CN116253986B - 一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，包括：乙烯基磷酸、尿素和水在油浴锅中进行反应，去除多余的溶剂，得到乙烯基磷酸衍生物；在生物质材料中加入乙烯基磷酸衍生物和去离子水，在催化剂作用下反应，得到含磷生物质阻燃剂；使用硅烷偶联剂对纳米粒子进行改性，得到改性纳米粒子，在含磷生物质阻燃剂加入改性纳米粒子进行接枝，然后加入水性聚氨酯乳液、水进行共混，得到水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯，并对棉布进行涂层处理。本发明以生物质充当炭源，在燃烧过程中形成炭层，阻碍燃烧的进行，解决传统的阻燃剂阻燃效率慢的问题，接枝纳米粒子赋予了阻燃剂抗菌的特性，解决了阻燃剂绿色环保的要求。

Description

一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法
技术领域
本发明涉及生物质阻燃剂的技术领域，具体涉及一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法。
背景技术
随着科技技术的发展和环保意识的深入人心，绿色环保型阻燃剂越来越受人们的广泛关注，生物质阻燃剂可以满足人们对绿色环保的要求，在使用过程中不会产生有毒气体。生物质具有生物可降解性、生物相容性的特性，在燃烧过程中可以发挥成炭的作用。目前使用范围较广的生物质有纤维素、淀粉、壳聚糖、甲壳素等，但是生物质本身的阻燃效果较差、耐热性低，因此需要对生物质进行改性处理，赋予生物质阻燃、抗菌的效果。
卤系的阻燃剂具有优异的阻燃效果、成本较低的特点，但是燃烧过程中会产生大量的浓烟和有害气体，不仅会对人类身体健康造成伤害，而且对环境有很大的污染。因此，开发绿色环保的阻燃剂具有重要的意义。
申请号200610021495.1的中国专利公开了一种无卤阻燃含磷化合物的制备方法，以双马来酰亚胺和DOPO为原料，通过溶液法或熔融法进行制备，得到高热稳定性的阻燃剂，且该制备方法简洁、不含卤元素，燃烧过程中阻燃效率较高。
申请号201210379007.X的中国专利公开了一种氮磷阻燃剂及其制备方法与应用，将芳香二甲醛、4-氨基苯酚、DOPO进行反应，得到反应型磷氮的阻燃剂，可以采用多种方式与聚合物反应，提高材料的阻燃效率，但是阻燃剂的抗菌性不足。
申请号202010782442.1的中国专利公开了一种生物质复合聚磷酸铵膨胀阻燃剂及其制备方法和应用，通过淀粉衍生物、生物质进行复合交联，形成致密层附在聚磷酸铵表面，阻燃效果较好的复合膨胀阻燃剂，但是存在耐水性差、抗菌性差的问题。
申请号202010285581.3的中国专利公开了一种全生物基阻燃剂、阻燃PLA复合材料及其制备方法，将生物质含硫氨基酸水溶液加到植酸中，通过离子络合反应制备阻燃剂，但是反应转化率受温度的影响较大，使得阻燃剂的使用量增加。
在此基础上，我们提出利用乙烯基衍生物改性生物质，制备生物质阻燃剂，接枝纳米粒子，赋予生物质阻燃剂高效阻燃抗菌的特点，应用于聚氨酯涂层，提高聚氨酯的抗熔滴和阻燃性。
发明内容
本发明提供了一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，以生物质充当炭源，在燃烧过程中形成炭层，阻碍燃烧的进行，解决传统的阻燃剂阻燃效率慢的问题，接枝纳米粒子赋予了阻燃剂抗菌的特性，解决了阻燃剂绿色环保的要求。
一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，首先制备乙烯基磷酸衍生物，对生物质进行接枝改性，制备水性高效生物质阻燃剂，并赋予阻燃剂抗菌性，然后与聚氨酯乳液共混，赋予聚氨酯涂层抗菌阻燃性。其特征在于，实验步骤包括：
(1)乙烯基磷酸衍生物的制备：乙烯基磷酸衍生物是通过乙烯基磷酸、尿素和去离子水混合，在油浴锅中进行反应，然后通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，最终得到淡黄色粘性液体。
(2)生物质阻燃剂的制备：通过接枝乙烯基磷酸衍生物对生物质材料进行改性处理，以生物质材料作为成炭剂，制备一种高效生物质阻燃剂。在生物质材料中加入合成的乙烯基磷酸衍生物和去离子水，在催化剂作用下反应，使生物质接枝含磷活性基团，得到含磷生物质阻燃剂，而且含有较高含量的氮元素，可以提高阻燃效果。
式I是生物质阻燃剂的合成过程：
式I中R1为以下结构中的一种：
式I中R2为以下结构中的一种：
(3)抗菌阻燃剂的制备：使用硅烷偶联剂对纳米粒子进行改性，加入生物质阻燃剂进行接枝，然后加入聚氨酯乳液、去离子水进行共混，搅拌分散均匀，赋予水性聚氨酯涂层高效的抗菌性和阻燃性。
生物质选择壳聚糖为例，式II是纳米粒子TiO2接枝生物质阻燃剂的过程：
所述的生物质是纤维素及其衍生物(羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等)、壳聚糖及其衍生物(羟丙基壳聚糖、N-三甲基壳聚糖、羧甲基壳聚糖等)、甲壳素及其衍生物(羧甲基甲壳素、脱乙酰甲壳素)、海藻酸钠中的一种或多种。
具体地，一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，包括：
(1)一种高效生物质阻燃剂的制备：
将乙烯基磷酸、尿素和去离子水加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为100～130℃，进行反应，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为45～60℃，时间为20～40min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与生物质的质量比为1:1～20:1，使物质接枝含磷活性基团，在催化剂的作用下，接枝得到生物质阻燃剂。
(2)将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2～5：0.2～0.5。在生物质阻燃剂中，加入改性纳米粒子进行接枝，然后与水性聚氨酯乳液、去离子水进行共混，赋予水性聚氨酯涂层高效的抗菌性和阻燃性。
所述的步骤(1)中乙烯基磷酸与尿素的质量比为5～20：3～12，具体可为10：6，去离子水的添加量为乙烯基磷酸和尿素总质量的1～3倍，具体可为1.5倍，加入到三口烧瓶中，通入氮气，在100～130℃下，具体可为120℃，进行磁力搅拌2～3h，得到淡黄色透明液体。然后通过旋转蒸发仪除去多余的溶剂，温度为45～60℃，时间为20～40min，具体可为温度50℃时间30min，得到淡黄色粘性液体，制备出乙烯基衍生物。
所述的步骤(1)中将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与生物质的质量比为1:1～20:1，放置于60～80℃的恒温水浴锅中，加入催化剂，其中催化剂的浓度为10～50g/L，具体可为20g/L，反应1～3h后得到生物质阻燃剂。
所述的步骤(2)中使用硅烷偶联剂对纳米粒子进行改性处理，其中硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2～5：0.2～0.5，在温度为50～80℃下搅拌1～6h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。
所述的步骤(2)中在生物质阻燃剂中加入改性纳米粒子，改性纳米粒子的质量为0.8～2.4g，然后与水性聚氨酯乳液、去离子水进行共混，其中水性聚氨酯乳液质量为4～24g，制备高效抗菌阻燃聚氨酯涂层。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明提供了一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法及应用，以生物质作为炭源，接枝含磷基团，赋予水性聚氨酯涂层高效阻燃性，解决了聚氨酯阻燃效率慢的问题。
二、本发明提供了一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法及应用，阻燃剂在水性聚氨酯中具有较好的相容性，而且分散性好，解决了聚氨酯易析出的问题。
三、本发明提供了一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法及应用，制备的聚氨酯涂层具有较好的黏结性以及抗熔滴性。
附图说明
图1是实施案例3中乙烯基衍生物和生物质阻燃剂的红外光谱图。
具体实施方式
生物质选择壳聚糖为例，按照表1不同配方，结合案例1～13对本发明进行详细说明。
表1
对照例1：使用水性聚氨酯对棉布进行涂层处理，经测试，评定为不阻燃。
实施例1：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为5:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例2：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为10:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例3：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
如图1所示，在乙烯基衍生物的红外光谱中，3220cm-1、1460cm-1处分别是NH4 +的拉伸和振动特征峰，表明了乙烯基衍生物的成功合成；在生物基阻燃剂的红外光谱中，1160cm-1是P＝O的特征峰，994cm-1处是P-O-C的特征峰，这表明乙烯基衍生物的-P＝O(ONH4 +)2成功与壳聚糖上的-OH接枝，生物质阻燃剂成功合成。
实施例4：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为20:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
经测试：当乙烯基磷酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1时，棉布涂层具有较好的阻燃效果，极限氧指数高达34.7％，残炭率为36.6％。
实施例5：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入0.8g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例6：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入1.2g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例7：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入1.6g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例8：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.4g改性纳米粒子进行接枝，最后加入20g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
经测试：当乙烯基磷酸衍生物与生物质的质量比为15:1，加入2.0g改性纳米粒子时，棉布涂层不仅具有较好的阻燃效果，而且具有高效的抗菌性。
实施例9：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入4g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例10：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入8g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例11：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入12g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
实施例12：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入16g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
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实施例13：
将10g乙烯基磷酸、6g尿素和去离子水24g加入三口烧瓶中，在氮气环境下，反应温度为120℃，进行磁力搅拌反应2.5h，得到淡黄色透明液体后，再冷却到室温25℃，通过旋转蒸发仪去除多余的溶剂，温度为50℃，时间为30min，得到淡黄色粘性液体乙烯基衍生物。将乙烯基衍生物加入生物质中，其中乙烯酸衍生物与壳聚糖的质量比为15:1，放置于70℃的恒温水浴锅中，加入催化剂双氰胺，其中催化剂的浓度为20g/L，反应2h后得到生物质阻燃剂。使用硅烷偶联剂对纳米粒子TiO2(30nm)进行改性处理，硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2：0.2，将纳米粒子TiO2加入到无水乙醇和去离子水一定比例下(70:30)的混合溶剂中，加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，温度为65℃下搅拌3h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子。在5g生物质阻燃剂中，加入2.0g改性纳米粒子进行接枝，最后加入24g水性聚氨酯乳液、73g去离子水进行共混，并对棉布进行涂层处理。
经测试：当乙烯基磷酸衍生物与生物质的质量比为15:1，加入2.0g改性纳米粒子，水性聚氨酯为12g时，棉布涂层的垂直燃烧等级为V-0，极限氧指数达38.4％，具有较好的阻燃效果，抗菌效果达99％，拉伸强度达126.15MPa。

Claims (8)

1.一种水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）乙烯基磷酸衍生物的制备：通过乙烯基磷酸、尿素和去离子水混合，在油浴锅中进行反应，然后通过旋转蒸发去除多余的溶剂，得到乙烯基磷酸衍生物；
（2）生物质阻燃剂的制备：在生物质材料中加入乙烯基磷酸衍生物和水，在催化剂作用下反应，使生物质接枝含磷活性基团，得到含磷生物质阻燃剂；
所述的生物质材料为壳聚糖、羟丙基壳聚糖或羧甲基壳聚糖；
（3）抗菌阻燃剂的制备：使用硅烷偶联剂对纳米粒子进行改性，得到改性纳米粒子，在含磷生物质阻燃剂中加入改性纳米粒子进行接枝，然后加入水性聚氨酯乳液、水进行共混，搅拌分散均匀，得到水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯；
所述的纳米粒子为纳米TiO2。
2.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的乙烯基磷酸与尿素的质量比为5～20：3～12，反应的温度为100～130 ℃。
3.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述旋转蒸发的条件为：温度为45～60 ℃，时间为20～40 min。
4.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的乙烯基磷酸衍生物与生物质材料的质量比为1:1～20:1。
5.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的催化剂为双氰胺、三聚氰胺中的一种。
6.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，反应的条件为：反应温度在60～85 ℃，反应时间为1～4 h。
7.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，使用硅烷偶联剂对纳米粒子进行改性，具体包括：将纳米粒子加入到乙醇与去离子水混合溶剂中，再加入硅烷偶联剂，对纳米粒子进行改性处理，在温度为50～80℃下搅拌1～6 h，经过多次离心洗涤，烘干、研磨得到改性纳米粒子；
所述的硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为2～5：0.2～0.5。
8.根据权利要求1所述水性高效生物质抗菌阻燃聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的改性纳米粒子与水性聚氨酯乳液的质量比为0.8～2.4 ：4～24 。
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