[發明專利]一種石墨烯改性酚醛樹脂及其制備方法

在審

• 申請號: 201710137863.7
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106928646A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 姚松年;陸洪彬;唐偉;朱強
• 申請（專利權）人: 南通山劍石墨設備有限公司;南京大學
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K9/06;C08K3/04;C09K5/14
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司32112
• 代理人: 王晶

技術領域

本發明屬于樹脂材料領域，特別涉及一種石墨烯改性酚醛樹脂及其制備方法。

背景技術

傳統化工行業生產中存在熱能利用率低，造成設備中反應不充分，原料轉換率低，因此在許多生產過程中，存在大量的化學原料、酸、堿同廢水排放出去。這些廢水如不經過處理而排放到外界環境中，不僅會造成水體或土壤酸化，對生態環境造成危害，而且造成大量資源浪費。石墨換熱系統適應能力強、處理能力大因而被廣泛應用于化工設備反應、廢酸、廢水、廢氣的回收再用等領域。但現有的石墨設備耐驟冷驟熱能力差、導熱性能不理想，其基礎材料石墨所使用的浸漬樹脂（主要是酚醛樹脂）耐熱溫度不足，極大的限制了石墨設備在化工領域的推廣以及自身往大型化、高端化發展的道路。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為了解決石墨設備耐熱能力差，導熱性能不理想的問題，提高一種石墨烯改性酚醛樹脂及其制備方法，采用石墨烯改性酚醛樹脂制備的石墨設備導熱系數得到明顯提高。

技術方案：石墨烯改性酚醛樹脂的制備方法，包括如下幾個步驟：

1）將硅烷偶聯劑溶解在醇水混合物中，并攪拌均勻；

2）將步驟1）得到的混合物加入到攪拌爐中，升溫并高速攪拌，然后將石墨烯加入其中并攪拌；

3）將步驟2）得到的混合物在80℃~200℃下熱處理1-3小時，得到改性石墨烯；

4）在高速分散機中加入稀釋劑，再加入第一部分酚醛樹脂，進行第一攪拌速度攪拌直至酚醛樹脂全部溶解，降低攪拌速度至第二攪拌速度，加入步驟3）得到的改性石墨烯，攪拌后得到預分散液；

5）在高速分散機中將步驟4）得到的預分散液加入到剩余酚醛樹脂中，攪拌得到石墨烯改性酚醛樹脂。

優選的，為了使偶聯劑所帶官能團與酚醛樹脂易于發生化學反應，所述硅烷偶聯劑采用γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷中的以任意比例混合的一種或幾種。

優選的，所述石墨烯為單層或雙層氧化石墨烯；氧化石墨烯表面活性高，有利于與硅烷偶聯劑反應，而單層或雙層的石墨烯在酚醛樹脂中更易分散，并且單位質量比表面積更大，效果更好。

優選的，步驟2）所述的攪拌爐的攪拌速度為300~1000r/min，攪拌溫度為60~85℃。

優選的，步驟1）所述的醇水混合物是乙醇和水的混合物，兩者的體積比為乙醇：水=1：2。

優選的，步驟1）中各成份加入的質量比：硅烷偶聯劑：醇水混合物：石墨烯=0.5~2：10~50：10~100。

優選的，步驟4）所述的稀釋劑為乙醇或丙酮，各成份加入的質量比：石墨烯：稀釋劑：第一部分酚醛樹脂=5:5:2

優選的，步驟4）中第一攪拌速度為1000-2000r/min，第二攪拌速度為100-500r/min。

步驟5）所述的預分散液和剩余酚醛樹脂的質量比為1:10~15。

本發明還提供了一種石墨烯改性酚醛樹脂，由酚醛樹脂、硅烷偶聯劑和石墨烯反應得到。

有益效果：本發明提供的石墨烯改性酚醛樹脂的制備方法，通過在傳統石墨用浸漬酚醛樹脂添加一定量的石墨烯材料來提高樹脂的導熱能力及耐熱性，并針對石墨烯材料與酚醛樹脂相容性差的問題，采用硅烷偶聯劑進行表面改性的方式降低二者的界面能差距，以此來提高石墨烯在樹脂中的相容性；針對浸漬樹脂粘度大，石墨烯難以分散的問題采用二次分散的方式來提高石墨烯的分散程度，提高材料的效率。采用本發明改性的石墨設備用酚醛樹脂其導熱系數得到明顯提高達到>120（W/m.K），使用溫度提高到350℃，相比于未改性的酚醛樹脂性能（導熱系數在90-100（W/m.K）之間，使用溫度<300℃），性能提升明顯）。

具體實施方式

本發明提供了一種石墨烯改性酚醛樹脂的制備方法，包括如下幾個步驟：

1）將硅烷偶聯劑溶解在醇水混合物中，并在磁力攪拌機上攪拌0.5小時；醇水混合物是乙醇和水以體積比為1：2的比例混合的混合物；

2）將步驟1）得到的混合物加入到攪拌爐中，升溫并高速攪拌，攪拌溫度為60-85℃，攪拌速度為300~1000r/min，然后將石墨烯緩慢加入其中，待石墨烯加入完成后，繼續攪拌0.5小時；

3）將步驟2）得到的混合物倒入坩堝中，在80℃~200℃下熱處理1-3小時，得到改性石墨烯；