[发明专利]一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法，用于纳米铝粉的活性保护，该复合粒子可作为烟火药剂或推进剂中的高能金属燃料，属于纳米材料制备及应用技术领域。

背景技术

纳米铝粉作为一种新型纳米材料，具有密度低，燃烧热高，原料来源丰富等优点，主要应用于烟火药、固体推进剂、火炸药等领域，纳米铝粉是一种高能金属燃料，可以显著改善这些含能材料的燃烧性能。铝粉的粒度、形状和粘合剂的含量对烟火药剂、推进剂的燃速、爆热、感度等影响极大。

纳米铝粉由于具有特殊表面效应，使其处于高度活化状态，易与环境中的气体、液体分子发生交互作用，使得纳米铝粒子极易被氧化，甚至在空气中自燃，从而造成纳米铝粉稳定性下降并丧失活性，给存储和使用带来很大的困难。此外，纳米铝粉团聚比较严重，在应用中还存在分散困难的问题。

表面包覆是目前解决纳米铝粉氧化和团聚的主要方法，包括无机材料包覆和有机材料包覆等。普通的过渡金属包覆、碳包覆、有机酸包覆等，采用的包覆材料均非烟火药或推进剂配方成分，有些为低能量或惰性材料，不仅影响其与烟火药剂及推进剂其它组分的相容性，也影响了烟火药、推进剂的能量特性。采用烟火药剂或推进剂组分来包覆纳米铝粉，不仅可以有效保护纳米铝粉活性、提高分散性及与其它组分的相容性，而且可以改善推进剂或烟火药剂的能量特性。

文献Kwon Y.S, et al.Appl. Surf. Sci. 2007, 273(12): 5558-5564.采用硝化棉包覆纳米铝粉，由于表面包覆层不够致密，在相对湿度为70 %的室温下放置12个月，活性铝含量由68%减为58 %；赵风起等专利CN201210025265.8也报道一种硝化棉包覆纳米铝复合粉体的制备方法；Guo L Q, et al. Appl. Surf. Sci. 2008, 254：2413-2416.以及Huang K.J, et al. Mater Sci Forum. 2011,694：189-194.都采用推进剂粘合剂HTPB包覆纳米铝粉，制备了Al/HTPB纳米复合粒子，马振叶等专利CN201210224561.0也报道一种纳米Al/HTPB核壳结构含能复合粒子的合成方法。

氟橡胶是烟火药常用粘合剂，具有负氧值高、易溶于有机溶剂、有良好的热稳定性和抗老化性，塑性好、与活泼组分相容性好等特点，燃烧时不影响烟火药剂的效应及性能。以氟橡胶为粘结剂的含能材料，还具有良好的力学强度、较低的机械感度、良好的安定性。采用氟橡胶包覆纳米铝粉，保护纳米铝粉活性，改善烟火药剂或推进剂燃烧性能的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法，保护纳米铝粉的活性，该方法能解决现有纳米铝粉包覆改性方法中引入非配方成分导致的能量降低及相容性问题。选用烟火药的配方成分对纳米铝粉进行包覆，致密的氟橡胶包覆层能有效保护纳米铝粉的活性，提高其在烟火药中的分散性和与其它组分的相容性，为纳米铝粉在烟火药、推进剂等含能材料中的应用提供技术支持。

本发明的原理：本发明采用氟橡胶包覆纳米铝粉，不仅能阻止纳米铝粉的氧化，改善分散性，而且氟橡胶本身也可以作为燃料进行燃烧供能，从而能够有效提高纳米铝粉的燃烧性能。由于纳米铝粉是极性表面，表面能很大，与非极性的氟橡胶的相容性差，为了提高包覆效果，本发明采用硅烷偶联剂改性纳米铝粉，降低铝粉表面能，提高与氟橡胶的界面结合力。改性纳米铝粉分散于氟橡胶溶液中，再通过非溶剂沉淀法制备氟橡胶包覆改性纳米铝粉核壳结构复合粒子。

本发明的技术方案如下：

一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法，首先利用硅烷偶联剂对纳米铝粉进行表面改性，然后采用溶剂-非溶剂法用氟橡胶对改性过的纳米铝粉进行表面包覆，制备纳米铝粉/氟橡胶复合粒子，包括以下步骤：

（1）采用硅烷偶联剂改性纳米铝粉；

（2）将占改性纳米铝粉质量5～20%的氟橡胶，溶于氟橡胶100-300倍质量的有机溶剂中配制成溶液，在氮气保护条件下，将步骤（1）中改性纳米铝粉超声下分散于上述氟橡胶的溶液中，在600-1000rpm搅拌条件下，将上述改性纳米铝粉与氟橡胶的混合溶液缓慢滴加到具有20～30℃温差的非溶剂环己烷中混合均匀，抽滤、65℃真空干燥10-12h，即得纳米铝粉/氟橡胶核-壳结构的复合粒子。