六方氮化硼的表面功能化及其聚乙烯醇复合薄膜的制备

发布时间：2017-12-07 07:11

  本文关键词：六方氮化硼的表面功能化及其聚乙烯醇复合薄膜的制备

  更多相关文章： 六方氮化硼(h-BN) 剥离 羟基化 共价键接枝 复合薄膜 机械强度

【摘要】：六方氮化硼(h-BN)是二维片层材料,具有白色的外观,又因为其结构与石墨类似,固有“白石墨”之称。随着人们对石墨烯研究热潮的兴起,其它一些二维片层材料也引起了人们极大的兴趣。由于氮化硼具有白色的外观,绝缘,稳定的化学性能,高机械强度以及良好的导热性能等,所以在实际应用中比如在光学器件,电子包装产品以及透明复合材料等方面可能会比碳材料具有更多的优势。虽然h-BN比石墨具有更高的稳定性,熔融温度接近3000℃,但是如果能够像改性氧化石墨烯一样对h-BN进行功能化,那么功能化后的h-BN将会具有更广泛的实际应用。在这种应用潜力的驱使下,更多的人投身到了h-BN剥离及功能化的研究热潮中。由于h-BN剥离及功能化的工作处于起步阶段,所以在以往的研究中,我们发现想要将h-BN进行剥离,所需的条件较为苛刻,亦或是对环境有较大污染的溶剂还有繁琐的处理步骤,本论文我们以汉森溶解度参数和化学热力学为依据,通过绿色环保的水热反应,只需通过简单的离心便可得到既剥离又羟基化的氮化硼纳米片。为了进一步增加氮化硼纳米片的活性位点,调节氮化硼与聚合物之间的作用力模式,我们将得到的羟基化氮化硼纳米片进一步共价接枝改性并成功制备了高机械强度的聚乙烯醇复合薄膜。主要内容如下:首先我们利用水热法实现同时h-BN的剥离和羟基化。随后我们通过透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等手段直接证明了h-BN已经得到了有效剥离。同时我们利用红外(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段直接证明了所得产物成功羟基化。利用水热法,使得h-BN不但被剥离而且还同时被赋予了羟基。这为氮化硼纳米片(BNNSs)表面进一步引入功能性的基团提供了更多的活性位点。其次我们在所制备的羟基化氮化硼纳米片(OH-BNNSs)表面进行功能性基团修饰。通过共价功能化后,BNNSs的表面能有望得到改变,使得功能化后的BNNSs很好的分散在常用溶剂中并且可以促进其在聚合物基质中的均匀分散,最后更好的发挥增强作用。首先我们使用3-氨丙基三甲氧基硅烷(APS)与OH-BNNSs反应,使得BNNSs表面含有氨基,其次利用偶联反应将两种不同分子量的聚丙烯酸(PAA)接枝到BNNSs表面,得到BN-PAA复合材料。利用FTIR我们确认了PAA共价接枝在了BNNSs表面。利用紫外-可见光谱(UV-vis)和Zeta电势检测了BN-PAA的稳定性,我们发现接枝十万分子量的PAA1所得到的BN-PAA1的稳定性明显弱于接枝四十五万分子量的BN-PAA2。随后利用热失重分析(TGA)分析不同投料比其接枝量的变化,我们发现随着投料比的增加,接枝量也是逐渐增加的。最后通过动态光散射(DLS)研究了BN-PAA2对p H的响应性,发现其粒径大小会随着p H改变。在碱性条件下,随着投料比的增加其粒径变化不大并且与OH-BNNSs相差不多。在中性和酸性条件下,随着投料比的增加,粒径逐渐增大且变化明显。最后我们探究了两种不同改性的氮化硼(OH-BNNSs和BN-PAA2)在聚乙烯醇(PVA)中的机械性能与光学性能。随着氮化硼表面活性基团的不同,氮化硼的相容性与增强效果各不相同,即表面活性基团的数量越多,氮化硼与PVA的作用位点越多,相容性越好,最后BN/PVA复合薄膜的机械性能越好,并且少量改性BNNSs的加入还能确保BN/PVA复合薄膜依旧具有良好的光学性能。通过对氮化硼的改性,我们改善了氮化硼在聚合物中相容性的问题。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ128.1;TQ320.721

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本文编号：1261546