[发明专利]改性酚醛树脂、复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及改性酚醛树脂、复合材料及其制备方法和应用。本发明提供一种改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用还原剂将含有酚醛树脂、氧化石墨烯以及溶剂的混合溶液中的氧化石墨烯部分或全部还原为石墨烯，以及去除溶剂。通过本发明的方法能够使得石墨烯均匀分散在酚醛树脂中并提高材料性能。

技术领域

本发明涉及酚醛树脂技术领域，尤其涉及一种改性酚醛树脂、复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

酚醛树脂，由于原料易得，价格低廉，抗阻燃，耐热，至今已广泛应用于胶黏剂、涂料，复合材料等，在建筑行业，汽车行业，以及航天航空领域发挥着巨大作用。由于传统上的酚醛树脂脆性大，韧性差等，并且随着工业界的发展以及需求，对酚醛树脂复合材料也提出了更高的要求，以便可以在更为广泛领域中的应用。目前广泛采用的改进技术主要有无机材料(纳米SiO₂、纳米TiO₂、石墨、硼化物等)和有机材料(腰果壳油、环氧树脂、有机硅等)；但是目前很多改性还不能够全面的提高酚醛树脂的性能。

石墨烯是由一个碳原子厚度的二维纳米材料，由于本身的结构的特点，使得其具有非常大的比表面积，以及很高的强度和硬度，并且石墨烯在电和热性能方面表现出色，理论上导热率达5000W/m.K，载流子迁移率达15000cm2/(V.S)，同时石墨烯还具有耐摩擦性能，因此通过石墨烯应用在高分子复合材料中，提高其力学，耐摩擦等性能。目前通过石墨烯改性酚醛树脂，主要存在的问题是石墨烯在酚醛树脂中分散性差，易团聚，导致酚醛树脂复合材料的力学性能下降。

专利申请CN104693678A公开了一种含有石墨烯的酚醛树脂基复合材料及其制备方法，其先制备得到氧化石墨烯，在通过微波剥离得到石墨烯，再用有机溶剂分散石墨烯后与酚醛树脂超声共混，去除溶剂，其石墨烯溶液的浓度为0.2-0.5wt％，石墨烯与酚醛树脂重量比为0.5-2.5:100。由于石墨烯本身团聚非常厉害，通过石墨烯分散到有机溶剂中，再次分散效果不理想。

中国专利公开号为CN104403264A公开了一种石墨烯酚醛树脂复合材料，将氧化石墨烯、水合肼、表面活性剂、甲醛溶液加入到反应器中，搅拌，升温至80-100℃下反应；将得到的反应液降温至60-80℃，加入酸性催化剂和酚，升温至85-100℃反应，升温脱水即得。该专利在酚醛树脂制备过程中引入氧化石墨烯和还原剂和表面活性剂，因氧化石墨烯、还原剂、表面活性剂存在很多活性键，会影响苯酚和甲醛的合成反应，影响其材料本身性能。

发明内容

本发明人发现，石墨烯均匀分散在酚醛树脂中且基本不影响所得材料性能的技术问题通过以下方式解决：一种改性酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：用还原剂将含有酚醛树脂、氧化石墨烯以及溶剂的混合溶液中的氧化石墨烯部分或全部还原为石墨烯，以及去除溶剂。

优选地，氧化石墨烯通过分散液的形式加入到酚醛树脂中，分散液中的溶剂为极性溶剂。

优选地，氧化石墨烯通过超声震荡均匀分散在极性溶剂中。

优选地，氧化石墨烯的层数为1-30层。

优选地，氧化石墨烯选自单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯以及具有3-10层的少层氧化石墨烯中的一种或多种。

优选地，氧化石墨烯相对于极性溶剂的浓度为1mg/g～40mg/g，优选5mg/g～35mg/g，更优选10mg/g～30mg/g，还优选为12mg/g～26mg/g，进一步优选为15mg/g～20mg/g。

优选地，相对于酚醛树脂的重量，氧化石墨烯的量为0.01wt％-3wt％，优选为0.05wt％-2.5wt％，优选为0.1wt％-2wt％，优选为0.3wt％-1wt％，优选为0.4wt％-0.8wt％，进一步优选为0.5wt％-0.6wt％。