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石墨烯酚醛樹脂導電復合材料
來源:
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-29
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高分子材料是最重要的材料之一，具有價格低廉、耐高溫、耐輻射、抗老化等優良的性能，我國已經成為世界上最大的高分子材料消費和生產國。導電高分子材料是其中的重要領域，根據其不同的導電機理，分為結構型和復合型，其中復合型相對結構型而言加工更簡便、成本更低、設計性更強，是制作導電高分子材料的重要途徑之一。
酚醛樹脂是高分子材料中最早的一類合成樹脂，在1872年，德國化學家拜耳（A.Baeyer)首先合成。1905年,美國科學家巴克蘭（Baekeland)進行系統研究,提出了關于酚醛樹脂“加壓、加熱”固化的專利，使酚醛樹脂得到實際應用。近些年來，人們通過不同的復合工藝、在樹脂中摻雜金屬、化合物和納米顆粒等方法不斷開發出新的改性酚醛樹脂。金屬顆粒用量大，常常需要添加15wt%以上才能達到理想的導電性能，然而高填充量嚴重影響材料的力學性能。
最近，許多研究者開始嘗試用納米填料制備導電酚醛樹脂。Gao等用原位聚合方法制備酚醛樹脂/碳納米管導電復合材料，填料為10%(重量百分比）時，電導率達到135.52ms。用制備了酚醛樹脂/膨脹石墨復合材料膨脹石墨填料為3.2%(重量百分比）時，電導率達到1.2X10-3S/cm。但納米填料價格昂貴，合成條件苛刻、成本高，致使高分子導電材料的應用受到一定限制。
2010年，四川大學夏和生等人公開了聚合物/石墨烯復合材料的原位還原制備方法。專利中所述聚合物包括天然橡膠、丁苯橡膠、丁二烯橡膠、丁腈橡膠、聚乙烯、ABS等所用氧化石墨作為填料，所用還原劑為水合肼、硼氫化鈉、正丁胺、乙二胺、維生素C和檸檬酸氫鈉。不加其他還原劑，利用單體的還原性將氧化石墨原位還原制備酚醛樹脂導電復合材料的制備技術至今未見報道。
新技術以價格低廉的氧化石墨作為填料，制成酚醛樹脂導電材料，與傳統摻雜的導電填料相比，價格大大降低，為導電聚合物材料的應用提供更多的發展空間。利用氧化石墨作為填料，比石墨烯或者膨脹石墨制備工藝簡單，實驗中苯酚和甲醛除了作為氧化石墨的還原劑，同時也是反應的原料之一，利用堿性條件下合成的酚醛樹脂導電材料。新技術添加0.05飛重量份的氧化石墨(每100克質量份的苯酚)，在不破壞熱固化交聯的酚醛樹脂力學性能的前提下制得了高導電性酚醛復合材料。
酚醛樹脂的耐高溫性、高殘炭率、低煙低毒、抗化學性的性質使其在阻燃材料領域占有無可取代的優勢地位。目前，隨著市場阻燃抗靜電材料的需求量日益增加，其他阻燃抗靜電材料附加值過高，導電酚醛樹脂復合材料將迎來新的時代。熱固性酚醛樹脂呈液態，潤濕速度快，粘結強度高，可以作為建筑材料、電子材料的粘合劑，或者用于浸潰各種層壓材料，具有更加廣泛的用途。
新技術公開了一種石墨烯酚醛樹脂導電復合材料的制備方法，所述的石墨烯酚醛材料是通過苯酚與甲醛縮合反應過程中加入氧化石墨并通過超聲剝離達到原位還原插層復合而得到，所得的導電材料電導率達到了10-7-S/m，所用填料氧化石墨的添加量僅為苯酚單體質量的0.05%飛％，材料的彎曲強度提高78.8%，熱穩定性提高顯著，25wt%失重溫度由560℃提高到676V。
新技術所提供的一種石墨烯酚醛樹脂導電復合材料的制備方法的是按照下述步驟完成的：
A:四頸反應瓶分別安裝溫度計、攪拌槳、回流冷凝管、超聲變幅桿，并依次加入苯酚和甲醛水溶液和的堿性催化劑，PH值在8?10，混合物機械攪拌，使反應瓶內液體升溫到60℃；
B:邊攪拌邊加入氧化石墨，通過超聲波處理器剝離分散形成溶液，溶液中氧化石墨的濃度為0.5-8mg/ml;混合物保持在60°℃，超聲反應2?3.5小時，停止超聲；
C:控溫80℃?95℃，保溫2.5小時，停止反應；
D:脫水至黏度達12s(涂4杯，25℃)，冷卻放料，得到黑色粘稠液態產物，即為石墨烯酚醛樹脂導電復合材料；
E:加壓、熱固化。將上述石墨烯酚醛樹脂導電復合材料在真空烘箱中，低于80℃條件下，干燥24?50小時，得到的固態產物粉碎，在真空液壓機上，170℃,和MPa壓力下，固化模壓2?10小時得到石墨烯酚醛樹脂導電復合材料壓片。
新技術一種石墨烯酚醛樹脂導電復合材料的制備方法與現有復合材料的制備方法相比，具有如下優點：
A:新技術未另外添加水合肼或者硼氫化鈉等有毒的化學還原劑，避免了環境危害及人身威脅，因而安全性強；
B:新技術不需要添加其他表面活性劑，反應單體對石墨烯還原的同時且進行功能化，很好的避免了還原的石墨烯的團聚，得到均勻分散的納米導電復合材料；
C:新技術使用氧化石墨作為填料，豐富的含氧官能團使其與材料的相容性良好，力學性能得到提高，脆性缺陷得到很大程度的改善，熱穩定性提高顯著；
D:新技術方法所用的原位還原-聚合方法，此方法可以準備一系列性能優異的酚醛樹脂類復合材料；
E:裝置簡單，設備投資少，原料成本低廉易得，重復性好，適用性強，可大規模生產，有良好的工業前景；
