CN105417506A - 一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，涉及一种化工材料制备方法，制备原料：三乙醇胺、硼酸、甲苯，制备该六方氮化硼颗粒的方法分为两个步骤进行，第一步，将三乙醇胺和硼酸按一定比例在甲苯溶液中在一定条件下反应生成前躯体三乙醇胺硼酸酯；第二步，将三乙醇胺硼酸酯置于管式气氛炉中，然后在流动的氨气下，高温反应一段时间，产物经一系列后处理，得到白色粉末状固体。本发明创新之处在于以三乙醇胺硼酸酯作为前躯体高温烧结制备六方氮化硼颗粒，并且该方法制备的六方氮化硼颗粒纯度高、结晶性好、工艺生产流程简单，产品纯度及产率较高，后处理过程简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工材料制备方法，特别是涉及一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法。
背景技术
六方氮化硼材料具有优良的耐热性能、良好的耐腐蚀性能、较低的热膨胀系数、较高的导热率、优良的润滑性和化学稳定性等优点。六方氮化硼颗粒作为一种用途非常广泛的产品，不同领域对于品质都有不同的要求，其中纳米级颗粒粒度小、润滑性好，将应用于润滑油添加剂、化妆品等行业；几微米级颗粒耐热性好、热膨胀系数低、电绝缘性好，将应用于耐高温涂料、合成立方氮化硼、制备特种陶瓷等行业；几十微米级颗粒导热性好并具有稳定的化学性能，而将应用在导热材料、航空航天材料、电工材料等领域。
前驱体法为制备各种形态的六方氮化硼陶瓷材料提供了一条新的路径，该方法集分子的可设计性、良好的工艺性和可实现近净成型等优点于一体，成为制备陶瓷材料的一种重要方法。前驱体是先驱体法制备六方氮化硼的关键，世界各国家都在六方氮化硼前驱体的设计与合成方面竞相开展了大量研究工作，并成功开发了几种六方氮化硼前驱体，并在前驱体法制备六方氮化硼材料方面取得了一些成果。
目前六方氮化硼颗粒生产工艺普遍落后，环境污染严重、能耗高、产品规格少、产品稳定性差。随着科学技术的进步和国民经济的快速发展，国内外对六方氮化硼的需求也与日俱增，为了满足生产生活的需求，六方氮化硼的大规模化、低成本、无污染生产是今后主要的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，该方法以三乙醇胺硼酸酯作为前躯体高温烧结制备六方氮化硼颗粒，并且该方法制备的六方氮化硼颗粒纯度高、结晶性好。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，六方氮化硼颗粒制备原料包括：三乙醇胺、硼酸、甲苯；其六方氮化硼颗粒的制备方法是通过前躯体法，包括以下过程：
六方氮化硼颗粒的制备方法为两步骤进行，第一步，将三乙醇胺和硼酸按一定比例在甲苯溶液中反应生成前躯体三乙醇胺硼酸酯；第二步，将前躯体三乙醇胺硼酸酯置于管式气氛炉中，然后在流动的氨气下，高温焙烧一段时间，产物经一系列后处理，得到白色粉末状固体；上述过程用化学反应式表示为：
。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，所述第一步合成前躯体三乙醇胺硼酸酯中，三乙醇胺和硼酸的投料摩尔比为1:0.5到1:2.0；所用溶剂甲苯的体积为50~200mL。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，所述第一步合成前躯体三乙醇胺硼酸酯中，反应温度控制在100~150℃；反应时间为2~8h。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，所述第二步制备六方氮化硼颗粒中，氨气的流量为0.2~1.0L/min。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，第二步制备六方氮化硼颗粒中，焙烧温度控制在800~1600℃。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，第二步制备六方氮化硼颗粒中，焙烧时间为2~10h。
所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，第二步制备六方氮化硼颗粒中，后处理洗涤溶剂为盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水中的任意一种或其任意比例混合物。
本发明的优点与效果是：
本发明创新之处在于以三乙醇胺硼酸酯作为前躯体高温烧结制备六方氮化硼颗粒，并且该方法制备的六方氮化硼颗粒纯度高、结晶性好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:0.8的硼酸和三乙醇胺，再加入80mL甲苯，在120℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约3h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在800℃氨气流量为0.2L/min条件下反应2h，将高温烧结后的产物经盐酸酸洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
实施例2：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:1.0的硼酸和三乙醇胺，再加入100mL甲苯，在120℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约4h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在1000℃氨气流量为0.3L/min条件下反应3h，将高温烧结后的产物经盐酸酸洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
实施例3：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:1.0的硼酸和三乙醇胺，再加入150mL甲苯，在140℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约4h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在1200℃氨气流量为0.2L/min条件下反应3h，将高温烧结后的产物经氢氧化钠碱洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
实施例4：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:1.5的硼酸和三乙醇胺，再加入180mL甲苯，在120℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约5h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在1400℃氨气流量为0.5L/min条件下反应6h，将高温烧结后的产物经盐酸酸洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
实施例5：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:1.2的硼酸和三乙醇胺，再加入150mL甲苯，在130℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约5h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在1300℃氨气流量为0.4L/min条件下反应6h，将高温烧结后的产物经氢氧化钠碱洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
实施例6：
第一步：在带有搅拌器和分水器的三口烧瓶中，加入摩尔比为1:1.8的硼酸和三乙醇胺，再加入200mL甲苯，在150℃的温度条件下，搅拌加热，用分水器除水，反应至无水产生，约6h。冷却后有不溶于甲苯的淡黄色固体，滤去甲苯，用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，然后在无水乙醇中重结晶，将结晶于真空干燥，最终得到三乙醇胺硼酸酯白色晶体。
第二步：将上述合成的前躯体三乙醇胺硼酸酯放在刚玉坩埚内置于管式炉内，在1500℃氨气流量为0.6L/min条件下反应6h，将高温烧结后的产物经盐酸酸洗、水洗，再用无水乙醇洗涤，然后让无水乙醇自然挥发，得到六方氮化硼颗粒。
Claims (7)
1.一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，其特征在于，六方氮化硼颗粒制备原料包括：三乙醇胺、硼酸、甲苯；其六方氮化硼颗粒的制备方法是通过前躯体法，包括以下过程：
六方氮化硼颗粒的制备方法为两步骤进行，第一步，将三乙醇胺和硼酸按一定比例在甲苯溶液中反应生成前躯体三乙醇胺硼酸酯；第二步，将前躯体三乙醇胺硼酸酯置于管式气氛炉中，然后在流动的氨气下，高温焙烧一段时间，产物经一系列后处理，得到白色粉末状固体；上述过程用化学反应式表示为：
。
2.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，其特征在于，所述第一步合成前躯体三乙醇胺硼酸酯中，三乙醇胺和硼酸的投料摩尔比为1:0.5到1:2.0；所用溶剂甲苯的体积为50~200mL。
3.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，其特征在于，所述第一步合成前躯体三乙醇胺硼酸酯中，反应温度控制在100~150℃；反应时间为2~8h。
4.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒的方法，其特征在于，所述第二步制备六方氮化硼颗粒中，氨气的流量为0.2~1.0L/min。
5.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，其特征在于，第二步制备六方氮化硼颗粒中，焙烧温度控制在800~1600℃。
6.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，其特征在于，第二步制备六方氮化硼颗粒中，焙烧时间为2~10h。
7.根据权利要求1所述的一种前躯体法制备六方氮化硼颗粒，其特征在于，第二步制备六方氮化硼颗粒中，后处理洗涤溶剂为盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水中的任意一种或其任意比例混合物。
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| CN104528669A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-04-22 | 营口天元化工研究所股份有限公司 | 一种六方氮化硼的合成方法 |
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