[发明专利]一种含磷腈结构的六方氮化硼及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明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。

实现本发明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。

本发明所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-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。

实现本发明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，本发明所取得的有益效果是：

（1）本发明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）本发明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）本发明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是本发明提供的含磷腈结构的六方氮化硼的结构示意图；

图2是本发明实施例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；