水性聚丙烯酸酯乳液的环保应用日益突出。在建筑、工业以及汽车涂料领域，这类乳液以其优异的耐候性和力学性能，得到广泛应用。然而，丙烯酸酯类聚合物的易燃特性，为安全带来了挑战。
传统上，人们在乳液中添加阻燃剂如聚磷酸铵、三聚氰胺、金属氢氧化物等提升性能，但该方法阻燃剂用量大，与基材相容性差，从而损害乳液的力学性能。为改进此状况，研究人员通过创新设计，寻求低成本、储存稳定的阻燃水性聚丙烯酸酯乳液。
在制备过程中，首先将丙烯酸酯单体、2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、乳化剂与水混合，通过高速搅拌进行预乳化。紧接着，加入磷酸锆，进一步预乳化，以生成预乳液。半连续预乳化乳液聚合技术用于制备磷酸锆改性聚丙烯酸酯乳液。通过调节乳液的pH值，并加入含氮酚醛树脂水溶液，最终得到具有优异阻燃性能和力学性能的乳液。
实验结果显示，在乳液中添加1.0wt%磷酸锆与35.0wt%水性含氮酚醛树脂，乳液的极限氧指数从22.0%提升至30.5%，达到难燃级别。同时，材料的铅笔硬度从HB升级到H，改善了耐磨性。这一发现说明磷酸锆在增强材料力学性能、改善乳液阻燃性能方面发挥关键作用。
原理上，磷酸锆作为一种尺寸可控、具有固体酸催化效应的二维层状纳米材料，能够很好地分散在聚丙烯酸酯基材中，且不会影响材料的力学性能。其层间富含大量的Brφnsted酸点与Lewis酸点，在高温下能催化酚醛树脂与聚丙烯酸酯交联成炭，形成“屏障，阻止可燃气体、氧气和热量传输，有效提高阻燃性能，并有益于聚丙烯酸酯力学性能的增强。
酚醛树脂选用的是水溶性类型，与聚丙烯酸乳液相容性佳，解决了传统阻燃剂与基材相容性差的问题，保障了乳液力学性能的优化。
展望未来，磷酸锆的创新应用有望在更多功能化涂料设计领域展现独特优势，助力解决产品可靠性低或环保指标问题。通过结合磷酸锆二维层状纳米材料，涂料领域将迎来更多个性化、绿色、可靠的新产品，满足市场日益增长的需求。
