細(xì)菌纖維素基透明光學(xué)復(fù)合材料的制備與表征.pdf

1、細(xì)菌纖維素(BC)是一種新型生物納米材料，其高強(qiáng)高模的納米微晶纖維束組成了精細(xì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為光學(xué)樹脂基體的增強(qiáng)材料制備有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合光學(xué)材料有著獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，其納米纖維不僅可以保持樹脂基體的高透明性，還可以提高樹脂基體的力學(xué)性能賦予其出色的柔性和韌性。此外，BC具有大比表面積多孔性結(jié)構(gòu)而且納米纖維上具有大量的活性羥基，可以作為模板原位制備納米無機(jī)粒子。
　　本文研究了一種BC基透明光學(xué)復(fù)合材料的新型制備方法。首先以B

2、C為模板，通過原位結(jié)晶法制備了BC/ZnS納米復(fù)合材料，然后進(jìn)一步與E56環(huán)氧樹脂復(fù)合得到BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料?？疾炝薆C含量對BC/E56光學(xué)復(fù)合材料性能的影響以及鋅離子前驅(qū)體濃度對BC/ZnS納米復(fù)合材料和BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　1.BC/ZnS納米復(fù)合材料的制備與表征
　　本文研究了鋅離子前驅(qū)體濃度對BC/ZnS納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，尺寸單分散的納米ZnS粒

3、子均勻分散在BC表面，為球形聚晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋅離子前驅(qū)體濃度分別為0.1、0.5、1.0、2.5、5wt％時(shí)，BC表面對應(yīng)的納米ZnS粒徑分別約為30～40nm、50～60nm、80～100nm、150～200nm、200～300nm。BC羥基與納米ZnS具有強(qiáng)烈的相互作用。BC/ZnS納米復(fù)合材料的力學(xué)性能較BC有所下降，但依然保持了出色的力學(xué)性能。
　　2.細(xì)菌纖維素基透明光學(xué)復(fù)合材料的制各與表征
　　首先制備了BC/E56

4、光學(xué)復(fù)合材料，研究了BC含量對BC/E56光學(xué)復(fù)合材料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，BC/E56光學(xué)復(fù)合材料(BC含量2.63～32.7wt％)展現(xiàn)出了優(yōu)異的透光性能(70～85％，400～700nm)，折射率介于1.52～1.56(632.8nm)之間，隨著BC含量的增加而減少。BC/E56光學(xué)復(fù)合材料表現(xiàn)出各向異性的熱膨脹行為。在平面方向，BC纖維方向與樹脂平面熱膨脹方向一致，極大地束縛了E56平面線熱膨脹系數(shù)(81.6ppm/K)，在BC

5、含量為2.6wt％時(shí)，復(fù)合材料的平面線膨脹系數(shù)僅為42.6ppm/K;而BC厚度方向?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)，因此復(fù)合材料在厚度方向的線膨脹系數(shù)(155.9～210.8ppm/K)較E56(81.6ppm/K)大大增加，然而BC卻并沒有改變E56的體膨脹系數(shù)。因此，BC/E56光學(xué)復(fù)合材料在厚度方向熱光系數(shù)(dn/dT)較E56(-144.6ppm/K)明顯增大，為-265.6～-360.8ppm/K。BC/E56光學(xué)復(fù)合材料力學(xué)性能較E56有很大的

6、提高，呈現(xiàn)出極佳的韌性和柔性。
　　將BC/ZnS納米復(fù)合材料進(jìn)一步與E56復(fù)合制備得到BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料，探討了鋅離子前驅(qū)體濃度對BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能影響。當(dāng)濃度為0.1、0.5、1.0、2.5、5wt％時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)部對應(yīng)的納米ZnS粒徑分別約為15～20nm、20～30nm、30～40nm、40～50nm、70～80nm，納米ZnS含量隨著反應(yīng)濃度而增大。BC羥基與納米ZnS間強(qiáng)烈相互作用

7、有效阻止了納米ZnS在與E56樹脂復(fù)合過程中發(fā)生二次聚集，保持了納米ZnS在復(fù)合材料內(nèi)部均勻分散性。當(dāng)濃度為0.1～1wt％時(shí)，BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料具有優(yōu)異透光性能(75～80％，600nm)。當(dāng)濃度為2.5～5wt％時(shí)，由于BC表面納米ZnS發(fā)生了團(tuán)聚，使BC/ZnS/E56復(fù)合材料出現(xiàn)霧化透光率明顯下降。BC/ZnS/E56光學(xué)復(fù)合材料的折射率為1.55～1.58(632.8nm)，厚度方向的熱光系數(shù)為-310.1ppm