[发明专利]一种脲基改性氮化硼二维纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种脲基改性氮化硼二维纳米材料，该材料为具有以无机纳米材料为核心的无机/有机复合结构，其中无机核心为具有层状结构的氮化硼二维纳米片，纳米片表面接枝有二脲结构的有机分子，有机分子与氮化硼纳米片之间通过脲键连接。本发明还公开了该材料的制备方法。本发明所述脲基改性氮化硼二维纳米材料具有优异的热稳定性，在极性和非极性液体润滑介质中均具有优异分散稳定性，可用作润滑油添加剂和聚合物填充材料。

技术领域

本发明属于纳米润滑材料技术领域，涉及一种在极性和非极性液体润滑介质中均具有优异分散稳定性的脲基改性氮化硼二维纳米材料及其制备方法。

背景技术

六方氮化硼因与石墨有类似的层状结构而被称为白色石墨，其良好的润滑性、高温稳定性及耐腐蚀性使其在润滑材料领域有着广泛的应用。Yoshitsugu Kimura等在《Wear》（1999,232,199-206）上发表了题为“Boron nitride as a lubricant additive”的文章，发现在矿物油油中添加氮化硼可以大幅度降低SUJ2轴承钢配副之间的磨损；LauraReyes 等在Tribology Letter（2016，64,41）上发表了题为“Effect of 2D Boron NitrideNanoplate Additive on Tribological Properties of Natural Oils”的文章，发现氮化硼二维纳米片作为添加剂可有效提高生物基基础油的润滑性能。但是和大多数的固体润滑添加剂一样，氮化硼在润滑基础油中较差的分散稳定性限制了其在润滑材料领域的广泛应用，因此表面改性成为解决这一问题的常用方法。

目前，六方氮化硼的表面改性技术主要有等离子体法、氧自由基功能化法、非共价键吸附和化学沉积法。专利CN102786815A公开了一种以强氧化剂为改性剂，采用水热法对氮化硼进行表面改性的技术，但该方法中并没有对氮化硼片层厚度做相应的处理。专利CN106554514A公开了一种用多巴胺为修饰剂制备改性氮化硼纳米片的方法，该方法通过超声实现氮化硼纳米片的剥离，进一步通过物理吸附在氮化硼表面修饰聚多巴胺，但通过该方法得到的氮化硼纳米片只在特定极性有机溶剂-水组成的混合溶剂中表现出良好的分散性。此外，以上方法虽然在不同程度上实现了对氮化硼材料的表面接枝改性，但其接枝率较低，条件较为苛刻繁琐，而面向液体润滑介质需求的氮化硼纳米材料的剥层分离及表面接枝改性技术则鲜有报道。

因此，针对氮化硼纳米材料在液体润滑材料领域的使用要求，需要一种在极性和非极性液体润滑介质中均具有优异分散稳定性以及高结构稳定性的改性氮化硼二维纳米材料及其高效制备技术。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种在极性和非极性液体润滑介质中均具有优异分散稳定性的脲基改性氮化硼二维纳米材料及其制备方法。

一种脲基改性氮化硼二维纳米材料，其特征在于该材料为具有以无机纳米材料为核心的无机/有机复合结构，其中无机核心为具有层状结构的氮化硼二维纳米片，纳米片表面接枝有二脲结构的有机分子，有机分子与氮化硼纳米片之间通过脲键连接，结构式如下：

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所述氮化硼二维纳米片的尺寸为50~300 nm，厚度为3~20 nm。

所述R₁为含6~15个碳原子的芳香基官能团，R₂为含有6~20个碳原子的芳香基、环烷基、直链烷基或支链烷基官能团中的一种。

如上所述脲基改性氮化硼二维纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A. 胺基化氮化硼二维纳米片的制备：将六方氮化硼原料和尿素混合，在惰性气氛下球磨18~24小时，静置冷却后水洗收集沉淀，加盐酸洗去沉淀中的微量铁后用去离子水洗涤沉淀至中性，通过离心分离除去沉淀中的大尺寸氮化硼颗粒后，得到胺基化氮化硼二维纳米片；