[发明专利]一种脲醛树脂和六方氮化硼及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于脲醛树脂和六方氮化硼制备技术领域。具体涉及一种脲醛树脂和六方氮化硼及其制备方法。

背景技术

六方氮化硼是一种结构和性能酷似石墨的新型陶瓷材料，因其具有高温抗氧化性好、导热率高、强度高、高温润滑性好等优点，在冶金、航天航空、电子和核工业领域表现出极大的应用前景。

目前六方氮化硼的制备主要包括固相法和液相法。固相法是传统的工业生产六方氮化硼的方法，主要采用硼砂作为硼源，尿素和氯化铵等作为氮源，在高温下经过固相反应生成六方氮化硼，该方法生产简便，但存在固体反应物之间混合不均的问题，使得六方氮化硼产量低和结晶度不高。液相法主要是通过水热或溶剂热方法制备氮化硼，有报道以苯为溶剂、以NaNH₂和NaBF₄分别为氮源和硼源，利用溶剂热方法制备湍流层结构氮化硼；也有以苯为溶剂、以三氯化硼和氮化锂分别为氮源和硼源制备湍流层结构氮化硼的研究。液相法成本高、工艺复杂，不适合工业化生产。

“一种六方氮化硼粉体及其制备方法（CN201410121874.2）”的专利技术，采用脲醛树脂作为氮源制备六方氮化硼，主要是利用机械共混法先将脲醛树脂与含硼化合物混合，再经1000~1600℃烧成制备六方氮化硼，但由于机械共混法属于物理共混法，存在含硼化合物在脲醛树脂体系中分散不均的问题，影响六方氮化硼的收得率和结晶度。而将脲醛树脂同时作为氮源和硼源制备六方氮化硼的研究还未见报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种脲醛树脂和六方氮化硼的制备方法；用该方法制备的脲醛树脂作为碳复合耐火材料的结合剂能明显提高该材料的物理性能和抗氧化性能；用该方法制备的六方氮化硼的收得率和结晶度高

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将160~190份质量的甲醛置入反应釜，用氢氧化钠溶液调节pH值至7~8，在40~50℃条件下搅拌10~15min。在55~65℃条件下加入55份质量的尿素，搅拌5~10min，在85~90℃条件下搅拌20~30min。降温至70~75℃，加入10~20份质量的硼酸溶液，搅拌20~30min，加入25份质量的尿素，搅拌20~30min。用氢氧化钠溶液调节pH值至7~8，加入20份质量的尿素，搅拌30~40min，冷却至40℃，出料，得到脲醛树脂。所述脲醛树脂的制备过程是在搅拌和常压条件下进行。

将所述脲醛树脂在110℃条件下固化6~12h，在氮气气氛和1000~1600℃条件下保温2~4h，冷却至室温，得到六方氮化硼。

所述甲醛的浓度为37wt%。

所述氢氧化钠溶液的浓度为10wt%。

所述硼酸溶液的浓度为15wt%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）由于本发明采用硼酸溶液作为酸性催化剂制备脲醛树脂，将硼元素以键连形式原位引入到脲醛树脂分子中，极大地提高了硼和氮在脲醛树脂中的分散性。在脲醛树脂高温裂解过程中，硼原子迅速与氮原子发生反应，能有效抑制氮元素以NO_X形式溢出，提高六方氮化硼的收得率，其收得率为69.5~77.8%。此外，所制备的脲醛树脂可热解生成无定型炭，能有效促进六方氮化硼的生成，并提高其结晶度，X-射线衍射结果显示所制备的六方氮化硼具有高的结晶度，其002晶面衍射峰半高宽为0.23~0.37，而市售的商业六方氮化硼的002晶面衍射峰半高宽为0.35~0.40。故本发明所制备的六方氮化硼收得率和结晶度高。