纖維素納米粒子增強(qiáng)光學(xué)透明復(fù)合材料的研究.pdf

1、纖維素納米粒子(Cellulose nanoparticles，CNP)作為一種新型的納米材料，具有高透明度、高純度、高結(jié)晶度、高強(qiáng)度和高楊氏模量等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。將CNP作為增強(qiáng)材料添加到天然透明高分子材料基體中，不僅可以有效的提高材料的強(qiáng)度、結(jié)晶度和耐熱性能等特性，還可以保持材料本身的透明性，是一種高效的復(fù)合方式。目前國內(nèi)外針對CNP作為增強(qiáng)材料的研究已經(jīng)獲得了諸多成果，然而，利用CNP作為增強(qiáng)材料將其添加到高分子透明材

2、料基體中的研究目前還處在初步階段，關(guān)于CNP與聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）的復(fù)合方法等問題的研究尚不夠成熟。
　　本研究以微晶纖維素為原料，通過濃度分別為48％和64％兩種硫酸對微晶纖維素進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，結(jié)合高壓均質(zhì)等方法，制備出兩種纖維素納米粒子CNP-48和CNP-64，并以這兩種納米粒子為增強(qiáng)材料，采用溶劑置換和溶液重鑄法制備出了纖維素納米粒子(CNP)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMM

3、A)復(fù)合材料。重點(diǎn)考察酸濃度和CNP在復(fù)合材料中的添加量對CNP/PMMA復(fù)合材料的影響，分別采用透射電鏡、廣角X射線衍射分析和差示掃描量熱分析等多種方法表征了材料的各項(xiàng)性能，以期制備出強(qiáng)度高、熱學(xué)穩(wěn)定性好和力學(xué)性能強(qiáng)的光學(xué)透明高分子復(fù)合材料。主要得出以下結(jié)論:
　　(1)通過研究CNP的加入對復(fù)合材料透明性的影響，結(jié)果表明:酸濃度對CNP的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響不大，但對CNP的粒徑大小有影響，CNP-64的粒徑較CNP-48的粒徑小;即

4、使CNP添加量高達(dá)20％時，CNP/PMMA-64懸浮液仍然保持良好的透明性;CNP添加量影響CNP/PMMA復(fù)合材料的光透射率，尤其是CNP-48增強(qiáng)PMMA復(fù)合材料(CNP/PMMA-48)，CNP-64增強(qiáng)PMMA復(fù)合材料(CNP/PMMA-64)和CNP/PMMA-48復(fù)合材料的光透射率隨CNP添加量增加而降低;CNP/PMMA-64復(fù)合薄膜材料與相同添加量的CNP/PMMA-48相比，具有更高的光學(xué)透射率。
　　(2)研

5、究了CNP的加入對復(fù)合材料結(jié)晶度的影響，在PMMA中加入CNP可以有效提高材料的結(jié)晶度，純PMMA幾乎都是非結(jié)晶區(qū)，隨著高度結(jié)晶的CNP逐漸加入到非結(jié)晶PMMA基體中，復(fù)合材料的結(jié)晶度逐漸增大，CNP添加量為15％和20％的CNP/PMMA-48復(fù)合材料的結(jié)晶度分別增加到20.8％和26.8％;復(fù)合材料的結(jié)晶度隨著CNP添加量的增加而逐漸增大，表現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)效果。
　　(3)通過研究CNP的加入對復(fù)合材料耐熱性能的影響，結(jié)果表明

6、:CNP的加入使添加量為20％的CNP/PMMA-48和CNP/PMMA-64復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別升高10℃和20℃左右，兩種復(fù)合材料的最大熔融溫度均升高40℃左右，有效提高了材料的熱穩(wěn)定性能，隨著CNP在PMMA基體的加入，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和最大熔融溫度逐漸增大，本實(shí)驗(yàn)中所選取的加載量中，CNP加載量為20％的復(fù)合材料熱學(xué)穩(wěn)定性最好。
　　(4)通過研究CNP的加入對復(fù)合材料熱膨脹性能的影響結(jié)果表明:比較了純 P

7、MMA和CNP/PMMA復(fù)合材料之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)，添加10％CNP到PMMA基體中，CNP/PMMA-48和CNP/PMMA-64復(fù)合材料的CTE從9.3×10-5分別減少到5.5×10-5和3.9×10-5/℃;CNP的加入明顯降低了復(fù)合材料的CET，其中，CNP/PMMA-64的CTE略低于CNP/PMMA-48。
　　(5)研究分析了CNP的加入對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，高溫時(100℃)，在PMMA基體中加入CN