納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物的制作方法
【專利摘要】本發明的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物主要應用于導熱管、太陽能熱水器、絕緣導熱材料、潛艇蓄電池的冷凝器等器件，在軍事、航空航天、電子電器和化工生產等領域發揮了重要作用。納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物在具有良好導熱性的基礎上還擁有金屬等傳統材料所不可比擬的特性；在保證有良好的導熱性的前提下，具備很好的電絕緣性。相對于傳統的金屬等材料，氮化硼改性的聚合物導熱材料質量輕。氮化硼改性的聚合物導熱材料化學穩定性非常好，如耐化學腐蝕、耐磨等既可以提供系統所需的彈性和耐熱性，又可以將系統產生的熱量傳遞出去。
【專利說明】納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米氮化硼增強聚合物的方法，具體為一種納米氮化硼材料大幅度增強聚合物性能的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，世界各國都在致力于研究關于納米材料對于聚合物的影響，希望將納米材料與聚合物結合能較大提高聚合物的性能。而我國對于這類納米復合材料也相當關注，納米氮化硼就是一種典型的納米材料，它的性質比較特殊，具有的輕質、高導熱、自潤滑、耐磨、以及相對較高的化學穩定性等等。目前納米材料的制備技術已逐漸成熟，我們使用納米氮化硼作為填料，聚合物為基體，制備了高耐磨、減磨性能，高導熱絕緣的聚合物復合材料。但是納米材料在聚合物中的分散是限制納米材料在高分子領域應用的主要因素，所以我們試圖在納米氮化硼的表面進行改性，在其表面接枝官能團，降低表面能的同時提高氮化硼與聚合物的相容性。
[0003]氮化硼按其結構分為三種，分別是六方氮化硼，立方氮化硼和菱面體氮化硼。六方氮化硼是白色或灰白色的結晶粉末，其結構是類似石墨的層狀六方晶格，層間距大容易剝落，硬度低，密度2.34g/cm3，熔點3000°C，熱導率1.5w/(m.k)，熱膨脹系數
7.516X10_6/K，介電常數7.1，摩擦系數小(0.03-0.07)，是良好的固體潤滑劑，在惰性氣體和NH3中耐熱穩定溫度為2800°C，在氧化氣氛中耐熱穩定溫度為900°C，是良好的熱導體又是優良的電絕緣材料，具有良好的抗熱沖擊性。
[0004]氮化硼制備導熱絕緣聚合物目前是通過氮化硼以納米粒子的形式結合到聚合物中的。為了納米氮化硼分布均勻，或通過超聲，或通過表面進行化學改性來處理，這樣達到了提高氮化硼在聚合物中的分散性，同時提高聚合物的導熱性和絕緣性。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種用較低含量的納米氮化硼填裝量具有滲透閾值的納米氮化硼制備導熱絕緣材料，同時還能提供優良的減摩特性。
[0006]為達到上述目的，本發明的具體方案步驟有:
[0007]A)先用一種強酸對氮化硼進行氧化，然后過濾；步驟A)主要目的是為了步驟B)做準備，因為納米氮化硼的粒子尺寸是納米級別的具有相當大的表面能，且表面基團活性較低，此步驟主要是用強氧化性氧化納米粒子表面基團，該強氧化劑可以是王水、硝酸或者硝酸與高錳酸鉀混合等根據氧化程度不同將氮化硼表面氧化成羥基或者羧基，降低其表面能的同時利于氮化硼表面接枝硅烷偶聯劑。該步驟的反應溫度要求不嚴格室溫下即可。氧化時間大概3-5小時。
[0008]B)再用一種硅烷偶聯劑(KH-550)對A制備的產物進行表面處理；向氧化完全的氮化硼中加入適當過量的硅烷偶聯劑和水，首先硅烷偶聯劑慢慢水解，在適當的溫度下水解下來的烷基接枝到氮化硼粒子表面的羥基和羧基上，接枝上的烷基的種類跟所要改性的聚合物有關系，要考察它們的相容性。
[0009]C)在一種溶劑內將聚合物和B產物進行初步混合；加入適當的溶劑來降低聚合物的粘度，使氮化硼能更好的分散于聚合物內。該步驟需要配合攪拌進行充分的混合。
[0010]D)再向C制備的混合體系內加入適當的固化劑與催化劑，將制備的復合材料注入模具，然后加工固化；固化劑和催化劑要充分的混合均勻之后開始發生反應，否則會固化不均勻。這就需要根據固化劑和催化劑的特性通過溫度的調控來控制交聯固化。
[0011]本發明的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物主要應用于導熱管、太陽能熱水器、絕緣導熱材料、潛艇蓄電池的冷凝器等器件，在軍事、航空航天、電子電器和化工生產等領域發揮了重要作用。納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物在具有良好導熱性的基礎上還擁有金屬等傳統材料所不可比擬的特性；
[0012]第一，在保證有良好的導熱性的前提下，具備很好的電絕緣性。
[0013]第二，相對于傳統的金屬等材料，氮化硼改性的聚合物導熱材料質量輕
[0014]第三，氮化硼改性的聚合物導熱材料化學穩定性非常好，如耐化學腐蝕、耐磨等
[0015]既可以提供系統所需的彈性和耐熱性，又可以將系統產生的熱量傳遞出去。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為氮化硼含量對材料導熱性能的影響
[0017]具體的實施方式
[0018]下面詳細說明本發明并給出幾個實施例:
[0019]實施例一
[0020]在室溫下(25°C _30°C)，用配制好的適當過量的王水氧化氮化硼，氧化3-5小時后過濾，將制備好的產物加入到硅烷偶聯劑和水溶液中，在55°C下反應4小時，然后過濾，干燥。聚合物選用環氧樹脂，溶劑選用乙醇，本實驗采用不同的環氧樹脂和氮化硼比例，分別為10 %、15 %、20 %、25 %、26 %、27 %、28 %、29 %、30%，將氮化硼加入乙醇和環氧樹脂體系中充分攪拌，再加入固化劑雙氰胺和催化劑二甲基咪唑，現在120°C下進行預固化，15min，之后再在150°C下，真空狀態下固化3小時。氮化硼的填充量在20% -28%之間，聚合物的導熱率升高較為顯著，導熱率達到1.45w/(m.k)。
[0021]實施例二
[0022]在室溫下(25°C _30°C)，用配制好的適當過量的王水氧化氮化硼，氧化3-5小時后過濾，將制備好的產物加入到硅烷偶聯劑和水溶液中，在55°C下反應4小時，然后過濾，干燥。聚合物選用環氧樹脂，溶劑選用乙醇，本實驗采用環氧樹脂和不同的無機填料，其中包括氮化硼、氧化鋁、氮化鋁。將氮化硼加入乙醇和環氧樹脂體系中充分攪拌，再加入固化劑雙氰胺和催化劑二甲基咪唑，現在120°C下進行預固化，15min，之后再在150°C下，真空狀態下固化3小時。聚合物的導熱率相差不大，但介電常數相差較大，氮化硼改性的聚合物復合材料的介電常數最小。
[0023]
【權利要求】
1.本發明提供一種納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于它的具體方案步驟有: A)先用一種強酸對氮化硼進行氧化，然后過濾；步驟A)主要目的是為了步驟B)做準備，因為納米氮化硼的粒子尺寸是納米級別的具有相當大的表面能，且表面基團活性較低，此步驟主要是用強氧化性氧化納米粒子表面基團，該強氧化劑可以是王水、硝酸或者硝酸與高錳酸鉀混合等根據氧化程度不同將氮化硼表面氧化成羥基或者羧基，降低其表面能的同時利于氮化硼表面接枝硅烷偶聯劑；該步驟的反應溫度要求不嚴格室溫下即可，氧化時間大概3-5小時；B)再用一種硅烷偶聯劑對A制備的產物進行表面處理；向氧化完全的氮化硼中加入適當過量的硅烷偶聯劑和水，首先硅烷偶聯劑慢慢水解，在適當的溫度下水解下來的烷基接枝到氮化硼粒子表面的羥基和羧基上，接枝上的烷基的種類跟所要改性的聚合物有關系，要考察它們的相容性；C)在一種溶劑內將聚合物和B產物進行初步混合；加入適當的溶劑來降低聚合物的粘度，使氮化硼能更好的分散于聚合物內，該步驟需要配合攪拌進行充分的混合；D)再向C制備的混合體系內加入適當的固化劑與催化劑，將制備的復合材料注入模具，然后加工固化；固化劑和催化劑要充分的混合均勻之后開始發生反應，否則會固化不均勻，這就需要根據固化劑和催化劑的特性通過溫度的調控來控制交聯固化。
2.如權利要求1所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物中使用氮化硼。
3.如權利要求1所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物中使用硅烷偶聯劑。
4.如權利要求1或2所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物中使用聚合物環氧樹脂。
5.如權利要求1-4所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的聚合物的溶劑為乙醇。
6.如權利要求1-5所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的氮化硼的含量為28%導熱率最好。
7.如權利要求1-6所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的其中第一段預固化溫度為120°C，第二段固化溫度為150°C。
8.如權利要求1-7所述的納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物，其特征在于:所述的根據權利要求1-7任一種方法可得到納米氮化硼制備導熱絕緣聚合物。
【文檔編號】C08K9/06GK103467919SQ201310410342
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】赫川, 王文杰, 李玉丹 申請人:天津道俊包裝制品銷售有限公司