[發明專利]利用氟代烷基化合物改性鋁粉以提高穩定性和燃燒性能的方法

有效

• 申請號: 202010438068.3
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111574314B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 張俊平;李凌霄;楊燕飛;李步成
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C06B45/32
• 分類號: C06B45/32
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明提供了一種利用氟代烷基化合物改性鋁粉以提高穩定性和燃燒性能的方法，是將鋁粉超聲分散于有機溶劑中，得到鋁粉分散液；再向鋁粉分散液中加入氟代烷基化合物，攪拌使氟代烷基化合物與鋁粉表面的氧化鋁發生化學反應，在鋁粉表面形成致密的氟代烷基化合物包覆層；然后經抽濾、洗滌、真空干燥，即得氟代烷基化合物改性鋁粉。本發明通過氟代烷基化合物與鋁粉表面氧化鋁的化學反應牢固鍵合于鋁粉表面，形成致密的氟代烷基化合物包覆層，一方面通過氟代烷基鏈的疏水、疏油作用提高了鋁粉在熱水、熱溶劑中的穩定性，一方面通過燃燒時氟代烷基鏈與氧化鋁、鋁粉的反應，提高了鋁粉的燃燒性能。

技術領域

本發明涉及一種鋁粉改性方法，尤其是涉及利用氟代烷基化合物改性鋁粉以提高鋁粉穩定性和燃燒性能的方法，屬于含能材料技術領域。

背景技術

鋁粉作為常見的含能材料組分，因其具有高能量密度、高燃燒熱和高活性，廣泛應用于固體推進劑、炸藥和鋁熱劑等領域，以提高推進劑的密度比沖和燃燒溫度，炸藥的爆熱、爆溫和做功能力等。由于微/納米鋁粉具有較高表面能，在常溫常壓下極易與空氣中的氧氣反應形成致密、耐腐蝕的惰性氧化膜。盡管惰性氧化膜阻止了鋁粉進一步被氧化，對內部鋁粉起到一定的保護作用，但導致鋁粉活性降低，能量釋放速率減慢，嚴重影響其在推進劑或炸藥中使用。

研究表明，通過微/納米鋁粉的表面包覆構筑核殼結構，既能阻隔空氣保持鋁粉活性，又可對其表面進行改性。CN103772078A公開一種含能高分子表面改性鋁粉的制備方法，改性后鋁粉提高了表面的疏水性、力學性能以及高溫下的反應活性。CN108687340B公開了一種表面改性改善鋁粉高溫熱反應性能的方法，提升了鋁粉的高溫氧化速率、熱量釋放速率和高溫氧化燃燒性能。CN110550990A公開了一種聚合單寧酸包覆高活性鋁粉/硅粉的制備方法，有效保護鋁粉或硅粉的活性，可提供額外的燃燒熱，促進了鋁粉或硅粉的快速燃燒反應，從而提高了固體推進劑的燃燒性能。CN109704896A提出一種基于聚多巴胺界面調控硝胺炸藥改性鋁粉及制備方法，以提高含鋁炸藥的能量和密度。然而，含鋁炸藥的組裝、成型通常是在熱水、熱溶劑條件下完成的。盡管上述發明提高了鋁粉在推進劑和炸藥中的反應活性，但無法抵抗含鋁炸藥的組裝、成型過程中熱水、熱溶劑對改性鋁粉的氧化腐蝕，顯然無法滿足含鋁炸藥的實際組裝、成型工藝需求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術改性鋁粉無法抵抗熱水、熱溶劑的缺陷，提供一種利用氟代烷基化合物表面修飾提高鋁粉穩定性和燃燒性能的方法，一方面可以提高鋁粉在熱液體中的穩定性，一方面可以提高鋁粉的燃燒性能，對含鋁炸藥和推進劑等的組裝成型和實際應用具有至關重要的作用。

一、改性鋁粉的制備

本發明利用氟代烷基化合物改性鋁粉的方法，利用氟代烷基化合物提高鋁粉穩定性和燃燒性能的方法，是將鋁粉超聲分散于有機溶劑中，得到鋁粉分散液；再向鋁粉分散液中加入氟代烷基化合物，常溫攪拌5~120 min，使氟代烷基化合物與鋁粉表面的氧化鋁發生化學反應，在鋁粉表面形成致密的氟代烷基化合物包覆層；然后經抽濾、洗滌、真空干燥，即得氟代烷基化合物改性鋁粉。

其中，鋁粉為微米鋁粉和納米鋁粉，有機溶劑為正己烷、正辛烷、石油醚、甲苯、乙醇、甲醇中的一種；鋁粉分散液的濃度為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種，且鋁粉與氟代烷基化合物的質量比為1:0.01~1:0.1。

所得改性鋁粉中氟代烷基化合物的含量為1~10 wt.%。

二、改性鋁粉在熱液體中的穩定性測試

為了證實本發明制備的改性鋁粉在熱水、熱有機溶劑中具有優異的穩定性，將本發明制備的改性鋁粉與未改性鋁粉進行了對比考察。