[发明专利]一种氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料的制备方法。将六方氮化硼与碳酸氢铵混合后放入球磨罐中球磨，高温处理后得到二维氮化硼粉末，与氢氧化钠水溶液混合水热处理后得到羟基化氮化硼；羟基化氮化硼与氯化钙混合均匀后，滴加氢氧化钠溶液反应，取出反应物加热处理后得到氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料粉末。本发明所公开的方法在氮化硼表面原位生成氢氧化钙纳米颗粒，使颗粒分布均匀，阻止氢氧化钙颗粒的团聚，且氮化硼提高了文物的机械性能，使文物具有防火、抗氧化的功能，反应条件温和，具备制备简单、成本低、易于工业化批量生产的特点。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，尤其涉及一种氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料的制备方法。

背景技术

氢氧化钙是常用的建筑材料，也用作杀菌剂和化工原料等，在医疗、冶金、玻璃、造纸、制革、电石以及土壤改良、水处理、气体净化等方面具有广泛的用途。纳米氢氧化钙可用于壁画修复，对纸质文物进行脱酸，加固石质文物，其在文物保护中的应用逐渐受到了人们的关注。

纳米氢氧化钙的制备方法有机械研磨法、溶胶凝胶法、沉淀法、离子交换法等。但是，机械研磨法制备的纳米氢氧化钙颗粒不均一，甚至不能达到纳米级别；溶胶凝胶法、沉淀法、离子交换法等合成的纳米氢氧化钙一直存在易团聚、难分散的缺点，从而限制了其在文物保护中的应用。李炫华在发明专利《纳米氢氧化钙/六方氮化硼纳米复合材料的制备方法》(申请号CN201710491654)中在水溶液中合成纳米氢氧化钙/六方氮化硼纳米复合材料，氢氧化钙颗粒尺寸小，不易团聚，六方氮化硼具有优良的润滑性和机械性能、导热好，绝缘，热稳定性高且不易氧化，耐辐射，提高了文物的机械性能，使文物具有防火、抗氧化的功能。然而，氮化硼化学性质稳定，表面缺乏活性基团，因而在溶剂中的分散性很差，这大大限制了氮化硼对复合材料性能的改善效果。二维氮化硼与石墨烯具有类似的结构，作为氢氧化钙纳米颗粒的载体以及复合材料的组成部分，不仅影响到复合材料的性能，也直接参与到无机颗粒的反应生成过程，影响到无机纳米颗粒最终的尺寸大小。发展新的复合材料的制备方法，可进一步改善纳米氢氧化钙易团聚、难分散的缺点。

发明内容

为了克服现有方法制备复合材料中氢氧化钙颗粒大的不足，提出了一种氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料的制备方法，在羟基化氮化硼表面原位合成氢氧化钙纳米颗粒。羟基可以通过共价键连接在亲电子的硼原子表面，羟基化氮化硼改善了氮化硼在溶剂中的分散性，与氢氧化钙混合更为均匀，其分散、承载及隔离作用有效提阻止氢氧化钙纳米颗粒的团聚；在氢氧化钙合成过程中，钙离子吸附在羟基上，原位合成的氢氧化钙纳米颗粒尺寸小，满足在文物修复方面的要求；另外，氮化硼的强抗氧化性、耐辐射、热稳定性以及良好的机械性能，提高了文物的机械性能，使文物具有防火、抗氧化的功能。

本发明采用如下技术方案：

一种氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将商用六方氮化硼与碳酸氢铵混合后放入球磨罐中球磨，高温处理后得到二维氮化硼粉末，二维氮化硼粉末与5mmol/mL氢氧化钠水溶液混合加入水热釜中，加热至120℃，维持12h，得到羟基化氮化硼；

(2)将羟基化氮化硼超声分散到水溶液中，加入氯化钙，常温搅拌，混合均匀后继续搅拌并加热到60-90℃，以0.5-2mL/min的速度向溶液中滴加氢氧化钠溶液，滴加完毕后继续保温30-60min，反应完毕后将溶液自然冷却到室温，离心水洗后真空干燥，保护气氛中400℃加热处理0.5-2h，得到氢氧化钙/氮化硼纳米复合材料粉末。

步骤(1)中的商用六方氮化硼与碳酸氢铵的质量比为1∶1-1∶10，碳酸氢铵在六方氮化硼边缘处的插层辅助球磨剥离片层。

步骤(1)中的球磨时间为2-12h，转速为100-400r/min。

步骤(1)中的高温处理温度为400-700℃，时间为5-120min。