[发明专利]一种核壳结构改性氮化硼及其制备方法

说明书

本发明涉及高导热复合材料领域，尤其是涉及一种核壳结构改性氮化硼及其制备方法。本发明将氮化硼表面经碱溶液和硅烷偶联剂处理后得到表面初步改性的氮化硼，随后将聚硅氮烷包覆在表面处理过后的氮化硼上，聚硅氮烷经反应接枝在氮化硼表面形成氮化硼的聚硅氮烷包覆体，将包覆体置于有水气氛的环境下进行缩合反应，最终得到表面壳层具有致密氧化硅的改性氮化硼。采用该方法制备的改性氮化硼可以明显改善其分散特性，其结构强度和导热特性也大大提高。

技术领域

本发明涉及高导热复合材料领域，尤其是涉及一种核壳结构改性氮化硼及其制备方法。

背景技术

聚合物基导热复合材料以其优异的性能和较低的成本被广泛应用于电子材料领域。随着物联网和5G技术的快速发展，电子元器件变得更加微型化和集成化，这对器件的导热能力也提出了更高的要求。聚合物基导热材料通常由聚合物基体和导热粉体组成，导热粉体通常包括陶瓷、碳和金属等。氮化硼则属于陶瓷填料。按照其晶体结构大致可以分为六方氮化硼、立方氮化硼、菱方氮化硼和纤锌矿氮化，市面上主要以六方和立方氮化硼的应用为主。氮化硼(BN)以优异的导热性和绝缘性被广泛用作电子器件原材料的填料。

BN是类似于石墨烯的六方晶体结构，由多层结构堆叠而成，层与层之间通过范德华的弱相互作用结合，因此BN的形貌表现为片层状，同时在复合材料体系当中容易受到剪切脱层和脆断，使得BN呈更加细小的片状分散在复合体系当中，体系粘度也随之大大增加导致BN填充使用量大大减少。片层状的BN仍具有大的比表面积，容易漂浮在复合材料体系表面附近，导致其溶解性和分散性比较差，进而影响了材料的导热性能。

发明内容

常规的BN粉体呈现片层状结构，片层状的BN脆性高，层间结合力差，粉体结构状态易被损坏，且在分散剂中易于漂浮于分散剂表面，不利于BN的分散，从而明显影响了材料的导热性和稳定性。为了改善BN在分散剂中的分散性以及提高片层状BN在复合体系中的稳定性，本发明的目的是提供一种核壳结构改性氮化硼及其制备方法。通过提高BN在分散剂中的分散性和稳定性，显著提高材料的导热性能，同时材料的硬度和强度均有很大程度的提高。

本发明通过聚硅氮烷接枝改性BN，聚硅氮烷在较低的温度下能够形成致密的氧化硅陶瓷，因此可以在BN表面形成致密的SiO₂包覆层，该核壳结构可以大大提高BN的层间抗破坏强度和分散特性，BN复合材料体系的导热性能也可以得到大幅提升。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种核壳结构改性氮化硼及其制备方法，包括以下步骤：

(1)氮化硼经聚硅氮烷聚合物接枝改性，得到表面接枝有聚硅氮烷的改性氮化硼；

(2)在有水气氛环境下，改性氮化硼表面的聚硅氮烷经过水解缩合反应，在 BN表面形成致密的SiO₂壳层，即得到核壳结构改性氮化硼。

在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述聚硅氮烷聚合物选自一种聚硅氮烷或两种及以上的聚硅氮烷的混合物；优选为全氢聚硅氮烷，因其固化温度低，固化后获得的固化物致密。

在本发明的一个实施方式中，所述聚硅氮烷聚合物为分子主链为Si-N结构的聚合物，结构通式如下式(I)所示：

其中R1为氢原子或有机基团，R2为氢原子或有机基团；n为聚合度且为整数；

所述聚硅氮烷聚合物数均分子量优选为150-55000。

在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述氮化硼经聚硅氮烷接枝改性的方法包括湿法、干法或气相法。

在本发明的一个实施方式中，氮化硼经聚硅氮烷聚合物接枝改性的湿法为：将聚硅氮烷聚合物在溶剂中溶解，然后将氮化硼加入到溶解液中进行接枝反应，反应结束后脱除溶剂，得到表面接枝有聚硅氮烷的改性氮化硼；