[发明专利]湿磨和干燥的碳质剪切的纳米叶

说明书

本公开涉及湿磨和干燥的碳质剪切的纳米叶，通常其特征在于BET SSA小于约40m²/g且堆积密度约0.005‑约0.04g/cm³，和包含这种碳质剪切的纳米叶的组合物。本发明还涉及制备它们的方法，以及它们在复合材料如聚合物共混物，陶瓷和矿物材料中作为导电添加剂的用途，或作为固体润滑剂的用途。

技术领域

本公开涉及碳质剪切的纳米叶(carbonaceous sheared nano-leaves)和包含它们的组合物，涉及制备它们的方法，以及它们在复合材料如聚合物共混物，陶瓷和矿物材料中作为导电添加剂的用途，或作为固体润滑剂的用途。

背景技术

诸如石墨粉末的碳质材料是众所周知的用于导热性和导电性聚合物以及其他复合材料的导电填料(即添加剂)。

膨胀或剥离(exfoliated)石墨，也称为纳米石墨或纳米结构石墨，由于其优异的导热和导电性能，最近已经吸引了广泛的兴趣。就传递到聚合物或其他材料(例如水泥或石膏类材料)的导热率而言，膨胀石墨优于非膨胀石墨和其他导电填料(例如，氮化硼，碳纤维或碳纳米管)。例如，将膨胀石墨添加至地板材料中以增加复合材料的导热性在本领域中一般是已知的，并且在例如DE 100 49 230 A1中已有描述。

然而，与常规高度结晶合成和天然石墨相反，向聚合物物质中添加膨胀石墨的缺点是它的难以加工性(workability)和加工性能(processability)(尤其是由其高表面积引起的)，其较低的抗氧化性，及其灰尘(dustiness)(由于其低堆积密度(bulk density))。例如，考虑到在配混过程中粘度增加，膨胀石墨的相当高的表面积与相当低的堆积密度相结合将实际上限制可添加到聚合物(或其自身具有低导热率的其他基质材料)中的碳质材料的量。因此，随着碳质材料量的增加而观察到的粘度问题，导致在含有给定石墨(和聚合物)的复合材料中对可实现的导热率的实际限制。此外，在本领域中已知当它完全剥离(即单层石墨烯)时，高度剥离的碳质材料(也称为石墨烯)可具有非常高的表面积(理论上>2600m²/g(参考文献Nanoscale,Vol.7,Number 11,Pages 4587-5062)，因此进一步增加含有给定石墨烯的复合物中混合物的粘度。

EP 0 981 659 B描述了由层状片状石墨制备膨胀石墨的方法，其在常规膨胀之后包括空气研磨步骤以使剥离的片状石墨颗粒分层。经空气研磨的剥离片状石墨产品具有至少18m²/g的比表面积，平均粒径为30微米，并且堆积体积(bulk volume)至少20ml/g。

US 2002/0054995 A1描述了呈片状形式的石墨纳米结构，其高宽比(aspectratio)至少1,500:1，比表面积通常为5-20m²/g，平均尺寸通常为10-40μm且平均厚度小于100nm(通常为5-20nm)。通过在高压压片磨机中湿磨天然或合成石墨颗粒来制备纳米片。US2002/0054995 A1指出石墨纳米结构具有独特的几何结构，其不能用剥离石墨获得。

US 2014/0339075 A1公开了含有导电颗粒作为填料的组合物，其可以是基本上不含单层石墨烯的剥离石墨，或者可以是用于将石墨部分转化为单层石墨烯的方法的单层石墨烯和副产物的混合物。可以使用的剥离石墨的实施例包括研磨石墨，膨胀石墨和石墨纳米片。虽然本申请中描述的未剥离的石墨具有至少10m²/g的表面积，但石墨纳米片的比表面积远高于100m²/g。

WO 2012/020099 A1描述了包含压实在一起的研磨的膨胀石墨颗粒的石墨团聚物，其中所述团聚物为颗粒状形式，尺寸为约100μm-约10mm，振实密度范围为约0.08-约1.0g/cm³，比表面积通常为15-50m²/g之间。团聚颗粒由膨胀石墨制备，随后通过研磨(例如空气研磨)将其磨碎，然后压实以形成“软”团聚物，其在混合至聚合物中时溶解。