一种改性MXene负载金属氧化物复合及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，具体地说，是一种改性MXene负载金属氧化物复合材料及其制备方法与应用。本发明专利技术提供的改性MXene负载金属氧化物复合材料，包括改性MXene载体和金属氧化物，所述改性MXene载体的质量占比为25

【技术实现步骤摘要】
一种改性MXene负载金属氧化物复合及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，具体地说，是一种改性MXene负载金属氧化物复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]硅橡胶是一种以Si
‑
O为主链的有机橡胶，大量应用在航空航天、国防等领域，随着科技的不断发展，对硅橡胶的耐热性要求也越来越高，目前提升硅橡胶耐热性的主要途径之一是添加耐热助剂，最常用的就是添加金属氧化物，诸如氧化铁、氧化铜等。
[0003]利用金属氧化物作为耐热添加剂增强高分子耐热性的研究很多，专利CN104725686A使用氧化铁，氧化锑和氧化锌与促进剂、硫化剂、抗氧剂等通过混炼的方式与丁苯橡胶复合，其使用温度在145
±
5℃。专利CN103965641A以一种球形聚硅氧烷粉体负载氧化铁或者氧化铈作为耐热剂，以铂作为催化剂，以及甲基丁炔醇与白炭黑分别作为抑制剂和补强剂等通过溶液聚合的方式得到加成型耐热液体硅橡胶组合物，其使用温度在270℃
‑
350℃之间。专利CN1912005A以氧化铁红和混合稀土氧化物作为耐热剂，以有机胍作为催化剂，通过真空搅拌反应得到产物，其使用温度达300℃，但易引起催化剂中毒等问题。专利CN101735620A通过混炼的工艺方式，以氧化铈和聚酰亚胺作为耐热添加剂，以羟基硅油，二甲基硅油作为耐油添加剂，加入硅烷偶联剂制备得到耐高温甲基乙烯基硅橡胶，其使用温度在300℃以上。
[0004]上述研究中共同存在的问题在于制备流程复杂，有可能引起催化剂中毒，耐热填料在橡胶基质中分散性较差，易引起团聚现象，当添加量过大时对橡胶基质的力学以及耐热性产生负面作用，所以使用某种载体提升金属氧化物与橡胶基体相容性以及分散性成为了一种有望解决这些问题的方式。
[0005]MXene是一种二维层状过渡金属碳/氮化物，具有类似石墨烯的二维片层结构，结构通式为Mn+1XnTx。其中，T表示终止官能团，如
‑
OH、
‑
F、＝O；M为早期过渡金属元素，如Ti、V、Cr、Zr、Nb等；X代指C或N元素。MXene材料的常规制备方法是蚀刻MAX相，优先破坏M
‑
A键而保留M
‑
X键，这样制备出来的MXene表面具有大量官能团，可利用MXene作为金属氧化物载体来提升与硅橡胶基体相容性以及分散性。
[0006]利用MXene作为金属氧化物载体的研究很多，专利CN108511733A将MXene薄膜与两种乙酰丙酮金属盐混合溶于二苄醚溶剂，然后通过原位热解在MXene表面生成双金属氧化物，然而在制备过程中，需要添加有毒溶剂二苄醚，且需离心分离、抽滤、洗涤以及减压旋蒸除去溶剂，工艺繁琐复杂。专利CN107221428A直接将MXene二维纳米片溶液与金属氧化物混合进行真空抽滤，以获得金属氧化物/MXene二维纳米复合物，但无法保证混合溶液的均匀性，会导致金属氧化物在MXene纳米片上分布不均，影响最终产品性能。专利CN109904426A在制备MXene过程中加入插层剂四甲基氢氧化铵，然后在产物溶液中加入铁盐溶液和碱液，进行原位生长得到目标产物，这种方法同样存在分散不均的问题，且得到的产物中会含有杂质，需要进一步提纯。
[0007]上述研究中的共同问题在于制备工艺繁琐，需要添加及回收有机溶剂，而且有些溶剂是有毒性的；或者需添加其他助剂和填料，后处理过程复杂，环境污染严重，生产成本高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种改性MXene负载金属氧化物复合材料及其制备方法与应用，改性后的材料表面均匀负载金属氧化物，并且可以在高分子基体中均匀分散，将耐热网络引入高分子中，增强高分子尤其是橡胶的耐热性。
[0009]为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种改性MXene负载金属氧化物复合材料，包括改性MXene载体和金属氧化物，所述改性MXene载体的质量占比为25
‑
60wt％，所述金属氧化物的质量占比为40
‑
75wt％。
[0011]所述改性MXene载体为片层状结构，表面分布有纳米级突起，所述片层状结构尺寸在10
‑
100nm。
[0012]所述改性MXene载体由MXene材料进行羧基接枝制得，所述改性MXene载体表面具有可与高分子反应的官能团。
[0013]所述金属氧化物包括过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物；
[0014]优选的，所述过渡金属氧化物包括铁氧化物和/或铜氧化物；
[0015]优选的，所述稀土金属氧化物包括铈氧化物。
[0016]本专利技术还提供一种改性MXene负载金属氧化物复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1：用蚀刻剂对过渡金属碳/氮化物进行蚀刻，制得MXene材料并配置成MXene溶液；
[0018]所述蚀刻包括以下步骤：
[0019](1)将过渡金属碳/氮化物缓慢加入蚀刻剂中，搅拌均匀，制得分散液；
[0020](2)将步骤(1)所述分散液在T1温度下恒温水浴t3时间，制得反应液；
[0021](3)将步骤(2)所述反应液洗涤、离心，将沉淀物冷冻干燥，制得MXene材料；
[0022]其中，步骤(1)中所述过渡金属碳/氮化物包括Ti3AlC2；
[0023]所述蚀刻剂包括氢氟酸和/或盐酸与氟化锂的混合物；
[0024]优选的，所述蚀刻剂包括盐酸与氟化锂的混合物；
[0025]使用盐酸与氟化锂混合的蚀刻剂相比于直接使用氢氟酸做蚀刻剂，对环境以及人体毒性都会降低，为优选的蚀刻剂；
[0026]所述Ti3AlC2和氢氟酸的摩尔质量比为1:20
‑
40；
[0027]优选的，所述Ti3AlC2和氢氟酸的摩尔质量比为1:20；
[0028]所述Ti3AlC2、氟化锂和盐酸的摩尔质量比为1:20
‑
40:1
‑
3；
[0029]优选的，所述Ti3AlC2、氟化锂和盐酸的摩尔质量比为1:20:1.6
[0030]步骤(2)中所述T1温度为35
‑
45℃；
[0031]优选的，所述T1温度为40℃；
[0032]步骤(2)中所述t3时间为24
‑
48h；
[0033]优选的，所述t3时间为36h；
[0034]步骤(3)中所述洗涤的洗涤剂为去离子水，洗涤至溶液PH为5.5
‑
6.5，优选的，将溶液洗涤至PH为6；
[0035]所述冷冻温度为
‑
50至
‑
70℃；
[0036]所述干燥温度为50
‑
60℃。
[0037]S2：向步骤S1所述MXene溶液中加入改性剂，充分反应后冷冻干燥，制得改性MXene本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性MXene负载金属氧化物复合材料，其特征在于，所述复合材料包括改性MXene载体和金属氧化物，所述改性MXene载体的质量占比为25
‑
60wt％，所述金属氧化物的质量占比为40
‑
75wt％。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述改性MXene载体为片层状结构，表面分布有纳米级突起，所述片层状结构尺寸在10
‑
100nm。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述改性MXene载体由MXene材料进行羧基接枝制得，所述改性MXene载体表面具有可与高分子反应的官能团；所述金属氧化物包括过渡金属氧化物和/或稀土金属氧化物；优选的，所述过渡金属氧化物包括铁氧化物和/或铜氧化物；优选的，所述稀土金属氧化物包括铈氧化物。4.一种改性MXene负载金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：用蚀刻剂对过渡金属碳/氮化物进行蚀刻，制得MXene材料并配置成MXene溶液；S2：向步骤S1所述MXene溶液中加入改性剂，充分反应后冷冻干燥，制得改性MXene粉末；S3：配置金属盐的乙醇溶液并加入步骤S2所述改性MXene粉末，搅拌超声t1时间，制得前驱体溶液；S4：向步骤S3所述前驱体溶液中加入活性剂，搅拌t2时间，洗涤、真空干燥、煅烧，即得所述改性MXene负载金属氧化物复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1满足以下条件中的一个或多个：a.所述过渡金属碳/氮化物包括Ti3AlC2；b.所述蚀刻剂包括氢氟酸和/或盐酸与氟化锂的混合物；所述Ti3AlC2和氢氟酸的摩尔质量比为1:20
‑
40；优选的，所述Ti3AlC2和氢氟酸的摩尔质量比为1:20；所述Ti3AlC2、氟化锂和盐酸的摩尔质量比为1:20
‑
40:1
‑
3；优选的，所述Ti3AlC2、氟化锂和盐酸的摩尔质量比为1:20:1.6；c.所述蚀刻包括以下步骤：(1)将过渡金属碳/氮化物缓慢加入蚀刻剂中，搅拌均匀，制得分散液；(2)将步骤(1)所述分散液在T1温度下恒温水浴t3时间，制得反应液；(3)将步骤(2)所述反应液洗涤、离心，将沉淀物冷冻干燥，制得MXene材料；其中，步骤(2)中所述T1温度为35
‑
45℃；优选的，所述T1温度为40℃；步骤(2)中所述t3时间为24
‑
48h；优选的，所述t3时间为36h；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆函，阳杰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：