[發明專利]一種含石墨烯的酚醛泡沫的制備方法

有效

• 申請號: 201410056429.2
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103788318A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 胡楨;黃玉東;王亞飛;趙生俊;李震輝;李楠;易國星
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08G8/10
• 分類號: C08G8/10;C08K9/06;C08K3/04;C08J9/14;C08L61/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種含石墨烯的酚醛復合泡沫的制備方法。

背景技術

酚醛樹脂是一種人工合成的最古老的樹脂之一，用酚醛樹脂制備的泡沫材料具有原材料來源豐富，生產工藝簡單，成本低，阻燃性及發煙率低等特點，因此是一種常用的隔熱材料。但酚醛泡沫也有缺點，比如泡沫脆性大、易粉化、吸水率高，阻礙了其應用發展。

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結構，是一種“超級材料”，是最薄卻也是最堅硬的納米材料，其厚度只有0.335納米，硬度超過鉆石，重量幾乎為零。將石墨烯與酚醛泡沫復合，可利用石墨烯優異特性提高酚醛泡沫的力學性能。石墨烯的片層結構能有效反射熱能，從而進一步降低酚醛泡沫的熱傳導率?，F有的石墨烯高分子復合材料的制備方法中通常以石墨烯為原料，從而導致制備成本高、效率低、工藝復雜，不適合大規模工業化生產。

發明內容

本發明目的是為了解決現有石墨烯高分子復合材料的制備存在成本高、效率低、工藝復雜，不適合大規模工業化生產的問題，而提供一種含石墨烯的酚醛泡沫的制備方法。

含石墨烯的酚醛泡沫的制備方法，按以下步驟實現：

一、將質量濃度為0.5%～10%的硅烷偶聯劑乙醇溶液加入到可膨脹石墨的乙醇溶液中，在30～70℃下攪拌反應1～5h，采用16000r/min速度離心15～60min，離心所得固體置于真空烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶聯劑處理的可膨脹石墨；

二、將0.1～20重量份步驟一中所得硅烷偶聯劑處理的可膨脹石墨加入到100重量份苯酚中，超聲振蕩0.5～5h，然后加入46～138重量份質量濃度為37%的甲醛水溶液和0.5～5重量份醋酸鋅，再以1～5℃/min的升溫速度將反應溫度升至60～80℃，在此溫度下反應30～90min，得到混合物A；

三、將40～122重量份質量濃度為37%的甲醛水溶液和1～10重量份體積濃度為30%的NaOH溶液加入到混合物A中，在60～80℃下繼續反應1～3h，冷卻至室溫后，在70℃下，-0.08MPa真空度下抽真空脫除60～100重量份水，得到含石墨烯的酚醛樹脂；

四、將100重量份步驟三中所得含石墨烯的酚醛樹脂、1～10重量份吐溫-80、2～20重量份正戊烷、3～30重量份對甲苯磺酸和1～10重量份聚乙二醇400混合并攪拌均勻，得到混合物B，然后將混合物B倒入容器中并置于50～80℃的恒溫烘箱中30min，再室溫放置3～7天，即得含石墨烯的酚醛泡沫。

本發明中含石墨烯的酚醛泡沫的制備方法，采用苯酚對硅烷偶聯劑處理的可膨脹石墨進行插層，利用苯酚與甲醛縮聚反應熱進一步剝離可膨脹石墨，使石墨粒子以石墨烯的方式存在于酚醛泡沫基體中。利用插層反應聚合熱原位生成石墨烯，使石墨烯及酚醛樹脂同步生成，提高了效率，同時避免了直接使用石墨烯作為原料，降低了制備成本，且工藝簡單，適合大規模工業生產。

本發明中制備所得含石墨烯的酚醛泡沫，進行性能測試。采用國家標準GB/T6669-2008進行壓縮強度測試，采用國家標準GB/T1043-1993進行抗張強度測試，采用國家軍標GJB1875-94進行熱導率測試。由測試結果可知，由本實驗制備得到的含石墨烯的酚醛泡沫的壓縮強度及抗張強度比酚醛泡沫分別提高了89%及56%，熱導率值為0.023W/(m·K)。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式含石墨烯的酚醛泡沫的制備方法，按以下步驟實現：

一、將質量濃度為0.5%～10%的硅烷偶聯劑乙醇溶液加入到可膨脹石墨的乙醇溶液中，在30～70℃下攪拌反應1～5h，采用16000r/min速度離心15～60min，離心所得固體置于真空烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶聯劑處理的可膨脹石墨；

二、將0.1～20重量份步驟一中所得硅烷偶聯劑處理的可膨脹石墨加入到100重量份苯酚中，超聲振蕩0.5～5h，然后加入46～138重量份質量濃度為37%的甲醛水溶液和0.5～5重量份醋酸鋅，再以1～5℃/min的升溫速度將反應溫度升至60～80℃，在此溫度下反應30～90min，得到混合物A；