[发明专利]一种ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物及其制备方法

说明书

本发明属于阻燃剂领域，具体涉及一种ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物，所述杂化物是壳聚糖分子先通过氮元素与ZIFs纳米片中的钴或锌离子结合，再通过氨基与硅藻土表面的羟基结合制备得到。当杂化物加入聚合物中时，壳聚糖可作为有效碳源，硅藻土和ZIFs纳米片具有一定的物理屏障效应，同时，ZIFs纳米片热分解产生的氧化钴或氧化锌与SiO₂表面的酸性活性位点可以促进致密炭层的形成，该炭层可以起到很好的阻隔作用，从而提高聚合物材料的阻燃抑烟性能。本发明还涉及一种上述杂化物的制备方法，对反应要求低，原料易得且工艺简单，用水做溶剂，对环境无污染，绿色环保。

技术领域

本发明属于阻燃剂领域，具体涉及一种ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物及其制备方法。

背景技术

随着聚合物材料的高速发展，它被广泛地应用于国民经济的各个领域。然而，聚合物材料易燃且燃烧过程中大量有毒有害物质的释放。一些传统的阻燃剂含有有毒有害物质，随着人们环保意识的提高，人们越来越重视低毒、环保型阻燃剂的开发。

硅藻土是一种硅质岩石，是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要是由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分以SiO₂为主，可用SiO₂·nH₂O表示。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨。由于其具有大比表面积，多孔性和表面含有羟基等性质，被广泛用于食品、药品和污水处理等领域。一些研究人员将硅藻土应用于阻燃聚合物，他们的研究发现，硅藻土的盘状结构可以起到一定程度的物理屏障作用，从而提高聚合物的阻燃性；但是，单独使用硅藻土时阻燃效率不高。

由过渡金属钴或锌离子与2-甲基咪唑配位而产生的ZIFs纳米片是一种树叶状的片层材料。由于其比表面积大、灵活的微孔结构、制备方法简单等特点，被广泛应用于分子识别、药物传递和催化等领域,除此之外，在阻燃领域也备受关注。一方面，ZIFs纳米片在燃烧过程中起到片层阻隔作用；另一方面，ZIFs纳米片燃烧过程中生成的金属氧化物可以促进致密炭层的形成，该炭层可以有效的隔绝热源和可燃气体的进入，从而延缓基体的分解。壳聚糖(CS)是由甲壳素(Chitin)经过脱乙酰而成的，是一种天然的、含量丰富的可再生资源，无毒、易生物降解，价格低廉，在制药、食品加工、农业等领域用途广泛；一些研究者也把壳聚糖用在阻燃领域并取得了一定的效果。壳聚糖(CS)分子上含有氨基和羟基，又可以与许多金属离子螯合，可为壳聚糖与ZIFs纳米片的结合提供丰富的活性位点。此外，壳聚糖表面的氨基可以与硅藻土表面的羟基结合，进一步制备出ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物(ZCD)。当ZCD加入聚合物中时，壳聚糖可作为有效碳源，硅藻土和ZIFs纳米片具有一定的物理屏障效应；同时，ZIFs纳米片热分解产生的氧化钴或锌和SiO₂表面的酸性活性位点可以促进致密炭层的形成，该炭层可以起到很好的物理阻隔作用，提高聚合物材料的阻燃抑烟效果。此外，杂化物ZCD的制备方法简单，无污染，成本低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物，该杂化物不仅能够提高聚合物的阻燃抑烟性能，还能有效地提高聚合物的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物，所述杂化物是壳聚糖分子先通过氮元素与ZIFs纳米片中的钴或锌离子结合，再通过氨基与硅藻土表面的羟基结合制备得到。

本发明的另一个目的在于提供一种上述ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物的制备方法，工艺简单、原料易得，对环境无污染，产物用于聚合物中时，可以有效提高聚合物阻燃抑烟性能和机械性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种如上所述ZIFs纳米片/壳聚糖/硅藻土杂化物的制备方法，包括如下步骤：

a)将壳聚糖溶液与六水合硝酸钴溶液或与六水合硝酸锌溶液混合超声，机械搅拌2h，再缓慢滴入2-甲基咪唑水溶液并反应2～4h，离心、过滤、干燥，得到中间产物ZC；