[發(fā)明專利]剝離六方氮化硼粉末制備氮化硼納米片用于制備BNNS-纖維素復合材料的方法

有效

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• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111560127B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 石賢斌;聶向導;鄭鯤;馬永梅;王大偉
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/38;C08J3/215;C09K5/14;C01B21/064;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明提供了一種剝離六方氮化硼粉末制備氮化硼納米片用于制備BNNS?纖維素復合材料的方法，具體是使用嘧啶酮為溶劑剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片，并原位溶解纖維素制備氮化硼納米片和纖維素復合材料的方法。具體步驟如下：將六方氮化硼分散在嘧啶酮中，超聲剝離一段時間，將纖維素加入到該氮化硼的分散液中，繼續(xù)超聲一段時間，待纖維素完全溶解。將所得最終混合液進行脫泡，用凝固浴再生，洗滌，得到BNNS?纖維素復合材料。本發(fā)明采用嘧啶酮為六方氮化硼的剝離溶劑和纖維素的良溶劑，能夠同時實現六方氮化硼的剝離及與纖維素的原位復合，安全穩(wěn)定，操作簡單，產量較高，產品質量好，氮化硼的加入極大地提高了復合材料的導熱性能和機械性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氮化硼納米片剝離及復合材料制備技術，屬于無機非金屬納米層狀材料制備及復合材料制備技術領域。

背景技術

六方氮化硼(h-BN)，又稱“白色石墨烯”，是一種新型的二維納米材料，具有類似石墨烯的層狀結構。氮化硼納米片具有耐高溫性能、高熱導率、低熱膨脹系數、高溫抗氧化能力、耐腐蝕、良好的潤滑性能及優(yōu)異的電絕緣性能，使其在高溫半導體材料、光電材料、陶瓷材料以及復合材料等方面均有非常廣泛的應用，使其迅速成為當今世界的研究焦點。h-BN納米片是一種由B原子和N原子以共價鍵形式鏈接的無限延伸的平面蜂窩狀結構。相較于石墨烯，氮化硼納米片的制備途徑則相當有限。這是因為氮化硼片層內以離子鍵結合，使層間的力比石墨層之間的范德華力要強，導致制備石墨烯的方法并不能完全適用氮化硼納米片的制備。因此，如何制備出高質量、高產量的二維氮化硼納米片成為目前急需解決的問題之一。

高分子材料一般都是熱的不良導體，導熱系數低于0.5W·m^-1·K^-1，為滿足微電子、電子電器等諸多領域的應用需求，制備具有優(yōu)良綜合性能的高導熱聚合物絕緣材料成為該領域的研究熱點。在聚合物中添加導熱填料是一種簡單有效的方法。氮化硼具有較高的導熱系數、小的熱膨脹系數以及良好的電絕緣性能等，添加到聚合物基體中能夠大幅度提高聚合物的導熱系數。但氮化硼結構惰性，與聚合物的相互作用力小，在聚合物中分散困難，限制了其復合效果。此外，傳統(tǒng)聚合物為生物不可降解材料，隨著電子器件使用周期的縮短，電子污染已經成為一個普遍關心的問題，因此，開發(fā)生物可降解的導熱復合材料具有重要的應用價值。

發(fā)明內容

技術問題：為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠高效剝離六方氮化硼及原位制備BNNS-纖維素復合材料的方法，嘧啶酮類化合物DMPU作為溶劑能夠高效剝離六方氮化硼，得到穩(wěn)定的氮化硼納米片BNNS的分散液，同時能夠溶解纖維素，實現氮化硼納米片與纖維素的復合，復合材料導熱性能高，力學性能良好，氮化硼在纖維素中分散均勻，且具有生物可降解性。所述制備方法簡單溫和，可用于工業(yè)化生產。

技術方案：為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

本發(fā)明目的之一在于提供一種快速高效剝離六方氮化硼制備六方氮化硼納米片的方法，所用的溶劑為極性非質子溶劑1,3-二甲基-四氫-2-嘧啶酮(DMPU)，進行超聲處理，得到穩(wěn)定的BNNS的DMPU懸浮液，也就是BNNS的DMPU分散液。所述的六方氮化硼的DMPU分散液中六方氮化硼的質量濃度為1～50mg/ml，優(yōu)選為2-8mg/ml。六方氮化硼粉末與纖維素按質量比計為(0.1～2)：1。所述超聲功率為50～400w，優(yōu)選200-400W；所述的超聲處理時間為1～10h，優(yōu)選2h；超聲溫度為30～60℃，優(yōu)選30℃。

本發(fā)明的另一目的在于用氮化硼納米片制備BNNS-纖維素復合材料，所述的纖維素原料是棉短絨、紙漿(包括針葉木紙漿、闊葉木紙漿等)和微晶纖維素中的一種或多種。所述的纖維素加入到上述所得BNNS的DMPU懸浮液中，其中纖維素的質量分數為1％～10％，超聲一段時間至纖維素完全溶解，得到BNNS-纖維素混合液；所述的BNNS-纖維素復合材料是由所得到的最終混合液進行脫泡，用凝固浴再生，洗滌，過濾后得到的。

有益效果：本發(fā)明提供的，與現有技術相比，具有以下優(yōu)勢：