氮化硼的剥离及其在聚合物复合材料中的应用

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六方氮化硼纳米片因其化学惰性、高热稳定性等优异的理化指标而广泛应用于各个领域。然而氮化硼N、B原子间的电负性差异使其成键后具有离子键的lip-lip相互作用,同时范德华力的存在使得氮化硼层间作用力较强,剥离难度较高,阻碍了氮化硼纳米片的应用。因此对氮化硼的高效剥离及其在溶剂中的稳定分散进行探究,以促进其特性得到充分发挥。本文分别以表面活性剂乙基纤维素(EC)和阳离子乙基纤维素(CEC)辅助六方氮化硼(h-BN)进行剥离以制备得到氮化硼纳米片BN/EC和BN/CEC。分别以水性丙烯酸-醇酸与水性环氧作为基体,构筑了氮化硼/丙烯酸-醇酸复合材料(WAAR/BN)和氮化硼/环氧复合材料(WEP/BN)。以下具体说明:(1)采用液相剥离法通过细胞粉碎超声仪对h-BN进行剥离,分别加入表面活性剂EC或CEC并选取N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,最终制得氮化硼纳米片BN/EC和BN/CEC。分别探究了表面活性剂种类、用量及细胞粉碎超声时长对氮化硼纳米片剥离效果及性能的影响,最终确定了最佳制备方案:h-BN与EC的质量比为20:2,细胞粉碎时长为8 h;h-BN与CEC的质量比为20:2,细胞粉碎时长为8 h。(2)通过Raman和XRD光谱测试表征了剥离前后氮化硼纳米片层间距、晶粒尺寸和结晶度的变化,采用TEM、SEM测试观察了剥离前后氮化硼形貌的变化,通过光学照片和TSI测试对比了最佳剥离条件下得到的氮化硼纳米片在不同溶剂中的分散稳定情况。(3)以EBN和CBN作为纳米填料掺杂入相反转乳化法制备得到的水性丙烯酸-醇酸乳液,构筑WAAR/EBN和WAAR/CBN复合材料,探究不同EBN和CBN掺杂量对复合材料各项性能的影响以确定最佳EBN和CBN掺杂量。采用吸水率、接触角、TGA-DTG、导热率、SEM、EIS和盐雾测试等探究了 EBN和CBN掺杂量对复合材料的耐水性能、热性能、断面形貌、力学性能及腐蚀防护性能的影响。结果表明,当EBN和CBN掺杂量为6.0 wt%时,WAAR/BN复合材料的各项性能达到最佳。(4)以EBN和CBN作为纳米填料掺杂入相反转乳化法制备得到的水性环氧乳液,构筑WEP/EBN和WEP/CBN复合材料,探究不同EBN和CBN掺杂量对复合材料各项性能的影响以确定最佳EBN和CBN掺杂量。采用吸水率、接触角、TGA-DTG、导热率、SEM、EIS和盐雾测试等探究了 EBN和CBN掺杂量对复合材料的耐水性能、热性能、断面形貌、力学性能及腐蚀防护性能的影响。结果表明,当EBN和CBN掺杂量为6.0 wt%时,WEP/BN复合材料的各项性能达到最佳。综合对比后得出以CBN掺杂得到WAAR/CBN和WEP/CBN复合材料试样的性能优于以EBN掺杂得到WAAR/EBN和WEP/EBN复合材料试样,且EBN和CBN掺杂量为6.0 wt%时在同系列中性能较佳。
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