[发明专利]一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法

说明书

本发明公开一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法，该方法采用化学剥离的手段，将高锰酸钾缓慢加入六方氮化硼和浓硫酸的混合液中，于0~95℃下反应0.5~120h后，获得混合液A；将过氧化氢缓慢滴加到混合液A中，经超声处理0.1~6h，而后离心取上层清液获得混合液B；将烷氧基硅烷置于水和混合液B的混合液中，于25~80℃下反应0.01~12h后过滤，再洗涤至中性，干燥后得到疏水型六方氮化硼纳米片。本发明具有工艺简单、原料成本低廉、产率较高、易于实现大批量生产等优点，且所得纳米片的结晶度好、在聚合物中的分散性良好等特性，在高性能复合材料等领域，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法。

背景技术

六方氮化硼纳米片是一种全新的纳米材料，其结构与属性和石墨烯较为类似，被称为“白色石墨烯”。但该纳米片相比于石墨烯具有更强的抗腐蚀性、更高的抗氧化性和更加优异的耐高温、宽带隙性、生物相容性，尤其是六方氮化硼纳米片独特的外观白色和绝缘2D系统特性，使其可作为白色增强填料、绝缘导热填料在聚合物基复合材料中得以应用。

然而，当把六方氮化硼纳米片与聚合物直接进行物理共混时，由于二者表界面的不相容往往导致其在聚合物中的分散性差等弊端，因此，需要对六方氮化硼进行适当的疏水化处理。目前，常见的六方氮化硼表面处理方法主要采用两步法来制备疏水型六方氮化硼，即首先以六方氮化硼微片为原料，采用化学剥离法制得六方氮化硼纳米片，而经水洗、干燥纯化后，再加入大量的有机介质，经硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等有机处理剂表面处理后，制得疏水型六方氮化硼。然而，该方法由于制得的六方氮化硼纳米片在水中分散性极佳，进而无法通过过滤对所得纳米片进行分离，需采用冷冻干燥、喷雾干燥、离心分离等方法进行制得，进而存在制作工艺较为繁琐、能耗高等问题，此外，第二步疏水化处理过程还会引入大量的有机溶剂，进而对环境会带来负面影响。

对此，中国发明专利（一种官能化氮化硼纳米片及其制备方法和应用，CN107163290 A）公开了开一种官能化六方氮化硼纳米片及其分散液的制备方法和应用。该方法通过力化学反应，使氮化硼与含羟基有机固体反应形成官能化氮化硼，并进一步在超声或机械力作用下很容易剥离为厚度小于100nm的官能化氮化硼纳米片。该发明采用力化学剥离与固相反应同步实现六方氮化硼的剥离与疏水化处理，但这种方法所制得的六方氮化硼的层数较多（大于10层），单层或寡层疏水型六方氮化硼的产率极低。

此外，中国发明专利（一种疏水型六方氮化硼纳米片的制备方法，CN 110182770A）公开了一种疏水型六方氮化硼纳米片的制备方法，采用特殊的化合物实现了一锅法进行剥片与疏水改性，获得了产率高达57%以上的疏水型六方氮化硼纳米片。然而，该制备过程不仅需对羟基化六方氮化硼进行多次冷冻—解冻循环的步骤，而且还需多步反应才能完成对纳米片的表面疏水化改性，进而存在生产工艺复杂、生产周期较长的问题。此外，该发明在合成特殊化合物过程中使用了大量有毒性的四氟硼酸钠等物质，并且在疏水化改性过程中，还需大量的环己烷、甲苯和丙酮等有机溶剂。

针对现有疏水型六方氮化硼纳米片规模化制备所存在的问题，开发一种结晶度好、在聚合物中的分散性良好、层数较少的六方氮化硼纳米片的制备方法，并提供制备该疏水型六方氮化硼纳米片的一种工艺简单、原料成本低廉、产率较高、易于实现大批量生产的方法，具有重要的应用价值和学术意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的还在于提供一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法，具有工艺简单、原料成本低廉、产率较高、易于实现大批量生产等优点，且所得纳米片的结晶度好、在聚合物中的分散性良好等特性。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法，包括以下步骤：

（1）将1~50份高锰酸钾缓慢加入10份六方氮化硼和50~500份浓硫酸的混合液中，于0~95℃下反应0.5~120h后，获得混合液A；