一种含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及硝化纤维素薄膜制备技术领域，具体来说，涉及一种含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜及其制备方法。

背景技术

以硝化纤维素为粘结剂的含能复合材料是火箭、发射系统中重要的能量来源。在此类能源材料使用过程中，硝化纤维素与增塑剂的相容性、混合增塑剂间的相容性对材料自身力学性能、贮存性能及能量释放时的稳定性具有较大的影响。含硝化纤维素及其增塑剂的共混薄膜作为检测硝化纤维素体系相容性、安定性等使用性能测试的载体，在含能复合材料体系表征中发挥重要作用。

自1908年Bechhold首次制备硝化纤维素-冰醋酸溶液并制得硝化纤维素薄膜以来，硝化纤维素薄膜在液态物质分离、快速诊断等应用方面发展迅速，特别是在对蛋白质等物质具有非特应吸附能力的水基硝化纤维素薄膜的研究方面。受制于表征手段的发展，过去一段时间，以硝化纤维素为基体的粘结剂-增塑剂体系的研究工作具有一定局限性，含硝化纤维素及其增塑剂共混薄膜的制备无合理且明确的方法。随着表征手段的进步，先进的分析表征手段对含硝化纤维素及其增塑剂的共混薄膜及其制备方法提出更高的要求。

另一方面，由于被测试的硝化纤维素及含能增塑剂大多属危险品，运输及存储需被管控且具有较高要求。特别是作为含能增塑剂的部分炸药，因其自身的安全特性被禁止运输，这极大程度地限制了硝化纤维素及其增塑剂相互作用的研究。因此，为便于原料运输及研究开展，亟需一种以含有硝化纤维素-含能增塑剂共混组分的吸收药片为原料的共混薄膜作为测试样品。

发明内容

本发明提供了一种含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜及其制备方法。该共混薄膜的表面粗糙度低、厚度均匀、组分分布均匀，测试时具有更均匀一致的性能。

本发明提供了一种含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜，以质量百分数计，共混薄膜的原料包括增塑剂和硝化纤维素，或吸收药，其中，增塑剂含量1~50%、硝化纤维素含量50%~99%。

进一步的，增塑剂选自硝化甘油、二乙二醇二硝酸酯、三乙二醇三硝酸酯等中一种或几种。

进一步的，共混薄膜表面粗糙度不大于25 nm。

进一步的，吸收药包括增塑剂和硝化纤维素。

本发明提供了一种含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜的制备方法，包括：

步骤1：将硝化纤维素和增塑剂，或吸收药在溶剂中密封搅拌至溶解均匀，其中溶质与溶剂的质量比在1:1~1:20之间，密封搅拌时间不少于15min；

步骤2：将步骤1所得混合溶液浇注在具有限制流动功能的石英制品基材上，浇注厚度为100μm~1000μm；

步骤3：浇注结束后采用遮蔽材料进行包裹，遮蔽材料上设置多个透气孔，通过控制遮蔽材料透气孔个数和大小，间接控制溶剂在24h以上时间内挥发；

步骤4：将步骤3所得样品置于30~70℃下烘干；

步骤5：将步骤4烘干样品除掉遮蔽材料后置于水基溶液中脱膜处理；

步骤6：将步骤5脱模后样品置于30~70℃下烘干。

进一步的，具有限制流动功能的石英制品基材是指在光滑的石英制品基材上设置防止混合溶液溢出的石英挡板，石英制品基材厚度不少于5mm。

进一步的，遮蔽材料包括透明材质的薄膜或硬质塑料，例如PVC薄膜。

进一步的，水基溶液为去离子水或者含有1wt%聚氧乙烯基表面活性剂的水溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）共混薄膜原料来源广泛。可采用原料为含有含能增塑剂的吸收药进行制备，解决纯液态增塑剂运输困难、危险性高等实际测试难题。

（2）共混薄膜厚度可通过样品量及制备工艺调节，能够极大程度满足使用需要。

（3）共混薄膜组分均匀，厚度一致性高，可极大程度避免因薄膜自身缺陷导致的测试偏差。在硝化纤维素增塑性能测试过程中能提够必要的样品一致性条件。

（4）共混薄膜制备过程简便，设备成本低，薄膜产量高。

附图说明

图1为扫描电镜测试下的实施例1（a）和实施例2（b）样品表面形貌状态。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例范围之中，基于本发明中的实施例，任何无创造性的替换或变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明制备的共混薄膜时采用的增塑剂原料可以是单一组分的硝化甘油、二乙二醇二硝酸酯、三乙二醇三硝酸酯等一种或几种构成，也可以是吸收药中的增塑剂。

实施例1

步骤1：将含有二乙二醇二硝酸酯（30 wt%）、硝化纤维素（69 wt%）、2号中定剂（1wt%）吸收药片在乙醇-乙醚溶剂（体积比1:2）中密封搅拌至溶解均匀，其中溶质与溶剂的质量比为1:1，密封搅拌时间为15min；

步骤2：将上述混合溶液浇注在具有限制流动功能的石英制品基材上，浇注厚度为1000μm，需保证基材固定在的振荡器材上进行规则震荡；

步骤3：浇注结束后采用PVC薄膜进行包裹，PVC薄膜上设置多个透气孔，间接控制溶剂在48h挥发完毕；

步骤4：将遮蔽处理过的样品置于30℃下烘干；

步骤5：将烘干的样品置于去离子水中脱膜处理；

步骤6：将脱模后的样品置于30℃下烘干。

实施例2

步骤1：将硝化甘油（48.1 wt%）、硝化纤维素（50.9 wt%）、2号中定剂（1 wt%）吸收药片在醇-酮溶剂（体积比1:1）中密封搅拌至溶解均匀，其中溶质与溶剂的质量比为1:10，密封搅拌时间为30min；

步骤2：将上述混合溶液浇注在具有限制流动功能的石英制品基材上，浇注厚度为500μm，需保证基材固定在的振荡器材上进行规则震荡；

步骤3：浇注结束后采用PVC薄膜进行包裹，PVC薄膜上设置多个透气孔，间接控制溶剂在72h挥发完毕；

步骤4：将遮蔽处理过的样品置于50℃下烘干；

步骤5：将烘干的样品置于去离子水中脱膜处理；

步骤6：将脱模后的样品置于50℃下烘干。

实施例3

步骤1：将硝化纤维素（50 wt%）和三乙二醇三硝酸酯（50 wt%）在乙酸乙酯溶剂中密封搅拌至溶解均匀，其中溶质与溶剂的质量比为1:20，密封搅拌时间为45min；

步骤2：将上述混合溶液浇注在具有限制流动功能的石英制品基材上，浇注厚度为100μm，需保证基材固定在的振荡器材上进行规则震荡；

步骤3：浇注结束后采用PVC薄膜进行包裹，PVC薄膜上设置多个透气孔，间接控制溶剂在72h挥发完毕；

步骤4：将遮蔽处理过的样品置于70℃下烘干；

步骤5：将烘干的样品置于水-OP10（1wt%）溶液中脱膜处理；

步骤6：将脱模后的样品置于70℃下烘干。

取各实施例1和2的共混薄膜成品进行SEM，由图1可知，含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜组分均匀，厚度一致性高，表面平整程度高；

实施例1~3样品原子力显微镜测试下的粗糙度分别为8.9 nm、9.8 nm、16.1 nm，共混薄膜表面粗糙度不大于25 nm，粗糙度等级均为N1。

该含硝化纤维素和增塑剂的共混薄膜可用来测试硝化纤维素-增塑剂体系中硝化纤维素和增塑剂的作用机理以及增塑剂和增塑剂之间的作用机理，作为检测硝化纤维素体系相容性、安定性等使用性能测试的载体。

以上所述，依照本发明所得共混薄膜的原料来源广泛，可采用原料为含有含能增塑剂的吸收药片进行制备。本发明共混薄膜厚度可通过样品量及制备工艺调节，能够极大程度满足使用需要，制备过程简便，设备成本低，产量高。该方法制得的共混薄膜组分均匀，厚度一致性高，具有更加优异的性能，最终可用于硝化棉基增塑相相容性的检测表征。