[发明专利]基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于聚合物纳米功能助剂领域。本发明采用机械化学法，通过硼酸锌辅助机械化学剥离BN，硼酸锌和BNNS发生化学结合制备得到纳米复合阻燃剂。硼酸锌嵌入到BNNS层间和表面，抑制氮化硼纳米片团聚。未团聚的BNNS加工时的剪切作用下，可以在聚合物中均匀分散。同时硼酸锌直接和BNNS发生化学结合生成了纳米功能助剂。纳米功能助剂可实现BNNS在聚合物中的均匀分散，保留了BNNS的优异性能，同时硼酸锌组分赋予了该纳米功能助剂在燃烧时形成玻璃化炭层的能力，可以提升聚合物材料的阻燃性能，可以作为一种高效的纳米复合阻燃剂。到目前为止，仍未有文献报道过硼酸锌和氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。

技术领域

本发明涉及一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于聚合物纳米功能助剂领域。

背景技术

六方氮化硼纳米片(BNNS)具有优异的导热性和稳定性，具有超高的电绝缘性和击穿强度，优异的机械强度和刚度，良好的气体和液体的抗渗性，对可见光的高透明度和紫外光的深吸收，以及优异的阻燃性能。这些独特的性能使BNNS在复合材料中具有广泛的应用前景。例如，BNNS/纤维素用于绝缘热管理，BNNS/聚合物薄膜用于高温高压下工作的电容器，BNNS/聚乙烯薄膜用于气体阻隔包装，BNNS/环氧用于导热阻燃材料。然而，BNNS应用的推广还需很长的路要走，主要是由于，为了充分发挥BNNS的性能，需要BNNS在聚合物中均匀分散。通常是通过对BNNS功能化来实现，但这增加了制备工艺的复杂程度。

由于BNNS的应用必须能大量制备，所以能大批量制备BNNS的机械化学法具有更大实用价值。该方法通过高速运动的球体撞击块体材料，片层之间产生巨大的剪切力使BNNS从大块的h-BN中剥离。由于机械化学法中球体撞击带来的剪切力很大，对块体材料的剥离24h内即可完成。为了使BNNS在聚合物中均匀分散，许多研究采用球磨过程中加入含官能团的助剂接枝官能团。如采用氢氧化钠、尿素和蔗糖接枝羟基、氨基和蔗糖分子。可以注意到，以上方法中，强碱性的氢氧化钠不利于扩大生产，尿素和蔗糖使用量大导致BNNS分离过程变的困难。因此，以更高效、更经济的方式实现BNNS在聚合物中的均匀分散仍然是一个巨大挑战。

发明内容

本发明的目的是为了解决BNNS制备效率低，分散不均匀，以及常规阻燃剂阻燃效率低的问题，提供一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂及其制备方法。该纳米复合阻燃剂的制备方法简单、效率高，应用于聚合物中可以大幅提高聚合物的阻燃性能。该方法采用机械化学法，通过硼酸锌辅助机械化学剥离BN，硼酸锌和BNNS发生化学结合，制备了一种氮化硼纳米片和硼酸锌复合的纳米功能助剂。制备过程中，硼酸锌嵌入到BNNS层间和表面，抑制氮化硼纳米片团聚。未团聚的BNNS加工时的剪切作用下，可以在聚合物中均匀分散。同时硼酸锌直接和BNNS发生化学结合生成了纳米功能助剂，这避免了助磨剂添加量过多时后续的分离处理，大幅缩短制备时间，更具备实用价值。这种纳米功能助剂可实现BNNS在聚合物中的均匀分散，保留了BNNS的优异性能，同时硼酸锌组分赋予了该纳米功能助剂在燃烧时形成玻璃化炭层的能力，可以提升聚合物材料的阻燃性能，可以作为一种高效的纳米复合阻燃剂。到目前为止，仍未有文献报道过硼酸锌和氮化硼纳米复合阻燃剂的制备技术。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于氮化硼和硼酸锌的纳米复合阻燃剂，是氮化硼与硼酸锌由机械化学法制备而成的稳定的嵌入式二维片层结构；氮化硼质量为总质量的20％-80％。所述总质量为氮化硼与硼酸锌的质量之和；

本发明氮化硼和硼酸锌纳米复合阻燃剂的制备，包括如下步骤：