CN106517158B - 由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法、石墨烯泡沫材料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，是将糠酮醛树脂，经添加非碳原子及易高温剔除的物质，固化成型后在惰性气体环境中进行高温碳化及石墨化，从而形成一种具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构的新型超能石墨烯泡沫材料。获得的材料属于一种性能极其优异的碳泡沫材料，具有较低的热膨胀系数，高孔隙率和均匀的孔隙，稳固性好、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性好、密度小、质轻、易加工等突出的特性，以及高热导率、高熔点、大比热和良好的导电率、优良的屏蔽性的优势，用途十分广泛，且使用寿命长。另外，该制备方法能够实现材料的低成本、大批量生产，且制备过程和使用过程均不产生污染，使石墨烯泡沫材料得到批量应用。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，同时，还涉及由该方法获得的石墨烯泡沫材料及其用途。
背景技术
泡沫材料因其质轻、坚固、吸震、低吸潮、易成型及良好的耐水性、绝热性等优点，具有广泛的应用领域，但由于塑料泡沫存在对环境造成的不可解决的白色污染问题，近年来，碳泡沫材料的研究和应用成为发展方向。在碳泡沫材料的研究中，现有技术公开了一种微球型碳泡沫，是以高残碳树脂或以中间相沥青为先驱体，首先制成几何尺寸为微米到纳米级的空心微球，再用适当的树脂作粘结剂(或支持体)将其注模成型，在氮气和氩气的气氛中，经过1100-2400℃的炭化，得到具有空心微球结构的碳泡沫，这种材料具有良好的力学性能，是一种热导率很低的碳泡沫材料。但这种空心微球碳泡沫材料中的微球其力学性能欠佳，而且由于化石能源的不可再生性以及在制备碳泡沫过程中会产生氰化氢等有毒气体的污染物，不适于工业化推广及应用。另外，研究发现呋喃树脂碳泡沫材料具有较大的比面积，较高的孔隙率，优良的吸附性，较低的热膨胀系数等优势，但制备过程需添加大量发泡剂来生成泡沫，造成发泡率难以控制且不均匀，材料稳定性、稳固性差的问题；而酚醛树脂碳泡沫材料的含碳量低、机械性能差、热稳定性差、发泡不均匀，而且有些只能碳化不能石墨化、有些碳化石墨化后含碳率低、与空气接触还原后残碳率失重严重，因此只能作为保温隔热材料，应用领域受到限制。因此开发以可再生、无毒害的生物质为原料的低成本新型环保碳泡沫具有十分重要的意义。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，利用可再生、无毒害、可降解的生物树脂通过不产生污染的方法制备石墨烯泡沫，以获得性能优越、应用广泛的碳泡沫材料。
为实现上述目的，本发明提供的由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，包括以下步骤：
a、取糠酮醛树脂100份，加入山梨糖醇2-4份、水果膏5-7份，加热至30-40℃，充分搅拌，然后加入固化剂3-4份，继续升温至45-55℃，搅拌均匀，得到糠酮醛混合物；所述水果膏中固含量为65-75％；
b、将糠酮醛混合物升温至60-100℃，保温50-55分钟，再升温至100-130℃，保温1-2小时，进行固化；
c、固化后的糠酮醛混合物碳化、石墨化：在真空度0.2-0.5MPa、惰性气体环境下，将固化后的糠酮醛混合物升温至65-250℃，保温15-18分钟，继续升温至250-450℃，保温13-16分钟，再继续升温至450-1200℃，保温20-25分钟，继续升温至1200-1550℃，保温16-20分钟，再升温至1550-2650℃，保温20-28分钟，完成高温碳化，最后升温至2650-3200℃，保温25-30分钟，完成石墨化；
d、碳化、石墨化后，降温至35-45℃，经机械剥离粉碎得到石墨烯泡沫材料产品。
本发明的由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，是将从植物秸秆提取的新型环保原料糠酮醛树脂，经添加非碳原子及易高温剔除的物质，预热混合后，再添加固化剂固化成型，之后在惰性气体环境中进行1200-1550℃高温碳化及2650-3200℃石墨化，使所有非碳原子被高温剔除，通过控制升温过程，使非碳原子被逐步排除，并在固相间发生一系列的脱氢、环化、交连、缩聚等化学反应，从而形成一种具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构的新型超能石墨烯泡沫材料。获得的石墨烯泡沫材料属于一种性能极其优异的碳泡沫材料，具有较低的热膨胀系数，高孔隙率和均匀的孔隙，稳固性好、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性好、密度小、质轻、易加工等突出的特性，以及高热导率、高熔点、大比热和良好的导电率的优势，用途十分广泛、使用寿命长，而且该制备方法能够实现材料的低成本、大批量生产，且制备过程不产生污染，使石墨烯泡沫材料得到批量应用。
作为对上述技术方案的限定，步骤a所述固化剂为氨基磺酸、二甲苯磺酸、硫酸乙酯中的至少一种。
作为对上述技术方案的限定，所述步骤a中于30-40℃下搅拌15-20分钟；以1分钟1-2℃的升温速度升温至45-55℃，搅拌5-10分钟。
作为对上述技术方案的限定，所述步骤b中以3分钟1-2℃的升温速度升温至60-100℃；以2分钟1-2℃的升温速度升温至100-130℃。
作为对上述技术方案的限定，所述步骤c采用真空碳化炉进行碳化、石墨化。
作为对上述技术方案的限定，所述步骤c中以5分钟1-2℃的升温速度升温至65-250℃；以7分钟1-2℃的升温速度升温至250-450℃；以6分钟1-2℃的升温速度升温至450-1200℃；以1分钟2-3℃的升温速度升温至1200-1550℃；以1分钟5-6℃的升温速度升温至1550-2650℃；以1分钟6-7℃的升温速度升温至2650-3200℃。
进一步限定各步骤中升温阶段的升温速度，控制非碳原子在高温剔除过程逐步进行的化学反应，使碳含量逐步增加，进而获得结构、性能更优异的石墨烯泡沫材料。
同时，本发明还提供了一种石墨烯泡沫材料，由如上所述的方法制备得到。
本发明还提供了上述石墨烯泡沫材料的用途，由如上所述的方法获得的石墨烯泡沫材料用作隔热防护材料、电极材料、屏蔽材料、过滤材料、合成材料。
通过本发明的制备方法获得的石墨烯泡沫，具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构，属于一种多孔碳泡沫材料，具有极其优异的性能。
该石墨烯泡沫材料的热稳定性极高，可适应大跨度的温度条件环境，密度小，并具有较低的热膨胀系数、高热导率且热导率可调、高熔点和大比热的特点，属于高强度隔热材料和热容吸热式热防护材料，可作为很好的导热、热防护功能材料，多用于夹层中间层。此外，该材料的屏蔽性好，属于一种优良的屏蔽材料、也是一种高刚度、坚固、轻质的光学平台材料，广泛用于航空、军事、其它工业方面的热容、绝热材料，具有广阔的应用前景，可推动功能材料、生物医药、航空航天等学科的发展。
该石墨烯泡沫材料还具有轻质、孔隙率高、孔隙均匀、稳固性好、具有极佳的电化学储能特性、耐高温、耐腐蚀、易加工等突出的特性，可广泛用作各种电池电极、超级电容，具有良好的导电率，比金属氧化物更高的电子导电能力，且因其较大的比表面积、较高的孔隙率，可吸储大量电解液，便于电解液对电极的浸渍及电解液的流动，有利于电解液和电极之间形成双电层，使电极材料与电解液充分接触，减小了离子扩散距离和扩散阻力，同时提供了导电网络结构，使电子在整个电极内得以快速传输，使用本发明的石墨烯泡沫材料制成的各种电池、电容器等，具有电容功率大、充放电速度快使用寿命长、质轻、耐高温、耐腐蚀的优势，应用前景广泛。
另外，本发明的石墨烯泡沫材料在使用过程无碳粉剥落、不掉色、不产生污染，且易清洁处理、耐化学腐蚀性强，可以长期耐各种强酸的浸蚀，热稳定性好，抗氧化性强，还可用于化工、冶金、半导体工业、催化剂载体、高温过滤材料等领域的合成材料。
综上所述，采用本发明的技术方案，成功将从植物秸秆提取的新型环保原料糠酮醛树脂，经固化成型后在惰性气体环境中进行高温碳化及石墨化，在固相间发生一系列的脱氢、环化、交连、缩聚等化学反应，从而形成一种具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构的新型超能石墨烯泡沫材料。获得的石墨烯泡沫材料属于一种性能极其优异的碳泡沫材料，具有较低的热膨胀系数，高孔隙率和均匀的孔隙，稳固性好、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性好、密度小、质轻、易加工等突出的特性，以及高热导率、高熔点、大比热和良好的导电率、优良的屏蔽性的优势，用途十分广泛，可用作隔热防护材料、电极材料、屏蔽材料、过滤材料、合成材料等，且使用寿命长。另外，该制备方法能够实现材料的低成本、大批量生产，且制备过程和使用过程均不产生污染，使石墨烯泡沫材料得到批量应用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例涉及一种石墨烯泡沫材料及其制备方法和用途。
由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，包括以下步骤：
a、取糠酮醛树脂，加入山梨糖醇和含糖分的水果膏，加热至30-40℃，搅拌20分钟，然后加入固化剂，以1分钟1-2℃的升温速度继续升温至45-55℃，搅拌10分钟，得到糠酮醛混合物；所述水果膏可以由含糖分的水果加水熬制而成，得到固含量为65-75％的果膏；
b、将混好的糠酮醛混合物放入模具，以3分钟1-2℃的升温速度升温至60-100℃，保温50分钟，再以2分钟1-2℃的升温速度升温至100-130℃，保温1小时，进行固化成型；
c、将完全固化后的糠酮醛混合物置入真空炉，进行碳化、石墨化：抽真空度至0.2-0.5MPa，在惰性气体(如氮气)环境下，以5分钟1-2℃的升温速度从室温升温至65-250℃，保温16分钟，以7分钟1-2℃的升温速度继续升温至250-450℃，保温15分钟，再以6分钟1-2℃的升温速度继续升温至450-1200℃，保温23分钟，以1分钟2-3℃的升温速度继续升温至1200-1550℃，保温18分钟，以1分钟5-6℃的升温速度再升温至1550-2650℃，保温25分钟，完成高温碳化，最后以1分钟6-7℃的升温速度升温至2650-3200℃，保温26分钟，完成石墨化；
d、碳化、石墨化后，自然降温至35-45℃，按产品所需粒度，经机械剥离粉碎得到石墨烯泡沫材料产品。
制备方法中各原料组分的配比如下表所示：
按上表所示获得了结构相同的石墨烯泡沫材料，该石墨烯泡沫材料具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构，属于一种多孔碳泡沫材料。
对获得的石墨烯泡沫材料进行性能测试，具有极其优异的性能。
该石墨烯泡沫材料的热稳定性极高，可适应120-3800℃大跨度的温度条件环境，其密度小、密度范围仅为0.2-0.6g/cm3，并具有较低的热膨胀系数、高热导率且热导率可调、高熔点和大比热的特点，其比热导率高达260W/m·l/g·cm3，当外界温度急剧变化时，该材料能迅速吸热或散热，属于高强度隔热材料和热容吸热式热防护材料，可作为很好的导热、热防护功能材料，多用于夹层中间层，制成混杂结构、层状结构、梯度结构，也可合金化，作高温绝热材料、过滤材料应用于散热片、热交换器、蒸发器等设备上，也可用作复合材料、废水处理材料等，使用寿命长达十年以上。此外，该材料的屏蔽性好，属于一种优良的屏蔽材料、也是一种高刚度、坚固、轻质的光学平台材料，广泛用于航空、军事、其它工业方面的热容、绝热材料，如可制作高功率激光轻质电子望远镜、装甲系统夹心复合材料、蒸发器、催化转化器、高温过滤材料、吸附材料、耐热浓酸碱容器(硝酸、氢氟酸、硫酸等)、导热复合材料、吸声材料、工业方面的隔热、绝热层材料、碳碳保温板、高温真空设备、制作雷达电磁屏蔽器、制作隐形飞行器、保温导热复合材料、航天器的热防护等，具有广阔的应用前景，可推动功能材料、生物医药、航空航天等学科的发展。
该石墨烯泡沫材料还具有轻质、孔隙率高、孔隙均匀、稳固性好、具有极佳的电化学储能特性、耐高温、耐腐蚀、易加工等突出的特性，可广泛用作各种电池电极、超级电容，具有良好的导电率，比金属氧化物更高的电子导电能力，且因其较大的比表面积、较高的孔隙率，可吸储大量电解液，便于电解液对电极的浸渍及电解液的流动，有利于电解液和电极之间形成双电层，使电极材料与电解液充分接触，减小了离子扩散距离和扩散阻力，同时提供了导电网络结构，使电子在整个电极内得以快速传输。使用本发明的石墨烯泡沫材料构成的集电体电池的正极板或负极板、双碳电池正负极集电体超级电容器、以及各种电池等，具有电容功率大、充放电速度快的优势，只需充电10-15分钟，可续航上千公里，充放电次数可达2000以上次，使用寿命长，质轻，用作动力电池的“超强电池”重量相较传统铅电池轻数十倍，耐高温、耐腐蚀，具有广泛的应用前景。
另外，本发明的石墨烯泡沫材料，在制备过程的石墨化处理后含残碳率高，与空气接触还原后残碳率增加，具有独特的微观结构；在使用过程无碳粉剥落、不掉色、不产生污染，且易清洁处理、耐化学腐蚀性强，可以长期耐各种强酸的浸蚀，热稳定性好，抗氧化性强，在1200℃下不易被氧化、在情性气体中可耐3800℃的高温，可用于化工、冶金、半导体工业、催化剂载体、高温过滤材料等领域的合成材料。
综上所述，采用本发明的由糠醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，获得的具有六边或五边型二维或三维多面晶体网状结构的石墨烯泡沫材料，属于一种性能极其优异的多孔碳泡沫材料，用途十分广泛，可用作隔热防护材料、电极材料、屏蔽材料、过滤材料、合成材料等，且使用寿命长。另外，该制备方法能够实现材料的低成本、大批量生产，且制备过程和使用过程均不产生污染，使石墨烯泡沫材料得到批量应用，具有显著的经济效益。
Claims (6)
1.一种由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取糠酮醛树脂100份，加入山梨糖醇2-4份、水果膏5-7份，加热至30-40℃，充分搅拌，然后加入固化剂3-4份，继续升温至45-55℃，搅拌均匀，得到糠酮醛混合物；所述水果膏中固含量为65-75％；所述固化剂为氨基磺酸、二甲苯磺酸、硫酸乙酯中的至少一种；
b、将糠酮醛混合物升温至60-100℃，保温50-55分钟，再升温至100-130℃，保温1-2小时，进行固化；
c、固化后的糠酮醛混合物碳化、石墨化：在真空度0.2-0.5MPa、惰性气体环境下，将固化后的糠酮醛混合物以5分钟1-2℃的升温速度升温至65-250℃，保温15-18分钟，以7分钟1-2℃的升温速度继续升温至250-450℃，保温13-16分钟，再以6分钟1-2℃的升温速度继续升温至450-1200℃，保温20-25分钟，以1分钟2-3℃的升温速度继续升温至1200-1550℃，保温16-20分钟，以1分钟5-6℃的升温速度再升温至1550-2650℃，保温20-28分钟，完成高温碳化，最后以1分钟6-7℃的升温速度升温至2650-3200℃，保温25-30分钟，完成石墨化；
d、碳化、石墨化后，降温至35-45℃，经机械剥离粉碎得到石墨烯泡沫材料产品。
2.根据权利要求1所述的由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于：所述步骤a中于30-40℃下搅拌15-20分钟；以1分钟1-2℃的升温速度升温至45-55℃，搅拌5-10分钟。
3.根据权利要求1所述的由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于：所述步骤b中以3分钟1-2℃的升温速度升温至60-100℃；以2分钟1-2℃的升温速度升温至100-130℃。
4.根据权利要求1所述的由糠酮醛树脂制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于：所述步骤c采用真空碳化炉进行碳化、石墨化。
5.一种石墨烯泡沫材料，其特征在于：由权利要求1所述的方法制备得到。
6.一种石墨烯泡沫材料的用途，其特征在于：由权利要求1所述的方法获得的石墨烯泡沫材料用作隔热防护材料、电极材料、屏蔽材料、过滤材料、合成材料。
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| CN104701546A (zh) * | 2013-12-06 | 2015-06-10 | 北京化工大学 | 一种多孔石墨烯纳米片、制备方法及其作为电极材料的应用 |
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