專利名稱：一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用，屬于高分子材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硝化纖維素是一種重要的含能化工原料，廣泛應(yīng)用于油漆、皮革、塑料和火炸藥等領(lǐng)域。由于硝化纖維素屬于半剛性分子鏈，以其為基的材料在應(yīng)用過程中都會(huì)面臨低溫變脆、高溫變軟的問題，因此，全面改善硝化纖維素的力學(xué)性能是進(jìn)一步提升其應(yīng)用空間的關(guān)鍵技術(shù)。以往人們也嘗試過采用添加低溫增塑劑、與熱塑性彈性體共混、接枝共聚等方法改善硝化纖維素的力學(xué)性能，但這些方法往往在改善拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和斷裂伸長(zhǎng)率中某一指標(biāo)的同時(shí)會(huì)造成其他性能指標(biāo)變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決同時(shí)改善硝化纖維素的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和斷裂伸長(zhǎng)率的問題，提出一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，具體步驟如下(一 )制備納米纖維素晶須懸浮液將棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理5min 20min后抽濾、烘干；浸入濃度為 45% 70%的硫酸溶液中，液固比控制在17. 5 50mL/g ；在45°C 75°C的水浴中攪拌反應(yīng)30min 90min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液A。將反應(yīng)液A離心，除去上層清液， 加水洗滌，再離心得到納米纖維素晶須懸浮液B。( 二)納米纖維素晶須表面的硝酸酯化方法一在納米纖維晶須素懸浮液B中加入適量硝酸和二氯甲烷的混合物，混合物中硝酸的質(zhì)量百分比為25% 50%，加入該混合物后使得硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在15% 50%。在冰浴中反應(yīng)5min 20min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C。將反應(yīng)液C抽濾、水洗至pH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D。方法二 在納米纖維素懸浮液B中加入適量硝酸，使硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在15% 50%。在0°C 30°C下反應(yīng)5min 20min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C。將反應(yīng)液C抽濾、水洗至pH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D。方法三在納米纖維素懸浮液B中加入適量硝酸和硫酸的混合物，混合物中硝酸的質(zhì)量百分比為12% 50%，加入該混合物后使得硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在 10% 30%。在0°C 30°C下反應(yīng)5min 20min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C。將反應(yīng)液C抽濾、水洗至pH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D。將上述濾餅D應(yīng)用到本發(fā)明中，用以解決同時(shí)改善硝化纖維素的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和斷裂伸長(zhǎng)率的問題。本發(fā)明的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的應(yīng)用，具體步驟如下步驟一、納米纖維素晶須表面硝酸酯化，得到濾餅D ；步驟二、表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在有機(jī)溶劑中的分散方法一將濾餅D凍干。取適量?jī)龈傻谋砻嫦跛狨セ募{米纖維素晶須投入有機(jī)溶劑中，超聲波震蕩15min 30min，得到在有機(jī)溶劑中均勻分散的懸浮液E。方法二 用有機(jī)溶劑置換濾餅D中的水，得到在有機(jī)溶劑中均勻分散的懸浮液E。步驟三、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將硝化纖維素溶解在懸浮液E中，得到混合溶液，使表面硝酸酯化的納米纖維素晶須占硝化纖維素質(zhì)量的2% 15%，超聲波震蕩0. 5min 5min，流延澆鑄成硝化纖維素
復(fù)合膜。有益效果(1)本發(fā)明首先提供了一種納米纖維素晶須的表面改性方法，通過此方法能夠使得納米纖維素晶須很好地分散在有機(jī)溶劑中；(2)所得到的硝化纖維素復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率三個(gè)指標(biāo)同時(shí)得到顯著提高。具體實(shí)施實(shí)例下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。實(shí)施例1—、納米纖維素晶須表面的硝酸酯化(一 )制備納米纖維素懸浮液將Ilg棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理15min后抽濾、烘干待用。將IOg上述纖維素粉末浸入濃度為64%的硫酸溶液中，液固比為17. 5mL/g,在45°C的水浴中攪拌反應(yīng) 45min，加十倍水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液Al。將反應(yīng)液Al離心，除去上層清液，加水洗滌，再離心得到納米纖維素懸浮液Bl。( 二)納米纖維素晶須表面的硝酸酯化將IOOg納米纖維素懸浮液Bl加入300g硝酸和600g 二氯甲烷的混合物中。在冰浴中反應(yīng)lOmin，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液Cl。將反應(yīng)液Cl抽濾、水洗3遍，得濾餅D1。(三)表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在丙酮中的分散將濾餅Dl凍干。將凍干的表面硝酸酯化的納米纖維素晶須投入丙酮中，超聲波震蕩30min，得到在丙酮中均勻分散的懸浮液E1。二、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將IOg普通硝化纖維素溶解在IOOg懸浮液(其中納米纖維素的質(zhì)量百分比濃度為0.2%)中，超聲波震蕩:3min，流延澆鑄成硝化纖維素復(fù)合膜。硝化纖維素復(fù)合膜力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果見表1。CN 102391379 A
說明書
3/4頁(yè)實(shí)施實(shí)例2—、納米纖維素晶須表面的硝酸酯化(一 )制備納米纖維素懸浮液將Ilg棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理15min后抽濾、烘干待用。將IOg上述纖維素粉末浸入濃度為64%的硫酸溶液中，液固比為17. 5mL/g,在45°C的水浴中攪拌反應(yīng) 45min，加十倍水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液A2。將反應(yīng)液A2離心，除去上層清液，加水洗滌，再離心得到納米纖維素懸浮液B2。( 二)納米纖維素晶須表面的硝酸酯化將IOOg納米纖維素懸浮液B2加入200g硝酸和700g硫酸的混合物中。在中反應(yīng)5min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C2。將反應(yīng)液C2抽濾、水洗3遍，得濾餅D2。(三)表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在丙酮中的分散用丙酮置換濾餅D2中的水3次，得到在丙酮中均勻分散的懸浮液E2。二、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將IOg普通硝化纖維素溶解在IOOg懸浮液(其中納米纖維素的質(zhì)量百分比濃度為0.35%)中，超聲波震蕩細(xì)^1，流延澆鑄成硝化纖維素復(fù)合膜。硝化纖維素復(fù)合膜力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果見表1?？梢钥吹脚c硝化纖維素空白膜相比，硝化纖維素復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度提高21. 7 %、彈性模量提高30. 3 %，斷裂伸長(zhǎng)率提高123. 3%。實(shí)施實(shí)例3一、納米纖維素晶須表面的硝酸酯化(一 )制備納米纖維素懸浮液將Ilg棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理15min后抽濾、烘干待用。將IOg上述纖維素粉末浸入濃度為64%的硫酸溶液中，液固比為17. 5mL/g,在45°C的水浴中攪拌反應(yīng) 45min，加十倍水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液A3。將反應(yīng)液A3離心，除去上層清液，加水洗滌，再離心得到納米纖維素懸浮液B3。( 二)納米纖維素晶須表面的硝酸酯化將IOOg納米纖維素懸浮液B3加入500g硝酸中。在冰浴中反應(yīng)5min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C3。將反應(yīng)液C3抽濾、水洗3遍，得濾餅D3。(三)表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在丙酮中的分散用丙酮置換濾餅D3中的水3次，得到在丙酮中均勻分散的懸浮液E3。二、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將IOg普通硝化纖維素溶解在IOOg懸浮液(其中納米纖維素的質(zhì)量百分比濃度為0.5%)中，超聲波震蕩5min，流延澆鑄成硝化纖維素復(fù)合膜。硝化纖維素復(fù)合膜力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果見表1。實(shí)施實(shí)例4—、納米纖維素晶須表面的硝酸酯化(一 )制備納米纖維素懸浮液將Ilg棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理15min后抽濾、烘干待用。將IOg上述纖維素粉末浸入濃度為64%的硫酸溶液中，液固比為17. 5mL/g,在45°C的水浴中攪拌反應(yīng) 45min,加十倍水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液A4。將反應(yīng)液A4離心，除去上層清液，加水洗滌，再離心得到納米纖維素懸浮液B4。( 二)納米纖維素晶須表面的硝酸酯化將IOOg納米纖維素懸浮液B4加入300g硝酸和600g 二氯甲烷的混合物中。在 25°C中反應(yīng)5min，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C4。將反應(yīng)液C4抽濾、水洗3遍，得濾餅D4。(三)表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在乙醇-乙醚混合溶液(兩者的體積比為 1 1)中的分散用醇醚混合溶液置換濾餅D4中的水3次，得到在醇醚混合溶液中均勻分散的懸浮液E4。二、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將IOg普通硝化纖維素溶解在IOOg懸浮液(其中納米纖維素的質(zhì)量百分比濃度為0.7%)中，超聲波震蕩:3min，流延澆鑄成硝化纖維素復(fù)合膜。硝化纖維素復(fù)合膜力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果見表1。表1硝化纖維素空白膜與復(fù)合膜的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)目
拉伸強(qiáng)度
彈性模量斷裂伸長(zhǎng)率
(MPa)(MPa)(%)硝化纖維素空白膜42. 4784. 530. 1實(shí)施實(shí)例145. 1875. 745. 8實(shí)施實(shí)例251. 61041. 167. 3實(shí)施實(shí)例350. 41130. 256. 7實(shí)施實(shí)例447. 71176. 437. 5表中硝化纖維素空白膜的制備方法是將IOg普通硝化纖維素溶解在IOOg丙酮中， 超聲震蕩3min，流延澆鑄成膜。由表中可知，本發(fā)明4個(gè)實(shí)施例中得到的硝化纖維素復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率明顯高于硝化纖維素空白膜.
權(quán)利要求
1.一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、制備納米纖維素晶須懸浮液將棉纖維素粉末在冰浴中超聲預(yù)處理后抽濾、烘干；浸入濃度為45% 70%的硫酸溶液中，液固比控制在17. 5 50mL/g ；在45°C 75°C的水浴中攪拌反應(yīng)，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液A ；將反應(yīng)液A離心，除去上層清液，再加水洗滌，再離心得到納米纖維素晶須懸浮液B ；步驟二、納米纖維素晶須表面的硝酸酯化方法一在納米纖維晶須素懸浮液B中加入適量硝酸和二氯甲烷的混合物，混合物中硝酸的質(zhì)量百分比為25% 50%，加入該混合物后使得硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在15% 50%;在冰浴中反應(yīng)，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C ；將反應(yīng)液C抽濾、水洗至PH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D ；方法二 在納米纖維素懸浮液B中加入適量硝酸，使硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在15% 50% ；在0°C 30°C下反應(yīng)，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C;將反應(yīng)液C抽濾、水洗至PH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D ；方法三在納米纖維素懸浮液B中加入適量硝酸和硫酸的混合物，混合物中硝酸的質(zhì)量百分比為12% 50%，加入該混合物后使得硝酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量百分比在10% 30% ；在0°C 30°C下反應(yīng)，加水稀釋使反應(yīng)停止，得到反應(yīng)液C ；將反應(yīng)液C抽濾、水洗至 PH值恒定，得表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于 步驟一所述的超聲預(yù)處理時(shí)間為5min 20min。
3.如權(quán)利要求1所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于 步驟一所述的在45°C 75°C的水浴中攪拌反應(yīng)時(shí)間為30min 90min。
4.如權(quán)利要求1所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于 步驟二方法一中所述的在冰浴中反應(yīng)時(shí)間為5min 20min。
5.如權(quán)利要求1所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于 步驟二方法二中所述的在0°c 30°C下反應(yīng)時(shí)間為5min 20min。
6.如權(quán)利要求1所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，其特征在于 步驟二方法三中所述的在0°C 30°C下反應(yīng)時(shí)間為5min 20min。
7.一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟步驟一、利用權(quán)利要求一所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法，制的濾餅D ；步驟二、表面硝酸酯化的納米纖維素晶須在有機(jī)溶劑中的分散方法一將濾餅D凍干，取適量投入到有機(jī)溶劑中，超聲波震蕩，得到在有機(jī)溶劑中均勻分散的懸浮液E ；方法二 用有機(jī)溶劑置換濾餅中的水，得到在有機(jī)溶劑中均勻分散的懸浮液E ；步驟三、硝化纖維素復(fù)合膜的流延澆鑄將硝化纖維素溶解在懸浮液E中，使表面硝酸酯化的納米纖維素晶須占硝化纖維素質(zhì)量的2% 15%，超聲波震蕩，流延澆鑄成硝化纖維素復(fù)合膜。
8.如權(quán)利要求6所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的應(yīng)用，其特征在于步驟二方法一中所述的超聲波震蕩時(shí)間為15min 30min。
9.如權(quán)利要求6所述的一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的應(yīng)用，其特征在于步驟三中所述的超聲波震蕩時(shí)間為0. 5min 5min。
全文摘要
一種改善硝化纖維素力學(xué)性能物質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用，屬于高分子材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明的具體步驟為在納米纖維素晶須懸浮液中加入適量的硝酸和二氯甲烷的混合物、硝酸或硝酸和硫酸的混合物，反應(yīng)后得到表面硝酸酯化的納米纖維素晶須，其形態(tài)為濾餅，稱之為濾餅D；將濾餅D分散在有機(jī)溶劑中，或用有機(jī)溶劑置換濾餅D中的水，得到懸浮液E；將硝化纖維素溶解在懸浮液E中，反應(yīng)后流延澆鑄成膜。所得到的硝化纖維素復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率三個(gè)指標(biāo)同時(shí)得到顯著提高。
文檔編號(hào)C08B5/02GK102391379SQ20111018800
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者馮蕾, 李永紅, 王文俊, 王飛俊, 邵自強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)