CN107892737A - 一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法。其制备步骤如下：加入1重量份的氮化硼或羟基化氮化硼，1‑1000重量份的溶剂，1‑1000重量份的聚合物单体，通氮气下加入0.01‑10重量份的引发剂，加热到40‑95°C，反应2‑72小时，经沉淀，离心，洗涤，干燥，即可得到一种聚合物接枝氮化硼材料。本发明的制备方法和工艺简单方便，适合大规模生产，是一种通用的方法，可以将多种聚合物接枝到氮化硼表面。本发明得到的聚合物接枝氮化硼材料具有良好的溶解性，溶液加工性好，在微纳米、化工、机械、功能材料等领域具有广泛的应用价值。

Description

一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法

技术领域

本发明涉及改性氮化硼的制备方法，具体的说，涉及一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法。

背景技术

氮化硼，可形象认为是石墨烯结构中的C原子被N和B原子交替替换而形成的二维片层材料。自1842年被合成氮化硼有着久远的合成和应用历史，近年来随着石墨烯的被发现，氮化硼作为一种类石墨烯二维材料又引起了人们的巨大关注。与石墨烯的C-C共价键不同，氮化硼由N-B离子键构成，离子键的电子定域和不对称特性使其具有超强的化学和热学稳定性。此外，氮化硼还具有高导热、强绝缘、耐磨润滑、耐腐蚀、无毒等特性使其在电子、化工、机械、复合材料等领域有着广泛的应用前景。

但是氮化硼在一般溶剂中很难溶解或分散，从而限制了其结构性能的深入研究及应用。研究发现化学改性是获得可溶解氮化硼的有效方法。例如氮化硼表面的富羟基化处理获得羟基化氮化硼（Qunhong Weng, et al. ACS Nano. 2014, 8, 6123-6130）。羟基化氮化硼可较好的分散在水和异丙醇等溶剂中。

近几年，已经有一些改性氮化硼的报道，如通过超支化反应将聚芳酰亚胺接枝到硅烷偶联剂改性的氮化硼粒子表面制得的聚芳酰亚胺接枝氮化硼/环氧复合材料（彭鹏等.绝缘材料. 2012, 45, 1-5.）；通过自由基本体聚合的方法将甲基丙烯酸甲酯接枝到3-(异丁烯酰氧)丙基三甲基硅烷改性的氮化硼表面制得的聚甲基丙烯酸甲酯接枝氮化硼复合材料（Lili Qin, et al. Polymer Composites. 2015, 36, 1675-1684）等。但如何将常用聚合物链简单方便快捷地接枝到氮化硼上仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法。本发明提供一种简单普适性的氮化硼表面接枝聚合物的方法。

本发明具体的技术方案通过以下步骤实施：

本发明提供一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法，具体步骤如下：加入1重量份的氮化硼或羟基化氮化硼，1-1000重量份的溶剂以及1-1000重量份的聚合物单体，通氮气后加入0.01-10重量份的引发剂，加热到40-95°C，反应2-72小时，经沉淀，离心，洗涤，干燥，即可得到聚合物接枝氮化硼材料。

本发明中，所述的聚合物单体为苯乙烯、苯胺、吡咯、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙基三甲氧基硅烷、3-异丁烯酰胺、丙烯酸酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、3-己基噻吩或丙烯腈中的任意一种或以上组合。

本发明中，所述的溶剂为水、异丙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、乙二醇、乙酸乙酯、乙醚、二氧六环、甲苯、氯仿、二氯甲烷或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或以上组合。

本发明中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、亚硝酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯或偶氮二丁酸二甲酯中的任意一种或以上组合。

本发明的有益效果在于：本发明以氮化硼为基底原料，将聚合物接枝到氮化硼表面得到聚合物接枝氮化硼。通过调节引发剂的加入量和反应时间可以在一定程度上控制接枝上聚合物的重量份数。利用红外光谱、热重分析、核磁共振技术表征聚合物的接枝情况；利用原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜、投射电子显微镜观察聚合接枝氮化硼的微观形貌。本发明制备的聚合物接枝氮化硼具有极好的溶解性，可溶解在不同的溶剂中；同时具有良好的机械性能，可应用润滑、涂料、防腐蚀等领域。此外，本发明的聚合物接枝氮化硼还可添加到高分子聚合体系中，在纳米复合材料领域有着广泛的应用前景。与传统方法相比本发明优势明显，例如制备方法和工艺简单、方便和快捷，适合大规模生产。

附图说明

图1是聚合物接枝氮化硼的热失重曲线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明的保护范围并不限于下述实施例。

实施例1

在反应瓶中加入100 mg羟基化氮化硼，加入400 mL去离子水和8.6 g 4-乙烯基吡啶单体，通氮气60 min后加入46 mg偶氮二异丁腈，然后加热到40 °C反应30小时，经沉淀，离心，洗涤，干燥得到聚合物接枝量为40%的聚合物接枝氮化硼。其热失重曲线如图1所示。从曲线上可以看出接枝上的聚合物重量随反应时间的增加而增加，说明了聚合物已经成功接枝到氮化硼表面。

实施例2

实施例2实验步骤与实施例1相同，反应时间为6小时，得到聚合物接枝量为11%聚合物接枝氮化硼。其热失重曲线如图1所示。从曲线上可以看出接枝上的聚合物重量随反应时间的增加而增加，说明了聚合物已经成功接枝到氮化硼表面。

实施例3

实施例3实验步骤与实施例1相同，偶氮二异丁腈的加入量为20 mg，得到聚合物接枝量为17%聚合物接枝氮化硼。

实施例4

实施例4实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为7.2 g吡咯，得到聚合物接枝量为37%的聚合物接枝氮化硼。

实施例5

实施例5实验步骤与实施例1相同，400 mL去离子水改为400 mL N，N-二甲基甲酰胺，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为8.2 g甲基丙烯酸缩水甘油酯，得到聚合物接枝量为46%的聚合物接枝氮化硼。

实施例6

实施例6实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为5.6 g甲基丙烯酸甲酯，得到聚甲基丙烯酸甲脂接枝的氮化硼。

实施例7

实施例4实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为5.6 g甲基丙烯酸乙酯，得到聚甲基丙烯酸乙酯接枝的氮化硼。

实施例8

实施例5实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为8.2 g甲基丙烯酰胺，得到聚甲基丙烯酰胺接枝接枝的氮化硼。

实施例9

实施例6实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为10.5 g N-异丙基丙烯酰胺，得到聚N-异丙基丙烯酰胺接枝的氮化硼。

实施例10

实施例4实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为7.4 g丙烯酸，得到聚丙烯酸接枝的氮化硼。

实施例11

实施例5实验步骤与实施例1相同，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为8.6 g 2-乙烯基吡啶，得到聚2-乙烯基吡啶接枝的氮化硼。

实施例12

实施例6实验步骤与实施例1相同，400 mL去离子水改为400 mL异丙醇，8.6 g 4-乙烯基吡啶改为5.8 g丙烯腈，得到聚丙烯腈接枝的氮化硼。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，而且本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：加入1重量份的氮化硼或羟基化氮化硼，1-1000重量份的溶剂以及1-1000重量份的聚合物单体，通氮气后，加入0.01-10重量份的引发剂，加热到40-95°C，反应2-72小时，经沉淀，离心，洗涤和干燥，即可得到聚合物接枝氮化硼材料。

2.根据权利要求1所述的一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法，其特征在于，所述的聚合物单体为苯乙烯、苯胺、吡咯、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙基三甲氧基硅烷、3-异丁烯酰胺、丙烯酸酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、3-己基噻吩或丙烯腈中的任意一种或以上组合。

3.根据权利要求1所述的一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为水、异丙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、乙二醇、乙酸乙酯、乙醚、二氧六环、甲苯、氯仿、二氯甲烷或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或以上组合。

4.根据权利要求1所述的一种氮化硼表面接枝聚合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、亚硝酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯或偶氮二丁酸二甲酯中的任意一种或以上组合。