表面改性六方氮化硼纳米片及其改性方法、环氧复合材料技术

本发明专利技术涉及表面改性六方氮化硼纳米片及其改性方法、环氧复合材料，其中的改性方法包括：(1)将六方氮化硼粉末加入到含环氧基的硅烷偶联剂的均相水溶液中，超声分散，得到六方氮化硼分散液并调节pH至0～6；(2)将步骤(1)得到的分散液转移至球磨罐中，在100～2000rpm下球磨1～48h，球磨之后进行真空抽滤，将抽滤所得粉末干燥，得到表面环氧基功能化的六方氮化硼纳米片；(3)将步骤(2)得到的六方氮化硼纳米片加入到支化聚乙烯亚胺的水溶液中，超声分散后在0～80℃下反应1～48h，接着真空抽滤和干燥，得到表面改性六方氮化硼纳米片。本发明专利技术的表面改性六方氮化硼纳米片显著提高环氧复合材料的导热与力学性能。材料的导热与力学性能。材料的导热与力学性能。

【技术实现步骤摘要】
表面改性六方氮化硼纳米片及其改性方法、环氧复合材料


[0001]本专利技术属于纳米复合材料领域，具体涉及表面改性六方氮化硼纳米片及其改性方法、环氧复合材料。

技术介绍

[0002]随着现代电力电子器件逐渐向小型化、高度集成化与高功率密度的方向发展，设备内部电子元器件的热管理问题愈发突出。高集成密度的电子元器件在工作状态下会产生大量热量，引起元器件温度迅速升高，最终严重影响电子设备的性能与寿命。为了及时导出累积热量，确保电子元器件长时间稳定工作，在电子元器件之间填充导热材料是十分必要的。环氧树脂是一类具有较好综合性能(机械强度、粘附强度、绝缘性能、化学稳定性等)的热固性树脂，被广泛用作电子元器件的封装材料。然而，纯的环氧树脂导热系数较低(0.2W/m
·
K左右)，无法有效将电子元器件的热量及时地扩散出去。因此，发展具有高导热，且综合性能优异的环氧封装材料，具有重要的现实意义。
[0003]通过向环氧树脂基体中引入高导热填料来提升其导热性能是目前最常用的做法。作为一种具有高导热系数和优异机械性能的无机填料，六方氮化硼(h
‑
BN)，尤其是剥离后的h
‑
BN纳米片，广泛被用于制造各种高导热复合材料。值得注意的是，简单粗糙地将h
‑
BN填料加入到基体中，通常会使得其在基体内部分散不均，并且填料与基体之间存在大量的界面空隙，降低复合材料的导热性能。公开号为CN110922719A的专利文献公开了一种高导热氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法与应用，其以h
‑
BN纳米粒子为原料，先后经超声剥离、硅烷偶联剂表面修饰得到表面改性h
‑
BN纳米片，最后将其与环氧树脂进行复合，制得的表面改性h
‑
BN纳米片步骤繁琐，且h
‑
BN纳米片与环氧树脂之间的界面相容性提升有限。公开号为CN113969040A的专利文献以超支化聚乙烯聚合物为修饰分子，通过π
‑
π等非共价作用对h
‑
BN进行表面修饰，有效提高了h
‑
BN纳米粒子的分散性及其与环氧基体的界面相容性，但非共价作用使得修饰分子与h
‑
BN结合力弱，并且修饰分子与环氧基体之间不能产生化学连接，获得的环氧复合材料导热性能与机械性能仍不够理想。

技术实现思路

[0004]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术提供一种表面改性六方氮化硼纳米片及其改性方法、环氧复合材料。其目的是为了通过简单的步骤获得表面改性的h
‑
BN纳米片，提高h
‑
BN的分散性，且改性的h
‑
BN纳米片表面存在丰富的活性基团，可以同时与环氧分子及固化剂在发生界面化学反应，改善填料
‑
基体界面相容性，最终提高环氧复合材料的导热性能与机械性能。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]表面改性六方氮化硼纳米片的改性方法，包括以下步骤：
[0007](1)将六方氮化硼粉末加入到含环氧基的硅烷偶联剂的均相水溶液中，超声分散，得到六方氮化硼分散液并调节pH至0～6；
[0008](2)将步骤(1)得到的分散液转移至球磨罐中，在100～2000rpm下球磨1～48h，球磨之后进行真空抽滤，将抽滤所得粉末干燥，得到表面环氧基功能化的六方氮化硼纳米片；
[0009](3)将步骤(2)得到的六方氮化硼纳米片加入到支化聚乙烯亚胺的水溶液中，超声分散后在0～80℃下反应1～48h，接着真空抽滤和干燥，得到表面改性六方氮化硼纳米片。
[0010]作为优选方案，所述步骤(1)中，含环氧基的硅烷偶联剂选用KH560，均相水溶液为水/乙醇混合溶液。
[0011]作为优选方案，所述步骤(1)中，六方氮化硼粉末在水/乙醇混合溶液中的分散浓度为0.5～50mg
·
mL
‑1；KH560在水/乙醇混合溶液中的质量分数为0.01～30wt％；水/乙醇混合溶液的体积比为1/(0.1～10)。
[0012]作为优选方案，所述步骤(1)中，超声分散的时长为5～120min；通过酸液调节六方氮化硼分散液的pH。
[0013]作为优选方案，所述酸液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、醋酸、乙二酸、柠檬酸中的至少一种；
[0014]酸液的摩尔浓度为0.01～10mol
·
L
‑1。
[0015]作为优选方案，所述步骤(2)中，干燥的温度为30～150℃，干燥时长为1～48h。
[0016]作为优选方案，所述支化聚乙烯亚胺的分子量为200～100000，支化聚乙烯亚胺水溶液的浓度为0.01～30wt％。
[0017]本专利技术还提供如上任一项方案所述的改性方法改性得到的表面改性六方氮化硼纳米片。
[0018]本专利技术还提供环氧复合材料，其制备过程，包括以下步骤：
[0019](1)将如权利要求8所述的表面改性六方氮化硼纳米片加入到乙醇中，超声分散5～120min，得到浓度为0.5～50mg
·
mL
‑1的纳米片分散液；
[0020](2)将纳米片分散液与环氧树脂、固化剂搅拌混合均匀，然后减压蒸馏以除尽乙醇，得到混合液；
[0021](3)将混合液与促进剂在常温下搅拌混合均匀，然后在真空下静置脱泡，待气泡除尽后，将混合溶液浇筑到模具上，经固化得到环氧复合材料。
[0022]其中，采用E
‑
51环氧树脂作为基体，甲基六氢苯酐(MHHPA)作为固化剂，2,4,6
‑
三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP
‑
30)作为促进剂，它们之间的质量比为E
‑
51：MHHPA：DMP
‑
30＝100：(70～100):(0.1～2)；固化温度为80～180℃，固化时间为1～24h。
[0023]作为优选方案，所述表面改性六方氮化硼纳米片在环氧复合材料中的含量为1～40wt％。
[0024]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0025]本专利技术的表面改性六方氮化硼纳米片，是将六方氮化硼纳米粒子分散在含环氧基的硅烷偶联剂的均相水溶液中，经湿法球磨一步直接得到的表面环氧基功能化的六方氮化硼纳米片；并通过氨基与环氧基反应进一步得到BPEI改性的六方氮化硼。
[0026]本专利技术的改性方法制得的表面改性六方氮化硼纳米片产率高、尺寸均匀，表面存在丰富的氨基，可较好地分散于环氧基体中，在填料/基体之间产生良好的界面相容性；并可与环氧分子链的环氧基团产生共价结合，提高交联度，增强环氧复合材料的导热与力学性能。
[0027]本专利技术的改性方法过程简单，成本低廉，对环境友好，适合大规模生产，可广泛用于增强各种热固性和热塑性聚合物的导热与力学性能。
附图说明
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.表面改性六方氮化硼纳米片的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六方氮化硼粉末加入到含环氧基的硅烷偶联剂的均相水溶液中，超声分散，得到六方氮化硼分散液并调节pH至0～6；(2)将步骤(1)得到的分散液转移至球磨罐中，在100～2000rpm下球磨1～48h，球磨之后进行真空抽滤，将抽滤所得粉末干燥，得到表面环氧基功能化的六方氮化硼纳米片；(3)将步骤(2)得到的六方氮化硼纳米片加入到支化聚乙烯亚胺的水溶液中，超声分散后在0～80℃下反应1～48h，接着真空抽滤和干燥，得到表面改性六方氮化硼纳米片。2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中，含环氧基的硅烷偶联剂选用KH560，均相水溶液为水/乙醇混合溶液。3.根据权利要求2所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中，六方氮化硼粉末在水/乙醇混合溶液中的分散浓度为0.5～50mg
·
mL
‑1；KH560在水/乙醇混合溶液中的质量分数为0.01～30wt％；水/乙醇混合溶液的体积比为1/(0.1～10)。4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中，超声分散的时长为5～120min；通过酸液调节六方氮化硼分散液的pH。5.根据权利要求4所述的改性方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐柏林，曹淼，葛帆，姜桃，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：