一种含磷腈结构的六方氮化硼及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含磷腈结构的六方氮化硼及其制备方法。将六方氮化硼与甲苯混合均匀，加入硅烷偶联剂，得到偶联化处理的六边氮化硼；将其混合于溶剂中，加入催化剂后得到混合物；将氯磷腈溶解在四氢呋喃等溶剂中，缓慢加入到混合物中，得到氯磷腈化的六方氮化硼；将溶剂、对苯二胺等试剂与氯磷腈化的六方氮化硼混合后加入催化剂，得到含磷腈结构的六方氮化硼。它是一种能同时赋予有机树脂高阻燃性和低热膨胀系数的功能体，并含有大量活性反应基团，在新型高分子材料开发的研发、聚合物改性与高性能化、多官能化等方面有着广阔的应用前景。本发明专利技术还具有制备方法适用性广、操作工艺简单的特点，易于产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对六方氮化硼的改性技术，特别涉及一种含磷腈结构的氮化硼及其制备方法。
技术介绍
近年来，电子信息产业的飞速发展对兼具低热膨胀系数和高阻燃性的高分子材料的需求激增。面对这个需求，两个问题凸显。首先，高分子材料本身常常不具有良好的低热膨胀系数和高阻燃性；其次，大量研发工作是针对单一性能(低热膨胀系数或者高阻燃性)而展开的，迄今兼具低热膨胀系数和高阻燃性的研发工作鲜见报道。已有研究表明，在聚合物中添加阻燃剂或具有低热膨胀系数的无机填料是制备高阻燃性或低热膨胀系数的高分子材料的有效方法。如果直接将阻燃剂和具有低热膨胀系数的无机填料加入聚合物中，所得到的高分子材料并不能很好地兼顾高阻燃性和低热膨胀系数。究其原因主要是目前高效的阻燃剂基本以有机阻燃剂为主，它们普遍具有高热膨胀系数，而具有低膨胀系数的无机粒子的阻燃效果不佳。此外，无机粒子的表面活性低，导致其与有机树脂间的界面作用力不佳。这些因素都限制了兼具低膨胀系数和高阻燃性的多功能材料的开发。因此，研发兼具高阻燃性、低热膨胀系数及与树脂具有良好界面作用力的新型功能体具有重大应用前景。六方氮化硼是具有层状晶体结构的无机材料，其具有无机材料中最小的热膨胀系数，此外，它还具有突出的耐热性、导热性、导电性和耐腐蚀性等优异特性。但是，与其他无机材料相比，六方氮化硼的应用还十分有限，这是因为六方氮化硼表面的活性基团极少，表面改性的难度高。而现有技术中关于六方氮化硼的表面改性的目的集中在引进活性基团，未涉及改善阻燃的功能。磷腈系列化 合物是一类具有优异阻燃性的阻燃剂，不仅活性高、安全无毒，而且具有自熄性。聚磷腈作为耐高温聚合物在许多尖端工业领域中具有显著的应用优势。然而，以六方氮化硼和磷腈为基本组成，研发兼具高阻燃性、低热膨胀系数及与树脂具有良好界面作用力的新型功能体未见报道。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种集成了六方氮化硼的低热膨胀系数及磷腈的阻燃性的优势，并含有活性基团的六方氮化硼及其制备方法。实现本专利技术目的所采用的技术方案是提供一种制备含磷腈结构的六方氮化硼的方法，包括如下步骤:1、在N2保护下，按质量计，将I份六方氮化硼与20 50份甲苯混合均匀，加入0.05 0.1份硅烷偶联剂，在100 110°C的温度条件下进行回流处理8 IOh ;反应结束后，抽滤，洗涤，烘干，得到偶联化处理的六边氮化硼；2、按质量计，将I份偶联化处理的六方氮化硼与30 50份溶剂A混合均匀，加入5 8份催化剂后，在冰水浴、N2气保护下，搅拌I 2h后得到混合物； 3、按质量计，将2 6份氯磷腈溶解在25 100份溶剂A中，在0.5 2h内缓慢加入到步骤2得到的混合物中，在60 80°C的温度条件下反应8 12h ;洗涤，过滤后，得到氯磷腈化的六方氮化硼； 4、按质量比40:1:1 200:3:1,将溶剂B、试剂A与氯磷腈化的六方氮化硼混合,所述的试剂A为对苯二胺、对苯二酚、缩水甘油中的一种；加入催化剂，催化剂与试剂A的质量比为4:1 4:3 ;在20 80°C的温度下搅拌8 12h，洗涤，抽滤，烘干后，得到含磷腈结构的六方氮化硼。本专利技术所述的硅烷偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-氨丙基三甲氧基硅烷，或它们的任意组合。所述的溶剂A为四氢呋喃、苯、二甲苯，或它们的任意组合。所述的溶剂B为四氢呋喃、丙酮、乙醇、乙醚，或它们的任意组合。所述的氯磷腈为六氯三聚磷腈。所述的催化剂为三乙胺。实现本专利技术目的技术方案还包括一种按上述制备方法得到的含磷腈结构的六方氮化硼。与现有技术相比，本专利技术所取得的有益效果是: (I)本专利技术所制备的含磷腈结构六方氮化硼集成了六方氮化硼的低热膨胀系数及六氯三聚磷腈的高效阻燃性和安全环保的特征，得到了一种兼具高阻燃性和低热膨胀系数的功能体。(2)本专利技术所制备的含磷腈结构的六方氮化硼含有大量的羟基、氨基、环氧基等活性基团，在新型高分子材料的研发、聚合物改性与高性能化、多官能化等方面有着广阔的应用前景。`(3)本专利技术提供的含磷腈结构的六方氮化硼，具有制备方法适用性广、操作工艺简单的特点。附图说明图1是本专利技术提供的含磷腈结构的六方氮化硼的结构示意 图2是本专利技术实施例1提供的含磷腈结构的六方氮化硼与未经处理的常规六方氮化硼红外谱图的对比； 图3是本专利技术实施例1提供的含磷腈结构的六方氮化硼与未经处理的常规六方氮化硼扫描电镜图的对比； 图4是本专利技术实施例1提供的含磷腈结构的六方氮化硼的透射电镜图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案作进一步的描述。实施例1 在N2保护下，在1#反应器中将150g甲苯与3g六方氮化硼混合，得到均匀的悬浮液。将0.15g Y-氨丙基三乙氧基硅烷加入该反应器，然后于100°C回流8h。反应结束后，抽滤，用甲苯和无水乙醇分别洗涤5次，烘干，得到偶联化处理的六边氮化硼。在2#反应器中，将3g偶联化处理的六方氮化硼与150g四氢呋喃混合，得到均匀的悬浮液。将24g三乙胺加入2#反应器，在N2气氛和冰水冷却下，搅拌反应物1.5h。将9g氯磷腈溶解在50g四氢呋喃中，在Ih内缓慢加入2#反应器，加热2#反应器，使器中物质在75°C下反应8h。反应结束后，用四氢呋喃和无水乙醇分别洗涤3次，过滤，去除溶剂及多余的氯磷腈及三乙胺盐酸盐，得到氯磷腈化的六方氮化硼。在3#反应器中，将2g对苯二胺与Ig氯磷腈化的六方氮化硼加入到200g四氢呋喃中；再缓慢将15g三乙胺加入3#反应器中。将3#反应器加热，使器中物质在75°C恒温搅拌8h。反应结束后，用四氢呋喃和无水乙醇分别洗涤3次，抽滤，去除溶剂及多余的对苯二胺及三乙胺盐酸盐，烘干得到含磷腈结构的六方氮化硼。其结构示意图、红外谱图、扫描电镜图(SEM)与透射电镜图(TEM)分别参见附图1、2、3和4。参见附图1，它是本实施例提供的含磷腈结构的六方氮化硼的结构示意图；其结构是在六方氮化硼表面成功包覆了一层含磷-氮单双建交替的磷腈结构，同时含有大量的活性官能团-R。在本实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备含磷腈结构的六方氮化硼的方法，其特征在于包括如下步骤：?（1）在N2保护下，按质量计，将1份六方氮化硼与20～50份甲苯混合均匀，加入0.05～0.1份硅烷偶联剂，在100～110℃的温度条件下进行回流处理8～10h；反应结束后，抽滤，洗涤，烘干，得到偶联化处理的六边氮化硼；（2）按质量计，将1份偶联化处理的六方氮化硼与30～50份溶剂A混合均匀，加入5～8份催化剂后，在冰水浴、N2气保护下，搅拌1～2h后得到混合物；（3）按质量计，将2～6份氯磷腈溶解在25～100份溶剂A中，在0.5～2h内缓慢加入到步骤（2）得到的混合物中，在60～80℃的温度条件下反应8～12h；洗涤，过滤后，得到氯磷腈化的六方氮化硼；（4）按质量比40:1:1～200:3:1，将溶剂B、试剂A与氯磷腈化的六方氮化硼混合，所述的试剂A为对苯二胺、对苯二酚、缩水甘油中的一种；加入催化剂，催化剂与试剂A的质量比为4:1～4:3；在20～80℃的温度下搅拌8～12h，洗涤，抽滤，烘干后，得到含磷腈结构的六方氮化硼。

【技术特征摘要】
1.一种制备含磷腈结构的六方氮化硼的方法，其特征在于包括如下步骤: (I )在N2保护下，按质量计，将I份六方氮化硼与20 50份甲苯混合均匀，加入0.05 0.1份硅烷偶联剂，在100 110°C的温度条件下进行回流处理8 IOh ;反应结束后，抽滤，洗涤，烘干，得到偶联化处理的六边氮化硼； (2)按质量计，将I份偶联化处理的六方氮化硼与30 50份溶剂A混合均匀，加入5 8份催化剂后，在冰水浴、N2气保护下，搅拌I 2h后得到混合物； (3)按质量计，将2 6份氯磷腈溶解在25 100份溶剂A中，在0.5 2h内缓慢加入到步骤(2)得到的混合物中，在60 80°C的温度条件下反应8 12h ;洗涤，过滤后，得到氯磷腈化的六方氮化硼； (4)按质量比40:1:1 200:3:1，将溶剂B、试剂A与氯磷腈化的六方氮化硼混合，所述的试剂A为对苯二胺、对苯二酚、缩水甘油中的一种；加入催化剂，催...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁国正，金文琴，顾嫒娟，袁莉，
申请(专利权)人：苏州大学，顾嫒娟，
类型：发明
国别省市：