[发明专利]一种纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子聚合物技术领域，尤其涉及一种纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法。

背景技术

石墨换热器是传热组件用石墨制成的换热器，石墨换热器具有耐腐蚀性，高导热性，线膨胀系数小、耐高温、耐热冲击，表面不易结垢，无污染，机械加工性能好，密度小，重量轻等优点。但是经过第二次高温石墨化的石墨碳化管，管材内部有许多微小空隙，这些微小细孔的存在，会使得换热介质水进入到反应介质中，达不到换热的效果，对产品的生产也有一定的影响。为了减少因渗透对产品的影响，选择用酚醛树脂/改性酚醛树脂来浸渍石墨，使得树脂进入到石墨内部，空隙被酚醛树脂填满，这样可以增强石墨的抗渗透能力，同时树脂作为浸渍液，对酚醛树脂的黏度，耐热性提出一定的要求。

由于酚醛树脂的原料易得，价格低廉，生产工艺和设备简单，而且产品具有优异的机械性、绝缘性、耐热性、耐寒性、耐烧蚀、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性以及烟雾性等优良性能，而使得酚醛树脂成为工业部门不可或缺的材料，具有广泛的应用领域。但是普通酚醛树脂的脆性较大，而且酚醛树脂结构上的酚羟基和亚甲基易被氧化，使得酚醛树脂的耐热性受到影响。此外，酚醛树脂会因为存放时间的延长而黏度逐渐增大，存放时间一般为3-6月。为了更好地适应汽车、电子、航空，航天以及国防工业的需求，对酚醛树脂进行化学改性，提高其韧性，耐热性等，制备高性能树脂成为当今的发展方向。

纳米材料是近年来发展十分迅速的一种新兴材料，被认为是21 世纪最有发展前途的材料，已成为材料学、物理学、化学和现代仪器学等多学科领域的研究热点。从结构上看，纳米材料是由两种组元构成的，即材料的体相组元（晶体原子）和界面组元（晶界）。由于纳米颗粒较小，比表面积较大，晶界缺陷所占的体积比也相当大，尽管每个单独的界面可能具有一个二维局部或局域的有序结构，但从一个局部界面到另一个局部界面的周期不同，由所有这样的界面原子组成的界面，其原子排列方式均不同。正因为纳米粒子的这种结构特点，使得纳米复合材料展现出新的效应，比如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等等，这些特性是常规材料不存在的。

纳米二氧化硅粒子在改性酚醛树脂方面有一定的研究进展，纳米二氧化硅是分子结构中含有元素硅的有机高分子合成材料，不仅具有-Si-O-Si-主链，又具有有机基团侧链，故兼有有机和无机材料的双重优点。纳米二氧化硅粒子的颗粒小，比表面积大，表面能高，表面严重的配位不足，使其易与材料中的氧起键合作用，提高分子间的键力，从而提高了改性酚醛树脂的热分解温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是酚醛树脂结构中的羟甲基和亚甲基容易被氧化，为解决上述问题，本发明提供一种纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法，具体步骤如下：

（1）称取苯酚，加热，融化，加热温度为45-50℃；称取甲醛溶液，其中：苯酚与甲醛溶液中甲醛的质量比为1：（0.386-0.447），甲醛溶液中甲醛的质量百分比为37%-40%；将甲醛溶液加入到融化的苯酚中；称取纳米二氧化硅，并加入到苯酚和甲醛的混合液中，苯酚与纳米二氧化硅的质量比为1：（0.001-0.005）；将上述混合液置于烧杯中，超声波震荡20-40min，使得纳米二氧化硅在混合液中分散均匀；震荡完全后，将混合液和称量好的碱性催化剂加入到反应器中，加热至90-95℃，保持温度稳定，反应2h后，得到红棕色溶液，其中碱性催化剂溶液中的溶质与苯酚的质量比为（0.008-0.01）:1；

（2）将步骤（1）得到的红棕色溶液进行减压蒸馏，真空度为0.088-0.092Mpa，温度为75-85℃，直至溶液的黏度为19-30S时，停止减压蒸馏，即得纳米二氧化硅改性酚醛树脂。

所述碱性催化剂溶液为质量百分比为25-30%的氨水或质量百分比为15-20%的氢氧化钠溶液。

步骤（1）中反应液的pH为8-10。

所述苯酚与甲醛溶液中甲醛的质量比为1：0.447。

所述碱性催化剂溶液中的溶质与苯酚的质量比为0.01：1。

所述反应器为装有温度计、冷凝管和机械搅拌器的三口烧瓶。

本发明的有益效果：