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

背景技術：

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

技術實現(xiàn)要素：

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

技術方案：石墨烯改性酚醛樹脂的制備方法，包括如下幾個步驟：

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，得到改性石墨烯；

4）在高速分散機中加入稀釋劑，再加入第一部分酚醛樹脂，進行第一攪拌速度攪拌直至酚醛樹脂全部溶解，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，攪拌后得到預分散液；

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

優(yōu)選的，為了使偶聯(lián)劑所帶官能團與酚醛樹脂易于發(fā)生化學反應，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，而單層或雙層的石墨烯在酚醛樹脂中更易分散，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）所述的預分散液和剩余酚醛樹脂的質(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脂，由酚醛樹脂、硅烷偶聯(lián)劑和石墨烯反應得到。

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

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種石墨烯改性酚醛樹脂的制備方法，包括如下幾個步驟：

1）將硅烷偶聯(lián)劑溶解在醇水混合物中，并在磁力攪拌機上攪拌0.5小時；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；

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，得到改性石墨烯；

4）在高速分散機中加入稀釋劑，再加入第一部分酚醛樹脂，進行第一攪拌速度1000-2000r/min攪拌直至酚醛樹脂全部溶解，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，攪拌后得到預分散液；

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

優(yōu)選的，為了使偶聯(lián)劑所帶官能團與酚醛樹脂易于發(fā)生化學反應，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)明對所述的硅烷偶聯(lián)劑的來源沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的上述種類的偶聯(lián)劑即可，可由市場購買獲得。

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，而單層或雙層的石墨烯在酚醛樹脂中更易分散，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購買獲得。

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：第一部分酚醛樹脂=5:5:2

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

本發(fā)明所述酚醛樹脂可由市場購買獲得。

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，這些實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。

實施例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；

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

（4）在高速分散機中加入乙醇，然后加入4kg酚醛樹脂中，轉(zhuǎn)速為1000r/min攪拌，待酚醛樹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后得到預分散液；

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

實施例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；

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

（4）在高速分散機中加入乙醇，然后加入12kg酚醛樹脂中，轉(zhuǎn)速為1300r/min攪拌，待酚醛樹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后得到預分散液；

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

實施例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；

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

（4）在高速分散機中加入丙酮，然后加入16kg酚醛樹脂中，轉(zhuǎn)速為1500r/min攪拌，待酚醛樹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后得到預分散液；

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

實施例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；

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

（4）在高速分散機中加入稀釋劑，然后加入16kg酚醛樹脂中，轉(zhuǎn)速為2000r/min攪拌，待酚醛樹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后得到預分散液；

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

實施例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；

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

（4）在高速分散機中加入丙酮，然后加入40kg酚醛樹脂中，轉(zhuǎn)速為1000r/min攪拌，待酚醛樹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后得到預分散液；

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

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。