[发明专利]一种氮化硼-碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法

说明书

本发明公开了一种氮化硼‑碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法，包括以下步骤：1)利用浓硫酸和浓硝酸对碳纳米管进行羧基化；2)液相辅助超声剥离氮化硼，再利用硅烷偶联剂对氮化硼改性；3)加热回流制备氮化硼‑碳纳米管纳米复合物；4)原位聚合的方式制备出氮化硼‑碳纳米管/环氧树脂复合材料。本发明有效的改善了碳纳米管在环氧树脂中的分散性，提高了环氧树脂的力学性能和导热性能。

一、技术领域

本发明涉及一种氮化硼-碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法，属高分子纳米复合材料领域。

二、背景技术

环氧树脂具有优良的热性能、耐腐蚀性以及强度高、粘结性能好等优异的特点，因而广泛应用于电子材料领域，但环氧树脂热学性能较差，所以限制它的使用，并且环氧树脂在固化后性脆，所以提高环氧树脂的力学性能和导热性能对环氧树脂的应用有着重要的意义。目前，提高环氧树脂的导热性能和力学强度的主要途径分别是用高导热和高强度填料对其进行改性。

纳米氮化硼导热系数高，常用来改善聚合物的导热性。通常利用有机小分子如十八胺、硅烷偶联剂等对纳米氮化硼进行表面修饰，可提高其与聚合物基体的相容性，促进纳米氮化硼在聚合物中的分散。然而纳米氮化硼是一种层状纳米材料，少量添加时即使分散均匀也难以在聚合物中形成导热通路，只有较高添加量时才能比较显著地改善聚合物的导热性。

碳纳米管是一种具有较高长径比的一维纳米材料，具有高强度和高导热性能，是一种优异的聚合物功能填料。分散均匀时碳纳米管可在聚合物基体中形成三维网络结构，构建良好的导电和导热网络。然而，未经修饰的碳纳米管表面能高，加入聚合物后易发生团聚，导致其对聚合物的改性效果不显著。

三、发明内容

本发明旨在提供一种氮化硼-碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法，一方面改善碳纳米管在环氧树脂中的分散性，实现环氧树脂力学性能的提高；另一方面借助碳纳米管辅助纳米氮化硼在环氧树脂中形成导热通路，提高其导热性。

本发明氮化硼-碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法，包括如下步骤：

1、碳纳米管羧基化：称取0.2g碳纳米管，加入75ml浓硫酸(98wt％)和25ml浓硝酸(65wt％)的混合溶液，在40℃的水浴条件下磁力搅拌10h，10000rpm转速下高速离心后留取下层物质，将下层物质的pH值调至7，得到羧基化碳纳米管；

2、氮化硼剥离：称取0.5g氮化硼，加入100ml异丙醇，搅拌均匀后超声48h，低速离心留取上层溶液；

3、氮化硼改性：向步骤2得到的上层溶液中加入硅烷偶联剂和醇水得到混合溶液，升温至75℃搅拌回流反应4小时，再用透析袋透析48h，冷冻干燥后得到改性氮化硼；

4、将步骤1制备的羧基化碳纳米管分散到异丙醇中，超声1小时得到碳纳米管分散液；将步骤3制备的改性氮化硼分散到异丙醇中，超声1小时得到氮化硼分散液；将碳纳米管分散液和氮化硼分散液混合，70℃下搅拌回流反应10小时，干燥后得到氮化硼-碳纳米管纳米复合物；

5、称取3g环氧树脂加入10ml N,N-二甲基甲酰胺中，60℃下搅拌30min，得到环氧树脂溶液；

6、将步骤4制备的氮化硼-碳纳米管纳米复合物加入20ml N,N-二甲基甲酰胺中，随后再加入0.75g固化剂，超声分散均匀后加入步骤5制备的环氧树脂溶液中，继续超声2.5小时，旋蒸除去溶剂，倒入聚四氟乙烯模具中固化即得到改性环氧树脂。

步骤1中将下层物质的pH值调至7是通过加入大量的水，再重复换水的方法来实现的。

步骤2中离心留取上层溶液是为得到剥离效果较好的氮化硼。

步骤2中低速离心的转速为4000转/分。