[发明专利]一种二氧化硅/二硫化钼三维杂化材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼纳米花原位负载超小功能化二氧化硅纳米粒子杂化材料的制备及应用，属于无机纳米杂化材料制备领域。本发明方法制备了一种三层原子形成类似三明治的层状结构的二硫化钼作为载体，原位负载超小功能化二氧化硅纳米粒子的方法，构建了一种二氧化硅/二硫化钼三维结构的杂化材料阻燃剂，该阻燃剂由二氧化硅纳米颗粒均匀负载到二硫化钼纳米花构成，制备过程简单，绿色高效，其中类似三明治层状结构的二硫化钼是一种纳米花结构，取代了传统的纳米片结构，立体结构，空间大，能有效增加纳米二氧化硅纳米粒子的负载量，并提高杂化阻燃剂的阻燃效率、基体的相容性及力学增强效应。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅/二硫化钼三维杂化材料的制备及应用，属于无机纳米杂化材料制备领域。

背景技术

近年来，各类民用、装饰用和产业用纤维及非织造布的应用领域快速扩大，成为日常生活和工业生产不可或缺的部分。然而，这些材料本身具有易燃特性，易被外部热源引燃，并在燃烧过程中释放大量的热量、烟气及有毒气，严重危及生命财产安全，据统计，我国平均每年的大小火灾都会给社会造成5亿元以上的损失，而由纤维制品的易燃而引发的严重火灾就占了一半以上。开发高性能、低用量的阻燃剂，是提高纤维制品的附加值与安全性，使其不易着火燃烧或能够减慢燃烧速度的一种有效方法。

阻燃剂按化学结构可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。有机类阻燃剂包括有机磷、氮、硼系阻燃剂，当添加到材料基体中时，该类阻燃剂存在用量大(>20％)、相容性较差、不环保、热稳定性较差等问题；当与纤维材料反应时，易造成其力学性能、耐水洗性能等的降低。无机类阻燃剂主要有金属水合物、红磷、硼类化合物、锑类化合物等，特别是二氧化硅纳米粒子，相比于有机阻燃剂，其具有热稳定性好、不挥发、效果持久、价格便宜等特点，然而金属氢氧化物由于极性大,与高分子材料相容性差,并且在使用过程中添加量大，会极大地恶化材料的物理性能。

无机纳米材料由于其具有优异的气体阻隔性能、优良热稳定性、添加量少、绿色环保，而且对基体的力学性能及热稳定性的负面影响较小,甚至还可以发挥增强效应，已成为阻燃领域的新宠。二硫化钼作为一种新兴的阻燃材料，具有相对较低的热导率和高熔点(1185℃)，能有效抑制外部热量及氧气的渗透和有毒物质的释放，钼原子还能催化基体形成大量碳层以减少热交换。但是，单靠二硫化钼的阻燃效率是有限的，它往往在聚合物基体中表现出严重的聚集，削弱了二硫化钼与基体的界面相互作用。

为了提高二硫化钼的阻燃效率及界面相互作用，国内外学者对二硫化钼无机杂化协同阻燃进行研究，如：2014年XiamingFeng等在《Journal of Materials Chemistry A》第2卷13299-13308页发表通过原位合成法制备二硫化钼/羟基氧化钴(MoS2/CoOOH)杂化材料，能明显提高环氧树脂的热稳定性并减少CO的释放。2016年Dong Wang等在《ACS AppliedMaterials&Interfaces》第8卷34735-34743页发表二硫化钼纳米片/石墨烯杂化材料用于不饱和聚酯的阻燃，达到了较好的协同阻燃效果。2017年HélioRibeiro等在《ACS AppliedMaterials &Interfaces》发表二硫化钼/六方氮化硼纳米杂化物用于环氧树脂阻燃，有效提高了其热稳定性。二氧化硅作为一种无机纳米阻燃剂，具有环保、无毒的优点，能提高材料的热稳定性及碳层的稳定性。目前，Keqing Zhou在《Journal of Hazardous Materials》第344卷1078-1089页(2018年)报道了二硫化钼纳米片/二氧化硅杂化材料用于阻燃环氧树脂的研究，但该杂化材料中二硫化钼纳米片所含活性位点较少，二氧化硅粒径大且不均匀(150nm)，使得二氧化硅负载量低，形貌难以控制，阻燃效果不显著。

上述文献都是以二硫化钼纳米片为基底制备纳米杂化材料，片层材料容易堆叠，分散性不好，其活性反应位点(硫缺陷、空位、边缘位点)较少，比表面积及可负载区域较小，难以达到多缺陷、高负载量及形貌可控二硫化钼杂化阻燃剂的有效制备，阻燃效率难以达到最大化。

发明内容