本發(fā)明屬于阻燃，具體涉及一種木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、ti3c2tx最早由barsoum于2011年發(fā)現(xiàn)，由于其具有類似金屬的導(dǎo)電性、可調(diào)節(jié)的表面特性和良好的機(jī)械特性，并且作為一種新型的二維納米材料引起了許多研究者的關(guān)注。由于獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和杰出的耐壓能力，ti3c2tx在能源存儲(chǔ)、傳感器、電磁干擾屏蔽和光催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。即使在沒(méi)有其他的表面活性劑或粘結(jié)劑的情況下，ti3c2tx也具有良好的親水性和水膠體穩(wěn)定性，因此根據(jù)這個(gè)特性可以生產(chǎn)出諸如纖維、薄膜和氣凝膠等各種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。另外ti3c2tx作為非常有前景且具有極大的研究?jī)r(jià)值的一種功能性納米填料，可以很容易地分散在聚合物材料中，從而可以制備出多類型的聚合物納米復(fù)合材料來(lái)增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)電性、火安全性和機(jī)械性能等。

2、一般認(rèn)為，分散良好的二維納米片在聚合物基體中燃燒時(shí)可產(chǎn)生“迷宮效應(yīng)”，在延長(zhǎng)基體中的氣流路徑的同時(shí)形成致密的殘?zhí)?，從而有效地阻止聚合物材料的更進(jìn)一步的燃。ti3c2tx作為一種典型的二維納米材料，具有高比表面積、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，所以在高溫下能夠構(gòu)建出緊密且具有保護(hù)作用的物理屏障。經(jīng)過(guò)高溫處理后，ti3c2tx粒子傾向于形成更高的結(jié)晶度并且仍然保持層狀形態(tài)，具有極佳的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其也被認(rèn)為是除石墨烯以外其他二維材料中理想的增強(qiáng)型填料。此外，ti3c2tx在聚合物基體中燃燒所產(chǎn)生的過(guò)渡金屬化合物被認(rèn)為具有良好的催化作用，能夠有效地阻礙煙霧釋放和有利于形成炭層。更進(jìn)一步說(shuō)，ti3c2tx得益于表面豐富的末端基團(tuán)，這使得它更易于改性，并且能與聚合物基體很好的結(jié)合，從而制備出高性能復(fù)合材料。與其他二維材料相比，ti3c2tx在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的多變性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且它的性能可以為了滿足許多特殊應(yīng)用的需求而“量身定做”。因此，作為諸多阻燃劑種類中的新成員，ti3c2tx在過(guò)去的幾年里引起了許多研究者的關(guān)注，其也被用于阻燃各種聚合物材料。然而，ti3c2tx也表現(xiàn)出一些本身所具有的缺陷，比如作為單獨(dú)的阻燃劑其阻燃性能有限，而且ti3c2tx表面的羥基等官能團(tuán)使其容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。除此之外，ti3c2tx的親水性導(dǎo)致其與pla基體之間的相容性非常差，這嚴(yán)重阻礙了它在阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供了一種木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑及其制備方法，通過(guò)在mxene納米片表面木質(zhì)素磺酸鹽與磷腈的交聯(lián)聚合并鰲合過(guò)渡金屬銅離子，成功制備了木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，不僅明顯提升阻燃抑制煙性能，還能改善疏水性能及其與pla基體之間的相容性，在盡可能降低阻燃劑的加入對(duì)pla基體機(jī)械性能惡化的同時(shí)提升pla復(fù)合材料的阻燃和抑煙性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將mxene超聲分散于去離子水中，得到mxene分散液；將aptes(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)加入至mxene分散液中，充分?jǐn)嚢杌靹?，?jīng)固液分離后得到硅烷化mxene；

5、(2)將硅烷化mxene和木質(zhì)素磺酸鈉(sls)超聲分散于乙腈中，得到混合漿液；將六氯三聚磷腈(hccp)超聲分散于乙腈中，得到六氯三聚磷腈溶液；將六氯三聚磷腈溶液和三乙胺(tea)同時(shí)逐滴加入至混合漿液中，加熱攪拌反應(yīng)后，固液分離后得到的固體樣品再超聲分散于去離子水中，并向其中逐滴加入氯化銅溶液，充分?jǐn)嚢杌靹?，即得木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，記為mxene/cls-pzs

6、本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，mxene作為一種典型的二維納米材料，能夠在高溫下能夠形成緊密的炭層且mxene中的過(guò)渡金屬化合物擁有良好的催化效應(yīng)，這可以有效地抑制煙霧的釋放以及有利于炭層的形成。但是mxene依然存在者一些缺陷，比如作為單獨(dú)的阻燃劑其阻燃性能有限，而且mxene表面的羥基等官能團(tuán)使其容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，除此之外，ti3c2tx的親水性導(dǎo)致其與pla基體之間的相容性非常差。

7、鑒于此，本發(fā)明通過(guò)在mxene納米片表面木質(zhì)素磺酸鹽與磷腈的交聯(lián)聚合并鰲合過(guò)渡金屬銅離子，成功制備了木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，其中木質(zhì)素磺酸鹽高溫下生成的so2氣體促進(jìn)炭層發(fā)泡膨脹的同時(shí)為炭層提供充足碳源，磷腈中由于存在豐富的n、p元素在氣相和凝聚相同時(shí)發(fā)揮阻燃作用：燃燒時(shí)發(fā)揮自由基捕獲效應(yīng)同時(shí)釋放n2、nh3稀釋o2與可燃?xì)怏w濃度；過(guò)渡金屬ti、cu元素協(xié)同催化促進(jìn)聚合物形成更厚實(shí)、更均勻的炭層，和生成的過(guò)渡金屬氧化物結(jié)合形成穩(wěn)定致密的物理屏障，隔絕傳質(zhì)傳熱與煙霧逸出，大大增強(qiáng)pla的阻燃抑煙效率，而且木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈包覆層能顯著改善阻燃劑的疏水性能，從而有利于改善阻燃劑與pla基體之間的相容性。

8、總之，本發(fā)明通過(guò)在mxene納米片表面木質(zhì)素磺酸鹽與磷腈的交聯(lián)聚合并鰲合過(guò)渡金屬銅離子，成功制備了木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，不僅明顯提升阻燃性能，還能改善疏水性能及其與pla基體之間的相容性，在盡可能降低阻燃劑的加入對(duì)pla基體機(jī)械性能惡化的同時(shí)提升pla復(fù)合材料的阻燃和抑煙性能。

9、優(yōu)選的，步驟(1)中，mxene分散液的濃度為0.2～0.5g：100ml。

10、優(yōu)選的，步驟(1)中，mxene和aptes的質(zhì)量體積比為1g：30～50ml。

11、優(yōu)選的，步驟(2)中，硅烷化mxene、木質(zhì)素磺酸鈉、六氯三聚磷腈和三乙胺的用量為1g：0.1～0.3g：0.05～0.2g：10～30ml。

12、優(yōu)選的，步驟(2)中，加熱溫度為30～50℃，反應(yīng)時(shí)間為8～24h。

13、本發(fā)明還提供了上述制備方法制得的質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑。

14、本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

15、(1)本發(fā)明通過(guò)在mxene納米片表面木質(zhì)素磺酸鹽與磷腈的交聯(lián)聚合并鰲合過(guò)渡金屬銅離子，成功制備了木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，其中木質(zhì)素磺酸鹽高溫下生成的so2氣體促進(jìn)炭層發(fā)泡膨脹的同時(shí)為炭層提供充足碳源，磷腈中由于存在豐富的n、p元素在氣相和凝聚相同時(shí)發(fā)揮阻燃作用：燃燒時(shí)發(fā)揮自由基捕獲效應(yīng)同時(shí)釋放n2、nh3稀釋o2與可燃?xì)怏w濃度；過(guò)渡金屬ti、cu元素協(xié)同催化促進(jìn)聚合物形成更厚實(shí)、更均勻的炭層，和生成的過(guò)渡金屬氧化物結(jié)合形成穩(wěn)定致密的物理屏障，隔絕傳質(zhì)傳熱與煙霧逸出，大大增強(qiáng)pla的阻燃抑煙效率；

16、(2)本發(fā)明通過(guò)在mxene納米片表面原位包覆木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈層，能顯著改善阻燃劑的疏水性能，從而有利于改善阻燃劑與pla基體之間的相容性。

17、總之，本發(fā)明通過(guò)在mxene納米片表面木質(zhì)素磺酸鹽與磷腈的交聯(lián)聚合并鰲合過(guò)渡金屬銅離子，成功制備了木質(zhì)素磺酸銅-聚磷腈交聯(lián)改性mxene阻燃劑，不僅明顯提升阻燃性能，還能改善疏水性能及其與pla基體之間的相容性，在盡可能降低阻燃劑的加入對(duì)pla基體機(jī)械性能惡化的同時(shí)提升pla復(fù)合材料的阻燃和抑煙性能。