Thermal Stability of Quaternary Phosphonium Modified Montmorillonites

Abstract

Organically modified layered silicates (OLS) with high thermal stability are critical for synthesis and processing of polymer layered silicate nanocomposites (PLSN). In the current study, the non-oxidative thermal degradation chemistry of alkyl and aryl quaternary phosphonium-modified montmorillonites (P-MMT) was examined using TGA combined with pyrolysis/GC-MS. The morphology evolution at elevated temperature was investigated using in-situ high-temperature X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The onset decomposition temperature via TGA of these P-MMTs ranged from 190 to 230 °C. The initial degradation of the alkyl P-MMTs follows potentially two reaction pathways − β-elimination [Eβ] and nucleophilic displacement at phosphorus [SN(P)] − reflecting the multiple environments of the surfactant in the silicate. Aryl P-MMT decomposition proceeds via either a reductive elimination through a five-coordinate intermediate or radical generation through homologous cleavage of the P−phenyl bond. Overall, the interlayer environment of the montmorillonite has a more severe effect on stability of the phosphonium surfactant than previously reported for ammonium-modified montmorillonite (N-MMT). Nonetheless, the overall thermal stability of P-MMT is higher than that of N-MMT. These observations indicate that, in addition to their conventional purpose as stabilizers, phosphonium salts offer unique opportunities for melting processing polymer layered silicate nanocomposites.

Paper-like composites of cellulose acetate–organo-montmorillonite for removal of hazardous anionic dye in water

“…6a-B), there was less adsorbed water on the surface because of the surface of montmorillonite had been turned from the hydrophilic into the hydrophobic. Moreover, in the range of 220-440°C, the weight loss for the organic surfactant reached 22.7 wt.%, owing to the decomposition of the surfactant species [39]. The thermal degradation of CA involved at least three stages [40].…”

The influence of alkyl chain length on surfactant distribution within organo-montmorillonites and their thermal stability

“…XRD, FTIR, NMR, and TEM) [8][9][10][11][12][13][14] and molecular modelling methods [15][16][17]. And their thermal stabilities have been examined by using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) [13,[18][19][20][21][22][23][24][25], TGA combined with infrared spectroscopy and mass spectrometry (TGA-FTIR-MS) [26,27], and TGA combined with pyrolysis/ GC-MS [28].…”

Organofilização E Silanização De Argila Bentonita

“…29,35 Em relação à decomposição térmica das argilas organolifizadas, na literatura são descritas temperaturas de ínicio de decomposição térmica entre 150 °C e 220 °C 10,14,23,48 em argilas para as quais a troca catiônica foi realizada com sais de amônio, enquanto argilas organofilizadas com sais de fósforo apresentam início de decomposição térmica entre 190 °C e 320 °C. 10,23,48 A argila AO apresentou temperatura de decomposição térmica inicial em aproximadamente 220 °C, estando no ínicio da faixa de temperatura descrita para argilas organofilizadas com sais de fósforo. A variação de massa observada para as argilas AO e AOS entre 220 °C e 800 °C foi de (19,2 ± 0,3)% para a AO e (21,5 ± 0,1)% para a AOS.…”

“…20 Na literatura, a estabilidade térmica dos sais de fósforo é descrita sendo superior à apresentada por sais de amônio. 10,[20][21][22][23] Compostos de fósforo são utilizados em diversas aplicações, tais como retardantes de chama para papeis e têxteis, e também como absorvedores de radiação ultra violeta em materiais poliméricos. A adição de argilas organofilizadas com sais de fósforo vem sendo investigada em matrizes poliméricas visando aumentar sua resistência térmica e retardância à chama.…”

“…A adição de argilas organofilizadas com sais de fósforo vem sendo investigada em matrizes poliméricas visando aumentar sua resistência térmica e retardância à chama. 22,23 Outro método estudado para modificar a argila é a sua silanização. 24,25 Neste método é utilizado um organosilano, contendo pelo menos dois grupos reacionais, um que pode se condensar com os grupos hidroxila da argila, formando ligações covalentes entre o silano e os grupos funcionais presentes na superfície das lamelas do mineral, e outro grupo reacional que reagirá ou apresentará forte interação com o meio no qual a argila será incorporada.…”