[发明专利]一种硼吖嗪的制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼吖嗪的制备方法及其装置，尤其涉及一种合成硼吖嗪的机械化学方法及其装置。

背景技术

硼吖嗪与苯的结构极为相似，因此，又称为无机苯。

硼吖嗪由于不含碳等杂质元素，在高温下脱氢可以转化成高纯度BN；硼吖嗪在70℃左右聚合可以得到不同粘度的聚合硼吖嗪，具有容易调节的工艺性能。由于BN不易烧结，也不能溶解或熔融，所以硼吖嗪几乎成为制备高纯BN纤维、涂层和复合材料的必需原料，在制造抗高温氧化飞机刹车盘（C_f/BN复合材料）、高纯BN纤维、高纯度BN涂层、耐高温透波复合材料（SiO_2f/BN复合材料）和耐烧蚀材料等方面有广泛而重要的应用前景。　　　

硼吖嗪首先于1926年被Stock及Pohland合成出来，将乙硼烷B₂H₆和NH₃在密闭容器内加热到180℃～190℃，即可得到硼吖嗪，产率为30%。但是该方法所用的原料乙硼烷B₂H₆有剧毒，能自燃，很危险，且该方法所用设备复杂，不利于工业化规模生产。美国Mine Safety Appliances Company开发了以硼烷-氨络合物制备硼吖嗪的方法（US Patent 4,150,097），但是该方法所需原料硼烷-氨络合物极其昂贵，由此导致硼吖嗪的价格极其昂贵。

目前，硼吖嗪及其聚合物并未得到大量的推广或应用，主要原因就是，没有一种高效低成本的合成方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种效率高，成本低的硼吖嗪制备方法及其装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种硼吖嗪的制备方法，包括以下步骤：先将硼氢化钠和氯化铵按质量比37/60 - 37/80加入到振动球磨反应器中，然后对振动球磨反应器抽真空，接着进行机械振动球磨，同时将反应温度升至180℃～350℃（优选270～320℃），反应生成的硼吖嗪被连续的收集于冷肼中的收集瓶内，最后经低温减压蒸馏，得到硼吖嗪。

进一步，所述振动球磨反应器中加有催化剂铜粉或镍粉（加入量相当于为硼氢化钠和氯化铵总重量的1-8%，优选3-6%，更优选5%），以加快反应或提高收率。

进一步，所述抽真空至真空度为80-120Pa，优选100Pa。

进一步，所述冷肼的温度可为-60～-80℃（优选-65～-75℃，更优选-70℃）。

进一步，所述低温减压蒸馏的温度为-2～-10℃，压力为280-320Pa，优选温度为-5℃, 压力为300Pa。

实施上述方法的装置，包括振动球磨反应器、收集瓶、冷肼、真空泵，所述振动球磨反应器位于支撑架上，所述支撑架的底板上设有振动电机和振动弹簧，所述振动球磨反应器通过管路与收集瓶的进口相连，所述收集瓶位于冷肼内，所述收集瓶的出口通过安装有真空表的管路与真空泵相连。

本发明硼吖嗪制备方法所用原料硼氢化钠和氯化铵，所述氯化铵可用其它类似化合物代替，两者的加入比例为反应方程式的摩尔比，由于硼氢化钠的价格高于氯化铵，因而前者的加入摩尔量可略小于后者。

本发明方法采用氯化铵（NH₄Cl）和硼氢化钠（NaBH₄）之间的固-固反应合成硼吖嗪，不需要昂贵的溶剂（比如高纯四乙二醇二甲醚），设备也相对简单，合成成本较低，对环境污染污染小。

附图说明

图1 为本发明实施例1所得硼吖嗪的红外（IR）谱图；

图2 为本发明实施例1所得硼吖嗪的¹H-NMR核磁共振谱图；

图3 为本发明实施例1之硼吖嗪的制备方法的装置的结构示意图。

具体实施方式

  以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

 实施例1

本实施例之硼吖嗪的制备方法：先称取500g氯化铵，置于振动球磨反应器中，再加入250g硼氢化钠，然后对振动球磨反应器抽真空（真空度为100Pa），接着启动振动电机，同时将反应温度升至280℃，反应生成的硼吖嗪被连续的收集于冷肼（冷肼的温度为-70℃）中的收集瓶内，反应时间为10小时，最后经低温减压蒸馏（-5℃,300Pa），得到纯度为95%的硼吖嗪60g。