一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料、制备方法及其应用，该复合材料由1‑20wt％的氮化硼气凝胶与的80‑99wt％的树脂制成。其制备方法包括：通过胆酸钠辅助剥离制备羟基化氮化硼，然后通过双交联反应制备弹性氮化硼气凝胶，最后通过真空灌注的方法得到含双交联弹性氮化硼气凝胶的高分子热响应复合材料。目前，具有高导热率和机械强度的三维氮化硼/高分子复合材料尚未用于热响应复合材料的研究。本发明专利技术提供的含氮化硼气凝胶的高分子复合材料具有良好的弹性，提高热响应复合的机械强度，而且构筑了连续的三维导热通路，提高热响应复合材料的导热性能。本发明专利技术的复合材料可作为刺激响应材料中的热响应复合材料，用于制备智能驱动器和传感器。

Polymer composite material containing boron nitride aerogel, preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及刺激热响应复合材料
，尤其涉及含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，能够监测外界环境的变化，并且对其做出响应的材料越来越受到人们的关注。随着对这些智能材料的研究，刺激响应材料引起了科研工作者的兴趣，并且成为功能材料研究领域的研究热点之一。刺激响应材料是指自身能对外界环境的变化做出相应的反应，根据刺激响应的机理不同，可将刺激响应材料分为以下几种类型：温度响应性材料，光响应性材料以及其他响应性材料。目前热响应复合材料面临的问题是当温度发生变化时，由于聚合物基体低的导热性导致的响应时间慢，以及由于填料分散不均匀导致复合材料温度分布不均而使得材料变形扭曲，无法完全恢复。因此，开发具有高导热性和机械强度的热响应复合材料对于提高复合材料的热响应性能至关重要，得到的热响应复合材料可应用于智能驱动器和传感器等领域。氮化硼是导热性极好的纳米材料，热导率达到了3000W/(m·K)，添加少量的氮化硼即可使高分子材料的导热性能得到很大的提升，使所制得的热响应复合材料具有良好的导热性能和机械强度。但是，目前尚未有将氮化硼气凝胶应用于高分子热响应复合材料制备方法及其应用的报道。现有技术中，浙江大学提交的申请号为201910006616.2的中国专利技术专利申请，公开了《一种氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法及产品和应用》，该专利技术涉及一种氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法及产品和应用，制备方法包括：1)将氮化硼纳米片与粘结剂分散于水中，形成混合溶液；2)混合溶液进行双向冷冻，然后冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层取向结构的氮化硼气凝胶；3)在氮化硼气凝胶的片层取向结构内填充固化的环氧树脂，得到氮化硼/环氧树脂复合材料。该方法需要通过双向冷冻得到具有片层取向结构的氮化硼气凝胶，形成高效的导热通路，需要使用专门的制备设备、对制备设备的要求较高，制备过程中的能耗也高。同时，该材料仅具有良好的导热性能，但是其机械强度收到一定限制，因此仅用于电子元器件的散热材料，而不适合作为热响应复合材料，不能应用于智能驱动器和传感器等产品的制造。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的上述不足，提供一种含有氮化硼气凝胶的复合材料、制备方法及其应用，该制备方法主要步骤是在常温下进行、对制备设备要求低，能耗低；所制备的复合材料具有良好的导热性能和机械强度，可应用于智能驱动器和传感器等产品的制造。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，该材料由氮化硼气凝胶与熔融状态的树脂制备而成，按照重量百分比的组分配比为：氮化硼气凝胶1-20％，树脂80％-99％。其中，所述的氮化硼气凝胶是双交联弹性氮化硼气凝胶，其是由如下步骤制成：(1)羟基化氮化硼的制备：将0.1～2g的氮化硼粉末分散到质量分数为0.05的胆酸钠水溶液中，超声分散，配置成浓度为1mg/ml～20mg/ml的羟基化氮化硼溶液；(2)双交联弹性氮化硼气凝胶的制备：将化学交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚，促进剂苄基三乙基氯化铵与上述步骤(1)制得的羟基化氮化硼溶液混合，搅拌下滴加盐酸并升温反应0.5～1h；化学交联完成后，向混合溶液中加入物理交联剂聚乙烯醇，室温下反应得到的双交联氮化硼冷冻干燥，得到双交联弹性氮化硼气凝胶。其中，所述熔融状态的树脂，是下列树脂之一：聚乙二醇、聚氨酯、聚己内酯、石蜡、热塑性聚酰亚胺、尼龙。一种前述的含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)羟基化氮化硼的制备：将0.1～2g的氮化硼粉末分散到质量分数为0.05的胆酸钠水溶液中，超声分散，配置成浓度为1mg/ml～20mg/ml的羟基化氮化硼溶液；(2)双交联弹性氮化硼气凝胶的制备：将化学交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚，促进剂苄基三乙基氯化铵与上述步骤(1)制得的羟基化氮化硼溶液混合，搅拌下滴加盐酸并升温反应0.5～1h；化学交联完成后，向混合溶液中加入物理交联剂聚乙烯醇，室温下反应得到的双交联氮化硼冷冻干燥，得到双交联弹性氮化硼气凝胶；(3)含双交联弹性氮化硼气凝胶的高分子热响应复合材料的制备：将上述步骤(2)中得到的双交联弹性氮化硼气凝胶置于熔融状态的树脂中真空灌注1～24h，取出室温冷却，得到含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料。前述含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，该将其作为刺激响应材料中的高分子热响应复合材料，用于制备智能驱动器和传感器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的制备方法及材料，将具有高弹性的三维氮化硼气凝胶作为填料加入高分子树脂中，以提高复合材料的导热率并且使得热量能够在复合材料中均匀分布，同时提高热响应复合材料的导热性能和机械性能，且组分易得、制造成本低；(2)本专利技术制备的双交联氮化硼气凝胶不但具有良好的弹性，提高热响应复合的机械强度，而且还构筑了连续的三维导热通路，提高热响应复合材料的导热性能，克服了现有材料的局限性，使其能够应用于热响应复合材料。(3)本专利技术提供的制备方法，是通过胆酸钠辅助剥离制备羟基化氮化硼，然后通过双交联反应制备弹性氮化硼气凝胶，最后通过真空灌注的方法得到含双交联弹性氮化硼气凝胶的高分子热响应复合材料，其步骤紧凑、控制容易、无需专门的设备，且大部分制备步骤均在常温下完成，整体能耗低，易于工业化大规模生产。下面结合附图与具体实施方式，对本专利技术进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术含有氮化硼气凝胶的高分子热响应复合材料的SEM照片；图2为本专利技术复合材料形成连续的三维导热通路的分子结构示意图；图3为本专利技术复合材料性能的高导热率对比测试图；图4为本专利技术复合材料性能的机械强度对比测试图。具体实施方式实施例1参考附图1～4，本实施例提供的含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，该材料由氮化硼气凝胶与熔融状态的树脂制备而成，按照重量百分比的组分配比为：氮化硼气凝胶1-20％，树脂80％-99％。其中，所述的氮化硼气凝胶是双交联弹性氮化硼气凝胶，其是由如下步骤制成：(1)羟基化氮化硼的制备：将0.1～2g的氮化硼粉末分散到质量分数为0.05的胆酸钠水溶液中，超声分散，配置成浓度为1mg/ml～20mg/ml的羟基化氮化硼溶液；(2)双交联弹性氮化硼气凝胶的制备：将化学交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚，促进剂苄基三乙基氯化铵与上述步骤(1)制得的羟基化氮化硼溶液混合，搅拌下滴加盐酸并升温反应0.5～1h；化学交联完成后，向混合溶液中加入物理交联剂聚乙烯醇，室温下反应得到的双交联氮化硼冷冻干燥，得到双交联弹性氮化硼气凝胶。其中，所述熔融状态的树脂，是下列树脂之一：聚乙二醇、聚氨酯、聚己内酯、石蜡、热塑性聚酰亚胺、尼龙。一种前述的含有氮化硼气凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，该材料由氮化硼气凝胶与熔融状态的树脂制备而成，按照重量百分比的组分配比为：氮化硼气凝胶1-20％，树脂80％-99％。/n

【技术特征摘要】
1.一种含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，该材料由氮化硼气凝胶与熔融状态的树脂制备而成，按照重量百分比的组分配比为：氮化硼气凝胶1-20％，树脂80％-99％。


2.根据权利要求1所述的含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，所述的氮化硼气凝胶是双交联弹性氮化硼气凝胶，其是由如下步骤制成：
(1)羟基化氮化硼的制备：将0.1～2g的氮化硼粉末分散到质量分数为0.05的胆酸钠水溶液中，超声分散，配置成浓度为1mg/ml～20mg/ml的羟基化氮化硼溶液；
(2)双交联弹性氮化硼气凝胶的制备：将化学交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚，促进剂苄基三乙基氯化铵与上述步骤(1)制得的羟基化氮化硼溶液混合，搅拌下滴加盐酸并升温反应0.5～1h；化学交联完成后，向混合溶液中加入物理交联剂聚乙烯醇，室温下反应得到的双交联氮化硼冷冻干燥，得到双交联弹性氮化硼气凝胶。


3.根据权利要求1所述的含有氮化硼气凝胶的高分子复合材料，其特征在于，所述熔融状态的树脂，是下列树脂之一：聚乙二醇、聚氨酯、聚己内酯、石蜡、热塑性聚酰亚胺、尼龙。...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鹏，江芳，宋娜，施利毅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31