聚合物-α-磷酸鋯納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、α-磷酸鋯(α-ZrP)是一種層狀無(wú)機(jī)物，在客體引入層間后還能保持較為穩(wěn)定的層板，而且其離子交換容量大，長(zhǎng)徑比可控，粒子尺寸分布較窄，可用于制備聚合物/層狀無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。但是，由于α-ZrP結(jié)晶度較高，且層間距較小，很難在高聚物中均勻分散和剝離，為改善其與高聚物基體的相容性，本文首先采用對(duì)α-ZrP進(jìn)行有機(jī)修飾的方法以達(dá)到改善其與聚合物的相容性。使用十八烷基二甲基叔胺(DMA)與對(duì)氯甲基化苯乙烯(CMS)進(jìn)行反應(yīng)合成了長(zhǎng)鏈季銨鹽(D

2、MA-CMS)，α-ZrP經(jīng)甲胺預(yù)撐后再與DMA-CMS進(jìn)行交換得到有機(jī)修飾磷酸鋯(ZrP-DMA-CMS)。該有機(jī)化處理的磷酸鋯再與聚苯乙烯(PS)熔融共混制得了PS/有機(jī)修飾磷酸鋯納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。XRD分析表明DMA—CMS修飾的磷酸鋯相較α-ZrP，層間距離由0.8mm擴(kuò)大為4.0mm，PS/有機(jī)修飾磷酸鋯納米復(fù)合材料相較ZrP-DMA-CMS，層間距則由4.0mm進(jìn)一步擴(kuò)大到4.3 mm。力學(xué)分析表明，

3、磷酸鋯含量為1％時(shí)，PS/有機(jī)修飾磷酸鋯納米復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率及沖擊強(qiáng)度與純聚苯乙烯比較分別提高了4％、21％、8％、43％。 其后，采用相容劑增容的方法提高納米復(fù)合材料的性能。合成聚苯乙烯氯甲基化季銨鹽(CM-PSQAS)作為相容劑，將α-ZrP與聚丙烯(PP)熔融共混，合成了聚丙烯/α-ZrP納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能進(jìn)行了分析。XRD分析表明無(wú)機(jī)材料磷酸鋯的加入對(duì)

4、PP具有異相成核的作用，隨著磷酸鋯含量的增加，β晶型有增強(qiáng)的趨勢(shì)。TGA分析表明PP/ZrP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性較純PP有不同程度地提高，其中磷酸鋯的含量為1％時(shí)，提高最為顯著，相較純PP，復(fù)合材料熱降解溫度提高了18％。復(fù)合材料熱變形溫度有所提高，但增幅不大。力學(xué)分析表明復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量以及沖擊強(qiáng)度隨著磷酸鋯含量的增加有逐步提高的趨勢(shì)，其中磷酸鋯含量為5％時(shí)增幅較大，分別提高了6.5％、39％、29％。 最后，利用α

5、-ZrP與尼龍6(PA6)本身結(jié)構(gòu)的特性，選用α-ZrP與尼龍6直接熔融共混，得到不同含量磷酸鋯的尼龍6納米復(fù)合材料，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。XRD分析表明PA6/ZrP復(fù)合材料中磷酸鋯的引入而增加了PA6中的γ晶型。熱變形溫度分析表明，相較純PA6，復(fù)合材料熱變形溫度提高顯著，其中磷酸鋯含量為4％時(shí)最為顯著，提高了133％。力學(xué)分析表明復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及拉伸模量都得到了提高，其中磷酸鋯含量為4％時(shí)提高顯