一种铝粉表面自活化的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Method of Surface Self-activation of Aluminum Powder

The invention discloses a method for self-activation of the surface of aluminium powder, which adds aluminium powder to water-free agent, mixes and stirs to make it disperse evenly and form aluminium powder dispersion solution; dissolves organic fluoride in solvent to form organic fluorine solution, and adds organic fluorine solution to aluminium powder dispersion solution at a certain rate to stir, volatilizes the solvent of dissolved organic fluoride at a certain temperature, and forms organic fluorine. The carbide crystallizes slowly on the surface of aluminium powder and forms a dense surface activation layer. The self-activated aluminium powder on the surface of organic fluorine is obtained by centrifugal separation, solvent removal, washing and vacuum drying at 60 C. The organic fluorine self-activating layer formed on the surface of aluminium powder can effectively reduce the ignition temperature of aluminium powder and shorten the ignition delay time, improve the combustion efficiency and energy release rate of aluminium powder in oxidant, and the organic fluorine surface activating layer can effectively prevent the oxidation of aluminium powder and improve its stability.

【技术实现步骤摘要】
一种铝粉表面自活化的方法
本专利技术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

技术介绍
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。GuoLiangui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-SoonKwon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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的优点如下：(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为本专利技术实施例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10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述铝粉表面自活化的方法，其特征在于：所述无水溶剂为环己烷、无水乙醇或无水甲醇。3.根据权利要求1所述铝粉表面自活化的方法，其特征在于：有机氟化物是全氟羧酸CxF2z-1COOH其中Z和X均>5、偏氟乙烯-三氟氯乙烯1:1共聚物F2311、偏氟乙烯-三氟氯乙烯1:4共...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，聂福德，徐瑞娟，屈延阳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51