[发明专利]一种高强阻燃MXene/磷酸化纤维素纤丝复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强阻燃MXene/磷酸化纤维素纤丝复合薄膜及其制备方法，属于高分子材料领域。将磷酸化纤维素纳米纤丝均匀分散在水溶液中，随后加入壳聚糖、MXene并混合均匀，烘干得到复合薄膜。本发明利用MXene并引入壳聚糖实现了磷酸化纤维素纳米纤丝的阻燃性能及热稳定性的增强，同时，可以加强MXene与磷酸化纤维素纤丝间的相互作用，结合MXene的纳米增强效应能实现复合薄膜力学性能的提升。本发明制备的MXene与壳聚糖协同改性的磷酸化纤维素纤丝薄膜不仅拥有优异的阻燃性能，而且其力学性能也获得了大幅度提高。未来可作为阻燃涂层在突发状态下（火焰或高温）有效地保护可燃基材/器件，从而拓展相应材料的应用领域及延长其使用寿命，适于市面推广与应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高强阻燃MXene/磷酸化纤维素纤丝复合薄膜的制备方法。

背景技术

薄膜材料自诞生以来在众多领域如农业、国防、航空航天、电子工业等均得到了广泛的应用与发展。而随着社会的快速发展，人们对薄膜材料提出了越来越高的性能要求，如高的力学性能、阻燃或耐高温性能等。而传统的聚合物基薄膜（聚乙烯或聚丙烯）虽然拥有不俗的力学性能，但是一般阻燃性能较差，因而无法满足某些特殊领域中的性能要求。一般的方法是在基体中添加阻燃剂如Mg（OH）₂、硼酸锌和聚磷酸铵等（中国专利CN105473333B、CN106554543B和CN106003887B）来实现其阻燃性能的提升，不过较高的添加量会引起薄膜材料力学性能的衰减且不适于产业化。聚氯乙烯薄膜具有良好的阻燃性能，但是存在力学稳定性差且残留卤素等有害物质的问题。中国专利CN111607218A公开了一种聚氨酯阻燃薄膜的制备方法，以脂肪族TPU颗粒为基体，聚氨酯预聚体为阻燃交联剂（二环己基甲烷二异氰酸酯与聚醚二元醇聚合反应所得），通过共混熔融、流延成型和冷却定型等工艺得到聚氨酯阻燃薄膜。但薄膜拉伸强度仅为20-45MPa，严重制约了其进一步的发展与实际应用。此外，聚合物基薄膜还存在不易降解的难题，会对自然环境造成巨大的影响。因此，开发一种新型绿色环保、高力学性能的阻燃薄膜材料是迫切需要的。

近年来，生物质基（壳聚糖、海藻酸钠等）薄膜材料因其出色的力学性能、绿色环保、良好的成膜性和生物相容性等优点引起了人们的广泛关注。现有技术提供一种高透明柔性阻燃薄膜的制备方法，涉及柔性阻燃薄膜领域，包括以下步骤：制备中间体A；制备中间体B；制备中间体C；将聚乙烯醇加入到蒸馏水中，升温至90-95℃搅拌5-10min得到一定质量浓度的聚乙烯醇溶液，降温至50-60℃再将中间体A、中间体C加入，保温搅拌30-40min后再将纳米纤维素和天然黏土加入，继续搅拌1-3h，真空脱泡后再平整的玻璃板上涂膜，将玻璃板转移进40-50℃的烘箱中干燥2-5h，再升温至80-85℃固化5-10h即可得到所述高透明柔性阻燃薄膜，但其拉伸强度较弱（小于15MPa）。

纤维素作为自然界分布最广、含量最多的一种多糖，其独特的分子结构（主链结构拥有大量的羟基）使其分子链间相互作用很强，因而物化性能较为稳定。利用物理或化学手段对其进行处理可以获得一系列衍生物，主要包括纤维素纳米微晶、纤维素纳米晶以及纤维素纳米纤丝。而纤维素纳米纤丝因其高的长径比通过溶剂浇铸法便能实现薄膜材料的制备，但缺乏阻燃性能使其无法满足实际应用。通过对纤维素进行化学预处理引入特定基团如含磷基团对提升其阻燃性能有限，且无法实现长时间阻燃（小于6s）。前期研究表明：采用磷酸化处理与木质素复合的形式可以略改善纤维素纳米纤丝的阻燃性能，但力学性能依然不够理想（拉伸强度小于50MPa）。中国专利CN112321861A公开了一种磷酸化纤维素纳米纤维/黑鳞量子点复合阻燃薄膜，但其制备工艺（包含浸泡润胀、干燥、固化等）复杂不利于市场应用。

综上所述，目前纤维素基阻燃薄膜虽然得到了一定的成果，但依然存在性能参数不够理想（力学与阻燃），极大地限制导其进一步应用与发展。因此，如何发展一种简单且有效的构筑策略来改善阻燃薄膜材料的力学和阻燃性能仍是一个挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种高强阻燃MXene/磷酸化纤维素纤丝复合薄膜的制备方法。