专利名称：一种塔拉单宁基炭膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能高分子材料领域，具体涉及一种塔拉单宁基炭膜材料及其制备方法。
背景技术：
炭膜是一种多孔无机膜，是由含碳物质在真空环境或者是惰性气氛下经高温热解制得的。与传统的有机膜相比较，炭膜具有耐高温、化学稳定性好、传导性好、耐热冲击、耐磨损、自润滑性好、机械加工性好、机械强度大等优点。依照其不同的特性，炭膜在空间技术、核工业、电子信息技术、环保化工、气液分离设备等领域被广泛应用，同时在分离过滤技术等方面应用潜力也很大。炭膜的性能很大程度上取决于炭膜制备过程中形成的孔结构， 即开孔率、孔径分布以及孔径尺寸等，对炭膜孔结构的调控将大大改善炭膜的性能。在炭膜产业化过程中，炭膜制备成本偏高以及而且性能优异的前驱体材料是非常关键的。目前制备炭膜的方法有煤基炭膜(CN1244395C)、浙青基炭膜(CN1172041C)、聚糠醇基复合炭膜(CN100443149C)、聚醚砜酮基气体分离炭膜(CN100506363C)、纤维素酯基炭膜(CN102015082A)。本发明为一种塔拉单宁基炭膜材料。塔拉单宁是采自我国西南部的一种植物的果荚，经过提取并经过纯化而得到的。它在塔拉粉中的含量一般在45%-60%，是聚没食子酰奎尼酸酯，分子中含有较多的酚羟基，能够像苯酚那样与甲醛在邻位和对位发生缩聚反应。由于塔拉单宁的来源广泛，价格低廉，部分地替代苯酚用于改性酚醛树脂，作为炭膜的前驱体材料，再经过适当的工艺制备炭膜，可以降低用于制备炭膜的树脂成本同时可以有效地调节炭膜的孔径。
发明内容
本发明的目的是提供一种塔拉单宁基炭膜材料的制备方法。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是利用从天然植物中提取的塔拉单宁部分地替代苯酚，与苯酚、甲醛以及催化剂按照一定比例混合，制备改性酚醛树脂，用做为前驱体材料，具体技术方案如下。—种塔拉单宁基炭膜体材料的制备方法，它包含以下的步骤
步骤I :按照塔拉单宁和苯酚质量比为1:9 1:1的比例，使体系的苯酚单宁总量与甲醛的摩尔比为1:1. 2 1:2的条件下，加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH至7. O 8. 5。步骤2 :将通过步骤I得到的混合液在常压下逐步加热升温至80°C 100°C，充分搅拌，并冷凝回流反应I 4h。步骤3 :将经过步骤2得到的反应液在60°C 90°C、真空度为-O. 06 -O. IMpa条件下进行减压脱水，当粘度达到150 700Pa *s (25°C )时，停止脱水，再降温至室温，就可以得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。步骤4 :将经过步骤3得到的改性酚醛树脂在干净的玻璃片上均匀涂膜，然后把其放在平稳的台面上让它自然固化。步骤5 :将经过步骤4自然固化后的炭膜放入烘箱中，以1°C /min 10°C /min的升温速率升温至150°C 300°C，保温Ih 4h。步骤6 :将经过步骤5固化后的原料膜从玻璃板上分离下来，放入管式炉中，并通入氮气，以l°c /min 10°C /min的升温速率升温至800°C 1200°C，保温Ih 4h，然后冷却至室温，取出后就得到塔拉单宁基炭膜材料。本发明的有益效果是本发明利用廉价的塔拉单宁改性酚醛树脂作为炭膜的前驱体材料，制备的炭膜表面平整，价格低廉。
图I为不同塔拉单宁和苯酚质量比制备的改性酚醛树脂膜的热重分析图。图2为炭膜扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但是本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。实施例I
取液化的苯酚10. 6g，甲醛溶液15. 2g，塔拉单宁I. 2g，加入三口烧瓶中，放在装有冷凝回流管的磁力搅拌器上，搅拌均匀后加入O. 5g/ml的氢氧化钠溶液调节pH至8. 0，逐渐加热升温度至90°C使体系回流反应2h后，开始对其进行减压脱水处理，树脂的粘度达到 400Pa · s时，停止脱水，降至室温开始收料，即可得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。然后把制备的改性酚醛树脂趁热在干净的玻璃片上均匀涂膜，再把其放在室温下自然固化24h，随后放入烘箱中以1°C /min 10°C /min的升温速率升温至200°C，保温2h进一步固化。再把固化后的原膜从玻璃片上轻轻地分离下来，放入管式炉中，通入氮气，以10°C /min的升温速率升温至1000°C，保温2h，然后冷却至室温，取出后就到由塔拉单宁改性的酚醛树脂炭膜，经过热重分析(见图I)以及扫描电子显微镜(见图2)观察发现，炭膜稳定性较好，表面均匀平坦，无杂物气泡。图I为不同塔拉单宁和苯酚质量比制备的改性酚醛树脂膜的热重分析图，其中a 未加塔拉单宁的酹醒树脂；b :塔拉单宁苯酹=1:9 ；c :塔拉单宁苯酹= 1:4 ；d :塔拉单宁 苯酚=3:7 ；e :塔拉单宁苯酚=2:3 ；f :塔拉单宁苯酚=1:1。实施例2
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉单宁2. 4g，加入三口烧瓶中，放在装有冷凝回流管的磁力搅拌器上，搅拌均匀后加入O. 5g/ml氢氧化钠溶液调节pH值至8. 0，再逐渐加热升温度至90°C使体系回流反应2h后，开始对其进行减压脱水处理，树脂的粘度达到 350Pa · s时，停止脱水，降至室温开始收料，即可得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。然后把制备的改性酚醛树脂趁热在干净的玻璃片上均匀涂膜，再把其放在室温下自然固化24h，随后放入烘箱中以10°C /min的升温速率升温至175°C，保温2h进一步固化。再把固化后的原膜从玻璃片上轻轻地分离下来，放入管式炉中，通入氮气，以10°C /min的升温速率升温至IOOO0C，保温2h，然后冷却至室温，取出后就到由塔拉单宁改性的酚醛树脂炭膜，经过热重分析(见图I)以及扫描电子显微镜(见图2)观察发现，炭膜稳定性较好，表面均匀平坦，无杂物气泡。实施例3
取液化的苯酚8. 2g，甲醛溶液15. 2g，塔拉单宁3. 5g，加入三口烧瓶中，放入装有冷凝回流管的磁力搅拌器上，搅拌均匀后加入O. 5g/ml氢氧化钠溶液调节pH值至8. 0，加热升温度至90°C使体系回流反应2h后，开始对其进行减压脱水处理，当树脂粘度达到300Pa *s 时，停止脱水，降至室温开始收料，即可得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。然后把制备的改性酚醛树脂趁热在干净的玻璃片上均匀涂膜，再把其放在室温下自然固化24h，随后放入烘箱中以5°C /min的升温速率升温至150°C，保温2h进一步固化。再把固化后的原膜从玻璃片上轻轻地分离下来，放入管式炉中，通入氮气，以5°C /min的升温速率升温至800°C，保温 2h，然后冷却至室温，取出后就到由塔拉单宁改性的酚醛树脂炭膜，经过热重分析(见图I) 以及扫描电子显微镜(见图2)观察发现，炭膜稳定性较好，表面均匀平坦，无杂物气泡。实施例4
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉单宁2. 4g，加入三口烧瓶中，放在装有冷凝回流管的磁力搅拌器上，搅拌均匀后加入O. 5g/ml氢氧化钠溶液调节pH值至7. 0，再逐渐加热升温度至80°C使体系回流反应4h后，开始对其进行减压脱水处理，树脂的粘度达到 150Pa · s时，停止脱水，降至室温开始收料，即可得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。然后把制备的改性酚醛树脂趁热在干净的玻璃片上均匀涂膜，再把其放在室温下自然固化24h，随后放入烘箱中以10°C /min的升温速率升温至150°C，保温4h进一步固化。再把固化后的原膜从玻璃片上轻轻地分离下来，放入管式炉中，通入氮气，以10°C /min的升温速率升温至 1200°C，保温lh，然后冷却至室温，取出后就到由塔拉单宁改性的酚醛树脂炭膜，经过热重分析(见图I)以及扫描电子显微镜(见图2)观察发现，炭膜稳定性较好，表面均匀平坦，无杂物气泡。实施例5
取液化的苯酚9. 4g，甲醛溶液15. 2g，塔拉单宁2. 4g，加入三口烧瓶中，放在装有冷凝回流管的磁力搅拌器上，搅拌均匀后加入O. 5g/ml氢氧化钠溶液调节pH值至8. 5，再逐渐加热升温度至100°C使体系回流反应Ih后，开始对其进行减压脱水处理，树脂的粘度达到 700Pa · s时，停止脱水，降至室温开始收料，即可得到塔拉单宁改性的酚醛树脂。然后把制备的改性酚醛树脂趁热在干净的玻璃片上均匀涂膜，再把其放在室温下自然固化24h，随后放入烘箱中以10°C /min的升温速率升温至300°C，保温Ih进一步固化。再把固化后的原膜从玻璃片上轻轻地分离下来，放入管式炉中，通入氮气，以10°C /min的升温速率升温至 800°C，保温4h，然后冷却至室温，取出后就到由塔拉单宁改性的酚醛树脂炭膜，经过热重分析(见图I)以及扫描电子显微镜(见图2)观察发现，炭膜稳定性较好，表面均匀平坦，无杂物气泡。
权利要求
1.一种塔拉单宁基炭膜体材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤步骤I按照单宁和苯酚质量比为1:9 I: I的比例，使体系的苯酚单宁总量与甲醛的摩尔比为I: I. 2 1:2的条件下，加入氢氧化钠溶液调节溶液的PH至7. O 8. 5 ;步骤2 将通过步骤I得到的混合液在常压下逐步加热升温至80°C 100°C，充分搅拌，并安装冷凝回流装置反应Ih 4h ;步骤3将经过步骤2得到的反应液在60°C 90°C条件下进行减压脱水，当粘度达到 150 700Pa · s (25°C )时，停止脱水，再降温至室温，得到塔拉单宁改性的酚醛树脂；步骤4将经过步骤3得到的改性酚醛树脂作为炭膜前驱体材料在干净的玻璃片上均匀涂膜，然后把其放在平稳的台面上让它自然固化；步骤5将经过步骤4自然固化后的炭膜放入烘箱中，以1°C /min 10°C /min的升温速率升温至150°C 300°C，保温Ih 4h ;步骤6将经过步骤5固化后的原料膜从玻璃板上分离下来，放入管式炉中，并通入氮气，以1°C /min 10°C /min的升温速率升温至800°C 1200°C，保温Ih 4h，然后冷却至室温，得到塔拉单宁基炭膜材料。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤2中搅拌充分使塔拉单宁完全溶解。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤4中改性树脂在玻璃片上涂抹均匀，不能出现气泡。
全文摘要
本发明涉及一种塔拉单宁基炭膜材料及其制备方法，利用从天然植物中提取的塔拉单宁部分地替代苯酚，与苯酚、甲醛以及催化剂按照一定比例混合，发生缩聚反应从而制备塔拉单宁改性酚醛树脂，作为炭膜的前驱体材料，再经过室温自然固化、进一步加热固化后，进行高温炭化的一系列工艺制备得所剩炭膜。本发明采用的塔拉单宁来源广泛，价格低廉，所得炭膜的孔径为0.5～2.5μm，分布均匀。
文档编号C01B31/02GK102602909SQ20121004952
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者李开畅, 王朝阳, 童真, 辛玉军 申请人:华南理工大学