[发明专利]一种纳米磷酸锆基阻燃抑菌剂及其制备方法和制备的膨胀型防火抑菌涂料

说明书

本发明公开了一种纳米磷酸锆基阻燃抑菌剂，首先利用对磷酸锆进行插层剥离，利用氨基咪唑和氯丙醛对其进行修饰，制备一种基于纳米磷酸锆的阻燃抑菌剂，在有效解决磷酸锆易团聚等问题的同时，可与防火涂料中的膨胀阻燃体系发挥协同阻燃作用；并可显著提升所得防火涂料的成膜性、耐火性和耐久性；纳米磷酸锆片层表面负载的希夫碱和咪唑可更均匀分散在涂料组分中，起到屏障抑菌作用，阻燃剂中的希夫碱以及纳米磷酸锆和咪唑可有效提高防火涂料的抑菌性能。本发明所得阻燃剂集阻燃、抑烟抑菌与增强功能于一体，且无卤成本低，成炭性好，环保友好，适用性广泛，且涉及的制备方法工艺简单，反应条件简单，适合推广应用。

技术领域

本发明属于阻燃抑菌材料技术领域，具体涉及一种纳米磷酸锆基阻燃抑菌剂及其制备的膨胀型防火抑菌涂料。

背景技术

膨胀型防火涂料属于一种涂覆在基材表面提高其耐火能力、减缓燃烧速率的一类物质，主要以高分子水性乳液、高分子树脂等作为基体，加入由酸源、气源和碳源等组成的膨胀防火体系以及功能填料和相应助剂制备而成。这些组分在高温下发生反应，产生协同作用，脱水碳化形成均匀致密的蜂窝状膨胀炭层，可有效隔绝空气和热量传递，从而达到优异的防火隔热的效果。但是传统防火涂料通常存在炭层疏松等问题，导致阻燃效率不佳，同时几乎没有抑菌效果。

磷酸锆是一种可人工合成的层状固体酸，具有优异的热稳定性、化学稳定性和耐强酸强碱性能等特点。磷酸锆层与层之间主要通过氢键作用及范德华力叠加，其HP0₄^2-基团中的H⁺在层内空间具有较大的自由活动性，其层间结晶水分子可以被极性有机分子替代。尽管磷酸锆基于其层状阻隔作用和固体酸催化成炭作用，可较为明显地提升阻燃剂的阻燃性，但是由于传统的阻燃体系炭层较为疏松，磷酸锆易团聚，从而导致阻燃剂存在热稳定性较差、阻燃效率较低等问题。

为解决上述技术问题，对磷酸锆进行有机表面改性是一种常用且有效的方法。专利CN108203519A中采用甲胺对磷酸锆进行插层，经机械球磨后剥离成片层磷酸锆，同时将片层磷酸锆与大分子阻燃剂MCA进行混合，将磷酸锆作为协效剂改性阻燃剂，应用在PA6阻燃复合材料中，但该专利中仅将磷酸锆作为协效剂，而且只针对PA6材料，存在复配量较大、应用领域受到限制，阻燃效果不佳等问题。专利CN109810545A中将磷酸锆剥离成纳米片加入到阻燃体系中，通过磷酸锆纳米片的催化作用，提高聚合物成炭作用，进而提升阻燃效率，不过该专利中仅将磷酸锆剥离，利用纳米片磷酸锆在体系中分散，但并未解决磷酸锆纳米片容易出现团聚现象，导致了磷酸锆的催化成炭作用不能有效释放，同时也并未考虑与树脂相容性问题，导致其阻燃效率仍不太理想。除此之外，磷酸锆对于涂料的抑菌效果鲜少有专利报道。

因此，进一步优化磷酸锆类化合物的改性手段及提升其相关性能的应用领域具有重大研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有阻燃剂成炭质量不佳、炭层松散以及阻燃效率低等问题，提供一种纳米磷酸锆基阻燃抑菌剂及利用其制备的膨胀型防火抑菌涂料；利用氨基咪唑和氯丙醛对剥离后的磷酸锆纳米片进行修饰，合成一种基于纳米磷酸锆的阻燃抑菌剂，利用氨基咪唑和氯丙醛反应形成的希夫碱基团以及磷酸锆和咪唑的特有的协同抗菌效果，使防火涂料的抑菌性能显著提高；同时接枝的咪唑基团与磷酸锆具有优异的阻燃协同效果，可有效提高防火涂料的防火性能；所得阻燃剂集阻燃抑烟抑菌性能与增强功能于一体，且涉及的制备方法简单，成本低，环保，适用性广泛，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米磷酸锆基阻燃抑菌剂的制备方法，包括如下步骤：

1）剥离磷酸锆（ZrP）：向磷酸锆分散液中滴加四丁基氢氧化铵（TBA可以减弱磷酸锆层间作用力，剥离磷酸锆，暴露出层间羟基），进行超声搅拌反应，然后滴加浓酸进行二次反应（去除上述TBA溶液），进行固液分离，得半透明凝胶沉淀；