[发明专利]一种氮化硼/碳泡沫材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硼/碳泡沫材料的制备方法，涉及多孔陶瓷泡沫材料技术领域，本发明先制备含有BN的交联树脂，然后制备含BN泡沫体，最后制备氮化硼/碳泡沫材料；本发明有机改性BN表面含有活性基团，可以和预聚体中官能团反应，经发泡成型，形成了均匀的发泡体，BN能够紧密地连接在一起形成致密的结构，具有高孔率、高比表面积的特点，与模板法相比，易于填充，孔径和孔率便于调整。

技术领域：

本发明涉及多孔陶瓷泡沫材料技术领域，具体涉及一种氮化硼/碳泡沫材料的制备方法。

背景技术：

六方氮化硼(h-BN)，又称白色石墨，具有高热导率、电绝缘、润滑性等优点，相较于石墨烯，它具有良好的抗氧化性及稳定性，因此受到了广泛的关注。六方氮化硼泡沫是近年来氮化硼材料领域的一个研究热点。氮化硼泡沫因其独特的三维网络结构而具有低的密度、高的孔隙率、高的比表面积以及丰富的孔道结构，因此在复合材料、催化、储氢、环境处理等领域有着广泛的应用。

氮化硼泡沫材料的制备方法主要有模板法、干燥法、元素替换等方法。模板法主要是利用硬模板的宏观结构以及微观形貌，通过化学气相沉积的方法得到宏观三维泡沫材料。冷冻干燥法是制备三维材料的一种常见的方法，将三维材料中的溶剂低温下变成固体，作为三维材料的支撑，然后将材料中的溶剂由固相直接转化为气相，得到宏观的三维结构。元素替换法是在制备氮化硼泡沫的过程中，先制备其它元素构成的宏观三维泡沫结构，之后通过一系列的化学反应将相应的元素用硼氮替代，得到三维的氮化硼泡沫结构。

上述几种方法均有各自的不足，模板法中模板的微观形貌影响着所得泡沫材料的孔径大小、孔径分布、比表面积等微观形貌，导致产品微观形貌调控不便，而且氮化硼粉体在模板中存在着填充难等问题，导致得到的氮化硼多孔泡沫中氮化硼含量低、不均匀；冷冻干燥成本较高，不适合工业化；元素替代法操作工艺复杂，这些问题使泡沫材料的应用受到不同程度的制约。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种氮化硼/碳泡沫材料的制备方法，通过该方法得到的氮化硼/碳泡沫材料具有高孔率、高比表面积和高孔隙率的特点，且孔径和孔率可以调控。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种氮化硼/碳泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将有机改性BN粉体加入预聚体中进行预交联反应，得到含有BN的预交联树脂；

步骤(2)：向含有BN的预交联树脂中加入发泡剂和固化剂进行发泡并固化，得到含BN泡沫体；

步骤(3)：将含BN泡沫体进行高温碳化，除去有机组分，得到连通性好的氮化硼/碳泡沫材料。

所述有机改性BN粉体与预聚体的质量比(0.1～0.5):1，预聚体质量以固含量计。

优选地，所述有机改性BN粉体包括盐酸多巴胺改性BN粉体、氢氧化钠碱处理BN粉体、水热法处理BN粉体中至少一种。

所述盐酸多巴胺改性BN粉体的制备方法是：将三羟甲基氨基甲烷加酸调节pH至8～9配制成缓冲溶液，加入质量比为2000:(0.5～1)的BN和盐酸多巴胺，在50～80℃温度范围内恒温反应10～16h，过滤，无水乙醇洗涤，干燥至恒重，冷却至室温，即得盐酸多巴胺改性BN粉体。

所述预聚体包括三聚氰胺预聚体、聚氨酯泡沫预聚体、酚醛树脂、环氧树脂等中的至少一种。

优选地，所述三聚氰胺预聚体为羟甲基化三聚氰胺预聚体。

所述羟甲基化三聚氰胺预聚体的制备方法是：将三聚氰胺与甲醛按摩尔比1:(1～6)投料，升温反应，待溶液澄清后调节pH至8～11，再加入终止剂，继续反应0.5～3h，即得性质稳定的羟甲基化三聚氰胺预聚体。

所述终止剂为甲醇、乙二醇、聚乙二醇、三乙醇胺、二氰二胺中的一种或几种。