一种MXene作为自由基引发剂的应用制造技术

本发明专利技术具体公开了一种MXene作为引发剂的应用，MXene作为引发剂，引发烯烃单体在除氧条件下聚合；所述的MXene由MAX置于刻蚀液中，在超声辅助下同步刻蚀剥离、随后经洗涤，得到。本发明专利技术创新地发现，所述超声辅助同步刻蚀剥离方法制得的MXene出人意料地具有良好的引发作用，可在无需现有常规引发条件下(例如无常规的光引发或者普通自由基引发剂引发下)，即可自身引发烯烃单体聚合。

Application of MXene as a free radical initiator

【技术实现步骤摘要】
一种MXene作为自由基引发剂的应用
本专利技术涉及MXene和自由基聚合领域，且特别涉及一种MXene的制备方法及MXene作为自由基引发剂的应用。
技术介绍
自由基聚合在高分子科学与工业中占有极其重要的地位，聚合反应属链式聚合反应，主要包括链引发、链增长、链终止和链转移四个基元反应。二维MXene片层是一类新型的层状纳米材料，具有类似石墨烯的二维结构、金属导电性及优良的电化学性能等，在储能、催化、生物医用、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等诸多领域展现良好的应用前景{无机材料学报2017,32(06),561-570}。目前MXene材料的制备方法一般以HF、LiF/HCl、NaHF2、KHF2或NH4HF2为刻蚀剂，先刻蚀，后剥离{AdvancedMaterials2018,30(52),1804779}，处理时间较长，效率较低。虽然现在已经有二维MXene材料具有自引发光接枝和光聚合(self-initiatedphotograftingandphotopolymerization，简称SIPGP)的作用{ChemicalCommunications2015,51(2),314-317}，该类MXene引发聚合的机理为在紫外光的辐照下，MXene表面被激发产生自由基，进一步引发单体聚合。目前尚未见无需光照条件直接以二维MXene材料作为自由基引发剂引发烯烃类单体聚合及合成聚合物水凝胶的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MXene作为自由基引发剂的应用。本专利技术第二目的在于，提供一种采用MXene作为自由基引发剂制备聚合物水凝胶的方法。一种MXene作为自由基引发剂的应用，将MXene作为引发剂，引发烯烃单体在除氧条件下聚合；所述的MXene的制备方法为：将前驱体MAX置于刻蚀液中，在超声辅助下同步刻蚀剥离、随后经洗涤，得到MXene二维材料；所述的M为过渡金属中的至少一种；优选为Ti或Nb；所述的A为IIIAorIVA元素中的至少一种；优选为Al；所述的X为C和/或N。本专利技术创新地发现，所述超声辅助同步刻蚀剥离方法制得的MXene，其表面性质、基团和现有常规的MXene不同，通过所述的超声辅助同步刻蚀和剥离工艺获得的MXene二维材料出人意料地具有引发作用，可在无需现有常规引发条件下(例如无常规的光引发或者普通自由基引发剂引发下)，即可自身引发烯烃单体聚合。本专利技术所述MXene的超声辅助下的同步刻蚀和剥离的制备方法是赋予制得的材料引发功能的关键，相较于现有的方法，本专利技术制备方法制得的二维材料出人意料地可表现出优异的自由基引发作用。作为优选，所述的刻蚀液为LiF/HCl的混合水溶液；其中，LiF的浓度为0.01～0.1g/mL；优选为0.08g/mL；HCl的摩尔浓度为6～12mol/L，优选为9mol/L。作为优选，超声的功率为50～1000W；进一步优选为300W；超声时间为30min～12h；进一步优选为6h。本专利技术优选的MXene层状化合物制备过程为：通过LiF/HCl作为刻蚀剂，采用超声刻蚀/剥离同步法，刻蚀12h后，用去离子水，在3500rpm下离心洗涤至pH5～6，再用12000rpm离心得到上清液，得到的上清液即为MXene纳米片。作为优选，本专利技术中，聚合过程在无光引发(避光或者无光)条件下进行，或者，在无外加过硫酸盐化合物、过氧化物、核黄素中的至少一种的自由基引发剂下进行。本专利技术所述的应用，采用本专利技术创新的超声辅助同步刻蚀剥离法制得的MXene，可以出人意料地起到引发烯烃单体聚合的作用；可无需紫外光照、或者常规自由基引发剂(例如过硫酸盐、过氧化氢、核黄素)的作用下，即使在黑暗下也可引发所述的烯烃单体聚合。不仅如此，还能够改善制得自身引发获得的聚合物的性能。作为优选，所述的应用，MXene作为引发剂，引发烯烃单体在除氧条件下聚合得到游离聚合物和接枝到MXene片层上的聚合物。作为优选，所述的烯烃单体为丙烯酸类单体。优选的烯烃单体在本专利技术所述的MXene的除氧引发下，可成功实现聚合及进一步凝胶化。进一步优选，所述的烃单体为具有式1、式2结构式的单体；R1～R3独自为H、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基或C1～C6的N-取代烷基氨基；最优选，所述的烯烃单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、丙烯酰胺(AAm)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、丙烯酸(AAc)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等单体中的至少一种。作为优选，所述引发剂与单体的质量比为0.01～100。作为优选，聚合起始溶液中，单体浓度为0.01～30wt％。作为优选，聚合反应的温度为0～60℃。作为优选，聚合反应时间为5min～24h。本专利技术还提供了一种聚合物水凝胶的制备方法，由MXene、丙烯酸类单体组成的水溶液在除氧条件下聚合得到。现有技术中，丙烯酸类单体通常需在在紫外引发，或者自由基引发剂例如过硫酸盐、过氧化氢、核黄素，实现聚合和凝胶化。而本专利技术创新地采用所述的超声辅助制备方法制得的MXene作为引发剂，可使丙烯酸类单体在黑暗条件下聚合和凝胶化。不仅如此，较其它引发剂引发制备的凝胶，采用该方法制得的凝胶具有光热转换性质。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术首次发现且通过EPR、核磁共振等手段证实，本专利技术所述的超声辅助同步刻蚀剥离手段获得的MXene具有引发作用，可在无紫外、无常规自由基引发剂下，即可引发多种单体聚合。(2)本专利技术超声辅助刻蚀剥离法制备得到的MXene，不仅能引发单体制得的水凝胶，而且能赋予水凝胶表现出优异的光热效应。附图说明图1.实施例2不同MXene材料引发丙烯酰胺单体聚合形成聚合物水凝胶图；图2.实施例2Ti3C2电子顺磁共振谱图(EPR)；图3.实施例3Ti3C2纳米片引发不同单体聚合形成聚合物水凝胶图；图4.实施例4Ti3C2纳米片引发NIPAM聚合1HNMR图；图5.对比例3Ti3C2纳米片引发NIPAM聚合1HNMR图；图6.实施例5Ti3C2纳米片引发NIPAM聚合形成聚合物水凝胶在808nm照射下的升温图。具体实施方式以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1.超声辅助同步刻蚀剥离工艺制备Ti3C2、Ti2C、Nb2C二维纳米材料Ti3C2的制备：将0.125gTi3AlC2均匀分散在0.2gLiF/2.5mLHCl(9M)溶液中，300W超声反应6h后，用去离子水反复洗涤至pH约为5～6；然后，用12000rpm离心10min取上清液得到Ti3C2纳米片。Ti2C的制备：将0.09gTi2AlC均匀分散在0.13gLiF/2.5mLHCl(3M)溶液中，300W超声反应6h后，用去离子水反复洗涤至pH约为5～6；然后用12000rpm离心10min取上清液得到Ti2C纳米片。Nb2C的制备：将0.144gNb2AlC均匀分散在0.23gLiF/3mLHCl(9M)溶液中，300W超声反应6h后，用去离子水反复洗涤至pH约为5～6；然后，用12000rpm离心10min取上清液得到Nb2C纳米片。实施例2.不同MXene材料(实施例1制备)引发丙烯酰胺聚合取80mg的丙烯酰胺单体溶解在1m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MXene作为自由基引发剂的应用，其特征在于，将MXene作为引发剂，引发烯烃单体在除氧条件下聚合；所述的MXene由MAX置于刻蚀液中，在超声辅助下同步刻蚀剥离、随后经洗涤，得到；所述的M为过渡金属中的至少一种；所述的A为IIIA或IVA元素中的至少一种；所述的X为C和/或N。

【技术特征摘要】
1.一种MXene作为自由基引发剂的应用，其特征在于，将MXene作为引发剂，引发烯烃单体在除氧条件下聚合；所述的MXene由MAX置于刻蚀液中，在超声辅助下同步刻蚀剥离、随后经洗涤，得到；所述的M为过渡金属中的至少一种；所述的A为IIIA或IVA元素中的至少一种；所述的X为C和/或N。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的刻蚀液为LiF/HCl的混合水溶液；其中，LiF的浓度为0.01～0.1g/mL，优选为0.08g/mL；HCl的摩尔浓度为6～12mol/L，优选为9mol/L。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，超声的功率为50～1000W，优选为300W；超声时间为30min～12h，优选为6h。4.如权利要求1～3任一项所述的应用，其特征在于，聚合过程在无光引发条件下进行，或者，在无外加过硫酸盐化合物、过氧化物、核黄素中的至少一种的自由基引发剂下进行。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，MXene作为引发剂，引发烯烃单体在避光条件下聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，张德盘，陶娜，李锡龙，孙晓毅，刘又年，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43