CN102504610B - 一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法，通过添加不同配比的纳米SiO2时选用一定浓度的聚乙二醇(PEG)-乙醇溶液作为分散剂，利用磁力搅拌和超声波处理，然后加入到酚醛树脂中，可以有效提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性。使用激光粒度仪对加入不同浓度聚乙二醇-乙醇溶液，不同含量纳米SiO2的酚醛树脂溶液的分散情况进行了考查，其粒径大小小于2000nm，所占百分比80％～100％，均匀度很好；同时本发明操作简单，可靠性较高，可以推广使用。

Description

一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法，属于材料技术领域。 
背景技术
在20世纪70年代初国内就对酚醛树脂就进行了改性研究，相继出现了重金属改性酚醛树脂、杂元素改性酚醛树脂等，但改性后的树脂体系残炭率均不超过60％。近年来，随着纳米材料的研究和纳米技术的迅猛发展，大量研究表明，将纳米粒子添加到酚醛树脂基体中，可以提高烧蚀材料的烧蚀性能，同时降低材料的密度，对于结构件的减重有很大的意义。其中利用纳米SiO2改性时，可以先对纳米粒子进行表面处理防止团聚，再加入酚醛树脂，这时纳米粒子与树脂的合成分步进行，可控制纳米粒子的形态和尺寸，工艺过程简单，应用起来比较方便，有很大的利用空间。 
酚醛树脂中的纳米填料虽然用量很少，但纳米材料发挥了独特的作用，赋予了复合材料优异的性能。由于纳米粒子粒径小、比面积大、表面能高，极易形成粒径较大的聚集体，使纳米组分难以发挥作用，因此纳米填料在酚醛树脂中的分散是改性酚醛树脂过程的关键，如何提高其分散性也显得尤为重要。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散的方法，在提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的同时，提高了酚醛树脂的烧蚀性能、降低密度。 
本发明的技术解决方案：一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法，通过以下步骤实现： 
第一步，称取一定量的酚醛树脂溶液，根据酚醛树脂的固含量，按重量百分比称取无水乙醇，使得称取的无水乙醇与酚醛树脂溶液中乙醇的总重量与酚醛树脂溶液中酚醛树脂的重量比为35：65～50：50； 
第二步，按重量百分比称取聚乙二醇，聚乙二醇重量为第一步中乙醇总重量的0.3～2％； 
第三步，将第二步称取的聚乙二醇加入到第一步称取的无水乙醇中，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到聚乙二醇-乙醇溶液；搅拌工艺：温度30℃～60℃，转速200转／分钟～1000转／分钟，时间10～20分钟； 
第四步，根据重量百分比称取纳米SiO2，纳米SiO2重量为第一步中纯酚醛树脂重量的1～10％，根据纳米SiO2重量确定第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇的重量； 
第五步，将第四步中称取的纳米SiO2加入到第三步得到的聚乙二醇-乙醇溶液，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到含纳米SiO2的混合溶液；搅拌工艺：转速200转／分钟～1000转／分钟，时间10～20分钟； 
第六步，将第五步得到的含纳米SiO2的混合溶液加入到第一步称取的酚醛树脂溶液中，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到混合树脂溶液；搅拌工艺：转速200转／分钟～1000转／分钟，时间10～20分钟； 
第七步，用超声波超微粉碎机对第六步得到的混合树脂溶液超声3～10分钟。 
纳米SiO2，粒径为20～40nm，表面经KH-570处理，多孔或球状。 
聚乙二醇(PEG)，粘度400～1000。 
无水乙醇，分析纯。 
酚醛树脂，固含量＞55％。 
本发明添加1～10％纳米SiO2时，选用浓度为0.3～2％的聚乙二醇(PEG)-乙醇溶液作为分散剂，利用磁力搅拌和超声波处理，然后加入到酚醛树脂中，制备出分散性较高的纳米SiO2改性酚醛树脂，其粒径大小小于2000nm，所占百分比80％～100％。 
优先配比(添加不同配比的纳米SiO2时，选用一定浓度的聚乙二醇(PEG)-乙醇溶液作为分散剂，得到的粒径和百分比最佳)为： 
当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量4％的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的0.3～1.2％；当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量[1％，4％)的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的0.3～1％；当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量(4％，10％]的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的1～2％。 
本发明与现有技术相比的有益效果： 
(1)本发明通过加入一定浓度的分散剂，同时利用磁力搅拌器和超声处理使得纳米SiO2在酚醛树脂中的分散性得以提高，从而提高树脂的烧蚀性能，降低其密度； 
(2)本发明给出了添加不同比例纳米SiO2时的优选聚乙二醇(PEG)-乙醇溶液，在此优选比例中，均匀度好； 
(3)利用本发明方法，使用激光粒度仪对加入不同浓度聚乙二醇-乙醇溶液，不同含量纳米SiO2的酚醛树脂溶液的分散情况进行了考查，其粒径大小小于2000nm，所占百分比80％～100％，均匀度很好； 
(4)本发明操作简单，可靠性较高，可以推广使用。 
说明书附图 
图1为本发明工艺流程图。 
具体实施方式
以下结合附图1和具体实例对本发明进行详细说明。 
实施例1 
1、称取酚醛树脂溶液1000克，根据酚醛树脂的固含量70％，称取148克无水乙醇溶液，分析纯； 
2、称取粘度1000的聚乙二醇4.48克，加入到步骤1的乙醇溶液中，用磁力搅拌器在温度50℃、转速400转／分钟下，将二者搅拌15分钟； 
3、称取纳米SiO228克，加入到步骤2中的聚乙二醇-乙醇溶液中，用磁力搅拌器在转速500转／分钟下搅拌15分钟； 
4、将步骤3的混合物加入到树脂中，用磁力搅拌器在转速600转／分钟下搅拌15分钟； 
5、用超声波超微粉碎机对步骤4的混合物超声5分钟。 
使用激光粒度仪对此浓度聚乙二醇-乙醇溶液，此含量纳米SiO2的酚醛树脂溶液的分散情况进行考查，其粒径大小在22.23nm，所占百分比为100％。 
实施例2 
1、称取酚醛树脂溶液500克，根据酚醛树脂的固含量75％，称取125克无水乙醇溶液，分析纯； 
2、按称取粘度400的聚乙二醇1.5克，加入到步骤1的乙醇溶液中，用磁力搅拌器在温度50℃、转速300转／分钟下，将二者搅拌15分钟； 
3、称取纳米SiO237.5克，加入到步骤2中的聚乙二醇-乙醇溶液中，用磁力搅拌器在转速400转／分钟下搅拌15分钟； 
4、将步骤3的混合物加入到树脂中，用磁力搅拌器在转速500转／分钟下搅拌15分钟； 
5、用超声波超微粉碎机对步骤4的混合物超声5分钟。 
使用激光粒度仪对此浓度聚乙二醇-乙醇溶液，此含量纳米SiO2的酚醛树脂溶液的分散情况进行考查，其粒径大小在788.8nm，所占百分比为100％。 
实施例3 
1、称取酚醛树脂溶液100克，根据酚醛树脂的固含量75％，称取25克无 水乙醇溶液，分析纯； 
2、称取粘度1000的聚乙二醇0.5克，加入到步骤1的乙醇溶液中，用磁力搅拌器在温度50℃、转速250转／分钟下，将二者搅拌10分钟； 
3、称取纳米SiO27.5克，加入到步骤2中的聚乙二醇-乙醇溶液中，用磁力搅拌器在转速400转／分钟下搅拌10分钟； 
4、将步骤3的混合物加入到树脂中，用磁力搅拌器在转速500转／分钟下搅拌15分钟； 
5、用超声波超微粉碎机对步骤4的混合物超声5分钟。 
使用激光粒度仪对此浓度聚乙二醇-乙醇溶液，此含量纳米SiO2的酚醛树脂溶液的分散情况进行考查，其粒径大小在34.83nm，所占百分比为100％。 
不同比例纳米SiO2与不同浓度聚乙二醇(PEG)-乙醇溶液在酚醛中的分散情况如表1所示。 
表1 
Figure GSB0000115531760000061
从表1可以看出： 
(1)采用一定比例(1～10％)的聚乙二醇可以有效的防止纳米SiO2在酚醛树脂中分散时的团聚； 
(2)随着纳米SiO2的加入量增加其在酚醛树脂中的分散性逐渐变差，当达到一定比例(15％)时会出现明显的团聚现象； 
(3)不同浓度聚乙二醇-乙醇溶液对于纳米SiO2在酚醛树脂中分散性具有影响，加入不同比例的纳米SiO2时具有相应较佳的聚乙二醇-乙醇溶液浓度。 
将纳米SiO2改性酚醛树脂复合材料力学性能和热物理性能情况：将纳米SiO2粒子添加到酚醛树脂基体中，可以提高烧蚀材料的烧蚀性能，同时降低材料的密度，对于结构件的减重有很大的意义。表2列出了用本方法分散后的纳米SiO2改性酚醛树脂其复合材料力学性能和热物理性能情况。 
表2 
Figure GSB0000115531760000071
从表2看出： 
(1)在酚醛树脂中加入纳米SiO2可以有效减小其复合材料的密度，加入不同纳米SiO2的复合材料的密度先减小后增大，在加入4％纳米SiO2时密度最小； 
(2)在酚醛树脂中加入纳米SiO2后用其制备的复合材料较之未加入纳米SiO2的酚醛树脂基复合材料的力学性能有所降低，随着SiO2含量的增加，其经向拉伸强度先增大后减小，在纳米SiO2含量为4％时，力学性能最好； 
(3)在酚醛树脂中加入纳米SiO2后用其制备的复合材料较之未加入纳米SiO2的酚醛树脂基复合材料的热物理性能有所提高，特别是高温的热导率降低较大，在纳米SiO2含量为4％时，热物理性能(高温下的比热容、高温热导率)最好。 
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。 

Claims (1)

1.一种提高纳米SiO2在酚醛树脂溶液中分散性的方法，其特征在于通过以下步骤实现：
第一步，称取一定量的酚醛树脂溶液，根据酚醛树脂的固含量，按重量百分比称取无水乙醇，使得称取的无水乙醇与酚醛树脂溶液中乙醇的总重量与酚醛树脂溶液中酚醛树脂的重量比为35：65～50：50；
第二步，按重量百分比称取聚乙二醇，聚乙二醇重量为第一步中乙醇总重量的0.3～2％；
第三步，将第二步称取的聚乙二醇加入到第一步称取的无水乙醇中，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到聚乙二醇-乙醇溶液；
第四步，根据重量百分比称取纳米SiO2，纳米SiO2重量为第一步中纯酚醛树脂重量的1～10％，根据纳米SiO2重量确定第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇的重量；
当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量4％的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的0.3～1.2％；当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量[1％，4％)的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的0.3～1％；当所述的纳米SiO2的重量为纯酚醛树脂重量(4％，10％]的比例时，第三步聚乙二醇-乙醇溶液中的聚乙二醇重量为乙醇总重量的1～2％；
第五步，将第四步中称取的纳米SiO2加入到第三步得到的聚乙二醇-乙醇溶液，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到含纳米SiO2的混合溶液；
第六步，将第五步得到的含纳米SiO2的混合溶液加入到第一步称取的酚醛树脂溶液中，利用磁力搅拌器搅拌至均匀，得到混合树脂溶液；
第七步，用超声波超微粉碎机对第六步得到的混合树脂溶液超声3～10分钟。
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