[发明专利]一种酚醛树脂外增韧剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种以天然有机高分子材料为基材的酚醛树脂外增韧剂及其制备方法和应用。

背景技术

酚醛树脂是最早实现工业化生产的合成树脂，由苯酚或者甲醛在酸性或者碱性条件下缩合而成，具有价格低廉、绝缘性好以及耐火和耐腐蚀性能突出等优势，但是由于酚醛树脂结构中存在大量刚性苯环以及固化后形成的高度交联结构，导致其韧性很差。因此，增韧是改善酚醛树脂性能的主要方向之一。目前，增韧酚醛树脂的相关研究主要包括外增韧和内增韧：

第一类是酚醛树脂的外增韧，将增韧剂以物理掺混的方式与树脂混合，在树脂基材受到外力作用时能够吸收或者消耗能量从而提高基材的韧性[王付坡，夏绍灵，邹文俊，粉末丁腈橡胶增韧改性酚醛树脂结合剂的研究，金刚石与磨料磨具工程，2011.31；殷耀华，崔丽梅，酚醛树脂与热塑性树脂的共混研究进展，塑料，2006.35；王进福，华杰，高性能树脂PBT增韧酚醛树脂的研究，中国塑料，2006.20；林荣会，王丰元，李淑玉，纳米氧化铝纤维改性酚醛树脂及性能，青岛理工大学学报，2010.31；杨香莲，韦春，龚永洋，表面处理方法对剑麻纤维/酚醛树脂复合材料性能的影响，塑料科技，2009.37；Vineta S，Gordana B G，Dimko D，Composite material based on an ablative phenolic resin and carbon fibers，Journal of the Serbian Chemical Society，2009.74]。

第二类是酚醛树脂的内增韧，指在生成酚醛树脂的过程中引入亚麻油、聚氨酯预聚体以及腰果酚等含有柔性链分子的结构，通过降低树脂分子的交联密度提高其韧性[司徒粤，胡剑峰，黄洪，傅和青，曾汉维，陈焕钦，环氧大豆油扩链内增韧酚醛树脂的合成与应用，华南理工大学学报(自然科学版)，2007.35；黄剑清，潘安健，聚氨酯预聚体增韧酚醛泡沫的研究，玻璃钢/复合材料，2011.6；刘瑞杰，谭卫红，周永红，腰果壳油酚醛树脂的应用研究进展，化工新型材料，2012.40；Ikeda R，Tanaka H，Synthesis and curing behaviors of a crosslinkable polymer from cashew nut shell liquid，polymer，2002.43]。

利用常规增韧剂导致的酚醛树脂增韧效果有限，主要原因包括：橡胶等外增韧剂表面结构中的活性端基较少，不能高效的与酚醛树脂结构中的羟甲基等发生接枝或者嵌段共聚反应，从而限制了增韧效果；另外，内增韧过程中引入酚醛树脂结构中的柔性链虽然能够在一定程度上导致基材韧性的提高，但是也会影响酚醛树脂的耐热性和黏度，使酚醛树脂的合成反应难以控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对常规外增韧剂表面活性端基较少，不能高效的与酚醛树脂结构中的羟甲基等发生接枝或者嵌段共聚反应，导致对酚醛树脂增韧效果受限的问题，提供了一种可与酚醛树脂基材高效反应的酚醛树脂外增韧剂及其制备方法和应用。本发明酚醛树脂外增韧剂主要用于热固性和热塑性酚醛树脂基材，以浆粕为基本原料，经过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性后制得，该增韧剂为天然有机材料，无毒、可生物降解，并且具有表面活性基团丰富、增韧效果突出等优势。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种酚醛树脂外增韧剂，以浆粕为原料，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性后制得，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。

一种酚醛树脂外增韧剂的制备方法，步骤如下：

(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；