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石墨烯酚醛树脂导电复合材料
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-08-29
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高分子材料是最重要的材料之一，具有价格低廉、耐高温、耐辐射、抗老化等优良的性能，我国已经成为世界上最大的高分子材料消费和生产国。导电高分子材料是其中的重要领域，根据其不同的导电机理，分为结构型和复合型，其中复合型相对结构型而言加工更简便、成本更低、设计性更强，是制作导电高分子材料的重要途径之一。
酚醛树脂是高分子材料中最早的一类合成树脂，在1872年，德国化学家拜耳（A.Baeyer)首先合成。1905年,美国科学家巴克兰（Baekeland)进行系统研究,提出了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利，使酚醛树脂得到实际应用。近些年来，人们通过不同的复合工艺、在树脂中掺杂金属、化合物和纳米颗粒等方法不断开发出新的改性酚醛树脂。金属颗粒用量大，常常需要添加15wt%以上才能达到理想的导电性能，然而高填充量严重影响材料的力学性能。
最近，许多研究者开始尝试用纳米填料制备导电酚醛树脂。Gao等用原位聚合方法制备酚醛树脂/碳纳米管导电复合材料，填料为10%(重量百分比）时，电导率达到135.52ms。用制备了酚醛树脂/膨胀石墨复合材料膨胀石墨填料为3.2%(重量百分比）时，电导率达到1.2X10-3S/cm。但纳米填料价格昂贵，合成条件苛刻、成本高，致使高分子导电材料的应用受到一定限制。
2010年，四川大学夏和生等人公开了聚合物/石墨烯复合材料的原位还原制备方法。专利中所述聚合物包括天然橡胶、丁苯橡胶、丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚乙烯、ABS等所用氧化石墨作为填料，所用还原剂为水合肼、硼氢化钠、正丁胺、乙二胺、维生素C和柠檬酸氢钠。不加其他还原剂，利用单体的还原性将氧化石墨原位还原制备酚醛树脂导电复合材料的制备技术至今未见报道。
新技术以价格低廉的氧化石墨作为填料，制成酚醛树脂导电材料，与传统掺杂的导电填料相比，价格大大降低，为导电聚合物材料的应用提供更多的发展空间。利用氧化石墨作为填料，比石墨烯或者膨胀石墨制备工艺简单，实验中苯酚和甲醛除了作为氧化石墨的还原剂，同时也是反应的原料之一，利用碱性条件下合成的酚醛树脂导电材料。新技术添加0.05飞重量份的氧化石墨(每100克质量份的苯酚)，在不破坏热固化交联的酚醛树脂力学性能的前提下制得了高导电性酚醛复合材料。
酚醛树脂的耐高温性、高残炭率、低烟低毒、抗化学性的性质使其在阻燃材料领域占有无可取代的优势地位。目前，随着市场阻燃抗静电材料的需求量日益增加，其他阻燃抗静电材料附加值过高，导电酚醛树脂复合材料将迎来新的时代。热固性酚醛树脂呈液态，润湿速度快，粘结强度高，可以作为建筑材料、电子材料的粘合剂，或者用于浸溃各种层压材料，具有更加广泛的用途。
新技术公开了一种石墨烯酚醛树脂导电复合材料的制备方法，所述的石墨烯酚醛材料是通过苯酚与甲醛缩合反应过程中加入氧化石墨并通过超声剥离达到原位还原插层复合而得到，所得的导电材料电导率达到了10-7-S/m，所用填料氧化石墨的添加量仅为苯酚单体质量的0.05%飞％，材料的弯曲强度提高78.8%，热稳定性提高显著，25wt%失重温度由560℃提高到676V。
新技术所提供的一种石墨烯酚醛树脂导电复合材料的制备方法的是按照下述步骤完成的：
A:四颈反应瓶分别安装温度计、搅拌桨、回流冷凝管、超声变幅杆，并依次加入苯酚和甲醛水溶液和的碱性催化剂，PH值在8〜10，混合物机械搅拌，使反应瓶内液体升温到60℃；
B:边搅拌边加入氧化石墨，通过超声波处理器剥离分散形成溶液，溶液中氧化石墨的浓度为0.5-8mg/ml;混合物保持在60°℃，超声反应2〜3.5小时，停止超声；
C:控温80℃〜95℃，保温2.5小时，停止反应；
D:脱水至黏度达12s(涂4杯，25℃)，冷却放料，得到黑色粘稠液态产物，即为石墨烯酚醛树脂导电复合材料；
E:加压、热固化。将上述石墨烯酚醛树脂导电复合材料在真空烘箱中，低于80℃条件下，干燥24〜50小时，得到的固态产物粉碎，在真空液压机上，170℃,和MPa压力下，固化模压2〜10小时得到石墨烯酚醛树脂导电复合材料压片。
新技术一种石墨烯酚醛树脂导电复合材料的制备方法与现有复合材料的制备方法相比，具有如下优点：
A:新技术未另外添加水合肼或者硼氢化钠等有毒的化学还原剂，避免了环境危害及人身威胁，因而安全性强；
B:新技术不需要添加其他表面活性剂，反应单体对石墨烯还原的同时且进行功能化，很好的避免了还原的石墨烯的团聚，得到均匀分散的纳米导电复合材料；
C:新技术使用氧化石墨作为填料，丰富的含氧官能团使其与材料的相容性良好，力学性能得到提高，脆性缺陷得到很大程度的改善，热稳定性提高显著；
D:新技术方法所用的原位还原-聚合方法，此方法可以准备一系列性能优异的酚醛树脂类复合材料；
E:装置简单，设备投资少，原料成本低廉易得，重复性好，适用性强，可大规模生产，有良好的工业前景；
