一种仿皮肤多功能防火涂层及其制备方法和应用

1.本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种仿皮肤多功能防火涂层及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近些年来，随着社会的发展，轻质材料的应用越来越广泛。然而，大多数轻质材料(例如：有机高分子材料)都存在易燃的缺点，频繁发生的火灾对人们的生命健康和财产安全构成了严重威胁。因此，提高轻质材料的防火安全性就显得尤为迫切和重要，而在提高材料阻燃性能的同时赋予其火灾预警功能是当前智能防火材料发展的新方向。
3.氧化石墨烯(go)是一种层状纳米材料，具有良好的阻隔性能，同时在受热时能够被快速还原成导电性良好的石墨烯，可以用于制备具有火灾预警功能的防火涂层。然而，go基火灾预警涂层仍存在明显的不足：1)go基火灾预警材料需要外接电源，增加了电路的复杂性和不稳定性；2)go的热还原具有不可逆性，无法对复燃火灾进行有效预警；3)go的热还原速度与温度相关，只有在温度高于350℃时才具有较高的灵敏度，这使得go基火灾预警材料无法准确监测起火燃烧前的温升过程。
4.因此，开发一种具有阻燃效率高、温度感知灵敏等特性的多功能防火涂层具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种仿皮肤多功能防火涂层及其制备方法和应用。
6.本发明所采取的技术方案是：
7.一种仿皮肤多功能防火涂层，其组成包括层叠设置的热电传感层和阻燃层；所述热电传感层的组成包括功能化纤维素和mxene；所述阻燃层的组成包括功能化纤维素和阻燃层状无机纳米材料；所述功能化纤维素为含嘧啶基团的异氰酸酯接枝改性的纤维素。
8.优选的，所述功能化纤维素通过以下方法制备得到：将嘧啶类化合物和二异氰酸酯反应制成含嘧啶基团的异氰酸酯，再用含嘧啶基团的异氰酸酯对纤维素进行接枝改性，即得功能化纤维素。
9.进一步优选的，所述功能化纤维素通过以下方法制备得到：
10.1)将嘧啶类化合物和二异氰酸酯混合后置于保护气氛中进行反应，再加入溶剂析出反应产物，抽滤，对滤得的固体进行洗涤和干燥，得到含嘧啶基团的异氰酸酯；
11.2)将含嘧啶基团的异氰酸酯、纤维素和催化剂混合后置于保护气氛中进行反应，再加入溶剂析出反应产物，抽滤，对滤得的固体进行洗涤和干燥，即得功能化纤维素。
12.优选的，所述嘧啶类化合物选自2-氨基-4-甲基嘧啶、2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶、2-氨基-4,6-二甲基嘧啶中的至少一种。
13.优选的，所述二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯中的至少一种。
14.优选的，所述嘧啶类化合物、二异氰酸酯的质量比为1:5～20。
15.优选的，步骤1)所述反应在80℃～120℃下进行，反应时间为10h～30h。
16.优选的，步骤1)所述保护气氛为氮气气氛。
17.优选的，步骤1)所述溶剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷中的至少一种。
18.优选的，步骤1)所述干燥在40℃～60℃下进行，干燥时间为10h～20h。
19.优选的，所述含嘧啶基团的异氰酸酯、纤维素的质量比为1:2～20。
20.优选的，所述纤维素选自羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的至少一种。
21.优选的，步骤2)所述反应在80℃～120℃下进行，反应时间为10h～20h。
22.优选的，步骤2)所述保护气氛为氮气气氛。
23.优选的，步骤2)所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、钛酸四异丁酯、辛酸钴中的至少一种。
24.优选的，步骤2)所述催化剂的用量为含嘧啶基团的异氰酸酯和纤维素的总质量的0.2％～2％。
25.优选的，步骤2)所述溶剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷中的至少一种。
26.优选的，步骤2)所述干燥在40℃～60℃下进行，干燥时间为10h～20h。
27.优选的，所述热电传感层中的功能化纤维素、mxene的质量比为1:1～3。
28.优选的，所述mxene选自碳化钛mxene、碳化钼mxene、氮化钛mxene、碳化钽mxene中的至少一种。
29.优选的，所述阻燃层中的功能化纤维素、阻燃层状无机纳米材料的质量比为1:1～3。
30.优选的，所述阻燃层状无机纳米材料选自蒙脱土、磷酸锆、高岭土、镁铝层状双金属氢氧化物中的至少一种。
31.上述仿皮肤多功能防火涂层的制备方法包括以下步骤：
32.1)将功能化纤维素和mxene加水分散制成分散液a，并将功能化纤维素和阻燃层状无机纳米材料加水分散制成分散液b；
33.2)将分散液a和分散液b依次涂覆在基材表面进行自组装，分别形成热电传感层和阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
34.优选的，上述仿皮肤多功能防火涂层的制备方法包括以下步骤：
35.1)将功能化纤维素和mxene加水分散制成分散液a，并将功能化纤维素和阻燃层状无机纳米材料加水分散制成分散液b；
36.2)将基材浸入分散液a中进行浸泡，再取出进行干燥，再将基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出进行干燥，以此作为1次循环，共进行2次～10次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行2次～6次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
37.优选的，步骤1)所述分散的方式为超声分散，超声分散在温度为10℃～30℃、超声功率为50w～300w的条件下进行，超声分散的时间为0.5h～3h。
38.优选的，步骤1)所述分散液a的浓度为10mg/ml～20mg/ml。
39.优选的，步骤1)所述分散液b的浓度为5mg/ml～15mg/ml。
40.优选的，步骤2)所述基材选自樟子松木、榆木、红橡木、棉织物、聚丙烯基材、环氧
树脂基材、聚酯基材、聚氨酯基材中的一种。
41.优选的，步骤2)所述浸泡的时间为10s～600s。
42.优选的，步骤2)所述干燥在50℃～70℃下进行，干燥时间为10min～60min。
43.本发明的仿皮肤多功能防火涂层的应用：将涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的易燃基材与数字万用表连接，并使用恒温加热台加热，通过记录不同温差下的输出电压曲线可对温度进行感知，同时，串联报警器后可以实现对火灾的早期监控，而将涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的易燃基材分别放置于电控拉压测力机和人体关节处，则可以实现压阻传感性测试和人体运动的检测。
44.本发明的原理：
45.本发明先以嘧啶和二异氰酸酯为原料，通过嘧啶中的-nh2基团与二异氰酸酯中的一个-nco基团反应，合成具有多重氢键作用、含嘧啶基团的异氰酸酯，并将二异氰酸酯中的另一个-nco基团与纤维素中的-oh基团反应，得到功能化纤维素，然后将功能化纤维素分别与具有热电效应的层状纳米材料mxene和具有阻燃性的无机层状纳米材料配置成分散液，通过层层自组装，在木材、棉织物、塑料和泡沫等易燃基材上构筑了热电传感层和阻燃层，从而制备得到一种仿皮肤多功能防火涂层。
46.功能化纤维素表面丰富的羟基、羧基等含氧基团与层状纳米材料表面基团之间可以通过氢键作用紧密结合，且对基材有良好的粘附性，因此在干燥过程中它们能够形成稳定的涂层。
47.mxene具有优异的热电转换性，当涂层内部出现温差时，其内部载流子由热端向冷端迁移，能够产生电势差，因此具有灵敏的温度感知功能，在遭受火焰灼烧时能快速触发火警，同时，涂层中两种层状纳米材料都具有优异的阻隔性和酸催化成炭性，使涂层可以发挥高效的阻燃性能，此外，功能化纤维素中多重氢键作用还赋予了涂层良好的自修复性能，在涂层受到外力损伤后，涂层结构与性能能够得到恢复，有利于延长涂层的使用寿命。
48.本发明的有益效果是：本发明的仿皮肤多功能防火涂层不仅阻燃效率高，而且具有灵敏的温度感知、火灾预警和压阻传感功能，此外涂层受损后还可以快速自修复，在智能消防、现代家居和国防军工等领域具有十分广阔的应用前景。
49.具体来说：
50.1)本发明的仿皮肤多功能防火涂层具有准确的温度感知功能，在遭受火焰灼烧时能够快速触发火警，大大提高了材料的防火安全性；
51.2)本发明的仿皮肤多功能防火涂层在遭受火焰灼烧时，由于其中的两种层状纳米材料都具有优异的阻隔性和和酸催化成炭性，所以针对多种易燃基材都能够发挥高效的阻燃作用；
52.3)本发明的仿皮肤多功能防火涂层在受到外力损伤后，由于改性纤维素中丰富的多重氢键作用，可以实现自修复，在自修复后其火灾预警功能和阻燃性能够恢复到原有水平；
53.4)本发明的仿皮肤多功能防火涂层的制备工艺简单，对设备要求低，易操作，且涂层在多种易燃材料上均表现出良好的粘附性，可以应用于智能消防、现代家居和国防军工等领域。
附图说明
54.图1为实施例1中的含嘧啶基团的异氰酸酯、羟丙基甲基纤维素和功能化纤维素的ft-ir谱图。
55.图2为实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层的横截面的sem图。
56.图3为实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层在不同温差下的输出电压曲线。
57.图4为实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层的最高输出电压与温差的线性拟合曲线。
58.图5为实施例1在樟子松木表面构筑的仿皮肤多功能防火涂层的火灾预警测试视频截图。
59.图6为实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层自修复前后的sem图。
60.图7为实施例1在棉织物表面构筑的仿皮肤多功能防火涂层的压阻传感测试和人体运动检测曲线。
具体实施方式
61.下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
62.实施例1：
63.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
64.1)将4g的2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的二月桂酸二丁基锡，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
65.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
66.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
67.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
68.实施例2：
69.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
70.1)将2g的2-氨基-4-甲基嘧啶和40g的甲苯二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再120℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤6次，再置于烘箱中60℃干燥10h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将0.25g的含嘧啶基团的异氰酸酯和5g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置
于氮气气氛中，再加入0.105g的二月桂酸二丁基锡，再120℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤6次，再置于烘箱中60℃干燥10h，得到功能化纤维素；
71.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为1:1，再30℃下超声0.5h，超声功率为300w，得到浓度为20mg/ml的分散液a；
72.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为1:1，再30℃下超声0.5h，超声功率为300w，得到浓度为15mg/ml的分散液b；
73.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、600s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱70℃下干燥10min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱70℃下干燥10min，以此作为1次循环，共进行2次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行2次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
74.实施例3：
75.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
76.1)将8g的2-氨基-4,6-二甲基嘧啶和40g的异佛尔酮二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再80℃反应30h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正己烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正己烷洗涤3次，再置于烘箱中40℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将2g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.012g的二月桂酸二丁基锡，再80℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的乙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用乙醇洗涤3次，再置于烘箱中40℃干燥20h，得到功能化纤维素；
77.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为1:3，再10℃下超声3h，超声功率为50w，得到浓度为16mg/ml的分散液a；
78.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为1:3，再10℃下超声3h，超声功率为50w，得到浓度为5mg/ml的分散液b；
79.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为10s、300s、20s和15s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱50℃下干燥60min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱50℃下干燥60min，以此作为1次循环，共进行10次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行6次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
80.实施例4：
81.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
82.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的钛酸四异丁酯，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
83.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
84.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
85.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
86.实施例5：
87.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
88.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羧甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的辛酸钴，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
89.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
90.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
91.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
92.实施例6：
93.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
94.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的二月桂酸二丁基锡，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
95.2)将功能化纤维素和氮化钛mxene加入水中，功能化纤维素、氮化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
96.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为2:3，再
20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
97.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
98.实施例7：
99.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
100.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的二月桂酸二丁基锡，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
101.2)将功能化纤维素和碳化钼mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钼mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
102.3)将功能化纤维素和蒙脱土加入水中，功能化纤维素、蒙脱土的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
103.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
104.实施例8：
105.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
106.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的二月桂酸二丁基锡，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
107.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
108.3)将功能化纤维素和磷酸锆加入水中，功能化纤维素、磷酸锆的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
109.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥
30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
110.实施例9：
111.一种仿皮肤多功能防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
112.1)将4g的2-氨基-4-甲基嘧啶和36g的六亚甲基二异氰酸酯混合后置于氮气气氛中，再100℃反应20h，再将反应液冷却至室温后加入50ml的正戊烷析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用正戊烷洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥20h，得到含嘧啶基团的异氰酸酯，再将1g的含嘧啶基团的异氰酸酯和4g的羟丙基甲基纤维素分散在100ml的二甲基亚砜中，置于氮气气氛中，再加入0.06g的二月桂酸二丁基锡，再100℃反应10h，再将反应液冷却至室温后加入200ml的异丙醇析出反应产物，真空抽滤，滤得的固体用异丙醇洗涤5次，再置于烘箱中50℃干燥15h，得到功能化纤维素；
113.2)将功能化纤维素和碳化钛mxene加入水中，功能化纤维素、碳化钛mxene的质量比为3:7，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
114.3)将功能化纤维素和高岭土加入水中，功能化纤维素、高岭土的质量比为2:3，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
115.4)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环形成热电传感层，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环形成阻燃层，即得仿皮肤多功能防火涂层。
116.对比例1：
117.樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材(表面均未涂覆防火涂层)。
118.对比例2：
119.一种防火涂层，其制备方法包括以下步骤：
120.1)将碳化钛mxene加入水中，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液a；
121.2)将蒙脱土加入水中，再20℃下超声1h，超声功率为100w，得到浓度为10mg/ml的分散液b；
122.3)将易燃基材(易燃基材分别为樟子松木、棉织物、聚丙烯基材和聚氨酯基材，浸泡时间分别为25s、300s、30s和25s)浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，再将易燃基材翻转180
°
，再浸入分散液a中进行浸泡，再取出放入烘箱60℃下干燥30min，以此作为1次循环，共进行6次循环，再采用分散液b参照同样的方法进行4次循环，即得防火涂层。
123.性能测试：
124.1)实施例1中的含嘧啶基团的异氰酸酯、羟丙基甲基纤维素和功能化纤维素的傅里叶红外光谱(ft-ir)图如图1所示。傅里叶红外光谱(ft-ir)分析：将样品粉末与溴化钾粉末混合并压制成片，使用傅里叶红外光谱分析仪(德国bruker公司，型号：tensor27)上检测其500cm-1
～4000cm-1
波数范围内的红外光谱信息。
125.由图1可知：羟丙基甲基纤维素的ft-ir谱图中可以观察到-oh特征峰，含嘧啶基团的异氰酸酯的ft-ir谱图中可以观察到-nco特征峰，而功能化纤维素的ft-ir谱图中-nco的特征峰消失，同时-oh基团强度减弱，说明含嘧啶基团的异氰酸酯成功接枝到羟丙基甲基纤维素表面。
126.2)实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层的横截面的扫描电镜(sem)图如图2所示。扫描电子显微镜(sem)：使用导电胶将样品粘附在样品台上，并进行表面喷金处理，采用扫描电子显微镜(德国carl zeiss公司，型号：merlin)观察样品的表面形貌，加速电压为15kv。
127.由图2可知：碳化钛的ti元素主要分布在涂层下层，而蒙脱土的si元素主要分布于涂层上层，涂层之间彼此独立而又结合紧密，说明仿皮肤多功能防火涂层已成功制备。
128.3)实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层在不同温差下的输出电压曲线如图3所示。温度感知测试：使用铜导线将样品与数字万用表(美国keithley公司，型号：dmm6500 6 1/2)连接，并使用恒温加热台对样品进行加热，得到不同温差的输出电压曲线。
129.由图3可知：当涂层两端存在温差时，由于碳化钛mxene优良的热电转换性，其内部载流子由热端向冷端移动，因此能够快速产生电压，随着温差的升高，输出电压逐渐升高。
130.4)实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层的最高输出电压与温差的线性拟合曲线如图4所示。
131.由图4可知：涂层的输出电压与两端温差成正比关系，可以实现对温度的准确感知。
132.5)实施例1在樟子松木表面构筑的仿皮肤多功能防火涂层的火灾预警测试视频截图如图5所示。垂直燃烧测试：按照astm d6413标准进行垂直燃烧测试，酒精灯火焰长度为40mm，样品底部到灯芯距离为20mm，灼烧20s后移开酒精灯，并记录燃烧现象。火灾预警测试：使用铜导线将样品与电压报警器连接，然后使用酒精灯灼烧样品，酒精灯火焰长度为40mm，样品底部到灯芯距离为20mm，预警电压为1mv，记录样品的预警响应时间。
133.由图5可知：将表面涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的樟子松木与电压预警器连接，在遭受火焰灼烧后，能够在3.1s快速触发火警，具有灵敏的火灾预警能力。
134.6)实施例1中的仿皮肤多功能防火涂层自修复前后的sem图如图6所示。自修复测试：使用美工刀片在涂层表面划出一条深至基材的划痕，然后将损伤后的样品放置在相对湿度为90％的环境中24h，通过垂直燃烧和火灾预警等测试方法研究其修复效果。
135.由图6可知：由于功能化纤维素中的多重氢键作用，仿皮肤多功能防火涂层结构在遭受破坏后能够自动修复。
136.7)实施例1在棉织物表面构筑的仿皮肤多功能防火涂层的压阻传感测试和人体运动检测曲线如图7所示。压阻传感和人体运动检测：使用铜导线将样品分别与电控拉压测力机(美国mark-10公司，型号：esm303)和人体关节连接，记录电阻变化曲线。
137.由图7可知：涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的棉织物具有良好的压阻传感性，可以应用于人体运动检测。
138.8)对实施例1～9和对比例1～2进行火灾预警、阻燃和自修复测试，测试结果如表1～4所示：
139.表1樟子松木
[0140][0141]
表2棉织物
[0142][0143]
表3聚丙烯样条
[0144][0145]
表4聚氨酯泡沫
[0146][0147][0148]
由表1～4可知：
[0149]
a)本发明的仿皮肤多功能防火涂层均能够赋予樟子松木、棉织物、聚丙烯样条、聚氨酯泡沫等易燃基材优异的阻燃、火灾预警和自修复性能；在未涂覆涂层时(对比例1)，樟子松木、棉织物、聚丙烯样条、聚氨酯泡沫等基材极易燃烧，在灼烧后，樟子松木在燃烧后132.6s后火焰才自熄，而棉织物、聚丙烯样条、聚氨酯泡沫甚至燃烧殆尽；在涂覆了仿皮肤
多功能防火涂层后，所有易燃基材都体现出优异的阻燃性能(实施例1～9)，在离开火源后火焰能够快速熄灭，原因在于：仿皮肤多功能防火涂层中热电材料mxene和层状纳米材料都具有良好的阻隔性和酸催化成炭性能，使涂层发挥了高效的阻燃效果；
[0150]
b)涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的基材均表现出灵敏的火灾预警性能，在遭受火焰灼烧后，能够快速触发火警，实现多功能防火，原因在于：仿皮肤多功能防火涂层中的mxene具有良好的热电转换性，在内部出现温差后，其内部载流子由热端向冷端移动，从而在涂层两端产生电压和反向电流，触发火警；
[0151]
c)对比例2的防火涂层在遭受外力损伤后，涂层的连续性受到影响，并导致其导电通路被破坏，因此丧失了其原有的阻燃性和火灾预警性，而当涂层中加入功能化纤维素后，其中的多重氢键作用能够使裂纹愈合，在修复后涂层的阻燃性和火灾预警能力基本恢复到原有水平；
[0152]
d)从图7可以看出，涂覆了仿皮肤多功能防火涂层的棉织物具有良好的压阻传感性，将其贴于人体不同关节处，可以检测到稳定、独特而又有规律的运动曲线，表明其可应用于人体运动检测；
[0153]
综上可知，本发明的仿皮肤多功能防火涂层同时具有优异的火灾预警、阻燃性、自修复性和压阻传感能力，可以应用于智能消防、现代家居和国防军工等领域。
[0154]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。