球形铝粉的表面包覆方法与流程

735 编辑：中冶有色技术网来源：南京理工大学;山西北方兴安化学工业有限公司

2023-09-19 15:52:31

本发明属于表面改性技术领域，特别是一种球形铝粉的表面包覆方法。

背景技术：

铝粉作为高能固体推进剂的添加剂，能有效地提高推进剂燃烧时的能量及对火箭的推动力，然而微纳米级铝粉在存放过程中极易团聚，不利于推进剂能量的提高。对铝粉表面进行包覆，能有效阻止铝粉氧化并改善其在推进剂中分散性和燃烧性能。

目前，国内外研究者已对铝粉表面包覆材料进行了大量的研究，如二氧化硅包覆，油酸包覆，金属包覆，聚苯乙烯包覆等。中国专利cn106984804公开了一种纳米铝粉微胶囊的制备方法，在醇醚混合溶液中引发苯乙烯原位分散聚合反应，该处理方法虽制备工艺简单，处理过程中甲醇与乙醚的耗用量大，经济可观且对操作环境有污染，不适于工业化条件下实施，聚苯乙烯引入到铝粉表面也不利于推进剂体系能量的提升。中国专利cn108176851公开了一种铝粉包覆防护方法，以石蜡制备防护层溶液，投入铝粉，真空搅拌逐出溶剂，过筛干燥，该方法制备工序简单，但温度升高容易发生相互粘结易出现大块团聚，且石蜡作为惰性材料不利于推进剂能量水平的提高。

国内纳米铝粉表面包覆改性研究存在一些问题，采用原位包覆与钝化后包覆方法都使得铝粉表面含一定量的氧化物壳层，活性铝含量降低，并且包覆层大多为惰性物质，影响推进剂的能量水平及燃烧性能，这些都限制了铝粉在推进剂和炸药领域的应用。除此之外，尚未见含能材料聚合物成功应用于铝粉表面包覆改性的报道。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种球形铝粉的表面包覆方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种球形铝粉的表面包覆方法，包括以下步骤：

步骤1、在搅拌条件下将含有硝化棉的含能高分子材料溶解到乙酸乙酯中，形成含能高分子溶胶；

步骤2、在搅拌条件下将球形铝粉分散到乙酸乙酯中；

步骤3、将步骤1得到的含能高分子溶胶与步骤2得到的物料混合均匀；

步骤4、在搅拌条件下逐步往步骤3得到的物料中加入含有乳化剂的水溶液进行初次分散，获得球形铝粉分散在其中的高分子乳液；

步骤5、在搅拌条件下往步骤4得到的高分子乳液中加入含有分散剂的水溶液进行二次分散，使得含能高分子材料包覆在球形铝粉表面；

步骤6、在搅拌条件下往步骤5得到的物料体系中加入盐溶液进行脱水浸析，使包覆在球形铝粉表面的含能高分子材料中的溶剂和水逐步脱除；

步骤7、采用过滤或离心的方式将步骤6得到物料进行固液分离，得到包覆处理的固体颗粒；

步骤8、采用常规方式对步骤7固液分离得到的固体颗粒进行烘干处理，干燥后的固体颗粒即为表面包覆含能高分子材料的球形铝粉。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明以含硝化棉的含能高分子材料实现球形铝粉表面包覆，在防止铝氧化失活的同时有助于提高推进剂能量水平和燃烧性能；2)本发明所制备的表面包覆含能高分子材料的球形铝粉的流散性良好，包覆层致密，耐水性优良；3)本发明采用乙酸乙酯和水作为表面处理的工艺介质，且进行闭路循环，操作过程安全环保；4)本发明可在室温下完成，工艺流程简单，可操作性强。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明球形铝粉的表面包覆方法的流程图。

图2为球形铝粉包覆前的外观形貌图。

图3为球形铝粉包覆前的粒径分布图。

图4为本发明实施例1球形铝粉包覆后的外观形貌图。

图5为本发明实施例1球形铝粉包覆后的粒径分布图。

图6为本发明实施例2球形铝粉包覆后的外观形貌图。

图7为本发明实施例2球形铝粉包覆后的粒径分布图。

图8为本发明实施例3球形铝粉包覆后的外观形貌图。

图9为本发明实施例3球形铝粉包覆后的粒径分布图。

具体实施方式

结合图1，本发明一种球形铝粉的表面包覆方法，包括以下步骤：

步骤1、在搅拌条件下将含有硝化棉的含能高分子材料溶解到乙酸乙酯中，形成含能高分子溶胶。其中，含有硝化棉的含能高分子材料中硝化棉的含氮量大于等于11.5％，硝化棉在含能高分子材料中所占的质量比不低于40％，含能高分子溶胶中含能高分子材料的质量浓度为2％～10％。

步骤2、在搅拌条件下将球形铝粉分散到乙酸乙酯中，其中乙酸乙酯与球形铝粉的质量比不低于6。其中，球形铝粉为微米级球形铝粉，其粒径的范围为1μm～100μm。步骤1中含有硝化棉的含能高分子材料与该步骤2中球形铝粉的质量之比为1:100～1:10。

步骤3、将步骤1得到的含能高分子溶胶与步骤2得到的物料混合均匀。

步骤4、在搅拌条件下逐步往步骤3得到的物料中加入含有乳化剂的水溶液进行初次分散，获得球形铝粉分散在其中的高分子乳液。其中乳化剂为表面活性剂，含乳化剂的水溶液质量浓度为0.05％～1％，含乳化剂的水溶液用量为步骤1和步骤2中所用乙酸乙酯质量总和的0.2倍～0.8倍。

步骤5、在搅拌条件下往步骤4得到的高分子乳液中加入含有分散剂的水溶液进行二次分散，使得含能高分子材料包覆在球形铝粉表面。其中，分散剂为阿拉伯胶、明胶、甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种，含分散剂的水溶液质量浓度为0.05％～2％，含分散剂的水溶液用量为步骤1和步骤2中所用乙酸乙酯质量总和的2倍～5倍。

步骤6、在搅拌条件下往步骤5得到的物料体系中加入盐溶液进行脱水浸析，使包覆在球形铝粉表面的含能高分子材料中的溶剂和水逐步脱除。其中，盐溶液为硫酸钠溶液、硝酸钾溶液、氯化钠溶液中的一种，盐溶液的质量浓度为0.2％～4％，盐溶液用量为步骤1和步骤2中所用乙酸乙酯质量总和的8倍～12倍。

步骤7、采用过滤或离心的方式将步骤6得到物料进行固液分离，得到包覆处理的固体颗粒。

步骤8、采用常规方式对步骤7固液分离得到的固体颗粒进行烘干处理，烘干温度低于70℃，干燥后的固体颗粒即为表面包覆含能高分子材料的球形铝粉。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

室温下，采用硝化棉含量为100％的含能高分子材料为球形铝粉的包覆材料，首先采用上述含能高分子材料和乙酸乙酯溶剂配制质量浓度为5％的含能高分子溶胶。称取36g乙酸乙酯倒入反应装置，启动搅拌，转速调至550rpm，再称取6g球形铝粉(粒径范围为1μm～100μm，平均粒径为26.57μm)倒入反应装置中，分散10min，按照含能高分子材料占铝粉质量为1％，加入1.2g上述含能高分子溶胶，混合搅拌20min。逐步往上述分散了铝粉的含能高分子溶胶的物料中加入29.7g(上述所用乙酸乙酯质量的0.8倍)质量浓度为0.3％的op-10乳化剂水溶液，乳化30min，得到分散了球形铝粉的高分子乳液。再往上述体系中加入185.8g(上述所用乙酸乙酯质量的5倍)质量浓度为0.25％明胶溶液进行二次分散，分散30min。接着往上述物料体系中加入446.1g(上述所用乙酸乙酯质量的12倍)质量浓度为4％的硝酸钾溶液，脱水浸析60min。采用抽滤方式进行固液分离，将分离出的固体颗粒置于烘箱中50℃烘干至恒重，干燥后得到的固体颗粒即为表面包覆含能高分子材料的球形铝粉，分离出的滤液统一收集蒸馏回收其中的溶剂，循环利用。图2为球形铝粉包覆前的外观形貌图，图3为球形铝粉包覆前的粒径分布图，图4为球形铝粉经本实施例包覆处理后的外观形貌图，图5为球形铝粉经本实施例包覆处理后的粒径分布图。

对比包覆前后球形铝粉的流散性和耐水性，用精度为0.0001g的精密电子天平各称取2g包覆前后的球形铝粉，分别置于50ml容量瓶，加水30ml，70℃恒温水浴静置一周后将固体颗粒分离再烘干，观察固体颗粒的外观变化并研究其质量变化。结果显示，包覆前的球形铝粉经上述方法浸水处理后严重结块，并且质量变化率+43.1％，说明其耐水性很差；本实施例中包覆处理后的样品经过上述方法浸水处理后外观几乎无变化，质量变化率-0.03％，没有发生水解反应，耐水性良好。平均粒径26.63μm。

实施例2

采用与实施例1相似的工艺过程，仅改变部分物料比例和种类，不改变加料顺序和处理时间。室温下，采用含70％硝化棉的双基吸收药作为含能高分子材料进行铝粉表面包覆，配制质量浓度为5％的含能高分子溶胶。称取36g乙酸乙酯倒入反应装置，启动搅拌，转速调至550rpm，再称取6g球形铝粉(粒径范围为1μm～100μm，平均粒径为26.57μm)倒入反应装置中，分散10min，按照含能高分子材料占铝粉质量为5％，加入6g上述含能高分子溶胶，混合搅拌20min。逐步往上述分散了铝粉的含能高分子溶胶的物料中加入29.7g(上述所用乙酸乙酯质量的0.8倍)质量浓度为0.3％span-85乳化剂水溶液，乳化30min，得到分散了球形铝粉的高分子乳液。再往上述体系中加入185.7g(上述所用乙酸乙酯质量的5倍)质量浓度为0.25％阿拉伯胶溶液进行二次分散，分散30min。接着往上述物料体系中加入445.6g(上述所用乙酸乙酯质量的12倍)质量浓度为4％硫酸钠溶液，脱水浸析60min。采用与实施例1同样方式进行固液分离，固体颗粒烘干至恒重，滤液统一收集处理。图6为球形铝粉经本实施例包覆处理后的外观形貌图，图7为球形铝粉经本实施例包覆处理后的粒径分布图。与实施例1同样方法对本实施例中包覆处理后的样品进行浸水处理，外观几乎无变化，质量变化率-0.01％，没有发生水解反应，耐水性良好。平均粒径35.79μm。

实施例3

采用与实施例1相似的工艺过程，仅改变部分物料比例和种类，不改变加料顺序和处理时间。室温下，以硝化棉质量浓度为40％的双基吸收药作为含能高分子材料进行铝粉包覆，配制质量浓度为5％的含能高分子溶胶。称取36g乙酸乙酯倒入反应装置，启动搅拌，转速调至550rpm，再称取6g球形铝粉(粒径范围为1μm～100μm，平均粒径为26.57μm)倒入反应装置，分散10min，按照含能高分子材料占铝粉质量为10％，加入12g上述含能高分子溶胶，混合搅拌20min。逐步往上述分散了铝粉的含能高分子溶胶的物料中加入29.2g(上述所用乙酸乙酯质量的0.8倍)质量浓度为0.3％吐温-80乳化剂水溶液，乳化30min，得到分散了球形铝粉的高分子乳液。再往上述体系中加入182.7g(上述所用乙酸乙酯质量的5倍)质量浓度为0.25％甲基纤维素溶液进行二次分散，分散30min。接着往上述物料体系中加入438.5g(上述所用乙酸乙酯质量的12倍)质量浓度为4％氯化钠溶液，脱水浸析60min。采用与实施例1同样方式进行固液分离，固体颗粒烘干至恒重，滤液统一收集处理。图8为球形铝粉经本实施例包覆处理后的外观形貌图，图9为球形铝粉经本实施例包覆处理后的粒径分布图。与实施例1同样方法对本实施例中包覆处理后的样品进行浸水处理，外观几乎无变化，质量变化率-0.02％，没有发生水解反应，耐水性良好。平均粒径48.52μm。

实施例4—19

采用与实施例1相同的工艺方法对质量为6g粒径范围为1μm～100μm，平均粒径为26.57μm的球形铝粉进行包覆处理，仅改变物料比例，不改变加料顺序和处理时间，得到各实施例样品与实施例1相同的浸水处理，其结果如下表。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

本发明的方法操作简便，安全无毒，能耗低。经过含硝化棉的含能高分子材料表面包覆后的铝粉颗粒，能保持良好的流散性和耐水性。本发明适用于球形铝粉的批量化表面包覆处理。

技术特征：

技术总结

本发明公开了一种球形铝粉的表面包覆方法，属于表面改性技术领域，包括以下步骤：首先在室温下将含有硝化棉的含能高分子材料溶解到乙酸乙酯中形成含能高分子溶胶，然后将球形铝粉分散到乙酸乙酯中，之后将上述两步的物料混合均匀，之后加入含乳化剂的水溶液，再往该体系中加入含分散剂的水溶液，球形铝粉被含能高分子材料包覆并分散成球形液滴，然后加入盐溶液进行脱水浸析，最后经过分离干燥制得表面包覆含能高分子材料的铝粉颗粒。本方法操作简便，安全无毒，能耗低。经过含硝化棉的含能高分子材料表面包覆后的铝粉颗粒，能保持良好的流散性和耐水性。本发明适用于球形铝粉的批量化表面包覆处理。

技术研发人员：蔺向阳;牟科赛;陈陈;潘葆;闫斌;郑建利;陈亚丽;赵荣;曹宇鹏

受保护的技术使用者：南京理工大学;山西北方兴安化学工业有限公司

技术研发日：2018.07.13

技术公布日：2019.01.04

声明：

“球形铝粉的表面包覆方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)