[发明专利]一种氧化石墨烯-硼改性酚醛树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及酚醛树脂，尤其是涉及一种氧化石墨烯-硼改性酚醛树脂的制备方法。

背景技术

酚醛树脂作为三大合成热固性树脂之一，经历了逾百年的历史，至今已广泛应用于胶黏剂、模塑料、涂料、泡沫塑料等。虽然用量比不饱和聚酯树脂和环氧树脂较少些，但是也已在军工领域、建筑行业、汽车行业等发挥着巨大的作用，不仅以树脂形式，而且也以复合材料的形式获得应用。为了使酚醛树脂可以在更广泛领域的应用，就需要在酚醛树脂中加入各种物质进行改性，提高其综合性能。广泛采用的改性技术有向酚醛树脂中加入无机纳米材料（纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米蒙脱土（MMT）等）、有机化合物（有机硅、有机硼、腰果壳油等）、无机化合物（硼化物、钼等）等等。但是很多改性只能单一地提高酚醛树脂的热性能或者是机械性能，而不能同时提高其热性能和机械性能。此外，无机粒子在有机聚合物中无法充分分散，影响材料的性能。目前，提高无机粒子在有机聚合物中分散的方法有超声法、机械法及表面改性法等，但依旧很难实现聚合物与无机粒子的复合。

关于硼化物改性酚醛树脂的研究表明，在提高酚醛树脂耐热性能和耐烧蚀性能方面，硼的作用显著。不论在分子结构中引入无机硼化物还是有机硼化物，都能够显著提高酚醛树脂耐热性和残碳率（[1]许培俊,刘育红,井新利.硼化物改性酚醛树脂研究进展[J].宇航材料工艺,2009(6):1-5），但无机硼化物改性酚醛树脂在工艺性和力学性能方面缺陷仍较为明显。因此，需要加入其它化合物进行改性，从而提高改性酚醛树脂的机械性能。

石墨烯是目前已知的材料中最薄的一种，其厚度只有一个原子，但因为本身结构的特殊性使得其具有非常大的硬度，比钢铁坚硬300倍。此外，石墨烯在电和磁性能方面也具有很多奇特的性质,如室温量子霍尔效应、双极性电场效应、铁磁性、超导性及高的电子迁移率，尤其是其热导率可达5300W/(m·K)，是铜热导率的10多倍。因此，石墨烯具有相当广阔的应用前景。而将石墨烯应用于高分子材料当中，是其应用之一。尽管石墨烯有着巨大的市场空间，但是因为其本身结构的特殊性使得其工业化生产和市场需求均处于初级阶段，很多研究还处于研发阶段。2012年底，欧盟未来与新兴技术组织(Future Emerging Technologies)给予了诺基亚13.5亿美元研究经费，用于石墨烯材料(Graphene)的研究。石墨烯这种特殊的六角形结构使其蕴含了许多奇特且优于现今大部分材料的物理化学性质，如高的比表面积和优良的导热性能、力学性能及电子传递能力。目前，制备石墨烯的主要方法有：机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法（[2]陈瑞灿,王海燕,韩永刚,等.氧化还原法制备石墨烯及其表征[J].材料导报B:研究篇,26(6):114-117）。

应用石墨烯优异性能的途径之一是把石墨烯片与高聚物复合制备复合材料。生产这样的复合材料要求石墨烯能够均匀地分布在基体上。但是石墨烯本身结构稳定性以及层与层之间较强的范德华力，使得其不能够很好地与其他基体材料进行复合，从而限制石墨烯的进一步研发和利用。因此，一般通过对石墨烯进行化学改性，通常采用的方法是Hummers法，原理与上述的氧化还原法相似，将石墨用强酸在低温条件下经行插层氧化得到含有丰富含氧基团氧化石墨，再通过超声得到氮原子层厚度的石墨烯氧化物得到氧化石墨烯，通过引入活性基团来提高其与聚合物单体或聚合物之间的相容性（[3]邓尧,黄肖容,邬晓龄.氧化石墨烯复合材料的研究进展[J].材料导报A:综述篇,2012,26(8):84-87）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯-硼改性酚醛树脂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）向三口圆底烧瓶中加入浓硫酸，然后将其置于冰水浴中，加入石墨和硝酸钠，再加入固体高锰酸钾，保持冰水浴的温度不超过5℃，然后加入去离子水，维持温度在32～38℃之间反应，反应接近终点时，在室温下放置，再用温水稀释，然后加H₂O₂还原剩余的高价锰离子，至溶液变为亮黄色为止，再离心洗涤至溶液呈中性并用钡盐检测上清液中无SO₄^2-为止，然后用无水乙醇洗涤，干燥后即得氧化石墨烯；

2）将苯酚和甲醛加入装有搅拌器、温度计、冷凝管的三口烧瓶中，再加入氧化石墨烯，超声分散后加入片状氢氧化钠，升温回流反应后，减压脱水，得氧化石墨烯酚醛树脂乳液；