聚合物-磷(膦)酸鋯納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、α-磷酸鋯(α-ZrP)是一類具有規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子型化合物，由于具有高的離子交換容量、尺寸易控性、易插層易剝離性以及表面官能團(tuán)的可操控和可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，因而在聚合物改性方面有著不可估量的應(yīng)用前景。本文正是在前人研究的基礎(chǔ)上，以回流法制備α-ZrP晶體，進(jìn)而用正丁胺改性以獲得更大的層間距以利于聚合物分子鏈擴(kuò)散插層，制備了豌豆淀粉/α-磷酸鋯(PS/ZrP)和殼聚糖/α-磷酸鋯(CS/ZrP)納米復(fù)合材料，研究α-ZrP對(duì)納米復(fù)合材料

2、結(jié)構(gòu)和性能的影響，重點(diǎn)研究了α-ZrP納米粒子和聚合物基體間的界面作用強(qiáng)度及其對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。利用α-ZrP的表面官能團(tuán)可操控性，在其表面引入有機(jī)官能團(tuán)(-COOH)，成功合成有機(jī)膦酸鋯(甘氨酸-N，N-雙亞甲基膦酸鋯，ZGDMP)，進(jìn)而制得豌豆淀粉/有機(jī)瞵酸鋯(PS/BA-ZGDMP)和殼聚糖/有機(jī)膦酸鋯(CS/BA-ZGDMP)納米復(fù)合材料，通過(guò)對(duì)比的方法研究引入的有機(jī)官能團(tuán)對(duì)納米粒子和聚合物基體間界面作用強(qiáng)度的影響和對(duì)

3、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響。具體研究工作如下：
　　 ⑴用流延法制備了甘油增塑的豌豆淀粉/α-磷酸鋯(PS/ZrP)納米復(fù)合材料，使用傅里葉紅外(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TGA)等方法研究α-ZrP對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的研究。結(jié)果表明，PS和ZrP之間形成強(qiáng)的氫鍵作用，提高了PS和ZrP之間的界面粘結(jié)性和相容性。
　　 ⑵用回流法成功合成具有較大層間距和極性官能團(tuán)(-COOH)

4、的有機(jī)膦酸鋯(甘氨酸-N，N-雙亞甲基膦酸鋯，ZGDMP)，進(jìn)而用正丁胺修飾，使其層間距擴(kuò)大到1.76 nm。用流延法制備了甘油增塑的豌豆淀粉/有機(jī)膦酸鋯(PS/BA-ZGDMP)納米復(fù)合材料。與PS/ZrP體系相比，PS/BA-ZGDMP體系表現(xiàn)出兩個(gè)重要的特點(diǎn)：(i)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最大可以增大到12.14 MPa，明顯高于PS/ZrP體系的9.44 MPa；(ii)吸濕性能降低到59.1％，低于PS/ZrP體系的63.1％。這些

5、性能的改善可歸因于引入的極性有機(jī)官能團(tuán)，其與極性淀粉分子間形成范德華力和更強(qiáng)的氫鍵作用，增強(qiáng)了PS和BA-ZGDMP間的界面粘結(jié)性和界面作用進(jìn)而改善復(fù)合材料的性能。
　　 ⑶用流延法制備了殼聚糖/α-磷酸鋯(CS/ZrP)納米復(fù)合材料，其中殼聚糖作為基體，α-ZrP作為納米填料，研究α-ZrP對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。傅里葉紅外變換光譜(FT-IR)測(cè)試表明CS和α-ZrP之間形成強(qiáng)的相互作用。X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡

6、(SEM)和透射電鏡(TEM)的結(jié)果表明，α-ZrP均勻分散到殼聚糖基體中，并形成了中等剝離程度的結(jié)構(gòu)。Pukanszky模型中用界面作用參數(shù)B值來(lái)衡量殼聚糖基體和α-ZrP填料之間的界面作用大小，結(jié)果表明，當(dāng)α-ZrP含量為2 wt％時(shí)，復(fù)合材料最有最大B值(3.2)表明具有最強(qiáng)的界面作用。
　　 ⑷成功制備具有極性官能團(tuán)(-COOH)的有機(jī)膦酸鋯(甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸鋯，ZGDMP)，并用傅里葉紅外變換光譜(FT-I