聚苯乙烯修饰α-磷酸锆的合成与表征
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发布时间：2024-10-22 20:38
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采用十八烷基二甲基叔胺(DMA)与对氯甲基苯乙烯(CMS)合成的季铵盐(DMA-CMS)与-磷酸锆(-ZrP)进行阳离子交换反应，合成了具有反应活性的有机修饰磷酸锆(ZrP-DMA-CMS)。再利用本体聚合法，使该有机化处理的磷酸锆与苯乙烯反应，合成了聚苯乙烯修饰的磷酸锫P(St-ZrP-DMA-CMS)。运用FT-IR、TGA、XRD 对所制备的 ZrP-DMA-CMS及P(St-ZrP-DMA-CMS)进行了分析。
XRD分析表明，DMA-CMS 修饰的磷酸锆层间距离由 0.8nm 扩大为 4.0nm；聚苯乙烯修饰的磷酸锆，其层间距则由4.0nm 进一步扩大到4.4nm。TGA 分析表明，聚苯乙烯修饰的磷酸锆P(St ZrP-DMA-CMS)热稳定性比-ZrP 提高了 17%。
聚合物/层状无机物纳米复合材料因具有常规复合材料所没有的结构、形态及较常规聚合物基复合材料更优异的性能而引起人们的广泛关注。目前，对蒙脱土、水滑石等无机层状物与聚合物的纳米复合材料已有不少研究。但对聚合物/磷酸锆纳米复合材料的研究相对较少。α-磷酸锆[分子式为-Zr(HP0₄)₂·H₂O]，属于单斜晶系，其晶体结构是由ZrO₆八面体和HPO₄四面体交替连接而构成的层状化合物。
α-ZrP 具有较为固定的层板结构和较大的比表面积，不易溶于水和有机溶剂，具有较高的热稳定性、机械强度以及较强的耐酸碱性。α-ZP层板内外的-OH 既可被其它基团(-OR或-R)置换，又可与胺发生质子化反应，从而将磷酸锆有机修饰，引入各种官能团，在以往的研究中，许多研究者以-ZrP 及其衍生物为主体，利用各种客体分子(如烷基、芳香基、羧基、磺基苯、氨基酸基团以及冠醚等)克服层板间作用力插入层板制备了各种具有特殊结构的有机修饰复合物，这些有机修饰复合物在离子交换、吸附、催化、医药、电化学、光化学、生物、环保等领域具有广阔的应用前景。
α-ZrP 层板结构稳定，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是粘土的6倍，并具有长径比可控和粒子尺寸分布较窄等特点，因此，它是制备聚合物/层状无机纳米复合材料的理想原料。对于α-ZrP，一般是用小分子的胺或醇通过与其层板内外的-OH 质子化反应或氢键作用进行有机修饰，也可进行大分子插层，但由于其层板间距较小，大分子直接插层较困难，通常需经小分子预撑后再与大分子交换。笔者合成了带有活性官能团C=C双键的长链季铵盐(DMA-CMS)，α-ZrP经甲胺预撑后再与 DMA-CMS 进行交换得到具有反应活性的有机修饰磷酸锆(ZrP-DMA-CMS)。然后，该有机修饰磷酸锆(ZrP-DMA-CMS)再与苯乙烯单体进行本体聚合，成功制备了聚苯乙烯修饰的磷酸锆，并对其结构及热稳定性进行了研究。
红外光谱分析（FT-IR）表明，DMA-CMS 对-ZrP的插层以及本体聚合过程中苯乙烯对其进一步的插层效果均较好，α-ZrP 的层间距由原来的 0.8nm 分别增加到了 4.0 和 4.4 nm。TGA 数据表明，有机修饰的α-ZrP 比α -ZrP 的热稳定性提高，其中 P(St-ZrP-DMA-CMS)的热稳定性比α-ZrP 提高了 17%，这种聚苯乙烯修饰的磷酸锆P(St-ZrP-DMA-CMS)，可作为一种有机/无机纳米填料，与聚合物本体相容性较好，且具有较高的热稳定性，能满足高加工温度纳米复合材料制备的要求，具有一定的应用价值。
