[发明专利]一种酚醛树脂外增韧剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种酚醛树脂外增韧剂，其特征在于：所述酚醛树脂外增韧剂以浆粕为原料，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷表面接枝改性制得，所述外增韧剂的长度为200-300nm，直径为30-40nm，结晶度为60-65%，所述浆粕为落叶松浆粕、竹浆粕、桉木浆粕、马尾松浆粕或棉浆粕。

2.权利要求1所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

(1) 将经过疏解处理的浆粕烘至含水率小于1.0%，利用硫酸-盐酸水溶液进行水解以除去纤维素结构中的非结晶区，得到结晶纤维素；

(2) 对水解后获得的结晶纤维素进行真空过滤并用蒸馏水洗涤至中性，将洗涤后的结晶纤维素烘至含水率小于1.0%，然后用蒸馏水配制成结晶纤维素水溶液；

(3) 对结晶纤维素水溶液进行高压均质处理，从而制备获得纳米结晶纤维素水溶液；

(4) 将得到的纳米结晶纤维素水溶液进行冷冻干燥，获得纳米结晶纤维素粉体；

(5) 在常温下用盐酸调节乙醇的pH值为3-4得到乙醇-盐酸体系，然后将3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇-盐酸体系中得到3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇-盐酸的混合溶液，其中3-氨丙基三乙氧基硅烷在乙醇-盐酸体系中进行水解得到3-氨丙基三乙氧基硅醇；

 (6) 将步骤(4)得到的纳米结晶纤维素粉体加入到步骤(5)得到的3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇-盐酸的混合溶液中，利用机械搅拌使纳米结晶纤维素粉体均匀分散于3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇-盐酸的混合溶液中进行表面改性，改性后的纳米结晶纤维素用丙酮洗涤3次；

(7) 将洗涤后的改性纳米结晶纤维素在60℃下干燥至含水率小于1.0%得到酚醛树脂外增韧剂。

3.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中浆粕的α-纤维素含量为90-92%；疏解过程中搅拌转速为2000r/min，疏解时间为5min；浆粕所需的烘干温度为60℃，烘干时间48h；硫酸-盐酸水溶液是以质量分数为25%的硫酸和质量分数为8%的盐酸按照体积比2:1配制而成；浆粕与硫酸-盐酸水溶液的质量比为1:6-1:10，水解条件为：在55℃、机械搅拌转速30r/min的条件下，水解2-5h。

4.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中结晶纤维素所需的烘干温度为40-45℃，烘干时间为48h。

5.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中用蒸馏水配制成的结晶纤维素水溶液的质量分数为1.0%。

6.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中高压均质处理的条件为：压强为100MPa，循环次数为8~12次，每次处理量为100~150mL。

7.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中冷冻干燥的温度为-50℃、时间为48h。

8.根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中， 3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇-盐酸体系的体积比为1:20， 3-氨丙基三乙氧基硅烷的水解反应方程式如下：

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9. 根据权利要求2所述的酚醛树脂外增韧剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，每改性1.0g纳米结晶纤维素粉体，需要100mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇-盐酸的混合溶液，表面改性时的反应温度为60℃，反应时间为3h，机械搅拌转速为60r/min；表面改性反应方程式如下：

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10. 权利要求1所述的酚醛树脂外增韧剂应用于热固性和热塑性酚醛树脂基材，其特征在于：所述的酚醛树脂外增韧剂的添加量为1.0wt%-5.0wt%，在搅拌转速为120r/min的条件下，机械搅拌10min，使外增韧剂在酚醛树脂基体中均匀分散。