一种有机改性α-ZrP及其改性方法_2

文档序号:9743893阅读:来源:国知局
中,60?80°C,真空度0.05?0.IMPa条件下烘干24?36h。
[0022]如上所述的一种有机改性α-ZrP的改性方法,步骤5)中,所述处理是指将改性的α-ZrP在250?320°C条件下烘焙3?lOmin。
[0023]如上所述的一种有机改性α-ZrP的改性方法,所述有机改性α-ZrP外观为白色粉末;所述有机改性a-ZrP为层状化合物,层间距为1.60?1.90nm;所述有机改性a-ZrP由a-ZrP和硅烷偶联剂组成,硅烷偶联剂插在a-ZrP层间,硅烷偶联剂在a-ZrP上的接枝率为6?18%;所述有机改性a-ZrP起始分解温度为340?400°C;所述有机改性a-ZrP能够均匀分散在非极性有机溶剂正己烷中
[0024]有益效果
[0025]本发明与现有技术相比具有下列优点:
[0026]1、耐热温度较高,热稳定性能好:以a-ZrP为载体,小分子胺为预撑剂,硅烷偶联剂为改性剂制备的有机改性a-ZrP具有比季铵盐类改性剂制备的改性a-ZrP更高的耐热温度,其起始分解温度为340?400°C,克服了目前季铵盐类改性剂制备的改性a-ZrP耐热温度低于300°C的缺点,有利于将其添加在大多数通过熔融加工的高分子材料中。季铵盐类改性剂与a-ZrP以离子键结合,而硅烷偶联剂能够与a-ZrP以共价键结合,研究发现,共价键的热稳定性普遍高于离子键。
[0027]2、接枝率较高:该方法制备的高热稳定性有机改性a-ZrP具有比其他方法制备的高热稳定性有机改性a-ZrP较高的接枝率,其接枝率为6?18%,克服了目前高热稳定性有机改性a-ZrP结合的有机物质较少,与有机物质相容性差的问题,有利于将其均匀分散在大多数疏水性有机高分子材料中。其他制备高热稳定性有机改性a-ZrP方法就是直接利用环氧化合物等含有活性基团的改性剂,不经过小分子胺预插层和热处理步骤,只与a-ZrP外表面的P-OH发生共价反应,不能插层进入层间,因此接枝在其表面的有机物质比较少,本发明中改性剂可以进入层内部,所以相对于其他方法,接枝率大幅提高。
[0028]3、层间距较大:该方法制备的高热稳定性有机改性α-ZrP具有比其他方法制备的高热稳定性有机改性a-ZrP更高的层间距,原理同上,其层间距为1.60?1.90nm,克服了目前制备高热稳定性有机改性a-ZrP用改性剂难以插层进入a-ZrP,层间距仍为原来的0.76nm的问题,有利于高分子链段插层进入有机改性a-ZrP层内,实现有机改性a-ZrP在疏水性高分子材料中的均匀分散。
【附图说明】
[0029]图1为实施例1制备有机改性a-ZrP的过程示意图,其中a-ZrP先经正丙胺(n-propy Iamine)预插层,然后与3-氨基丙基-三乙氧基娃烧(APTES)发生接枝反应,最后经过热处理(heat-treatment)即得有机改性α-ZrP。
[0030]图2为制备的有机改性a-ZrP的X射线衍射图(纵坐标为相对强度,横坐标为2Θ角),其中a-ZrP-PA-APTES为丙胺(PA)预撑后与3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)发生接枝反应的 a-ZrP,a-ZrP-PA-APTES-HT 为经过处理之后的 a-ZrP-PA-APTES。
[0031]图3为本发明实施例1制备的有机改性a-ZrP的热失重曲线(纵坐标为质量,横坐标为温度),其中a-ZrP-PA-APTES为丙胺(PA)预撑后与3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)发生接枝反应的a-ZrP,a-ZrP-PA-APTES-HT为经过处理之后的a-ZrP-PA-APTES。
【具体实施方式】
[0032]下面结合【具体实施方式】,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0033]本发明的实施例中:
[0034]层间距的计算公式为:d= A/2sin0;A为X射线的波长,Θ为入射X射线与相应晶面的夹角。
[0035]改性所采用的€1-2冲的层间距为0.7611111(20 = 10.8°)。
[0036]接枝率的计算公式如下:
[0037]接枝率(%)=有机组分的质量/未改性a-ZrP的质量。
[0038]实施例1
[0039]一种有机改性a-ZrP的改性方法,如图1所示,为制备有机改性a-ZrP的过程示意图,其中a-ZrP先经正丙胺(n-propylamine)预插层,然后与3-氨基丙基-三乙氧基娃烧(APTES)发生接枝反应,最后经过热处理(heat-treatment)即得有机改性α-ZrP,步骤为:
[0040]I)将a-ZrP在室温条件下,超声并机械搅拌,超声功率为50W,时间为20min ;机械搅拌的转速为200r/min,时间为20min分散于水和乙醇的混合溶液中,水与乙醇的质量比为1:
2;分散后a-ZrP的浓度为0.005g/ml ;
[0041 ] 2)加入小分子正丙胺反应,正丙胺与a-ZrP的摩尔比为1:2.0,加入正丙胺反应的时间为0.6h;
[0042]3)再滴加硅烷偶联剂3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)继续反应;APTES的滴加量与α-ZrP的质量比为0.5:1;滴加速率为0.lml/min;继续反应的时间为3h;
[0043]4)固相产物经分离、洗涤和烘干即可得到改性的α-ZrP,固相产物与溶剂分离采用旋转蒸发仪;洗涤是先在浓度为90 %的丙酮与水的混合溶液浸泡24h,后用大量丙酮溶液清洗3次直至产物中无残留的反应原料;烘干为置于真空烘箱中,60°C,真空度0.05MPa条件下烘干24h;
[0044]5)改性的α-ZrP在250°C条件下烘焙3min,即得到有机改性α-ZrP,该有机改性α-ZrP外观为白色粉末,并为层状化合物,如图2所示,该有机改性a-ZrP的层间距为1.74nm(20= 5.06° );该有机改性a-ZrP由a-ZrP和硅烷偶联剂3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)组成,APTES插在a-ZrP层间,如图3所示,APTES在a-ZrP上的接枝率为13.78%,该有机改性a-ZrP的起始分解温度为368°C ;有机改性a-ZrP能够均匀分散在非极性有机溶剂正己烷中。
[0045]实施例2
[0046]一种有机改性a-ZrP的改性方法,步骤为:
[0047]I)将a-ZrP在室温条件下,超声并机械搅拌,超声功率为90W,时间为50min ;机械搅拌的转速为800r/min,时间为50min分散于水和乙醇的混合溶液中,水与乙醇的质量比为1:8 ;分散后a-ZrP的浓度为0.02g/ml;
[0048]2)加入小分子乙胺反应,乙胺与a-ZrP的摩尔比为1:4.0,加入乙胺反应的时间为1.8h;
[0049]3)再滴加硅烷偶联剂3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)继续反应;APTMS的滴加量与a-ZrP的质量比为2.0:1;滴加速率为1.5ml/min;继续反应的时间为8h;
[0050]4)固相产物经分离、洗涤和烘干即可得到改性的a-ZrP,固相产物与溶剂分离采用旋转蒸发仪;洗涤是先在浓度为98 %的丙酮与水的混合溶液浸泡36h,后用大量丙酮溶液清洗5次直至产物中无残留的反应原料;烘干为置于真空烘箱中,80°C,真空度0.1MPa条件下烘干36h;
[0051 ] 5)改性的α-ZrP在320°C条件下烘焙lOmin,即得到有机改性α-ZrP,该有机改性α-ZrP外观为白色粉末,并为层状化合物,该有机改性a-ZrP的层间距为1.84nm(20 = 4.80°);该有机改性a-ZrP由a-ZrP和硅烷偶联剂3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)组成,APTMS插在a-ZrP层间,APTMS在a-ZrP上的接枝率为9.62%,有机改性a-ZrP起始分解温度为356°C ;有机改性a-ZrP能够均匀分散在非极性有机溶剂正己烷中。
[0052]实施例3
[0053]一种有机改性a-ZrP的改性方法,步骤为:
[0054]I)将a-ZrP在室温条件下,超声并机械搅拌,超声功率为60W,时间为30min ;机械搅拌的转速为500r/min,时间为30min分散于水和乙醇的混合溶液中,水与乙醇的质量比为1:5 ;分散后a-ZrP的浓度为0.008g/ml ;
[0055]2)加入小分子正丙胺反应,正丙胺与a-ZrP的摩尔比为1
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