[发明专利]一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于树脂材料领域，特别涉及一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法。

背景技术

传统化工行业生产中存在热能利用率低，造成设备中反应不充分，原料转换率低，因此在许多生产过程中，存在大量的化学原料、酸、碱同废水排放出去。这些废水如不经过处理而排放到外界环境中，不仅会造成水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且造成大量资源浪费。石墨换热系统适应能力强、处理能力大因而被广泛应用于化工设备反应、废酸、废水、废气的回收再用等领域。但现有的石墨设备耐骤冷骤热能力差、导热性能不理想，其基础材料石墨所使用的浸渍树脂（主要是酚醛树脂）耐热温度不足，极大的限制了石墨设备在化工领域的推广以及自身往大型化、高端化发展的道路。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决石墨设备耐热能力差，导热性能不理想的问题，提高一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法，采用石墨烯改性酚醛树脂制备的石墨设备导热系数得到明显提高。

技术方案：石墨烯改性酚醛树脂的制备方法，包括如下几个步骤：

1）将硅烷偶联剂溶解在醇水混合物中，并搅拌均匀；

2）将步骤1）得到的混合物加入到搅拌炉中，升温并高速搅拌，然后将石墨烯加入其中并搅拌；

3）将步骤2）得到的混合物在80℃~200℃下热处理1-3小时，得到改性石墨烯；

4）在高速分散机中加入稀释剂，再加入第一部分酚醛树脂，进行第一搅拌速度搅拌直至酚醛树脂全部溶解，降低搅拌速度至第二搅拌速度，加入步骤3）得到的改性石墨烯，搅拌后得到预分散液；

5）在高速分散机中将步骤4）得到的预分散液加入到剩余酚醛树脂中，搅拌得到石墨烯改性酚醛树脂。

优选的，为了使偶联剂所带官能团与酚醛树脂易于发生化学反应，所述硅烷偶联剂采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的以任意比例混合的一种或几种。

优选的，所述石墨烯为单层或双层氧化石墨烯；氧化石墨烯表面活性高，有利于与硅烷偶联剂反应，而单层或双层的石墨烯在酚醛树脂中更易分散，并且单位质量比表面积更大，效果更好。

优选的，步骤2）所述的搅拌炉的搅拌速度为300~1000r/min，搅拌温度为60~85℃。

优选的，步骤1）所述的醇水混合物是乙醇和水的混合物，两者的体积比为乙醇：水=1：2。

优选的，步骤1）中各成份加入的质量比：硅烷偶联剂：醇水混合物：石墨烯=0.5~2：10~50：10~100。

优选的，步骤4）所述的稀释剂为乙醇或丙酮，各成份加入的质量比：石墨烯：稀释剂：第一部分酚醛树脂=5:5:2

优选的，步骤4）中第一搅拌速度为1000-2000r/min，第二搅拌速度为100-500r/min。

步骤5）所述的预分散液和剩余酚醛树脂的质量比为1:10~15。

本发明还提供了一种石墨烯改性酚醛树脂，由酚醛树脂、硅烷偶联剂和石墨烯反应得到。

有益效果：本发明提供的石墨烯改性酚醛树脂的制备方法，通过在传统石墨用浸渍酚醛树脂添加一定量的石墨烯材料来提高树脂的导热能力及耐热性，并针对石墨烯材料与酚醛树脂相容性差的问题，采用硅烷偶联剂进行表面改性的方式降低二者的界面能差距，以此来提高石墨烯在树脂中的相容性；针对浸渍树脂粘度大，石墨烯难以分散的问题采用二次分散的方式来提高石墨烯的分散程度，提高材料的效率。采用本发明改性的石墨设备用酚醛树脂其导热系数得到明显提高达到>120（W/m.K），使用温度提高到350℃，相比于未改性的酚醛树脂性能（导热系数在90-100（W/m.K）之间，使用温度<300℃），性能提升明显）。

具体实施方式

本发明提供了一种石墨烯改性酚醛树脂的制备方法，包括如下几个步骤：

1）将硅烷偶联剂溶解在醇水混合物中，并在磁力搅拌机上搅拌0.5小时；醇水混合物是乙醇和水以体积比为1：2的比例混合的混合物；

2）将步骤1）得到的混合物加入到搅拌炉中，升温并高速搅拌，搅拌温度为60-85℃，搅拌速度为300~1000r/min，然后将石墨烯缓慢加入其中，待石墨烯加入完成后，继续搅拌0.5小时；

3）将步骤2）得到的混合物倒入坩埚中，在80℃~200℃下热处理1-3小时，得到改性石墨烯；