[发明专利]一种有机改性并负载金属离子抗菌α-ZrP粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料改性技术领域，涉及一种有机改性并负载金属离子抗菌α-ZrP粉体及其 制备方法。

背景技术

α-磷酸锆(α-ZrP)是一种层状磷酸盐，具有显著的特点，如高离子交换性能(7meq/g， MMT为1meq/g)、可控面积比、热和化学稳定性高，与其它层状纳米填充剂相比，更容易在 聚合物基体中被插层或剥离，它被广泛地应用于催化剂、燃料电池、光化学、环境保护、阻 燃剂等领域。

然而，同大多数无机纳米粉体一样，α-ZrP由于表面含有大量的羟基基团，亲水性较强， 与大多数疏水性热塑性聚合物不相容，很难均匀地分散在聚合物基体中，从而影响α-ZrP对 高分子聚合物的阻燃和提高机械性能作用。因此对α-ZrP的有机改性是制备高分子无机复合 材料前的关键一步。对此，科学家进行了各种尝试，其中表面改性成为一种关键方法，主要 分为有机阳离子插层改性和共价接枝改性，有机阳离子插层改性比较简单有效，主要利用 α-ZrP表面具有大量弱酸性基团P-OH的特点，碱性小分子胺类、酮类等很容易插入α-ZrP片 层内并与其表面P-OH建立离子键，如果想在α-ZrP的层间引入长链分子的胺，需先使用小 分子的胺对α-ZrP进行预撑增大其层间距，CN101829544A利用甲胺预撑降低α-ZrP层间作 用力，进而将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵插入层间(CTAB)，制备出CTAB插层改性 磷酸锆材料。然而这种方法制备的产物结合牢度较低，热稳定性能较差，无法适应疏水性热 塑性聚合物较高的加工温度，将其应用于聚合物改性，其在聚合物的纺丝过程分解产生的小 分子胺类会影响聚合物的可纺性和力学性能等，使成纤加工困难。

共价接枝改性则要求改性剂具有反应活性官能团如异氰酸酯、酰氯键等，这些基团可以 与α-ZrP表面P-OH发生化学反应建立热稳定性较高的共价键，从而可以适用于进一步的加 工，其中硅烷偶联剂类结构比较特殊，每个分子上含两种或多种不同的反应性基团，其中一 个反应性基团为甲氧基或乙氧基，它可以与无机材料结合，如玻璃、金属、硅砂等；另外一 种反应性基团为乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧或巯基等，可以与有机材料形成化学 键合，硅烷偶联剂类改性剂可以在制备有机无机复合材料中起到很好的桥梁作用，目前，将 硅烷偶联剂应用于磷酸锆改性的研究较少，KevinDalPont进行了初步尝试，利用γ-氨丙基 三甲氧基硅烷改性α-ZrP，并将其与丁苯橡胶(SBR)复合制备了一种新型的纳米复合材料(Pont KD,GerardJ.MicrostructureandPropertiesofStyrene-ButadieneRubberBasedNanocomposites PreparedfromanAminosilaneModifiedSyntheticLamellarNanofiller[J].POLYMERPHYSICS, 2013(51):1051-1059.)，然而，同其他共价接枝改性剂一样，硅烷偶联剂由于分子较大，往往 难以直接插层进入α-ZrP片层内部，只与片层外表面P-OH反生反应，使得接枝在α-ZrP表面 的改性剂数量较小，对其亲水性能改变不大(MosbyBM,AgustínDíaz.SurfaceFunctionalization ofZirconiumPhosphateNanoplateletsfortheDesignofPolymerFillers[J].Appl.Mater.Interfaces, 2014(6):585-592.)。

目前磷酸锆用于抗菌领域的研究较少，CN1640263A采用离子交换的方式将银离子负载 到层状磷酸锆上，得到载银磷酸锆粉末，然而负载量和在聚合物中的分散性限制了其应用。 CN102239887A利用氯氧化锆和磷酸二氢钠制备纳米级磷酸锆，将抗菌离子的水溶液加入到 纳米磷酸锆的水溶液中，利用纳米磷酸锆的吸附和置换作用，得到纳米级载银磷酸锆，然而 该方法同样没有解决无机粉体与有机物的相容性问题且抗菌金属离子与磷酸锆没有稳定的键 合作用，且其负载量有限。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种有机改性并负载金属离子 抗菌α-ZrP粉体及其制备方法。

为实现上述目的，本发明可通过以下方法予以解决：

本发明的一种有机改性并负载金属离子抗菌α-ZrP粉体的制备方法，步骤为：