CN101088916A - 一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 - Google Patents
一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101088916A CN101088916A CN 200710040619 CN200710040619A CN101088916A CN 101088916 A CN101088916 A CN 101088916A CN 200710040619 CN200710040619 CN 200710040619 CN 200710040619 A CN200710040619 A CN 200710040619A CN 101088916 A CN101088916 A CN 101088916A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- oil phase
- emulsion
- resorcinol
- formaldehyde
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
一种用O/W乳液法制备碳泡沫的方法，涉及一种碳泡沫的制备工艺。先量取甲醛和间苯二酚＝2～2.5∶1质量份数，再量取甲醛和间苯二酚∶水＝1∶0.5～5质量份数并溶于水中作为水相，液体石蜡为油相，按司班80∶吐温80∶油相∶水相＝0.1～3.5∶2∶15～35∶60～80质量份数量取，然后将水相加入油相中，600～4000r·min－1搅拌20～120min后得O/W乳状液。在制好的O/W乳状液中加NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化。所得固化体经蒸馏水和丙酮洗涤1～3次后在管式炉中，氮气保护下，按0.5～10℃·min－1的升温速率将其加热至700～1000℃碳化，最后自然降温至室温，即得孔径可控(1～10微米)且分布均匀，密度0.1～0.6g·cm－3，比表面积300m2·g－1以上的碳泡沫。本发明设备要求低，工艺简单，成本低廉，得率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳泡沫的制备方法。具体是指工艺简便易控、成本低廉、孔径分布更加均匀的制备碳泡沫的方法。
背景技术
碳泡沫是一种具有连续多孔网络结构的轻质固态碳材料。这种新型的功能材料具有开孔率高、比表面积大、耐高温、耐腐蚀、低密度、优良的吸附性、极其优异的导热性能以及良好的抗压性等一系列独特的结构和优异的物理性质，因此，它在微电子领域如电池电极、超级电容器，热导与热控材料，微波吸收材料以及航空航天等领域均有着广泛的应用前景。早在上世纪60年代，Walter Ford就通过热解热固性的树脂制得了网状玻璃态结构的碳泡沫(U.S.patent 3121050，1964)。2000年美国橡树岭实验室报道了一种新的制备碳泡沫的方法，该实验室研究人员以中间相沥青为原料通过发泡技术来制备碳泡沫(U.S.patent6033506，2000)。在制备碳泡沫时，前驱体的性质和制备的工艺条件往往会对碳泡沫的微观结构和物理特性产生较大的影响。因此，自从碳泡沫问世以来，众多物理学、化学和材料学领域的研究者都积极探索碳泡沫的制备工艺。目前，碳泡沫的制备方法一般是将中间相、各向同性沥青或其他前驱体经过高温加热软化后，通过添加发泡剂以发泡法来制备碳泡沫，如“Pitch-based carbon foam andcomposites”(U.S.patent 6387343，2002)、“Petroleum pitch-based carbon foammaterials”(U.S.patent 2003071348，2003)、“一种沥青碳泡沫材料的制备方法”(中国发明专利，申请号：200510027824.9)、“制备碳泡沫体的方法”(中国发明专利，申请号：01816776.4)以及Method for producing carbon foam andgraphite foam(Japan patent 2003286019，2003)等。这些方法虽然都能制得碳泡沫，但在其制备过程中，前驱体在发泡前往往需要预处理且通常需要300℃～400℃甚至更高的温度条件或发泡时需要高压设备，制备条件苛刻，工艺复杂，能耗高，制备周期长。此外，采用目前发泡法制备出的碳泡沫由于发泡剂从前驱体中的释放不易控制而导致所得碳泡沫的微结构产生缺陷，从而降低了碳泡沫的机械强度以及导电导热性能，制约了它的进一步应用。迄今为止，国内外学者仍未找到同时兼备工艺简单和结构可控的碳泡沫制备方法。
发明内容
本发明的目的在于公开一种工艺简单、操作简便、成本低廉、设备要求低和微结构良好且可控的碳泡沫的制备方法。
为了达到上述目的，本发明以间苯二酚和甲醛为原料，通过在O/W乳液中单体聚合的方法制备碳泡沫。
具体的工艺是按如下几个步骤进行的：
第一步，O/W乳液的制备
先按甲醛(38wt％)∶间苯二酚＝2～2.5∶1质量份数量取，再按甲醛和间苯二酚∶水＝1∶0.5～5量份数量取，将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将液体石蜡为油相，将司班80，吐温80作为乳化剂，按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝0.1～3.5∶2∶15～35∶60～80质量份数量取，在搅拌条件下将水相加入到油相中，并加入乳化剂，搅拌速度为600～4000r·min-1，搅拌20～120min后得到O/W乳状液。
第二步，乳液的聚合固化与处理
在制备好的O/W乳状液中，加入催化剂NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化，整个乳液体系固化后得到内部充满油相的固化体，然后分别以蒸馏水和丙酮将其浸泡洗涤各1～3次，以除去残留在聚合固化体中的碱和乳化剂。
第三步，碳泡沫的制备
在管式炉中，氮气保护环境下，按照0.5～10℃·min-1的升温速率将固化体由室温加热至700～1000℃碳化，最后自然降温至室温即可得到孔径分布在1～10微米之间的碳泡沫。
本发明具有如下优点：
1.本发明通过乳液法来制备碳泡沫。在碳泡沫的制备过程中既不需要预先将前驱体高温软化，不需要高压设备，也不需要添加任何发泡剂，因此，该方法设备要求低，工艺简单，成本低廉，制备条件大大简化，制备效率显著提高。
2.本发明解决了传统碳泡沫制备技术中存在的孔分布不均、孔径不易控制的难题。该法制得的碳泡沫孔分布非常均匀，且碳泡沫中孔的大小可以通过改变乳液形成条件如搅拌速度、水相和油相的质量比等条件而得到有效控制。
3.本发明提供了一种制备孔尺寸更微小的碳泡沫的方法。目前发泡法通过添加发泡剂发泡的方式来制备碳泡沫所制得的碳泡沫的孔洞通常大于100微米。而本发明通过乳液法可以制得孔洞尺寸10微米以内的碳泡沫。
4.本发明方法制得的碳泡沫的品质优良，经测试分析表明，碳泡沫的密度在0.1～0.6g·cm-3，比表面积在300m2·g-1以上。
具体实施方式
实施例1：
量取2份质量的甲醛(38wt％)和1份质量的间苯二酚。再量取甲醛和间苯二酚的总质量∶水为1∶0.5份质量，然后将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将液体石蜡为油相，将司班80和吐温80作为乳化剂，按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝0.1∶2∶35∶60份质量比量取，(上述物质均为市售工业级)在搅拌条件下将水相加入到油相中，并将乳化剂也加入，搅拌速度为600r·min-1，搅拌20min得到O/W乳状液
在制备好的O/W乳状液中，加入工业级NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化，然后先用丙酮将其浸泡洗涤1次，再用蒸馏水将其浸泡洗涤1次。
在管式炉中，氮气保护环境下，按照0.5℃·min-1的升温速率，将除去了残留碱和乳化剂的固化体由室温加热至700℃碳化，最后自然降温至室温，即可得到孔径分布在1～10微米之间的碳泡沫。
实施例2：
量取2.5份质量的甲醛(38wt％)和1份质量的间苯二酚，再量取甲醛和间苯二酚的总质量∶水为1∶1份质量，然后将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将液体石蜡为油相，按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝2∶2∶25∶70的质量比量取，在搅拌条件下将水相加入到油相中，并将乳化剂也加入，搅拌速度为1500r·min-1，搅拌60min得到O/W乳状液。
在制备好的O/W乳状液中，加入NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化，然后分别以蒸馏水和丙酮将其浸泡洗涤各2次。
在管式炉中，氮气保护环境下，按照1℃·min-1的升温速率将固化体由室温加热至800℃碳化，最后自然降温至室温，即可得到孔径分布在1～10微米之间的碳泡沫。
实施例3：
量取与实施例1相同的甲醛(38wt％)和间苯二酚，其中甲醛和间苯二酚的总质量与水的质量比为1∶2，将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将液体石蜡为油相，按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝3.5∶2∶15∶80份质量比量取，在搅拌条件下将水相加入到油相中，并将乳化剂也加入，搅拌速度为2500r·min-1，搅拌120min得到O/W乳状液。
在制备好的O/W乳状液中，加入NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化，然后分别以蒸馏水和丙酮将其浸泡洗涤各3次。
在管式炉中，氮气保护环境下，按照2℃·min-1的升温速率将固化体由室温加热至900℃碳化，最后自然降温至室温即可得到孔径分布在1～10微米之间的碳泡沫。
实施例4：
量取与实施例1相同的甲醛(38wt％)和间苯二酚，甲醛和间苯二酚的总质量与水的质量比为1∶5，将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将液体石蜡为油相，按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝3∶2∶30∶65份质量比量取，在搅拌条件下将水相加入到油相中，并将乳化剂也加入，搅拌速度为3500r·min-1，搅拌60min得到O/W乳状液。
在制备好的O/W乳状液中，加入NaOH至间苯二酚和甲醛聚合固化，然后分别以蒸馏水和丙酮将其浸泡洗涤各3次。
在管式炉中，氮气保护环境下，按照5℃·min-1的升温速率将固化体由室温加热至1000℃碳化，最后自然降温至室温即可得到孔径分布在1～10微米之间的碳泡沫。
实施例5，固化体碳化的升温速率8℃·min-1，搅拌速度为2500r·min-1，其余与实施例1相同，得到本发明的孔径分布在1～10微米之间碳泡沫。
实施例6，固化体碳化的升温速率10℃·min-1，搅拌速度为4000r·min-1，其余与实施例4相同，得到本发明的孔径分布在1～10微米之间碳泡沫。
Claims (1)
1.一种用O/W乳液法制备碳泡沫的方法，其特征在于：
第一步，O/W乳液的制备
先按甲醛(38wt％)∶间苯二酚＝2～2.5∶1质量份数量取，再按甲醛和间苯二酚∶水＝1∶0.5～5质量份数最取，将甲醛和间苯二酚溶于水中作为水相，将司班80和吐温80作为乳化剂，将液体石蜡作为油相，并按照司班80∶吐温80∶油相∶水相＝0.1～3.5∶2∶15～35∶60～80质量份数量取，将水相加入到油相中，并将司班80和吐温80也加入，以600～4000r·min-1搅拌速度，搅拌20～120min后得O/W乳状液；
第二步，乳液的聚合固化与处理
在制备好的O/W乳状液中，加入NaOH作为催化剂至间苯二酚和甲醛聚合固化，整个乳液体系固化后得到内部充满油相的固化体，然后分别以蒸馏水和丙酮将其浸泡洗涤各1～3次；
第三步，碳泡沫的制备
在管式炉中，氮气保护环境下，按照0.5～10℃·min-1的升温速率将固化体由室温加热至700～1000℃碳化，最后自然降温至室温即可得到碳泡沫，经测定，所得碳泡沫的孔径分布在1～10微米之间，密度为0.1～0.6g·cm-3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710040619 CN101088916A (zh) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | 一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710040619 CN101088916A (zh) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | 一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101088916A true CN101088916A (zh) | 2007-12-19 |
Family
ID=38942442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200710040619 Pending CN101088916A (zh) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | 一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101088916A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102070137A (zh) * | 2010-12-21 | 2011-05-25 | 同济大学 | 一种电化学性能高的碳泡沫的制备方法 |
| CN102275901A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-12-14 | 同济大学 | 一种用o/w微乳液制备碳泡沫的方法 |
| CN102553529A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-07-11 | 同济大学 | 一种硫功能化碳泡沫的制备方法 |
| CN103449396A (zh) * | 2012-05-28 | 2013-12-18 | 同济大学 | 一种用于超级电容器电极的分级孔碳泡沫的制备方法 |
| CN108584915A (zh) * | 2018-06-03 | 2018-09-28 | 湖南科技大学 | 一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料及其制备方法 |
| CN108689405A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-23 | 福州大学 | 一种高内相乳液模板法制备连通多级孔碳材料的方法 |
-
2007
- 2007-05-14 CN CN 200710040619 patent/CN101088916A/zh active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102070137A (zh) * | 2010-12-21 | 2011-05-25 | 同济大学 | 一种电化学性能高的碳泡沫的制备方法 |
| CN102070137B (zh) * | 2010-12-21 | 2012-07-25 | 同济大学 | 一种电化学性能高的碳泡沫的制备方法 |
| CN102275901A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-12-14 | 同济大学 | 一种用o/w微乳液制备碳泡沫的方法 |
| CN102275901B (zh) * | 2011-05-27 | 2012-12-05 | 同济大学 | 一种用o/w微乳液制备碳泡沫的方法 |
| CN102553529A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-07-11 | 同济大学 | 一种硫功能化碳泡沫的制备方法 |
| CN102553529B (zh) * | 2011-12-21 | 2013-08-14 | 同济大学 | 一种硫功能化碳泡沫的制备方法 |
| CN103449396A (zh) * | 2012-05-28 | 2013-12-18 | 同济大学 | 一种用于超级电容器电极的分级孔碳泡沫的制备方法 |
| CN103449396B (zh) * | 2012-05-28 | 2015-06-03 | 同济大学 | 一种用于超级电容器电极的分级孔碳泡沫的制备方法 |
| CN108584915A (zh) * | 2018-06-03 | 2018-09-28 | 湖南科技大学 | 一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料及其制备方法 |
| CN108584915B (zh) * | 2018-06-03 | 2021-09-14 | 湖南科技大学 | 一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料及其制备方法 |
| CN108689405A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-23 | 福州大学 | 一种高内相乳液模板法制备连通多级孔碳材料的方法 |
| CN108689405B (zh) * | 2018-06-19 | 2022-04-01 | 福州大学 | 一种高内相乳液模板法制备连通多级孔碳材料的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101088916A (zh) | 一种用o/w乳液法制备碳泡沫的方法 | |
| Lei et al. | Preparation of phenolic-based carbon foam with controllable pore structure and high compressive strength | |
| CN107892582B (zh) | 一种炭纤维增强纳米孔炭隔热复合材料的制备方法 | |
| Ting et al. | Structure and properties of AN/MAA/AM copolymer foam plastics | |
| CN112574468B (zh) | 具有多层次连续网络结构的导热高分子复合材料及制备方法 | |
| CN102634096B (zh) | 一种聚丙烯发泡母料及其制备方法 | |
| CN103331917A (zh) | 中间相沥青基短切-连续石墨纤维导热复合材料及其制备 | |
| CN106478124B (zh) | 一种多孔炭隔热复合材料的制备方法 | |
| CN103015163A (zh) | 一种碳纤维表面复合涂层的制备方法 | |
| CN107722595B (zh) | 一种纤维-石墨烯-热塑性聚芳醚多尺度复合材料的制备方法 | |
| CN104130411B (zh) | 一种中空结构的聚酰亚胺复合微球的制备方法 | |
| Du et al. | Skeleton designable SGP/EA resin composites with integrated thermal conductivity, electromagnetic interference shielding, and mechanical performances | |
| Wu et al. | Monolithic carbon aerogels within foam framework for high-temperature thermal insulation and organics absorption | |
| CN102553529B (zh) | 一种硫功能化碳泡沫的制备方法 | |
| CN106633373B (zh) | 用于sls的碳纳米管/聚丙烯复合粉末材料及制备方法 | |
| CN102168325A (zh) | 一种多孔碳纤维和基于该多孔碳纤维的吸波复合材料及制备方法 | |
| CN110746638A (zh) | 一种悬浮聚合制备纳米碳纤维增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的方法 | |
| CN106543446A (zh) | 一种先驱体聚合物微球及其制备方法 | |
| CN100503432C (zh) | 用芳基乙炔单体制备碳泡沫的方法 | |
| CN114131785A (zh) | 一种耐高温热塑性复合材料单向预浸带的制备方法 | |
| CN114031817A (zh) | COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法、应用和阻燃环氧树脂 | |
| CN110746633B (zh) | 一种微孔聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法 | |
| Nestler et al. | Development and characterisation of phenolic resin moulding materials for the production of new short fibre-reinforced C/C-SiC composites | |
| CN102275901B (zh) | 一种用o/w微乳液制备碳泡沫的方法 | |
| CN104562264B (zh) | 制备碳纤维原丝的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20071219 |