一种聚多巴胺螯合Fe3+包覆镁铝水滑石协效剂改性碳化钛阻燃剂及其制备方法

本发明属于阻燃，具体涉及一种聚多巴胺螯合fe3+包覆镁铝水滑石协效剂改性碳化钛阻燃剂及其制备方法。

背景技术：

1、ti3c2tx最早由barsoum于2011年发现，由于其具有类似金属的导电性、可调节的表面特性和良好的机械特性，并且作为一种新型的二维纳米材料引起了许多研究者的关注。由于独特的层状结构和杰出的耐压能力，ti3c2tx在能源存储、传感器、电磁干扰屏蔽和光催化等领域展现出巨大的潜力。即使在没有其他的表面活性剂或粘结剂的情况下，ti3c2tx也具有良好的亲水性和水胶体稳定性，因此根据这个特性可以生产出诸如纤维、薄膜和气凝胶等各种结构的产品。另外ti3c2tx作为非常有前景且具有极大的研究价值的一种功能性纳米填料，可以很容易地分散在聚合物材料中，从而可以制备出多类型的聚合物纳米复合材料来增强复合材料的导电性、火安全性和机械性能等。

2、一般认为，分散良好的二维纳米片在聚合物基体中燃烧时可产生“迷宫效应”，在延长基体中的气流路径的同时形成致密的残炭，从而有效地阻止聚合物材料的更进一步的燃烧。ti3c2tx作为一种典型的二维纳米材料，具有高比表面积、优异的结构稳定性和热稳定性的特点，所以在高温下能够构建出紧密且具有保护作用的物理屏障。经过高温处理后，ti3c2tx粒子倾向于形成更高的结晶度并且仍然保持层状形态，具有极佳的结构稳定性。其也被认为是除石墨烯以外其他二维材料中理想的增强型填料。此外，ti3c2tx在聚合物基体中燃烧所产生的过渡金属化合物被认为具有良好的催化作用，能够有效地阻碍烟雾释放和有利于形成炭层。更进一步说，ti3c2tx得益于表面丰富的末端基团，这使得它更易于改性，并且能与聚合物基体很好的结合，从而制备出高性能复合材料。与其他二维材料相比，ti3c2tx在结构和化学成分的多变性方面具有独特的优势，并且它的性能可以为了满足许多特殊应用的需求而“量身定做”。因此，作为诸多阻燃剂种类中的新成员，ti3c2tx在过去的几年里引起了许多研究者的关注，其也被用于阻燃各种聚合物材料。然而，ti3c2tx也表现出一些本身所具有的缺陷，比如作为单独的阻燃剂其阻燃性能有限，而且ti3c2tx表面的羟基等官能团使其容易发生团聚现象。除此之外，ti3c2tx的亲水性导致其与eva基体之间的相容性非常差，这严重阻碍了它在阻燃领域的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种聚多巴胺螯合fe3+包覆镁铝水滑石协效剂改性碳化钛阻燃剂及其制备方法，通过在碳化钛的表面附着水滑石，再利用多巴胺的自聚合在水滑石表面包覆聚多巴胺(pda)，并进一步螯合fe3+制得有机无机杂化阻燃剂ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe，不仅明显提升阻燃性能，还能改善疏水性能及其与eva基体之间的相容性，在尽可能降低阻燃剂的加入对eva基体机械性能恶化的同时提升eva复合材料的阻燃和抑烟性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种聚多巴胺螯合fe3+包覆镁铝水滑石协效剂改性碳化钛阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将ti3c2tx粉末超声分散于去离子水中，得到ti3c2tx分散液；将mg2+盐与al3+盐超声分散于水中，得到混合盐溶液；将naoh和na2co3超声分散于水中，得到混合碱溶液；将混合盐溶液和混合碱溶液同时滴入ti3c2tx分散液中，反应即得ti3c2tx/mgal ldh；

5、(2)将ti3c2tx/mgal ldh和盐酸多巴胺超声分散于去离子水中，再依次加入fe3+盐和三(羟甲基)氨基甲烷，反应即得ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe。

6、本领域技术人员知晓，ti3c2tx作为一种典型的二维纳米材料，能够在高温下能够形成紧密的炭层且ti3c2tx中的过渡金属化合物拥有良好的催化效应，这可以有效地抑制烟雾的释放以及有利于炭层的形成。但是ti3c2tx依然存在者一些缺陷，比如作为单独的阻燃剂其阻燃性能有限，而且ti3c2tx表面的羟基等官能团使其容易发生团聚现象，除此之外，ti3c2tx的亲水性导致其与eva基体之间的相容性非常差。

7、鉴于此，本发明通过镁铝水滑石进行无机改性，在ti3c2tx的表面和层间插入镁铝水滑石，螯合的fe以及分解的ti等过渡金属增强催化炭化效应，有利于在凝聚相中形成更连续、更紧密的阻隔炭层，显著提高炭层的数量和质量，从而增强传热和传质的阻隔效果；pda进行有机改性，其对过渡金属具有螯合作用，且能显著改善阻燃剂的疏水性能(ti3c2tx和mgal ldhs表面因含有较丰富的像-oh这样的亲水基团，所以其wca值分别为32.6和22.6，而ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe的wca值高达88.6)，从而有利于改善阻燃剂与eva基体之间的相容性。

8、总之，本发明通过镁铝水滑石的无机改性和pda螯合fe3+的有机改性，构筑了有机无机杂化阻燃剂ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe，不仅明显提升阻燃性能，还能改善疏水性能及其与eva基体之间的相容性，在尽可能降低阻燃剂的加入对eva基体机械性能恶化的同时提升eva复合材料的阻燃和抑烟性能。

9、优选的，步骤(1)中，ti3c2tx分散液的浓度为0.1～1g：100ml。

10、优选的，步骤(1)中，mg2+盐与al3+盐的摩尔比为3：1，混合盐溶液中mg2+的浓度为0.01～0.1mol·l-1；naoh与na2co3的摩尔比为0.5～2：1，混合碱溶液中na2co3的浓度为0.05～0.15mol·l-1。

11、优选的，步骤(1)中，滴入过程中ti3c2tx分散液的ph保持在9～11，反应温度为80～120℃，反应时间为6～12h。

12、优选的，步骤(2)中，ti3c2tx/mgal ldh、盐酸多巴胺、fe3+盐和三(羟甲基)氨基甲烷的质量比为1：0.8～1.2：0.2～0.6：1.0～1.5，fe3+盐为fecl3·6h2o，ti3c2tx/mgal ldh的浓度为0.1～0.5g：100ml。

13、优选的，步骤(2)中，反应温度为25～50℃，反应时间为12～36h。

14、本发明还提供了上述制备方法制得的聚多巴胺螯合fe3+包覆镁铝水滑石协效剂改性碳化钛阻燃剂。

15、本发明的优势在于：

16、(1)本发明通过镁铝水滑石进行无机改性，在ti3c2tx的表面和层间插入镁铝水滑石，螯合的fe以及分解的ti等过渡金属增强催化炭化效应，有利于在凝聚相中形成更连续、更紧密的阻隔炭层，显著提高炭层的数量和质量，从而增强传热和传质的阻隔效果；

17、(2)本发明通过pda进行有机改性，其对过渡金属fe具有螯合作用，且能显著改善阻燃剂的疏水性能(ti3c2tx和mgal ldhs表面因含有较丰富的像-oh这样的亲水基团，所以其wca值分别为32.6和22.6，而ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe的wca值高达88.6)，从而有利于改善阻燃剂与eva基体之间的相容性。

18、总之，本发明通过镁铝水滑石的无机改性和pda螯合fe3+的有机改性，构筑了有机无机杂化阻燃剂ti3c2tx/mgal ldh@pda-fe，不仅明显提升阻燃性能，还能改善疏水性能及其与eva基体之间的相容性，在尽可能降低阻燃剂的加入对eva基体机械性能恶化的同时提升eva复合材料的阻燃和抑烟性能。