一种改性六方氮化硼导热薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及无机-有机复合材料领域，尤其涉及一种改性六方氮化硼导热薄膜的制备方法。
背景技术
近年来，由于电子器件的小型化，导热和电绝缘材料变得越来越重要。由于聚合物具有成本低、重量轻、导电率低、耐腐蚀和良好的加工性能等优点，聚合物已经被广泛研究，以确定有效的热导体。然而，聚合物的导热系数普遍较低，室温下约为0.2W/(m·K)，无法满足电子器件行业的散热要求。克服这一缺点的一种有效且广泛使用的方法是在聚合物基体中添加具有高导热系数的填料，以获得具有高导热系数的聚合物复合材料，同时保留聚合物的突出特性。六方氮化硼（BN）以其独特的物理化学性质而备受关注。氮化硼层状晶格结构具有良好的润滑性能，不被大多数熔融金属、玻璃和盐润湿，因而具有很高的抗化学侵蚀性；它具有高的介电击穿强度、高的体积电阻率和良好的抗氧化性。基于这些特性，它在光存储、医疗、光催化、光电器件和电绝缘等领域有着广泛的应用。氮化硼还具有高导热性和优异的耐高温性，结合低密度，使其成为最新电子器件、通信设备和照明设备的合适候选材料。
天然橡胶被称为四大工业原料，是重要的战略资源，也是关系到国计民生的基础产业，具有不可替代性。脱蛋白天然橡胶由于其优异的生物相容性和高弹性而被广泛用于制造各种产品，例如胶带，医用胶管等。但是，脱蛋白天然橡胶的热导率低，限制了其在散热领域的应用。
目前，工业规模生产的氮化硼颗粒仍呈板状。考虑到板状氮化硼填充密度低，在脱蛋白天然橡胶中分散不均匀且容易团聚，导致聚合物基体内部不能有效建立导热通路，严重影响了材料的导热性能。因此，可以对氮化硼纳米片进行接枝改性，让六方氮化硼在脱蛋白天然橡胶基体中可以实现均匀分散，构建有效导热通路，提升材料的使用性能。
针对上述问题，本发明所解决的技术问题是对六方氮化硼进行超声辅助剥离以及接枝超支化聚酰胺，实现六方氮化硼在脱蛋白天然橡胶胶乳中的均匀分散，从而在复合材料内形成良好的导热通路，提高热导率，优化工艺步骤。
发明内容
本发明提供了一种改性六方氮化硼导热薄膜的制备方法，以六方氮化硼、脱蛋白天然橡胶胶乳为原料，通过超声辅助剥离法得到六方氮化硼纳米片，接枝超支化聚酰胺和室温固化成膜制备改性六方氮化硼导热薄膜；具体制备方法包括以下几个步骤：
（1）将一定质量比的六方氮化硼与乙醇混合均匀，超声处理并离心分散，得到上层清液放于烧杯A中；
（2）将偶联剂、乙醇，蒸馏水混合于烧杯B中，预水解一段时间；
（3）将B中溶液倒入A烧杯，继续超声处理并加以机械搅拌，放入真空烘箱中，加热烘干并研磨得到偶联剂改性的六方氮化硼纳米片C；
（4）将C与丙酮按一定质量比混合均匀，并逐步加入超支化聚酰胺和催化剂，反应完毕后加热烘干并研磨得到h-BNNS-g-HPBA；
（5）将h-BNNS-g-HPBA与脱蛋白天然橡胶胶乳按一定比例混合均匀后倒入聚苯乙烯培养皿中，室温固化成膜得到改性六方氮化硼导热薄膜。
优选地，所述步骤（1）中六方氮化硼与乙醇的质量比为1:10，偶联剂为KH-550，超声处理时间2-3h，超声功率500-600W，离心转速4000-6000rpm，离心时间10-20min。
优选地，所述步骤（2）中KH-550∶乙醇∶蒸馏水质量比为（0.1-0.2）∶50∶1，预水解1-2h。
优选地，所述步骤（3）中超声处理2-3h，超声功率500-600W，烘箱温度90-120℃，干燥时间24-48h。
优选地，所述步骤（4）中催化剂为对甲苯磺酸，KH550修饰过的BNNS∶丙酮∶超支化聚酯∶对甲苯磺酸质量比为1∶10∶（0.01-0.02）∶（0.01-0.02），烘箱温度90-120℃，干燥时间24-48h。
优选地，所述步骤（5）中，h-BNNS-g-HPBA∶DPNRL=(0-2.33)∶1，固化方式为先室温固化24-48h，之后70℃下固化12-24h。
优选地，超声辅助机械剥离法制备的六方氮化硼纳米片粒径为100-500nm。
本发明的有益效果是：
（1）超声辅助剥离六方氮化硼，提高了六方氮化硼的水分散性。接枝超支化聚酰胺，实现了六方氮化硼纳米片在脱蛋白天然橡胶基体中的均匀分散填充，填充量可达30%。六方氮化硼纳米片填充量达到30%时，改性六方氮化硼导热薄膜的热导率达到1.69W/(m·K)，是脱蛋白天然橡胶热导率的8倍；
（2）本发明制备的改性六方氮化硼导热薄膜以六方氮化硼，超支化聚酰胺和脱蛋白天然橡胶为原料，与生物相容性好，制备工艺简单，对环境污染小。
附图说明
图1.实施例1-7为改性六方氮化硼导热薄膜的热导率柱状图
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步阐述，但是，本发明的保护范围并不限于此。
实施例1.
（1）称取10g六方氮化硼和100ml乙醇放入烧杯中混合均匀，超声处理时间2h后离心取上层清液，取另一烧杯加入0.1gKH550、50ml乙醇，1ml蒸馏水并混合均匀预水解1h，再将上述两烧杯中溶液混合在一起，机械搅拌并超声处理2h，干燥研磨获得KH550修饰的六方氮化硼纳米片。称取2gKH550修饰过后的六方氮化硼纳米片和20ml丙酮混合均匀，逐滴加入超支化聚酰胺0.01g，对甲苯磺酸0.01g，磁力搅拌2h后结束反应，洗涤干燥研磨即得h-BNNS-g-HPBA。
（2）称取步骤（1）中0g h-BNNS-g-HPBA，加入到固含量为2.0g的脱蛋白天然橡胶乳液中，400rpm磁力搅拌30min，使溶液混合均匀，之后将混合溶液倒入聚苯乙烯培养皿中，先室温固化24小时，之后在70℃下固化18小时，得到h-BNNS-g-HPBA填充量为0的改性六方氮化硼导热薄膜。
实施例2-7制备方法与实施例1相同，只改变h-BNNS-g-HPBA和脱蛋白天然橡胶胶乳的用量，使得改性六方氮化硼导热薄膜中的h-BNNS-g-HPBA的质量百分比分别为5%、10%、15%、20%、25%，30%,实施例2-7中各组份如表1所示。其实施例1-7的热导率如图1所示。
表1.实施例2-7各组份表
