FR2915109A1 - PROCESS FOR PREPARING AN ALCOHOLIC SUSPENSION OF CARBON NANOTUBES AND SUSPENSION THUS OBTAINED - Google Patents

PROCESS FOR PREPARING AN ALCOHOLIC SUSPENSION OF CARBON NANOTUBES AND SUSPENSION THUS OBTAINED Download PDF

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Abstract

La présente invention a ainsi pour objet un procédé de préparation d'une suspension alcoolique de nanotubes de carbone, comprenant :- la mise en contact en milieu alcoolique desdits nanotubes avec au moins un dispersant constitué d'un homo- ou copolymère de vinylpyrrolidone, dans un rapport pondéral des nanotubes de carbone audit dispersant allant de 0,1 à moins de 2, et- le traitement mécanique du mélange ainsi obtenu.Elle se rapporte également à la suspension ainsi obtenue ainsi qu'à ses utilisations.The subject of the present invention is thus a process for the preparation of an alcoholic suspension of carbon nanotubes, comprising: placing in contact with said nanotubes an alcoholic medium with at least one dispersant consisting of a homo- or copolymer of vinylpyrrolidone, in a weight ratio of the carbon nanotubes to said dispersant ranging from 0.1 to less than 2, and the mechanical treatment of the mixture thus obtained. It also relates to the suspension thus obtained and to its uses.

Description

Procédé de préparation d'une suspension alcoolique de nanotubes de carboneProcess for the preparation of an alcoholic suspension of carbon nanotubes

et suspension ainsi obtenueand suspension thus obtained

La présente invention concerne une suspension alcoolique de nanotubes de carbone, son procédé de préparation et ses utilisations.  The present invention relates to an alcoholic suspension of carbon nanotubes, its method of preparation and its uses.

Les nanotubes de carbone (ou NTC) sont connus et possèdent des structures cristallines particulières, de forme tubulaire, creuses et closes, composées d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones, obtenues à partir de carbone. Les NTC sont en général constitués d'un ou plusieurs feuillets de graphite enroulés. On distingue ainsi les nanotubes monoparois (Single Wall Nanotubes ou SWNT) et les nanotubes multiparois (Multi Wall Nanotubes ou MWNT).  Carbon nanotubes (or CNTs) are known and possess particular crystalline structures, tubular, hollow and closed, composed of atoms arranged regularly in pentagons, hexagons and / or heptagons, obtained from carbon. CNTs generally consist of one or more coiled graphite sheets. One can distinguish single wall nanotubes (SWNTs) and multiwall nanotubes (Multi Wall Nanotubes or MWNTs).

Les NTC sont disponibles dans le commerce ou peuvent être préparés par des méthodes connues. Il existe plusieurs procédés de synthèse de NTC, notamment la décharge électrique, l'ablation laser et le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD (Chemical Vapour Deposition) qui permet d'assurer la fabrication en grande quantité de nanotubes de carbone et donc leur obtention à un prix de revient compatible avec leur utilisation massive. Ce procédé consiste précisément à injecter une source de carbone à relativement haute température sur un catalyseur qui peut lui-même être constitué d'un métal tel que le fer, le cobalt, le nickel ou le molybdène, supporté sur un solide inorganique tel que l'alumine, la silice ou la magnésie. Les sources de carbone peuvent comprendre le méthane, l'éthane, l'éthylène, l'acétylène, l'éthanol, le méthanol, voire un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène (procédé HIPCO).  CNTs are commercially available or can be prepared by known methods. There are several methods of synthesis of CNTs, including electrical discharge, laser ablation and chemical vapor deposition or CVD (Chemical Vapor Deposition) which ensures the production of large quantities of carbon nanotubes and therefore obtaining them at a cost price compatible with their massive use. This process consists precisely in injecting a source of carbon at relatively high temperature over a catalyst which may itself consist of a metal such as iron, cobalt, nickel or molybdenum, supported on an inorganic solid such as alumina, silica or magnesia. Carbon sources may include methane, ethane, ethylene, acetylene, ethanol, methanol or even a mixture of carbon monoxide and hydrogen (HIPCO process).

Ainsi, la demande WO 86/03455A1 d'Hyperion Catalysis International Inc. décrit notamment la synthèse des NTC. Plus particulièrement, le procédé comprend la mise en contact d'une particule à base de métal tel que notamment le fer, le cobalt ou le nickel, avec un composé gazeux à base de carbone, à une température comprise entre environ 850 C et 1200 C, la proportion en poids sec du composé à base de carbone par rapport à la particule à base de métal étant d'au moins environ 100:1.  Thus, the application WO 86 / 03455A1 of Hyperion Catalysis International Inc. describes in particular the synthesis of CNTs. More particularly, the process comprises contacting a metal-based particle, such as in particular iron, cobalt or nickel, with a carbon-based gas compound at a temperature of between approximately 850 ° C. and 1200 ° C. the dry weight proportion of the carbon-based compound relative to the metal-based particle being at least about 100: 1.

D'un point de vue mécanique, les NTC présentent à la fois une excellente rigidité (mesurée par le module d'Young), comparable à celle de l'acier, tout en étant extrêmement légers. En outre, ils présentent d'excellentes propriétés de conductivité électrique et thermique qui permettent d'envisager de les utiliser comme additifs pour conférer ces propriétés à divers matériaux, notamment macromoléculaires, tels que les polyamides, le polycarbonate, les polyesters, le polystyrène, les polyéthyléther cétones et la polyéthylène imine.  From a mechanical point of view, the CNTs have both excellent stiffness (measured by the Young's modulus), comparable to that of steel, while being extremely light. In addition, they have excellent electrical and thermal conductivity properties that make it possible to consider using them as additives to impart these properties to various materials, in particular macromolecular materials, such as polyamides, polycarbonate, polyesters, polystyrene, polyethylether ketones and polyethylene imine.

Toutefois, les NTC s'avèrent difficiles à manipuler et à disperser, en raison de leur faible taille, de leur pulvérulence et éventuellement, lorsqu'ils sont obtenus par la technique de CVD, de leur structure enchevêtrée, d'autant plus importante que l'on cherche à augmenter leur productivité massique aux fins d'améliorer la production et de réduire le taux de cendres résiduelles. L'existence de fortes interactions de Van der Waals entre les nanotubes monoparois nuit également à leur dispersibilité et à la stabilité des suspensions obtenues.  However, CNTs are difficult to handle and disperse, because of their small size, their powderiness and possibly, when they are obtained by the CVD technique, their entangled structure, all the more important that the we are trying to increase their mass productivity in order to improve production and reduce the residual ash content. The existence of strong Van der Waals interactions between single-wall nanotubes also affects their dispersibility and the stability of the suspensions obtained.

Pour remédier à la mauvaise dispersibilité des NTC, qui affecte de manière importante les caractéristiques des composites qu'ils forment avec -_es matrices polymères dans lesquelles ils sont introduits, il a déjà été proposé différentes solutions dans l'état de la technique. Parmi celles-ci, on peut citer la sonication, qui n'a toutefois qu'un effet temporaire, ou l'ultrasonication qui a pour effet de couper en partie les nanotubes et de créer des fonctions oxygénées pouvant affecter certaines de leurs propriétés.  To remedy the poor dispersibility of CNTs, which significantly affects the characteristics of the composites they form with the polymer matrices into which they are introduced, various solutions have already been proposed in the state of the art. These include sonication, which has only a temporary effect, or ultrasonication which has the effect of partially cutting the nanotubes and creating oxygen functions that may affect some of their properties.

Il a en outre été suggéré de procéder à des mélanges dans un solvant de NTC avec des agents dispersants tels que des tensioactifs dont le dodécylsulfate de sodium (EP-1 495 171 ; VIGOLO B. et al, Science, 290 (2000), 1331 ; WANG J. et al, J. of Chem. Society, 125, (2003), 2408 ; MOORE, V.C. et al, Nanoletters, 3, (2003), 2408). Ces derniers ne permettent cependant pas de disperser de grandes quantités de NTC, des dispersions satisfaisantes ne pouvant être obtenues que pour des concentrations en NTC de moins de 2 ou 3 g/l. En outre, les tensioactifs sont susceptibles de désorber entièrement de la surface des NTC lors de l'étape de dialyse généralement mise en oeuvre pour éliminer l'excès de tensioactif dans la solution, ce qui a pour effet de déstabiliser la suspension obtenue.  It has furthermore been suggested to carry out mixtures in a CNT solvent with dispersing agents such as surfactants including sodium dodecyl sulphate (EP-1 495 171, VIGOLO B. et al., Science, 290 (2000), 1331). WANG J. et al., J. of Chem., Society, 125, (2003), 2408, MOORE, VC et al, Nanoletters, 3, (2003), 2408). These, however, do not allow to disperse large quantities of CNT, satisfactory dispersions can be obtained only for CNT concentrations of less than 2 or 3 g / l. In addition, the surfactants are capable of desorbing entirely from the surface of the CNTs during the dialysis step generally used to remove the excess of surfactant in the solution, which has the effect of destabilizing the suspension obtained.

De manière analogue, il a été suggéré d'utiliser des polymères hydrosolubles tels que la gomme arabique ou un copolymère de styrène et d'acrylate de t-butyle pour disperser des nanotubes de carbone monoparois dans l'eau ou l'éthanol, respectivement (WO 02/76888 et WO 2005/073305). Le premier de ces procédés nécessite :5 cependant l'emploi de grandes quantités de polymère et ne permet pas de stabiliser plus de 0,5 g/l de NTC.  Similarly, it has been suggested to use water-soluble polymers such as gum arabic or a copolymer of styrene and t-butyl acrylate to disperse single-walled carbon nanotubes in water or ethanol, respectively ( WO 02/76888 and WO 2005/073305). The first of these processes requires: however, the use of large amounts of polymer and does not stabilize more than 0.5 g / l of CNT.

Une autre solution, proposée notamment dans les demandes EP-1 359 121 et EP-1 359 169, a consisté à 10 réaliser une dispersion de NTC dans un solvant et un monomère et de procéder à une polymérisation in situ conduisant à l'obtention de NTC fonctionnalisés. Cette solution est toutefois complexe et peut s'avérer coûteuse en fonction des produits utilisés. Par ailleurs, les 15 opérations de greffage risquent d'abîmer la structure des nanotubes et, par conséquent, leurs propriétés électriques et/ou mécaniques (GARG A. et al, Chem. Phys. Lett. 295, (1998), 273).  Another solution, proposed in particular in Applications EP-1,359,121 and EP-1,359,169, was to make a dispersion of CNTs in a solvent and a monomer and to carry out an in situ polymerization leading to the obtaining of NTC functionalized. This solution is however complex and can be expensive depending on the products used. Moreover, the grafting operations may damage the structure of the nanotubes and, consequently, their electrical and / or mechanical properties (GARG A. et al., Chem Phys Lett, 295 (1998), 273).

20 Des exemples de tels procédés de greffage ont notamment été décrits par HADDON et al dans Science, (1998), 282, p. 95-98 et J. Phys. Chem., B2001, 105, p. 2525-2528 ; SUN et al dans Chem. Mater., 2001, 13, p. 2864-2869 ; CHEN et al. dans Carbcn, (2005), 43, 1778- 25 1814 ; QUIN et al dans Macromolecules, 2004, 37, p. 752- 757 ; ZHANG et al. dans Chem. Mater., 16(11) (2004), 2055-2061.  Examples of such grafting methods have been described in particular by HADDON et al in Science, (1998), 282, p. 95-98 and J. Phys. Chem., B2001, 105, p. 2525-2528; SUN et al in Chem. Mater., 2001, 13, p. 2864-2869; CHEN et al. in Carbone, (2005), 43, 1778-1814; QUIN et al in Macromolecules, 2004, 37, p. 752-757; ZHANG et al. in Chem. Mater., 16 (11) (2004), 2055-2061.

Parmi ces procédés, certains permettent plus 30 particulièrement de disperser des NTC dans l'éthanol éventuellement mélangé à de l'eau. Tel est le cas de ceux décrits par FERNANDO et al. dans of Nanoscience and Nanotechnology, 5(7), (2005), 1050-1054, conduisant à fonctionnaliser des NTC au moyen de poly(alcool vinylique) et par LIU et al dans Carbon, 43(7), (2005), 1470-1478, qui permettent un greffage de groupements trifluoroacétiques sur des NTC.  Among these methods, some allow more particularly to disperse CNTs in ethanol optionally mixed with water. This is the case of those described by FERNANDO et al. in Nanoscience and Nanotechnology, 5 (7), (2005), 1050-1054, leading to functionalization of CNTs by means of polyvinyl alcohol and by LIU et al in Carbon, 43 (7), (2005), 1470 1478, which allow a grafting of trifluoroacetic groups on CNTs.

On notera que les différentes techniques ci-dessus sont mises en oeuvre en présence d'une grande quantité de solvant qui n'est pas toujours compatible avec les applications envisagées et doit être ultérieurement éliminée.  It will be noted that the various techniques above are carried out in the presence of a large amount of solvent which is not always compatible with the envisaged applications and must be subsequently eliminated.

Une autre solution encore consiste à oxyder les nanotubes monoparois au moyen d'acide nitrique et à les disperser ensuite dans l'éthanol. Cette méthode, décrite par LEE et al. dans J. Phys. Chem. B, 109, (36), (2005), 17128-17133, a pour inconvénient de rejeter des effluents acides, ce qui n'est pas souhaitable du point de vue environnemental ou nécessite une étape de traitement supplémentaire.  Yet another solution is to oxidize single-walled nanotubes with nitric acid and then disperse them in ethanol. This method, described by LEE et al. in J. Phys. Chem. B, 109, (36), (2005), 17128-17133, has the disadvantage of rejecting acid effluents, which is undesirable from an environmental point of view or requires an additional processing step.

Un autre procédé de traitement chimique de NTC en vue d'améliorer leur dispersibilité, on l'occurrence dans l'éthylène glycol, a été divulgué dans la demande US 2002/0100578, qui consiste à traiter des NTC par une solution d'hypochlorite de sodium avant de les acidifier et de traiter les groupes hydroxyles de surface à l'aide de 2-chloroéthanol. Ce procédé est relativement complexe, notamment en raison de son nombre d'étapes.  Another method of chemical treatment of CNTs with a view to improving their dispersibility, which is the case in ethylene glycol, has been disclosed in the application US 2002/0100578, which consists in treating CNTs with a solution of hypochlorite of sodium before acidifying them and treating the surface hydroxyl groups with 2-chloroethanol. This process is relatively complex, especially because of its number of steps.

Il subsiste donc le besoin de proposer un procédé simple, peu coûteux et respectueux de l'environnement, permettant de préparer des suspensions de nanotubes de carbone, en particulier de NTC multiparois, à des concentrations de l'ordre de 0,1 à 10 g/1, sans affecter sensiblement leurs propriétés mécaniques et électriques. Il serait en outre avantageux que ces suspensions soient homogènes, suffisamment fluides pour que leur viscosité, mesurée à l'aide d'un viscosimètre de type capillaire ou de type Couette, ne dépasse pas 10 cP à 25 C et qu'elles ne présentent pas de grain de plus de 30 pm voire de plus de 20 pm.  There remains therefore the need to provide a simple, inexpensive and environmentally friendly process for preparing suspensions of carbon nanotubes, particularly multiwall NTC, at concentrations of the order of 0.1 to 10 g / 1, without substantially affecting their mechanical and electrical properties. It would be furthermore advantageous for these suspensions to be homogeneous, sufficiently fluid so that their viscosity, measured using a capillary-type or Couette-type viscometer, does not exceed 10 cP at 25.degree. C. and that they do not exhibit grain of more than 30 pm or more than 20 pm.

La Demanderesse a découvert que ce besoin pouvait être satisfait par la mise en oeuvre d'un procédé comprenant la mise en contact de nanotubes de carbone avec un homo- ou copolymère de vinylpyrrolidone, suivie d'un traitement mécanique.  The Applicant has discovered that this need could be satisfied by the implementation of a process comprising contacting carbon nanotubes with a homo- or copolymer of vinylpyrrolidone, followed by mechanical treatment.

La présente invention a ainsi pour objet un procédé de préparation d'une suspension alcoolique de nanotubes de carbone, comprenant : la mise en contact en milieu alcoolique desdits nanotubes avec au moins un dispersant constitué d'un homo- ou copolymère de vinylpyrrolidone, dans un rapport pondéral des nanotubes de carbone audit dispersant allant de 0,1 à moins de 2, et le traitement mécanique du mélange ainsi obtenu.  The subject of the present invention is thus a process for the preparation of an alcoholic suspension of carbon nanotubes, comprising: placing in an alcoholic medium said nanotubes with at least one dispersant consisting of a homo- or copolymer of vinylpyrrolidone, in a weight ratio of the carbon nanotubes to said dispersant ranging from 0.1 to less than 2, and the mechanical treatment of the mixture thus obtained.

Par milieu alcoolique on entend, au sens de la présente invention, tout milieu renfermant au moins un mono-alcool tel que l'éthanol ou l'isopropanol et/ou un glycol tel que l'éthylène glycol ou le propylène glycol et éventuellement un solvant miscible à l'alcool tel que de l'eau. On préfère que ce milieu ne soit constitué que des constituants précités et avantageusement qu'il ne renferme qu'un mono-alcool tel que ceux précités et éventuellement de l'eau en quantité de moins de 10% en poids.  For the purpose of the present invention, the term "alcoholic medium" means any medium containing at least one monoalcohol such as ethanol or isopropanol and / or a glycol such as ethylene glycol or propylene glycol and optionally a solvent. miscible with alcohol such as water. It is preferred that this medium consists only of the aforementioned constituents and advantageously that it contains only mono-alcohol such as those mentioned above and possibly water in an amount of less than 10% by weight.

Les nanotubes de carbone (ci-après, NTC) utilisables selon l'invention peuvent être du type monoparoi, à double paroi ou à parois multiples. Les NTC à double paroi peuvent notamment être préparés comme décrit par FLAHAUT et al dans Chem. Com. (2003), 1442. Les NTC à parois multiples peuvent de leur côté être préparés comme décrit dans le document WO 03/02456ä  The carbon nanotubes (hereinafter NTC) that can be used according to the invention can be of the single-wall, double-wall or multi-wall type. Double-wall CNTs may especially be prepared as described by FLAHAUT et al in Chem. Com. (2003), 1442. The multi-walled CNTs may in turn be prepared as described in WO 03/02456.

Ils ont habituellement un diamètre allant de 0,1 à 100 nm, de préférence de 0,4 à 50 nm et, mieux, de 1 à 30 nm et avantageusement une longueur de 0,1 à 10 }gym. Leur rapport longueur/diamètre est avantageusement supérieur à 10 et le plus souvent supérieur à 100. Leur surface spécifique est par exemple comprise entre 100 et 300 m2/g et leur densité apparente peut notamment être comprise entre 0,05 et 0,5 g/cm3 et plus préférentiellement entre 0,1 et 0,2 g/cm3. Les nanotubes de carbone multiparois peuvent par exemple comprendre de 5 à 15 feuillets et plus préférentiellement de 7 à 10 feuillets.  They usually have a diameter ranging from 0.1 to 100 nm, preferably from 0.4 to 50 nm, and more preferably from 1 to 30 nm and advantageously from 0.1 to 10 μm. Their length / diameter ratio is advantageously greater than 10 and most often greater than 100. Their specific surface area is, for example, between 100 and 300 m 2 / g and their apparent density may especially be between 0.05 and 0.5 g / g. cm3 and more preferably between 0.1 and 0.2 g / cm3. The multiwall carbon nanotubes may for example comprise from 5 to 15 sheets and more preferably from 7 to 10 sheets.

Un exemple de nanotubes de carbone bruts est notamment disponible dans le commerce auprès de la société ARKEMA sous la dénomination commerciale Graphistrength" C100.  An example of crude carbon nanotubes is in particular commercially available from ARKEMA under the trademark Graphistrength "C100.

Ces nanotubes peuvent être purifiés et/ou oxydés et/ou broyés, avant leur mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention.  These nanotubes may be purified and / or oxidized and / or milled before being used in the process according to the invention.

Le broyage des NTC peut être notamment effectué à froid ou à chaud et être réalisé selon les techniques connues mises en oeuvre dans des appareils tels que broyeurs à boulets, à marteaux, à meules, à couteaux, jet de gaz ou tout autre système de broyage susceptible de réduire la taille du réseau enchevêtré de NTC. On préfère que cette étape de broyage soit pratiquée selon une technique de broyage par jet de gaz et en particulier dans un broyeur à jet d'air.  The grinding of the CNTs can in particular be carried out cold or hot and be carried out according to the known techniques used in devices such as ball mills, hammers, grinders, knives, gas jet or any other grinding system likely to reduce the size of the entangled CNT network. It is preferred that this grinding step is performed according to a gas jet grinding technique and in particular in an air jet mill.

La purification des NTC bruts ou broyés peut être réalisée par lavage à l'aide d'une solution d'acide sulfurique, de manière à les débarrasser d'éventuelles impuretés minérales et métalliques résiduelles, provenant de leur procédé de préparation. Le rapport pondéral des NTC à l'acide sulfurique peut notamment être compris entre 1 :2 et 1 :3. L'opération de purification peut par ailleurs être effectuée à une température allant de 90 à 120 C, par exemple pendant une durée de 5 à 10 heures.  The purification of the crude or milled CNTs can be carried out by washing with a sulfuric acid solution, so as to rid them of any residual mineral and metal impurities originating from their preparation process. The weight ratio of CNTs to sulfuric acid may especially be between 1: 2 and 1: 3. The purification operation may also be carried out at a temperature ranging from 90 to 120 ° C., for example for a period of 5 to 10 hours.

Cette opération peut avantageusement être suivie d'étapes de rinçage à l'eau et de séchage des NTC purifiés.  This operation can advantageously be followed by steps of rinsing with water and drying the purified CNTs.

L'oxydation des NTC est avantageusement réalisée en mettant ceux-ci en contact avec une solution d'hypochlorite de sodium renfermant de 0,5 à 15% en poids de NaOC1 et de préférence de 1 à 10 en poids de NaOC1, par exemple dans un rapport pondéral des NTC à l'hypochlorite de sodium allant de 1:0,1 à 1:1. L'oxydation est avantageusement réalisée à une température inférieure à 60 C et de préférence à température ambiante, pendant une durée allant de quelques minutes à 24 heures. Cette opération d'oxydation peut avantageusement être suivie d'étapes de filtration et/ou centrifugation, lavage et séchage des NTC oxydés.  The oxidation of the CNTs is advantageously carried out by putting them in contact with a solution of sodium hypochlorite containing from 0.5 to 15% by weight of NaOCl and preferably from 1 to 10 by weight of NaOCl, for example in a weight ratio of CNTs to sodium hypochlorite ranging from 1: 0.1 to 1: 1. The oxidation is advantageously carried out at a temperature of less than 60 ° C. and preferably at ambient temperature, for a duration ranging from a few minutes to 24 hours. This oxidation operation may advantageously be followed by filtration and / or centrifugation, washing and drying steps of the oxidized CNTs.

Dans la première étape du procédé selon l'invention, les NTC (bruts ou broyés et/ou purifiés et/ou oxydés) sont mis en contact avec un dispersant comprenant un homo- ou copolymère de vinylpyrrolidone, renfermant de préférence au moins 50% en moles de monomère vinylpyrrolidone. On préfère selon l'invention que le dispersant soit constitué de polyvinylpyrrolidone. Celle-ci peut notamment avoir une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 10.000 à 100.000. Un tel polymère est notamment disponible auprès de la société CARBIOCHEM. Le rapport pondéral du dispersant aux NTC mis en oeuvre dans cette étape du procédé va de 0,1 :1 à moins de 2 :1 et par exemple de 0,15 :1 à 1,5 :1, de préférence de 0,2 :1 à 1 :1 et plus préférentiellement de 0,25 :1 à 0,5 :1. En outre, on préfère que la masse totale de dispersant et de NTC représente de 0,1 à 5% et plus préférentiellement de 0,5 à 2% du poids du milieu alcoolique.  In the first step of the process according to the invention, the CNTs (crude or crushed and / or purified and / or oxidized) are brought into contact with a dispersant comprising a homopolymer or copolymer of vinylpyrrolidone, preferably containing at least 50% by weight. moles of vinylpyrrolidone monomer. According to the invention, it is preferred that the dispersant be composed of polyvinylpyrrolidone. This may especially have a number average molecular weight ranging from 10,000 to 100,000. Such a polymer is especially available from the company CARBIOCHEM. The weight ratio of the dispersant to the CNTs used in this step of the process ranges from 0.1: 1 to less than 2: 1 and for example from 0.15: 1 to 1.5: 1, preferably from 0.2. : 1 to 1: 1 and more preferably 0.25: 1 to 0.5: 1. In addition, it is preferred that the total mass of dispersant and CNT is 0.1 to 5% and more preferably 0.5 to 2% of the weight of the alcoholic medium.

Dans la seconde étape du procédé selon l'invention, le mélange des NTC et du dispersant dans le milieu alcoolique est soumis à un traitement mécanique. Ce traitement peut être de nature quelconque, pour autant qu'il permette d'obtenir une dispersion homogène. On préfère selon l'invention que ce traitement comprenne un traitement aux ultrasons ou un cisaillement du mélange, avantageusement à l'aide d'un système rotor-stator.  In the second step of the process according to the invention, the mixture of the CNTs and the dispersant in the alcoholic medium is subjected to a mechanical treatment. This treatment can be of any kind, provided that it allows to obtain a homogeneous dispersion. It is preferred according to the invention that this treatment comprises ultrasonic treatment or shearing of the mixture, advantageously using a rotor-stator system.

Un tel système rotor-stator comprend généralement un rotor commandé par un moteur et pourvu de systèmes de guidage de fluide perpendiculaires à l'axe du rotor, tels que des lames ou pales disposées sensiblement radialement ou un disque plat pourvu de dents périphériques, ledit rotor étant éventuellement pourvu d'une couronne dentée, et un stator disposé de façon concentrique par rapport au rotor, et à une faible distance à l'extérieur de celui-ci, ledit stator étant équipé sur au moins une portion de sa circonférence d'ouvertures, ménagées par exemple dans une grille ou définissant entre elles une ou plusieurs rangées de dents, qui sont adaptées au passage du fluide aspiré dans le rotor et éjecté par les systèmes de guidage vers lesdites ouvertures. Une ou plusieurs des dents précitées peuvent être pourvues d'arêtes vives. Le fluide est ainsi soumis à un cisaillement important, à la fois dans l'entrefer entre le rotor et le stator et au travers des ouvertures ménagées dans le stator.  Such a rotor-stator system generally comprises a rotor driven by a motor and provided with fluid guiding systems perpendicular to the axis of the rotor, such as blades or blades arranged substantially radially or a flat disk provided with peripheral teeth, said rotor optionally being provided with a ring gear, and a stator arranged concentrically with respect to the rotor, and at a short distance outside thereof, said stator being provided on at least a portion of its circumference of openings , formed for example in a grid or defining between them one or more rows of teeth, which are adapted to the passage of fluid sucked into the rotor and ejected by the guide systems to said openings. One or more of the aforementioned teeth may be provided with sharp edges. The fluid is thus subjected to high shear, both in the gap between the rotor and the stator and through the openings in the stator.

Un tel système de rotor-stator est notamment commercialisé par la société SILVERSON sous la dénomination commerciale Silverson" L4RT. Un autre type de système rotor-stator est commercialisé par la société IKA-WERKE sous la dénomination commerciale Ultra-Turrax".  Such a rotor-stator system is in particular marketed by SILVERSON under the trademark Silverson "L4RT Another type of rotor-stator system is marketed by IKA-WERKE under the trade name Ultra-Turrax".

25 D'autres systèmes rotor-stator encore sont constitués des moulins colloïdaux, des turbines défloculeuses et des mélangeurs à fort cisaillement de type rotor-stator, tels que les appareils commercialisés par la société IKA-WERKE ou par la société ADMIX. 30 On préfère selon l'invention que la vitesse du rotor soit réglée à au moins 1.000 tours/min et de préférence à au moins 3000 tours/min voire à au moins 5.000 tours/min. En outre, on préfère que la largeur de l'entrefer entre20 le rotor et le stator soit de moins de 1 mm et de préférence de moins de 200 pm, plus préférentiellement de moins de 100 pm et, mieux, de moins de 50 pm voire de moins de 40 pm. Par ailleurs, le système rotor-stator utilisé selon l'invention confère avantageusement un cisaillement de 1.000 à 109 s-'.  Other rotor-stator systems still consist of colloid mills, deflocculating turbines and high-shear rotor-stator type mixers, such as the apparatus marketed by IKA-WERKE or the company ADMIX. It is preferred according to the invention that the rotor speed is set to at least 1000 rpm and preferably at least 3000 rpm or even at least 5,000 rpm. In addition, it is preferred that the width of the gap between the rotor and the stator is less than 1 mm and preferably less than 200 μm, more preferably less than 100 μm and more preferably less than 50 μm. less than 40 pm. Moreover, the rotor-stator system used according to the invention advantageously confers a shear of 1,000 to 109 seconds.

La présente invention a également pour objet la suspension susceptible d'être obtenue selon le procédé tel que décrit précédemment.  The present invention also relates to the suspension that can be obtained according to the method as described above.

La suspension selon l'invention peut notamment être utilisée pour le renforcement de matrices polymériques ; pour la fabrication de matériaux d'emballage de 1:5 composants électroniques (destinés par exemple au blindage électromagnétique et/ou à la dissipation antistatique), tels que des boîtiers de téléphones portables, des ordinateurs, des appareils électroniques embarqués sur les véhicules automobiles, ferroviaires ou 20 aériens ; pour la fabrication d'encres destinées à la connexion électrique entre deux composants électroniques ; ou pour la fabrication d'instruments médicaux, de conduites de carburant (essence ou diesel), de matériaux adhésifs, de revêtements antistatiques, de 25 thermistors, ou d'électrodes de diodes électroluminescentes, de cellules photovoltaïques ou de supercapacités.  The suspension according to the invention can in particular be used for the reinforcement of polymeric matrices; for the manufacture of packaging materials of 1: 5 electronic components (for example for electromagnetic shielding and / or antistatic dissipation), such as housings for mobile phones, computers, electronic devices on motor vehicles, rail or air; for the manufacture of inks for the electrical connection between two electronic components; or for the manufacture of medical instruments, fuel lines (gasoline or diesel), adhesive materials, antistatic coatings, thermistors, or electroluminescent diode electrodes, photovoltaic cells or supercapacitors.

La présente invention a donc également pour objet 30 l'utilisation de la suspension telle que définie précédemment aux fins précitées.  The present invention therefore also relates to the use of the suspension as defined above for the aforementioned purposes.

L'invention sera maintenant illustrée par les exemples non limitatifs suivants.  The invention will now be illustrated by the following nonlimiting examples.

EXEMPLES Exemple 1 : Préparation d'un échantillon de NTC bruts  EXAMPLES Example 1: Preparation of a sample of crude CNTs

On prépare un échantillon de NTC par Dépôt Chimique en phase Vapeur (CVD) à partir d'éthylène à 650 C, que l'on fait passer sur un catalyseur constitué de fer supporté sur de l'alumine. Le produit résultant de la réaction contient un taux de cendres, mesuré par perte au feu à 650 C sous air, de 7%. Cet échantillon, qui sera désigné par la suite par NTC1, contient 3% de Fe2O3 et 4% d' Al203, déterminés par analyse chimique.  A sample of NTC is prepared by vapor phase chemical deposition (CVD) from ethylene at 650 ° C., which is passed over an iron catalyst supported on alumina. The product resulting from the reaction contains a ash content, measured by loss on ignition at 650 ° C in air, of 7%. This sample, which will be designated subsequently by NTC1, contains 3% of Fe2O3 and 4% of Al2O3, determined by chemical analysis.

Exemple 2 : Préparation d'un échantillon de NTC purifiés  Example 2 Preparation of a Sample of Purified CNTs

On soumet 18,5 g de NTC1, obtenu comme décrit à l'Exemple 1, à une opération de purification dans 300 ml d'acide sulfurique à 14% en poids pendant 8 heures à 103 C. Une fois lavé à l'eau et séché, on obtient un produit, identifié par NTC2, contenant un taux de cendres de 2,6% (dont 2,5% de Fe2O3 et 0,1% d'Al2O3, déterminés par analyse chimique).  18.5 g of CNTC, obtained as described in Example 1, are subjected to a purification operation in 300 ml of 14% by weight sulfuric acid for 8 hours at 103 ° C. After washing with water and dried, a product, identified by NTC2, containing an ash content of 2.6% (2.5% Fe2O3 and 0.1% Al2O3, determined by chemical analysis) is obtained.

Exemple 3 : Préparation de suspensions alcooliques de NTC bruts en présence de PVP  Example 3 Preparation of Alcoholic Suspensions of Crude NTCs in the Presence of PVP

On a préparé différentes suspensions de NTC selon la méthode suivante : on a ajouté dans un bécher de la polyvinylpyrrolidone (PVP) de masse moléculaire 40.000 commercialisée par la société CARBIOCHEM avant de compléter le volume à 100 ml avec de l'éthanol. On a ensuite ajouté 1 g de nanotubes de carbone de type NTC1 tels que préparés à l'Exemple 1 et soumis le mélange aux ultrasons pendant 15 minutes, à une fréquence de 20 KHz, à l'aide d'un appareil Vibracell de la société BIOBLOCK, ayant une puissance électrique affichée de 300 W.  Different suspensions of CNTs were prepared according to the following method: polyvinylpyrrolidone (PVP) of molecular weight 40,000 sold by the company CARBIOCHEM was added to a beaker before the volume was added to 100 ml with ethanol. 1 g of carbon nanotubes of NTC1 type as prepared in Example 1 were then added and the mixture was sonicated for 15 minutes at a frequency of 20 KHz using a Vibracell apparatus of the company. BIOBLOCK, having a displayed electric power of 300 W.

Après 5 jours de repos à température ambiante, on a mesuré la concentration en nanotubes dans le surnageant et observé l'état de la dispersion, en particulier sa fluidité et la présence éventuelle de grains.  After standing for 5 days at room temperature, the concentration of nanotubes in the supernatant was measured and the state of the dispersion, in particular its fluidity and the possible presence of grains, was observed.

Les différentes suspensions testées, ainsi que les résultats obtenus, sont rassemblés dans le Tableau 1 ci-dessous.  The different suspensions tested, as well as the results obtained, are summarized in Table 1 below.

Tableau 1 Evaluation de suspensions de NTC1/PVP dans 1'éthanol Ex. Masse Durée Aspect PVP d'agitation (g) (min) Présence Fluidité NTC de de la dans le grains suspension surnageant (g/1) 1 0,1 15 Peu Pâteuse mais se 10 nombreux ré-homogénéise bien 2 0,1 30 Peu Très pâteuse 8,6 nombreux 3 0,3 15 Absents Fluide facile à 9,7 homogénéiser 4 1 15 Peu Raisonnablement 9 nombreux fluide mais difficile à homogénéiser 5 2 15 Nombreux -- -- 6 3 15 Nombreux -- -- Comme il ressort de ce tableau, les suspensions selon l'invention, présentant un rapport pondéral des NTC à la PVP de 0,1 à moins de 2, conduisent à des suspensions plus ou moins fluides, présentant peu de grains et une bonne concentration en NTC dans le surnageant, ce qui traduit la bonne dispersion des NTC dans l'éthanol.  Table 1 Evaluation of CNT1 / PVP suspensions in ethanol Ex. Mass Time Aspect PVP stirring (g) (min) Presence Fluidity NTC of the in the grains supernatant suspension (g / 1) 1 0.1 15 Few Pasty but many re-homogenized well 2 0.1 30 Very very pasty 8.6 many 3 0.3 15 Absent Easy fluid 9.7 homogenize 4 1 15 Little Reasonably 9 Many fluid but difficult to homogenize 5 2 15 Numerous Numerous - As is apparent from this table, the suspensions according to the invention, having a weight ratio of CNTs to PVP of from 0.1 to less than 2, lead to suspensions more or less fluid, with few grains and a good concentration of NTC in the supernatant, which reflects the good dispersion of CNTs in ethanol.

Exemple 4 : Préparation aux ultrasons d'une suspension alcoolique de NTC purifiés en présence de PVP  EXAMPLE 4 Ultrasonic Preparation of an Alcoholic Suspension of Purified NTCs in the Presence of PVP

On a préparé, de manière analogue à l'Exemple 3, une suspension de NTC (1 g) de type NTC2, obtenus comme décrit à l'Exemple 2, dans l'éthanol, en présence de PVP (0,3 g), qui a été soumise à 15 minutes d'agitation aux ultrasons.  A suspension of NTC (1 g) of NTC2 type, obtained as described in Example 2, in ethanol was prepared, in the same manner as in Example 3, in the presence of PVP (0.3 g), which was subjected to 15 minutes of ultrasonic agitation.

On a obtenu après 5 jours à température ambiante une suspension fluide et exempte de grains, présentant une concentration en nanotubes dans le surnageant de 10 g/l, donc conforme au résultat attendu.  After 5 days at room temperature, a fluid and grain-free suspension having a concentration of nanotubes in the supernatant of 10 g / l was obtained, thus in accordance with the expected result.

Exemple 5 : Préparation au mélangeur rotor-stator d'une suspension alcoolique de NTC purifiés en présence de PVP  Example 5 Preparation of the rotor-stator mixer of an alcoholic suspension of purified NTC in the presence of PVP

On a préparé une suspension de NTC (5 g) de type NTC2, 25 obtenus comme décrit à l'Exemple 2, dans l'éthanol, en présence de PVP (1,5 g), qui a été mélangée dans un système rotor-stator Silverson" L4RT.  A suspension of CNT (5 g) of the NTC2 type, obtained as described in Example 2, was prepared in ethanol in the presence of PVP (1.5 g), which was mixed in a rotor-rotor system. Silverson stator "L4RT.

Cet appareil se compose d'un rotor creux vertical de 31 mm de 30 diamètre et d'une grille concentrique faisant office de stator de 32 mm de diamètre, la dispersion s'écoulant radialement de l'intérieur vers l'extérieur de l'appareil. La 1 5 20 vitesse de rotation est de 7.000 tours/min, soit une vitesse périphérique d'environ 12 m/s.  This apparatus consists of a vertical hollow rotor 31 mm in diameter and a concentric grid acting as a stator 32 mm in diameter, the dispersion flowing radially from the inside to the outside of the apparatus . The rotation speed is 7,000 rpm, a peripheral speed of about 12 m / s.

L'opération commence avec une grille percée de petits trous carrés de 5 mm de côté afin de permettre un pompage rapide de la suspension, et se poursuit, après épaississement de la suspension, avec une grille percée de petits trous carrés de 2 mm de côté pendant 30 minutes. On opère ensuite une dilution à l'éthanol pour obtenir 1C g/1 de nanotubes de carbone. Après 5 jours de repos à température ambiante, la suspension est fluide, on n'observe pas de grains et la concentration en nanotubes dans le surnageant est de 9,8 g/l, soit très proche de la valeur attendue.  The operation begins with a grid pierced with small square holes of 5 mm side to allow rapid pumping of the suspension, and continues, after thickening of the suspension, with a grid pierced with small square holes of 2 mm side during 30 minutes. An ethanol dilution is then carried out in order to obtain 1 g / l of carbon nanotubes. After standing for 5 days at room temperature, the suspension is fluid, no grains are observed and the concentration of nanotubes in the supernatant is 9.8 g / l, very close to the expected value.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'une suspension alcoolique de nanotubes de carbone, comprenant : - la mise en contact en milieu alcoolique desdits nanotubes avec au moins un dispersant constitué d'un homo- ou copolymère de vinylpyrrolidone, dans un rapport pondéral des nanotubes de carbone audit dispersant allant de 0,1 à moins de 2, et - le traitement mécanique du mélange ainsi obtenu.  1. A process for preparing an alcoholic suspension of carbon nanotubes, comprising: - bringing into contact with said nanotubes an alcoholic medium with at least one dispersant consisting of a homo- or copolymer of vinylpyrrolidone, in a weight ratio of nanotubes of carbon to said dispersant ranging from 0.1 to less than 2, and the mechanical treatment of the mixture thus obtained. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nanotubes de carbone sont susceptibles d'être obtenus par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur.  2. Method according to claim 1, characterized in that the carbon nanotubes are obtainable by a chemical vapor deposition process. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les nanotubes de carbone ont un diamètre allant de 0,1 à 100 nm, de préférence de 0,4 à 50 nm et, mieux, de 1 à 30 nm.  3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon nanotubes have a diameter ranging from 0.1 to 100 nm, preferably from 0.4 to 50 nm and better still from 1 to 30 nm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les nanotubes de carbone ont une longueur de 0,1 à 10 }gym.  4. Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the carbon nanotubes have a length of 0.1 to 10 μm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les nanotubes de carbone sont des nanotubes bruts, purifiés à l'aide d'une solution d'acide sulfurique, oxydés à l'aide d'une solution d'hypochlorite de sodium et:/ou broyés à l'aide d'un broyeur à jet d'air. 17  5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the carbon nanotubes are crude nanotubes, purified with a sulfuric acid solution, oxidized with a solution sodium hypochlorite and / or crushed using an air jet mill. 17 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispersant est la polyvinylpyrrolidone.  6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the dispersant is polyvinylpyrrolidone. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport pondéral du dispersant aux nanotubes de carbone mis en oeuvre va de 0,15 :1 à 1,5 :1, de préférence de 0,2 :1 à 1 :1 et plus préférentiellement de 0,25 :1 à 0,5 :1.  7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the weight ratio of dispersant to carbon nanotubes used ranges from 0.15: 1 to 1.5: 1, preferably 0.2 : 1 to 1: 1 and more preferably 0.25: 1 to 0.5: 1. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la masse totale de dispersant et de nanotubes de carbone représente de 0,1 à 5% et plus préférentiellement de 0,5 à 2% du poids du milieu alcoolique.  8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the total mass of dispersant and carbon nanotubes represents from 0.1 to 5% and more preferably from 0.5 to 2% of the weight of the medium. alcoholic. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le traitement mécanique comprend un traitement aux ultrasons ou un cisaillement du mélange à l'aide d'un système rotor- stator.  9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the mechanical treatment comprises an ultrasonic treatment or shearing of the mixture using a rotor-stator system. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la vitesse du rotor est réglée à au moins 1.000 tours/min et de préférence à au moins 3000 tours/min voire à au moins 5.000 tours/min.  10. The method of claim 9, characterized in that the speed of the rotor is set to at least 1,000 rpm and preferably at least 3000 rpm or even at least 5,000 rpm. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la largeur de l'entrefer entre le rotor et le stator est de moins de 1 mm et de préférence de moins de 200 pm, plus préférentiellement de moins de 100 pm et, mieux, de moins de 50 pm voire de moins de 40 gm.  11. The method of claim 9 or 10, characterized in that the width of the gap between the rotor and the stator is less than 1 mm and preferably less than 200 pm, more preferably less than 100 pm and, better, less than 50 pm or even less than 40 gm. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le système rotor-stator confère un cisaillement de 1.000 à 109 s-1.  12. Method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the rotor-stator system provides a shear of 1,000 to 109 s-1. 13. Suspension susceptible d'être obtenue suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 10  13. A suspension obtainable by the process according to any one of claims 1 to 12. 14. Utilisation de la suspension selon la revendication 13 pour le renforcement de matrices polymériques ; pour la fabrication de matériaux d'emballage de composants électroniques (destinés par exemple au blindage électromagnétique et/ou à la 15 dissipation antistatique), tels que des boîtiers de téléphones portables, des ordinateurs, des appareils électroniques embarqués sur les véhicules automobiles, ferroviaires ou aériens ; pour la fabrication d'encres destinées à la connexion électrique entre deux composants 20 électroniques ; ou pour la fabrication d'instruments médicaux, de conduites de carburant (essence ou diesel), de matériaux adhésifs, de revêtements antistatiques, de thermistors, ou d'électrodes de diodes électroluminescentes, de cellules photovoltaïques ou de 25 supercapacités.  14. Use of the suspension according to claim 13 for reinforcing polymeric matrices; for the manufacture of packaging materials for electronic components (for example for electromagnetic shielding and / or antistatic dissipation), such as housings for mobile telephones, computers, electronic devices on board motor vehicles, railroad vehicles or aerial; for the manufacture of inks for the electrical connection between two electronic components; or for the manufacture of medical instruments, fuel lines (gasoline or diesel), adhesive materials, antistatic coatings, thermistors, or electroluminescent diode electrodes, photovoltaic cells or supercapacitors.
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