功能化氮化硼及其复合材料制备及性能研究

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氮化硼纳米片由于其独特的二维层状结构和优异的力学在增强聚合物性能方面具有广阔的应用前景。层间除了有范德华力的作用,还具有离子键的特征,层间相互作用强,使得六方氮化硼的剥离比石墨烯更难,大大限制了它的应用。本论文将分别通过溶液剥离法、球磨法、化学还原法,制备氮化硼纳米片、功能化氮化硼及氮化硼纳米复合材料。对制备的氮化硼纳米片进行表征,研究其低密度聚乙烯机械性能的影响。主要包括以下几个方面:(1)本章以商业六方氮化硼为原料,借助超声波粉碎技术,在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中剥离六方氮化硼,成功制备氮化硼纳米片。并利用FTIR、X-RD、TEM、Raman对氮化硼纳米片的结构和形貌进行测试。结果表明通过溶液剥离法可以制备少量出晶型结构完整,大尺寸的的氮化硼纳米片。(2)通过球磨法制备氮化硼纳米片,在相同的转速,球料比,球磨时间等条件下,分别添加对氯苯胺、对氟苯胺、苯胺作为球磨剂,制备氮化硼纳米片。并利用FTIR、X-RD、TEM、电子衍射等对制备的纳米片的结构和形貌进行测试。结果表明,被剥离氮化硼纳米片的片层暴露增多,使得B-N-B键的面外弯曲振动峰明显增强。添加球磨剂后,氮化硼纳米片剥离程度增加,且片层未别破坏。能长时间稳定分散在水、乙醇、NMP等溶剂中,分散浓度最高可达2.58mg/ml。(3)通过萘/钠和THF形成的钠-萘溶液使六方氮化硼负电子化,随后加入溴代正丁烷、溴代十二烷、1-溴十八烷制得烷基功能化氮化硼。通过XRD以及TEM对功能化氮化硼晶型进行表征,XPS、FTIR再结合TGA对功能化进行表征及烷基接枝率进行计算。结果表明:经过萘钠试剂负电子化后,烷基的接枝率明显提高,接枝率在0.121~0.131;而增长所使用的烷基试剂中碳链长度,接枝密度明显增加,由于碳链的位阻效应,氮化硼上接枝的烷基摩尔数减少。功能化氮化硼层数减少,在超声作用下更容易剥落,生成氮化硼纳米片。用制备的十八烷基化氮化硼和低密度聚乙烯为原料,采用溶剂共混法制备氮化硼百分含量不同的的复合材料。并对复合材料进行了力学性能测试。结果表明随着功能化氮化硼加入含量增多,显著提高复合材料的机械强度,并且功能化氮化硼纳米片均匀分散在聚合物基体中。
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