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

1、在聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域,聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合材料得到人們的廣泛關(guān)注。通過向聚合物基質(zhì)中加入天然或合成的無機(jī)粒子可以明顯地改善聚合物基質(zhì)的性質(zhì),除了在力學(xué)性能方面提高之外,這些材料還可以應(yīng)用于抗菌、傳感器和催化等領(lǐng)域。但是聚合物/無機(jī)粒子復(fù)合材料中無機(jī)組分和有機(jī)組分之間的不相容性會(huì)降低材料的性質(zhì)。為了改善無機(jī)組分與有機(jī)組分之間的相容性,可以通過對無機(jī)粒子進(jìn)行表面功能化處理來提高無機(jī)粒子在有機(jī)基質(zhì)中的分散性?；谝陨舷敕?我們通過有機(jī)化處理和

2、組合功能化手段制備了一系列具有有機(jī)官能團(tuán)的有機(jī)膦酸鋯和載銀-有機(jī)無機(jī)雜化膦酸鋯,用來提高聚合物的綜合性能,具體工作內(nèi)容如下:
　　 (1)首先制備了基于蓖麻油聚氨酯/α-磷酸鋯(PU/α-ZrP)納米復(fù)合膜,通過改變?chǔ)?ZrP的含量來研究α-ZrP含量對復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。同時(shí),我們研究了不同NCO/OH摩爾比,對復(fù)合膜性能的影響。通過紅外(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、差熱分析(DSC)、掃描電

3、鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和力學(xué)性能測試來分析PU/α-ZrP納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能。紅外分析結(jié)果表明α-ZrP與聚氨酯分子間存在著強(qiáng)烈的氫鍵相互作用,X-射線衍射和掃描電鏡結(jié)果顯示α-ZrP含量較少的情況下納米粒子能夠均一地分散在聚氨酯基質(zhì)中。由于氫鍵的作用,當(dāng)α-ZrP含量為0.6wt%,NCO/OH摩爾比為1.5時(shí),復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度(σb)取得最大值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,新型填料α-ZrP的加入,有利于改善聚氨酯材料的力學(xué)性能和熱

4、穩(wěn)定性。
　　 (2)成功制備一種新型的層狀甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸鋯(ZGDMP,Zr[(O3PCH2)2NCH2COOH]·H2O)。同時(shí),制備了一系列含有不同ZGDMP含量的聚氨酯/甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸鋯(PU/ZGDMP-n)納米復(fù)合膜,并通過X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和紅外(FTIR)對復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ZGDMP中的-COOH官能團(tuán)的引入使得Z

5、GDMP與聚氨酯分子間產(chǎn)生了化學(xué)鍵和氫鍵相互作用,從而對聚氨酯的形貌和性質(zhì)產(chǎn)生很重要的影響。力學(xué)性能測試結(jié)果顯示復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度(σb)和斷裂伸長率(εb)隨著ZGDMP的含量的增加而增大。
　　 (3)成功制備了三種有機(jī)鏈長度不同的有機(jī)-無機(jī)雜化磷/膦酸鋯。將這三種磷/膦酸鋯分別加入到聚氨酯基質(zhì)中,制備了三個(gè)系列的納米復(fù)合膜:聚氨酯/α-磷酸鋯(PU/α-ZrP)、聚氨酯/2-氨乙基膦酸鋯(PU/ZrAEP)和聚氨酯/2-(2

6、-(2-氨乙基氨)乙基氨)乙基氨)乙基膦酸鋯(PU/Zr(AE)4P)納米復(fù)合膜。采用紅外光譜(FTIR)、X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、熱重分析(TGA)、差熱分析(DSC)和力學(xué)性能測試對復(fù)合膜進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合膜的形貌、力學(xué)性能和熱力學(xué)性質(zhì)受到磷/膦酸鋯有機(jī)鏈長短的影響。填料磷/膦酸鋯有機(jī)鏈越長,越有利于提高復(fù)合膜的力學(xué)性能和阻水性能。這主要是由于有機(jī)鏈越長,填料與聚氨酯分子間的界面作用越強(qiáng)。
　　

7、 (4)成功制備了一種新型抗菌材料載銀(甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸-磷酸氫)鋯(Ag-ZGDMPP)。我們選擇殼聚糖作為研究載體,來研究Ag-ZGDMPP納米粒子的加入,對殼聚糖/載銀(甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸-磷酸氫)鋯(CS/Ag-ZGDMPP-n)復(fù)合膜抗菌性能、結(jié)構(gòu)以及其它性質(zhì)的影響,然后利用紅外光譜(FTIR)、X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TGA)、紫外-可見光(UV-vis)、力學(xué)性能測試、阻

8、水性能測試和抗菌性能測試等方法對其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能進(jìn)行了表征。為了便于對比研究,我們同時(shí)制備了殼聚糖/(甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸-磷酸氫)鋯(CS/ZGDMPP-n)納米復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于Ag-ZGDMPP填充料的加入,使殼聚糖對大腸桿菌(Escherichiacoli)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)體現(xiàn)了較好的抗菌效果。同時(shí),CS/Ag-ZGDMPP-n納米復(fù)合膜的熱力學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能得到了