[发明专利]一种高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料及其制法

说明书

本发明涉及酚醛树脂技术领域，且公开了一种高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料，含炔基酚醛树脂的炔基与叠氮功能化碳纳米管的叠氮基团通过快速的点击化反应，从而将碳纳米管通过化学共价键修饰到酚醛树脂的侧链中，提高了碳纳米管与酚醛树脂的界面相容性，在共价键的修饰作用下，避免了纳米粒子之间相互聚集和团聚，以碳纳米管的叠氮基团作为交联位点，增加了酚醛树脂的交联度，降低了酚醛树脂材料的脆性，提高了材料的韧性和拉伸强度，碳纳米管在高温燃烧下有利于促进材料表面炭化，形成致密而连续的碳层，提高材料的成炭率和抑烟率，使高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂表现出优异的阻燃性能。

技术领域

本发明涉及酚醛树脂技术领域，具体为一种高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料及其制法。

背景技术

酚醛树脂由于具有价格低廉、电绝缘性、低毒低烟、黏接性能良好等特性，在化工领域、建筑材料、车辆工程、航天航空领域有广泛应用，但是传统的酚醛树脂的脆性较大，韧性和拉伸强度较低，并且酚醛树脂的耐热性能和热稳定性不高，阻燃性较差，高温热分解的残碳率和抑烟率较低，容易产生大量的有毒气体，因此需要提高酚醛树脂材料的韧性和拉伸强度等机械性能，以及材料热稳定性能和阻燃性能。

阻燃剂是赋予高分子材料难燃性的功能性助剂，传统的阻燃剂主要有溴系阻燃剂、氮系阻燃剂、氮磷阻燃剂等，碳纳米管具有管状一维纳米结构，机械强度大、耐高温性能、导热性能和阻燃性能高，将碳纳米管作为填料与高分子材料，如丙烯酸树脂、酚醛树脂等结合，可以明显提高材料的耐高温性能和阻燃性能，但是碳纳米管与酚醛树脂的相容性较差，并且碳纳米管的比表面积很大，纳米粒子之间有较强的强的范德华力，在酚醛树脂基体中分散不均匀，很容易相互缠绕在一起或者团聚成束，从而影响酚醛树脂的机械强度和综合性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料及其制法，解决了酚醛树脂脆性大，韧性和拉伸强度等机械性能较差的问题，同时解决了酚醛树脂耐热性能和阻燃性能不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料，所述高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入体积比为1:2.5-3.5的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，加入碳纳米管，置于超声装置中，超声分散均匀后，加热至130-150℃，匀速搅拌回流反应3-5h，离心分离除去溶剂，用蒸馏水洗涤至中性并干燥，制备得到羟基化碳纳米管。

(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和羟基化碳纳米管，超声分散均匀后加入3-氯丙基三乙氧基硅烷，在80-110℃下反应12-24h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到氯丙基化碳纳米管。

(3)向反应瓶中加入甲苯溶剂和氯丙基化碳纳米管，超声分散均匀后，在氮气氛围中加入叠氮化钠，催化剂和促进剂，加热至80-110℃，匀速搅拌反应24-48h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到叠氮化碳纳米管。

(4)向反应瓶中加入质量分数为10-18％的盐酸溶液，加入间乙炔基苯胺，在55-65℃下匀速搅拌反应30-60min，将温度降至-5至0℃，缓慢滴加亚硝酸钠的水溶液，反应2-3h，制备得到间乙炔基苯重氮盐。

(5)向反应瓶中加入氢氧化钠水溶液和乙醇溶剂，加入酚醛树脂，搅拌均匀后在-5至0℃下加入间乙炔基苯重氮盐，匀速搅拌反应6-12h，缓慢滴加稀盐酸调节溶液pH至中性，直至有沉淀析出，过滤溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到含炔基酚醛树脂。

(6)向反应瓶中加入甲苯溶剂、含炔基酚醛树脂和叠氮化碳纳米管，在氮气氛围中，先超声分散均匀，再加入催化剂和助催化剂，反应12-24h，减压蒸馏除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到高强度的碳纳米管修饰酚醛树脂阻燃材料。