一种改性热塑性硼酚醛树脂基材料及其制备方法和应用

本发明涉及碳材料领域，特别涉及一种改性热塑性硼酚醛树脂基材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、酚醛树脂是一种历史悠久的材料，是一种主要的粘结剂和基体树脂，用于制备层压板、涂料、复合材料、耐火材料、摩擦材料等。酚醛树脂在传统工业领域的应用已趋向饱和，开发新的应用领域对于酚醛树脂的进一步发展具有重要的意义。酚醛树脂是以酚类和醛类合成的高分子，结构中含有大量的芳环，具有良好的热稳定性，碳化后具有较高的残碳量，并且易成孔，是制备多孔碳材料的一种理想材料。

2、多孔碳材料目前已被广泛应用于新能源电极、催化剂载体、吸附等领域。多孔碳材料的组成对其性能具有重要的影响，特别是一些掺杂碳材料显示出改进的电化学性能和催化性能。因此如何制备具有有效掺杂的多孔碳材料是一个备受关注的课题。目前，以酚醛树脂为基体制备硼掺杂碳材料的方法主要有：原位法和混合法，如专利cn201910449081.6采用含硼单体为原料与甲醛缩聚制备聚合物树脂，然后碳化后得到碳材料，但是因单体本身的硼含量较低，导致碳材料中的硼含量不足(约为1％左右)；文献(journal ofmaterialschemistrya,2018,6(46):23780-23786)采用3-羟基苯硼酸为原料与甲醛缩合并碳化后得到含硼碳微球，但是其比表面积仅约为44m2/g，其产物中硼元素主要一氧化硼的形式存在，无法起到有效的电化学或催化辅助作用，采用水热法也限制了其大量的制备，且需要使用氨水，不适用于工业化生产。将聚合物或碳材料与含硼原料混合再碳化的方法所制备的硼含量也低，掺杂效果不好。因此开发一种适合于大量制备的具有高比表面积和硼含量的碳材料的方法仍然是一个待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有高比表面积和硼含量的改性热塑性硼酚醛树脂基材料及其制备方法，以及前述改性热塑性硼酚醛树脂基材料的应用。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种改性热塑性硼酚醛树脂基材料的制备方法，在酸性催化剂的作用下，以改性剂、3-羟基苯硼酸和甲醛进行共缩聚反应和碳化制备改性热塑性硼酚醛树脂基材料；

3、所述改性剂选自三聚氰胺oat废渣、三聚氰胺、尿素、3-氨基酚、由通式(1)和通式(2)所示结构单体中的一种；

4、

5、其中，r选自卤素、烷基、酯基、羧基、酰基、-so3h、-cn、-ccl3、-cf3中的一种。

6、进一步提供由前述所述制备方法所制备得到的改性热塑性硼酚醛树脂基材料，所述改性热塑性硼酚醛树脂基材料的硼含量≥4％，bet比表面积≥500m2/g。

7、更进一步提供前述改性热塑性硼酚醛树脂基材料在制备电极材料、催化材料或复合材料上的应用。

8、本发明的有益效果在于：由本发明所提供的制备方法所制备得到的改性热塑性硼酚醛树脂基材料具有丰富的孔洞结构，较大的比表面积和较高的硼含量。同时，该制备方法简单，适用于规模化制备。基于所制备的改性热塑性硼酚醛树脂基材料可用于制备电极材料或催化材料，并可显著提高材料的电化学性能。

技术特征：

1.一种改性热塑性硼酚醛树脂基材料的制备方法，其特征在于，在酸性催化剂的作用下，以改性剂、3-羟基苯硼酸和甲醛进行共缩聚反应和碳化制备改性热塑性硼酚醛树脂基材料；

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述改性剂的用量为所述3-羟基苯硼酸质量的2～50％。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂的用量为所述改性剂与3-羟基苯硼酸质量之和的0.2～2.0％。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述甲醛和所述改性剂与3-羟基苯硼酸之和的摩尔比为0.7～0.9。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，还包括在所述共缩聚反应与碳化反应之间的固化交联反应；

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述固化交联反应包括如下步骤：

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述固化交联反应包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种。

9.由权利要求1至8任一项所述制备方法所制备得到的改性热塑性硼酚醛树脂基材料，其特征在于，所述改性热塑性硼酚醛树脂基材料的硼含量≥4％，bet比表面积≥500m2/g。

10.如权利要求9所述改性热塑性硼酚醛树脂基材料在制备电极材料、催化材料或复合材料上的应用。

技术总结
本发明涉及碳材料领域，特别涉及一种改性热塑性硼酚醛树脂基材料及其制备方法和应用。其中，所述制备方法为在酸性催化剂的作用下，以改性剂、3‑羟基苯硼酸和甲醛进行共缩聚反应和碳化制备改性热塑性硼酚醛树脂基材料。采用本发明制备的碳材料具有丰富的孔洞结构、大的比表面积以及高的硼含量，该方法制备简单，适用于规模化的制备；基于该碳材料的以上优点，采用本发明碳材料制备电极材料或催化材料可以显著提高材料的电化学性能。

技术研发人员：黄世俊,翟苏宇,罗建峰,陈银桂,黄梦芸,陈凯,陈基伟
受保护的技术使用者：三明学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16