−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨからなる群から選択される少なくとも１つの基を有さないときに、構造要素Ｗは、それでは全体で少なくとも２つの、同一または異なる、プロトン化可能な、プロトン化された、脱プロトン化可能な、または脱プロトン化された官能基を有し、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルであり、そして、
ｘは１〜４の範囲の整数である。ここで、特に明記しない限り、前記の構造要素および以下の構造要素は、各々独立に選択されうる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９２】
態様３によれば、本発明は、構造要素Ｗが式（ＩＩ）の構造を有する、上記のいずれかの態様の懸濁液を提供する。
−Ｒｋ（（−Ｅｂｏ）ｗ−Ｅｔｈ−Ｏ−Ｒｔｈ）ｙ（−Ｆ）ｚ      （ＩＩ）
式中、Ｒは、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ６アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチルおよびｎ−ヘキシル、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルケニル基、分岐状および非分岐状のＣ２−Ｃ６アルキニル基、フェニル基、４個または５個の炭素原子を有するヘテロアリール基、Ｃ５−Ｃ７シクロアルキル基、４〜６個の炭素原子を有する非芳香族複素環基、およびそれらの混合物からなる群から選択され、前記の基は、置換されていても非置換でもよく、ｋは、０または１であり、
Ｅｂｏは、１〜３個の原子からなる直鎖であって、原子がＣ、ＮおよびＯからなる群から選択され、但し、その鎖は、最大１個のＯまたはＮを有し、ｗは、０または１であり、
Ｅｔｈは、３〜１００個のアルキレンオキシド単位、好ましくは５〜７５個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシド鎖であり、アルキレンオキシド単位は、エトキシ単位、プロポキシ単位およびそれらの混合からなる群から選択され、
Ｒｔｈは、Ｈ、非置換の、分岐状および非分岐状のＣ１−Ｃ４アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピルおよびｎ−ブチル、ならびに非置換の−Ｃ（＝Ｏ）Ｃ１−Ｃ４アルキルからなる群から選択され、
Ｆは、−ＣＯＯＨ、−（Ｎ（ＲｃＲ）３）＋、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｏ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲｃＲ）（ＯＨ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｏ−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、単糖基、二糖基、３〜１０個の糖単位を有するオリゴ糖基、および３〜１０個のオキサゾリン単位を有するポリオキサゾリン基からなる群から選択され、
ＲｃＲは、非置換の、分岐状または非分岐状のＣ１−Ｃ３アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルであり、そして、
ｙとｚは、各々独立に、０〜３の整数であり、但し、ｙ＋ｚは、少なくとも１である。
【国際調査報告】
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