專利名稱：一種塔拉單寧基炭膜材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及功能高分子材料領域，具體涉及一種塔拉單寧基炭膜材料及其制備方法。
背景技術：
炭膜是一種多孔無機膜，是由含碳物質在真空環境或者是惰性氣氛下經高溫熱解制得的。與傳統的有機膜相比較，炭膜具有耐高溫、化學穩定性好、傳導性好、耐熱沖擊、耐磨損、自潤滑性好、機械加工性好、機械強度大等優點。依照其不同的特性，炭膜在空間技術、核工業、電子信息技術、環保化工、氣液分離設備等領域被廣泛應用，同時在分離過濾技術等方面應用潛力也很大。炭膜的性能很大程度上取決于炭膜制備過程中形成的孔結構， 即開孔率、孔徑分布以及孔徑尺寸等，對炭膜孔結構的調控將大大改善炭膜的性能。在炭膜產業化過程中，炭膜制備成本偏高以及而且性能優異的前驅體材料是非常關鍵的。目前制備炭膜的方法有煤基炭膜(CN1244395C)、浙青基炭膜(CN1172041C)、聚糠醇基復合炭膜(CN100443149C)、聚醚砜酮基氣體分離炭膜(CN100506363C)、纖維素酯基炭膜(CN102015082A)。本發明為一種塔拉單寧基炭膜材料。塔拉單寧是采自我國西南部的一種植物的果莢，經過提取并經過純化而得到的。它在塔拉粉中的含量一般在45%-60%，是聚沒食子酰奎尼酸酯，分子中含有較多的酚羥基，能夠像苯酚那樣與甲醛在鄰位和對位發生縮聚反應。由于塔拉單寧的來源廣泛，價格低廉，部分地替代苯酚用于改性酚醛樹脂，作為炭膜的前驅體材料，再經過適當的工藝制備炭膜，可以降低用于制備炭膜的樹脂成本同時可以有效地調節炭膜的孔徑。

發明內容
本發明的目的是提供一種塔拉單寧基炭膜材料的制備方法。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是利用從天然植物中提取的塔拉單寧部分地替代苯酚，與苯酚、甲醛以及催化劑按照一定比例混合，制備改性酚醛樹脂，用做為前驅體材料，具體技術方案如下。—種塔拉單寧基炭膜體材料的制備方法，它包含以下的步驟
步驟I :按照塔拉單寧和苯酚質量比為1:9 1:1的比例，使體系的苯酚單寧總量與甲醛的摩爾比為1:1. 2 1:2的條件下，加入氫氧化鈉溶液調節溶液的pH至7. O 8. 5。步驟2 :將通過步驟I得到的混合液在常壓下逐步加熱升溫至80°C 100°C，充分攪拌，并冷凝回流反應I 4h。步驟3 :將經過步驟2得到的反應液在60°C 90°C、真空度為-O. 06 -O. IMpa條件下進行減壓脫水，當粘度達到150 700Pa *s (25°C )時，停止脫水，再降溫至室溫，就可以得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。步驟4 :將經過步驟3得到的改性酚醛樹脂在干凈的玻璃片上均勻涂膜，然后把其放在平穩的臺面上讓它自然固化。步驟5 :將經過步驟4自然固化后的炭膜放入烘箱中，以1°C /min 10°C /min的升溫速率升溫至150°C 300°C，保溫Ih 4h。步驟6 :將經過步驟5固化后的原料膜從玻璃板上分離下來，放入管式爐中，并通入氮氣，以l°c /min 10°C /min的升溫速率升溫至800°C 1200°C，保溫Ih 4h，然后冷卻至室溫，取出后就得到塔拉單寧基炭膜材料。本發明的有益效果是本發明利用廉價的塔拉單寧改性酚醛樹脂作為炭膜的前驅體材料，制備的炭膜表面平整，價格低廉。


圖I為不同塔拉單寧和苯酚質量比制備的改性酚醛樹脂膜的熱重分析圖。圖2為炭膜掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但是本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。實施例I
取液化的苯酚10. 6g，甲醛溶液15. 2g，塔拉單寧I. 2g，加入三口燒瓶中，放在裝有冷凝回流管的磁力攪拌器上，攪拌均勻后加入O. 5g/ml的氫氧化鈉溶液調節pH至8. 0，逐漸加熱升溫度至90°C使體系回流反應2h后，開始對其進行減壓脫水處理，樹脂的粘度達到 400Pa · s時，停止脫水，降至室溫開始收料，即可得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。然后把制備的改性酚醛樹脂趁熱在干凈的玻璃片上均勻涂膜，再把其放在室溫下自然固化24h，隨后放入烘箱中以1°C /min 10°C /min的升溫速率升溫至200°C，保溫2h進一步固化。再把固化后的原膜從玻璃片上輕輕地分離下來，放入管式爐中，通入氮氣，以10°C /min的升溫速率升溫至1000°C，保溫2h，然后冷卻至室溫，取出后就到由塔拉單寧改性的酚醛樹脂炭膜，經過熱重分析(見圖I)以及掃描電子顯微鏡(見圖2)觀察發現，炭膜穩定性較好，表面均勻平坦，無雜物氣泡。圖I為不同塔拉單寧和苯酚質量比制備的改性酚醛樹脂膜的熱重分析圖，其中a 未加塔拉單寧的酹醒樹脂；b :塔拉單寧苯酹=1:9 ；c :塔拉單寧苯酹= 1:4 ；d :塔拉單寧 苯酚=3:7 ；e :塔拉單寧苯酚=2:3 ；f :塔拉單寧苯酚=1:1。實施例2
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉單寧2. 4g，加入三口燒瓶中，放在裝有冷凝回流管的磁力攪拌器上，攪拌均勻后加入O. 5g/ml氫氧化鈉溶液調節pH值至8. 0，再逐漸加熱升溫度至90°C使體系回流反應2h后，開始對其進行減壓脫水處理，樹脂的粘度達到 350Pa · s時，停止脫水，降至室溫開始收料，即可得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。然后把制備的改性酚醛樹脂趁熱在干凈的玻璃片上均勻涂膜，再把其放在室溫下自然固化24h，隨后放入烘箱中以10°C /min的升溫速率升溫至175°C，保溫2h進一步固化。再把固化后的原膜從玻璃片上輕輕地分離下來，放入管式爐中，通入氮氣，以10°C /min的升溫速率升溫至IOOO0C，保溫2h，然后冷卻至室溫，取出后就到由塔拉單寧改性的酚醛樹脂炭膜，經過熱重分析(見圖I)以及掃描電子顯微鏡(見圖2)觀察發現，炭膜穩定性較好，表面均勻平坦，無雜物氣泡。實施例3
取液化的苯酚8. 2g，甲醛溶液15. 2g，塔拉單寧3. 5g，加入三口燒瓶中，放入裝有冷凝回流管的磁力攪拌器上，攪拌均勻后加入O. 5g/ml氫氧化鈉溶液調節pH值至8. 0，加熱升溫度至90°C使體系回流反應2h后，開始對其進行減壓脫水處理，當樹脂粘度達到300Pa *s 時，停止脫水，降至室溫開始收料，即可得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。然后把制備的改性酚醛樹脂趁熱在干凈的玻璃片上均勻涂膜，再把其放在室溫下自然固化24h，隨后放入烘箱中以5°C /min的升溫速率升溫至150°C，保溫2h進一步固化。再把固化后的原膜從玻璃片上輕輕地分離下來，放入管式爐中，通入氮氣，以5°C /min的升溫速率升溫至800°C，保溫 2h，然后冷卻至室溫，取出后就到由塔拉單寧改性的酚醛樹脂炭膜，經過熱重分析(見圖I) 以及掃描電子顯微鏡(見圖2)觀察發現，炭膜穩定性較好，表面均勻平坦，無雜物氣泡。實施例4
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉單寧2. 4g，加入三口燒瓶中，放在裝有冷凝回流管的磁力攪拌器上，攪拌均勻后加入O. 5g/ml氫氧化鈉溶液調節pH值至7. 0，再逐漸加熱升溫度至80°C使體系回流反應4h后，開始對其進行減壓脫水處理，樹脂的粘度達到 150Pa · s時，停止脫水，降至室溫開始收料，即可得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。然后把制備的改性酚醛樹脂趁熱在干凈的玻璃片上均勻涂膜，再把其放在室溫下自然固化24h，隨后放入烘箱中以10°C /min的升溫速率升溫至150°C，保溫4h進一步固化。再把固化后的原膜從玻璃片上輕輕地分離下來，放入管式爐中，通入氮氣，以10°C /min的升溫速率升溫至 1200°C，保溫lh，然后冷卻至室溫，取出后就到由塔拉單寧改性的酚醛樹脂炭膜，經過熱重分析(見圖I)以及掃描電子顯微鏡(見圖2)觀察發現，炭膜穩定性較好，表面均勻平坦，無雜物氣泡。實施例5
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉單寧2. 4g，加入三口燒瓶中，放在裝有冷凝回流管的磁力攪拌器上，攪拌均勻后加入O. 5g/ml氫氧化鈉溶液調節pH值至8. 5，再逐漸加熱升溫度至100°C使體系回流反應Ih后，開始對其進行減壓脫水處理，樹脂的粘度達到 700Pa · s時，停止脫水，降至室溫開始收料，即可得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂。然后把制備的改性酚醛樹脂趁熱在干凈的玻璃片上均勻涂膜，再把其放在室溫下自然固化24h，隨后放入烘箱中以10°C /min的升溫速率升溫至300°C，保溫Ih進一步固化。再把固化后的原膜從玻璃片上輕輕地分離下來，放入管式爐中，通入氮氣，以10°C /min的升溫速率升溫至 800°C，保溫4h，然后冷卻至室溫，取出后就到由塔拉單寧改性的酚醛樹脂炭膜，經過熱重分析(見圖I)以及掃描電子顯微鏡(見圖2)觀察發現，炭膜穩定性較好，表面均勻平坦，無雜物氣泡。
權利要求
1.一種塔拉單寧基炭膜體材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟步驟I按照單寧和苯酚質量比為1:9 I: I的比例，使體系的苯酚單寧總量與甲醛的摩爾比為I: I. 2 1:2的條件下，加入氫氧化鈉溶液調節溶液的PH至7. O 8. 5 ;步驟2 將通過步驟I得到的混合液在常壓下逐步加熱升溫至80°C 100°C，充分攪拌，并安裝冷凝回流裝置反應Ih 4h ;步驟3將經過步驟2得到的反應液在60°C 90°C條件下進行減壓脫水，當粘度達到 150 700Pa · s (25°C )時，停止脫水，再降溫至室溫，得到塔拉單寧改性的酚醛樹脂；步驟4將經過步驟3得到的改性酚醛樹脂作為炭膜前驅體材料在干凈的玻璃片上均勻涂膜，然后把其放在平穩的臺面上讓它自然固化；步驟5將經過步驟4自然固化后的炭膜放入烘箱中，以1°C /min 10°C /min的升溫速率升溫至150°C 300°C，保溫Ih 4h ;步驟6將經過步驟5固化后的原料膜從玻璃板上分離下來，放入管式爐中，并通入氮氣，以1°C /min 10°C /min的升溫速率升溫至800°C 1200°C，保溫Ih 4h，然后冷卻至室溫，得到塔拉單寧基炭膜材料。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟2中攪拌充分使塔拉單寧完全溶解。
3.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟4中改性樹脂在玻璃片上涂抹均勻，不能出現氣泡。
全文摘要
本發明涉及一種塔拉單寧基炭膜材料及其制備方法，利用從天然植物中提取的塔拉單寧部分地替代苯酚，與苯酚、甲醛以及催化劑按照一定比例混合，發生縮聚反應從而制備塔拉單寧改性酚醛樹脂，作為炭膜的前驅體材料，再經過室溫自然固化、進一步加熱固化后，進行高溫炭化的一系列工藝制備得所剩炭膜。本發明采用的塔拉單寧來源廣泛，價格低廉，所得炭膜的孔徑為0.5～2.5μm，分布均勻。
文檔編號C01B31/02GK102602909SQ20121004952
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者李開暢, 王朝陽, 童真, 辛玉軍 申請人:華南理工大學