基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，包括：将低表面能材料加入到溶剂中，然后加入氧化剂颗粒，搅拌、过滤、干燥；将低表面能材料修饰后的氧化剂颗粒加入到金属盐溶液中，待其充分反应后过滤、干燥，得到超疏水氧化剂颗粒。本发明专利技术利用仿生超疏水原理对易吸湿氧化剂进行表面处理，使其吸湿率明显降低，特别是在温度为60℃、相对湿度为80％和测试时间为400小时条件下，ADN的吸湿率降低了53％左右，可以在空气中放置6个月仍然不出现团聚现象，所采用的包覆材料在实现氧化剂防吸湿性能的同时，其中的金属盐能显著降低氧化剂的热分解温度，这对氧化剂在高燃速固体推进剂中的应用非常有意义。

Preparation of superhydrophobic oxidant based on lotus leaf effect

The invention discloses a method for preparing superhydrophobic oxidant based on lotus leaf effect, which includes: adding low surface energy material into solvent, then adding oxidant particles, stirring, filtering and drying; adding oxidant particles modified by low surface energy material into metal salt solution, filtering and drying after full reaction, to obtain superhydrophobic oxidant particles. The method uses the principle of bionic superhydrophobicity to treat the surface of hygroscopicity-prone oxidizer, so that the hygroscopicity of the oxidizer decreases obviously. Especially under the conditions of temperature 60 C, relative humidity 80% and test time 400 hours, the hygroscopicity of ADN decreases by about 53%, which can be placed in air for 6 months without agglomeration. The coated material used realizes the hygroscopicity-proof the oxidizer. At the same time, the metal salts can significantly reduce the thermal decomposition temperature of oxidants, which is very significant for the application of oxidants in high burning rate solid propellants.

【技术实现步骤摘要】
基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法
本专利技术属于易吸湿无机氧化剂的防吸湿技术，具体为一种基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法。
技术介绍
航空与航天技术是人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术，也是人类文明高度发展的重要标志。复合固体推进剂是航空航天中最常用的能源材料，其主要成分为氧化剂和可燃剂。目前，常用的氧化剂为高氯酸氨(AP)、二硝酰胺铵(ADN)和硝酸铵(AN)等，这些氧化剂在推进剂燃烧过程中提供氧，为其顺利燃烧提供了保障，但它们有一个共同的缺点：在制备、生产、储存、推进剂浇铸等过程中极易吸湿性，进而影响到其使用性能，因此在应用前需要对这些氧化剂进行改性以降低其吸湿性。目前国内外对易吸湿氧化剂的防吸湿改性技术大多通过包覆来实现，沙恒等使用聚硅烷为偶联剂对AP进行改性，该偶联剂中的官能团与AP表面的官能团作用，形成牢固的化学键，在AP粒子表面形成一层隔离层防止了其通过吸湿而聚结(含能材料，1995,3(2)：26-30)。邓国栋等利用溶剂蒸发法将硝化棉(NC)包覆在AP颗粒表面，30天内无团聚现象，使其吸湿性大幅降低(火炸药学报，2009,32(1)：9-12)。裴浩等以含能钝感剂和低感度含能增塑剂作为包覆材料，采用溶剂蒸发法、溶液悬浮法及减压蒸馏法对超细高氯酸铵进行表面包覆改性，考察包覆方法以及包覆剂用量对包覆效果及性能的影响，取得了较好的效果(南京理工大学，2013，硕士学位论文)。刘克键等依据晶桥阻隔原理，利用惰性纳米无机氧化物为载体与功能助剂相复合，经过配方优化制备了具有防止超细结块的功能改性剂，制备了防结块超细AP粉体，在常规密封储存条件下，可以存放个6月以上(南京理工大学，2009，硕士学位论文)。吴昊等采用聚苯乙烯和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷对其表面包覆，降低了AP的吸湿性(含能材料，2014,22(4)：482-486)。杨帆等采用溶胶凝胶法制备了ADN/AP复合粒子和ADN/碳纳米管两种复合粒子，结果表明，ADN/AP复合粒子的吸湿性与原ADN相比有明显降低，尤其是乙醇/二氯甲烷体系制备的ADN/AP复合粒子的吸湿性比原ADN降低了将近10倍(呼伦贝尔学院学报，2008，14(4)：67-71)。德国Ulrich等采用乙酸丁酸纤维素对ADN进行微胶囊包覆，提高了产品的稳定性等，另外通过先在颗粒表面包覆一层蜡状物然后用氨基树脂包覆，吸湿性得到了一定程度的改善(Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2000,25(2):81-85)。刘金河等采用真空气相包覆法，将十二烷基苯磺酸饰、硬脂酸饰和十八烷胺硝酸盐等包覆在硝酸氨表面,并分析了添加剂降低硝酸钱吸湿性和结块性的原因，得出了包覆温度和复合添加剂的添加次序是影响抗结块效果的两个主要因素。目前，虽然现有技术中采用多种方法来对易吸湿氧化剂进行了防吸湿改性处理，但取得的效果不尽令人满意，主要是因为这些氧化剂的表面能太高，极易吸收空气中的水蒸气，同时作为含能材料必须考虑到能量及安全性能等故不能讲包覆层做的太厚。因此需要寻求更加有效的技术来对这些氧化剂进行防吸湿改性。超疏水技术是近十多年来模拟荷叶表面结构而发展起来的一种仿生技术，在防水、集水、自清洁、油水分离和轮船减阻等方面有广泛的研究和应用前景，但在含能材料的防吸湿上鲜有报道。本专利技术利用超疏水原理实现了AP，ADN和AN三种氧化剂的高效防吸湿性能，为制备复合改性推进剂提供了一种新思路。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，包括以下步骤：步骤一、将低表面能材料加入到溶剂中，然后加入氧化剂颗粒，搅拌、过滤、干燥；步骤二、将低表面能材料修饰后的氧化剂颗粒加入到金属盐溶液中，待其充分反应后过滤、干燥，得到超疏水氧化剂颗粒。优选的是，所述低表面能材料为十～二十五八烷酸、十～二十五八烷酸钾、十～二十五八烷酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、全氟聚醚、全氟羧酸、中的一种或多种。优选的是，所述低表面能材料的用量为氧化剂颗粒总量的0.01％-10％。优选的是，所述步骤一中的溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸、丙酸、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、乙醚、石油醚、正丁烷、环己烷中的一种或多种。优选的是，所述低表面能材料加入溶剂中形成的料液的质量浓度为0.1％～50％。优选的是，所述氧化剂为高氯酸氨、二硝酰胺铵、硝酸铵中的任意一种。优选的是，所述搅拌为机械搅拌、磁力搅拌或超声搅拌中的任意一种；所述步骤一和步骤二中的干燥为常温干燥、真空干燥、冷冻干燥中的任意一种；所述步骤二中得到的超疏水氧化剂颗粒的尺寸为10nm～2mm。优选的是，所述金属盐溶液的质量浓度为0.5～5％；所述金属盐溶液中的溶质为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸银、氯化银、醋酸银中的一种或多种；所述金属盐溶液中的溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷中的一种或多种。优选的是，所述低表面能材料的制备方法为：将纳米凹凸棒土按照固液比1:12～15加入水中，加入分散剂，搅拌，得到纳米凹凸棒土分散液，然后对凹凸棒土悬浮液进行高压脉冲电场处理，处理完毕后向凹凸棒土悬浮液中加入相当于凹凸棒土质量12～15％的硬脂酸钠和3～5％的月桂酰肌氨酸钠，在70～80℃下，搅拌反应30～60min，抽滤，洗涤，干燥，将干燥的产物配制成浓度为10～15wt％的悬浊液；将30～60份悬浊液和5～10份重量比为2:2:1乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和十八烷酸加入密封容器中，密封，置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，过滤，烘干，纳米粉碎机粉碎，得到低表面能材料；所述辐照的辐照剂量率为100～200kGy/h，辐照剂量为200～1000kGy，搅拌速度为100～150r/min；所述分散剂占纳米凹凸棒土质量1～3％；所述分散剂为1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。优选的是，所述步骤二后还包括将得到的超疏水氧化剂颗粒进行再处理，其过程为：将超疏水氧化剂颗粒送入大气压低温等离子体装置中，使超疏水氧化剂颗粒处于大气压低温等离子体的喷射出口处20～60mm，在大气压低温等离子体装置中按照8～12L/h的气流量通入气体介质，施加工作电压，形成等离子体射流，控制大气压低温等离子体装置的喷射出口的移动速度在5～10mm/s，使等离子体射流喷射于超疏水氧化剂颗粒上，对超疏水氧化剂颗粒进行处理30～60min；所述工作电压采用高压交流电源提供，所述工作电压为50～100kV的交流电压，频率为100～300kHz；所述气体介质为稀有气体/氧气、氧气、氮气、氨气、CF4、CCl4、SF6中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将低表面能材料加入到溶剂中，然后加入氧化剂颗粒，搅拌、过滤、干燥；步骤二、将低表面能材料修饰后的氧化剂颗粒加入到金属盐溶液中，待其充分反应后过滤、干燥，得到超疏水氧化剂颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将低表面能材料加入到溶剂中，然后加入氧化剂颗粒，搅拌、过滤、干燥；步骤二、将低表面能材料修饰后的氧化剂颗粒加入到金属盐溶液中，待其充分反应后过滤、干燥，得到超疏水氧化剂颗粒。2.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述低表面能材料为十～二十五八烷酸、十～二十五八烷酸钾、十～二十五八烷酸钠、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、全氟聚醚、全氟羧酸中的一种或多种。3.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述低表面能材料的用量为氧化剂颗粒总量的0.01％-10％。4.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述步骤一中的溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸、丙酸、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、乙醚、石油醚、正丁烷、环己烷中的一种或多种。5.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述低表面能材料加入溶剂中形成的料液的质量浓度为0.1％～50％。6.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述氧化剂为高氯酸氨、二硝酰胺铵、硝酸铵中的任意一种。7.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述搅拌为机械搅拌、磁力搅拌或超声搅拌中的任意一种；所述步骤一和步骤二中的干燥为常温干燥、真空干燥、冷冻干燥中的任意一种；所述步骤二中得到的超疏水氧化剂颗粒的尺寸为10nm～2mm。8.如权利要求1所述的基于荷叶效应制备超疏水氧化剂的方法，其特征在于，所述金属盐溶液的质量浓度为0.5～5％；所述金属盐溶液中的溶质为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭长平，许鹏飞，王敦举，王瑞浩，冀威，田璐，杨光成，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51