[發(fā)明專利]一種聚二乙烯基苯樹脂的低溫催化石墨化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310296561.6
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103342357A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚德新;王艷麗;邢宏龍
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在有催化劑存在下一種聚二乙烯基苯低溫催化石墨化方法。

背景技術(shù)

石墨化是一種非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的固相反應(yīng)，是使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維無序排列（亂層結(jié)構(gòu)，或稱無定形炭）轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序排列的石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。炭材料的石墨化效果受熱處理溫度以及保溫時間控制，在1400℃下，炭質(zhì)材料的石墨化過程十分緩慢，緩慢到難以觀察的程度，但在加入某些催化劑后，即使在這種溫度甚至更低溫度下也可以明顯地觀察到石墨化過程，即催化石墨化。關(guān)于樹脂的催化石墨化研究主要集中在20世紀(jì)80-90年代左右，尤其以酚醛樹脂石墨化研究最為活躍，且大多數(shù)反應(yīng)溫度都在1500℃以上。如Courtney等在1500℃下用CoF₃、NiF₂、FeF₃作催化劑，萘酚和聚氨酯為原料，通過電鏡分析研究了不同催化劑含量下樹脂炭的形貌變化（Carbon,1972,10(1):65-72）；Yokokawa等在1400℃-2300℃下系統(tǒng)研究了不同催化劑（NiCl₂、CoCO₃、MnO₂、Al、Pb(NO₃)₂、AgNO₃、ZnCl₂、SnCl₂）對硬炭（呋喃聚合物、二乙烯基苯聚合物）的低溫催化石墨化效果（Carbon,1966,4(4):459-465）；Mathur等在1000-2500℃下用Fe₂O₃作催化劑，PAN/瀝青為原料，研究了催化劑含量、熱處理溫度對石墨化材料晶面間距、熱導(dǎo)電性、拉伸強(qiáng)度的影響（Carbon,1997,35(12):1753-1756）；Yi等在2400℃下用氧化石墨烯為催化劑，呋喃樹脂為原料，這種催化劑在石墨化后不需要經(jīng)過后處理，催化劑可以直接轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了石墨化材料的綠色設(shè)計(jì)理念（Carbon,2010,48(3):912-928）；Zaldiva等在1800-2400℃下用碳硼烷作催化劑，炭化聚二乙炔基苯/甲基醚酮復(fù)合材料，研究了不同熱處理溫度下催化劑的加入對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響，研究發(fā)現(xiàn)PAA樹脂所形成的石墨化碳是在催化劑周圍生長，并且在一些區(qū)域中還存在著玻璃碳（Carbon,1991,29(8):1145-1153）；史鐵鈞等在1600℃下用納米三氧化二鐵為催化劑，催化聚二乙炔基苯實(shí)現(xiàn)了該樹脂的催化石墨化（ZL201010517081.4）。作者在前人研究的基礎(chǔ)上，在1600℃下以納米三氧化二鐵為催化劑，聚乙烯基三苯乙炔基硅烷為原料，實(shí)現(xiàn)了該樹脂的催化石墨化（Fuller.Nanotub.Car.N.,2012,20(8):705-713）。由此可見催化石墨化是高溫技術(shù)和高溫設(shè)備的集成，一方面需要價格昂貴的高溫爐設(shè)備；一方面在生產(chǎn)過程中能耗巨大，使材料批量使用受到一定程度限制，使得高溫下的催化石墨化僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，以聚二乙烯基苯為碳源，以羰基鐵為催化劑，在1400℃的低溫條件下實(shí)現(xiàn)該類樹脂的低溫催化石墨化，本發(fā)明方法操作簡單，反應(yīng)溫度低，利于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的是提出一種羰基鐵粉的新應(yīng)用，可以有效催化石墨化樹脂。

本發(fā)明的另一目的在于以聚二乙烯基苯樹脂為原料，實(shí)現(xiàn)該樹脂的低溫催化石墨化。

本發(fā)明的目的是下述方式實(shí)現(xiàn)的：

所述的樹脂為聚二乙烯基苯樹脂，所用的催化劑為羰基鐵粉，粒徑在7μm左右。

本發(fā)明的另一目的的實(shí)施方案為：

PDVB樹脂低溫催化石墨化的制備方法：以聚二乙烯基苯樹脂為碳源，羰基鐵為催化劑，反應(yīng)過程是在管式爐里高純氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行的，將所述的催化劑/PDVB樹脂混合物以1℃/min升溫至600℃，保溫2h后以3℃/min的升溫速率升溫至石墨化溫度（800-1400℃），保溫4h，即可得到所需石墨材料。

本發(fā)明不僅可以作為樹脂的低溫催化石墨化基礎(chǔ)研究，也可以作為獲得具有高石墨化度的炭材料方法。

附圖說明

圖1不同溫度下聚二乙烯基苯樹脂的X射線衍射圖。

圖2不同含量下聚二乙烯基苯樹脂的X射線衍射圖。

圖3聚二乙烯基苯樹脂的高分辨電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：