[发明专利]利用氟代烷基化合物改性铝粉以提高稳定性和燃烧性能的方法

说明书

本发明提供了一种利用氟代烷基化合物改性铝粉以提高稳定性和燃烧性能的方法，是将铝粉超声分散于有机溶剂中，得到铝粉分散液；再向铝粉分散液中加入氟代烷基化合物，搅拌使氟代烷基化合物与铝粉表面的氧化铝发生化学反应，在铝粉表面形成致密的氟代烷基化合物包覆层；然后经抽滤、洗涤、真空干燥，即得氟代烷基化合物改性铝粉。本发明通过氟代烷基化合物与铝粉表面氧化铝的化学反应牢固键合于铝粉表面，形成致密的氟代烷基化合物包覆层，一方面通过氟代烷基链的疏水、疏油作用提高了铝粉在热水、热溶剂中的稳定性，一方面通过燃烧时氟代烷基链与氧化铝、铝粉的反应，提高了铝粉的燃烧性能。

技术领域

本发明涉及一种铝粉改性方法，尤其是涉及利用氟代烷基化合物改性铝粉以提高铝粉稳定性和燃烧性能的方法，属于含能材料技术领域。

背景技术

铝粉作为常见的含能材料组分，因其具有高能量密度、高燃烧热和高活性，广泛应用于固体推进剂、炸药和铝热剂等领域，以提高推进剂的密度比冲和燃烧温度，炸药的爆热、爆温和做功能力等。由于微/纳米铝粉具有较高表面能，在常温常压下极易与空气中的氧气反应形成致密、耐腐蚀的惰性氧化膜。尽管惰性氧化膜阻止了铝粉进一步被氧化，对内部铝粉起到一定的保护作用，但导致铝粉活性降低，能量释放速率减慢，严重影响其在推进剂或炸药中使用。

研究表明，通过微/纳米铝粉的表面包覆构筑核壳结构，既能阻隔空气保持铝粉活性，又可对其表面进行改性。CN103772078A公开一种含能高分子表面改性铝粉的制备方法，改性后铝粉提高了表面的疏水性、力学性能以及高温下的反应活性。CN108687340B公开了一种表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，提升了铝粉的高温氧化速率、热量释放速率和高温氧化燃烧性能。CN110550990A公开了一种聚合单宁酸包覆高活性铝粉/硅粉的制备方法，有效保护铝粉或硅粉的活性，可提供额外的燃烧热，促进了铝粉或硅粉的快速燃烧反应，从而提高了固体推进剂的燃烧性能。CN109704896A提出一种基于聚多巴胺界面调控硝胺炸药改性铝粉及制备方法，以提高含铝炸药的能量和密度。然而，含铝炸药的组装、成型通常是在热水、热溶剂条件下完成的。尽管上述发明提高了铝粉在推进剂和炸药中的反应活性，但无法抵抗含铝炸药的组装、成型过程中热水、热溶剂对改性铝粉的氧化腐蚀，显然无法满足含铝炸药的实际组装、成型工艺需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术改性铝粉无法抵抗热水、热溶剂的缺陷，提供一种利用氟代烷基化合物表面修饰提高铝粉稳定性和燃烧性能的方法，一方面可以提高铝粉在热液体中的稳定性，一方面可以提高铝粉的燃烧性能，对含铝炸药和推进剂等的组装成型和实际应用具有至关重要的作用。

一、改性铝粉的制备

本发明利用氟代烷基化合物改性铝粉的方法，利用氟代烷基化合物提高铝粉稳定性和燃烧性能的方法，是将铝粉超声分散于有机溶剂中，得到铝粉分散液；再向铝粉分散液中加入氟代烷基化合物，常温搅拌5~120 min，使氟代烷基化合物与铝粉表面的氧化铝发生化学反应，在铝粉表面形成致密的氟代烷基化合物包覆层；然后经抽滤、洗涤、真空干燥，即得氟代烷基化合物改性铝粉。

其中，铝粉为微米铝粉和纳米铝粉，有机溶剂为正己烷、正辛烷、石油醚、甲苯、乙醇、甲醇中的一种；铝粉分散液的浓度为1 ~15 wt.%。

所述氟代烷基化合物是全氟辛酸、全氟癸酸、全氟聚醚羧酸、全氟十二烷硫醇、全氟癸硫醇、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛胺、全氟癸胺中的至少一种，且铝粉与氟代烷基化合物的质量比为1:0.01~1:0.1。

所得改性铝粉中氟代烷基化合物的含量为1~10 wt.%。

二、改性铝粉在热液体中的稳定性测试

为了证实本发明制备的改性铝粉在热水、热有机溶剂中具有优异的稳定性，将本发明制备的改性铝粉与未改性铝粉进行了对比考察。