六方氮化硼纳米片的共价功能化及高分子复合材料的性能研究

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具有类石墨烯层状结构的六方氮化硼(h-BN)因其独特物理和化学性能,在高分子复合材料领域应用广泛。为了提高六方氮化硼纳米片(BNNSs)在各种溶剂中的溶解度以及和聚合物基体的相容性,需要对BNNSs进行共价功能化。本论文通过球磨法和化学还原法对BNNSs进行共价功能化,分别制备羟基,氨基,聚乙二醇功能化的BNNSs。构建功能化BNNSs填充的聚合物基(分别以聚乙二醇和聚偏氟乙烯原料为基体)复合材料,研究功能化BNNSs对聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料性能的影响。主要研究内容如下:1.通过球磨法制备羟基功能化氮化硼纳米片(OH-BNNSs)和氨基功能化氮化硼纳米片(NH2-BNNSs)。傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实成功在BNNSs上共价接枝羟基和氨基基团。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼散射(Raman)对功能化BNNSs的剥离程度和微观形貌进行表征,表明功能化BNNSs的片层少且结构未遭到破坏。2.通过化学还原法在钠-萘溶液中对BNNSs进行负电化,随后向还原体系中加入溴端基聚乙二醇(PEG),实现对BNNSs的PEG分子链共价功能化。通过溶液共混法制备聚乙二醇功能化BNNSs(PEG-BNNSs)填充的PEG复合材料。FTIR和热失重分析(TGA)表明PEG成功接枝在BNNSs上,接枝率为9.2%。利用XRD和TEM表征PEG-BNNSs的晶体结构、剥离程度及结构完整性。采用紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱研究PEG-BNNSs在氯仿中的分散性。PEG-BNNSs可以很好地分散在包括水在内的各种溶剂中。差示扫描量热仪(DSC)和TGA结果表明PEG-BNNSs可以提高PEG复合材料的热稳定性。3.分别以OH-BNNSs和NH2-BNNSs为填料采用溶液共混法制备PVDF/OH-BNNSs和PVDF/NH2-BNNSs纳米复合材料。通过XRD和FTIR分析功能化BNNSs对PVDF成核与晶型转变的影响,发现添加OH-BNNSs对PVDF的晶体结构几乎没有影响,在PVDF/OH-BNNSs纳米复合材料主要形成非极性α晶体,而加入少量NH2-BNNSs会引起极性β和γ的形成。采用XPS和FTIR比较PVDF与不同功能化BNNSs之间的相互作用,结果表明在固态和熔体状态下,PVDF和NH2-BNNS之间比PVDF和OH-BNNSs之间存在更强的氢键相互作用。DSC和偏光显微镜(POM)结果表明NH2-BNNSs作为成核剂促进了PVDF的结晶过程。
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