[发明专利]一种酚醛树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种酚醛树脂，其中，所述酚醛树脂为包含有1～45个带羟基的芳香环结构的共聚物；其中，所述酚醛树脂的硫元素含量不大于2.0％，优选不大于1.0％，更优选不大于0.5％，最优选不大于0.25％。所述酚醛树脂可由包含酚类化合物、醛类化合物、酸性木质素、木质素溶液和成碳剂的反应原料在碱性催化剂作用下反应制得；所述酸性木质素的pH为3.0～5.5，灰分不大于0.8％。本发明还公开一种制备所述酚醛树脂的方法，及其在预焙阳极制备中的应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种酚醛树脂及其制备方法和应用。

背景技术

酚醛树脂是以苯酚甲醛为原料，在碱或者酸条件下合成的一种高分聚合物，具有与碳素材料浸润性好，高温残炭高的特点。目前酚醛树脂作为石墨的浸润剂已经在耐火材料和耐高温材料上取得了广泛的应用。预焙阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，用作预焙铝电解槽阳极材料。但是焙烧过程，沥青和沥青烟中所含的3，4-苯并芘可引起皮肤癌、肺癌、胃癌和食道癌等疾病。

专利文献1中公开了一种碱木质素改性酚醛树脂的制备方法，制备步骤为：将苯酚、第一批甲醛溶液、碱木质素、金属氧化物和稀释水加入反应器；向反应器内加入第二批甲醛溶液；加入第三批甲醛溶液和第一批碱性溶液，加入甲醛捕集剂和第二批碱性溶液，冷却出料。

专利文献2中公开了一种过渡金属化合物复合木质素改性酚醛树脂及其制备方法。其技术方案是：先将水溶性木质素改性酚醛树脂用水稀释制得木质改性酚醛树脂水溶液；再将过渡金属化合物加入到木质素改性酚醛树脂水溶液中，在室温条件下搅拌，再减压脱水，得到过渡金属化合物复合木质素改性酚醛树脂。其中，水溶性木质素改性酚醛树脂是以苯酚、甲醛和木质素磺酸盐为原料制备得到。

专利文献3中公开了一种木质素酚醛树脂预聚体的制备方法，包括以下步骤：将木质素类化合物、酚类化合物和酸性催化剂混合，加热至180～350℃进行反应，得到混合反应液；将所述混合反应液与甲醛混合，缩聚反应后得到木质素酚醛树脂预聚体。所述木质素类化合物为碱木质素、高沸醇木质素、酶解木质素或木质素衍生物。

专利文献4中公开了一种铸造用的水溶性酚醛树脂复合材料的制备方法，其包括：向苯酚中加入碱性催化剂和水，得到混合液A；向上述混合液A中滴加甲醛溶液，得到溶液B；将上述溶液升温，继续反应；向反应体系中加入碱木质素，得到溶液C；向溶液C中加入乙酰丙酮，得到本发明的水溶性酚醛树脂复合材料。

现有技术中，酚醛树脂虽具有较高的炭残留量，同时对碳素材料具有优异的浸润性能和粘结性能，但酚醛树脂碳化后含有大量的硬碳，较难石墨化，导致电阻率偏高；在酚醛树脂中加入木质素可有效地降低树脂碳化后的电阻率，但目前木质素改性酚醛树脂中含有较多硫含量或者金属离子，应用于铝用阳极会对阳极产生二次污染。因此，亟需提供一种硫含量低和金属成分少、低温碳化性能好的的酚醛树脂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种硫含量低、金属成分少、低温碳化性能好的的酚醛树脂及其制备方法和应用，本发明的酚醛树脂可以替代沥青作为粘合剂用于电解铝阳极的生产。

本发明的具体技术方案如下：

1、一种酚醛树脂，其中，所述酚醛树脂为包含有1～45个带羟基的芳香环结构的共聚物；可选地，为1～25个带羟基的芳香环结构的共聚物；

其中，所述酚醛树脂的硫元素含量不大于2.0％，优选不大于1.0％，更优选不大于0.5％，最优选不大于0.25％。

2、根据项1所述的酚醛树脂，所述酚醛树脂的pH值为5.0～7.5，优选5.5～6.5，更优选5.5～6.0；

所述酚醛树脂的灰分含量不大于3％，优选不大于1.5％，更优选不大于1.2％，最优选不大于1.0％。