[发明专利]静电纺丝制备纳米硝化β-环糊精纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含能材料制备方法，具体涉及一种静电纺丝技术制备纳米硝化β-环糊精纤维的方法。

背景技术

近年来，静电纺丝技术作为一种可以有效获得直径在几十到几百纳米范围内超细纤维的简单而有效方法越来越受到重视，引起了科研工作者的广泛关注。静电纺丝装置包括注射器及针头、高压电源、接收器。注射器作为聚合物液体的存储器，控制聚合物液体流速。高压电源采用10-100千伏的直流高压静电发生器产生高压静电场。接收器根据要求可采用不同的形状，金属圆柱、平板或网格等。静电纺丝其基本过程是：聚合物溶液或熔体在几千至几万伏的高压静电场下克服表面张力而产生带电喷射流,喷射流细化、分裂,同时溶剂挥发,最终固化的高聚物纤维落在接收装置上形成纤维毡或其他形状的纤维结构物。工艺过程的主要参数包括：静电场强度、流体的流速、注射针头与接收装置的距离及纺丝环境的温度等。

电纺丝纤维的品种很多，所涉及的有传统化学纤维，还有高性能和液晶高分子、生物大分子等。β-环糊精是一种典型的生物大分子，具有高熔点、高密度、高稳定性等特点。β-环糊精是淀粉酶解得到的环状低聚糖化合物，由7个葡萄糖通过α-1,4糖苷键连接而成。近些年来，人们逐渐把超分子化合物应用于炸药领域。β-环糊精独特的立体环状结构和高稳定性能迎合了当今世界对炸药高能不敏感性的发展要求。由于炸药是自己供氧，所以要通过硝化以增强β-环糊精上的含氧量，当其每增加一个硝基就可以多提供两个氧，用来满足其自供氧。各种环糊精及其衍生物在国外已广泛应用于医药、化工、农业、日用消费品及生物技术等领域中。环糊精的硝酸酯化是环糊精分子中葡萄糖残基被硝酸酯基所取代的产物。目前，许多枪炮推进剂和炸药复合物都用到硝化棉，由于硝化棉制作成本高，所以比较昂贵。由于纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，所以较之常规粒度的粒子，能够展现出更多特有的性质。单一的纳米粉体难以均匀地分散于其它成分之中，无法充分发挥纳米粒子的大比表面、高表面能、高表面活性等优点。纳米粒子不能均匀分散的主要原因是纳米粒子表面能很大，粒子极易团聚，常规的工艺及混合设备也无法使其均匀混合。纳米粒子的实际使用效果得不到提高。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种静电纺丝制备纳米硝化β-环糊精纤维的方法，提高推进剂力学性能、燃烧性能、热稳定性、安全性；方法操作简单易行、得到的纳米纤维具有直径小、纳米粒子分散均匀等特点。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种静电纺丝制备纳米硝化β-环糊精纤维的方法，所述静电纺丝制备纳米硝化β-环糊精纤维的方法包括以下步骤：

将硝化β-环糊精与混合溶剂混合，配制成硝化β-环糊精质量百分含量为5%至50%的静电纺丝溶液；

采用静电纺丝技术，调节电压范围为10千伏至35千伏，调节纺丝温度范围为20摄氏度至30摄氏度，调节静电纺丝装置出液的速度范围为0.5毫升每小时至4毫升每小时，接收距离范围为10厘米至30厘米；

在静电场的作用下制备出纳米硝化β-环糊精纤维。

更进一步的技术方案是硝化β-环糊精的含氮量为5%-13%。

更进一步的技术方案是混合溶剂中包括：丙酮、甲醇、异丙醇，乙酸甲酯，乙酸乙酯、乙酸戊酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺。

更进一步的技术方案是混合溶剂为丙酮和N，N-二甲基乙酰胺按体积比为4:0.5－4:2配制而成。

更进一步的技术方案是静电纺丝溶液中包括纳米颗粒；所述硝化β-环糊精与纳米颗粒的质量比为10:0－7:3。

更进一步的技术方案是纳米颗粒包括：纳米金属颗粒、纳米金属氧化物颗粒。

更进一步的技术方案是纳米金属颗粒包括：镁、铝、硅、铜、铍、硼中的一种或几种。

更进一步的技术方案是纳米金属氧化物颗粒包括：四氧化三铁、氧化铁、四氧化三钴、氧化镍、氧化亚铜、氧化铜、三氧化二锑、二氧化钼、三氧化钼、三氧化钨、二氧化钨中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首次提出采用硝化β-环糊精作为超细纤维的静电纺丝原液，制备了纳米硝化β-环糊精纤维，将纤维材料的特性与纳米颗粒特性相结合，填补了纳米硝化β-环糊精纤维产品的空白。