聚合物α磷酸锆纳米复合材料的制备、结构及性能研究

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1、摘要a．磷酸锆(a-zre)是一种层状无机物，在客体引入层间后还能保持较为稳定的层板，而且其离子交换容量大，长径比可控，粒子尺寸分布较窄，可用于制备聚合物／层状无机纳米复合材料。但是，由于0t．ZrP结晶度较高，且层间距较小，很难在高聚物中均匀分散和剥离，为改善其与高聚物基体的相容性，本文首先采用对a-ZrP进行有机修饰的方法以达到改善其与聚合物的相容性。使用十八烷基二甲基叔胺(DMA)与对氯甲基化苯乙烯(CMS)进行反应合成了长链季铵盐(OMA．CMS)，a-ZrP经甲胺预撑后再与DMA-CMS进行交换得到有机修饰磷酸锆(ZrP．DMA-CMS)。该有机化处理的磷酸锆

2、再与聚苯乙烯(PS)熔融共混制得了PS／有机修饰磷酸锆纳米复合材料，并对其结构和性能进行了研究。XRD分析表明DMA—CMS修饰的磷酸锆相较伍．ZrP，层间距离由O．8nnl扩大为4．0nnl，PS／有机修饰磷酸锆纳米复合材料相较ZrP．DMA．CMS，层间距则由4．0nm进一步扩大到4．3nin。力学分析表明，磷酸锆含量为1％时，PS／有机修饰磷酸锆纳米复合材料表现出较好的机械性能，拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率及冲击强度与纯聚苯乙烯比较分别提高了4％、21％、8％、43％。其后，采用相容剂增容的方法提高纳米复合材料的性能。合成聚苯乙烯氯甲基化季铵盐(CM．PSQAS

3、)作为相容剂，将伐．ZrP与聚丙烯(PP)熔融共混，合成了聚丙烯／a．ZrP纳米复合材料，并对其结构、热稳定性及力学性能进行了分析。XRD分析表明无机材料磷酸锆的加入对PP具有异相成核的作用，随着磷酸锆含量的增加，p晶型有增强的趋势。TGA分析表明PP／ZrP复合材料的热稳定性较纯PP有不同程度地提高，其中磷酸锆的含量为l％时，提高最为显著，相较纯PP，复合材料热降解温度提高了18％。复合材料热变形温度有所提高，但增幅不大。力学分析表明复合材料的拉伸强度、拉伸模量以及冲击强度随着磷酸锆含量的增加有逐步提高的趋势，其中磷酸锆含量为5％时增幅较大，分别提高了6．5％、39％

4、、29％。最后，利用a-ZrP与尼龙6(PA6)本身结构的特性，选用a．ZrP与尼龙6直接熔融共混，得到不同含量磷酸锆的尼龙6纳米复合材料，对其结构进行了表征，并对热稳定性及力学性能进行了研究。XRD分析表明PA6／ZrP复合材料中磷酸锆的引入而增加了PA6中的7晶型。热变形温度分析表明，相较纯PA6，复合材料热变形温度提高显著，其中磷酸锆含量为4％时最为显著，提高了133％。力学分析表明复合材料的拉伸强度及拉伸模量都得到了提高，其中磷酸锆含量为4％时提高显著，拉伸强度及拉伸模量分别提高了23％、111％。但断裂伸长率及冲击强度随着磷酸锆含量的增加呈下降的趋势。关键词：

5、甜磷酸锆、纳米复合材料、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙6ABSTRACTa．ZirconiumPhosphate(a-ZrP)isakindoflayeredinorganics，itwillstillkeepitslayereds仃1lctllrewhentheguestisinsertedintothelayersanditisalsoafillerforthepreparationofpolymer／layeredinorganicnanocompositesduetoitshighion—exchangecapacity,turmablesizeandaspectrat

6、io，andnarrowsizedistribution．However，thehighdegreeoferystallinityandsmalllayerspacinghavehinderedthewell．dispersionofa—ZrPinpolymer．Inordertoimprovethe臻compatibilityofa-ZrPwithpolymers，anovelmethodforthepreparatiom●oforganicmodifieda—ZrPhasbeenpresentedinthispaper．InthisnoVe蠹嚏method，apre

7、cursorwasobtainedaftera—ZrPwasintercalatedby瓣methylamine．Thentheorganically-modifieda-zirconiumphosphatehadbeensynthesizedthroughion-exchangeofthemethylammoniumcationsintheprecursorwithstyrylquatemaryammoniumions，whichhadbeenpreparedfromthereactionofN，N-dimethyloctadecyla