[發明專利]一種蜂窩狀樹脂材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010927557.5
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112011151B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 俞書宏;秦冰;于志龍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C08L61/28
• 分類號: C08L61/28;C08L5/08;C08K3/16;C08K5/07;C08J9/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種蜂窩狀樹脂材料的制備方法，包括以下步驟：A)將增稠劑、交聯劑、水和催化劑混合，得到混合溶膠；B)將所述混合溶膠和水性樹脂混合后取向冷凍，再于低溫環境中原位交聯；C)將步驟B)得到的塊材在不良溶劑中進行溶劑置換，再將得到的塊材固化或碳化，得到蜂窩狀樹脂材料。本發明提供了一種工藝簡單、成本低廉的常壓干燥方法制備蜂窩狀樹脂材料的方法，利用該方法同樣可以得到性能優異、具有微納米級孔道的蜂窩狀樹脂材料，且蜂窩狀樹脂材料的結構、密度和力學強度均可調控。

技術領域

本發明涉及化學建材技術領域，尤其涉及一種蜂窩狀樹脂材料的制備方法。

背景技術

輕質高強材料是一類在工程上有廣泛應用領域和巨大應用前景的材料，滲透到國防軍工、航空航天、交通運輸、生物醫學和建筑工程等各個領域。同時，更輕更強的材料可以在不影響人類需求的前提下，大大減小人類的生存成本，有效的緩解人類對能源的需求。目前，工程上做到材料的輕質高強多通過將合金、陶瓷等材料通過機械加工的方法做成多孔狀、蜂窩狀板材或塊材，但是材料的制造成本高，比強度低，無法實現真正的輕質高強。因此，利用納米技術發明一種比強度高、制備方法簡單、制備成本低以及可以多功能化的輕質高強新材料已經成為人們亟待解決的問題。

取向冷凍技術作為一種制備微納米尺度蜂窩狀材料的簡便技術手段，廣泛應用于生物醫學、仿生學和材料科學上。例如美國《美國陶瓷會志》(Journal of the AmericanCeramic Society,2001年84期230頁)首次報道了一種利用取向冷凍技術，將氧化鋁粉末和分散劑混合漿料取向凍干，高溫1550℃燒結，制備了～20μm蜂窩孔道、孔隙率36％的氧化鋁陶瓷材料。最近，美國《科學進展》(Science Advances，2018年4期eaat7233頁)報道了一種利用取向冷凍，將海藻酸鈉和陶瓷混合溶液取向冷凍，經過冷凍干燥、熱固化，制備輕而強蜂窩狀陶瓷材料的方法。

上述冷凍干燥又稱升華干燥，是將含水物料冷凍到冰點以下，使水轉變為冰，然后在較高真空下將冰轉變為蒸氣而除去的干燥方法。該方法干燥所得材料雖然幾乎不變形，但是成本太高，最主要的成本來源于冷凍干燥，不僅需要專業昂貴的機器、耗時耗能的凍干過程，而且樣品的尺寸受機器大小的影響，需要密閉的生產環境，難以實現連續、低成本、規模化生產，只能生產應用于高附加值的行業(如食品、制藥業)。因此，這種取向冷凍鑄造蜂窩狀孔道的方法雖然簡單，但是后續的冷凍干燥過程耗時耗能，同時由于處于密封環境，難以實現工業上的連續化生產，對后續拓展產品類型、提高產能，都是極大的限制。取向冷凍制備蜂窩材料已經發展了數十年，但是還未見有通用的、利用常壓干燥技術制備樹脂基蜂窩材料的報道。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種蜂窩狀樹脂材料的制備方法，本申請提供的蜂窩狀樹脂材料的制備方法條件溫和、方法簡單，可處于敞開系統中連續生產，且可得到性能優異、具有微納米級孔道的蜂窩狀樹脂材料。

有鑒于此，本申請提供了一種蜂窩狀樹脂材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將增稠劑、交聯劑、水和催化劑混合，得到混合溶膠；

B)將所述混合溶膠和水性樹脂混合后取向冷凍，再于低溫環境中原位交聯；

C)將步驟B)得到的塊材在不良溶劑中進行溶劑置換、原位交聯，再將得到的塊材固化或碳化，得到蜂窩狀樹脂材料。

優選的，所述增稠劑、交聯劑、催化劑和水的比例為(1g～3g):(1mM～50mM):(0.5ml～3ml):100ml。

優選的，所述交聯劑選自氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、甲醛、乙醛、戊二醛和氯化鐵中的一種或多種，所述增稠劑選自殼聚糖和幾丁質中的一種或兩種，所述催化劑選自甲酸、乙酸、草酸、酒石酸和鹽酸中的一種或多種。

優選的，所述水性樹脂選自密胺樹脂、環氧樹脂、聚氨酯和酚醛樹脂中的一種或多種，所述水性樹脂與所述混合溶膠的比例為(100～600)mg：3ml。