Композиция, содержащая графен и графеновые нанопластинки, и способ получения

1. Композиция, содержащая графен и графеновые нанопластинки, стабильно диспергированные в растворителе, отличающаяся тем, что она
a) содержит по меньшей мере 1% масс., по отношению к общей массе растворителя, винилароматического полимера,
b) включает массовую концентрацию графена и графеновых нанопластинок (GRS), которая находится в диапазоне от 0,001% до 10% масс., по отношению к общей массе растворителя;
где указанный винилароматический полимер получен путем частичной или полной полимеризации соответствующего винилароматического мономера, одного или в смеси с до 50% масс. дополнительных, способных к сополимеризации мономеров, и при условии, что сумма возможного содержания указанных непрореагировавших мономеров и содержания образованного винилароматического полимера равна по меньшей мере 10% масс. по отношению к общей массе растворителя, и где указанная композиция не имеет явного образования осадков или выделенных фаз по меньшей мере 30 дней.
2. Композиция по п. 1, в которой содержание винилароматического полимера составляет по меньше мере 5% масс. по отношению к общей массе растворителя.
3. Композиция по п. 1 или 2, в которой сумма возможного содержания указанных непрореагировавших мономеров и содержания винилароматического полимера равна по меньшей мере 20% масс. по отношению к общей массе растворителя.
4. Композиция по любому из пп. 1-3, в которой винилароматический мономер составляет по меньшей мере 10% масс. по отношению к сумме масс всех мономеров и указанного винилароматического полимера.
5. Композиция по любому из пп. 1-4, в которой массовая концентрация графена и графеновых нанопластинок составляет от 0,05% до 5% масс. по отношению к общей массе растворителя.
6. Композиция по любому из пп. 1-5, в которой графен и графеновые нанопластинки имеют среднюю толщину, равную 50 нм или менее.
7. Композиция по любому из пп. 1-6, в которой графен и графеновые нанопластинки имеют мольное отношение углерод/кислород, равное 10 или более.
8. Композиция по п. 7, в которой графен и графеновые нанопластинки имеют среднюю толщину, равную 50 нм или менее и мольное отношение углерод/кислород, равное 10 или более.
9. Способ получения, исходя из графитового материала, по меньшей мере частично полимеризованной композиции, содержащей графен и графеновые нанопластинки, стабильно диспергированные в растворителе, где указанная композиция не имеет явного образования осадков или выделенных фаз по меньшей мере 30 дней, и где указанный способ включает следующие стадии:
a) приведение графитового материала в контакт с основным растворителем, содержащим по меньшей мере 10% масс., по отношению к общей массе основного растворителя, винилароматического мономера, одного или в смеси с до 50% масс. дополнительных, способных к сополимеризации мономеров, образуя исходную композицию;
b) воздействие на указанную исходную композицию ультразвуком, который характеризуется частотным спектром от 18 кГц до 1000 кГц, и давлением, составляющим 0,2 МПа (2 бар) (абс.) или более, в контейнере или камере для проведения обработки ультразвуком, в которой, в контакте с указанной композицией, не должно присутствовать отдельной фазы текучей среды, находящейся в газообразном состоянии;
при этом указанный способ отличается тем, что по меньшей мере 1% винилароматического мономера, присутствующего в основном растворителе, является полимеризованным.
10. Способ получения, исходя из графитового материала, по меньшей мере частично полимеризованных композиций согласно любому из пп.1-9, включающий следующие стадии:
а) приведение графитового материала в контакт с основным растворителем, содержащим по меньшей мере 10% масс., по отношению к общей массе основного растворителя, винилароматического мономера, одного или в смеси с до 50% масс. дополнительных, способных к сополимеризации, мономеров, образуя исходную композицию;
b) воздействие на указанную исходную композицию ультразвуком, который характеризуется частотным спектром от 18 кГц до 1000 кГц, при давлении, составляющим 0,2 МПа (2 бар) (абс.) или более, в контейнере или камере для проведения обработки ультразвуком, в которой, в контакте с указанной композицией, не должно присутствовать отдельной фазы текучей среды, находящейся в газообразном состоянии;
при этом указанный способ отличается тем, что по меньшей мере 1% винилароматического мономера, присутствующего в основном растворителе, является полимеризованным.
11. Способ по пп. 9 или 10, в котором стадии (а) и (b) проводят одновременно или последовательно.
12. Способ по любому из пп. 9-11, в котором стадии (а) и (b) проводят в соответствии с непрерывным режимом или в соответствии с периодическим режимом.
13. Способ по любому из пп. 9-12, в котором приготовленную таким образом композицию декантируют, чтобы осадить не подвергшийся эксфолиации графитовый материал, образуя осадок и отделяя первую жидкую фазу, которая содержит графен и эксфолиированные графеновые нанопластинки, а также часть неэксфолиированного графитового материала.
14. Способ по п. 13, в котором после декантации указанную первую жидкую фазу подвергают центрифугированию, чтобы отделить вторую жидкую фазу, содержащую графен и эксфолиированные графеновые нанопластинки, от указанной части неэксфолиированного графитового материала.
15. Способ по любому из пп. 9-12, в котором композицию, содержащую графен и графеновые нанопластинки, стабильно диспергированные в растворителе, непосредственно подвергают центрифугированию, отделяя конечную жидкую фазу, содержащую графен и эксфолиированные графеновые нанопластинки, от неэксфолиированного графитового материала.
16. Способ по п. 13 или 15, в котором после декантации и/или центрифугирования завершают полимеризацию первой или второй жидкой фазы, образуя таким образом полимерные композиты, полимерные нанокомпозиты или полимерную маточную смесь, содержащие графен и графеновые нанопластинки.
17. Способ по любому из пп. 9-12, в котором композиции, содержащие графен и графеновые нанопластинки, стабильно диспергированные в растворителе, частично или полностью полимеризуют непосредственно в ходе обработки ультразвуком (стадия (b)).
18. Способ по любому из пп. 9-17, в котором основной растворитель представляет собой винилароматический мономер, возможно в смеси с дополнительными способными к полимеризации сомономерами и с возможным соответствующим полимером, образованным в ходе полимеризации.
19. Способ по любому из пп. 9-17, в котором основной растворитель выбирают из винилароматических мономеров, органических соединений, способных растворять винилароматические полимеры, пентана и их смесей.
20. Способ по любому из пп. 9-19, в котором помимо графитового материала присутствует также неграфитированный углерод.
21. Способ по любому из пп. 9-20, в котором графитовый материал выбирают из синтетического графита, природного графита, вспученного графита, высокоупорядоченного пиролитического графита, природного кристаллического графита, интеркалированного графита.
22. Способ по п. 20, в котором неграфитированный углерод выбирают из кокса, сажи или графитизированного кокса.
23. Способ по любому из пп. 9-22, в котором в ходе обработки ультразвуком добавляют вторичный растворитель.
3
24. Способ по любому из пп. 9-23, в котором обработку ультразвуком проводят при удельной мощности ультразвука, измеряемой как электрическая мощность, генерированная ультразвуковым генератором, по отношению к объему камеры, в которую подают ультразвук, составляющей по меньшей мере 60 Вт/см.
25. Способ по любому из пп. 9-24, в котором эффективное время, в течение которого исходную композицию подвергают воздействию ультразвука, составляет 20 минут или менее и равно 0,1 секунде или более.
26. Способ по любому из пп. 9-25, в котором в ходе обработки ультразвуком исходную композицию доводят до давления, составляющего от 0,8 до 5 МПа (от 8 до 50 бар) (абс.).
27. Способ по любому из пп. 9-26, в котором после повышения давления давление исходной композиции поддерживают постоянным посредством расширительного резервуара прямого действия или расширительного резервуара косвенного действия.
28. Способ по любому из пп. 9-27, в котором стадию, на которой исходную композицию подвергают обработке ультразвуком, проводят при температуре, равной 20°С или выше.
29. Способ по любому из пп. 9-28, в котором ультразвук передают в соответствии с прямым режимом или в соответствии с косвенным режимом, или его передают импульсами, перемежая активные периоды, когда исходную композицию подвергают воздействию ультразвука, и пассивные периоды, во время которых указанную композицию не подвергают воздействию ультразвука или ее подвергают воздействию ультразвука с мощностью по меньшей мере в 10 раз ниже, чем мощность воздействия в ходе активного периода, и отношение активного периода к сумме активного и пассивного периодов составляет от 0,0001 до 1.
30. Полимерные композиты, или полимерные нанокомпозиты, или маточные смеси, содержащие композицию по пп. 1-8.
31. Вспениваемые полимерные композиты или вспениваемые полимерные нанокомпозиты, содержащие композиты, или полимерные нанокомпозиты, или маточные смеси по п. 30 и по меньшей мере вспенивающий агент.