改性六方氮化硼及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种改性六方氮化硼及其制备方法和用途，所述改性六方氮化硼以聚乙烯亚胺为包覆层；其中，所述改性六方氮化硼的包覆层厚度为4‑6nm。本发明专利技术提供的改性六方氮化硼具有很好的导热性能，且可以在聚合物基底中较好的分散性。

Modified hexagonal boron nitride and its preparation method and Application

The invention provides a modified hexagonal boron nitride and its preparation method and application. The modified hexagonal boron nitride is coated with polyethyleneimine, and the thickness of the coated layer of the modified hexagonal boron nitride is 4 to 6 nm. The modified hexagonal boron nitride provided by the invention has good thermal conductivity and good dispersion in the polymer substrate.

【技术实现步骤摘要】
改性六方氮化硼及其制备方法和用途
本专利技术属于改性材料领域，涉及一种改性六方氮化硼及其制备方法和用途。
技术介绍
半个多世纪以来，电子元件一直朝着微型化、多功能化发展，功率密度的提高和特征尺寸的减小使得电子元件工作时产生的热量迅速积累，电子设备的温度随之增加，过高的温度会影响设备的正常工作，降低设备的使用寿命。因此，需要开发出新型的高导热复合材料来把电子设备工作产生的热量散发出去。聚合物材料因为易于加工，机械强度大以及成本低等优点而常被用作电子元件和集成电路的封装材料，然而，因为分子链的随机缠绕和振动增大了光子传输时的散射，增加了界面热阻，使得聚合物本身的热导率低于0.5W·m-1K-1，不能满足电子元件对导热性能的要求；目前常用的解决办法是往聚合物中掺入高导热的无机填料。CN103435895A公开了一种制备绝缘高导热复合材料的方法，其以高密度聚乙烯为基体，添加氮化铝、氧化铝、氮化硼三种不同粒径的导热填料和加工助剂，一并投入在高速机中预混合，进过双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，得到颗粒型绝缘高导热复合材料，但此种方法制备得到的复合材料中的无机填料助剂在其中分散并不均匀。六方氮化硼，具有和石墨相似的层状结构，故又称“白色石墨”，其具有优异的导热性能，另外，禁带宽度为5.6eV使其同时具备良好的绝缘性，六方氮化硼因此成为电子封装领域最有应用前景的导热填料之一。然而六方氮化硼表面缺乏能发生化学反应的官能团，化学惰性强，与聚合物的相容性较差，不利于在聚合物中的分散性，进而影响导热网络的形成，使得六方氮化硼对聚合物热导率的提升效率较低，因此对其进行表面改性成为制备高导热复合材料的关键。目前改性六方氮化硼的方法主要分为共价改性和非共价改性。共价改性一般分为两步，先是氧化六方氮化硼，引入羟基，然后再接枝上一些复杂的官能团或者分子；CN104892968A公开了一种高导热六方氮化硼/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其利用二异氰酸酯、芳香二胺试剂在DMA或DMF溶剂中得到了氨基化的六方氮化硼；这类方法通常会引起六方氮化硼的结构变化，影响其热学/电学性能，而且共价改性会用许多有毒、腐蚀和易挥发的溶剂，对环境不利。相反，对六方氮化硼的非共价改性不会改变其空间结构，可以保留它的原有性能，而且大多数情况下这些过程属于可逆的；非共价改性包括有机物(如多巴胺、聚酰亚胺、硅烷偶联剂)包覆六方氮化硼，在六方氮化硼表面修饰功能无机粒子(如二氧化硅，四氧化三铁)等。CN106189165A公开了一种高导热绝缘六方氮化硼/聚碳酸酯复合材料的制备方法，其先将六方氮化硼在水中超声增加其电负性，然后利用阳离子聚甲基丙烯酰胺对其进行改性，最后加入聚碳酸酯基体中得到复合材料。CN106674603A公开了一种导热六方氮化硼杂化材料，其在六方氮化硼包面包覆有聚合物层，且在聚合物层上负载有银纳米颗粒，虽然导热性较好，但是由于在其中加入了银颗粒，导致成本增加，制备方法较复杂，并且由于热界面材料本身对于绝缘性也有较高要求，引入银纳米颗粒会增加材料的导电性；而去掉银纳米颗粒后的包覆有聚合物的六方氮化硼虽然改善了六方氮化硼在基体中的相容性问题，但是由于在六方氮化硼表面包覆了聚合物层，反而会降低六方氮化硼的导热性，使其不能满足应用要求。目前需要开发一种新的改性六方氮化硼填料，使其既能满足导热性要求，又可以在基体中很好的分散。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性六方氮化硼及其制备方法和用途。在本专利技术中，在省略了高导热材料(银)且减薄了包覆层的厚度之后，并没有出现本领域技术人员公知预测的省略银会造成导热性能的降低且减少包覆层厚度会造成改性六方氮化硼在材料中的分散性下降的问题，反而本专利技术提供的改性六方氮化硼在聚乙烯醇基材中可以均匀分散并增加了聚乙烯醇的导热性能。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种改性六方氮化硼，所述改性六方氮化硼以聚乙烯亚胺为包覆层；其中，所述改性六方氮化硼的包覆层厚度为4-6nm，例如4.5nm、5nm、5.5nm等。本专利技术提供的改性六方氮化硼为聚乙烯亚胺包覆的六方氮化硼，包覆层厚度为4-6nm，本专利技术提供的改性六方氮化硼在省略了银纳米粒子的同时降低了包覆层的厚度，并没有影响六方氮化硼的导热性能，且本专利技术提供的改性六方氮化硼在基底中仍然具有较好的分散性。优选地，在改性六方氮化硼中，所述聚乙烯亚胺的质量百分含量为3-5％，例如3.5％、4％、4.5％等。第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的改性六方氮化硼的制备方法，所述制备方法包括：将六方氮化硼和聚乙烯亚胺混合，然后离心、洗涤、烘干，得到所述改性六方氮化硼。优选地，所述六方氮化硼和聚乙烯亚胺的质量比为(9-10):1，例如9.2:1、9.5:1、9.7:1等。本专利技术通过控制六方氮化硼和聚乙烯亚胺的质量比来很好的控制改性六方氮化硼的包覆层厚度在4-6nm范围内。优选地，所述制备方法使用的溶剂为去离子水与无水乙醇以质量比为(4-6):3形成的混合溶剂，例如4.5:3、5:3、5.5:3等。优选地，所述混合包括先在超声搅拌1-3h(例如1.5h、2h、2.5h等)然后继续磁力搅拌23-25h(例如23.5h、24h、24.5h等)。本专利技术通过选用特定的混合溶剂和特定的混合方式可以使聚乙烯亚胺更均匀地包覆在六方氮化硼表面，进而可以确保改性六方氮化硼可以更均匀的分散在聚合物基体中。优选地，所述离心的速率为2000-3000rpm，例如2200rpm、2500rpm、2700rpm等，所述离心的时间为3-5min，例如3.5min、4min、4.5min等。本专利技术选用2000-3000rpm的离心速率和3-5min的离心时间相配合，当离心速率过快时，可能会使改性的六方氮化硼紧密堆叠在一起，也可能会由于离心速率过快使吸附在六方氮化硼表面的聚乙烯亚胺脱离六方氮化硼表面。优选地，所述烘干的温度为50-60℃，例如52℃、55℃、58℃等。作为优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：(1)将六方氮化硼和聚乙烯亚胺按质量比为(9-10):1混合，并加入去离子水与无水乙醇以质量比为(4-6):3形成的混合溶剂，超声搅拌1-3h后继续磁力搅拌23-25h，得到改性六方氮化硼初步产物；(2)将步骤(1)得到的改性六方氮化硼初步产物以2000-3000rpm的离心速率离心，洗涤除去未包覆在六方氮化硼表面的聚乙烯亚胺，然后在50-60℃下烘干得到所述改性六方氮化硼。当本专利技术选用优选技术方案时，本专利技术得到的改性六方氮化硼的包覆层可以很均匀的包覆在六方氮化硼表面，且包覆层厚度在4-6nm范围内。第三方面，本专利技术提供了一种导热聚乙烯醇复合材料，所述导热聚乙烯醇复合材料分散有如第一方面所述的改性六方氮化硼。优选地，在复合材料中，所述改性六方氮化硼与聚乙烯醇的体积比为1:(4-5)，例如1:4.2、1:4.5、1:4.7等。在本专利技术中，改性六方氮化硼与聚乙烯醇的密度相差较大，利用体积比可以更好的体现改性六方氮化硼对聚乙烯醇的填充能力。第四方面，本专利技术提供了如第三方面所述的导热聚乙烯醇复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将配方量的聚乙烯醇和改性六方氮化硼在去离子水中混合，然后脱泡、涂布、烘干，得到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性六方氮化硼，其特征在于，所述改性六方氮化硼包括六方氮化硼，以及包覆在所述六方氮化硼外侧的聚乙烯亚胺包覆层；其中，所述改性六方氮化硼的包覆层厚度为4‑6nm。

【技术特征摘要】
1.一种改性六方氮化硼，其特征在于，所述改性六方氮化硼包括六方氮化硼，以及包覆在所述六方氮化硼外侧的聚乙烯亚胺包覆层；其中，所述改性六方氮化硼的包覆层厚度为4-6nm。2.根据权利要求1所述的改性六方氮化硼，其特征在于，在改性六方氮化硼中，所述聚乙烯亚胺的质量百分含量为3-5％。3.根据权利要求1或2所述的改性六方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将六方氮化硼和聚乙烯亚胺混合，然后离心、洗涤、烘干，得到所述改性六方氮化硼；所述六方氮化硼和聚乙烯亚胺的质量比为(9-10):1。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法使用的溶剂为去离子水与无水乙醇以质量比为(4-6):3形成的混合溶剂；优选地，所述混合包括先在超声搅拌1-3h然后继续磁力搅拌23-25h。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述离心的速率为2000-3000rpm，所述离心的时间为3-5min；优选地，所述烘干的温度为50-60℃。6.根据权利要求3-5中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将六方氮化硼和聚乙烯亚胺按质量比为(9-10):1混合，并加入去离子水与无水乙醇以质量比为(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱朋莉，黎华源，李刚，赵涛，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44