[发明专利]一种高填充六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料的制备方法，制备方法为：以商业级六方氮化硼，水性聚氨酯为原料，通过水热法对六方氮化硼表面进行改性，并以γ‑聚谷氨酸为分散助剂，以室温固化成膜的方式制备一种高导热的六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料。可以实现商业级六方氮化硼在水性聚氨酯中的高含量填充并实现复合材料较高的热导率。通过该方法可以在水性聚氨酯中填充25%的商业级六方氮化硼，使复合材料具有高导热性能。该方法成本低廉，工艺简单易行，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及无机-有机复合材料领域，尤其涉及一种六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料的制备方法。

背景技术

目前，随着电子信息技术的飞速发展，电子元器件越来越小型化和高功率化。高度集成的电子设备在运行时会产生大量的热，这些热若不能及时排出，则会造成工作环境温度升高，从而导致热故障或工作效率降低等后果。六方氮化硼是一种二维层状材料，因其跟石墨烯有着相似的结构，故被称为“白石墨烯”。此外，六方氮化硼还具有优异的绝缘特性，因此可以被使用在有绝缘要求的散热领域。

水性聚氨酯是一种高分子材料，由于其环保和良好的综合性能，在涂料、合成革、胶粘剂等领域有着广泛应用。但是，水性聚氨酯的热导率低，限制了其在散热领域的应用。目前，通常向高分子基体中添加无机高导热填料来增加复合材料的热导率。高分子基复合材料的传热过程实质上是声子的传播过程，因此构建良好的导热通路是提升复合材料的关键因素。

六方氮化硼比表面能高，比表面积大且易团聚，很难在水性聚氨酯中均匀分散，在成膜过程中容易聚集析出，难以在水性聚氨酯基体中高含量填充。低填充量的六方氮化硼不能有效地构建导热通路，导致复合材料的热导率没有明显的提升。以往的文献多是将六方氮化硼剥离至纳米级后作为导热填料添加到聚合物中。但是剥离过程不仅产率低，而且会造成大量的能源浪费。因此，需要设计一种简单易行的方法，可以让六方氮化硼在水性聚氨酯基体中实现高含量填充。

发明内容

针对上述问题，本发明所解决的技术问题是将商业级六方氮化硼进行表面改性以及添加γ-聚谷氨酸作为无机填料分散剂，实现六方氮化硼在水性聚氨酯中的高含量量填充，从而在复合材料内形成良好的导热通路，提高热导率，降低成本，节约能源。

本发明提供了一种高填充六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料的制备方法，以商业级六方氮化硼、水性聚氨酯为原料，通过对六方氮化硼表面改性，添加分散助剂和室温固化成膜制备高填充六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料；具体制备方法包括以下几个步骤：（1）将六方氮化硼、氢氧化钠、氢氧化钾和异丙醇混合于烧杯中，超声处理得到混合均匀的溶液。（2）将步骤（1）所得混合溶液，放入聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中，待水热反应结束后，反复洗涤，放入真空烘箱中干燥，获得表面改性的六方氮化硼。（3）将步骤（2）所得改性后的六方氮化硼、γ-聚谷氨酸和水性聚氨酯混合于烧杯中，高速搅拌使溶液混合均匀。（4）称取适量步骤（3）的均匀混合溶液倒入聚苯乙烯培养皿中，固化之后得到六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料。

优选地；所述步骤（2）中对六方氮化硼进行表面处理，具体过程为：将2g六方氮化硼、3g氢氧化钠、2g氢氧化钾和20ml异丙醇放入聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中，水热反应结束后取出过滤，并用去离子水洗涤沉淀物至中性；随后将沉淀物在60℃烘箱中干澡，得到表面改性的六方氮化硼。

优选地，所述步骤（2）中水热反应温度为150-200℃，水热时间为8-16小时。

优选地，所述步骤（3）中γ-聚谷氨酸由微生物发酵法制备，分子量为70-100万，添加量为水性聚氨酯质量的0.5%-2%。

优选地，所述步骤（4）中固化方式为先室温固化48小时，之后60℃下固化8小时。

进一步地，所述高填充六方氮化硼/水性聚氨酯复合材料，其中六方氮化硼的质量百分比为0-25%。