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一种铝粉表面自活化的方法

发明公布  有效
申请(专利)号:CN201707040724.X国省代码:四川 51
申请(专利权)人:中国工程物理研究院化工材料研究所
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摘要:
本发明公开了一种铝粉表面自活化的方法,将铝粉加入无水溶剂,混合搅拌,使得均匀分散,形成铝粉分散液;将有机氟化物溶解在溶剂中形成有机氟溶液,将有机氟溶液以一定速率加入到铝粉的分散液中搅拌,在一定温度下使溶解有机氟化物的溶剂挥发,有机氟化物在铝粉表面缓慢结晶析出,形成一层致密的表面活化层;离心分离除去溶剂,洗涤,60℃真空干燥,得到有机氟表面自活化的铝粉。本发明在铝粉表面形成有机物氟自活化层,能有效降低铝粉点火温度和缩短点火延迟时间,提高铝粉在氧化剂中的燃烧效率和释能速率,同时有机氟表面活化层能有效防止铝粉的氧化,提高稳定性。

主权项:
1.一种铝粉表面自活化的方法,其特征在于:步骤一、将铝粉加入无水溶剂,混合搅拌,使得均匀分散,形成铝粉分散液;步骤二、将有机氟化物溶解在溶剂中形成有机氟溶液,将有机氟溶液以一定速率加入到铝粉的分散液中搅拌,在一定温度下使溶解有机氟化物的溶剂挥发,有机氟化物在铝粉表面缓慢结晶析出,形成一层致密的表面活化层;步骤三、离心分离除去溶剂,洗涤,40~60℃真空干燥,得到表面活化的铝粉。


说明书

一种铝粉表面自活化的方法

技术领域

本发明涉及一种铝粉表面处理方法,具体涉及一种铝粉表面自活化的方法,属于
含能材料处理技术领域。

背景技术

铝粉作为一种高活性的金属燃料,由于其高的热值和低的成本在炸药、推进剂和
烟火剂中具有广泛的用途。然而铝粉表面存在的氧化层使得铝粉活度降低,燃烧反应缓慢,
点火温度高等,从而限制了含能材料的能量提升。特别是亚微米和纳米铝粉,表面氧化层问
题已成为限制其使用的首要难题。目前,为了解决铝粉的表面氧化问题,提高铝粉的稳定
性,降低其点火温度、增加能量密度和燃烧效率,通常采用表面包覆改性的方法,在铝粉表
面包覆一层有机或无机材料,提高一层防护层。

美国专利US2006/0101713中提出采用无机氟化物(K3AlF6)对微米铝粉的进行包
覆改性,降低铝粉的点火温度,并提高燃烧效率。国内杨毅等人通过化学反应的方法制备了
氧化亚镍,对铝粉表面进行了金属氧化物的包覆,提高能量密度。相对而言,采用有机材料
对铝粉包覆是最主要的方法。目前已采用的有机物如HTPB(端羟基聚丁二烯)、有机羧酸
(C17H33COOH)和棕搁酸等。例如Fred等人采用棕搁酸对纳米Al粉进行包覆,在铝粉表面包覆
棕搁酸能有效提高稳定性。Guo Lian gui等人用HTPB等含能材料中常用的高分子粘合剂对
铝粉进行了表面包覆改性,HTPB可以提高铝粉的储存稳定性。Young-Soon Kwon等人用等有
机羧酸对纳米铝粉进行了包覆,有机酸能有效提高铝粉在水中的化学稳定性。巩飞艳等人
采用化学接枝技术在铝粉表面接枝了GAP,有效提高了铝粉的稳定性和分散性。现有的方法
在提高铝粉的稳定性方面具有较好的效果,通过有机无机的包覆改性后在一定程度上能解
决铝粉再氧化的问题,然而现有的包覆层方法与技术无法消除氧化层的存在,对于提高点
火性能,降低点火延迟时间,增加体系的能量密度等问题无法有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝粉表面自活化的方法,通过在铝粉表面接枝一层有
机氟化物,提高铝粉稳定性和燃烧反应性能。本发明提出铝粉表面自活化的方法,采用有机
氟化物活化铝粉表面,制备过程和方法简单,易于批量化生产。首先在铝粉表面包覆一层氟
化物能提高纳米铝粉稳定性,有机氟化物能有效防止空气和水份对铝的再氧化。其次,通过
氟与Al2O3在较低温度的反应消除铝粉表面氧化层,使得铝核完全暴露在氧化剂中,从而发
生彻底反应,能解决铝粉燃烧不完全、点火温度高和延迟时间长、能量释放慢等问题。

本发明是通过下述技术方案实现的:

一种铝粉表面自活化的方法,是将铝粉加入无水溶剂,混合搅拌,使得均匀分散,
形成铝粉分散液;

将有机氟化物溶解在溶剂中形成有机氟溶液,将有机氟溶液以一定速率加入到铝
粉的分散液中搅拌,在一定温度下使溶解有机氟化物的溶剂挥发,有机氟化物在铝粉表面
缓慢结晶析出,形成一层致密的表面活化层。

离心分离除去溶剂,洗涤,40~60℃真空干燥,得到表面活化的铝粉。

更进一步的方案是:

所述无水溶剂为环己烷、无水乙醇或无水甲醇。

更进一步的方案是:

有机氟化物是全氟羧酸(CxF2z-1COOH,其中Z和X均>5)、F2311(偏氟乙烯-三氟氯乙
烯1:1共聚物)、F2314(偏氟乙烯-三氟氯乙烯1:4共聚物)、F2313(偏氟乙烯-三氟氯乙烯1:3
共聚物)中的一种或几种。

更进一步的方案是:

所述有机氟溶液中,溶剂为乙醚、乙腈、乙酸乙酯或乙酸乙酯和乙酸丁酯的混合溶
剂。

更进一步的方案是:

有机氟溶液与铝粉的分散液的体积比为1/10~1/5。

更进一步的方案是:

有机氟溶液的滴加速率为1~200mL/min,可以通过控制滴加速率和滴加时间调控
铝粉表面的活化层的厚度。

更进一步的方案是:

所述的一定温度在30~60℃。

更进一步的方案是:

铝粉的粒径分布在50微米到10纳米

更进一步的方案是:

步骤一和步骤二在氮气气氛下进行。

本发明的优点如下:(1)通过此法在铝粉表面形成致密的氟化物活化层,在低温下
与铝粉表面氧化层(Al2O3)反应,能消除掉Al2O3,使得铝核直接暴露在氧化剂中,从而能有
效降低铝粉点火温度、缩短点火延迟时间、提高燃烧效率和释能速率。(2)有机氟化物与铝
粉表面氧化层(Al2O3)反应,释放热量,可以降低点火能量,增强铝的反应,提高体系的能量
密度。(3)采用有机氟化物作为表面活化层,具有高的疏水特性,能防止铝粉在使用、存储过
程中的再氧化,提高铝粉的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1中采用C13F25COOH对铝粉表面活化后的TEM图。

具体实施方式

实施例1

将0.2g的C13F25COOH溶解在15mL的乙醚溶剂中形成有机氟溶液,将5克的微米铝粉
(平均粒径50微米)加入环己烷溶液中,通过超声分散30min。将乙醚溶液以5mL/min的速度
加入铝粉分散液中,在30℃搅拌2h,离心分离,采用环己烷洗涤2次,移至50℃真空烘箱干燥
5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。本实施例制备得到的有机氟表面自活化的铝粉TEM图如
附图1所示,从附图1可以看出,铝粉表面已经完全被有机氟覆盖。

实施例2

将0.3g的C13F25COOH溶解在15mL的乙醚溶剂中形成有机氟化物的溶液,将5克的纳
米铝粉(均匀粒径20纳米)加入环己烷溶液中,通过超声分散30min。将乙醚溶液以5mL/min
的速度加入铝粉分散液中,在30℃搅拌2h,离心分离,采用环己烷洗涤2次,移至50℃真空烘
箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。

实施例3

将0.2g的C7F14COOH溶解在15mL的乙腈溶剂中形成有机氟化物的溶液,将5克的纳
米铝粉(均匀粒径50纳米)加入无水乙醇溶液中,通过超声分散30min。将乙醚溶液以5mL/
min的速度加入铝粉分散液中,在50℃搅拌2h,离心分离,采用无水乙醇洗涤2次,使得溶剂
挥发完全,移至50℃真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。

实施例4

将0.4g的C17F33COOH溶解在15mL的乙醚溶剂中形成有机氟化物的溶液,将5克的纳
米铝粉(均匀粒径100纳米)加入无水乙醇溶液中,通过超声分散30min。将乙醚溶液以5mL/
min的速度加入铝粉分散液中,在60℃搅拌2h,离心分离,采用无水乙醇洗涤2次,移60℃至
真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。

实施例5

将0.3g的F2311溶解在20mL的乙酸乙酯溶剂中形成有机氟高分子溶液,将5克的微
米铝粉(均匀粒径50微米)加入无水乙醇溶液中,通过超声分散30min。将有机氟高分子高分
子溶液以5mL/min的速度加入铝粉分散液中,在30℃搅拌2h,离心分离,采用无水乙醇洗涤2
次,,移至50℃真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。

实施例6

将0.4g的F2311溶解在20mL的乙酸乙酯溶剂中形成氟化物溶液,将5克的纳米铝粉
(均匀粒径20纳米)加入环己烷溶液中,通过超声分散30min。将有机氟高分子高分子溶液以
5mL/min的速度加入铝粉分散液中,在30℃搅拌2h,离心分离,采用环己烷洗涤2次,,移至50
℃真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。


实施例7

将0.4g的F2314溶解在20mL的乙酸乙酯和乙酸丁酯的混合溶剂(质量比1:1)中形
成有机氟高分子的溶液,将5克的纳米铝粉(均匀粒径20纳米)加入环己烷溶液中,通过超声
分散30min。将有机氟高分子的溶液以10mL/min的速度加入铝粉分散液中,在30℃搅拌2h,
离心分离,采用环己烷洗涤2次,,移至50℃真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝
粉。。

实施例8

将0.2g的F2314溶解在20mL的乙酸丁酯酯溶剂中形成氟聚物高分子溶液,将5克的
微米铝粉(均匀粒径50微米)加入环己烷溶液中,通过超声分散30min。将氟聚物高分子溶液
以20mL/min的速度加入铝粉分散液中,在40℃搅拌2h,离心分离,采用环己烷洗涤2次,,移
至50℃真空烘箱干燥5h,得到有机氟表面自活化的铝粉。。

实施例9

将0.6g的F2313溶解在60mL的乙酸乙酯和乙酸丁酯的1:1混合溶剂中形成氟高分
子溶液,将10克的微米铝粉(均匀粒径50微米)加入无水乙醇溶液中,通过超声分散30min。
将氟高分子溶液以100mL/min的速度加入铝粉分散液中,在40℃搅拌2h,离心分离,采用无
水乙醇洗涤2次,,移至50℃真空...

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图1
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