一种改性六方氮化硼及其制备方法和应用与流程

本发明涉及导热材料，更具体的说是涉及一种改性六方氮化硼及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，电子元件一直朝着微型化和多功能化发展，功率密度的提高和特征尺寸的减小使得电子元件工作时产生的热量迅速积累，电子设备的温度随之增加，过高的温度会影响电子设备的正常工作，从而降低电子设备的使用寿命。因此，需要开发出新型的高导热复合材料来把电子设备工作产生的热量散发出去，常用的解决办法就是往聚合物中掺入高导热的无机填料。

2、六方氮化硼，别称白石墨，是最简单的硼氮高分子。与石墨中的六角碳网相似，六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面，互相重叠，构成晶体。晶体与石墨相似，具有反磁性及很高的异向性，晶体参数两者也颇为相近。同样地，六方氮化硼与石墨相似，也具备优异的导热性、耐热性和热稳定性，成为了电子封装领域最有应用前景的导热填料之一。

3、但是，六方氮化硼表面十分稳定，活性基团极少，化学惰性强，与聚合物的相容性较差，进而影响导热网络的形成，使得六方氮化硼对聚合物热导率的提升效率较低，因此对其进行表面改性成为了制备高导热复合材料的关键。

4、但是，目前的改性方法普遍存在以下问题：大部分改性方法会引起六方氮化硼的结构变化，影响其热学/电学性能，不利于后续应用，因此实用性低；绝大多数改性方法中用到大量可挥发性有机溶剂，对环境非常不友好且对处理工艺、设备要求较高；部分改性方法操作步骤多、方法复杂、所需设备特殊且造价高，改性时间长、成本高。

5、因此，如何开发一种同时具备良好导热性的改性六方氮化硼是本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种改性六方氮化硼及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种改性六方氮化硼，包括以下重量份的原料：六方氮化硼25-35份、氧化剂140-160份、碱金属氢氧化物180-220份和改性剂200-250份。

4、优选为：六方氮化硼30份、氧化剂150份、碱金属氢氧化物210份和改性剂240份。

5、进一步，上述氧化剂为质量分数为75%-80%的硝酸溶液。

6、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选氧化剂具有较强的氧化性，通过将六方氮化硼分散于氧化剂中并进行升温搅拌反应，使氧化剂中的氧化离子渗入六方氮化硼的层结构内部进行氧化，进而使六方氮化硼的层结构松动。

7、进一步，上述碱金属氢氧化物为氢氧化钾和/或氢氧化钠。

8、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明在碱金属氢氧化物协助超声作用下，一步实现了六方氮化硼的表面羟基化。

9、进一步，上述改性剂由聚乙二醇、质量分数为80%-85%的乙醇溶液和硅烷偶联剂以1:(120-140):(3-4)的质量比混合制得。更进一步，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

10、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明改性剂不会引起六方氮化硼的结构变化，所以也不会影响其热学/电学性能，从而有利于后续应用。

11、一种改性六方氮化硼的制备方法，具体包括以下步骤：

12、（1）按上述改性六方氮化硼的重量份数称取各原料；

13、（2）先将六方氮化硼分散于氧化剂中并进行升温搅拌反应，然后依次进行离心，过滤，洗涤，真空干燥，得到预处理的六方氮化硼；

14、（3）先将预处理的六方氮化硼和碱金属氢氧化物分散于水中并进行搅拌反应，然后依次进行超声剥离，离心，过滤，洗涤，真空干燥，得到羟基化的六方氮化硼；

15、（4）先将羟基化的六方氮化硼分散于改性剂中并进行搅拌反应，然后依次进行离心，过滤，洗涤，真空干燥，即得改性六方氮化硼。

16、进一步，上述步骤（2）中，升温至60-75℃；搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为2-4h；离心的转速为5000-8000r/min，时间为30-40min；真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

17、进一步，上述步骤（3）中，六方氮化硼和水的质量比为1:(200-400)；搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为1-3h；超声剥离的超声功率为100-200w，时间为5-8h；离心的转速为2500-3500r/min，时间为30-40min；真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

18、进一步，上述步骤（4）中，搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为6-8h；离心的转速为2500-3500r/min，时间为20-30min；真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

19、本发明还请求保护一种如上述改性六方氮化硼或如上述制备方法制得的改性六方氮化硼在制备高导热复合材料中的应用。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1、本发明改性六方氮化硼制得的高导热复合材料具有较好的导热效果，从而满足电子元件对导热性能的要求。

22、2、本发明改性方法不会引起六方氮化硼的结构变化，所以也不会影响其热学/电学性能，从而有利于后续应用，同时还具有条件温和、易于操作、环境友好和高效节能的特点。

技术特征：

1.一种改性六方氮化硼，其特征在于，包括以下重量份的原料：六方氮化硼25-35份、氧化剂140-160份、碱金属氢氧化物180-220份和改性剂200-250份。

2.根据权利要求1所述的一种改性六方氮化硼，其特征在于，包括以下重量份的原料：六方氮化硼30份、氧化剂150份、碱金属氢氧化物210份和改性剂240份。

3.根据权利要求1或2所述的一种改性六方氮化硼，其特征在于，所述氧化剂为质量分数为75%-80%的硝酸溶液。

4.根据权利要求1或2所述的一种改性六方氮化硼，其特征在于，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾和/或氢氧化钠。

5.根据权利要求1或2所述的一种改性六方氮化硼，其特征在于，所述改性剂由聚乙二醇、质量分数为80%-85%的乙醇溶液和硅烷偶联剂以1:(120-140):(3-4)的质量比混合制得；

6.一种改性六方氮化硼的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种改性六方氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述升温至60-75℃；所述搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为2-4h；所述离心的转速为5000-8000r/min，时间为30-40min；所述真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

8.根据权利要求6所述的一种改性六方氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述六方氮化硼和水的质量比为1:(200-400)；所述搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为1-3h；所述超声剥离的超声功率为100-200w，时间为5-8h；所述离心的转速为2500-3500r/min，时间为30-40min；所述真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

9.根据权利要求6所述的一种改性六方氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述搅拌反应的转速为100-200r/min，时间为6-8h；所述离心的转速为2500-3500r/min，时间为20-30min；所述真空干燥的温度为70-90℃，时间为2-4h。

10.一种如权利要求1-5任一项所述改性六方氮化硼或如权利要求6-9任一项所述制备方法制得的改性六方氮化硼在制备高导热复合材料中的应用。

技术总结
本发明公开了一种改性六方氮化硼，涉及导热材料技术领域，包括以下重量份的原料：六方氮化硼25‑35份、氧化剂140‑160份、碱金属氢氧化物180‑220份和改性剂200‑250份。制备方法：（1）称取各原料；（2）将六方氮化硼分散于氧化剂中并进行升温搅拌反应，离心，过滤，洗涤，真空干燥；（3）和碱金属氢氧化物分散于水中并进行搅拌反应，超声剥离，离心，过滤，洗涤，真空干燥；（4）分散于改性剂中并进行搅拌反应，离心，过滤，洗涤，真空干燥，即得。本发明改性六方氮化硼容易分散于原料中，由其制得的高导热复合材料具有较好的导热效果，从而满足电子元件对导热性能的要求；且制备方法具有条件温和、易于操作、环境友好和高效节能的特点。

技术研发人员：巩鹏程,王前,任文杰,张雍,任学美
受保护的技术使用者：山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15