[发明专利]层状无机物α-磷酸锆的二次改性及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种层状无机物α‑磷酸锆的二次改性及其制备方法和应用，是首次将生物基聚酯单体用于改性层状α‑磷酸锆，通过使用新型烷醇基季铵盐对α‑磷酸锆进行有效层离，再利用生物基聚酯单体进行接枝包裹，获得了一种新型二次改性层状α‑磷酸锆添加剂。将本发明所述的二次改性α‑磷酸锆作为添加剂用于制备生物基聚酯聚乳酸等复合材料时，由于烷醇基季铵盐的有效层离和生物基单体的二次修饰有利于提高层状α‑磷酸锆在基体中的均匀分散及其与生物聚酯的相容性，能有效提高生物聚酯的强度，并显著降低加工黏度、改善加工性能。本发明中所涉及的改性层状α‑磷酸锆易于制备、改性效果好、适用范围广；本发明所述的改性方法所涉及的原料来源广泛、价格低廉、安全无毒、工艺简单，适合规模化生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子添加剂制备技术领域，具体涉及一种经过二次改性的层状α-磷酸锆添加剂的制备方法，以及该二次改性层状α-磷酸锆作为添加剂在聚乳酸(PLA)等生物聚酯材料中的应用。

背景技术

合成塑料的大量使用，造成了塑料垃圾不断在自然界中积累。由于石油基塑料在自然界中不能被降解，造成了严重的“白色污染”。生物可降解材料来于自然，又回归自然，且因其良好的生物相容性和生物降解性，使其在替代化学合成塑料、缓解环境危机以及为提供新型的功能性生物医用材料等方面具有重要意义。目前，生物聚酯材料除了合成成本高外，还存在性能上的缺陷，如大部分的生物聚酯强度不、热稳定性差、熔融状态下容易分解、加工温度范围窄、耐溶剂性差等，这些缺陷使其应用受到很大的限制。因此，必须对其进行必要的改性，在保留优异性能的同时改善其性能上的不足，扩大材料的应用范围。

近年来，纳米复合技术在聚合物材料复合改性领域广泛应用，该技术主要利用无机纳米粒子及层状无机物等构建聚合物纳米复合结构材料，使得复合材料具有优异的力学性能、热性能、阻燃性能、阻隔性能、光电性能等。本方法使用的层状α-磷酸锆具有热稳定性好、机械强度优异，且具有晶片形貌规整可控等优点，是制备聚合物基复合材料的理想层状无机材料。层状无机物与聚合物的复合效果主要受其分散状态和界面相容性的影响。因此，利用烷醇铵盐对α-磷酸锆进行有效层离，再用生物基聚酯单体进行表面接枝改性，获得一种片层充分剥离、表面有机化的二次改性层状α-磷酸锆，并将其作为增强材料应用于聚乳酸等生物聚酯复合材料体系，能有效改善聚酯的综合力学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种新型二次改性层状α-磷酸锆添加剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述二次改性层状α-磷酸锆添加剂在聚乳酸(PLA)等生物聚酯中的应用，获得生物聚酯/改性层状α-磷酸锆复合材料。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

1、一种二次改性层状α-磷酸锆添加剂的制备方法，其特征在于：所述新型改性层状α-磷酸锆添加剂的制备方法包括改性剂的分子设计与合成及两次改性过程：选用溴代烷基醇与有机胺反应合成烷醇基三烷基溴化铵改性剂；以烷醇基三烷基溴化铵作为一次改性剂，采用溶液插层法制备烷醇基三烷基溴化铵有效层离的α-磷酸锆；再用生物基聚酯单体环内酯对一次改性的层离型α-磷酸锆进行表面接枝和原位聚合，获得二次改性的层状α-磷酸锆。具体包括以下操作步骤：

(1)用有机胺和1-溴正烷基醇为原料合成改性剂烷醇基三烷基溴化铵。

(2)配制0-2mol·L^-1的甲胺水溶液；所述甲胺水溶液中加入质量占所述甲胺水溶液的1％～12％的层状α-磷酸锆，再加入质量占所述层状α-磷酸锆的100％～200％的一次插层剂，超声分散，形成混合液；将混合液离心分离、冷冻干燥，即得到一次改性α-磷酸锆。