一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂及其制备方法技术

本发明专利技术属于改性酚醛树脂领域，具体涉及了一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂及其制备方法。所述制备方法为：将苯酚和甲醛混合均匀，向其中加入功能化氧化石墨烯，超声后得到混合液；将混合液升温至50℃，加入适量的催化剂；继续升温至85～95℃，反应3～4h，得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。本发明专利技术采用功能化的氧化石墨烯改性酚醛树脂，可以明显改善酚醛树脂的韧性和耐热性，将本发明专利技术制备得到的功能化氧化石墨烯/酚醛树脂应用于摩擦材料，可使摩擦材料具有优良的热性能、力学性能和摩擦性能。本发明专利技术制备方法生产设备简单，反应过程简单易操作，工业化较为容易。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于改性酚醛树脂领域，具体涉及了一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂及其制备方法。
技术介绍
酚醛树脂是世界上最早合成的树脂，它具有很多良好的性能，例如酚醛树脂具有良好的粘结性，固化后的酚醛树脂具有较高的耐热性、良好的介电性能和较高的力学性能，但固化后的酚醛树脂的最大缺点就是脆性大，耐冲击性能不好。但是随着对材料性能的要求越来越高，普通的酚醛树脂已经很难满足许多高新
的要求，于是改性酚醛树脂就成为提高酚醛树脂粘结力、耐热性、耐磨性以及韧性的一个重要手段。氧化石墨烯是通过对天然鳞片石墨进行氧化、剥离而得到的单片层氧化石墨。和原来的石墨相比，氧化石墨烯上含有大量的羟基、羧基和环氧等活性官能团。这些含氧官能团的存在使得氧化石墨烯亲水憎油、热稳定性差，限制了其在纳米复合材料中的应用。利用化学反应对氧化石墨烯进行表面改性，使其与聚合物基体之间形成有效的界面结合、达到在聚合物中均匀分散已成为国内外的研究热点。越来越多的工作将石墨烯应用于高分子聚合物中，以提高高分子材料的力学性能、耐热性能、摩擦性能等。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备方法，包括如下步骤：(1)将苯酚和甲醛溶液混合均匀，向其中加入功能化氧化石墨烯，超声后得到混合液；(2)将混合液升温至50℃，加入适量的催化剂；(3)继续升温至85～95℃，反应3～4h，得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。上述方案中，所述苯酚和甲醛的摩尔比为1：0.84～0.88。上述方案中，所述功能化氧化石墨烯的质量为苯酚和甲醛溶液的总质量的0.1％～0.64％。上述方案中，所述超声的功率为100W，超声的时间为60～120min。上述方案中，所述催化剂为草酸(C2H6O6)。上述方案中，所述催化剂的用量为苯酚质量的1.8～2.2％。上述方案中，所述功能化氧化石墨烯通过如下方法制备得到：(1)将氧化石墨烯加入到无水乙醇中，超声混匀，得到氧化石墨烯的无水乙醇；(2)将硅烷偶联剂溶解于乙醇水溶液中，水解后得到硅烷偶联剂水解液；(3)将步骤(2)所得硅烷偶联剂水解液加入到步骤(1)所得氧化石墨烯的无水乙醇中，调节pH 3～4，然后升温至60～80℃，反应22～24h，反应结束后，反应产物经离心洗涤、冷冻干燥后，得到功能化氧化石墨烯。上述方案中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、或异氰酸丙基三乙氧基硅烷(KBE9007)。上述方案中，所述氧化石墨烯和硅烷偶联剂的质量比为0.167～0.35。上述方案中，所述超声的功率为100W，超声的时间为60～120min；所述水解在常温条件下进行，水解的时间为30min～60min。上述制备方法制备得到的功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用功能化的氧化石墨烯改性酚醛树脂，可以明显改善酚醛树脂的韧性和耐热性，将本专利技术制备得到的功能化氧化石墨烯/酚醛树脂应用于摩擦材料，可使摩擦材料具有优良的热性能、力学性能和摩擦性能。(2)本专利技术制备方法生产设备简单，反应过程简单易操作，工业化较为容易。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的KH550功能化氧化石墨烯和氧化石墨烯的FTIR对比图。图2为本专利技术实施例1制备得到的功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的TG图。图3为本专利技术对比例中纯酚醛树脂的TG图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂，通过如下方法制备得到：(1)功能化氧化石墨烯的制备：将1g氧化石墨烯加入到500mL无水乙醇中，超声(功率100W)60min，得到氧化石墨烯的无水乙醇溶液；将4g KH550溶解在50mL乙醇溶液中(乙醇的体积浓度为50％)，水解0.5h后得到KH550的水解液；将KH550的水解液加入到氧化石墨烯的无水乙醇溶液中，调节pH 3～4，在温度80℃条件下反应22h，离心洗涤三次，冷冻干燥后，得到硅烷偶联剂功能化的氧化石墨烯；(2)功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备：按质量份将69份37wt％的甲醛溶液和94份的苯酚混合，加入0.763份的功能化氧化石墨烯，超声(功率100W)1h混合均匀后，将混合液加热至温度50℃，加入1.88份的草酸，继续加热到温度95℃，反应3.5h，反应结束后，反应产物经离心洗涤、冷冻干燥后，即得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。本实施例步骤(1)制备得到的硅烷偶联剂KH550功能化的氧化石墨烯与氧化石墨烯(GO)的FTIR对比图见图1，图中3400cm-1处为-OH的伸缩振动峰，改性后的峰变的宽而弱，1110cm-1处为Si-O-C的伸缩振动峰，2930cm-1处为KH550上甲基的伸缩振动峰，由此说明KH550已经成功接枝到氧化石墨烯上。实施例2一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂，通过如下方法制备得到：(1)功能化氧化石墨烯的制备：将1g氧化石墨烯加入到500mL无水乙醇中，超声(功率100W)60min，得到氧化石墨烯的无水乙醇溶液；将4g KH570溶解在50mL乙醇溶液中(乙醇的体积浓度为50％)，水解0.5h后得到KH570的水解液；将KH570的水解液加入到氧化石墨烯的无水乙醇溶液中，调节pH 3～4，在温度70℃条件下反应24h，离心洗涤三次，冷冻干燥后，得到硅烷偶联剂功能化的氧化石墨烯；(2)功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备：按质量份将69份37wt％的甲醛溶液和94份的苯酚混合，加入0.572份的功能化氧化石墨烯，超声(功率100W)1h混合均匀后，将混合液加热至温度50℃，加入1.88份的草酸，继续加热到温度90℃，反应4h，反应结束后，反应产物经离心洗涤、冷冻干燥后，即得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。实施例3一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂，通过如下方法制备得到：(1)功能化氧化石墨烯的制备：将1g氧化石墨烯加入到500mL无水乙醇中，超声(功率100W)60min，得到氧化石墨烯的无水乙醇溶液；将4g KBE9007溶解在50mL乙醇溶液中(乙醇的体积浓度为50％)，水解0.5h后得到KBE9007的水解液；将KBE9007的水解液加入到氧化石墨烯的无水乙醇溶液中，调节pH 3～4，在温度60℃条件下反应24h，离心洗涤三次，冷冻干燥后，得到硅烷偶联剂功能化的氧化石墨烯；(1)功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备：按质量份将69份37wt％的甲醛溶液和94份的苯酚混合，加入0.191份的功能化氧化石墨烯，超声(功率100W)1h混合均匀后，将混合液加热至温度50℃，加入2.068份的草酸，继续加热到温度95℃，反应4h，反应结束后，反应产物经离心洗涤、冷冻干燥后，即得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。对比例纯酚醛树脂的制备：按质量份加入69份37wt％的甲醛溶液、94份的苯酚，混合均匀后，加热至温度50℃时，加入1.88份的草酸，继续加热至温度95℃，反应3.5h即可得纯酚醛树脂。图2为本专利技术实施例1制备得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1） 将苯酚和甲醛混合均匀，向其中加入功能化氧化石墨烯，超声后得到混合液；（2） 将混合液升温至50℃，加入适量的催化剂；（3） 继续升温至85~95℃，反应3~4h，得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。

【技术特征摘要】
1.一种功能化氧化石墨烯/酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1） 将苯酚和甲醛混合均匀，向其中加入功能化氧化石墨烯，超声后得到混合液；（2） 将混合液升温至50℃，加入适量的催化剂；（3） 继续升温至85~95℃，反应3~4h，得到功能化氧化石墨烯/酚醛树脂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述苯酚和甲醛的摩尔比为1：0.84~0.88。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能化氧化石墨烯的质量为苯酚和甲醛的总质量的0.1%~0.64%。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为100W，超声的时间为60~120min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为草酸，所述催化剂的用量为苯酚质量的1.8~2.2%。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能化氧化石墨烯通过如下方法制备得到：（1）将氧化石墨烯加入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏涛，郭飞，石晓敏，黄进，张清清，孙章龙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42