Спосіб отримання продукту з вуглецю та продукт

1 Способ получения продуїсга из углерода, имеющего органическую группу, присоединенную к углеродному материалу, по которому проводят реакцию, по меньшей мере, одной соли диазония с углеродным материалом, выбранным из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля, отличающийся тем, что реакцию проводят в отсутствие приложенного извне электрического тока, достаточного для того, чтобы восстановить соль диазония 2 Способ по п 1, отличающийся тем, что реакцию осуществляют в апротонной среде 3 Способ по п 1, отличающийся тем, что реакцию осуществляют в протонной среде 4 Способ по п 1, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ 5 Способ получения продукта из углерода, имеющего органическую группу, присоединенную к углеродному материалу, по которому проводят реакцию, по меньшей мере, одной соли диазония с углеродным материалом, выбранным из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля, отличающийся тем, что реакцию проводят в протонной реакционной среде 6 Способ по п 5, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ из первичного амина 7 Способ по п 6, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ путем реакции первичного амина, нитрита и кислоты 8 Способ по п 7, отличающийся тем, что нитрит является нитритом металла, и используют один эквивалент кислоты 9 Способ по п 6, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ путем реакции первичного амина с нитритом, и первичный амин содержит группу сильной кислоты 10 Способ по п 6, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ путем реакции первичного амина с водным раствором диоксида азота 11 Способ по п 6, отличающийся тем, что протонная среда является водной средой, и первичный амин является амином формулы AyArNH2, в которой Аг является ароматическим радикалом, выбираемым из группы, состоящей из фенила, нафтила, антраценила, фенантренила, дифенила и пиридинила, А независимо является заместителем в ароматическом радикале, выбранным из функциональной группы, выбираемой из группы, состоящей из OR, COR, COOR, OCOR, COONa, COOK, COO"NR£, галогена, CN, NR2, Sn, SO3H, SO3Na, SO3K, NR(COR), CONR2,NO2, PO3H2, PO3HNa, PO3Na2, N=NR, N$X" , NR^X" О и PR^X", и линейного разветвленного или циклического углеводородного радикала, незамещенного или замещенного одной или несколькими указанными функциональными группами, R независимо представляет водород, СгС2о-алкил или арил, п - целое число от 1 до 8, Х~ - галогенид или анион, произведенный из минеральной или органической кислоты, и у - целое число от 1 до 5, когда Аг представляет собой фенил, от 1 до 7, когда Аг представляет собой нафтил, от 1 до 9, когда Аг представляет собой антраценил, фенантренил или дифенил, или от 1 до 4, когда Аг представляет собой пиридинил 12 Способ по п 5, отличающийся тем, что соль диазония образуют in situ 13 Способ по п 5, отличающийся тем, что соль диазония образуют из первичного амина отдельно от стадии реакции 14 Способ по п 5, отличающийся тем, что протонной реакционной средой является водная (О ю 00 48156 среда 15 Способ по п 5, отличающийся тем, что органическая группа соли диазония является замещенной или незамещенной, и ее выбирают из группы, состоящей из алифатической группы, циклической органической группы, или органического соединения, имеющего алифатическую часть и циклическую часть Данное изобретение относится к способу получения продуктов из углерода Способ включает в себя проведение реакции соли диазония с углеродным материалом с получением продукта из углерода, имеющего органическую группу, присоединенную к углеродному материалу Углеродный материал выбирают из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля Предпосылки создания изобретения Углеродные материалы применяются в широком разнообразии промышленных областей и продуктов К этим углеродным материалам относятся, например, графитный порошок, графитированные волокна, углеродные волокна, углеродная ткань, продукты из стеклообразного углерода и продукты из активированного угля Многие из применений этих углеродных материалов обсуждаются ниже Графитный порошок, кроме своего использования как "грифель" в карандашах, имеет множество применений в разнообразных отраслях, включая электрические, химические, металлургические и ракетные компоненты Изготовленные из графита углероды используют в сталеплавильных печах и при электролитическом производстве хлора, хлоратов, магния и натрия Графит также используют для изготовления металлургических изложниц и тиглей, а также химических реакторов В области ракетостроения графит используют для изготовления моторных сопел ракет и их защитных головных частей Подобным образом, графитированные волокна и углеродные волокна используют для множества применений Короткие или резаные волокна часто используют как арматуру при литьевом формовании, а также в автомобильных тормозах, где требуется их хорошее сопротивление истиранию Графитированные или углеродные волокна с высокими технологическими качествами используют в структурных композитах, в особенности в композитах, используемых в аэрокосмической области Эти волокна также нашли широкое применение в спортивных товарах, таких как удилища, клюшки для игры в гольф и теннисные ракетки Углеродная ткань или маты просто являются текстильными продуктами, образованными из длинных волокон углерода или графита Они полезны в таких областях, как рассеивание электростатики в коврах или мебели, имеющей отношение к компьютерам, электромагнитное 4 16 Способ по п 5, отличающийся тем, что протонной реакционной средой является вода 17 Способ по п 5, отличающийся тем, что протонной средой является среда на основе спирта 18 Продукт из углерода, полученный согласно способу по п 1 19 Продукт из углерода, полученный согласно способу по п 5 экранирование и окраска в электростатическом попе частей автомобилей, полученных путем листового формования Вследствие их низкой теплопроводности они также находят применение в области ракетных компонентов Стеклообразный углерод используют при производстве электротоваров, таких как электроды, и механических товаров, таких как тигли Активированный уголь проявляет великолепные адсорбционные свойства, и поэтому его используют для того, чтобы улучшить цвет произведенных химикатов, масел и жиров, для того, чтобы регулировать цвет, запах и вкус воды, напитков и пищи Эти адсорбирующие газы угли также пригодны в процессах разделения газов, извлечения паров растворителей, в системах кондиционирования воздуха, и в противогазах В течение нескольких последних десятилетий много сип было потрачено на то, чтобы модифицировать химию поверхности углеродных материалов Хотя есть возможность физически нанести адсорбированный материал на поверхность углеродного материала, существенно более сложно навсегда изменить химию его поверхности В патентной заявке РСТ N WO 92/13983 описан способ модификации поверхностей углеродсодержащих материалов путем электрохимического восстановления солей диазония Сообщается, что способ применим, в частности, в отношении углеродных пластин и углеродных волокон для композиционных материалов Также описаны углеродсодержащие материалы, модифицированные посредством данного способа Электрохимическое восстановление солей диазония, содержащих арильные радикалы с введенными функциональными группами, для ковалентной модификации углеродных поверхностей также описано Delmar и др в J Am Chem Soc , 1992, 114, 5883-5884 В соответствии с WO 92/13983, способ модификации поверхности углеродсодержащего материала заключается в прививке ароматической группы к поверхности указанного материала путем электрохимического восстановления соли диазония, включающей эту ароматическую группу Углеродсодержащий материал приводят в контакт с раствором соли диазония в апротонном растворителе, и он отрицательно заряжен по отношению к аноду, который также находится в контакте с раствором соли диазония Сообщается, что при применении протонного растворителя в электрохимическом процессе не получается предполагаемый 48156 продукт, в результате восстановления тройной диазониевой связи с получением гидразина Несмотря на эту технологию, остается потребность модифицировать химию поверхности углеродных материалов и придать им требуемые свойства Краткое изложение сущности изобретения В соотетствии с вышесказанным, настоящее изобретение относится к способам получения продукта из углерода, имеющего органическую группу, присоединенную к углеродному материалу, выбранному из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля Один из способов включает стадию проведения реакций, по меньшей мере, одной сопи диазония с углеродным материалом в отсутствии приложенного извне электрического тока, достаточного для того, чтобы восстановить соль диазония Другой способ включает в себя стадию проведения реакции, по меньшей мере, одной сопи диазония с углеродным материалом в протонной реакционной среде В последующем описании представлены дополнительные признаки и преимущества изобретения Эти функции будут очевидны из этого описания, или о них можно будет узнать при описанном практическом воплощении изобретения Цепи и другие преимущества будут реализованы и достигнуты посредством способов, продуктов и композиций, особенно указанных в нижеприведенном описании и в прилагаемой формуле изобретения Подробное описание Способы получения продукта из углерода В первом варианте воплощения изобретения предлагаются способы получения продукта из углерода, имеющего органическую группу, которая присоединена к углеродному материалу Углеродный материал выбирают из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля Один из способов включает стадию проведения реакции, по меньшей мере, одной сопи диазония с углеродным материалом в отсутствии приложенного извне электрического тока, достаточного для того, чтобы восстановить соль диазония То есть, реакция между солью диазония и углеродным материалом протекает без внешнего источника электронов, достаточного для того, чтобы восстановить соль диазония В способах по изобретению можно использовать смеси различных солей диазония Этот способ можно осуществить в различных условиях реакции и в любом типе реакционных сред, включая как протонные, так и апротонные системы растворителей, или же суспензии По другому способу, по меньшей мере, одна соль диазония реагирует с углеродным материалом в протонной реакционной среде В данном способе по изобретению можно использовать смеси различных солей диазония Этот способ также можно осуществить в разнообразных условиях реакции В обоих способах соль диазония предпочтительно, образуют in situ Если это требуется, то в любом из способов продукт из углерода можно выделить и высушить средствами, известными на уровне техники Кроме того, конечный продукт из углерода можно обработать для того, чтобы удалить примеси с помощью известных методик Различные предпочтительные варианты осуществления данных способов обсуждены ниже и показаны в примерах Углеродные материалы, используемые в способах по данноному изобретению, выбирают из графитного порошка, графитированного волокна, углеродного волокна, углеродной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля Конечные продукты из углерода можно использовать в применениях, известных для необработанных углеродных материалов, таких как те, которые обсуждались выше Что более важно, способы по данному изобретению можно использовать для того, чтобы получать продукты из углерода, имеющие выгодные свойства, не связанные с необработанными углеродными материалами Способы по настоящему изобретению можно осуществить в очень разнообразных условиях, и как правило, они не ограничены каким-либо конкретным условием Условия реакции могут быть такими, что конкретная соль диазония является достаточно устойчивой для того, чтобы была возможность ее реакции с углеродным материалом Таким образом, способы можно осуществить при условиях реакции, когда соль диазония является короткоживущей Реакция между солью диазония и углеродным материалом происходит, например, в широком интервале рН и температуры Способы можно осуществить при кислом, нейтральном или основном рН Предпочтительно, чтобы рН был от примерно 1 до 9 Температура реакции может предпочтительно, лежать в интервале от 0°С до 100°С Как известно на уровне техники, сопи диазония могут быть образованы, например, путем реакции первичных аминов с водными растворами азотистой кислоты Общее обсуждение солей диазония и способов их получения можно найти в Morrison and Boyd,Organic Chemistry (Органическая химия), 5-е издание, стр 973-983 (Allyn and Bacon, Inc, 1987) и March, Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms, and Structures (Углубленная органическая химия реакции, механизмы и структуры) 4-е изд , (Wiley, 1992) В соответствии с данным изобретением, соль диазония является органическим соединением, содержащим одну или более диазониевых групп В способах по изобретению, соль диазония можно получить перед реакцией с углеродным материалом, или, более предпочтительно, образовать in situ с применением методик, известных на уровне техники Образование in situ также позволяет использовать нестабильные соли диазония, такие как соли алкилдиазония, и избежать не являющейся необходимой работы или манипуляции с солью диазония В особенно предпочтительных способах по данному изобретению как азотистую кислоту, так и соль диазония образуют in situ Как известно на уровне техники, соль диазония можно образовать путем проведения реакции первичного амина, нитрита и кислоты Нитрит может быть любым нитритом металла, предпочтительно, нитритом лития, нитритом натрия, нитритом калия или нитритом цинка, или же он может быть любым органическим нитритом, таким как, например, изоамилнитрит или этилнитрит Кислота может быть любой кислотой, неорганической или органической, которая эффективна при образовании соли диазония К предпочтительным кислотам относятся азотная кислота, НІЧОз, хлористоводородная кислота, НСІ, и серная кислота H2SO4 Кроме того, соль диазония можно образовать путем реакции первичного амина с водным раствором диоксида азота Водный раствор диоксида азота, NO2/H2O, приводит к азотистой кислоте, необходимой для образования сопи диазония Образование сопи диазония в присутствии избытка HCI может быть менее предпочтительным, чем другие альтернативы, поскольку HCI является коррозионной по отношению к нержавеющей стали Образование сопи диазония с помощью NO2/H2O обладает тем дополнительным преимуществом, что оно менее коррозионно по отношению к нержавеющей стали или другим металлам, которые обычно используют для реакторов Образование с применением H2SO4/NaNO2 или HNO3/NaNO2 также является относительно некоррозионным Как правило, при образовании сопи диазония из первичного амина, нитрита и кислоты на амин требуется два эквивалента кислоты В процессе in situ соль диазония можно образовывать с применением одного эквивалента кислоты Когда первичный амин содержит группу сильной кислоты, добавление отдельной кислоты в способах по изобретению может не потребоваться Группа кислоты или группы первичного амина могут обеспечить один или оба требуемых эквивалента кислоты Когда первичный амин содержит группу сильной кислоты, то в способе по изобретению для образования сопи диазония in situ предпочтительно, добавляют от ноля до одного эквивалента дополнительной кислоты Одним из примеров такого первичного амина является парааминобензолсульфокислота (сульфаниловая кислота) Обычно соли диазония являются термически неустойчивыми Как правило, их получают в растворе при низких температурах, например при 05°С, и используют без выделения сопи Нагревание растворов некоторых солей диазония может привести к выделению азота и образованию либо соответствующих спиртов в кислых средах, либо органических свободных радикалов в основных средах Однако, для того, чтобы воплотить способ по изобретению, соль диазония должна быть только достаточно стабильной для того, чтобы позволить провести реакцию с углеродным материалом Таким образом, способы по настоящему изобретению можно осуществить с некоторыми солями диазония, которые в иных случаях рассматриваются как неустойчивые и подверженные разложе 48156 8 нию Некоторые процессы разложения могут конкурировать с реакцией между углеродным материалом и сопью диазония и могут снизить общее число органических групп, присоединенных к углеродному материалу Кроме того, реакцию можно проводить при повышенных температурах, когда многие соли диазония могут быть подвержены разложению При повышенных температурах также может выгодно повыситься растворимость соли диазония в реакционной среде, и улучшиться работа с ней во время процесса Однако, повышенные температуры могут привести к некоторой потере сопи диазония вследствие других процессов разложения Способы по изобретению можно осуществить путем добавления реагентов с образованием сопи диазония in situ к смеси или суспензии углеродного материала в реакционной среде, например в воде Таким образом, смесь или суспензия, которую будут использовать в способе по изобретению, может уже содержать один или более реагентов для образования сопи диазония, и способ по изобретению осуществляется путем добавления оставшихся реагентов Реакции с образованием соли диазония совместимы с большим разнообразием функциональных групп, которые обычно можно обнаружить в органических соединениях Таким образом, способы по изобретению ограничиваются только доступностью соли диазония для реакции с углеродным материалом Способы по данному изобретению можно осуществить в любой реакционной среде, которая позволяет протекать реакции между солью диазония и углеродным материалом Реакционная среда, предпочтительно, является системой на основе растворителей Растворитель может быть протонным растворителем, апротонным растворителем, или смесью растворителей Протонными растворителями являются растворители, подобные воде или метанолу, которые содержат водород, присоединенный к кислороду или азоту, и таким образом, являются достаточно кислотными, чтобы образовывать водородные связи Апротонными растворителями являются растворители, которые не содержат кислого водорода К апротонным растворителям относятся, например, такие растворители, как гексаны, тетрагидрофуран (ТГФ), ацетонитрил и бензонитрил Обсуждение протонных и апротонных растворителей приводится в Morrison and Boyd, Organic Chemistry (органическая химия) 5-е издание, стр 228-231 (Allyn and Bacon, Inc , 1987) Способы по данному изобретению, предпочтительно, осуществляют в протонной реакционной среде, то есть в одном протонном растворителе или в смеси растворителей, которая содержит, по меньшей мере, один протонный растворитель Предпочтительные протонные среды включают воду, водные среды, содержащие воду и другие растворители, спирты, любые среды, содержащие спирт, или смеси таких сред, но не ограничены ими Как правило, в способах по изобретению образуются неорганические побочные продукты, такие как сопи В некоторых конечных применени 48156 10 риалу в реакции между солью диазония и углеродным материалом, может уменьшиться Когда органическая группа является замещенной, она может содержать любую функциональную группу, совместимую с образованием сопи диазония Примеры включают [группы] OR, + COR, COOR, OCOR, COONa, COOK, COO NR 4 галоген, CN, NR2, S, SO3H, SO3Na, SO3K, SO + NR(COR), CONR2, NO2, PO3H2, PO3HNa, 3 NR 4 , + + PO3Na2, N=NR, NR 3X и PR 3 X, но не ограничены ими R независимо является водородом, С1С20алкилом (разветвленным или неразветвленным), или же арилом Целое число п находится в интервале от 1-8, и предпочтительно от 2-4 Анион X является галогенидом или анионом, произведенным из минеральной или органической кислоты Примером органической группы является ароматическая группа формулы АуАг-, которая соответствует первичному амину формулы AyArNbb В этой формуле переменные имеют следующие значения Аг является ароматическим радикалом, выбираемым из группы, состоящей из фенила, нафтила, антраценила, фенантренила, Кроме неорганических побочных продуктов, в дифенила и пиридинила, А является заместитеспособе по изобретению могут также образовылем в ароматическом радикале, независимо вываться органические побочные продукты Их можбираемым из вышеописанной предпочтительной но удалить, например путем экстракции органичефункциональной группы, или -же А является лискими растворителями Специалистам могут быть нейным, разветвленным или циклическим углевоизвестны и другие способы дородным радикалом (предпочтительно, содерПродукты из углерода жащим до 20 углеродов), незамещенным или Реакция между солью диазония и углеродным замещенным одной или несколькими этими функматериалом в соответствии со способом по данциональными группами, и У является целым чисному изобретению приводит к образованию пролом от 1 до 5, когда Аг представляет собой фенил, дукта из углерода, имеющего органическую групот 1 до 7 когда Аг представляет собой нафтил, от пу, присоединенную к углеродному материалу, 1 до 9 когда Аг представляет собой антраценил, выбранному из графитного порошка, графитирофенантренил ипи дифенил, или от 1 до 4 когда Аг ванного волокна, углеродного волокна, углеродпредставляет собой пиридинил ной ткани, продукта из стеклообразного углерода и продукта из активированного угля Соль диазоДругое множество органических групп, котония может содержать органическую группу, которые можно присоединить к углеродному материарую присоединяют к саже Органическая группа лу, представляет собой органические группы, заможет быть алифатической группой, циклической мещенные ионной или способной ионизироваться органической группой или органическим соединегруппой в качестве функциональной группы Спонием, имеющим алифатическую часть и цикличесобная ионизироваться группа является группой, скую часть Как обсуждалось выше, соль диазокоторая может образовать ионную группу в исния, которую используют в способах по пользуемой среде Ионная группа может быть изобретению, может быть произведена из первичанионной группой или катионной группой, и споного амина, имеющего одну такую группу и способная ионизироваться группа может образовысобного образовывать, даже промежуточно, соль вать анион или катион диазония Органическая группа может быть замеК числу способных ионизироваться функциощенной или незамещенной, разветвленной или нальных групп, образующих анионы, относятся, неразветвленной К алифатическим группам отнонапример, кислотные группы или сопи кислотных сятся например, группы произведенные из алкагрупп Таким образом, органические группы вклюнов, алкенов, спиртов, простых эфиров, альдегичают в себя группы, произведенные от органичедов, кетонов, карбоновых кислот и углеводов ских кислот Когда органическая группа содержит Циклические органические группы включают алиспособную ионизироваться группу, образующую циклические углеводородные группы (например, анион, такая органическая группа предпочтительциклоалкилы, циклоалкенилы) гетероциклические но, имеет а) ароматическую группу и б) по меньуглеводородные группы (например пирролидинил, шей мере, одну кислотную группу, имеющую рКа пирролинил, пиперидинил, морфолинил и т п), менее 11, или по меньшей мере, одну соль киарильные группы (например, фенил, нафтил, анслотной группы, имеющей рКа менее 11, или траценил и т д ) и гетероарильные группы (имидасмесь, по меньшей мере, одной кислотной группы, золил, пиразолил, пиридинил, тиенил, тиазолил, имеющей рКа менее 11 и по меньшей мере, одну фурил, индолил и т п), но не ограничены ими соль кислотной группы, имеющей рКа менее 11 Когда стерическое затруднение замещенной оргарКа кислотной группы относится к рКа органиченической группы увеличивается, число органической группы в цепом, а не только к кислотному ских групп, присоединенных к углеродному матезаместителю Более предпочтительно, если рКа ях, таких как обсуждаемые ниже, эти побочные продукты могут быть нежелательными и вызывать проблемы Некоторые из возможных путей получения продукта из углерода в соответствии со способом по изобретению, без нежелательных неорганических побочных продуктов или солей, заключаются в следующем Во-первых, соль диазония можно очистить перед применением путем удаления нежелательных неорганических побочных продуктов с применением средств, известных на уровне техники Вовторых, соль диазония можно образовывать с применением органического нитрита в качестве диазотирующего агента с образованием соответствующего спирта, а не неорганической сопи Втретьих, когда соль диазония образуют из амина, содержащего кислотную группу, и водного NO2, неорганические соли не образуются В-четвертых, неорганические побочные продукты можно удалить путем промывания подходящим растворителем Специалистам могут быть известны и другие способы 12 11 48156 меньше 10 и более предпочтительно - меньше 9 лярных органических растворителях, таких как Предпочтительно, чтобы ароматическая группа д и мети л сульфоксид (ДМСО) и формамид органической группы была непосредственно приСпособность продукта из углерода диспергисоединена к саже Ароматическая группа может роваться в воде повышается с увеличением числа быть дополнительно замещена или не замещена, органических групп, имеющих способную ионизинапример, алкильными группами Более предпочроваться группу, присоединенную к углеродному тительно, органическая группа является фенильматериалу, или когда большее число способных ной или нафтильной группой, а кислотная группа ионизироваться групп присоединено к данной орявляется группой сульфоновой кислоты, группой ганической группе Таким образом, увеличение сульфиновой кислоты, группой фосфоновой кичисла способных ионизироваться групп, связанслоты или группой карбоновой кислоты Примеры ных с продуктом из углерода, должно повышать таких кислотных групп и их солей обсуждались его способность диспергироваться в воде Можно выше Бопее предпочтительно, чтобы органичезаметить, что способность диспергироваться в ская группа была замещенной или незамещенной воде продукта из углерода, содержащего амин как сульфофенильной группой или ее сопью, замеорганическую группу, присоединенную к углеродщенной или незамещенной (полисульному материалу, может быть увеличена путем фо)фенильной группой или ее сопью, замещенной подкисления водной среды Поскольку способили незамещенной сульфонафтильной группой ность продукта из углерода диспергироваться в или ее сопью, или же замещенной или незамеводе в некоторой степени зависит от стабилизащенной (полисульфо)нафтильной группой или ее ции зарядом, предпочтительно, чтобы ионная сисопью Предпочтительной замещенной супьфопа водной среды была меньшей, чем 0,1фенипьной группой является оксисульфофенильмолярная Более предпочтительно, чтобы ионная ная группа или ее соль сила была меньшей, чем 0,01-молярная Конкретными органическими группами, имеющими способную ионизироваться функциональную группу, образующую анион (и их соответствующими первичными аминами для применения в способе по изобретению), являются псульфофенил (п-сульфаниловая кислота), 4-окси3-сульфофенип(2-окси-5аминобензолсульфокислота) и 2-сульфоэтил (2аминоэтансульфокислота) Амины представляют примеры способных ионизироваться функциональных групп, которые образуют катионные группы Например, амины могут быть протонированы для того, чтобы образовать аммонийные группы в кислых средах Органическая группа, содержащая замещающую аминогруппу, предпочтительно, имеет рКв менее 5 Примеры катионных групп представлены также четвертичными аммонийными группами (-NR+3) и четвертичными фосфониевыми группами (-PR+3) Предпочтительно, чтобы органическая группа содержала ароматическую группу, такую как фенильную или нафтинильную группу, и группу четвертичного аммония или четвертичного фосфония Ароматическая группа, предпочтительно, непосредственно присоединена к саже В качестве органической группы можно также использовать кватернизованные циклические амины и даже кватернизованные ароматические амины Таким образом, в связи с этим можно использовать N-замещенные пиридиниевые соединения, такие как N-метилпиридил Преимущество углеродных материалов, имеющих присоединенную органическую группу, замещенную ионной или способной ионизироваться группой, заключается втом, что продукт из углерода может обладать повышенной способностью диспергироваться в воде по отношению к соответствующему необработанному углеродному материалу Кроме своей способности диспергироваться в воде, углеродные продукты, имеющие органическую группу, замещенную ионной или способной ионизироваться группой, могут также обладать способностью диспергироваться в по Когда такой способный диспергироваться в воде продукт из углерода получают посредством способа по изобретению, предпочтительно, чтобы ионные или способные ионизироваться группы были ионизированы в реакционной среде В альтернативном случае, продукт из углерода можно высушить путем методик, используемых для обычных углеродных материалов Однако, пересушивание может привести к потере степени способности диспергироваться в воде Другая группа предпочтительных органических групп охватывает ароматические сульфиды Углеродные продукты, имеющие ароматические сульфидные группы, особенно пригодны в каучуковых композициях или в других композициях, имеющих реакционноспособные олефиновые группы Эти ароматические сульфиды могут быть представлены формулами -Ar-Sn-Ar' или -Ar-SnАг", где Аг и Аг' независимо представляют ариленовые группы, Аг" -арил, и п имеет значение от 1 до 8 Предпочтительные ариленовые группы включают фениленовые группы, в частности, пфениленовые группы Предпочтительные арильные группы включают в себя фенил и нафтил Число присутствующих атомов серы, определенное числом п, предпочтительно, лежит в интервале от 2 до 4 Особенно предпочтительными ароматическими сульфидными группами являются бис-п-(С6Н4)-32-(СбН4)- и п-( C6H4)-S2-( С6Н5) Соли диазония данных ароматических сульфидных групп можно обычным образом получить из соотетствующих им первичных аминов, bbN-Ar-Sn-Ar '-NH2 или H2N-Ar-Sx-Ar" Применение продуктов из углерода Продукты из углерода по данному изобретению можно использовать в тех же применениях, что и соответствующие необработанные углеродные материалы Однако, органические группы, присоединенные к углеродному материалу, можно использовать для того, чтобы модифицировать и улучшить свойства данного углеродного материала для конкретного применения Также можно выбрать органические группы дня связывания с под 14 13 48156 ложкой, на которой используют данный углеродгруппы присоединены к продуету из графитного ный материал Это связывание может принимать порошка форму реакции с подложкой посредством такого ПРИМЕРЗ процесса как, например вулканизация, нейтралиПолучение продуета из графитного порошка зация, комплексообразование или полимеризация В данном примере иллюстрируется получение Примером является углеродный материал, продуета из графитного порошка с использованиимеющий ІЧНг-группьі, для применения в матеем способа по настоящему изобретению Раствор риалах на основах эпоксидных смол п-ІЧНзСбІ^МгСЬ- получили путем добавления холодного раствора 0,028г NaNO2 в Зг воды к расСледующие примеры предназначены для тотвору 0,16мл концентрированной HCI, 0,043г пго, чтобы проиллюстрировать, но не ограничить фенилендиамина и 5г воды, который перемешиизобретение вали на ледяной бане Холодный раствор сопи Способы, описанные в [книге] "Absorpдиазония добавили в суспензию 2,0г графитного tion,Surface Area and Porosity" (абсорбция, плопорошка из примера 1 в 18г воды, который перещадь поверхности и пористость"), S J Greqq, мешивали при комнатной температуре После K S W S m q (Academic Press 1982), были использоперемешивания в течение одного часа продует ваны для того, чтобы измерить площади поверхсушили в печи при 125°С, подвергали экстракции ности и объемы пор Площадь поверхности, плоТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и сушищадь непористой поверхности и объем пор ли Анализ продуета с помощью ЭСХА показал аетивированного угля определяли так, как описано концентрацию азота 4,6 атомных процента Метона стр 90-97 Площадь поверхности углеродной дом ЭСХА не был обнаружен азот в порошке без ткани определяли с использованием ступенчатых реакции Посредством этого установлено то, что изотерм так, как описано на стр 84-86 Площадь аминофенипьные группы присоединены к продукповерхности графитированных волокон определяту из графитного порошка ли методикой БЭТ с использованием криптона ПРИМЕР 1 Получение продуета из графитного порошка В данном примере иллюстрируется получение продуета из графитного порошка с использованием способа по настоящему изобретению Образец графитного порошка весом 2,0г с площадью поверхности 11,5м2/г перемешивали в 14г воды Добавили раствор 0,11 г гексафторфосфата 4хпорбензолдиазония в 7г воды, выделялись пузырьки После перемешивания в течение 20 минут продует собирали фильтрованием, подвергали экстракции тетрагидрофураном (ТГФ) в аппарате Сокслета в течение ночи, и сушили в печи Анализ продуета показал, что он содержал 597ррт хлора в сравнении с 23ррт хлора в случае необработанного порошка Таким образом, продует содержит 0,85 хпорфенипьных групп на квадратный нанометр поверхности Анализ методом ЭСХА показал, что продует содержал 1,4 атомный процент хлора ЭСХА не обнаружил хлор на поверхности порошка без реакции ПРИМЕР 2 Получение продуета из графитного порошка В данном примере иллюстрируется получение продуета из графитного порошка с использованием способа по настоящему изобретению Раствор 0,095г тетрафторбората 4-нитробензолдиазония в Юг воды добавили в перемешиваемую суспензию 2,0г графитного порошка из примера 1 в 18г воды После перемешивания в течение 15 минут продует сушили в печи при 125°С, подвергали экстракции ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и сушили При анализе ЭСХА был обнаружен сигнал NIs при 406 1эВ и один [сигнал] при 400 5эВ с относительными площадями 5 9 1 Сигнал при 406 1эВ обусловлен ІЧОг-группами, а при 400 5эВ, возможно, обусловлен азогруппами Сигнал при 403эВ, соответствующий диазониевым группам, не был обнаружен Общее содержание азота составило 4,0 атомных процента Методом ЭСХА не был обнаружен азот в порошке без реакции Посредством этого установлено то, что нитрофенильные ПРИМЕР 4 Получение продуета из графитированного волокна В данном примере иллюстрируется получение продуета из графитированного волокна с использованием способа по настоящему изобретению Графитированные волокна, имеющие площадь поверхности 0,43м2/г и диаметр 8 микрон, сушили в атмосфере азота при 165°С в течение двух часов Волокна поместили в 0,1 М раствор тетрафторбората нитробензопдиазония в безводном бензонитриле на две минуты Волокна удалили, дважды промыли безводным бензонитрилом, подвергли экстракции ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и сушили в печи При анализе ЭСХА был обнаружен сигнал NIs при 406 5эВ и один [сигнал] при 400 5эВ с относительными площадями 4 1 1 Сигнал при 406 5эВ обусловлен NO2группами, а при 400 5эВ обусловлен азотом в исходном образце и азогруппами Сигнал при 403 эВ, соответствующий диазониевым группам, не был обнаружен Общее содержание азота составило 2,4 атомных процента Анализ ЭСХА образца, полученного тем же методом с использованием 0,01 М раствора тетрафторбората нитробензолдиазония, показал 0,9 атомных процента азота Анализ ЭСХА волокна без реакции показал 0,2 атомных процента азота Посредством этого установлено то, что два продуета из волокна имеют присоединенные нитрофенильные группы ПРИМЕР 5 Получение продуета из углеродного волокна В данном примере иллюстрируется получение продуета из графитированного волокна с использованием способа по настоящему изобретению Раствор 0,095г тетрафторбората 4-нитробензолдиазония в Юг воды добавили к перемешиваемой суспензии 2,0г графитированного волокна из примера 4 в 100 г воды После перемешивания в течение 15 минут волокна удаляли из раствора, сушили в печи при 125°С, подвергали экстракции ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и суши 16 15 48156 ли При анализе ЭСХА был обнаружен сигнал NIs мера 4 добавили к перемешиваемому раствору при 406 7эВ и один [сигнал] при 400 5эВ с относи0,025г 4-хпоранилина, 0,070г90% азотной кислоты тельными площадями примерно 1 1 Сигнал при и 70г воды Добавили раствор 0,014г NaNCb в 2г 406 7эВ обусловлен N02 группами, а при 400 5эВ воды и смесь перемешивали 30 минут In situ обобусловлен азотом в исходном образце и азогрупразовался нитрат хлорбензолдиазония, который пами Сигнал при 403эВ, соответствующий диазореагировал с графитированными волокнами Вониевым группам, не был обнаружен Общее солокна удаляли из раствора, сушили в печи при держание азота составило 1,0 атомный процент, в 110°С, подвергали экстракции ТГФ в аппарате сравнении с 0,2 атомного процента для волокна Сокслета в течение ночи, и сушили Анализ ЭСХА без реакции Посредством этого установлено то, продукта показал концентрацию хлора 0,4 атомчто нитрофенильные группы присоединены к проных процента Методом ЭСХА не был обнаружен дукту из графитированного волокна хлор в волокнах без реакции Посредством этого установлено то, что хпорфенильные группы приПРИМЕР 6 соединены к продукту из графитированного воПолучение продукта из графитированного волокна локна В данном примере иллюстрируется получение ПРИМЕР 9 продукта из графитированного волокна с испольПолучение продукта из углеродной ткани зованием способа по настоящему изобретению В данном примере иллюстрируется получение Раствор п-ІЧНзСбІ^МгСЬ был получен путем допродукта из углеродной ткани с использованием бавления холодного раствора 0,028г NaNCb в Зг способа по настоящему изобретению Проводили воды к раствору 0,16мл концентрированной HCI, реакцию углеродной ткани, имеющей площадь 0,043г п-фенилендиамина и 5г воды, который пеповерхности 5,3м2/г с гексафторфосфатом хпорремешивали на ледяной бане Холодный раствор бензолдиазония по способу из примера 1 Обрасоли диазония добавляли к суспензии 2,0г графизец этого материала, который подвергали экстированных волокон из примера 4 и ЮОг воды, тракции ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи которую перемешивали при комнатной темпераи сушили, согласно ЭСХА содержал 0,4 атомных туре После перемешивания в течение 20 минут процента хлора в сравнении с 0,03 атомного проволокна удаляли из раствора, сушили в печи при цента хлора в ткани без реакции Посредством 125°С, подвергали экстракции ТГФ в аппарате этого установлено то, что хлорфенильные группы Сокслета в течение ночи, и сушили Анализ ЭСХА присоединены к продукту из углеродной ткани продукта показал концентрацию азота 1,7 атомПРИМЕРЮ ных процентов, в сравнении с 0,2 атомного проПолучение продукта из стеклообразного углецента азота для волокон без реакции Посредстрода вом этого установлено то, что аминофенильные В данном примере иллюстрируется получение группы присоединены к продукту из графитиропродукта из стеклообразного углерода с испольванного волокна зованием способа по настоящему изобретению Небольшой кусок пластинки из стеклообразного ПРИМЕР 7 углерода (около 0,5г) в течение 30 минут перемеПолучение продукта из графитированного вошивали в растворе 0,047г тетрафторбората 4локна нитробензопдиазония в ЗОг воды Пластинку удаВ данном примере иллюстрируется получение ляли, сушили, подвергали экстракции ТГФ в аппапродукта из графитированного волокна с испольрате Сокслета в течение ночи, и сушили Анализ зованием способа по настоящему изобретению продукта методом ЭСХА показал концентрацию Раствор нитрата 4-хпорбензопдиазония получали азота 2,4 атомных процента в сравнении с 0,6 путем добавления раствора 0,014г NaNCb в Зг атомного процента азота для пластинки из стекводы к перемешиваемому раствору 0,025г 4лообразного углерода без реакции Посредством хлоранилина, 0,070г 90% азотной кислоты и Зг этого установлено то, что нитрофенильные группы воды После перемешивания в течение 10 минут присоединены к продукту из стеклообразного уграствор соли диазония добавляли к перемешилерода ваемой смеси 1г графитированных волокон из примера 4 и 50г воды После перемешивания в ПРИМЕР 11 течение 30 минут волокна удаляли из раствора, Получение продукта из активированного угля сушили в печи при 110°С, подвергали экстракции В данном примере иллюстрируется получение ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и сушипродукта из активированного угля с использовали Анализ ЭСХА показал концентрацию хлора 0,4 нием способа по настоящему изобретению Актиатомных процента Методом ЭСХА не был обнавированный уголь, имеющий площадь поверхноружен хлор в волокнах без реакции Посредством сти по азоту согласно методу БЭТ 762м2/г, этого установлено то, что хлорфенильные группы площадь непористой поверхности 266м2/г и объем присоединены к продукту из графитированного пор 0,20мл/г вводили в реакцию с гексафторфосволокна фатом хлорбензолдиазония согласно способу из примера 1 Образец этого материала, который ПРИМЕР 8 подвергали экстракции ТГФ в аппарате Сокслета в Получение продукта из графитированного вотечение ночи и сушили, содержал 0,43% хлора в локна сравнении с 0,02% для угля без реакции Таким В данном примере иллюстрируется получение образом, продукт из активированного угля содерпродукта из графитированного волокна с испольжал 0,12ммопь/г хлорфенильных групп или же зованием способа по настоящему изобретению 0,09 хлорфенильных групп на квадратный наноПримерно 0,2г графитированных волокон из при 18 17 48156 метр Посредством этого установлено то, что этого установлено то, что нитрофенильные группы хлорфенильные группы присоединены к продуету присоединены к продуету из аетивированного угля из аетивированного угля ПРИМЕР 13 ПРИМЕР 12 Получение продуета из аетивированного угля В данном примере иллюстрируется получение Получение продуета из аетивированного угля продуета из аетивированного угля с использоваВ данном примере иллюстрируется получение нием способа по настоящему изобретению Распродуета из аетивированного угля с использоватвор п-ІЧНзСбІ^МгСЬ был получен путем добавлением способа по настоящему изобретению Расния холодного раствора 0,483г NaNCb в Юг воды к твор 1,66г тетрафторбората 4раствору 2,87мл концентрированной HCI, 0,758г пнитробензопдиазония в ЮОг воды добавляли к фенилендиамина и ЗОг воды, который перемешиперемешиваемой суспензии 7г аетивированного вали на ледяной бане Холодный раствор сопи угля из примера 11 и 70г воды Выделялись пудиазония добавляли к суспензии 7,0г графитирозырьки После перемешивания втечение 15 минут ванных волокон из примера 11 и 63г воды, котосмесь сушили в печи при 125°С Продует подверрую перемешивали при комнатной температуре гали экстракции ТГФ в аппарате Сокслета в течеПосле перемешивания втечение 15 минут продует ние ночи и сушили При анализе ЭСХА был обнасушили при 125°С один час, подвергали экстракружен сигнал NIs при 406 1эВ и один [сигнал] при ции ТГФ в аппарате Сокслета в течение ночи, и 400 9эВ с относительными площадями 3,2 1 Сигсушили Анализ ЭСХА продуета показал конценнал при 406 1эВ обусловлен ЫС^-группами, а при трацию азота 3,5 атомных процента, в сравнении 400 9эВ обусловлен азотом в исходном образце и с 0,3 атомного процента азота для аетивированноазогруппами Сигнал при 403эВ, соответствующий го угля без реакции Посредством этого установдиазониевым группам, не был обнаружен Общее лено то, что аминофенильные группы присоедисодержание азота составило 5,6 атомных проценнены к продуету из аетивированного угля тов, в сравнении с 0,3 атомного процента для активированного угля без реакции Посредством ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71