[发明专利]一种三维结构改性氮化硼及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及阻燃导热材料领域，具体涉及一种三维结构改性氮化硼，利用羟基氧化铁对氮化硼表面进行改性得到三维结构改性氮化硼。本发明还涉及上述改性氮化硼的制备方法以及其在阻燃、导热橡胶复合材料中的应用。上述方案，氮化硼纳米片提供了快速的声子传导，提高材料的导热性能，并且该三维结构防止纳米复合材料团聚。这主要是因为在氮化硼纳米片表面，羟基氧化铁纳米立方体的径向分布可以有效减少导热通路的距离，减少导热过程中能量的损失；该结构由于较低的热阻，声子的传导变得更加简单，有助于提高材料的导热效率。同时该结构提供了更大的接触面积，提高阻燃剂的片层阻隔作用，有助于提高复合材料的阻燃性能。

技术领域

本发明涉及阻燃导热材料领域，具体涉及一种三维结构改性氮化硼及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物材料在人们日常生活中以及国民经济建设中都有着广泛的应用，给人类的生活和社会的发展都带来了巨大的便利。然而，绝大多数的聚合物材料都具有可燃的缺陷，存在潜在的燃烧风险，给人类生活也带来了巨大的威胁。与此同时，良好导热效果也可以减少前期热的积聚，而聚合物是热的不良导体，使用时存在潜在的火灾隐患。因此提高聚合物材料的阻燃和导热性能越来越受到研究者的重视。

氮化硼纳米材料是现今最有前途和最受欢迎的无机纳米材料之一。氮化硼作为一种与石墨烯层状结构相似的化合物，作为阻燃剂可以发挥良好的物理屏障作用，阻隔可燃气体和氧气交换，能有效地提高聚合物的阻燃性能。另外，高导热率的氮化硼在添加至聚合物中可以有效提高聚合物的导热性能。

羟基氧化铁作为一种无机阻燃剂，对环境友好，引入羟基氧化铁的阻燃剂可以起到一定的阻燃效果。作为一种导热率优异的无机材料，加入羟基氧化铁也能在一定程度上提高聚合物的导热性。

不同阻燃剂通过化学接枝或包覆的方式形成的杂化物添加到复合材料中，较未改性共混而言，其分散性能和阻燃性能均有所提高。具体地说，wang等[Wang X,Li L,Tong Y,et al.Synthesis of Core/Shell Structured Zinc Borate/Silica and Its SurfaceCharring for Enhanced Flame Retardant Properties.Polymer Degradation andStability,2021,183:109432.]将二氧化硅包覆在硼酸锌表面制备杂化物，并将其添加到硅橡胶中研究其阻燃性能。结果表明，添加同组分制备杂化物阻燃剂的复合材料阻燃性能明显优于加入未改性阻燃剂制备的复合材料。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种三维结构改性氮化硼，既能提高聚合物的阻燃和导热性能，同时还能有效提高聚合物的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维结构改性氮化硼，其特征在于：利用羟基氧化铁对氮化硼表面进行改性得到三维结构改性氮化硼。

本发明的另一目的在于提供一种上述三维结构改性氮化硼的制备方法，包括如下步骤：

(a)氮化硼羟基化处理：将氮化硼在900-1000℃条件下高温煅烧2-4h，洗涤、干燥的粉末状羟基化氮化硼纳米片；

(b)向羟基化氮化硼分散液中缓慢加入可溶性铁盐溶液，在70-90℃条件下反应8-12h，收集反应沉淀物并洗涤、干燥，得到三维结构改性氮化硼。

具体地，所述步骤(a)中，氮化硼是在马弗炉中高温煅烧，然后用热水洗涤3次，冷冻干燥得到粉末状的羟基化氮化硼纳米片。氮化硼在煅烧过程中产生可能会产生N₂BOH和NB(OH)₂副产物，用热水洗涤过程中会导致NB(OH)₂分解为硼酸并去除。