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纳米纤维素(NCC)具有众多的优异性能,如强度高、杨氏模量高等。另外,NCC还具有制备成本低、制备方法简单轻质、可降解等的优点。但由于NCC自身化学结构的特点,首先,NCC的结构中存在大量的羟基,赋予其超强的亲水性,这使得NCC不能很好的溶于弱极性溶剂和树脂基体中;其次,NCC比表面积较大,具有较高的热力学势能,导致纤维间易产生自团聚现象,使其在基质中的分散性差,与基质之间的界面相容性不好,限制了纳米纤维素的应用范围;最后,纳米纤维素缺乏目标属性,这也是阻碍NCC广泛应用的一大障碍。针对这些问题,实验制备了NCC,并在NCC表面进行改性,接枝环氧基。环氧树脂(EP)是热固性树脂之一,具有粘结强度高、收缩率低、耐化学腐蚀性好等优点,但EP固化物的脆性较大,易开裂,限制适用范围及寿命。首先,本文利用硫酸酸水解处理微晶纤维素,制得NCC。其次,以N,N-羰基二咪唑(CDI)为活化剂,对NCC进行活化处理,形成活性中间体,再使用环氧氯丙烷(ECH)与活性中间体进行接枝反应,得到接枝环氧基的纳米纤维素(NCC-g-ECH)。通过马尔文纳米粒度与电位检测仪、红外光谱(FT-IR)、接枝率测试、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、热失重测试、分散性实验对样品进行测试。得出结论:制备NCC的最佳酸水解条件为反应温度45℃、硫酸浓度64%、反应时间120 min;制得的NCC符合纳米尺寸;NCC-g-ECH的红外图中出现明显的环氧基吸收峰,即接枝成功;当反应温度为50℃,NCC:CDI:ECH=1:1.5:1.5时,NCC-g-ECH的接枝率高达8.47%;NCC和NCC-g-ECH均为纤维素Ⅰ型,NCC-g-ECH的结晶度比NCC小8.59%;NCC-g-ECH的热稳定性NCC提高了30℃;与NCC相比,样品NCC-g-ECH在丙酮中24 h后仍能均匀、稳定的分散。最后,将NCC、NCC-g-ECH作为增强材料,加入环氧树脂基体中,制备EP/NCC和EP/NCC-g-ECH纳米复合材料。并通过万能拉伸试验机、冲击试验、差式扫描量热仪(DSC)、热失重(TGA)、耐湿性测试、扫描电镜(SEM)对样品复合材料进行测试。结果表明,NCC、NCC-g-ECH的加入,提高了EP的弯曲强度和冲击强度。与空白EP相比,当NCC-g-ECH的掺入量为4 wt%时,复合材料的冲击强度提高了94.9%,弯曲强度提高了24.52%;当NCC-g-ECH含量为5%时,复合材料的玻璃化温度略有下降,从145℃减小到131℃;当NCC-g-ECH的掺入量为4 wt%时,复合材料的耐热性提高了4.8%;NCC的加入对纳米复合材料的耐湿性影响不大,而NCC-g-ECH的加入减小了纳米复合材料的吸水率,当NCC-g-ECH的添加量为3 wt%时,纳米复合材料的吸水率比纯环氧树脂下降了28%;NCC、NCC-g-ECH的加入改变了EP的断裂形貌,即断裂机理明显发生改变,由典型的脆性断裂向韧性断裂过渡。