一种Ag@NH2-POSS-bisDOPO阻燃剂及其制备方法和应用

本发明提供一种ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂及其制备方法和应用，涉及阻燃剂。

背景技术：

1、木材作为一种天然可再生生物质高分子材料，具有轻质高强、纹理美观、易加工、良好的环境学特性等众多优点，被广泛应用于家具、室内及建筑装饰材料等领域。但是木材自身的易燃，不仅限制广泛的用途，同时，火灾隐患的存在，给人们的生命以及财产带来一定的威胁。同时木材作为一种天然的生物有机材料，在环境中会受到环境、温湿度、生物等因素的影响从而受到一定的损害。当环境的温湿度上升到一定时，木材中的水分能够提供霉菌的生存环境，使得木材容易被霉菌侵蚀受到侵害，这将极大地限制了对木材的应用效果和应用场景。一直以来，开发具有阻燃抗菌功能的涂料是木材涂层功能化发展的重要方向之一。

2、目前，木材阻燃处理最常用的方法是浸渍处理，主要是将阻燃剂浸渍到木材内部，使木材在整体上具备阻燃性能，但此种处理工艺存在着阻燃剂用量大、成本高，对木材的力学性能会产生不良影响等缺陷。此外，目前关于阻燃剂的研究主要集中在卤系阻燃剂、金属化合物类阻燃剂及硼系阻燃剂等。含卤阻燃剂中的溴和氯会在高温下释放出有害气体,对健康和环境造成潜在危害，已逐渐被淘汰。例如,溴化阻燃剂可释放出卤代二苯醚(pbde),被认为可能对人类健康和环境产生潜在危害。金属化合物类阻燃剂具有阻燃性、抑烟性、环保等优点，但缺点是它的低水溶性和分散性，加上添加量高，同时还会影响木材的物理、机械性能和加工性能。虽然硼类阻燃剂具有明显提高木材的耐久性、毒性低、对木材的物理、力学性能影响小等优点，但仍然具有耐流失性差、在潮湿条件下容易析出等缺点。因此，开发简单、环保、高效的阻燃剂非常重要。

3、层层自组装(layer-by-layer self-assembly，lbl)是一种简便、易操作、多功能的界面超分子自组装技术。针对有些自身已带电荷的材料可直接用作基底；而自身不带电荷的材料，可以通过化学修饰的方法使其表面带上电荷，再将带有相反电荷的电解质通过交替吸附的方式让其停留在基底表面，借助分子之间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等)，使得试样在自组装的过程中自发缔合形成结构完整、性能稳定、具有特定功能的分子聚集体或超分子结构。将该技术应用在木材表面阻燃涂层的构建，能克服传统木材浸渍阻燃处理存在阻燃剂用量大，降低木材自身力学性能的不足。天然生物质材料例如壳聚糖、海藻酸钠、植酸、卡拉胶等，不仅绿色环保，同时还是良好的碳(氮)源和成碳剂，且其水溶液均带有电荷，是良好的聚电解质溶液。因此，利用上述聚电解质通过层层自组装技术在木材表面构建阻燃涂层，有望实现木材的阻燃。但有报道指出，仅使用上述聚电解质构建的阻燃涂层仍存在阻燃效率不高的不足。

4、多面体低聚倍半硅氧烷(poss)是一种由硅原子和氧原子组成的具有中空封闭笼状结构化合物，又称为立方硅烷，其结构由si-o-si骨架构成，具有可设计性，兼具热稳定性和化学稳定性，其三维直径在1-3nm，分子式为(rsio1.5)n，其中r是poss的外部有机基团(可以是甲基、苯基、环氧基、乙烯基、胺丙基等)，n可以是8、10、12等，而以n＝8最为常见。poss是真正分子水平上的无机-有机杂化体系，具有纳米尺寸效应和优异的耐热性、阻燃性、抗辐射性能等，能够在基体表面形成物理屏障或阻隔层，阻碍热量的进入，并抑制挥发物的形成，降低热释放量，显示出良好的阻燃效果。因此，综上利用poss基阻燃剂，协同上述生物质聚电解质在木材表面构建阻燃涂层，是一种简单、绿色环保、高效的阻燃技术，可实现木材的高效阻燃。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于：提供一种在木材表面层层自组装阻燃抗菌涂层的方法。本发明是将nh2-poss-bisdopo(参照中国专利cn112961359a)与agnps原位反应合成新型poss基阻燃剂(ag@bisdopo-nh2-poss)，然后将其制成聚阳离子电解质溶液，并结合聚阴离子电解质溶液对木材进行层层自组装，交替沉积于木材表面，构筑出阻燃抗菌涂层，实现木材的阻燃抗菌处理，具有良好的应用前景。

2、本发明ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂的制备方法，是利用nh2-poss-bisdopo阻燃剂与agnps原位反应后制备而成。

3、优选的，所述的ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将agno3溶于去离子水中，得到质量浓度为0.3％～0.5％的agno3水溶液；

5、s2、将nh2-poss-bisdopo阻燃剂浸泡在所述的agno3水溶液中进行溶胀吸附，浸泡时间为5～24h，浸泡结束后过滤、洗涤，吸附agno3的nh2-poss-bisdopo阻燃剂，备用；

6、s3、将nabh4溶于去离子水中，得到质量浓度为0.05％～0.8％的nabh4水溶液；

7、s4、将吸附agno3的nh2-poss-bisdopo阻燃剂浸泡在所述nabh4水溶液中，浸泡时间为12小时，浸泡结束后过滤干燥，得到ag@bisdopo-nh2-poss阻燃剂。

8、本发明还提供了一种ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂的应用方法，具体包括以下步骤：

9、(1)木材进行表面清洗后，干燥备用；

10、(2)配制聚阳离子复合电解质溶液：

11、首先，将壳聚糖粉末溶于质量浓度为1％的乙酸水溶液中，得到壳聚糖质量浓度为2％的壳聚糖乙酸水溶液；

12、然后，在所述壳聚糖乙酸水溶液中加入所述ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂，混合均匀后得到ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂质量浓度为5％的聚阳离子复合电解质溶液；

13、(3)配制聚阴离子电解质溶液

14、将植酸(即，肌醇六磷酸)溶于水中，得到质量浓度为2％的植酸水溶液，即为聚阴离子电解质溶液；

15、(4)层层自组装

16、将步骤(1)处理后的木材先浸渍在所述聚阳离子复合电解质溶液中，浸渍时间为5-30min，取出后洗净表面多余液体后烘干，然后浸渍在所述聚阴离子电解质溶液中，浸渍时间为5-10min，取出后洗净表面多余液体后烘干，然后再重复循环浸渍；最后烘干至绝干。

17、5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(1)的干燥温度为60℃，干燥时间为30min。

18、优选的，步骤(4)的烘干温度为60-100℃。

19、优选的，步骤(4)的循环浸渍的次数为5-15次。

20、更优选的，步骤(4)的循环浸渍次数为7次。

21、与现有技术相比，本发明提供了一种新型的poss型阻燃剂，具体为ag@nh2-poss-bisdopo阻燃剂。本发明是将nh2-poss-bisdopo(参照中国专利cn112961359a)与agnps原位反应合成新型poss基阻燃剂(ag@bisdopo-nh2-poss)，然后将其制成聚阳离子电解质溶液，并结合聚阴离子电解质溶液对木材进行层层自组装，交替沉积于木材表面，构筑出阻燃抗菌涂层，实现木材的阻燃抗菌处理，具有良好的应用前景。