一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法技术

本发明专利技术公开了一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法，以N‑N二甲基甲酰胺和丙酮为混合溶剂，将硝化纤维素溶于混合溶剂中，待其完全溶解后加入硝酸钾和纳米硼粉，超声震荡，搅拌使其充分分散，得到硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液，将硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液进行静电雾化，最后干燥，即可得到硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球。本发明专利技术制备工艺简单，复合微球中硼、硝酸钾、硝化纤维素均匀混合，同时通过静电喷雾得到的硼/硝酸钾/硝化纤维素比物理混合的硼/硝酸钾/硝化纤维素反应峰温度提前且反应起始温度提前，具有广泛的应用前景。

A method for preparation of boron / potassium nitrate / nitrocellulose composite microspheres by high voltage electrostatic spraying

The invention discloses a method for preparing high voltage electrostatic spraying boron / potassium nitrate / nitrocellulose composite microspheres, with N N two dimethylformamide and acetone as solvents, the nitrocellulose dissolved in the mixed solvent, to completely dissolved after adding potassium nitrate and nano boron powder, ultrasonic oscillation, mixing to make it fully dispersed, get boron / potassium nitrate / cellulose nitrate precursor solution, the boron / potassium nitrate / nitrocellulose precursor liquid electrostatic atomization, finally drying to obtain boron / potassium nitrate / nitrocellulose composite microspheres. The invention has the advantages of simple preparation process, composite microspheres in boron, potassium nitrate, nitrocellulose mixing, simultaneously obtained by electrostatic spraying boron / potassium nitrate / nitrocellulose than the physical mixture of boron / potassium nitrate / temperature of nitrocellulose in advance and the initial reaction temperature reaction peaks in advance, and has wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法
本专利技术属于纳米火工药剂的制备领域，具体涉及一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法。
技术介绍
与传统同类大颗粒火工药剂相比，超细火工药剂颗粒尺寸小，比表面积大，表面的原子数量多，其爆炸时能够充分释放能量，降低撞击、摩擦等机械感度，同时大幅度提高装药的强度。然而颗粒达到纳米量级后，单个粒子的表面能高、表面活性大、极不稳定，因此粒子易团聚而降低其表面能和表面活性，导致纳米粒子的实用效果较差，多种优越特性丧失。将纳米粒子进行复合、微胶囊化，提高纳米粒子间的接触面积及结合紧密程度，进而提高化学反应速度，有利于提高纳米火工药剂在实际使用中发挥其优越的物理、化学性能，在化工及军事领域有着十分重要的意义。复合微球的制备方法有多种，如溶胶-凝胶法、溶剂-非溶剂法、高能研磨法、超临界流体法、沉淀法、冷冻干燥法、微乳液法等。张建忠等研究了不同配比的硼/硝酸钾(B/KNO3)安全点火药，以硼与硝酸钾的比例为50：50，粘结剂为X的药火焰感度最高，稳定性好，对主装药点火可靠，但是采用人工混合的方法，存在混合不均匀的问题(张建忠,侯聪花,胡双启等.不同配比安全点火药B/KNO3的研究.中国安全科学学报.2010(2),20:80-82)。叶迎华等研究了酚醛树脂对B/KNO3点火药激光烧蚀特性的影响，通过添加酚醛树脂粘结剂，降低了药剂的反应起始温度，但是温度降低不明显(叶迎华，舒浪平，沈瑞琪.酚醛树脂对B/KNO3点火药激光烧蚀特性的影响.含能材料.2007(1),15:33-38)。液体的静电雾化是指在液体喷嘴和对应的接地电极之间，加上数千伏电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力及重力联合作用而使液柱表面极不稳定，进而分裂为离子或雾滴的一种现象。静电雾化技术，作为一种新的制备高均匀度微细颗粒的方法，受到高度重视，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
针对现有的B/KNO3纳米火工药剂制备中存在的纳米颗粒易团聚、混合不均匀的不足，本专利技术提供了一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素(B/KNO3/NC)复合微球的方法，该制备工艺简单，制得的复合微球中硼、硝酸钾、硝化纤维素均匀混合。本专利技术的技术方案如下：一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法，具体步骤如下：步骤1，以丙酮和N-N二甲基甲酰胺的体积比为4～6:1的混合溶液为溶剂，将硝化纤维素溶于溶剂中得到质量浓度为11.5～16mg/mL的硝化纤维素溶液，再在硝化纤维素溶液中加入硼和硝酸钾，超声、搅拌，混合均匀即得B/KNO3/NC前驱液，其中硼和硝酸钾的质量比为1:1，B/KNO3/NC混合物中硝化纤维素的质量分数为8～20％；步骤2，将B/KNO3/NC前驱液进行高压静电喷雾，以平板铝箔作为接收器，控制注射泵的推进速率为2～4mL/h，接收器与喷头的距离为10cm，电压为16～20kV，喷头口的内径为0.5mm，即得B/KNO3/NC复合微球。优选地，步骤1中，所述的B/KNO3/NC混合物中硝化纤维素的质量分数为13％。优选地，步骤1中，所述的超声时间为1～2h，搅拌时间为20～24h，所述的纳米硼粉的粒径为50～80nm，硝酸钾过300～500目筛子。与现有技术相比，本专利技术的B/KNO3/NC复合微球的制备工艺简单，复合微球中硼、硝酸钾、硝化纤维素均匀混合，同时通过静电喷雾得到的B/KNO3/NC比物理混合的B/KNO3/NC反应峰温度提前，反应起始温度降低至345℃。附图说明图1为高压静电喷雾制得的B/KNO3/NC(10％)复合微球的SEM图。图2为物理混合制得的B/KNO3/NC(10％)复合物的SEM图。图3为高压静电喷雾制得的B/KNO3/NC(13％)复合微球和物理混合制得的B/KNO3/NC(13％)复合物在氩气气氛下的DSC曲线图。具体实施方式实施例1(1)前驱液的配制将2.5mL丙酮和0.5mLN-N二甲基甲酰胺混合，称取40mg硝化纤维素，加入到丙酮和N-N二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解，再加入180mg硼粉(粒径50nm)和180mg硝酸钾(过360目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液。(2)静电喷雾将上述前驱液装入10mL注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵(RSP01-B推拉模式注射泵，嘉善瑞创电子科技有限公司，中国)使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源(0kV-30kV，TE4020，大连泰思曼科技有限公司，中国)，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率3mL/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kV，环境温度为25℃，收集复合微球。B/KNO3/NC复合微球的扫描电镜测试图如图1所示。从图1中可以看出B/KNO3/NC可以均匀地复合在一起，图2为相同条件下物理混合的B/KNO3/NC，从图2中可以看出物理混合得到的B/KNO3/NC不能均匀地复合在一起。因此通过静电喷雾的方法，能够实现B/KNO3/NC的均匀复合。实施例2(1)前驱液的配制将2.5mL丙酮和0.5mLN-N二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和N-N二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解，再加入133mg硼粉(粒径50nm)和133mg硝酸钾(过360目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液。(2)静电喷雾将上述前驱液装入10mL注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率3mL/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kV，环境温度为25℃，收集复合微球。图3为静电喷雾得到B/KNO3/NC(13％)复合微球和B/KNO3/NC(13％))物理混合物在氩气气氛下的DSC曲线，升温速率为10K·min-1。从图中可以看出，通过静电喷雾得到的B/KNO3/NC复合微球比物理混合的B/KNO3/NC反应峰温度提前，提前36.3℃；反应起始温度由366℃降低至345℃。实施例3(1)前驱液的配制将2mL丙酮和0.5mLN-N二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和N-N二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解；再加入133mg硼粉(粒径50nm)和133mg硝酸钾(过360目筛子)，超声2h，磁力搅拌20h，得到前驱液，待用。(2)静电喷雾将上述前驱液装入10mL注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率2mL/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kV，环境温度为25℃，收集复合微球。实施例4(1)前驱液的配制将3mL丙酮和0.5mLN-N二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和N-N二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解；再加入230mg硼粉(粒径80nm)和230mg硝酸钾(过300目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液，待用。(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，以丙酮和N‑N二甲基甲酰胺的体积比为4～6:1的混合溶液为溶剂，将硝化纤维素溶于溶剂中得到质量浓度为11.5～16mg/mL的硝化纤维素溶液，再在硝化纤维素溶液中加入硼和硝酸钾，超声、搅拌，混合均匀即得硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液，其中硼和硝酸钾的质量比为1:1，硼/硝酸钾/硝化纤维素混合物中硝化纤维素的质量分数为8～20％；步骤2，将硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液进行高压静电喷雾，以平板铝箔作为接收器，控制注射泵的推进速率为2～4mL/h，接收器与喷头的距离为10cm，电压为16～20kV，喷头口的内径为0.5mm，即得硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球。

【技术特征摘要】
1.一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，以丙酮和N-N二甲基甲酰胺的体积比为4～6:1的混合溶液为溶剂，将硝化纤维素溶于溶剂中得到质量浓度为11.5～16mg/mL的硝化纤维素溶液，再在硝化纤维素溶液中加入硼和硝酸钾，超声、搅拌，混合均匀即得硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液，其中硼和硝酸钾的质量比为1:1，硼/硝酸钾/硝化纤维素混合物中硝化纤维素的质量分数为8～20％；步骤2，将硼/硝酸钾/硝化纤维素前驱液进行高压静电喷雾，以平板铝箔作为接收器，控制注射泵的推进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳春，陈军，成一，杨洪涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32