基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于聚合物纳米功能助剂领域。本发明专利技术采用机械化学法，通过硼酸锌辅助机械化学剥离BN，硼酸锌和BNNS发生化学结合制备得到纳米复合阻燃剂。硼酸锌嵌入到BNNS层间和表面，抑制氮化硼纳米片团聚。未团聚的BNNS加工时的剪切作用下，可以在聚合物中均匀分散。同时硼酸锌直接和BNNS发生化学结合生成了纳米功能助剂。纳米功能助剂可实现BNNS在聚合物中的均匀分散，保留了BNNS的优异性能，同时硼酸锌组分赋予了该纳米功能助剂在燃烧时形成玻璃化炭层的能力，可以提升聚合物材料的阻燃性能，可以作为一种高效的纳米复合阻燃剂。到目前为止，仍未有文献报道过硼酸锌和氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。

【技术实现步骤摘要】
基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于聚合物纳米功能助剂领域。

技术介绍

[0002]六方氮化硼纳米片(BNNS)具有优异的导热性和稳定性，具有超高的电绝缘性和击穿强度，优异的机械强度和刚度，良好的气体和液体的抗渗性，对可见光的高透明度和紫外光的深吸收，以及优异的阻燃性能。这些独特的性能使BNNS在复合材料中具有广泛的应用前景。例如，BNNS/纤维素用于绝缘热管理，BNNS/聚合物薄膜用于高温高压下工作的电容器，BNNS/聚乙烯薄膜用于气体阻隔包装，BNNS/环氧用于导热阻燃材料。然而，BNNS应用的推广还需很长的路要走，主要是由于，为了充分发挥BNNS的性能，需要BNNS在聚合物中均匀分散。通常是通过对BNNS功能化来实现，但这增加了制备工艺的复杂程度。
[0003]由于BNNS的应用必须能大量制备，所以能大批量制备BNNS的机械化学法具有更大实用价值。该方法通过高速运动的球体撞击块体材料，片层之间产生巨大的剪切力使BNNS从大块的h
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BN中剥离。由于机械化学法中球体撞击带来的剪切力很大，对块体材料的剥离24h内即可完成。为了使BNNS在聚合物中均匀分散，许多研究采用球磨过程中加入含官能团的助剂接枝官能团。如采用氢氧化钠、尿素和蔗糖接枝羟基、氨基和蔗糖分子。可以注意到，以上方法中，强碱性的氢氧化钠不利于扩大生产，尿素和蔗糖使用量大导致BNNS分离过程变的困难。因此，以更高效、更经济的方式实现BNNS在聚合物中的均匀分散仍然是一个巨大挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决BNNS制备效率低，分散不均匀，以及常规阻燃剂阻燃效率低的问题，提供一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法。该纳米复合阻燃剂的制备方法简单、效率高，应用于聚合物中可以大幅提高聚合物的阻燃性能。该方法采用机械化学法，通过硼酸锌辅助机械化学剥离BN，硼酸锌和BNNS发生化学结合，制备了一种氮化硼纳米片和硼酸锌复合的纳米功能助剂。制备过程中，硼酸锌嵌入到BNNS层间和表面，抑制氮化硼纳米片团聚。未团聚的BNNS加工时的剪切作用下，可以在聚合物中均匀分散。同时硼酸锌直接和BNNS发生化学结合生成了纳米功能助剂，这避免了助磨剂添加量过多时后续的分离处理，大幅缩短制备时间，更具备实用价值。这种纳米功能助剂可实现BNNS在聚合物中的均匀分散，保留了BNNS的优异性能，同时硼酸锌组分赋予了该纳米功能助剂在燃烧时形成玻璃化炭层的能力，可以提升聚合物材料的阻燃性能，可以作为一种高效的纳米复合阻燃剂。到目前为止，仍未有文献报道过硼酸锌和氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂，是氮化硼与硼酸锌由机械化学法制
备而成的稳定的嵌入式二维片层结构；氮化硼质量为总质量的20％
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80％。所述总质量为氮化硼与硼酸锌的质量之和；
[0007]本专利技术氮化硼和硼酸锌纳米复合阻燃剂的制备，包括如下步骤：
[0008]将氮化硼和硼酸锌在烘箱中40℃干燥5h。氮化硼和硼酸锌的质量比在1:4到4:1之间，混合均匀后放入球磨罐中，加入球磨珠，球磨珠与粉体质量比为1:10～1:20，球磨珠与球磨粉体占球磨罐体积的10％～50％。底盘以30
°
/分钟～90
°
/分钟的角速度公转。期间底盘顺时针旋转1～4分钟，停机1分钟，逆时针旋转1～4分钟，停机1分钟为一循环，转速为400～700rpm。球磨1～5h后，过筛得到氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂。
[0009]上述制备过程中的氮化硼包括六方氮化硼、纳米六方氮化硼；硼酸锌包括无水硼酸锌和含水硼酸锌。
[0010]有益效果
[0011]1、本专利技术所述的二维纳米复合阻燃剂的制备方法中，利用陶瓷化前驱体的硼酸锌颗粒辅助剥离二维纳米材料，硼酸锌嵌入氮化硼纳米片的层间，阻止纳米片的团聚，使BNNS在聚合物中可以实现均匀分散。同时硼酸锌和氮化硼发生化学结合，形成新型纳米复合阻燃剂，避免了在常规球磨过程中，惰性助磨剂与BNNS的后续分离过程，大幅提高了BNNS的制备效率，比起包含分离过程的制备过程缩短了一半时间。
[0012]2、本专利技术制备的二维纳米复合阻燃剂应用在聚合物中，燃烧时除BNNS形成迷宫延缓聚合物降解小分子的扩散外，硼酸锌高温形成玻璃熔体，将氮化硼纳米片粘结在一起，形成一层致密的陶瓷化炭层，可以更好的阻隔了氧气、热量、燃料的传递，提升聚合物的阻燃性能。应用在EVA/MH体系中，用5％含量的纳米复合阻燃剂取代MH可以使热释放峰值降低35％。
[0013]3、本专利技术制备的二维纳米复合阻燃剂应用于聚合物时，由于BNNS可以实现均匀分散，提高了阻燃材料的力学性能，用5％纳米复合阻燃剂替代MH时，EVA/MH复合材料的断裂伸长率提高了30％；
附图说明
[0014]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0015]图1为氮化硼、硼酸锌和氮化硼与硼酸锌纳米复合阻燃剂的XRD谱图；
[0016]图2为制备氮化硼与硼酸锌纳米复合阻燃剂的SEM照片；
具体实施方式
[0017]下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明，示例并不限制本专利技术的保护范围。
[0018]对比例1
[0019]一种氮化硼和硼酸锌的物理混合粉体，是由氮化硼与硼酸锌研磨混合制备而成，质量百分比为：氮化硼50％，硼酸锌50％。
[0020]将9.37g氮化硼与9.37g硼酸锌(质量比为1:1)在烘箱中烘干，在研钵中研磨混合均匀后过筛得到氮化硼与硼酸锌复合阻燃剂。
[0021]对比例2
[0022]一种氮化硼和硼酸锌的物理混合粉体，是由氮化硼与硼酸锌研磨混合制备而成，质量百分比为：氮化硼75％，硼酸锌25％。
[0023]将14.06g氮化硼与4.69g硼酸锌(质量比为3:1)在烘箱中烘干，在研钵中研磨混合均匀后过筛得到氮化硼与硼酸锌复合阻燃剂。
[0024]对比例3
[0025]一种氮化硼和硼酸锌的物理混合粉体，是由氮化硼与硼酸锌研磨混合制备而成，质量百分比为：氮化硼25％，硼酸锌75％。
[0026]将4.69g氮化硼与14.06g硼酸锌(质量比为1:3)在烘箱中烘干，在研钵中研磨混合均匀后过筛得到氮化硼与硼酸锌复合阻燃剂。
[0027]实施例1
[0028]本专利技术的一种氮化硼与硼酸锌纳米复合阻燃剂，由纳米六方氮化硼和硼酸锌球磨制备而成。氮化硼和硼酸锌质量比为1:1。
[0029]将9.37g纳米六方氮化硼与9.37g硼酸锌在烘箱中烘干，混合均匀后放入容器；将281.25g二氧化锆球磨珠放入球磨罐中，二氧化锆球粒径分别为5m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂，其特征在于：是氮化硼与硼酸锌由机械化学法制备而成的稳定的嵌入式二维片层结构；氮化硼质量为总质量的20％
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80％；所述总质量为氮化硼与硼酸锌的质量之和。2.制备如权利要求1所述纳米复合阻燃剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：将干燥后的氮化硼和硼酸锌混合均匀后放入球磨罐中，加入球磨珠；所述氮化硼和硼酸锌的质量比在1:4～4:1；所述球磨珠与粉体总质量比为1:10～1:20；球...

【专利技术属性】
技术研发人员：李定华，程博，杨荣杰，安晓航，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：