一种碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体及其制备方法与应用与流程

本发明涉及纳米材料的制备，具体为一种碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体及其制备方法与应用。

背景技术：

1、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)树脂是应用最广泛的工程塑料之一，具有优良的耐冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学性和电气性能。abs是机械、汽车、电气、电子、仪表、纺织和建筑行业中使用最广泛的工程塑料之一。然而，abs具有高度的可燃性，在燃烧过程中会形成剧毒的hcn和nox气体，产生大量的黑烟，降低能见度，使人无法逃生，这限制了abs的进一步使用。要扩大abs的使用范围，必须改善abs的阻燃性能，并抑制燃烧时产生的黑烟和有毒气体。

2、目前有很多提升聚合物阻燃性能的研究工作，将一些纳米杂化物材料分散到聚合物中来提升聚合物材料性能是最常见的方法。目前报道的抑烟剂种类繁多，如硼酸锌、羟基锡酸锌、氢氧化镁、二茂铁、滑石粉、二甲基硅酮等。中国专利cn202011607902报道了氟硼荧改性碳化钛bodipy-ti3c2tx能够提高abs的氧指数，降低燃烧过程中的热释放速率、烟产生速率，并抑制hcn、nox、nh3、co等毒性气体的释放。在低添加量下还能够提高abs的拉伸强度，并维持其断裂伸长率，体现出较好的力学性能。中国专利cn201910801724报道了封边条用低烟无卤阻燃abs材料及其制备方法，该封边条用低烟无卤阻燃abs材料包括如下原料：abs树脂、无卤阻燃填料、抑烟剂、表面改性剂和润滑剂，无卤阻燃填料和抑烟剂与abs树脂的具有较好的相容性，既提高了abs材料的阻燃抑烟效果，又对abs材料补强作用。中国专利cn201610911349公开低烟密度abs树脂及其制备方法采用氢氧化铝作为抑烟阻燃剂，具有更低的烟密度，可更有效的降低材料在火灾中的烟气释放，为火灾中人员安全提供更好的保障。

3、羟基锡酸锌(zhs)是常用于聚合物的阻燃和抑烟纳米材料，因为它的zn和sn元素在燃烧时可以形成相应的金属氧化物附着在聚合物表面，达到催化抑烟的效果。zhs作为阻燃和抑烟的良好选择，被广泛用于聚氯乙烯和环氧树脂等聚合物的火焰和烟雾抑制。然而，关于zhs在abs中的使用的工作很少被报道。目前还没有针对zhs和abs之间的兼容性问题进行研究。并且zhs的尖锐的立方体形状导致在添加到聚合物中时分散性和兼容性较差，这会进一步降低材料的机械性能。此外未改性的zhs更容易团聚，这进一步降低了zhs在聚合物中的分散性。最后，单一的zhs的添加并不能达到对abs阻燃抑烟双重性能的提升。因此，制备用于abs阻燃抑烟减毒的高分散度的zhs纳米颗粒是目前研发的难点。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供独立包装的内窥镜膜袋，可以解决现有zhs的尖锐的立方体形状导致在添加到聚合物中时分散性和兼容性较差，这会进一步降低材料的机械性能；未改性的zhs更容易团聚，这进一步降低了zhs在聚合物中的分散性的问题。

2、为了实现上述目的，本发明是技术方案如下：

3、本发明是通过如下的技术方案来实现：

4、碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体，包括

5、由多巴胺包覆后的羟基锡酸锌和二维碳化钛通过界面电荷吸引结合而成的碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体，碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体即为ti3c2tx@pda@zhs；所述碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体具有边缘圆润的立方体结构。

6、碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体作为abs阻燃抑烟减毒剂中的应用。

7、进一步的，将碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体与abs进行液相混合制得复合材料，所述复合材料中碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体的添加比例为质量百分比2％。

8、碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

9、s1、利用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀碳化铝钛中的铝原子层制备得到碳化钛沉淀；

10、s2、将s1中得到的碳化钛沉淀重新分散在水中，超声、离心，除去沉淀物，取上层清液，即得到碳化钛纳米片(ti3c2tx)悬浮液；

11、s3、以硫酸锌和锡酸钠为原料，合成羟基锡酸锌，再将羟基锡酸锌粉末与多巴胺一起溶解搅拌得到多巴胺包覆羟基锡酸锌(pda@zhs)；

12、s4、将s3中得到的羟基锡酸锌溶解于去离子水中，通过调节ph值至1-3，得到酸性溶液；

13、s5、将s4中得到的羟基锡酸锌溶液加入至s2中得到的碳化钛纳米片悬浮液中，反应后得到的纳米粉体沉淀物即为碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉(ti3c2tx@pda@zhs)。

14、进一步的，所述多巴胺与所述碳化钛沉淀添加的质量比为1:(0.5-1)。

15、碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体的制备方法，包括如下步骤：

16、s1、取0.5g碳铝钛和0.5g氟化锂置于塑料烧杯中，加入10-15ml浓度为7-10mol/l的盐酸，于35-50℃下搅拌反应36-60h，搅拌速度为400-600rpm，反应结束后经反复离心、洗涤至ph为7，干燥后得到碳化钛沉淀；

17、s2、取s1中得到的碳化钛沉淀0.2g，分散在50ml去离子水中，在0-5℃下超声30-60min，超声功率为100-300w，然后在4000-5000rpm下离心，除去沉淀物，取上清液，即得到碳化钛纳米片悬浮液；

18、s3、将0.6g的znso4·7h2o和0.6g的na2sno6·3h2o分散在300ml去离子水中搅拌4h，离心取下层沉淀，在60℃烘箱中烘干，得到白色粉末为纯zhs；然后将得到的0.5g的纯zhs超声均匀分散在100mltris–hcl溶液中(10mmol，ph＝8.5)，将0.2g的多巴胺溶解在少量tris–hcl溶液中，用滴管缓慢滴加到zhs溶液中，室温搅拌24-48h，得到深棕色溶液；最后，将得到的液体离心取下层沉淀，至少水洗4次，60℃烘干得到棕色粉末为pda@zhs；

19、s4、将pda@zhs粉末溶解在少量去离子水中，滴加hcl溶液将ph调至酸性，取碳化钛悬浮液，将酸化后的pda@zhs溶液滴加到碳化钛悬浮液中，可以看到溶液中析出沉淀，表明pda@zhs成功附载在碳化钛纳米片上，然后离心取下层沉淀，水洗至中性，冷冻干燥得到黑色固体即为碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体(ti3c2tx@pda@zhs)。

20、进一步的，所述滴加hcl溶液将ph调至1-3，按照pda@zhs与碳化钛质量比为1：1取碳化钛悬浮液。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

22、发明的碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体，是由羟基锡酸锌和二维碳化钛通过界面电荷吸引结合而成，与共价键结合相比，不会破坏纳米材料的表面结构，能保持碳化钛纳米片和羟基锡酸锌的原有形貌和结构。

23、本发明的碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体，使得羟基锡酸锌表面的尖锐特性得到了显著改善，提升了纳米材料在聚合物中的分散性，提升了复合材料的力学性能。

24、本发明的碳化钛包覆羟基锡酸锌杂化粉体，得益于碳化钛和zhs的协同阻燃作用，显著降低abs树脂的烟产生速率和烟密度，并且减少hcn、nox、co等有毒气体的释放。