BR112017004639B1 - material compósito lubrificante, óleo de motor e graxa - Google Patents

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Abstract

MATERIAL COMPÓSITO LUBRIFICANTE, ÓLEO DE MOTOR E GRAXA. São fornecidos um material compósito lubrificante, óleo de motor, graxa e lubrificante, excelentes em termos de lubricidade. O material compósito lubrificante compreende pelo menos um material de carbono à base de grafite e/ou grafeno-like esfoliado a partir do material de carbono à base de grafite disperso em um material de base. O material de carbono à base de grafite é caracterizado por ter uma camada de grafite romboédrico (3R) e uma camada de grafite hexagonal (2H), em que uma Taxa (3R) da camada de grafite romboédrico (3R) e da camada de grafite hexagonal (2H), com base em um método de difração de raios X, que é definido pela Equação 1 seguinte, é de 31% ou mais: Taxa (3R) = P3/(P3+P4) x 100 •••• Equação 1, em que: P3 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite romboédrico (3R) com base no método de difração de raios X, e P4 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção está relacionada a um material compósito lubrificante, óleo de motor, graxa e lubrificante.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[002] Nos últimos anos, a adição de vários nanomateriais a um mecanismo propulsor, por exemplo, um motor, e um mecanismo de transmissão, por exemplo, uma engrenagem de transmissão e uma engrenagem de redução, foi estudada com o objetivo de aprimorar o consumo de combustível, redução de fricção, e semelhantes. Em particular, por problemas ambientais ou de recursos, materiais de carbono como, por exemplo, grafeno, CNT (nanotubo de carbono) e fulereno atraíram atenção como nanomateriais não-metal.
[003] Considerando o óleo de motor como um exemplo, a adição de dissulfeto de molibdênio (MoS2) ou grafite flocoso que possui uma estrutura cristal estratificada, que exibem baixa resistência ao cisalhamento, e semelhantes, era conhecida (Literatura não Patente 5). Além disso, um membro deslizante no qual uma perda de fricção é ainda reduzida em uma superfície deslizante por utilização de grafite em uma forma particulada foi estudado (Literatura de Patente 1).
[004] Por outro lado, quanto aos lubrificantes, com o objetivo de prolongar a vida de um lubrificante por supressão da deterioração do próprio óleo de base causada por uma mudança de temperatura, oxidação, e semelhantes, a adição de materiais de carbono como, por exemplo, fibras de carbono e nanotubos de carbono, que possuem um efeito antioxidante e um efeito preventivo de decomposição/deterioração para o óleo de base, e substâncias radioativas que geram um ion negativo e semelhantes, foi estudada (Literaturas de patente 2, 3 e 4) .
LISTA DE CITAÇÕES Literatura de patente
[005] PTL 1: JP-A-2013-203905 ([0211] e [0225])
[006] PTL 2: JP-A-2008-298097 ([0036])
[007] PTL 3: JP-T-2013-538914 ([0186] e [0210])
[008] PTL 4: JP-A-2007-277500 ([0002]-[0003])
[009] PTL 5: WO 2014/064432 (Tabela 3)
Literatura não patente
[0010] NPL 1: "Structural Change of Graphite with Griding"; autores: Michio INAGAKI, Hisae MUGISHIMA e Kenji HOSOKAWA; Io de fevereiro de 1973 (Recebida)
[0011] NPL 2: "Changes of Probabilities Pl, PABA, PABC with Heat Treatment of Carbons"; autores: Tokiti NODA, Masaaki IWATSUKI e Michio INAGAKI; 16 de setembro de 1966 (Recebida)
[0012] NPL 3: "Spectroscopic and X-ray Diffraction Studies on Fluid Deposited Rhombohedral Graphite from the Eastern Ghats Mobile Belt, India"; G. Parthasarathy, Current Science, Vol. 90, N° 7, 10 de abril de 2006
[0013] NPL 4: "Classification of Solid Carbon Materials and their Structural Characteristics"; "Nagoya Institute of Technology"; Shinji KAWASAKI
[0014] NPL 5: Catálogo "Carbon Products for Mechanical Applications", Toyo Tanso Co., Ltd. (Data de emissão: 12 de setembro de 2013)
[0015] NPL 6: "Tribological Properties of Monolayer Graphene Oxide Sheets as Water-Based Lubricant Additives"; H. Kinoshita, Y. Nishina, A. A. Alias, M. Fujii; Carbon,^ 1 Volume 66, Janeiro de 2014, Páginas 720-723
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema técnico
[0016] No entanto, há um problema nos métodos revelados na Literatura de Patente 1, especificamente, uma parte deslizante é revestida diretamente com grafite tornando, dessa forma, a reaplicação do grafite dificil. Além disso, os métodos revelados nas Literaturas de patente 2 e 3 mostram que fibras de carbono e nanotubos de carbono estão dispersos no óleo de base, e que a realização dessa dispersão é eficaz na melhora do desempenho de deslizamento, prevenção de oxidação e supressão de alterações na viscosidade causadas por mudanças de temperatura. No entanto, esses efeitos não são significantes. Os métodos revelados na Literatura de Patente 4 visam evitar a oxidação e decomposição/deterioração de lubrificantes por adição de pós de turmalina; no entanto não está claro se isso contribui para o aumento da lubricidade.
[0017] Além disso, em relação à lubricidade, a partir de experimentos realizados por utilização de grafeno oxidado, é demonstrado que um agente lubrificante que compreende uma dispersão aquosa de grafeno possui melhor lubricidade do que um agente lubrificante convencional (Literatura não Patente 6) . Dessa forma, a utilização de grafeno em um agente lubrificante é considerada.
[0018] No entanto, havia um problema de que a quantidade do grafeno que é esfoliado é normalmente pequena por processamento de grafite natural sem nenhum tratamento. No entanto, como resultado dos estudos prévios, por realização de tratamentos predeterminados ao grafite que serve como um Xd material-fonte, foi obtido um material de carbono à base de grafite (um precursor de grafeno), a partir do qual grafeno era facilmente esfoliado, o grafeno sendo capaz de ser disperso em uma concentração elevada ou até um grau elevado. Uma parte ou todo o precursor de grafeno é esfoliado por ondas ultra-sônicas, agitação e deslizamento para produzir um material misto que é "grafeno-like", contendo material do precursor de grafeno em grafeno. Um tamanho, espessura etc. do grafeno-like não são limitados, na medida em que eles são variáveis dependendo da quantidade de adição, do tempo de processo etc. do precursor de grafeno; no entanto, prefere- se que o grafeno-like esteja mais em flocos. Ou seja, em outras palavras, o material de carbono à base de grafite (o precursor de grafeno) é grafite capaz de ser facilmente esfoliado e disperso como grafeno-like por deslizamento usando uma unidade propulsora, por exemplo, um motor, uma engrenagem de transmissão e uma engrenagem de redução.
[0019] Foi verificado que a lubricidade poderia ser aumentada por dispersão de uma pequena quantidade dos precursores de grafeno e/ou do grafeno-like em um material de base. Além disso, foi verificado que o material compósito lubrificante podia ser produzido sem a utilização de um método de produção específico. Em relação à lubricidade, por exemplo, a redução de um coeficiente de fricção, a redução da resistência friccionai, a radiação do calor de deslizamento, a prevenção da oxidação e decomposição/deterioração de óleo de base, e semelhantes, podem ser aprimorados e, como resultado, isso contribui, por exemplo, para a melhora do consumo de combustível e semelhantes.
[0020] A invenção foi completada focando nesses problemas, e um objetivo da invenção é fornecer um material compósito lubrificante, óleo de motor, graxa e lubrificante, excelente em termos de lubricidade.
[0021] Outro objetivo da invenção é fornecer um material compósito lubrificante capaz de exibir características desejadas, muito embora uma quantidade do grafeno-líke dispersa/adicionada em um material de base seja pequena.
[0022] Ainda outro objetivo da invenção é fornecer um material compósito lubrificante excelente em termos de lubricidade por utilização de um processo produção convencional.
Solução do problema
[0023] A fim de solucionar os problemas descritos acima, um material compósito lubrificante da presente invenção compreende pelo menos um material de carbono à base de grafite e/ou grafeno-like esfoliado a partir do material de carbono à base de grafite disperso em um material de base, o material de carbono à base de grafite caracterizado por ter uma camada de grafite romboédrico (3R) e uma camada de grafite hexagonal (2H), em que uma Taxa (3R) da camada de grafite romboédrico (3R) e da camada de grafite hexagonal (2H) , com base em um método de difração de raios X, que é definido pela Equação 1 seguinte, é de 31% ou mais: Taxa (3R) = P3/(P3+P4) x 100 •••• Equação 1 em que: P3 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite romboédrico (3R) com base no método de difração de raios X, e P4 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada 1 * de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X.
[0024] De acordo com as características, o material compósito é excelente em termos de lubricidade. Isso porque, especula-se que, pelo menos um de um material de carbono à base de grafite e grafeno-líJce está disperso em um material de base, e como o deslizamento é realizado por uma parte deslizante, o material de carbono à base de grafite ou o grafeno-like ainda está em flocos aumentando, dessa forma, um número absoluto de pedaços do grafeno-like. Como resultado, uma densidade do grafeno-like é aumentada ao longo do tempo e a lubricidade é aumentada.
[0025] Observa-se que, nesse relatório descritivo, "um material de carbono à base de grafite e/ou grafeno-like esfoliado a partir do material de carbono à base de grafite está disperso" significa que pelo menos qualquer um de um material de carbono à base de grafite e grafeno-like esfoliado a partir do material de carbono à base de grafite está disperso.
[0026] Uma fração de peso do material de carbono à base de grafite para o material de base é caracterizada por ser de 1/10.000 ou mais até menos do que 1.
[0027] De acordo com a característica, uma função de lubrificação de produtos adicionados pode ser suficientemente exercida.
[0028] O material de base é caracterizado por ser pelo menos um ou mais de óleo de base derivado de mineral, síntese, plantas ou animais.
[0029] De acordo com a característica, um material compósito lubrificante excelente em termos de lubricidade41' pode ser obtido.
[0030] 0 material compósito lubrificante é caracterizado por compreender pelo menos um ou mais tipos de aditivos com o objetivo de evitar a deterioração oxidativa.
[0031] De acordo com a característica, o material compósito lubrificante não é apenas excelente em termos de lubricidade, mas também pode exercer plenamente uma função de lubrificação por um tempo longo.
[0032] Os aditivos são caracterizados por compreenderem uma substância radioativa.
[0033] De acordo com a característica, um íon negativo gerado pela substância radioativa suprime o oxigênio ativo que causa oxidação e decomposição do óleo de base e, dessa forma, a vida de um material compósito lubrificante pode ser ainda mais prolongada.
[0034] O óleo de motor é caracterizado por compreender o material compósito lubrificante.
[0035] De acordo com a característica, óleo de motor excelente em termos de lubricidade usado para um motor de combustão interna ou semelhantes pode ser obtido.
[0036] A graxa é caracterizada por compreender o material compósito lubrificante.
[0037] De acordo com a característica, graxa excelente em termos de lubricidade usada para um membro deslizante como, por exemplo, um rolamento de esferas, pode ser obtida.
[0038] 0 lubrificante é caracterizado por compreender o material compósito lubrificante.
[0039] De acordo com a característica, o lubrificante usado para uma parte operacional como, por exemplo, um rolamento de fluido, pode ser obtido.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0040] Fig. 1 - A Fig. 1 é uma figura que mostra uma estrutura cristal de grafite, em que (a) se refere a uma estrutura cristal de cristais hexagonais, e (b) se refere a uma estrutura cristal de cristais romboédricos.
[0041] Fig. 2 - A Fig. 2 é um diagrama que mostra um perfil de difração de raios X de grafite natural geral.
[0042] Fig. 3 - A Fig. 3 é um diagrama que ilustra um aparelho de produção A usando um moinho de jato e plasma do Exemplo 1.
[0043] Fig. 4 - A Fig. 4 é uma figura que ilustra um aparelho de produção B usando um moinho de bolas e magnétron do Exemplo 1, em que (a) é um diagrama que ilustra um estado de pulverização, e (b) é um diagrama que ilustra um estado no qual materiais de carbono à base de grafite (precursores) são coletados.
[0044] Fig. 5 - A Fig. 5 é um diagrama que mostra um perfil de difração de raios X de um material de carbono à base de grafite da Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B de acordo com o Exemplo 1.
[0045] Fig. 6 - A Fig. 6 é um diagrama que mostra um perfil de difração de raios X de um material de carbono à base de grafite da Amostra 6 produzida pelo aparelho de produção A de acordo com o Exemplo 1.
[0046] Fig. 7 - A Fig. 7 é um diagrama que mostra um perfil de difração de raios X de um material de carbono à base de grafite da Amostra 1 que indica um exemplo comparativo.
[0047] Fig. 8 - A Fig. 8 é um diagrama que mostra um usando um material de carbono à base de grafite como um precursor.
[0048] Fig. 9 - A Fig. 9 é um diagrama que mostra estados de dispersão de dispersões produzidas por utilização de materiais de carbono à base de grafite da Amostra 1 que indica um exemplo comparativo, e a Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B do Exemplo 1.
[0049] Fig. 10 - A Fig. 10 é uma imagem de TEM de um material de carbono à base de grafite (grafeno) disperso em uma dispersão.
[0050] Fig. 11 - A Fig. 11 é uma figura que mostra estados de distribuição de um material de carbono à base de grafite disperso em uma dispersão que foi produzida usando um material de carbono à base de grafite (precursor) da Amostra 5, em que (a) é um diagrama que mostra uma distribuição de tamanho médio, enquanto (b) é um diagrama que mostra uma distribuição do número de camadas.
[0051] Fig. 12 - A Fig. 12 é uma figura que mostra um estado de distribuição de um material de carbono à base de grafite disperso em uma dispersão que foi produzida usando um material de carbono à base de grafite da Amostra 1 que indica o exemplo comparativo, em que (a) é um diagrama que mostra uma distribuição de tamanho médio, e (b) é um diagrama que mostra uma distribuição do número de camadas.
[0052] Fig. 13 - A Fig. 13 é um diagrama que mostra distribuições do número de camadas de materiais de carbono à base de grafite, cada um disperso em dispersões que foram produzidas usando as Amostras 1 a 7 como precursores.
[0053] Fig. 14 - A Fig. 14 é um diagrama que mostra proporções de grafeno que possui 10 camadas ou menos para um । teor de cristais romboédricos dispersos em uma dispersão.
[0054] Fig. 15 - A Fig. 15 é uma figura que mostra um estado de distribuição de grafite quando se variam as condições para a produção de uma dispersão usando um material de carbono à base de grafite (precursor) da Amostra 5 de acordo com o Exemplo 2, em que (a) é um diagrama que mostra uma distribuição quando um tratamento ultra-sônico e um tratamento de microonda foram combinados, enquanto (b) é um diagrama que mostra uma distribuição do número de camadas quando um tratamento ultra-sônico foi realizado.
[0055] Fig. 16 - A Fig. 16 é um diagrama que mostra um valor de resistência quando um material de carbono à base de grafite do Exemplo 3 foi disperso em uma tinta condutiva.
[0056] Fig. 17 - A Fig. 17 é um diagrama que mostra uma resistência à tração quando um material de carbono à base de grafite do Exemplo 4 foi trabalhado com uma resina.
[0057] Fig. 18 - A Fig. 18 é um diagrama que mostra um módulo elástico quando um material de carbono à base de grafite do Exemplo 5 foi trabalhado com uma resina.
[0058] Fig. 19 - A Fig. 19 é um diagrama que mostra estados de distribuição de materiais de carbono à base de grafite em uma dispersão, disperso em N-metilpirrolidona (NMP), para o fornecimento de uma descrição suplementar de um estado de dispersão do Exemplo 5, em que (a) é um estado de distribuição da Amostra 12, e (b) é um estado de distribuição da Amostra 2.
[0059] Fig. 20 - A Fig. 20 é um diagrama que ilustra um dispositivo de testagem da abrasão por fricção do Exemplo 6.
[0060] Fig. 21 - A Fig. 21 é um gráfico que mostra um coeficiente de fricção de um pedaço de teste do Exemplo 6.
[0061] Fig. 22 - A Fig. 22 é um gráfico que mostra uma profundidade de abrasão do pedaço de teste do Exemplo 6.
[0062] Fig. 23 - A Fig. 23 é uma imagem fotografada de SEM (visão de cima) de um precursor de grafeno.
[0063] Fig. 24 - A Fig. 24 é uma imagem fotografada de SEM (visão lateral) de um precursor de grafeno.
[0064] Fig. 25 - A Fig. 25 é um gráfico que mostra um coeficiente de fricção de um pedaço de teste do Exemplo 7.
[0065] Fig. 26 - A Fig. 26 é um gráfico que mostra uma profundidade de abrasão do pedaço de teste do Exemplo 7.
[0066] Fig. 27 - A Fig. 27 é um gráfico que mostra um coeficiente de fricção de um pedaço de teste do Exemplo 8.
[0067] Fig. 28 - A Fig. 28 é um gráfico que mostra uma profundidade de abrasão do pedaço de teste do Exemplo 8.
[0068] Fig. 29 - A Fig. 29 é um gráfico que mostra um coeficiente de fricção de um pedaço de teste do Exemplo 9.
[0069] Fig. 30 - A Fig. 30 é um gráfico que mostra uma profundidade de abrasão do pedaço de teste do Exemplo 9.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[0070] A invenção se concentra em uma estrutura cristal de grafite e, inicialmente, matérias relacionadas à estrutura cristal serão explicadas. Foi demonstrado que grafite natural é classificado em três tipos de estruturas cristais, especificamente cristais hexagonais, cristais romboédricos e cristais desordenados, dependendo de uma forma superposta de camadas. Como mostrado na Fig. 1, cristais hexagonais possuem uma estrutura cristal na qual camadas estão dispostas na ordem de ABABAB--, enquanto cristais romboédricos possuem uma estrutura cristal na qual camadas estão dispostas na ordem de ABCABCABC*•.
[0071] No grafite natural, quase não há cristais romboédricos em um estágio no qual o grafite natural é escavado. No entanto, existem cerca de 14% de cristais romboédricos em materiais de carbono à base de grafite natural geral, pois a pulverização ou semelhante é realizada em um estágio de purificação. Além disso, era sabido que uma proporção de cristais romboédricos converge para cerca de 30%, até mesmo quando a pulverização é realizada durante a purificação por um tempo longo (Literaturas não-patente 1 e 2) .
[0072] Além disso, um método no qual grafite é expandido por aquecimento, e não com forças fisicas como, por exemplo, pulverização, flanqueando, dessa forma, o grafite. No entanto, até mesmo quando o grafite é tratado com um calor de 1600 K (cerca de 1.300°C), uma proporção de cristais romboédricos é de cerca de 25% (Literatura não-patente 3) . Além do mais, a proporção é de até cerca de 30% até mesmo quando um calor de uma temperatura extremamente alta de 3.000°C é aplicado a ele (Literatura não-patente 2).
[0073] Dessa forma, embora seja possível aumentar uma proporção de cristais romboédricos por tratamento de grafite natural com forças fisicas ou calor, o limite superior é cerca de 30%.
[0074] Cristais hexagonais (2H), que estão incluídos no grafite natural em um nivel elevado, são muito estáveis, e uma força de van der Waals intercamadas entre suas camadas de grafeno é mostrada pela Equação 3 (Literatura de Patente 5) . Por aplicação de uma energia que excede essa força, o grafeno é esfoliado. Uma energia necessária para a esfoliação é inversamente proporcional ao cubo da espessura. Portanto, em um estado espesso no qual diversas camadas estão superpostas, o grafeno é esfoliado por uma força física fraca como, por exemplo, por ondas ultra-sônicas muito débeis. No entanto, quando grafeno é esfoliado de grafite um pouco fino, é necessária uma energia muito grande. Em outras palavras, mesmo se o grafite é tratado por um tempo longo, apenas as partes fracas da superfície são esfoliadas, e partes grandes permanecem não esfoliadas. Fvdw = H-A/ (6n-t3) .... Equação 3 Fvdw: força de Van der Waals H: constante de Hamaker A: área de superfície de grafite ou grafeno t: espessura de grafite ou grafeno
[0075] Os presentes inventores tiveram sucesso no aumento de uma proporção de cristais romboédricos (3R) , que havia sido aumentada até somente cerca de 30% por tratamentos de pulverização ou aquecimento até uma temperatura extremamente alta, até 30% ou mais por realização de tratamentos predeterminados, como mostrado abaixo, ao grafite natural. Os achados seguintes foram obtidos a partir de experimentos e estudos. Ou seja, quando um teor de cristais romboédricos (3R) em um material de carbono à base de grafite é maior, particularmente quando o teor é de 31% ou mais, há uma tendência de que o grafeno seja facilmente esfoliado por uso de um material de carbono à base de grafite desse tipo como um precursor obtendo facilmente, dessa forma, uma dispersão altamente concentrada e dispersa de grafeno ou semelhantes. Por essa razão, considera-se que, quando uma força de cisalhamento ou semelhante é aplicada aos cristais romboédricos (3R), ocorre uma deformação entre camadas, ou seja, uma deformação em toda a estrutura do grafite que se torna grande, e o grafeno é facilmente esfoliado independentemente da força de van der Waals. Consequentemente, na invenção, um material de carbono à base de grafite, a partir do qual grafeno é facilmente esfoliado por realização de tratamentos predeterminados ao grafite natural, torna possível dispersar grafeno em uma concentração elevada ou até um grau elevado, é denominado um precursor de grafeno. Daqui por diante, um método de produção de um precursor de grafeno que mostra tratamentos predeterminados, uma estrutura cristal do precursor de grafeno e uma dispersão de grafeno usando o precursor de grafeno será descrito naquela ordem nos exemplos abaixo.
[0076] Aqui, no relatório descritivo, um grafeno se refere a um grafeno do tipo floco ou do tipo lâmina, que é um cristal de um tamanho médio de 100 nm ou mais, mas que não é um cristal fino de um tamanho médio de vários nanômetros até dezenas de nanômetros, e que possui 10 camadas ou menos.
[0077] Adicionalmente, na medida em que grafeno é um cristal com um tamanho médio de 100 nm ou mais, quando grafite artificial e negro-de-fumo, que são materiais de carbono amorfos (microcristal) diferentes de grafite natural, são até mesmo tratados, grafeno não pode ser obtido (Literatura não-patente 4).
[0078] Além disso, no relatório descritivo, um compósito de grafeno significa um compósito que é produzido por utilização do material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno de acordo com a invenção, ou seja, um material de carbono à base de grafite que possui uma Taxa (3R) de 31% ou mais (por exemplo, Amostras 2-7 do Exemplo 1, amostras 2, 21 ... do Exemplo 5 descrito abaixo).
[0079] A seguir, serão descritos exemplos para realização do material compósito lubrificante, do óleo de motor, da graxa e do lubrificante, de acordo com a presente invenção.
EXEMPLO 1 Quanto à produção de um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno
[0080] Um método para a obtenção de um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno por um aparelho de produção A usando um moinho de jato e plasma mostrados na Fig. 3 será explicado. Como um exemplo, o aparelho de produção A se refere a um caso no qual plasma é aplicado para o tratamento à base de força de ondas de rádio e em que o moinho de jato é usado para o tratamento à base de força fisica.
[0081] Na Fig. 3, o símbolo 1 se refere a uma partícula de 5 mm ou menos de um material de grafite natural (grafite flocoso ACB-50 fabricado por Nippon Graphite Industries, Ltd.); o símbolo 2 se refere a um depósito alimentador que armazena o material de grafite natural 1; o símbolo 3 se refere a um bocal de Venturi que descarrega o material de grafite natural 1 do depósito alimentador 2; o símbolo 4 se refere a um moinho de jato que esguicha o ar que foi bombeado por um compressor 5, enquanto é dividido em oito locais para, dessa forma, permitir que o material de grafite natural colida contra o interior de uma câmara por um golpe do jato; e o símbolo 7 se refere a um gerador de plasma que pulveriza um gás 9, por exemplo, oxigênio, argônio, nitrogênio ou hidrogênio, através de um bocal 8 de um uma voltagem a uma bobina 11, em torno da periferia externa do bocal 8, por uma fonte de energia de alta voltagem 10 gerando, dessa forma, plasma dentro da câmara do moinho de jato 4, e o gerador de plasma é fornecido em cada um de quatro locais dentro da câmara. O símbolo 13 se refere a um cano que conecta o moinho de jato 4 e um coletor de poeira 14 entre eles; o símbolo 14 se refere a um coletor de poeira; o símbolo 15 se refere a um recipiente de coleta; o símbolo 16 se refere a um material de carbono à base de grafite (precursor de grafeno) ; e o símbolo 17 se refere a um soprador.
[0082] A seguir, o método de produção será explicado. As condições para o moinho de jato e plasma são como a seguir.
[0083] As condições para o moinho de jato são como a seguir.
[0084] Pressão: 0,5 MPa
[0085] Volume de ar: 2,8 m3/min
[0086] Diâmetro interno do bocal: 12 mm
[0087] Taxa de fluxo: cerca de 410 m/s
[0088] As condições para plasma são como a seguir.
[0089] Saída: 15 W
[0090] Voltagem: 8 kV
[0091] Espécie do gás: Ar (pureza de 99.999 vol%)
[0092] Taxa de fluxo do gás: 5 1/min
[0093] Considera-se que os materiais de grafite natural 1, que foram carregados na câmara do moinho de jato 4 pelo bocal de Venturi 3, são acelerados até uma velocidade sônica ou maior dentro da câmara, e são pulverizados por impacto entre os materiais de grafite natural 1 ou por impacto deles contra a parede, e que, simultaneamente, o plasma descarrega uma corrente elétrica ou excita os materiais de grafite natural 1, atua diretamente sobre átomos (elétrons), e aumenta as deformações de cristais promovendo, dessa forma, a pulverização. Quando os materiais de grafite natural 1 se tornam partículas finas de certo diâmetro de partícula (cerca de 1 a 10 μm) , sua massa é reduzida, a força centrifuga é enfraquecida e, consequentemente, os materiais de grafite natural 1 são bombeados para fora do cano 13 que está conectado ao centro da câmara.
[0094] Um gás que inclui materiais de carbono à base de grafite (precursores de grafeno), que fluiram pelo cano 13 para dentro de um recipiente cilíndrico da câmara do coletor de poeira 14, forma um fluxo espiral, e despeja os materiais de carbono à base de grafite 16, que colidem com a parede interna do recipiente, em um recipiente de coleta 15 abaixo, enquanto uma corrente de ar ascendente é gerada no centro da câmara em função de uma parte estreitada do recipiente do lado inferior da câmara, e o gás é emitido pelo soprador 17 (os denominados efeitos ciclone). De acordo com o aparelho de produção A nesse exemplo, cerca de 800 g de um precursor de grafeno a partir de 1 kg das matérias-primas, ou seja, materiais de grafite natural 1, são usados. Foi obtido o material de carbono à base de grafite (precursores de grafeno) 16 (eficiência de recuperação: cerca de 80%) .
[0095] A seguir, com base no aparelho de produção B usando um moinho de bolas e microondas mostrados na Fig. 4, um método para a obtenção de um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno será descrito. O aparelho B se refere a, como um exemplo, um caso em que microondas são aplicadas como o tratamento à base de força N 1 de ondas de rádio e em que um moinho de bolas é usado para o tratamento à base de força fisica.
[0096] Na Fig. 4 (a) e (b) , o simbolo 20 se refere ao moinho de bolas; o simbolo 21 se refere a um gerador de microondas (magnétron); o simbolo 22 se refere a um guia de ondas; o simbolo 23 se refere a um acesso de entrada de microondas; o simbolo 24 se refere a um meio; o simbolo 25 se refere às partículas de 5 mm ou menos de um material de grafite natural (grafite flocoso ACB-50 fabricado por Nippon Graphite Industries, Ltd.); o simbolo 26 se refere a um recipiente de coleta; o simbolo 27 se refere a um filtro; e o simbolo 28 se refere um material de carbono à base de grafite (precursores de grafeno).
[0097] A seguir, o método de produção será explicado. As condições para o moinho de bolas e o gerador de microondas são como a seguir.
[0098] As condições para o moinho de bolas são como a seguir.
[0099] Velocidade rotacional: 30 rpm
[00100] Tamanho dos meios: cp 5 mm
[00101] Espécie dos meios: bolas de zircônia
[00102] Tempo de pulverização: 3 horas
[00103] As condições para o gerador de microondas (magnétron) são como a seguir.
[00104] Saida: 300 W
[00105] Freqüência: 2,45 GHz
[00106] Método de irradiação: Intermitente
[00107] Um kg de matérias-primas de carbono de grafite natural 25 e 800 g de meios 24 sao carregados na câmara do moinho de bolas 20, a câmara e fechada, e a mistura e tratada% fl em uma velocidade rotacional de 30 rpm por 3 horas. Durante o tratamento, microondas são irradiadas intermitentemente (por 20 segundos a cada 10 minutos) à câmara. Considera-se que a irradiação de microondas atua diretamente sobre átomos (elétrons) das matérias-primas aumentando, dessa forma, as deformações dos cristais. Após o tratamento, os meios 24 são removidos pelo filtro 27 e, dessa forma, um pó de cerca de 10 μm de materiais de carbono à base de grafite (precursores) 28 pode ser coletado no recipiente de coleta 26.
Quanto a um perfil de difração de raios X de materiais de carbono à base de grafite (precursores de grafeno)
[00108] Com referência às Figs. 5 a 7, serão descritos perfis de difração de raios X e estruturas cristais com relação a materiais naturais à base de grafite (Amostras 6 e 5) produzidos pelos aparelhos de produção A e B, e o pó de cerca de 10 μm de materiais naturais à base de grafite (Amostra 1: um exemplo comparativo) obtido apenas por utilização do moinho de bolas do aparelho de produção B.
[00109] As condições de medição para o aparelho de difração de raios X são como a seguir.
[00110] Fonte: raio Ka de Cu
[00111] Velocidade de varredura: 20°/min
[00112] Voltagem do tubo: 40 kV
[00113] Corrente do tubo: 30 mA
[00114] De acordo com o método de difração de raios X (difratômetro de raios X de multifinalidades de modelo de montagem horizontal de amostra Ultima IV fabricado por Rigaku Corporation), cada amostra exibe intensidades de pico Pl, P2, P3 e P4 nos planos (100), (002) e (101) de cristais Portanto, essas intensidades de pico serão explicadas.
[00115] Aqui, as medições de perfil de difração de raios X utilizaram os denominados valores padronizados em casa e no exterior nos últimos anos. Esse difratômetro de raios X de multifinalidades de modelo de montagem horizontal de amostra Ultima IV fabricado por Rigaku Corporation é um aparelho que pode medir o perfil de difração de raios X de acordo com JIS R 7651:2007 "Measurement of Lattice Parameters and Crystallite Sizes of Carbon Materials". Além disso, a Taxa (3R) é a proporção da intensidade de difração obtida pela Taxa (3R) = P3 / (P3 + P4) x 100 e, mesmo se o valor da intensidade de difração é alterado, o valor da Taxa (3R) não se altera. Como a proporção da intensidade de difração é padronizada, ela é comumente usada para evitar a realização da identificação da substância de valor absoluto, e seu valor não depende de dispositivos de medição.
[00116] Como mostrado na Fig. 5 e na Tabela 1, a Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B, que aplica um tratamento com um moinho de bolas e um tratamento de microonda, teve taxas elevadas de intensidades de pico P3 e Pl, e uma Taxa (3R) definida pela Equação 1, que mostra que uma taxa de P3 para uma soma de P3 e P4 foi de 46%. Adicionalmente, a proporção de intensidade P1/P2 foi de 0,012. Taxa (3R) = P3/(P3+P4) X 100 •••• Equação 1 em que: Pl é uma intensidade de pico de um plano (100) da camada de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X, P2 é uma intensidade de pico de um plano (002) da camada de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X, P3 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite romboédrico (3R) com base no método de difração de raios X, e P4 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X.
Figure img0001
[00117] Da mesma forma, como mostrado na Fig. 6 e na Tabela 2, a Amostra 6 produzida pelo aparelho de produção A, que aplica um tratamento com base no moinho de jato e um tratamento com base em plasma, teve taxas elevadas de intensidade s de pico P3 e Pl, e a Taxa (3R) foi de 51%. Além disso, a proporção de intensidade P1/P2 foi de 0,014.
Figure img0002
[00118] Além do mais, como mostrado na Fig. 7 e na Tabela 3, a Amostra 1, que indica um exemplo comparativo produzido apenas com o moinho de bolas, teve uma pequena taxa de uma intensidade de pico P3, comparada com as Amostras 5 e 6, e a Taxa (3R) foi de 23%. Além disso, a proporção de intensidade P1/P2 foi de 0,008.
Figure img0003
[00119] Dessa forma, a Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B do Exemplo 1, e a Amostra 6 produzida pelo aparelho de produção A do Exemplo 1 tiveram Taxas (3R) de 46% e 51%, respectivamente, e foi demonstrado que suas Taxas (3R) eram de 40% ou mais, ou 50% ou mais, comparadas com o grafite natural mostrado na Fig. 2 e a Amostra 1 que indica um exemplo comparativo.
[00120] A seguir, foram produzidas dispersões de grafeno usando os precursores de grafeno produzidos acima, e sua facilidade na esfoliação de grafeno foi avaliada.
Quanto às dispersões de grafeno
[00121] Um método para a produção de uma dispersão de grafeno será explicado com referência à Fig. 8. Fig. 8 mostra, como um exemplo, um caso em que um tratamento ultra- sônico e um tratamento de microonda são combinados em um líquido quando uma dispersão de grafeno é produzida.(1) 0,2 g de um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno e 200 ml de N- metilpirrolidona (NMP), que serve como meio de dispersão, são carregados em uma proveta 40. (2) A proveta 40.e colocada em uma câmara 42 de um gerador de microondas 43, e um vibrador ultra-sônico 44A de uma trompa ultra-sônica 44 é inserido no meio de dispersão 41 a partir da direção superior. (3) A trompa ultra-sônica 44 é ativada, e ondas ultra- sônicas de 20 kHz (100 W) são aplicadas continuamente a ela por 3 horas. (4) Enquanto a trompa ultra-sônica acima 44 está acionada, o gerador de microondas 43 é ativado para aplicar microondas de 2,45 GHz (300 W) intermitentemente (irradiação por 10 segundos a cada 5 minutos) a ela.
[00122] A Fig. 9 se refere às aparências de dispersões de grafeno produzidas da forma descrita acima quando 24 horas se passaram.
[00123] Embora uma porção da dispersão de grafeno 30 usando a Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B estivesse depositada, foi observado um produto que mostra inteiramente uma cor preta. Por isso, considera-se que uma grande porção dos materiais de carbono à base de grafite usados como precursores de grafeno está dispersa em um estado no qual grafeno é esfoliado a partir dela.
[00124] Na dispersão 31 usando a /Amostra 1 que indica um exemplo comparativo, a maioria dos materiais de carbono à base de grafite estava depositada, e foi confirmado que uma porção destes flutuava como um sobrenadante. A partir desses fatos, considera-se que grafeno foi esfoliado a partir de uma pequena porção destes e que eles flutuavam como o sobrenadante.
[00125] Além do mais, a dispersão de grafeno produzida da forma descrita acima foi diluída até uma concentração observável foi revestida sobre uma estação de amostra (tela de TEM), e a tela foi seca. Dessa forma, o tamanho e o número de camadas de grafeno foram observados na imagem capturada de um microscópio de transmissão eletrônica (TEM), como mostrado na Fig. 10. Além disso, a tela revestida com o sobrenadante diluido foi usada para a Amostra 1. Por exemplo, no caso da Fig. 10, o tamanho corresponde a um comprimento máximo L de um floco 33, que era de 600 nm, com base na Fig. 10 (a) . Quanto ao número de camadas, a face final do floco 33 foi observada na Fig. 10 (b) , e camadas superpostas de grafeno foram contadas calculando, dessa forma, o número de camadas como 6 camadas (uma porção indicada pelo simbolo 34) . Dessa forma, o tamanho e o número de camadas foram medidos com relação a cada floco ("N" indica o número de flocos), e os números de camadas de grafeno e os tamanhos mostrados nas Figs. 11 e 12 foram obtidos.
[00126] Com referência à Fig. 11 (a), uma distribuição de tamanho de partícula (distribuição de tamanhos) de flocos finos incluídos na dispersão de grafeno da Amostra 5 (Taxa (R3) de 46%) produzida pelo aparelho de produção B do Exemplo 1 era uma distribuição que possui um pico de 0,5 μm. Além disso, na Fig. 11 (b) , quanto ao número de camadas, uma distribuição que tinha um pico em 3 camadas e nas quais grafeno que possui 10 camadas ou menos eram 68% foi observada.
[00127] Com referência à Fig. 12, uma distribuição de tamanho de partícula (distribuição de tamanhos) de flocos finos incluídos na dispersão da Amostra 1 (Taxa (R3) de 23%) do exemplo comparativo era uma distribuição que possui um pico de 0,9 μm. Além disso, quanto ao número de camadas, uma distribuição na qual aquelas que possuem 30 camadas ou mais que ocupavam a maior porção e na qual grafeno que possui 10 camadas ou menos eram de 10% foi observada.
[00128] A partir dos resultados, foi revelado que, quando o produto da Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B foi usado como um precursor de grafeno, uma dispersão altamente concentrada de grafeno que contém muito de grafeno de 10 camadas ou menos e que possui excelente dispersibilidade de grafeno pode ser obtida.
[00129] A seguir, com referência à Fig. 13, uma relação entre a Taxa (3R) do precursor de grafeno e o número de camadas na dispersão de grafeno será descrita. As Amostras 1, 5 e 6 na Fig. 13 são aquelas descritas acima. As Amostras 2, 3 e 4 foram produzidas pelo aparelho de produção B, que realizou um tratamento baseado em um moinho de bolas e um tratamento de microonda, e eram dispersões de grafeno produzidas usando precursores de grafeno que foram produzidas tornando o tempo de irradiação de microondas mais curto do que aquele para a Amostra 5. Além disso, a Amostra 7 foi produzida pelo aparelho de produção A, que realizou um tratamento baseado em um moinho de jato e um tratamento de plasma, e era uma dispersão de grafeno produzida por utilização de um precursor de grafeno que foi produzido por aplicação de plasma de uma saida maior do que aquela para a Amostra 6.
[00130] A partir da Fig. 13, quanto às Amostras 2 e 3 que exibem Taxas (3R) de 31% e 38%, respectivamente, as distribuições do número de camadas possuem picos em torno de 13 quanto ao número de camadas; ou seja, os formatos das distribuições são parecidos com aqueles de uma distribuição normal (dispersões usando as Amostras 2 e 3). Quanto às Amostras 4 a 7 que exibem Taxas (3R) de 40% ou mais, as distribuições do número de camadas possuem tantos picos quanto os números de camadas (grafeno fino); ou seja, os formatos das distribuições são aqueles de uma denominada distribuição lognormal. Por outro lado, quanto à Amostra 1 que possui uma Taxa (3R) de 23%, a sua distribuição possui um pico em 30 ou mais quanto ao número de camadas (uma dispersão usando uma Amostra 1). Ou seja, é subentendido que: há uma tendência de que, em casos nos quais a Taxa (3R) alcança 31% ou mais, os formatos das distribuições do número de camadas diferem daqueles para casos nos quais a Taxa (3R) é menor do que 31%; e, além disso, em casos nos quais a Taxa (3R) alcança 40% ou mais, os formatos das distribuições do número de camadas diferem nitidamente daqueles para casos nos quais a Taxa (3R) é menor do que 40%. Além disso, pode ser subentendido que, quanto às proporções de grafeno de 10 camadas ou menos, a Taxa (3R) da dispersão usando a Amostra 3 é 38%, enquanto a Taxa (3R) da dispersão usando a Amostra 4 é 62%, e que, quando a Taxa (3R) alcança 40% ou mais, uma proporção de grafeno de 10 camadas ou menos aumenta rapidamente.
[00131] A partir desses fatos, pode ser considerado que grafenos de 10 camadas ou menos são facilmente esfoliados em casos nos quais a Taxa (3R) é de 31% ou mais, e que, à medida que a Taxa (3R) aumenta para 40%, 50% e 60%, grafenos de 10 camadas ou menos são mais facilmente esfoliados. Além disso, focando na proporção de intensidade P1/P2, as Amostras 2 a 7 mostram valores dentro de uma faixa comparativamente estreita de 0,012 a 0,016, e qualquer um deles é preferível, em que se considera que grafeno é facilmente esfoliado na medida em que as estruturas cristais serão deformadas.
[00132] Além do mais, resultados obtidos por comparação de Taxas (3R) e proporções de grafeno de 10 camadas ou menos nelas incluidas são mostrados na Fig. 14. Com referência à Fig. 14, foi revelado que, quando a Taxa (3R) alcançou 25% ou mais, em torno de 31%, grafeno de 10 camadas ou menos começou a aumentar (mostrando uma inclinação sempre crescente) . Além disso, foi revelado que, em torno de 40%, grafeno de 10 camadas ou menos aumentou rapidamente (com relação às proporções de grafeno de 10 camadas ou menos, enquanto a Taxa (3R) da dispersão usando a Amostra 3 foi de 38%, a Taxa (3R) da dispersão usando a Amostra 4 foi de 62%, e a proporção de grafeno de 10 camadas ou menos rapidamente aumentou por 24% à medida que a Taxa (3R) aumentava por 4%), e que uma percentagem de grafeno de 10 camadas ou menos contra o grafeno total foi de 50% ou mais. Além disso, cada um dos pontos de quadrados pretos na Fig. 14 corresponde a amostras diferentes, e as Amostras 1 a 7 descritas acima e outras amostras estão neles incluidas.
[00133] A partir desses fatos, quando uma amostra que exibe uma Taxa (3R) de 31% ou mais é usada como um precursor de grafeno para produzir uma dispersão de grafeno, a proporção de grafeno de 10 camadas ou menos distribuído começa a aumentar; além disso, quando uma amostra que exibe uma Taxa (3R) de 40% ou mais é usada como um precursor de grafeno para produzir uma dispersão de grafeno, 50% ou mais de grafeno de 10 camadas ou menos são produzidos. Em outras palavras, uma dispersão de grafeno na qual grafeno está, altamente concentrado e altamente disperso pode ser obtida. ; Além do mais, como quase nada dos materiais de carbono à base de grafite (precursores) incluídos na dispersão se deposita, como descrito acima, uma dispersão concentrada de grafeno pode ser facilmente obtida. De acordo com esse método, até mesmo uma dispersão de grafeno cuja concentração de grafeno excedeu 10% pode ser produzida sem concentrá-la. Particularmente, a Taxa (3R) é preferivelmente 40% ou mais do ponto de vista de que a proporção de grafeno de 10 camadas ou menos disperso aumenta acentuadamente até 50% ou mais.
[00134] A descrição acima esclarece o seguinte: quando a Taxa (3R) é de 31% ou mais, preferivelmente 40% ou mais, e ainda preferivelmente 50% ou mais, a separação em grafeno de 10 camadas ou menos e materiais de carbono finos à base de grafite de cerca de 10 camadas ocorre em uma proporção maior em muitos casos; e quando esses materiais de carbono à base de grafite são usados como precursores de grafeno, uma dispersão altamente concentrada de grafeno que possui excelente dispersibilidade de grafeno pode ser obtida. Ainda além disso, o Exemplo 5 a ser descrito abaixo esclarece que, quando a Taxa (3R) é de 31% ou mais, materiais de carbono à base de grafite são úteis como um precursor de grafeno.
[00135] Além do mais, em relação ao limite superior para a Taxa (3R), é considerado que o limite superior não é particularmente definido. No entanto, é preferível que o limite superior seja definido de tal forma que a proporção de intensidade P1/P2 satisfaça simultaneamente 0,01 ou mais, pois precursores de grafeno são facilmente esfoliados quando uma dispersão ou semelhante é produzida. Além disso, em casos de métodos de produção que utilizam aparelhos de produção A e B, o limite superior é cerca de 70%, do ponto de vista de que grafeno é facilmente produzido. Além disso, um método que combina um tratamento com base no moinho de jato do aparelho de produção A e um tratamento de plasma é mais preferível, pois um precursor de grafeno que possui uma Taxa (3R) maior pode ser facilmente obtido. Adicionalmente, a Taxa (3R) pode alcançar 31% ou mais por combinação do tratamento à base de força fisica com o tratamento à base de força de ondas de rádio.
EXEMPLO 2
[00136] No Exemplo 1, um caso em que o tratamento ultra- sônico e o tratamento de microonda foram combinados para a obtenção de uma dispersão de grafeno é explicado. No Exemplo 2, somente um tratamento ultra-sônico foi realizado, enquanto um tratamento de microonda não foi realizado, e outras condições foram as mesmas utilizadas para o Exemplo 1.
[00137] A Fig. 15 (b) mostra uma distribuição de um número de camadas com relação a uma dispersão de grafeno que foi obtida por realização de um tratamento ultra-sônico usando o precursor de grafeno da Amostra 5 (Taxa (3R) = 46%) produzida pelo aparelho de produção B. Além disso, Fig. 15 (a) é a mesma que a distribuição mostrada na Fig. 11 (b) da Amostra 5 produzida pelo aparelho de produção B do Exemplo 1.
[00138] Como resultado, embora a tendência da distribuição do número de camadas fosse quase similar, uma proporção de grafeno de 10 camadas ou menos foi de 64%, e era ligeiramente diminuída, comparada com 68% do Exemplo 1. Por isso, foi revelado que era mais eficaz realizar simultaneamente dois dos tratamentos baseados em uma forçá1^ । fisica e em uma força de ondas de rádio para a produção de uma dispersão de grafeno.
EXEMPLO 3
[00139] No Exemplo 3, um exemplo usado para uma tinta condutiva será descrito.
[00140] A Amostra 1 (Taxa (3R) = 23%), a Amostra 3 (Taxa (3R) = 38%) , a Amostra 5 (Taxa (3R) = 46%) e a Amostra 6 (Taxa (3R) = 51%) do Exemplo 1 foram usadas como precursores de grafeno em solução de mistura de água e um álcool do número de carbonos de 3 ou menos, que serviu como um agente que transmite condutividade, em concentrações adotadas para tintas condutivas produzindo, dessa forma, INK1, INK3, INK5 e INK6, e seus valores de resistência foram comparados. Com base nos resultados, à medida que as Taxas (3R) ficavam maiores, os valores de resistência ficavam menores.
EXEMPLO 4
[00141] No Exemplo 4, um exemplo no qual um precursor de grafeno foi trabalhado com uma resina será explicado.
[00142] Quando uma lâmina de resina, na qual grafeno foi disperso, foi produzida, a resistência à tração era muito superior, embora fibras de vidro tenham sido adicionadas a ela. Portanto, um fator para isso foi estudado e, consequentemente, um achado de que um compatibilizador adicionado simultaneamente com as fibras de vidro contribuiu para a formação de grafeno a partir do precursor pode ser obtido. Portanto, produtos obtidos por misturação de agentes dispersantes e um compatibilizador em uma resina foram estudados.
[00143] 1 % do peso da Amostra 5 (Taxa (3R) = 46%) do Exemplo 1 foi adicionado como um precursor diretamente a LLDPE (polietileno) , e a mistura foi trabalhada durante aplicação de cisalhamento (uma força de cisalhamento) a ela com uma amassadeira, amassadeira de dois eixos (extrusora) ou semelhantes.
[00144] Era de conhecimento público que, quando um material de carbono à base de grafite se transformava em grafeno, estando altamente disperso em uma resina, a resistência à tração aumenta. Portanto, por medição de uma resistência à tração da resina, os graus de esfoliação em grafeno e dispersão podem ser relativamente estimados. A resistência à tração foi medida com uma máquina de testagem exata de bancada de uso geral (AUTOGRAPH AGS-J) fabricada por Shimadzu Corporation sob uma condição de velocidade de teste de 500 mm/min.
[00145] Além disso, a fim de comparar o grau de esfoliação em grafeno e dispersibilidade dependendo da presença ou ausência de aditivos, as seguintes comparações de três tipos de (a), (b) e (c) foram realizadas. (a) Sem aditivos (b) um agente dispersante geral (estearato de zinco) (c) um compatibilizador (um polimero modificado por enxertia)
[00146] Com referência à Fig. 17 que mostra os resultados da medição, os resultados serão explicados. Além disso, na Fig. 17, circulos se referem aos materiais de resina usando a Amostra 1 do exemplo comparativo, e quadrados se referem aos materiais de resina usando a Amostra 5 do Exemplo 1.
[00147] No caso (a), em que nenhum aditivo foi adicionado, uma diferença das resistências à tração foi pequena.
[00148] No caso (b) , em que o agente dispersante foi adicionado, foi revelado que a formação de grafeno foi promovida até certo grau no precursor de grafeno da Amostra 5.
[00149] No caso (c) , em que o compatibilizador foi adicionado, foi revelado que a formação de grafeno foi significantemente promovida no precursor de grafeno da Amostra 5. Isso porque considera-se que, além dos efeitos para dispersar grafeno, o compatibilizador se liga à camada de corpos ligados ao grafeno e à resina, e atua sobre elas de tal modo que a camada de corpos ligados ao grafeno seja arrancada dela, quando se aplica cisalhamento naquele estado.
[00150] O estearato de zinco é explicado acima como um exemplo do agente dispersante. No entanto, aqueles adequados para compostos podem ser selecionados. Como exemplos do agente dispersante, tensoativos aniônicos (ânions), tensoativos catiônicos (cátions) , tensoativos zwitteriônicos e tensoativos não-iônicos podem ser mencionados. Em particular, tensoativos aniônicos e tensoativos não-iônicos são preferíveis para grafeno. Tensoativos não-iônicos são mais preferíveis. Na medida em que tensoativos não-iônicos são tensoativos que não se dissociam em ions e que exibem propriedades hidrofilicas por ligações hidrogênio com água, como observado em grupos oxietileno, grupos hidroxil, cadeias de carboidrato como, por exemplo, glicosideo, e semelhantes, há um mérito de que eles podem ser usados em solventes não polares, embora eles não possuam uma resistência de hidrofilicidade tão elevada quanto tensoativos iônicos Além disso, isso ocorre por que,por variação dos comprimentos de cadeia de seus grupos hidrofilicos, suas propriedades podem ser livremente alteradas de propriedades lipofilicas para propriedades hidrofílicas. Como tensoativos aniônicos, sais de ácido X (quanto ao ácido X, por exemplo, ácido cólico e ácido desoxicólico), por exemplo, SDC: desoxicolato de sódio, e ésteres de fosfato, são preferíveis. Além do mais, como tensoativos não-iônicos, ésteres de ácido graxo de glicerol, ésteres de ácido graxo de sorbitano, etoxilatos de álcool graxo, alquil fenil éter de polioxietileno, alquil glicosideos, e semelhantes são preferíveis.
EXEMPLO 5
[00151] A fim de verificar ainda que aqueles obtidos quando a Taxa (3R) é de 31% ou mais são benéficos como precursores de grafeno, que é descrito acima no Exemplo 1, um exemplo no qual um precursor de grafeno foi trabalhado com uma resina será ainda explicado no Exemplo 5. A seguir, serão explicados módulos elásticos de artigos moldados de resina nos quais materiais de carbono à base de grafite que contêm Amostras 1 a 7 no Exemplo 1, que possuem Taxas (3R) tabuladas na Fig. 14, foram usados como precursores. (1) Usando o material de carbono à base de grafite descrito acima como um precursor, 5% do peso de LLDPE (polietileno: 20201J produzido por Prime Polymer Co., Ltd.) e 1% do peso de um dispersante (tensoativo não-iônico) foram misturados em uma água deionizada, e o dispositivo descrito acima ilustrado na Fig. 8 foi acionado sob as mesmas condições e, dessa forma, dispersões de grafeno que contêm 5% do peso de grafeno e materiais de carbono à base de grafite foram obtidas. (2) 0,6 kg da dispersão de grafeno obtida em (1) foi imediatamente trabalhado em uma resina de 5,4 kg usando uma amassadeira (amassadeira do tipo prensa WDS7-30 produzida por Moriyama Co., Ltd.) e, dessa forma, péletes foram produzidos. As condições de misturação serão descritas abaixo. Deve ser observado que a proporção de misturação entre a resina e a dispersão foi selecionada de tal forma que a quantidade do grafeno e de materiais de carbono à base de grafite nele misturados fosse eventualmente 0,5% do peso. (3) Os péletes produzidos em (2) foram formados em um pedaço de teste de acordo com JIS K7161 IA (comprimento: 165 mm, largura: 20 mm, espessura: 4 mm) por uma máquina de moldagem por injeção. (4) O módulo elástico (Mpa) do pedaço de teste produzido em (3) foi medido sob uma condição de uma velocidade de teste de 500 mm/min de acordo com JIS K7161 por um testador universal de precisão do tipo bancada produzido por Shimadzu Corporation (AUTOGRAPH AGS-J).
[00152] As condições de misturação foram as seguintes.
[00153] Temperatura de misturação: 135°C
[00154] Velocidade de rotação do rotor: 30 rpm
[00155] Tempo de misturação: 15 minutos
[00156] Pressurização na fornalha: aplicação de 0,3 MPa por 10 minutos após o inicio, e despressurização até a pressão atmosférica após os 10 minutos terem decorridos
[00157] Aqui, a dispersão da dispersão de grafeno descrita acima em uma resina é considerada da seguinte forma.Como o ponto de fusão de uma resina é geralmente 100°C ou maior, água evapora na atmosfera, mas em uma amassadeira do tipo prensa, o interior de uma fornalha pode ser pressurizado. No interior da fornalha, o ponto de ebulição da água é elevado de modo que a dispersão seja mantida em uma forma liquida e, dessa forma, uma emulsão da dispersão e da resina pode ser obtida. Após aplicação de pressão por um tempo predeterminado, o interior é gradualmente despressurizado, o que faz com que o ponto de ebulição da água diminua permitindo, dessa forma, que a água evapore. Aqui, grafeno confinado em água é deixado na resina. Isso faz com que grafeno e materiais de carbono à base de grafite sejam dispersos em uma concentração elevada na resina.
[00158] Além disso, como o grafeno e os materiais de carbono à base de grafite tendem a precipitar na dispersão de grafeno com o decorrer do tempo, a dispersão de grafeno é trabalhada na resina preferivelmente imediatamente após a dispersão de grafeno ser obtida.
[00159] Deve ser observado que os seguintes podem ser usados como o meio para a obtenção da emulsão da dispersão e da resina, além da amassadeira de compressão: um propulsor quimico; um misturador por turbilhonamento; um homomisturador; um homogeneizador de alta pressão; um hidrocisalhador; um misturador de jato de fluxo; um moinho de jato úmido; e um gerador ultra-sônico.
[00160] Além disso, os seguintes podem ser usados como um solvente para a dispersão, além de água: 2-propanol (IPA); acetona; tolueno; N-metilpirrolidona (NMP); e N,N-dimetil formamida (DMF)
[00161] A Tabela 4 ilustra o relacionamento entre as Taxas (3R) em torno de 30% e os módulos elásticos de artigos moldados de resina. Deve ser observado que a Amostra 00 na Tabela 4 é uma Amostra vazia na qual nenhum precursor foi trabalhado, as Amostras 11 e 12 possuem Taxas (3R) entre aquela da Amostra 1 e aquela da Amostra 2, e a Amostra 21 possui uma Taxa (3R) entre aquela da Amostra 2 e aquela da Amostra 3.
Figure img0004
[00162] A Fig. 18 e a Tabela 4 provam que a diferença do módulo elástico com relação àquele da Amostra 00 (vazio) (aumento da proporção do módulo elástico) é aproximadamente uniforme em torno de 10% até que a Taxa (3R) alcance 31%; após a Taxa (3R) alcançar 31%, a diferença aumenta acentuadamente até 32%; enquanto quando a Taxa (3R) aumenta de 31% para 42%, a diferença aumenta de forma monótona até 50%; e após a Taxa (3R) alcançar 42%, a diferença aumenta ligeiramente e converge para em torno de 60%. Dessa forma, quando a Taxa (3R) é de 31% ou mais, um artigo moldado de resina que possui um módulo elástico excelente pode ser obtido. Além disso, como a quantidade de grafeno e de materiais de carbono à base de grafite contida em um artigo moldado de resina é de 0,5% do peso, que é pequena, a influência sobre as propriedades que a resina originalmente possui é pequena.
[00163] Considera-se que essa tendência contribui para um aumento agudo em um material de carbono à base de grafite fino que contém grafeno que possui 10 ou menos camadas em contato com uma resina após a Taxa (3R) alcançar 31%. Aqui, no Exemplo 5, é impossível determinar o número de camadas de grafeno por observação com TEM em função de influências de um dispersante usado para dispersão em água. Então, apenas para referência, a razão para o aumento agudo descrito acima é considerada com base na distribuição dos números de camadas do material de carbono à base de grafite ilustradas na Tabela 4 após dispersão em NMP. Amostra 12 e a Amostra 2 são comparadas entre elas, e foi verificado que ambas as proporções de grafeno (o número de camadas é de 10 ou menos) eram de 25%. Por outro lado, como ilustrado na Fig. 19, quanto à Amostra 2, a proporção daquelas finas que possuem menos do que 15 camadas era maior, quando comparadas com a Amostra 12; em outras palavras, o material de carbono à base de grafite disperso como um precursor tinha uma área de superfície maior, o que significa que sua área em contato com a resina aumentou agudamente.
[00164] Dessa forma, o Exemplo 5 indica nitidamente que quando a Taxa (3R) é de 31% ou mais, um material de carbono à base de grafite usado como um precursor de grafeno precisa ser separado em grafeno que possui 10 ou menos camadas e um material de carbono à base de grafite fino.
EXEMPLO 6
[00165] Foram feitos experimentos por adição dos precursores de grafeno produzidos pelos métodos acima ao óleo de base.
Condições diversas
[00166] Óleo de base (óleo mineral): Daphne Mechanic Oil 32 (ISO grau de viscosidade de VG32 fabricado por Idemitsu Kosan. Co., Ltd.) (para indústria),
[00167] Dispositivo de testagem: Dispositivo de testagem de abrasão por fricção TRB-S-DU-0000 (fabricado por CSM Instruments),
Método de bola-no-disco
[00168] Bola (diâmetro: 06 mm, material: SUJ2, dureza HV780),
[00169] Disco (diâmetro: 030, espessura: 2 mm, material: SUS440C, dureza: HV240, aspereza da superficie 0,3 μm Rzjis),
[00170] Condição friccionai 1: velocidade rotacional: 100 rpm, raio: 10 mm, carga: 5 N, temperatura do óleo: 80°C 30 min
[00171] Conformidade com JIS R 1613 e DIN50324, bem como ASTM e ISSO
[00172] Dispositivo de medição da aspereza da superfície: SV-3000CNC (fabricado por Mitutoyo Corp.)
[00173] Condição de medição: Velocidade de 0,1 mm/sec, raio da ponta de 2 μm, força de medição de 0,75 mN, conformidade com JIS B0651:2001
[00174] Material de carbono à base de grafeno: precursor de grafeno (produzido pelos métodos acima),
[00175] Misturador (ARE-310 fabricado por THINKY),
[00176] Condição de misturação 1: Temperatura normal de 25°C, misturação a 2.000 rpm x 10 min, retirada de espumas após misturação a 2.100 rpm x 30 s)
[00177] Material comparativo: pó de dissulfeto de molibdênio (M-5 fabricado por Daizo Corp. Diâmetro médio de 0,45 μm)
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
[00178] Etapa 1. Ao óleo de base (990 g) , 10 g de precursores de grafeno (veja as Amostras 1, 2, 21 e 4 (Amostras usadas nos Exemplos 1 e 5)) são adicionados e, sob a condição de misturação 1, os precursores de grafeno são esfoliados e dispersos para obter uma dispersão 62 que possui uma concentração de 1% do peso.
[00179] Etapa 2. 600 g da dispersão 62 foram colocados em um vasilhame de liquidos 61 de um dispositivo de testagem 60 e um teste de fricção foi realizado por rotação de um disco 64 enquanto em contato com uma bola 63 sob a condição friccionai 1.
[00180] Etapa 3. Em um teste de 30 minutos de duração, os valores médios de um coeficiente de fricção (μ) para os últimos 30 segundos antes do final do teste foram lidos e tabulados na Fig. 21.
[00181] Etapa 4. Por utilização de um dispositivo de medição da aspereza da superfície, cinco partes desgastadas em uma superfície do disco 64 causadas por um contato com a bola 63 foram medidas, e uma profundidade de abrasão foi obtida a partir de valores médios dessa medição e tabulados na Fig. 22.
[00182] A fim de confirmar um efeito de grafeno-liTce, foram realizados experimentos com uma Taxa (3R) de 23% (Amostra 1), 31% (Amostra 2), 35% (Amostra 21), e 42% (Amostra 4) com uma proporção de mistura mostrada na Tabela 5.
Figure img0005
[00185] A partir da Tabela 5 e das Figs. 21 e 22, foi observado que um coeficiente de fricção nos Exemplos 6-2, 63 e 6-4 era menor do que no Exemplo 6-1 e nos Exemplos comparativos 6-1 e 6-2, em outras palavras, as propriedades de deslizamento foram aumentadas. Em particular, quando a Taxa (3R) do precursor de grafeno alcançou 31% ou mais, foi observado que um coeficiente de fricção tinha uma tendência notável de ficar significantemente baixo, quando comparado com casos nos quais a Taxa (3R) é de 0% (Exemplo comparativo 6-1) (a rigor, isso não é o mesmo que Taxa (3R) = 0%. Como um precursor de grafeno não foi adicionado, os dados de 0% não devem ser tabulados no mesmo gráfico. No entanto, os dados são tabulados na posição de 0% por conveniência. Daqui por diante, 0% possui o mesmo significado, incluindo um caso em que M0S2 é usado, no qual a Taxa (3R) é de 23% (Exemplo 6-1), e o Exemplo comparativo 6-2, em que M0S2 foi adicionado.
[00186] Além disso, foi observado que uma profundidade de abrasão nos Exemplos 6-2, 6-3 e 6-4 era mais rasa do que no Exemplo 6-1 e nos Exemplos comparativos 6-1 e 6-2, em outras palavras, a abrasão era reduzida. Além disso, foi observado que uma profundidade de abrasão tendia a ser mais rasa quando um precursor de grafeno era adicionado independentemente de uma Taxa (3R) do precursor de grafeno. Uma profundidade de abrasão no Exemplo comparativo 6-2, em que M0S2 foi adicionado, era mais profunda do que no Exemplo 6-1. Isso porque, especula-se que, M0S2 que possui uma dureza Mohs de 1 é mais macio do que grafeno-like que possui dureza comparável com um diamante (dureza Mohs de 10), ou possui menos lubricidade do que grafeno-like.
[00187] Quando os precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 31% ou mais (Exemplos 6-2, 6-3 e 6-4) estão dispersos no óleo de base, um coeficiente de fricção é reduzido e uma profundidade de abrasão fica rasa. Isso porque, especula-se que, mais grafeno-like foi esfoliado a partir dos precursores de grafeno ou do grafeno-like por força de cisalhamento gerada entre a bola 63 e o disco 64 e, ao mesmo tempo, uma superficie do disco era protegida pelo grafeno-like adsorvido sobre uma parte deslizante; como resultado, um coeficiente de fricção foi reduzido e uma profundidade de abrasão ficou rasa.
[00188] Quando a Taxa (3R) é menor do que 31% (Exemplo 6-1), considera-se que uma quantidade de grafeno-like que é esfoliada pela força de cisalhamento é muito pequena, de tal forma que um efeito de adição do precursor de grafeno não é suficientemente exercido.
[00189] Em contraste, quando a Taxa (3R) é de 35% ou mais (Exemplos 6-3 e 6-4), é obtido um efeito excelente por ter um coeficiente de fricção menor e uma profundidade de abrasão mais rasa, quando comparado com casos nos quais a Taxa (3R) é igual ou menor do que aquela. Considera-se que isso ocorre porque o número de pedaços de grafeno-like foi aumentado, as comparado com o caso no qual a Taxa (3R) é de 31% (Exemplo 6-2) .
[00190] Para referência, é dada uma explicação sobre imagens fotografadas de precursores de grafeno tiradas por um microscópio eletrônico de varredura (SEM). Os precursores de grafeno obtidos no Exemplo 1 são um laminado de grafite flocoso que possui um comprimento de 7 μm e uma espessura de 0,1 μm, como mostrado, por exemplo, nas Figs. 23 e 24.
EXEMPLO 7
[00191] Foram feitos experimentos por adição dos precursores de grafeno produzidos pelos métodos acima ao óleo de base. Condições diversas
[00192] Óleo de base (óleo sintético): Exxon Mobil 1 0W- 20 (SAE grau de viscosidade de 0W-20 fabricado por Exxon Mobil Corp.) (para automóveis).
[00193] Exceto quanto ao óleo de base, as condições experimentais e semelhantes são as mesmas que no Exemplo 6.
Figure img0006
[00195] A partir da Tabela 6 e das Figs. 25 e 26, fo observado que um coeficiente de fricção nos Exemplos 7-2, 73 e 7-4 era menor do que no Exemplo 7-1 e nos Exemplos comparativos 7-1 e 7-2. Em particular, quando a Taxa (3R) dos precursores de grafeno alcançava 31% ou mais, foi observado que um coeficiente de fricção tinha uma tendência notável de ficar significantemente baixo, quando comparado com casos nos quais a Taxa (3R) é de 0% (Exemplo comparativo 7-1), nos quais a Taxa (3R) é de 23% (Exemplo 7-1), e com o Exemplo comparativo 7-2, em que M0S2 foi incluido.
[00196] Além disso, similarmente no caso de um coeficiente de fricção, foi observado que uma profundidade de abrasão nos Exemplos 7-2, 7-3 e 7-4 era mais rasa do que no Exemplo 7-1 e nos Exemplos comparativos 7-1 e 7-2. Além disso, foi observado que uma profundidade de abrasão tendia a ser mais rasa quando um precursor de grafeno era adicionado independentemente da Taxa (3R) do precursor de grafeno. Uma profundidade de abrasão no Exemplo comparativo 7-2, em que M0S2 foi incluido, era mais profunda do que no Exemplo 7-1. Isso porque, especula-se que, M0S2 que possui uma dureza Mohs de 1 é mais macio do que grafeno-like que possui dureza comparável com um diamante (dureza Mohs de 10), ou possui menos lubricidade do que grafeno-like.
[00197] Considera-se que um coeficiente de fricção e uma profundidade de abrasão estão aumentados pela mesma razão explicada no Exemplo 6.
[00198] A partir dos Exemplos 6 e 7, foi observado que um coeficiente de fricção ficou reduzido e uma profundidade de abrasão ficou rasa independentemente do tipo de óleo de base. Quando os precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 23% foram usados (Exemplos 6-1 e 7-1), foi observado que uma profundidade de abrasão ficou rasa e um coeficiente de fricção foi ligeiramente reduzido independentemente do óleo de base, quando comparado com os casos nos quais precursores de grafeno não foram adicionados (Exemplos comparativos 6-2 e 7-2), enquanto quando os precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 31% ou mais foram usados, foi observado que um coeficiente de fricção ficou reduzido e uma profundidade de abrasão ficou rasa de forma acentuada (ambos foram grandemente aumentados).
EXEMPLO 8
[00199] Foram feitos experimentos por adição dos precursores de grafeno produzidos pelos métodos acima ao óleo de base.
Condições diversas
[00200] Óleo de base (óleo mineral): Daphne Eponex Grease No. 1 (NLGI No. No. 1 fabricado por Idemitsu Kosan Co., Ltd.) (para indústria),
[00201] Condição friccionai 2: velocidade rotacional: 100 rpm, raio: 10 mm, carga: 5 N, temperatura do óleo: 80°C, 10 min
[00202] Exceto quanto ao óleo de base e condições friccionais, as condições experimentais e semelhantes são as mesmas que no Exemplo 6.
[00203] Etapa 1. A 500 g de óleo de base, 5 g de precursores de grafeno (veja as Amostras 1, 2, 21 e 4 (Amostras usadas nos Exemplos 1 e 5)) são adicionados e, sob a condição de misturação 1, os precursores de grafeno são esfoliados e dispersos para obter a graxa 62 que possui uma concentração de 1% do peso (por conveniência de explicação, um sinal de referência 62 na Fig. 20 se refere à graxa no Exemplo 8).
[00204] Etapa 2. 100 g da graxa 62 foram colocados em um vasilhame de líquidos 61 de um dispositivo de testagem 60 e um teste de fricção foi realizado por rotação de um disco 64 enquanto em contato com uma bola 63 sob a condição friccionai 2.
[00205] Etapa 3. Em um teste de 30 minutos de duração, os valores médios de um coeficiente de fricção (μ) para os últimos 30 segundos antes do final do teste foram lidos e tabulados na Fig. 27.
[00206] Etapa 4. Por utilização de um dispositivo de medição da aspereza da superfície, cinco partes desgastadas em uma superfície do disco 64 causadas por um contato com a bola 63 foram medidas, e uma profundidade de abrasão foi obtida a partir de valores médios dessa medição e tabulados na Fig. 28.
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[00209] Como mostrado na Tabela 7 e nas Figs. 27 e 28, foi observado que um coeficiente de fricção nos Exemplos 8-2, 8-3 e 8-4 era menor do que no Exemplo 8-1 e nos Exemplos comparativos 8-1 e 8-2. Em particular, quando a Taxa (3R) dos precursores de grafeno alcançava 31% ou mais, foi observado que um coeficiente de fricção tinha uma tendência notável de ficar significantemente baixo, quando comparado com casos nos quais a Taxa (3R) é de 0% (Exemplo comparativo 8-1), nos quais a Taxa (3R) é de 23% (Exemplo 8-1), e com o Exemplo comparativo 8-2, em que M0S2 foi incluído.
[00210] Além disso, similarmente no caso de um coeficiente de fricção, foi observado que uma profundidade de abrasão nos Exemplos 8-2, 8-3 e 8-4 era mais rasa do que no Exemplo 8-1 e nos Exemplos comparativos 8-1 e 8-2. Além disso, foi observado que uma profundidade de abrasão tendia a ser mais rasa quando um precursor de grafeno era adicionado independentemente de uma Taxa (3R) do precursor de grafeno. Uma profundidade de abrasão no Exemplo comparativo 8-2, em que M0S2 foi incluído, era mais profunda do que no Exemplo 8-1. Isso porque, especula-se que, M0S2 que possui uma dureza Mohs de 1 é mais macio do que grafeno-like que possui dureza comparável com um diamante (dureza Mohs de 10) , ou possui menos lubricidade do que grafeno-like.
[00211] Considera-se que uma razão para aprimoramentos como, por exemplo, um coeficiente de fricção baixo e uma profundidade de abrasão rasa é a mesma explicada no Exemplo 6.
[00212] A partir dos Exemplos 6, 7 e 8, aprimoramentos como, por exemplo, um coeficiente de fricção baixo e uma profundidade de abrasão rasa, foram observados independentemente do tipo de óleo de base. Quando os precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 23% foram usados (Exemplos 6-1, 7-1 e 8-1), foi observado que uma profundidade de abrasão ficou rasa e um coeficiente de fricção foi ligeiramente reduzido independentemente do óleo de base, quando comparado com os casos nos quais precursores de grafeno não foram adicionados (Exemplos comparativos 62, 7-2 e 8-2), enquanto quando os precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 31% ou mais foram usados, foi observado que um coeficiente de fricção foi reduzido e uma profundidade de abrasão ficou rasa de forma acentuada (ambos foram grandemente aumentados).
EXEMPLO 9
[00213] A seguir, foram realizados experimentos por adição dos precursores de grafeno produzidos pelos métodos acima ao óleo de base. Os experimentos foram realizados com uma proporção de mistura dos precursores de grafeno que possuem a Taxa (3R) de 31% ao óleo de base sob condições mostradas na Tabela 8. Outras condições experimentais e semelhantes são as mesmas que no Exemplo 6.
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Figure img0009
[00214] A partir da Tabela 8 e das Figs. 29 e 30, quando a proporção de mistura dos precursores de grafeno para o óleo de base estavas nas vizinhanças de 1/10 (Exemplo 9-5), foi observado que um coeficiente de fricção e uma profundidade de abrasão permaneceram quase nos mesmos valores e suas características ficaram saturadas. Além disso, quando a proporção de mistura dos precursores de grafeno é de 1/10 ou mais, foi observado que um coeficiente de fricção era inversamente aumentado. Por outro lado, quando a proporção de mistura era de 1/200 (Exemplo 9-10), foi observado que um coeficiente de fricção foi reduzido por 10% ou mais e uma profundidade de abrasão ficou rasa por 20% ou mais, quando comparados com o Exemplo comparativo 6-1, em que um precursor de grafeno não foi adicionado. Além disso, foi observado que um coeficiente de fricção era reduzido agudamente quando a proporção de mistura foi de 1/50 (Exemplo 9-1) ou mais, enquanto uma profundidade de abrasão ficou agudamente rasa quando a proporção de mistura foi de 1/200 (Exemplo 9-10) ou mais.
[00215] Com base nesses dados, um limite inferior da proporção de mistura é de 1/10.000 ou mais, preferivelmente 1/1.000 ou mais, e ainda preferivelmente 1/200 ou mais, e um limite superior desta é de menos do que 1, preferivelmente menos do que 1/10, e ainda preferivelmente menos do que 1/50.
[00216] Além disso, no Exemplo 6-9, um aditivo pode ser adicionado com o objetivo de prevenção de oxidação do óleo de base. Nesse caso, um aditivo deve ser incluido em uma proporção de mistura (% do peso) de óleo de base. Exemplos de um aditivo desse tipo incluem ZnDTP (ditiofosfato de zinco), fenóis, aminas, sulfetos e substâncias radioativas.São particularmente preferíveis substâncias radioativas que emitem ions negativos que possuem um efeito de supressão de grupos de radical (atividade) que atuam como um fator de oxidação. Desses, minérios Bad Gastein (local de origem: Áustria) que contêm rádio 226 que possui uma meia-vida longa, são preferíveis.
[00217] Esse parágrafo descreve um mecanismo de oxidação. Os fatores de oxidação incluem oxigênio, temperatura, pós de metal de desgaste, umidade, gás soprado, e semelhantes, e quando esses fatores são interagidos com um grupo hidrocarboneto contido no óleo de base, o grupo hidrocarboneto (RH) é decomposto em R (atividade) e H (hidrogênio). Subsequentemente, o R decomposto é alterado para formar um peróxido, por exemplo, (ROO) e (ROOH), por ligação ao oxigênio (O2) . Esse peróxido reage com outro grupo hidrocarboneto contido no óleo de base para induzir uma reação em cadeia causando, dessa forma, uma reação de oxidação rápida.
[00218] Além disso, no Exemplo 6-9, os precursores de grafeno são produzidos por um tratamento à base de força de ondas de rádio e/ou um tratamento à base de força física, como descritos acima e, dessa forma, não é necessário realizar um tratamento de oxidação/redução. Além disso, como um tratamento de redução não é necessário para produzir a mistura com óleo de base, alta temperatura ou secagem até um pó não é necessária e, como resultado, a misturação com óleo de base é realizada facilmente.
[00219] O precedente explicou as modalidades da presente invenção usando desenhos; no entanto, deve ser subentendido que as constituições especificas não são todas restritas a essas modalidades, e alterações e adições também estão incluídas na presente invenção, sem se afastar dos princípios da presente invenção.
[00220] Exemplos de um material de base para a dispersão de um material de carbono à base de grafite incluem os seguintes. Observa-se que uma proporção de mistura de um material de base pode ser menor do que aquela de um material de carbono à base de grafite.
[00221] Como óleo de base, óleos minerais como, por exemplo, óleos à base de parafina e óleo naftênico, estão incluídos. Também estão incluídos óleos sintéticos baseados em ésteres, por exemplo, a-olefina (PA0), ésteres de poliol, diésteres e ésteres complexos, hidrocarbonetos sintéticos, éteres, éteres de fenil, silicones, e semelhantes. Ainda estão incluídos óleos derivados de plantas, por exemplo, óleo de mamona, óleo de semente de colza e cera. Óleos derivados de animais, por exemplo, óleo de esperma de baleia e óleo de sebo bovino, também estão incluídos.
[00222] Como graxa estão incluídas graxa à base de sabão de cálcio, graxa à base de complexo de cálcio, graxa à base de sabão de sódio, graxa à base de sabão de alumínio, graxa à base de sabão de lítio, graxa não baseadas em sabão, graxa de silicone, graxa de fluoréter, e semelhantes.
[00223] Além disso, como um exemplo de grafite natural para a produção de um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno, partículas de 5 mm ou menos de um material de grafite natural (grafite flocoso ACB-50 fabricado por Nippon Graphite Industries, Ltd.) é descrito acima. No entanto, quanto ao grafite natural, produtos que são grafite flocoso, sendo pulverizados em 5 mm ou menos, e que possuem uma Taxa (3R) de menos do que 25% e uma proporção de intensidade P1/P2 de menos do que 0,01 são preferíveis, do ponto de vista de que são facilmente disponíveis. Correspondendo ao desenvolvimento tecnológico recente, grafite de grafite natural-like (no qual cristais são empilhados em camadas) pode ser sintetizado artificialmente e, dessa forma, matérias-primas para grafeno e grafeno-like não estão limitadas ao grafite natural (mineral). Grafite artificial que possui um grau elevado de pureza é preferivelmente usado com o objetivo de controlar um teor de metal. Além disso, desde que uma Taxa (3R) seja de 31% ou mais, grafite artificial, que não é produzido por um tratamento à base de força de ondas de rádio ou um tratamento à base de força física descritos acima, pode ser usado.
[00224] Deve ser observado que um material de carbono à base de grafite útil como um precursor de grafeno é geralmente citado como grafeno, um precursor de grafeno, uma nanoplaqueta de grafeno (GNP), grafeno de poucas camadas (FLG), nanografeno, e semelhantes; no entanto, ele não está particularmente limitado a esses.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL
[00225] A presente invenção engloba um material compósito lubrificante que possui lubricidade, e o campo de aplicação deste não é limitado. Por exemplo, os seguintes campos estão incluidos na presente invenção.
(1) Óleo de motor
[00226] Para motores de combustão interna de automóveis etc.
(2) Óleo de superfície deslizante
[00227] Para superficies deslizantes de ferramentas de máquinas.
(3) Óleo de turbinas
[00228] Para turbinas de geração de energia térmica, geração de energia hidrica, geração de energia nuclear, navios, aviões etc.
(4) Óleo hidráulico
[00229] Para sistemas hidráulicos que operam pressão de óleo de máquinas pesadas etc.
(5) Óleo de rolamentos
[00230] Para rolamentos, rolamentos de esferas etc.
(6) Lubrificante para abastecimento de nevoa de óleo
[00231] Para resfriamento durante processos de calcificação, agentes de liberação etc.
(7) Óleo de engrenagens
[00232] Para engrenagens cônicas, engrenagens helicoidais etc.
(8) Óleo de compressor
[00233] Para compressores de ar etc.
(9) Óleo de base para óleo de refrigeração
[00234] Para refrigeradores, aparelhos de ar condicionado etc.
(10) Óleo de bombas a vácuo
[00235] Para bombas de vácuo do tipo rotação de óleo, bombas para nevoa de óleo etc.
(11) Óleo de transmissão
[00236] Para transmissões como, por exemplo, CVT.

Claims (7)

1. Material compósito lubrificante, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um grafeno esfoliado a partir do material de carbono à base de grafite disperso em um óleo de base, o material de carbono à base de grafite possuindo uma camada de grafite romboédrico (3R) e uma camada de grafite hexagonal (2H), em que uma Taxa (3R) da camada de grafite romboédrico (3R) e da camada de grafite hexagonal (2H), com base em um método de difração de raios X, que é definido pela Equação 1 seguinte é de 31% ou mais: Taxa (3R) = P3/(P3+P4) x 100 •••• Equação 1 em que: P3 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite romboédrico (3R) com base no método de difração de raios X, e P4 é uma intensidade de pico de um (101) plano da camada de grafite hexagonal (2H) com base no método de difração de raios X; o grafeno sendo um cristal de tamanho médio de 100nm ou mais formado em forma de flocos ou folhas com 10 camadas ou menos.
2. Material compósito lubrificante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma proporção de peso do material de carbono à base de grafite para o material de base é de 1/10.000 ou mais até menos do que 1.
3. Material compósito lubrificante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óleo é pelo menos um ou mais derivado de mineral, síntese, plantas ou animais.
4. Material compósito lubrificante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais tipos de aditivos com o objetivo de evitar deterioração oxidativa.
5. Material compósito lubrificante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aditivo é uma substância radioativa.
6. Óleo de motor caracterizado pelo fato de que compreende o material compósito lubrificante conforme definido na reivindicação 1.
7. Graxa caracterizado pelo fato de que compreende o material compósito lubrificante conforme definido na reivindicação 1.
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