[发明专利]一种MXene基无溶剂纳米流体及制备方法

说明书

本发明涉及一种MXene基无溶剂纳米流体及制备方法，使用表面化学工程的方法，在MXene纳米片表面接枝有机硅烷作为颈状层，再使用有机低聚物作为冠状层，颈状层与冠状层通过共价键或离子键连接，制备出MXene基无溶剂纳米流体。该纳米流体结构稳定，室温下呈现出宏观液体行为，解决了MXene纳米片容易团聚的问题。本发明制备的MXene基无溶剂纳米流体制备方法简单易行、成本低，兼具MXene纳米片自身优异的物理化学性能与流体的流动性，其可作为纳米填料提高阻燃材料阻燃性能，改善增强聚合物基复合材料的力学性能，提高涂料的阻隔性能等。

技术领域

本发明属于纳米流体方面，，涉及一种MXene基无溶剂纳米流体及制备方法，可以作为纳米填料应用于阻燃材料、聚合物基复合材料改性剂、涂料保护层等领域。

背景技术

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构,于2011年被美国德雷塞尔大学的Gogotsi教授通过选择性蚀刻掉MAX相中的A元素制备出来。其化学通式是M_n+1X_nT_x,n＝1,2,3,其中M为早期过渡金属元素,X为碳或氮元素，T为表面链接的-OH、-O等活性官能团。因其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积、优异的力学性能、易表面功能化等特征，可作为纳米填料广泛应用于聚合物基复合材料的填料、涂料的保护层、阻燃材料等领域(Nature communications,2019,10(1):1-9.Composites PartA:2019,123:293-300.)。但是，二维MXene材料表面能高，容易团聚堆叠，且表面与基体之间结合力差，限制了其优异性能的发挥。

2005年Giannelis等(Advanced Materials,2005,17,234-237)使用表面化学工程的方法对纳米粒子进行有机链接枝改性，获得了在室温下存在的无溶剂纳米流体，纳米粒子分散性得到了极大的提高。经过近15年的探索，以多种纳米粒子为核(如氧化石墨烯、碳纳米管、二氧化硅等)的无溶剂纳米流体被开发出来，如已有报道将氧化石墨烯基无溶剂纳米流体应用为聚合物基复合材料的填料，极大提高了材料的力学性能、阻尼性能、阻燃性能等(Carbon,2016,96:40-48.,MaterialsDesign,2016,89:653-659.)。作为一种类石墨烯的二维材料，目前MXene基无溶剂纳米流体的制备方法和性能还未见报道。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种MXene基无溶剂纳米流体及制备方法，具有以MXene为核，有机硅烷为颈状层，有机低聚物链为冠状层的核-壳结构。可将MXene纳米片的优异性能与无溶剂纳米流体的流动性有机结合起来，解决纳米片层的团聚问题，增强纳米填料与聚合物基质的界面相容性，发挥MXene纳米片层本身的优异性能，其可作为纳米填料提高阻燃材料阻燃性能、聚合物基复合材料的力学性能、涂料的阻隔性能等。

技术方案

一种MXene基无溶剂纳米流体，其特征在于在室温下具有宏观流动行为，组份的质量分数为：5～15％的MXene纳米片和85～95％柔性有机分子链；结构为核、颈状层与冠状层三层组成的核-壳结构；所述颈状层与冠状层通过共价键或者离子键连接；所述柔性有机分子链包括颈状层有机硅烷和冠状层有机低聚物，控制加入的颈状层与冠状层低聚物官能度比为1:1。

所述冠状层有机低聚物为9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物DOPO基基低聚物、4-壬基酚-聚乙烯醚磺钾PEGS。

所述颈状层有机硅烷为末端含铵盐或环氧基的硅烷偶联剂。

所述MXene为T_i3C₂T_x，平均尺寸≤100nm。

一种制备所述MXene基无溶剂纳米流体的制备方法，其特征在于步骤如下：