本發(fā)明屬于樹(shù)脂材料領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯改性酚醛樹(shù)脂及其制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)化工行業(yè)生產(chǎn)中存在熱能利用率低，造成設(shè)備中反應(yīng)不充分，原料轉(zhuǎn)換率低，因此在許多生產(chǎn)過(guò)程中，存在大量的化學(xué)原料、酸、堿同廢水排放出去。這些廢水如不經(jīng)過(guò)處理而排放到外界環(huán)境中，不僅會(huì)造成水體或土壤酸化，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，而且造成大量資源浪費(fèi)。石墨換熱系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)、處理能力大因而被廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備反應(yīng)、廢酸、廢水、廢氣的回收再用等領(lǐng)域。但現(xiàn)有的石墨設(shè)備耐驟冷驟熱能力差、導(dǎo)熱性能不理想，其基礎(chǔ)材料石墨所使用的浸漬樹(shù)脂（主要是酚醛樹(shù)脂）耐熱溫度不足，極大的限制了石墨設(shè)備在化工領(lǐng)域的推廣以及自身往大型化、高端化發(fā)展的道路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決石墨設(shè)備耐熱能力差，導(dǎo)熱性能不理想的問(wèn)題，提高一種石墨烯改性酚醛樹(shù)脂及其制備方法，采用石墨烯改性酚醛樹(shù)脂制備的石墨設(shè)備導(dǎo)熱系數(shù)得到明顯提高。

技術(shù)方案：石墨烯改性酚醛樹(shù)脂的制備方法，包括如下幾個(gè)步驟：

1）將硅烷偶聯(lián)劑溶解在醇水混合物中，并攪拌均勻；

2）將步驟1）得到的混合物加入到攪拌爐中，升溫并高速攪拌，然后將石墨烯加入其中并攪拌；

3）將步驟2）得到的混合物在80℃~200℃下熱處理1-3小時(shí)，得到改性石墨烯；

4）在高速分散機(jī)中加入稀釋劑，再加入第一部分酚醛樹(shù)脂，進(jìn)行第一攪拌速度攪拌直至酚醛樹(shù)脂全部溶解，降低攪拌速度至第二攪拌速度，加入步驟3）得到的改性石墨烯，攪拌后得到預(yù)分散液；

5）在高速分散機(jī)中將步驟4）得到的預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，攪拌得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂。

優(yōu)選的，為了使偶聯(lián)劑所帶官能團(tuán)與酚醛樹(shù)脂易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所述硅烷偶聯(lián)劑采用γ-縮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-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷中的以任意比例混合的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述石墨烯為單層或雙層氧化石墨烯；氧化石墨烯表面活性高，有利于與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)，而單層或雙層的石墨烯在酚醛樹(shù)脂中更易分散，并且單位質(zhì)量比表面積更大，效果更好。

優(yōu)選的，步驟2）所述的攪拌爐的攪拌速度為300~1000r/min，攪拌溫度為60~85℃。

優(yōu)選的，步驟1）所述的醇水混合物是乙醇和水的混合物，兩者的體積比為乙醇：水=1：2。

優(yōu)選的，步驟1）中各成份加入的質(zhì)量比：硅烷偶聯(lián)劑：醇水混合物：石墨烯=0.5~2：10~50：10~100。

優(yōu)選的，步驟4）所述的稀釋劑為乙醇或丙酮，各成份加入的質(zhì)量比：石墨烯：稀釋劑：第一部分酚醛樹(shù)脂=5:5:2

優(yōu)選的，步驟4）中第一攪拌速度為1000-2000r/min，第二攪拌速度為100-500r/min。

步驟5）所述的預(yù)分散液和剩余酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1:10~15。

本發(fā)明還提供了一種石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，由酚醛樹(shù)脂、硅烷偶聯(lián)劑和石墨烯反應(yīng)得到。

有益效果：本發(fā)明提供的石墨烯改性酚醛樹(shù)脂的制備方法，通過(guò)在傳統(tǒng)石墨用浸漬酚醛樹(shù)脂添加一定量的石墨烯材料來(lái)提高樹(shù)脂的導(dǎo)熱能力及耐熱性，并針對(duì)石墨烯材料與酚醛樹(shù)脂相容性差的問(wèn)題，采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性的方式降低二者的界面能差距，以此來(lái)提高石墨烯在樹(shù)脂中的相容性；針對(duì)浸漬樹(shù)脂粘度大，石墨烯難以分散的問(wèn)題采用二次分散的方式來(lái)提高石墨烯的分散程度，提高材料的效率。采用本發(fā)明改性的石墨設(shè)備用酚醛樹(shù)脂其導(dǎo)熱系數(shù)得到明顯提高達(dá)到>120（w/m.k），使用溫度提高到350℃，相比于未改性的酚醛樹(shù)脂性能（導(dǎo)熱系數(shù)在90-100（w/m.k）之間，使用溫度<300℃），性能提升明顯）。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種石墨烯改性酚醛樹(shù)脂的制備方法，包括如下幾個(gè)步驟：

1）將硅烷偶聯(lián)劑溶解在醇水混合物中，并在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5小時(shí)；醇水混合物是乙醇和水以體積比為1：2的比例混合的混合物；

2）將步驟1）得到的混合物加入到攪拌爐中，升溫并高速攪拌，攪拌溫度為60-85℃，攪拌速度為300~1000r/min，然后將石墨烯緩慢加入其中，待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

3）將步驟2）得到的混合物倒入坩堝中，在80℃~200℃下熱處理1-3小時(shí)，得到改性石墨烯；

4）在高速分散機(jī)中加入稀釋劑，再加入第一部分酚醛樹(shù)脂，進(jìn)行第一攪拌速度1000-2000r/min攪拌直至酚醛樹(shù)脂全部溶解，降低攪拌速度至第二攪拌速度100-500r/min，加入步驟3）得到的改性石墨烯，攪拌后得到預(yù)分散液；

5）在高速分散機(jī)中將步驟4）得到的預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，攪拌得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂。

優(yōu)選的，為了使偶聯(lián)劑所帶官能團(tuán)與酚醛樹(shù)脂易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所述硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選采用γ-縮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-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷中的以任意比例混合的一種或幾種。本發(fā)明對(duì)所述的硅烷偶聯(lián)劑的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述種類(lèi)的偶聯(lián)劑即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。

優(yōu)選的，所述石墨烯為單層或雙層氧化石墨烯；氧化石墨烯表面活性高，有利于與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)，而單層或雙層的石墨烯在酚醛樹(shù)脂中更易分散，并且單位質(zhì)量比表面積更大，效果更好。本發(fā)明所述的石墨烯可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。

優(yōu)選的，步驟1）中各成份加入的質(zhì)量比：硅烷偶聯(lián)劑：醇水混合物：石墨烯=0.5~2：10~50：10~100。

優(yōu)選的，步驟4）所述的稀釋劑為乙醇或丙酮，各成份加入的質(zhì)量比：石墨烯：稀釋劑：第一部分酚醛樹(shù)脂=5:5:2

優(yōu)選的，步驟5）所述的預(yù)分散液和剩余酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1:10~15。

本發(fā)明所述酚醛樹(shù)脂可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，這些實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1：

γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：0.5kg

醇水混合物（乙醇：水=1:2）：10kg

單層石墨烯：10kg

乙醇：10kg

酚醛樹(shù)脂：220kg

（1）將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶解在醇水混合物，在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5h；

（2）將步驟（1）中的醇水混合物加入到攪拌爐中，升溫到60℃并以300r/min高速攪拌，然后將石墨烯緩慢加入到其中，其中待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

（3）將步驟（2）得到的混合物倒入坩堝中，在80℃℃下熱處理3小時(shí)得到改性石墨烯；

（4）在高速分散機(jī)中加入乙醇，然后加入4kg酚醛樹(shù)脂中，轉(zhuǎn)速為1000r/min攪拌，待酚醛樹(shù)脂全部溶解后緩慢減低攪拌速度至100r/min，加入改性石墨烯，攪拌0.5h后得到預(yù)分散液；

（5）在高速分散機(jī)中將預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，以500r/min攪拌30min得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，采用drl-ii導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)為134.3（w/m.k）。

實(shí)施例2：

γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷：0.5-2kg

醇水混合物（乙醇：水=1:2）：20kg

單層石墨烯：30kg

乙醇：30kg

酚醛樹(shù)脂：700kg

（1）γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷溶解在醇水混合物，在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5h；

（2）將步驟（1）中的醇水混合物加入到攪拌爐中，升溫到70℃并以400r/min高速攪拌，然后將石墨烯緩慢加入到其中，，其中待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

（3）將步驟（2）得到的混合物倒入坩堝中，在100℃下熱處理2小時(shí)得到改性石墨烯；

（4）在高速分散機(jī)中加入乙醇，然后加入12kg酚醛樹(shù)脂中，轉(zhuǎn)速為1300r/min攪拌，待酚醛樹(shù)脂全部溶解后緩慢減低攪拌速度至200r/min，加入改性石墨烯，攪拌0.5h后得到預(yù)分散液；

（5）在高速分散機(jī)中將預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，以500r/min攪拌30min得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，采用drl-ii導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)為124.3（w/m.k）。

實(shí)施例3：

γ-巰丙基三乙氧基硅烷：1kg

醇水混合物（乙醇：水=1:2）：30kg

單層石墨烯：40kg

丙酮：40kg

酚醛樹(shù)脂：850kg

（1）γ-巰丙基三乙氧基硅烷溶解在醇水混合物，在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5h；

（2）將步驟（1）中的醇水混合物加入到攪拌爐中，升溫到80℃并以500r/min高速攪拌，然后將石墨烯緩慢加入到其中，，其中待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

（3）將步驟（2）得到的混合物倒入坩堝中，在120℃下熱處理2小時(shí)得到改性石墨烯；

（4）在高速分散機(jī)中加入丙酮，然后加入16kg酚醛樹(shù)脂中，轉(zhuǎn)速為1500r/min攪拌，待酚醛樹(shù)脂全部溶解后緩慢減低攪拌速度至300r/min，加入改性石墨烯，攪拌0.5h后得到預(yù)分散液；

（5）在高速分散機(jī)中將預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，以500r/min攪拌30min得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，采用drl-ii導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)為141.6（w/m.k）。

實(shí)施例4：

γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：1kg

γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷1kg

醇水混合物（乙醇：水=1:2）：30kg

雙層石墨烯：40kg

丙酮：40kg

酚醛樹(shù)脂：900kg

（1）將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷溶解在醇水混合物，在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5h；

（2）將步驟（1）中的醇水混合物加入到攪拌爐中，升溫到85℃并以1000r/min高速攪拌，然后將石墨烯緩慢加入到其中，其中待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

（3）將步驟（2）得到的混合物倒入坩堝中，在200℃下熱處理1小時(shí)得到改性石墨烯；

（4）在高速分散機(jī)中加入稀釋劑，然后加入16kg酚醛樹(shù)脂中，轉(zhuǎn)速為2000r/min攪拌，待酚醛樹(shù)脂全部溶解后緩慢減低攪拌速度至500r/min，加入改性石墨烯，攪拌0.5h后得到預(yù)分散液；

（5）在高速分散機(jī)中將預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，以500r/min攪拌30min得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，采用drl-ii導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)為138.1（w/m.k）。

實(shí)施例5：

γ-巰丙基三甲氧基硅烷：2kg

醇水混合物（乙醇：水=1:2）：50kg

雙層石墨烯：100kg

丙酮：100kg

酚醛樹(shù)脂：2500kg

（1）γ-巰丙基三甲氧基硅烷溶解在醇水混合物，在磁力攪拌機(jī)上攪拌0.5h；

（2）將步驟（1）中的醇水混合物加入到攪拌爐中，升溫到85℃并以1000r/min高速攪拌，然后將石墨烯緩慢加入到其中，，其中待石墨烯加入完成后，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)；

（3）將步驟（2）得到的混合物倒入坩堝中，在200℃下熱處理1-3小時(shí)得到改性石墨烯；

（4）在高速分散機(jī)中加入丙酮，然后加入40kg酚醛樹(shù)脂中，轉(zhuǎn)速為1000r/min攪拌，待酚醛樹(shù)脂全部溶解后緩慢減低攪拌速度至500r/min，加入改性石墨烯，攪拌0.5h后得到預(yù)分散液；

（5）在高速分散機(jī)中將預(yù)分散液加入到剩余酚醛樹(shù)脂中，以500r/min攪拌30min得到石墨烯改性酚醛樹(shù)脂，采用drl-ii導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)為122.5（w/m.k）。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。