纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物的制作方法
【专利摘要】本发明的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物主要应用于导热管、太阳能热水器、绝缘导热材料、潜艇蓄电池的冷凝器等器件，在军事、航空航天、电子电器和化工生产等领域发挥了重要作用。纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物在具有良好导热性的基础上还拥有金属等传统材料所不可比拟的特性；在保证有良好的导热性的前提下，具备很好的电绝缘性。相对于传统的金属等材料，氮化硼改性的聚合物导热材料质量轻。氮化硼改性的聚合物导热材料化学稳定性非常好，如耐化学腐蚀、耐磨等既可以提供系统所需的弹性和耐热性，又可以将系统产生的热量传递出去。
【专利说明】纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米氮化硼增强聚合物的方法，具体为一种纳米氮化硼材料大幅度增强聚合物性能的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，世界各国都在致力于研究关于纳米材料对于聚合物的影响，希望将纳米材料与聚合物结合能较大提高聚合物的性能。而我国对于这类纳米复合材料也相当关注，纳米氮化硼就是一种典型的纳米材料，它的性质比较特殊，具有的轻质、高导热、自润滑、耐磨、以及相对较高的化学稳定性等等。目前纳米材料的制备技术已逐渐成熟，我们使用纳米氮化硼作为填料，聚合物为基体，制备了高耐磨、减磨性能，高导热绝缘的聚合物复合材料。但是纳米材料在聚合物中的分散是限制纳米材料在高分子领域应用的主要因素，所以我们试图在纳米氮化硼的表面进行改性，在其表面接枝官能团，降低表面能的同时提高氮化硼与聚合物的相容性。
[0003]氮化硼按其结构分为三种，分别是六方氮化硼，立方氮化硼和菱面体氮化硼。六方氮化硼是白色或灰白色的结晶粉末，其结构是类似石墨的层状六方晶格，层间距大容易剥落，硬度低，密度2.34g/cm3，熔点3000°C，热导率1.5w/(m.k)，热膨胀系数
7.516X10_6/K，介电常数7.1，摩擦系数小(0.03-0.07)，是良好的固体润滑剂，在惰性气体和NH3中耐热稳定温度为2800°C，在氧化气氛中耐热稳定温度为900°C，是良好的热导体又是优良的电绝缘材料，具有良好的抗热冲击性。
[0004]氮化硼制备导热绝缘聚合物目前是通过氮化硼以纳米粒子的形式结合到聚合物中的。为了纳米氮化硼分布均匀，或通过超声，或通过表面进行化学改性来处理，这样达到了提高氮化硼在聚合物中的分散性，同时提高聚合物的导热性和绝缘性。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用较低含量的纳米氮化硼填装量具有渗透阈值的纳米氮化硼制备导热绝缘材料，同时还能提供优良的减摩特性。
[0006]为达到上述目的，本发明的具体方案步骤有:
[0007]A)先用一种强酸对氮化硼进行氧化，然后过滤；步骤A)主要目的是为了步骤B)做准备，因为纳米氮化硼的粒子尺寸是纳米级别的具有相当大的表面能，且表面基团活性较低，此步骤主要是用强氧化性氧化纳米粒子表面基团，该强氧化剂可以是王水、硝酸或者硝酸与高锰酸钾混合等根据氧化程度不同将氮化硼表面氧化成羟基或者羧基，降低其表面能的同时利于氮化硼表面接枝硅烷偶联剂。该步骤的反应温度要求不严格室温下即可。氧化时间大概3-5小时。
[0008]B)再用一种硅烷偶联剂(KH-550)对A制备的产物进行表面处理；向氧化完全的氮化硼中加入适当过量的硅烷偶联剂和水，首先硅烷偶联剂慢慢水解，在适当的温度下水解下来的烷基接枝到氮化硼粒子表面的羟基和羧基上，接枝上的烷基的种类跟所要改性的聚合物有关系，要考察它们的相容性。
[0009]C)在一种溶剂内将聚合物和B产物进行初步混合；加入适当的溶剂来降低聚合物的粘度，使氮化硼能更好的分散于聚合物内。该步骤需要配合搅拌进行充分的混合。
[0010]D)再向C制备的混合体系内加入适当的固化剂与催化剂，将制备的复合材料注入模具，然后加工固化；固化剂和催化剂要充分的混合均匀之后开始发生反应，否则会固化不均匀。这就需要根据固化剂和催化剂的特性通过温度的调控来控制交联固化。
[0011]本发明的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物主要应用于导热管、太阳能热水器、绝缘导热材料、潜艇蓄电池的冷凝器等器件，在军事、航空航天、电子电器和化工生产等领域发挥了重要作用。纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物在具有良好导热性的基础上还拥有金属等传统材料所不可比拟的特性；
[0012]第一，在保证有良好的导热性的前提下，具备很好的电绝缘性。
[0013]第二，相对于传统的金属等材料，氮化硼改性的聚合物导热材料质量轻
[0014]第三，氮化硼改性的聚合物导热材料化学稳定性非常好，如耐化学腐蚀、耐磨等
[0015]既可以提供系统所需的弹性和耐热性，又可以将系统产生的热量传递出去。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为氮化硼含量对材料导热性能的影响
[0017]具体的实施方式
[0018]下面详细说明本发明并给出几个实施例:
[0019]实施例一
[0020]在室温下(25°C _30°C)，用配制好的适当过量的王水氧化氮化硼，氧化3-5小时后过滤，将制备好的产物加入到硅烷偶联剂和水溶液中，在55°C下反应4小时，然后过滤，干燥。聚合物选用环氧树脂，溶剂选用乙醇，本实验采用不同的环氧树脂和氮化硼比例，分别为10 %、15 %、20 %、25 %、26 %、27 %、28 %、29 %、30%，将氮化硼加入乙醇和环氧树脂体系中充分搅拌，再加入固化剂双氰胺和催化剂二甲基咪唑，现在120°C下进行预固化，15min，之后再在150°C下，真空状态下固化3小时。氮化硼的填充量在20% -28%之间，聚合物的导热率升高较为显著，导热率达到1.45w/(m.k)。
[0021]实施例二
[0022]在室温下(25°C _30°C)，用配制好的适当过量的王水氧化氮化硼，氧化3-5小时后过滤，将制备好的产物加入到硅烷偶联剂和水溶液中，在55°C下反应4小时，然后过滤，干燥。聚合物选用环氧树脂，溶剂选用乙醇，本实验采用环氧树脂和不同的无机填料，其中包括氮化硼、氧化铝、氮化铝。将氮化硼加入乙醇和环氧树脂体系中充分搅拌，再加入固化剂双氰胺和催化剂二甲基咪唑，现在120°C下进行预固化，15min，之后再在150°C下，真空状态下固化3小时。聚合物的导热率相差不大，但介电常数相差较大，氮化硼改性的聚合物复合材料的介电常数最小。
[0023]
【权利要求】
1.本发明提供一种纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于它的具体方案步骤有: A)先用一种强酸对氮化硼进行氧化，然后过滤；步骤A)主要目的是为了步骤B)做准备，因为纳米氮化硼的粒子尺寸是纳米级别的具有相当大的表面能，且表面基团活性较低，此步骤主要是用强氧化性氧化纳米粒子表面基团，该强氧化剂可以是王水、硝酸或者硝酸与高锰酸钾混合等根据氧化程度不同将氮化硼表面氧化成羟基或者羧基，降低其表面能的同时利于氮化硼表面接枝硅烷偶联剂；该步骤的反应温度要求不严格室温下即可，氧化时间大概3-5小时；B)再用一种硅烷偶联剂对A制备的产物进行表面处理；向氧化完全的氮化硼中加入适当过量的硅烷偶联剂和水，首先硅烷偶联剂慢慢水解，在适当的温度下水解下来的烷基接枝到氮化硼粒子表面的羟基和羧基上，接枝上的烷基的种类跟所要改性的聚合物有关系，要考察它们的相容性；C)在一种溶剂内将聚合物和B产物进行初步混合；加入适当的溶剂来降低聚合物的粘度，使氮化硼能更好的分散于聚合物内，该步骤需要配合搅拌进行充分的混合；D)再向C制备的混合体系内加入适当的固化剂与催化剂，将制备的复合材料注入模具，然后加工固化；固化剂和催化剂要充分的混合均匀之后开始发生反应，否则会固化不均匀，这就需要根据固化剂和催化剂的特性通过温度的调控来控制交联固化。
2.如权利要求1所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物中使用氮化硼。
3.如权利要求1所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物中使用硅烷偶联剂。
4.如权利要求1或2所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物中使用聚合物环氧树脂。
5.如权利要求1-4所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的聚合物的溶剂为乙醇。
6.如权利要求1-5所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的氮化硼的含量为28%导热率最好。
7.如权利要求1-6所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的其中第一段预固化温度为120°C，第二段固化温度为150°C。
8.如权利要求1-7所述的纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物，其特征在于:所述的根据权利要求1-7任一种方法可得到纳米氮化硼制备导热绝缘聚合物。
【文档编号】C08K9/06GK103467919SQ201310410342
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】赫川, 王文杰, 李玉丹 申请人:天津道俊包装制品销售有限公司