一种硝酸铵的包覆方法技术

本发明专利技术涉及一种硝酸铵的包覆方法，属于硝酸铵表面改性技术领域和推进剂技术领域，具体涉及一种通过与硝酸铵表面发生化学反应而包覆硝酸铵的方法，以及包覆后硝酸铵在推进剂中的应用效果。将溶解在极性溶剂中的包覆剂滴加到硝酸铵颗粒与非极性溶剂混合体系中，使包覆剂附着在硝酸铵表面并与硝酸铵表面发生化学反应；然后出去溶剂、干燥，得到化学反应型包覆的硝酸铵；将包覆后的硝酸铵与到推进剂配方中其它组分在容器中混合均匀，得到推进剂药浆，再真空浇铸至模具中、加热固化，得到复合推进剂药块。本发明专利技术包覆剂用量少，与被包覆氧化剂表面结合力强，包覆后硝酸铵的吸湿性降低，表面极性下降，推进剂的力学性能明显改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于硝酸铵表面改性
和推进剂
，具体涉及一种通过与硝酸铵表面发生化学反应而包覆硝酸铵的方法，以及包覆后硝酸铵在推进剂中的应用效果。
技术介绍
硝酸铵(硝酸铵)具有广泛的用途，它不仅是一种优良的化肥品种(在世界上居氮肥产量的第二位，仅次于尿素)，同时由于其成本低廉，来源广泛，具有较高的氧含量，对机械撞击不敏感、燃烧时无烟，燃气洁净无残渣等特性，被广泛用做微烟或少烟工业炸药的氧化剂，也被用做燃气发生器和低特征信号和低易损性推进剂中的氧化剂。但硝酸铵自身、存在着严重问题。硝酸铵既属于铵盐又属于硝酸盐，都是易溶于水的盐类，表面容易和水分子之间形成氢键作用，具有很强的吸湿性；由吸湿而引起硝酸铵表面重结晶，导致硝酸铵易结块，形成坚硬的不易破碎的硬块，给硝铵的运输、储存和使用带来严重的不便。硝酸铵在-17°C到169. 6 (熔点)温度范围内，在常压下存在5种热力学稳定的晶型结构，晶型之间转变伴随着晶格体积变化，特别是32. 3°C下由斜方六面体转变为菱形单斜晶型的转变，体积改变达10_3m3/kg，使硝酸铵颗粒表面和内部形成多孔结构，严重时会出现颗粒破碎现象，导致推进剂的力学性能下降。硝酸铵颗粒的无机极性，与弱极性的推进剂的黏合剂基体之间界面作用较弱，致使含硝酸铵推进剂的力学性能较差。在硝酸铵中添加相稳定剂，如硝酸钾、氧化镍和氧化铜等，可解决硝酸铵使用温度下的晶变问题，对吸湿性也有一定程度改善，但降低了硝酸铵的能量水平。用有机物包覆硝酸铵颗粒，使其表面被弱极性、疏水性基团覆盖，是降低其表面极性，改善吸湿性和抗结块性的有效途径。国内外科研工作者在这方面做了大量的研究工作。Damse、Castorina、Malash和Heikal等使用二氯代环二聚体、尿素、木素磺酸盐、酰胺与矿物油混合物等物质包覆硝酸铵颗粒，都有效改善了硝酸铵的吸湿性和抗结块性。张杰、殷永霞、叶志文、胡企强等用偶联剂、高分子、表面活性剂等物质包覆硝酸铵颗粒，对降低硝酸铵颗粒表面的极性和吸湿率都有明显效果。但他们所选的包覆物，主要是通过物理沉积和分子间的作用力与硝酸铵表面作用，其缺点是包覆剂用量较大，降低了硝酸铵的能量，而且与硝酸铵表面的结合力较弱，较厚的疏水包覆层也削弱了硝酸铵与键合剂和黏合剂网络间的氢键作用，对推进剂的力学性能的改善作用有限。与物理包覆相比，化学反应型包覆具有包覆剂用量少、与被包覆物表面结合力强等优点。反应型包覆硝酸铵，在不影响硝酸铵优点的情形下，可改善硝酸铵吸湿性、易结块性以及含硝酸铵推进剂力学性能差等缺点。研究硝酸铵的反应型包覆，对提高硝酸铵在推进剂、炸药和化肥领域中的应用性能，具有重大实用意义。但是目前国内外这方面的相关研究却鲜有报道。本专利技术对硝酸铵样品的表面自由能测试，首先将未包覆的硝酸铵和包覆后的硝酸铵样品，用Φ 7mm铝合金模具，经油压机在25MPa下保压3分钟，分别压成致密、表面光滑、平整的薄片，然后采用JC2001接触角/界面张力测量仪测量样品与已知极性液体的接触角，再利用接触角计算得到样品的表面自由能。本专利技术对化学反应包覆硝酸铵颗粒的吸湿性测量，是将盛有NaCl和KNO3饱和溶液的干燥器，放入温度设定为25°C的水浴烘箱内，待溶液上方的密闭空间的相对湿度恒定后，用称量瓶称取约Ig样品，摊平后迅速放入干燥器，每隔2小时测量样品的质量变化，吸收率由下式计算册=X100%式中RH表示吸湿率，Wi表示样品不同时间的质量，Wci表示样品初始质量。本专利技术中对推进剂的力学性能采用DXLL-5000电子拉力试验机进行测试，用切刀 将样片按WJ1056-85切成哑铃状试样，具体尺寸中有效测试范围为长20臟，宽5臟，厚度约为2mm,每一试片切取五个试样,取平均值。测试条件为拉伸测试速度为100mm/min,测试温度20°C，得到试样的最大应力(。^、最大应力下延伸率“^及断裂伸长率(eb)。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的，其具体制备步骤为I)将硝酸铵颗粒和非极性溶剂加入到反应器中，搅拌使硝酸铵分散在非极性溶剂中；温度控制为20 60°C ;硝酸铵与非极性溶剂的质量比为I : 2 20 ;非极性溶剂优选为石油醚或环己烷中的一种；2)将包覆剂和极性溶剂加入到另一反应器中，使包覆剂溶解在极性溶剂中；包覆剂与极性溶剂的质量比为I : 100 5000 ;包覆剂为有机伯胺类化合物、有机仲胺类化合物或有机叔胺类化合物中的一种，优选为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、二乙胺、己二胺或十八胺中的一种；极性溶剂优选为乙酸乙酯、丙酮、甲醇、乙醇或四氢呋喃中的一种；3)将步骤2)中反应器中的溶液滴加到步骤I)中的反应器中，包覆剂与硝酸铵的质量比为O. 0001 O. I 1，滴加时间为5分钟 3小时；并搅拌，使包覆剂在混合溶剂中析出，包覆剂均匀附着在硝酸铵表面并与硝酸铵表面发生化学反应；包覆剂与硝酸铵的反应时间为5分钟 8小时，得到反应体系；包覆剂与硝酸铵反应的通式为R-NH2 + NH4NO3-^ R-NH3NO3 + NHa ^ Cl)R2-NH + NH4NO3-- R2-NH2NO3 + NH3 / (2)R3-N + NH4NO3 -- R3-NHNO3 +NH^ (3)式中R为有机基团；4)反应完成后将步骤3)中的反应体系除去溶剂，然后在< 60°C下真空干燥，最后得到化学反应型包覆的硝酸铵；上述的包覆剂与硝酸铵发生化学反应时，根据反应条件的不同，包覆剂中的胺基可以全部发生化学反应，也可以部分反应；上述的包覆方法还适用于包覆高氯酸铵或二硝酰胺铵颗粒；包覆剂与硝酸铵、高氯酸铵、二硝酰胺铵之间的反应通式为权利要求1.，其特征在于其具体制备步骤为 .1)将硝酸铵颗粒和非极性溶剂加入到反应器中，搅拌使硝酸铵分散在非极性溶剂中；温度控制为50°c ;硝酸铵与非极性溶剂的质量比为1:5; .2)将包覆剂和极性溶剂加入到另一反应器中，使包覆剂溶解在极性溶剂中；包覆剂与极性溶剂的质量比为I : 100 ;包覆剂为有机伯胺类化合物、有机仲胺类化合物和有机叔胺类化合物中的一种； .3)将步骤2)中反应器中的溶液滴加到步骤I)中的反应器中，包覆剂与硝酸铵的质量比为O. 002 1，滴加时间为2小时；并搅拌，使包覆剂在混合溶剂中析出，包覆剂均匀附着在硝酸铵表面并与硝酸铵表面发生化学反应；包覆剂与硝酸铵的反应时间为5小时，得到反应体系； .4)反应完成后将步骤3)中的反应体系除去溶剂，然后在50°C下真空干燥5小时，最后得到化学反应型包覆的硝酸铵； 所述非极性溶剂、包覆剂和极性溶剂在制备反应中的组合方式为 非极性溶剂为石油醚、包覆剂为乙二胺和极性溶剂为乙酸乙酯； 或者非极性溶剂为石油醚、包覆剂为二乙烯三胺和极性溶剂为丙酮； 或者非极性溶剂为石油醚、包覆剂为三乙烯四胺和极性溶剂为甲醇； 或者非极性溶剂为石油醚、包覆剂为三乙胺和极性溶剂为乙醇； 或者非极性溶剂为石油醚、包覆剂为二乙胺和极性溶剂为四氢呋喃； 或者非极性溶剂为环己烷、包覆剂为己二胺和极性溶剂为乙酸乙酯； 或者非极性溶剂为环己烷、包覆剂为十八胺和极性溶剂为丙酮。2.根据权利要求I所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硝酸铵的包覆方法，其特征在于其具体制备步骤为：　　１）将硝酸铵颗粒和非极性溶剂加入到反应器中，搅拌使硝酸铵分散在非极性溶剂中；温度控制为２０～６０℃；硝酸铵与非极性溶剂的质量比为１∶２～２０；　　２）将包覆剂和极性溶剂加入到另一反应器中，使包覆剂溶解在极性溶剂中；包覆剂与极性溶剂的质量比为１∶１００～５０００；包覆剂为有机伯胺类化合物、有机仲胺类化合物或有机叔胺类化合物中的一种；　　３）将步骤２）中反应器中的溶液滴加到步骤１）中的反应器中，包覆剂与硝酸铵的质量比为０．０００１～０．１∶１，滴加时间为５分钟～３小时；并搅拌，使包覆剂在混合溶剂中析出，包覆剂均匀附着在硝酸铵表面并与硝酸铵表面发生化学反应；包覆剂与硝酸铵的反应时间为５分钟～８小时，得到反应体系；　　４）反应完成后将步骤３）中的反应体系除去溶剂，然后在≤６０℃下真空干燥，最后得到化学反应型包覆的硝酸铵。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李建民，张旭东，杨荣杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]