一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法技术

一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，它涉及一种含石墨烯的酚醛复合泡沫的制备方法。它要解决现有石墨烯高分子复合材料的制备存在成本高、效率低、工艺复杂，不适合大规模工业化生产的问题。方法：一、制备硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨；二、硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨、苯酚、甲醛水溶液和醋酸锌混合制备混合物A；三、制备含石墨烯的酚醛树脂；四、含石墨烯的酚醛树脂、吐温-80、正戊烷、对甲苯磺酸和聚乙二醇400混合，得到混合物B，烘干后室温放置，即得。本发明专利技术利用插层反应聚合热原位生成石墨烯，使石墨烯及酚醛树脂同步生成，提高了效率，同时避免了直接使用石墨烯作为原料，降低了制备成本，且工艺简单，适合大规模工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含石墨烯的酚醛复合泡沫的制备方法。
技术介绍
酚醛树脂是一种人工合成的最古老的树脂之一，用酚醛树脂制备的泡沫材料具有原材料来源丰富，生产工艺简单，成本低，阻燃性及发烟率低等特点，因此是一种常用的隔热材料。但酚醛泡沫也有缺点，比如泡沫脆性大、易粉化、吸水率高，阻碍了其应用发展。石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，是一种“超级材料”，是最薄却也是最坚硬的纳米材料，其厚度只有0.335纳米，硬度超过钻石，重量几乎为零。将石墨烯与酚醛泡沫复合，可利用石墨烯优异特性提高酚醛泡沫的力学性能。石墨烯的片层结构能有效反射热能，从而进一步降低酚醛泡沫的热传导率。现有的石墨烯高分子复合材料的制备方法中通常以石墨烯为原料，从而导致制备成本高、效率低、工艺复杂，不适合大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有石墨烯高分子复合材料的制备存在成本高、效率低、工艺复杂，不适合大规模工业化生产的问题，而提供一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法。含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，按以下步骤实现：一、将质量浓度为0.5%～10%的硅烷偶联剂乙醇溶液加入到可膨胀石墨的乙醇溶液中，在30～70℃下搅拌反应1～5h，采用16000r/min速度离心15～60min，离心所得固体置于真空烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨；二、将0.1～20重量份步骤一中所得硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨加入到100重量份苯酚中，超声振荡0.5～5h，然后加入46～138重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和0.5～5重量份醋酸锌，再以1～5℃/min的升温速度将反应温度升至60～80℃，在此温度下反应30～90min，得到混合物A；三、将40～122重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和1～10重量份体积浓度为30%的NaOH溶液加入到混合物A中，在60～80℃下继续反应1～3h，冷却至室温后，在70℃下，-0.08MPa真空度下抽真空脱除60～100重量份水，得到含石墨烯的酚醛树脂；四、将100重量份步骤三中所得含石墨烯的酚醛树脂、1～10重量份吐温-80、2～20重量份正戊烷、3～30重量份对甲苯磺酸和1～10重量份聚乙二醇400混合并搅拌均匀，得到混合物B，然后将混合物B倒入容器中并置于50～80℃的恒温烘箱中30min，再室温放置3～7天，即得含石墨烯的酚醛泡沫。本专利技术中含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，采用苯酚对硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨进行插层，利用苯酚与甲醛缩聚反应热进一步剥离可膨胀石墨，使石墨粒子以石墨烯的方式存在于酚醛泡沫基体中。利用插层反应聚合热原位生成石墨烯，使石墨烯及酚醛树脂同步生成，提高了效率，同时避免了直接使用石墨烯作为原料，降低了制备成本，且工艺简单，适合大规模工业生产。本专利技术中制备所得含石墨烯的酚醛泡沫，进行性能测试。采用国家标准GB/T6669-2008进行压缩强度测试，采用国家标准GB/T1043-1993进行抗张强度测试，采用国家军标GJB1875-94进行热导率测试。由测试结果可知，由本实验制备得到的含石墨烯的酚醛泡沫的压缩强度及抗张强度比酚醛泡沫分别提高了89%及56%，热导率值为0.023W/(m·K)。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，按以下步骤实现：一、将质量浓度为0.5%～10%的硅烷偶联剂乙醇溶液加入到可膨胀石墨的乙醇溶液中，在30～70℃下搅拌反应1～5h，采用16000r/min速度离心15～60min，离心所得固体置于真空烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨；二、将0.1～20重量份步骤一中所得硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨加入到100重量份苯酚中，超声振荡0.5～5h，然后加入46～138重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和0.5～5重量份醋酸锌，再以1～5℃/min的升温速度将反应温度升至60～80℃，在此温度下反应30～90min，得到混合物A；三、将40～122重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和1～10重量份体积浓度为30%的NaOH溶液加入到混合物A中，在60～80℃下继续反应1～3h，冷却至室温后，在70℃下，-0.08MPa真空度下抽真空脱除60～100重量份水，得到含石墨烯的酚醛树脂；四、将100重量份步骤三中所得含石墨烯的酚醛树脂、1～10重量份吐温-80、2～20重量份正戊烷、3～30重量份对甲苯磺酸和1～10重量份聚乙二醇400混合并搅拌均匀，得到混合物B，然后将混合物B倒入容器中并置于50～80℃的恒温烘箱中30min，再室温放置3～7天，即得含石墨烯的酚醛泡沫。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一可膨胀石墨的乙醇溶液的质量浓度为0.1%～5%，可膨胀石墨的粒度为50～150μm中。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中硅烷偶联剂乙醇溶液与可膨胀石墨的乙醇溶液的质量比为(1～10):1。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤一中硅烷偶联剂为二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤一中将质量浓度为6%的硅烷偶联剂乙醇溶液加入到可膨胀石墨的乙醇溶液中，在50℃下搅拌反应3h，采用16000r/min速度离心30min，离心所得固体置于真空烘箱中于70℃下干燥36h。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，步骤二中将10重量份步骤一中所得硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨加入到100重量份苯酚中，超声振荡2h，然后加入70重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和2重量份醋酸锌，再以2℃/min的升温速度将反应温度升至70℃，在此温度下反应60min，得到混合物A。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，步骤三中将40～122重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和5重量份体积浓度为30%的NaOH溶液加入到混合物A中，在70℃下继续反应2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，其特征在于它按以下步骤实现：一、将质量浓度为0.5%～10%的硅烷偶联剂乙醇溶液加入到可膨胀石墨的乙醇溶液中，在30～70℃下搅拌反应1～5h，采用16000r/min速度离心15～60min，离心所得固体置于真空烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨；二、将0.1～20重量份步骤一中所得硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨加入到100重量份苯酚中，超声振荡0.5～5h，然后加入46～138重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和0.5～5重量份醋酸锌，再以1～5℃/min的升温速度将反应温度升至60～80℃，在此温度下反应30～90min，得到混合物A；三、将40～122重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和1～10重量份体积浓度为30%的NaOH溶液加入到混合物A中，在60～80℃下继续反应1～3h，冷却至室温后，在70℃下，?0.08MPa真空度下抽真空脱除60～100重量份水，得到含石墨烯的酚醛树脂；四、将100重量份步骤三中所得含石墨烯的酚醛树脂、1～10重量份吐温?80、2～20重量份正戊烷、3～30重量份对甲苯磺酸和1～10重量份聚乙二醇400混合并搅拌均匀，得到混合物B，然后将混合物B倒入容器中并置于50～80℃的恒温烘箱中30min，再室温放置3～7天，即得含石墨烯的酚醛泡沫。...

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、将质量浓度为0.5%～10%的硅烷偶联剂乙醇溶液加入到可膨胀石墨的乙醇溶液中，
在30～70℃下搅拌反应1～5h，采用16000r/min速度离心15～60min，离心所得固体置于真空
烘箱中于60～90℃下干燥24～48h，得到硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨；
二、将0.1～20重量份步骤一中所得硅烷偶联剂处理的可膨胀石墨加入到100重量份苯
酚中，超声振荡0.5～5h，然后加入46～138重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和0.5～5重
量份醋酸锌，再以1～5℃/min的升温速度将反应温度升至60～80℃，在此温度下反应
30～90min，得到混合物A；
三、将40～122重量份质量浓度为37%的甲醛水溶液和1～10重量份体积浓度为30%的
NaOH溶液加入到混合物A中，在60～80℃下继续反应1～3h，冷却至室温后，在70℃下，
-0.08MPa真空度下抽真空脱除60～100重量份水，得到含石墨烯的酚醛树脂；
四、将100重量份步骤三中所得含石墨烯的酚醛树脂、1～10重量份吐温-80、2～20重
量份正戊烷、3～30重量份对甲苯磺酸和1～10重量份聚乙二醇400混合并搅拌均匀，得到
混合物B，然后将混合物B倒入容器中并置于50～80℃的恒温烘箱中30min，再室温放置
3～7天，即得含石墨烯的酚醛泡沫。
2.根据权利要求1所述的一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，其特征在于步骤一可
膨胀石墨的乙醇溶液的质量浓度为0.1%～5%，可膨胀石墨的粒度为50～150μm中。
3.根据权利要求1或2所述的一种含石墨烯的酚醛泡沫的制备方法，其特征在于步骤
一中硅烷偶联剂乙醇溶液与可膨胀石墨的乙醇溶液的质量比为(1～10):1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桢，黄玉东，王亚飞，赵生俊，李震辉，李楠，易国星，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：