一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于火灾预警和阻燃材料技术领域，涉及一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料、制备方法及其应用。针对现有技术中MXene预警类涂覆材料电阻与温度不具有依懒性，在常温和低温下MXene亦具有导电能力，无法使MXene对火灾现场温度进行响应的技术问题，本申请通过将纳米纤维素穿插Mxene，制得的复合材料能够阻断常温和低温下MXene的导电能力。本申请还提供了纳米纤维素穿插Mxene复合材料的制备方法及其在制备火灾预警木材中的应用，将其应用于木材等，当发生火灾时MXene导电网络接通，及时发出预警信号。预警信号。预警信号。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于火灾预警和阻燃材料
，具体地，涉及一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]木材具有强重比、装饰性和易加工等特性，且环境友善，被广泛地应用于建筑、装饰、家具和交通运输等行业，与人类发展休戚与共。在木材表面赋以阻燃涂层是有效提高阻燃性能的途径，相关技术显示，在木材进行阻燃处理过程中，将能对温度和火灾进行识别的材料引入系统，与木材基体紧密结合，能使木材具备“主动”识别火灾的能力，发出火灾预警信号，同时，亦能保留原有的阻燃性能。
[0003]目前，以氧化石墨烯(graphene oxide，GO)为代表构建的预警涂层，其工作原理主要是对火灾发生时产生的温度变化进行识别与响应，并将温度信号转化为可接收的电信号传递给外界。具体而言，GO是氧化还原法合成石墨烯过程中的中间产物，表面被接枝了羟基、羧基、环氧基等含氧官能团，原本的石墨烯共轭网络被严重地官能化，GO的电阻显著高于原本的石墨烯。在正常情况下，由于GO具备较高的电阻，导电回路并不连通；一旦发生火灾，材料表面温度迅速达到着火温度(220～500℃)，涂层中的GO受热发生还原反应，表面含氧官能团逐渐脱失，着火点附近电极间的电阻迅速降低，导电回路接通，从而实现对火灾的及时预警。但氧化石墨烯的热还原反应需200℃以上，且一般需400℃以上才能达到足够快速的还原速度。因此，氧化石墨烯基热阻响应火灾预警阻燃涂层无法对着火前的升温阶段进行有效监测预警。<br/>[0004]MXene是一种新型二维(2D)材料，属于过渡金属碳/氮化物。自从2011年被发现以来，MXene系列材料已迅速扩展。MXene是通过从其MAX相中以化学式Mn+1AXn(n＝1，2，3)选择性蚀刻A层而形成的，其中M代表早期过渡金属，A通常是主族元素，X是碳(C)、氮(N)或两者都有，并且n值越大所对应的MXene越稳定。通常，刻蚀过程中产生的官能团(
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OH、
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F、
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O等)赋予MXene良好的亲水性，但并不显著影响其优异的导电性能(电导率可超过10000S/cm)。MXene兼具亲水性和表面(官能团)结构可调的性质，在储能、催化、传感、电磁屏蔽、环境治理等领域展现出极大的应用前景。如中国专利技术专利申请公布号CN113522698A，申请日为2021年07月14日，名称为：一种纤维素纳米晶体/MXene自组装阻燃抗静电涂层及在玻璃钢上的应用，公开了利用含磷酸掺杂含氮聚合物包覆纤维素纳米晶体，多酚辅助剥离的MXene，通过自组装，获得阻燃抗静电涂层。MXene虽具有优异的导电性能，在常温下亦有良好的导电能力，但其电阻与温度不具有依懒性，无法使MXene对火灾(现场温度)进行响应，该方案也存在上述不足。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中MXene预警类涂覆材料电阻与温度不具有依懒性，在常温和低温
下MXene亦具有导电能力，无法使MXene对火灾现场温度进行响应的技术问题，本申请通过将纳米纤维素穿插Mxene，制得的复合材料能够阻断常温和低温下MXene的导电能力。本申请还提供了纳米纤维素穿插Mxene复合材料的制备方法及其在制备火灾预警木材中的应用，将其应用于木材等，当发生火灾时MXene导电网络接通，及时发出预警信号。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，提供的技术方案为：
[0009]本专利技术的一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料，所述复合材料包括纳米纤维素和Mxene；所述纳米纤维素和Mxene的重量比为5:1～1:1；所述纳米纤维素和Mxene的质量分数为0.8～1.5％。
[0010]优选的，所述纳米纤维素和Mxene的重量比为3:1。
[0011]优选的，所述纳米纤维素选自纤维素纳米晶或纤维素纳米纤丝。
[0012]一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]包括制备纳米纤维素胶体的步骤：将纳米纤维素于溶剂中分散，得质量分数为1～5％的纳米纤维素胶体，调节pH值至7～7.5；
[0014]包括制备MXene溶液的步骤：将MXene溶剂中分散，得质量分数为4～6.5mg/mL的MXene溶液；
[0015]按固体含量重量比5:1～1:1将所述纳米纤维素胶体和所述MXene溶液，混合后分散，得质量分数为0.8～1.5％的纳米纤维素穿插Mxene复合材料。
[0016]优选的，称取纳米纤维素和溶剂，进行超声分散，功率为800～1000w，时间为10～30min，得到浓度为1～5％纳米纤维素胶体，调节纳米纤维素胶体的pH值至7～7.5。
[0017]优选的，称取MXene和溶剂，进行超声分散，功率为500～800w，时间为10～20min，得到浓度为4～6.5mg/mL MXene溶液。
[0018]优选的，按固体含量重量比3:1称取所述纳米纤维素胶体和所述MXene溶液，进行超声分散，功率为800～1000w，时间为10～30min，得到浓度为0.8～1.5％的纳米纤维素穿插Mxene复合材料。
[0019]优选的，所述溶剂为去离子水。
[0020]进一步地，所述Mxene为Ti3C2Tx MXene。
[0021]优选的，所述Ti3C2Tx MXene由以下步骤制备得到：
[0022](1)量取10mL去离子水和30mL浓盐酸(12M)于100mL聚四氟乙烯烧杯中，得到9M盐酸溶液，称取2g LiF粉末缓慢加入其中，磁力搅拌1h使LiF完全溶解；
[0023](2)称取2g Ti3AlC2粉末缓慢加入上述溶液中，磁力搅拌10min后将聚四氟乙烯烧杯转移至35℃的水浴锅中磁力搅拌24h以刻蚀去除Al层；
[0024](3)将上述反应产物使用去离子水稀释后在3500rmp的转速下离心5min，将所得沉淀用去离子水反复清洗至上层清夜不再透明，变成墨绿色，且pH&gt;5，收集此时的底部沉淀，得到Ti3C2Tx黏土；
[0025](4)向Ti3C2Tx黏土中加入200mL去离子水，水浴超声20min，将超声后的分散液在3500rmp转速下离心20min，获得的上层墨绿色液体即为少层Ti3C2Tx分散液，将其收集并4℃冰箱中密封保存。
[0026]一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料在制备火灾预警木材中的应用，使用所述的
纳米纤维素穿插Mxene复合材料。
[0027]进一步地，将所述纳米纤维素穿插Mxene复合材料涂覆于木材表面，所述纳米纤维素穿插Mxene复合材料的涂覆量为6.4～32g/m2，得具有预警层的木材。
[0028]进一步地，将所述纳米纤维素穿插Mxene复合材料涂覆于木材表面，重复涂刷、干燥2～10次，得具有预警层的木材。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料，其特征在于：所述复合材料包括纳米纤维素和Mxene；所述纳米纤维素和Mxene的重量比为5:1～1:1；所述纳米纤维素和Mxene的质量分数为0.8～1.5％。2.一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：包括制备纳米纤维素胶体的步骤：将纳米纤维素于溶剂中分散，得质量分数为1～5％的纳米纤维素胶体，调节pH值至7～7.5；包括制备MXene溶液的步骤：将MXene溶剂中分散，得质量分数为4～6.5mg/mL的MXene溶液；按固体含量重量比5:1～1:1将所述纳米纤维素胶体和所述MXene溶液，混合后分散，得质量分数为0.8～1.5％的纳米纤维素穿插Mxene复合材料。3.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料的制备方法，其特征在于：所述Mxene为Ti3C2Tx MXene。4.一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料在制备火灾预警木材中的应用，其特征在于：使用权利要求1
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3任一项所述的纳米纤维素穿插Mxene复合材料。5.根据权利要求4所述的一种纳米纤维素穿插Mxene复合材料在制备火灾预警木材中的应用，其特征在于：将所述纳米纤维素穿插Mxene复合材料涂覆于木材表面，所述纳米纤维素穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明珠，黄燕萍，张帅，梅长彤，徐信武，韩书广，李炯炯，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：