中,基材可W是熱固性聚合物、熱塑性聚合物、填料、金屬、有機(jī)材料、無機(jī)材料、玻璃、陶瓷、 生物材料或它們的混合物。所選基材的類型及其相應(yīng)的表面能會影響石墨締和基材將具有 的石墨締的量和覆層類型。
[0029] 在某些實施方案中,基材可W是可烙融加工的或至少能夠經(jīng)受烙融加工環(huán)境。此 夕F,基材的形式可W提供其在可烙融加工環(huán)境中的適用性,或者結(jié)合到聚合物基質(zhì)中的合 適性。例如,基材可W包括適合于從溶液中接受石墨締W及能夠經(jīng)受烙融加工環(huán)境的粒子 (particle)、球形物(S地ere)或纖維(fiber)。適合于接受石墨締的粒子和纖維的非限制 性實例包括礦物和有機(jī)填料(例如,滑石、云母、火山灰、粘上、二氧化娃、氧化侶、碳纖維、 炭黑、玻璃纖維)和常規(guī)的纖維素質(zhì)材料(例如,木粉、木纖維、銀末、創(chuàng)花、新聞紙、紙、亞 麻、大麻、麥桿、稻殼、洋麻、黃麻、劍麻、花生殼、大豆殼、或任何含有纖維素的材料)。球形物 可W包括,例如,玻璃微球、陶瓷微球或空屯、微珠(cenos地ere)。
[0030] 在備選的實施方案中,可烙融加工的材料可W進(jìn)行選擇W用作用于接收石墨締覆 層的基材W及隨后用作在后續(xù)烙融加工期間的聚合物基質(zhì)。石墨締包覆的、可烙融加工的 基材在包覆過程期間保持固態(tài),但是在烙融加工期間在升高的溫度下烙融而至少形成聚合 物基質(zhì)的一個重要組分。該樣的雙重目的容易良好地提供石墨締組分的遞送和分散。
[0031] 可W對基材進(jìn)行處理W增強(qiáng)或允許對基材實現(xiàn)更好的粘附或結(jié)合。所述處理可W 在將基材引入至含有可溶石墨締的溶液之前進(jìn)行。備選地,所述處理可W在將基材引入至 溶液期間或之后進(jìn)行。處理技術(shù)可W包括本領(lǐng)域技術(shù)人員通常知曉的各種表面改性。非 限制性實例包括娃燒化、等離子體處理、通過聚合物偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆、化學(xué)氣相沉積、物理 氣相沉積、用酸或堿表面調(diào)節(jié)、表面清潔、熱加工、表面活性劑處理、氧化、還原、過氧化物處 理、或它們的組合。
[0032] 在另一個實施方案中,石墨締、基材或它們兩者的表面改性可W在石墨締包覆過 程期間進(jìn)行。表面改性可W采取本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的各種形式。例如,可W使用某些化合 物或材料W提高包覆過程的效率。限制石墨締層的堆疊或?qū)κ喖由w(帽化,capping) 是一種期望的效果。適合于阻止石墨締堆疊的材料的非限制性實例包括胺、氨基町嗦、口丫 嗦、鐵酸醋(鹽)和娃燒??蒞將該樣的材料加入至含有石墨締的溶液,在那里它們是可溶 的并能夠從溶液析出(crash out)?;谒璧幕暮褪喸谝后w基質(zhì)中的濃度,本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠選擇合適的化合物和濃度、
[0033] 基材的包覆可W在具體基材的選擇和制備完成之后就開始。合適的用于轉(zhuǎn)移石墨 締的方法通常包括將基材浸入在具有石墨締溶質(zhì)的溶液中。隨后,為了引發(fā)包覆過程,改變 石墨締溶質(zhì)的溶解度。隨著溶解度改變,石墨締將從在溶液中的可溶相移動至將附著至存 在于液體介質(zhì)中的基材的固相。
[0034] 有大量適合于改變石墨締溶質(zhì)的溶解度的機(jī)制。目的是改變石墨締在液體介質(zhì)中 的平衡或總體溶解度,W使石墨締改變相態(tài)。相變導(dǎo)致石墨締包覆到存在于液體介質(zhì)中的 另一個物體上。用于將石墨締轉(zhuǎn)移到一種基材或多種基材上的機(jī)制的非限制性實例包括: 添加抗溶劑(antisolvent) W減小石墨締的溶解度,冷卻溶液、加熱溶液、將蒸氣(vapor) 鼓泡通過所述溶液、添加鹽、改變?nèi)芤旱囊种?、引入剪切、蒸饋溶液、使溶液流過填充塔、蒸 發(fā)溶劑、改變基材的表面能、引入基材、或它們的組合。具有本公開內(nèi)容的知識的本領(lǐng)域技 術(shù)人員能夠?qū)⑺杌呐c選擇過程匹配,從而能夠?qū)崿F(xiàn)將石墨締最佳包覆到制品上。
[0035] 在某些實施方案中,在沒有采用多次傳遞(pass)或單獨且不同嘗試W覆蓋基材 的情況下,將石墨締充分沉積在基材上?;脑谝后w介質(zhì)中的浸入時間可W取決于某些因 素,包括例如,所用的方法、在溶液中石墨締溶質(zhì)的百分?jǐn)?shù)、添加的速率、或系統(tǒng)熱力學(xué)的操 控。一旦溶解度改變發(fā)生,則石墨締就包覆或結(jié)合至另一物體。
[0036] 在一些實施方案中,石墨締的純度和石墨形成的可能性將取決于包覆之后石墨締 的總體百分重量、基材的表面積、采用的方法、和所用方法的具體速率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 認(rèn)識到,較大量的暴露表面積可W對應(yīng)于更高質(zhì)量的石墨締覆層和潛在地更薄的石墨締片 同時沒有石墨形成。此外,更快的速率將潛在地產(chǎn)生更厚的覆層并由此增加在基材的表面 上石墨形成的可能性。所需的包覆速率也可能是在溶液中的石墨締濃度的函數(shù)。石墨締 收率將取決于對于給定的應(yīng)用所選擇的寬泛環(huán)境和條件而變化。在一些實施方案中,多至 75 %的在溶液中的石墨締可W沉積在基材上。
[0037] 在包覆過程完成之后,經(jīng)常期望將被包覆的一個制品或多個制品從液體介質(zhì)中分 離??蒞采用常規(guī)的液-固分離實踐來除去剩余的液體。非限制性實例包括過濾、離屯、、干 燥和淺析。在某些實施方案中,可W存在對被包覆的基材的進(jìn)一步后處理,W確保石墨締是 穩(wěn)定的且充分粘附的。隨后收集基材用于最終用途應(yīng)用。
[0038] 石墨締在基材上的存在可W容易地通過常規(guī)的沈M成像檢測。也可W測試被包覆 的基材的其他性質(zhì)和特性,如傳導(dǎo)性。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行用于復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)表征 技術(shù)。
[0039] 石墨締包覆的基材具有一些獨特的性質(zhì)或特性。圖1是被包覆的制品10在3500X 的沈M圖像,其描繪了使用加水法由具有1克纖維的20mL溶液得到的包覆在玻璃纖維14 上的石墨締12。圖2是多個被包覆的粒子20在4000X的SEM圖,該被包覆的粒子20通過 利用加水法使用在15mL溶液中的1克基材W能夠使石墨締22的覆層沉積到火山灰粒子24 上而形成。圖3是另一個在2500X的沈M圖像,其顯示了通過將石墨締32沉積到纖維素34 上而形成的石墨締包覆的基材30。通過使用在20血溶液中的1克纖維素并施加熱達(dá)=天, 而將石墨締32包覆到纖維素34上。
[0040] 石墨締包覆的基材可W充當(dāng)聚合物復(fù)合材料中的功能填料。包覆的基材能夠?qū)?合物復(fù)合材料賦予某些特性。對裝置、制品、化學(xué)品(chemistries)和使用領(lǐng)域賦予的性質(zhì) 的非限制性實例包括機(jī)械補(bǔ)強(qiáng)、導(dǎo)熱性、化學(xué)強(qiáng)化和導(dǎo)電性。在某些實施方案中,可W在烙 融加工期間,將石墨締包覆的基材包含在聚合物基質(zhì)中。對于某些應(yīng)用,如用于后續(xù)放入 (let down)最終復(fù)合材料中的母料制劑,多至90重量%的石墨締包覆的基材的高加載水 平可能是想要的。在具體實施方案中,填料可WW在約0. 5重量%至約30重量%的范圍內(nèi) 的量被包含在聚合物復(fù)合材料中。
[0041] 適合作為聚合物基質(zhì)的聚合物包括;高密度聚己締(皿PE)、低密度聚己締 (LD陽)、線性低密度聚己締(LLD陽)、聚丙締(PP)、聚締姪共聚物(例如,己締-了締、己 締-辛締、己締己締醇)、聚苯己締、聚苯己締共聚物(例如,高抗沖聚苯己締、丙締膳了二 締苯己締共聚物)、聚丙締酸醋、聚甲基丙締酸醋、聚醋、聚氯己締(PVC)、含氣聚合物、聚酷 胺、聚離酷亞胺、聚苯硫離、聚諷、聚縮醒、聚碳酸醋、聚苯離、聚氨醋、熱塑性彈性體(例如、 SIS、SEBS、SBS)、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、S聚氯胺、酪醒樹脂、脈醒樹脂(ureas)、己