磷(膦)酸鋯-聚合物納米復合材料結構和性能研究.pdf

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

2、組合功能化手段制備了一系列具有有機官能團的有機膦酸鋯和載銀-有機無機雜化膦酸鋯,用來提高聚合物的綜合性能,具體工作內容如下:
　　 (1)首先制備了基于蓖麻油聚氨酯/α-磷酸鋯(PU/α-ZrP)納米復合膜,通過改變α-ZrP的含量來研究α-ZrP含量對復合膜結構和性能的影響。同時,我們研究了不同NCO/OH摩爾比,對復合膜性能的影響。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)和力學性能測試來分析PU/α-ZrP納米復合膜的結構和性能。紅外分析結果表明α-ZrP與聚氨酯分子間存在著強烈的氫鍵相互作用,X-射線衍射和掃描電鏡結果顯示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中。由于氫鍵的作用,當α-ZrP含量為0.6wt%,NCO/OH摩爾比為1.5時,復合膜的拉伸強度(σb)取得最大值。實驗結果表明,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,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)對復合膜的結構和形貌進行了分析。實驗結果表明,ZGDMP中的-COOH官能團的引入使得Z

5、GDMP與聚氨酯分子間產生了化學鍵和氫鍵相互作用,從而對聚氨酯的形貌和性質產生很重要的影響。力學性能測試結果顯示復合膜的拉伸強度(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鏈長度不同的有機-無機雜化磷/膦酸鋯。將這三種磷/膦酸鋯分別加入到聚氨酯基質中,制備了三個系列的納米復合膜: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)和力學性能測試對復合膜進行了表征。實驗結果表明復合膜的形貌、力學性能和熱力學性質受到磷/膦酸鋯有機鏈長短的影響。填料磷/膦酸鋯有機鏈越長,越有利于提高復合膜的力學性能和阻水性能。這主要是由于有機鏈越長,填料與聚氨酯分子間的界面作用越強。
　　

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)復合膜抗菌性能、結構以及其它性質的影響,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)、力學性能測試、阻

8、水性能測試和抗菌性能測試等方法對其結構、形態(tài)和性能進行了表征。為了便于對比研究,我們同時制備了殼聚糖/(甘氨酸-N,N-雙亞甲基膦酸-磷酸氫)鋯(CS/ZGDMPP-n)納米復合膜。實驗結果表明,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)體現了較好的抗菌效果。同時,CS/Ag-ZGDMPP-n納米復合膜的熱力學穩(wěn)定性和力學性能得到了