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CN108359217A - 一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法 Download PDF

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张俊雄
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Abstract

本发明公开一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法，石墨烯为石墨烯、氧化石墨烯，其添加量为三聚氰胺树脂质量的十万分之一至千分之一，并以分散液形式添加到三聚氰胺树脂中以保证分散均匀。所制备的石墨烯改性的憎水三聚氰胺树脂与发泡剂、乳化剂、固化剂和稳定剂混合后，经微波发泡即制备出石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫。本发明降低了泡沫的吸水率，且本发明中所制备的石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的工艺流程简单，操作方便，易于进行工业化应用。

Description

一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子多孔绝热隔音材料及制备技术领域，尤其是涉及石墨烯改性的一种憎水三聚氰胺泡沫的制备方法。
背景技术
三聚氰胺泡沫又称密胺泡沫，是一种以三聚氰胺-甲醛树脂为基体，经过特殊发泡工艺制得的高开孔率阻燃性泡沫塑料，其开孔率高达99％以上。作为一种低密度、阻燃、吸音的化工新材料，三聚氰胺泡沫塑料广泛应用于民用、工业、建筑、交通、航空、军事、日用、电子信息等领域，尤其是在有阻燃、高温、噪音吸收要求的环境条件下使用，其已成为21世纪具有巨大发展前景的新型环保材料。
由于发泡过程中需要控制树脂在一定粘度范围内，三聚氰胺-甲醛树脂中存在大量未反应的亲水性基团，且微波发泡之后形成了99%以上的高开孔结构，常规三聚氰胺泡沫易吸水且吸收速率快，这导致了其吸潮后密度提高且绝热性能降低，不利于其作为吸声隔热材料的应用。因此，在保证生产量的前提下提高泡体的憎水性能，无论是对于性能稳定，还是提升应用领域来说都是极为重要的。
申请号为201410668027.8的中国专利，公开了一种超疏水高吸油密胺树脂海绵及其制备方法，通过采用浸渍的方法将脂肪族烷类憎水剂吸附在三聚氰胺泡沫表面后，再干燥去除溶剂制备出超疏水的三聚氰胺泡沫，该发明制备的超疏水高吸油的三聚氰胺泡沫具有高孔隙率、超疏水、高吸油率及良好的机械强度，可作为多次重复使用的水上浮油吸收剂应用于江河湖海水面油污清理行业。
专利号为201510060694.2的中国专利，公开了一种石墨烯修饰的超疏水吸附材料的制备方法，通过使用氧化石墨烯分散液处理三聚氰胺泡沫使其表面负载氧化石墨烯后，再用肼蒸汽将其还原为还原石墨烯而表现出憎水性。该方法制备的改性泡沫具有吸油快，吸附量大，可循环次数高等优点，且制备方法，快速，易操作，原料便宜易，在油水分离方面有着很好的应用前景。
申请号为201510890499.2的中国专利，公开了一种可重复使用吸油海绵的制备方法，通过将三聚氰胺泡沫浸渍在含有SiO2纳米颗粒的乙醇溶液处理后，再使用硅烷偶联剂对其进行改性，最后干燥海绵即制得可重复使用的疏水亲油型三聚氰胺海绵。该方法制得的改性海绵材料，具有明显的疏水亲油性，并可重复循环使用，具有较好的应用前景。
上述专利都是采用表面修饰的方法实现泡沫的憎水性能，没有针对发泡树脂成分的改进，后处理过程增加了工艺步骤，同时大量有机溶剂的使用难以满足工业化大规模生产需求，而且还会导致废液排放，环境污染。本发明旨在克服已有方法的不足，通过石墨烯改进三聚氰胺-甲醛树脂配方，并通过工艺优化提高泡沫的憎水率。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法，其特征在于包括以下顺序的步骤：
（1）将石墨烯、氧化石墨烯加入到溶剂中，搅拌并超声分散，制成石墨烯分散液；
（2）将步骤（1）制得的石墨烯分散液转移到三口烧瓶中，并加入摩尔浓度为10%~30%的NaOH溶液，调节溶液pH为8~10；
（3）在保持搅拌的条件下，将混合粉料加入到步骤（2）的溶液中并搅拌均匀；
（4）使步骤（3）中混合液在90~110℃条件下反应25~50min，得到粘度在4000~8000mP•s的缩合物；
（5）将步骤（4）中制得的缩合物在冷水浴中快速冷却至室温，加入发泡剂、乳化剂、固化剂和稳定剂快速充分搅拌制得发泡液；
（6）将步骤（5）中的发泡液在微波发泡炉中发泡，制得憎水三聚氰胺泡沫。
所述步骤（1）中的石墨烯与氧化石墨烯添加量为三聚氰胺树脂质量的十万分之一至千分之一。
所述步骤（3）中的混合粉料由三聚氰胺与多聚甲醛按1：2.5~4的比例组成混合粉末，粉末尺寸为400~600目。
所述步骤（5）中的发泡剂为正戊烷或碳酸氢铵；乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基苯磺酸钠或十六烷基硫酸钠；固化剂为甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸或丙二酸。
有益效果
本发明的有益效果是：本发明通过改性三聚氰胺树脂配方，制备出了疏水性的三聚氰胺泡沫，降低了泡沫的吸水率；减少了传统方法中的对泡沫二次处理工艺，减少了工艺步骤，避免了二次处理中产生的大量废液；减少了二次工艺中对湿泡沫的烘干过程，大幅度节约能耗，降低成本。
附图说明
图1和图2是本发明所制备的憎水型三聚氰胺泡沫与吸水型三聚氰胺亲/疏水性对比图。其中，附图1标记10为本发明所制备憎水型三聚氰胺泡沫，20为吸水型三聚氰胺泡沫，30为烧杯，40为自来水。附图2标记中50为本发明所制备憎水型三聚氰胺泡沫，可见球形水珠70，表明憎水性优良；60为吸水型三聚氰胺泡沫，可见一个圆形水迹斑点，表明水渗入泡棉中。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法，其特征在于包括以下顺序步骤：
（1）将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，搅拌分散60min，制备成氧化石墨烯分散液；
（2）将步骤（1）制得的氧化石墨烯分散液转移到三口烧瓶中并加入10%的NaOH溶液调节溶液pH为8；
（3）在保持搅拌的条件下，将混合粉料加入到步骤（2）的溶液中并搅拌均匀，搅拌速度为150rpm；
（4）使步骤（3）中混合液在90℃条件下反应50min，得到粘度在4000mP•s的缩合物；
（5）将步骤（4）中制得的缩合物在冷水浴快速冷却至室温后，加入发泡剂、乳化剂、固化剂和稳定剂后快速充分搅拌后制得发泡液，搅拌速率为1000rpm，搅拌时间为200s；
（6）将步骤（5）中的发泡液在功率4kW微波发泡炉中发泡5min后制得憎水三聚氰胺泡沫。
所述步骤（1）中的氧化石墨烯添加量为三聚氰胺树脂质量的五万分之一。
所述步骤（3）中的混合粉料由三聚氰胺和多聚甲醛按1：3的比例组成混合粉末，粉末尺寸为400目。
所述步骤（5）中的发泡剂为正戊烷；乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵；固化剂为乙酸。
本实施例1制得的泡棉，水滴在其表面润湿角为150°。
实施例2
一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法，其特征在于包括以下顺序步骤：
（1）将石墨烯加入到酒精中，搅拌分散80min，制备成石墨烯分散液；
（2）将步骤（1）制得的氧化石墨烯分散液转移到三口烧瓶中并加入30%的NaOH溶液调节溶液pH 9.5；
（3）在保持搅拌的条件下，将混合粉料加入到步骤（2）的溶液中并搅拌均匀，搅拌速度为150rpm；
（4）使步骤（3）中混合液在100℃条件下反应30min，得到粘度在6000mP•s的缩合物；
（5）将步骤（4）中制得的缩合物在冷水浴快速冷却至室温后，加入发泡剂、乳化剂、固化剂和稳定剂后快速充分搅拌后制得发泡液，搅拌速率为1500rpm，搅拌时间为120s；
（6）将步骤（5）中的发泡液在功率5kW微波发泡炉中发泡5min后制得憎水三聚氰胺泡沫。
所述步骤（1）中的石墨烯添加量为三聚氰胺树脂质量的万分之一。
所述步骤（3）中的混合粉料由三聚氰胺和多聚甲醛按1：3的比例组成，其粉末尺寸为500目。
所述步骤（5）中的发泡剂为碳酸氢铵；乳化剂为十八烷基苯磺酸钠；固化剂为甲酸。
本实施例2制得憎水泡棉，水滴在其表面润湿角为160°。
上述仅为本发明两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种石墨烯改性的憎水三聚氰胺泡沫的制备方法，其特征在于包括以下顺序的步骤：
将石墨烯、氧化石墨烯加入到溶剂中，添加量为三聚氰胺树脂质量的十万分之一至千分之一，搅拌并超声分散，制成石墨烯分散液；
将步骤（1）制得的石墨烯分散液转移到三口烧瓶中，加入摩尔浓度为10%~30%的NaOH溶液，调节溶液pH为8~10；
在保持搅拌的条件下，将由三聚氰胺与多聚甲醛按1：2.5~4的比例组成混合粉料加入到步骤（2）的溶液中并搅拌均匀；
使步骤（3）中混合液在90~110℃条件下反应25~50min，得到粘度在4000~8000mP•s的缩合物；
将步骤（4）中制得的缩合物在冷水浴中快速冷却至室温，加入发泡剂、乳化剂、固化剂和稳定剂快速充分搅拌制得发泡液，发泡剂为正戊烷或碳酸氢铵；乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基苯磺酸钠或十六烷基硫酸钠；固化剂为甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸或丙二酸；
将步骤（5）中的发泡液在微波发泡炉中发泡，制得憎水三聚氰胺泡沫。
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