RU2676036C1 - Method for processing carbon fillers - Google Patents
Method for processing carbon fillers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676036C1 RU2676036C1 RU2018105828A RU2018105828A RU2676036C1 RU 2676036 C1 RU2676036 C1 RU 2676036C1 RU 2018105828 A RU2018105828 A RU 2018105828A RU 2018105828 A RU2018105828 A RU 2018105828A RU 2676036 C1 RU2676036 C1 RU 2676036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- fillers
- sulfuric acid
- hydrophilicity
- carbon fiber
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000945 filler Substances 0.000 title claims abstract description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910001392 phosphorus oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus hexaoxide Chemical compound O1P(O2)OP3OP1OP2O3 VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 229920006112 polar polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/12—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with inorganic substances ; Intercalation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки углеродных наполнителей (углелент и углеволокон) с целью повышения гидрофильности для получения на их основе полимерных композитов.The invention relates to the field of processing carbon fillers (carbon and carbon fibers) in order to increase hydrophilicity to obtain polymer composites based on them.
Известен способ активации путем функциализации углеродных наполнителей - графита различных марок, с помощью окислительно-восстановительной реакции со смесью концентрированных серной и азотной кислот при нагревании [Беева Д.А., Микитаев А.К., Беев А.А., Абаев A.M. Синтез композиционных материалов на основе полигидроксиэфиров. - «Успехи современного естествознания». - №1, 2005 г. - с. 20-21].There is a method of activation by functionalization of carbon fillers - graphite of various grades, using a redox reaction with a mixture of concentrated sulfuric and nitric acids when heated [Beeva D.A., Mikitaev A.K., Beev A.A., Abaev A.M. Synthesis of composite materials based on polyhydroxy ethers. - "The successes of modern science." - No. 1, 2005 - p. 20-21].
В результате обработки, в структуре графита образуются карбоксильные, карбонильные, гидроксильные и другие функциональные химически активные группы. Недостатком этого технического решения является то, что приходится использовать смесь сильных минеральных кислот. При этом, реакция трудно контролируема, иногда выделяется токсичный оксид азота (IV).As a result of processing, carboxyl, carbonyl, hydroxyl and other functional chemically active groups are formed in the graphite structure. The disadvantage of this technical solution is that you have to use a mixture of strong mineral acids. At the same time, the reaction is difficult to control, sometimes toxic nitric oxide (IV) is released.
Известен способ функциализации углеродных однослойных и многослойных нанотрубок при кипячении в смеси серной и азотной кислот [Нгуенг Чан Хунг. Модифицирование углеродных нанотрубок и нановолокон для получения керамических нанокомпозитов. Дисс… к.х.н., - РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2009 г., - 119 с.].A known method of functionalization of carbon single-layer and multilayer nanotubes when boiling in a mixture of sulfuric and nitric acids [Nguyen Chan Hung. Modification of carbon nanotubes and nanofibers to obtain ceramic nanocomposites. Diss ... Ph.D., - RCTU them. DI. Mendeleev. M., 2009, - 119 p.].
Недостатком способа является то, что протекание таких реакций - взаимодействие углеродных нанотрубок со смесью концентрированных серной и азотной кислот сопровождается выделением бурых газов, что свидетельствует о частичном разрушении структуры углеродного наполнителя.The disadvantage of this method is that the course of such reactions is the interaction of carbon nanotubes with a mixture of concentrated sulfuric and nitric acids accompanied by the release of brown gases, which indicates a partial destruction of the structure of the carbon filler.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ обработки углеродных наполнителей [Беева Д.А., Микитаев А.К., Беев А.А. Способ обработки углеродных нанонаполнителей. Патент РФ №2474534. - 2013 г.], включающий воздействие на них разбавленной серной кислотой 20-60% концентрации при температуре 70-100°С в течение 0,5-2 часов.Closest to the proposed solution is a method for processing carbon fillers [Beeva D.A., Mikitaev A.K., Beev A.A. A method of processing carbon nanofillers. RF patent No. 2474534. - 2013], including exposure to diluted sulfuric acid at 20-60% concentration at a temperature of 70-100 ° C for 0.5-2 hours.
Однако, данный способ применим для наночастиц, а в промышленности углепластиков часто используются углеленты и углеволокна.However, this method is applicable to nanoparticles, and carbon fibers and carbon fibers are often used in the carbon fiber industry.
Задача изобретения заключается в химической активации поверхности углеродных наполнителей: углеродных лент и углеродных волокон без разрушения их структуры с целью увеличения межмолекулярных взаимодействий на границе углеродный наполнитель-полимер, что позволяет получить композиционные материалы с более высокой прочностью на сжатие.The objective of the invention is the chemical activation of the surface of carbon fillers: carbon tapes and carbon fibers without destroying their structure in order to increase intermolecular interactions at the carbon filler-polymer interface, which allows to obtain composite materials with higher compressive strength.
Предлагаемый способ заключается в том, что процесс обработки углеродных лент и волокон проводят смесью 100 г разбавленной серной кислоты 20-60%-ной концентрации и оксида фосфора (V) 1,5-6,0 г при температуре 75°С в течение 0,5 часа. При этом происходит поверхностное протонирование углеродного наполнителя и, как следствие, увеличение межмолекулярных взаимодействий между поверхностью угленаполнителя и полимером или органическим аппретом. Обработанные таким способом протонированные угленаполнители обладают наиболее высокой гидрофильностью поверхности и пониженной плотностью, т.е. более разрыхленной структурой, что позволит их применение в качестве наполнителей полярных полимеров.The proposed method consists in the fact that the processing of carbon tapes and fibers is carried out with a mixture of 100 g of diluted sulfuric acid of 20-60% concentration and phosphorus oxide (V) 1.5-6.0 g at a temperature of 75 ° C for 0, 5 hours In this case, surface protonation of the carbon filler occurs and, as a result, an increase in intermolecular interactions between the surface of the carbon filler and the polymer or organic sizing. Protonated carbon fillers treated in this way have the highest surface hydrophilicity and reduced density, i.e. more loosened structure, which will allow their use as fillers for polar polymers.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Пример 1. В кругло донную колбу объемом 200-300 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 30 г углеродной ленты (или углеволокна), приливают 100 г 60%-ной серной кислоты, 1,5 г оксида фосфора (V) и нагревают при температуре 75°С в течение 0,5 часа таким образом, чтобы не допустить перегревания и выделения газов. После окончания нагревания содержимое колбы охлаждают и разбавляют 150 мл дистиллированной воды. Углеродный материал отделяют, промывают до отрицательной реакции на сульфат-ионы (1%-ный раствор BaCl2), сушат сначала в эксикаторе, затем в сушильном шкафу при 130-150°С до постоянной массы.Example 1. In a round bottom flask with a volume of 200-300 ml, equipped with a reflux condenser, 30 g of carbon tape (or carbon fiber) were placed, 100 g of 60% sulfuric acid, 1.5 g of phosphorus oxide (V) were added and heated at a temperature 75 ° C for 0.5 hours so as to prevent overheating and gas evolution. After heating, the contents of the flask are cooled and diluted with 150 ml of distilled water. The carbon material is separated, washed until a negative reaction to sulfate ions (1% solution of BaCl 2 ), first dried in a desiccator, then in an oven at 130-150 ° C to constant weight.
Обработанные углеленту и углеволокно проверяют на гидрофильность путем насыщения в дистиллированной воде в течение 24 часов, измеряют плотность титриметрическим методом с использованием насыщенного раствора KI. Свойства обработанной углеленты и углеволокна приведены в таблице 1.Treated with carbon fiber and carbon fiber are tested for hydrophilicity by saturation in distilled water for 24 hours, the density is measured by the titrimetric method using a saturated KI solution. The properties of the processed carbon and carbon fibers are shown in table 1.
Пример 2. По примеру 1 обработку углеленты (углеволокна) проводят смесью 100 г 60%-ной серной кислоты и 3,0 г оксида фосфора (V). Свойства обработанной углеленты и углеволокна приведены в таблице 1Example 2. According to example 1, the processing of carbon dioxide (carbon fiber) is carried out with a mixture of 100 g of 60% sulfuric acid and 3.0 g of phosphorus oxide (V). The properties of the processed carbon and carbon fibers are shown in table 1
Пример 3. По примеру 1 обработку углеленты проводят смесью 100 г 60%-ной серной кислоты и 4,5 г оксида фосфора (V). Свойства обработанной углеленты и углеволокна приведены в таблице 1Example 3. According to example 1, the treatment of carbon dioxide is carried out with a mixture of 100 g of 60% sulfuric acid and 4.5 g of phosphorus oxide (V). The properties of the processed carbon and carbon fibers are shown in table 1
Пример 4. По примеру 1 обработку углеленты проводят смесью 100 г 60%-ной серной кислоты и 6,0 г оксида фосфора (V). Свойства обработанной углеленты и углеволокна приведены в таблице 1Example 4. In example 1, the treatment of carbon dioxide is carried out with a mixture of 100 g of 60% sulfuric acid and 6.0 g of phosphorus oxide (V). The properties of the processed carbon and carbon fibers are shown in table 1
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в значительном повышении гидрофильности, уменьшении плотности углеленты или углеволокна - увеличении смачиваемости растворами полимеров, что позволяет получать углепластики совмещением их с полимерными материалами.The technical result of the invention consists in a significant increase in hydrophilicity, a decrease in the density of carbon and carbon fibers — an increase in the wettability of polymer solutions, which makes it possible to obtain carbon plastics by combining them with polymeric materials.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105828A RU2676036C1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method for processing carbon fillers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105828A RU2676036C1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method for processing carbon fillers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676036C1 true RU2676036C1 (en) | 2018-12-25 |
Family
ID=64753743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018105828A RU2676036C1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method for processing carbon fillers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676036C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116899362A (en) * | 2023-08-25 | 2023-10-20 | 浙江大学 | A variable density packed bed system and capture method for low-temperature carbon capture |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702832A (en) * | 1969-04-08 | 1972-11-14 | Inst Obschei I Neoorganichesko | Pyrolytic carbon fiber |
| US4362646A (en) * | 1979-09-28 | 1982-12-07 | Toho Beslon Co., Ltd. | Process for the production of fibrous activated carbon |
| RU2474534C2 (en) * | 2011-05-06 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" | Method of activating carbon nanofiller |
-
2018
- 2018-02-15 RU RU2018105828A patent/RU2676036C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702832A (en) * | 1969-04-08 | 1972-11-14 | Inst Obschei I Neoorganichesko | Pyrolytic carbon fiber |
| US4362646A (en) * | 1979-09-28 | 1982-12-07 | Toho Beslon Co., Ltd. | Process for the production of fibrous activated carbon |
| RU2474534C2 (en) * | 2011-05-06 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" | Method of activating carbon nanofiller |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ma Y.J. et al., Int. J. Electrochem. Sci., 8 (2013) 2806-2815. ГАРИФУЛЛИН А.Р., 21.05.2014. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116899362A (en) * | 2023-08-25 | 2023-10-20 | 浙江大学 | A variable density packed bed system and capture method for low-temperature carbon capture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5732850B2 (en) | Method for producing polytetrafluoroethylene fine powder | |
| Aljumaily et al. | PVDF-co-HFP/superhydrophobic acetylene-based nanocarbon hybrid membrane for seawater desalination via DCMD | |
| Rashidian et al. | Synthesis and characterization of bacterial cellulose/graphene oxide nano‐biocomposites | |
| Cristian et al. | Removal of zinc ions from model wastewater system using bicopolymer membranes with fumed silica | |
| CZ2016555A3 (en) | A biochar based material and the method of its preparation | |
| He et al. | Improvement of the bonding between carbon fibers and an epoxy matrix using a simple sizing process with a novolac resin | |
| RU2676036C1 (en) | Method for processing carbon fillers | |
| JPWO2013115278A1 (en) | Method for producing polytetrafluoroethylene fine powder | |
| WO2020004638A1 (en) | Fiber-reinforced resin prepreg, molding, and fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg | |
| George et al. | Improved mechanical and barrier properties of Natural rubber-Multiwalled carbon nanotube composites with segregated network structure | |
| Shami et al. | Synergistic effect of GO/ZnO loading on the performance of cellulose acetate/chitosan blended reverse osmosis membranes for NOM rejection | |
| Surya et al. | Selectively etched halloysite nanotubes as performance booster of epoxidized natural rubber composites | |
| Chun et al. | Fabrication of hydrophobic self-assembled monolayers (SAM) on the surface of ultra-strength nanocellulose films | |
| JP7420608B2 (en) | Method for producing carbon fiber precursor fiber | |
| Jamnongkan et al. | Effect of ZnO concentration on the diameter of electrospun fibers from poly (vinyl alcohol) composited with ZnO nanoparticles | |
| Sareena et al. | Transport studies of peanut shell powder reinforced natural rubber composites in chlorinated solvents | |
| CN102660097A (en) | Preparation method of reinforced polyvinyl alcohol compound | |
| CN104047158B (en) | A kind of carbon fiber surface treatment process | |
| EP3862469A1 (en) | Precursor fiber bundle production method, carbon fiber bundle production method, and carbon fiber bundle | |
| Khan et al. | Graphene-embedded electrospun polyacrylonitrile nanofibers with enhanced thermo-mechanical properties | |
| US20190127224A1 (en) | Process for producing graphene oxide products and uses thereof | |
| KR20180019704A (en) | Carbon material and its manufacturing method | |
| JP2018168480A (en) | Carbon fiber precursor acrylic fiber and method for producing carbon fiber bundle | |
| Lu et al. | Doping of carbon fiber into polybenzimidazole matrix and mechanical properties of structural carbon fiber-doped polybenzimidazole composites | |
| Kim et al. | Mechanical properties of kenaf fiber–cement composites containing kenaf gamma-ray grafted with acrylamide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201023 Effective date: 20201023 |