一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法技术

本发明专利技术属于高能炸药技术领域，具体公开一种窄粒度分布纳米复合含能微球的制备方法，按照以下步骤进行，粘结剂油相溶液配制、纳米炸药颗粒制备、水包油乳液前驱体的制备、水包油乳液膜乳化处理、乳液/纳米炸药悬浮体系配制、粘结剂/纳米炸药悬浮组装、纳米含能复合微球后处理。与现有技术相比，本发明专利技术通过膜乳化技术实现粘了结剂溶液乳状液滴的单分散性，解决了由于粘结剂溶液/水悬浮体系不均匀导致含能微球的粒度分布宽、球形度不高、性能一致性差等方面问题。含能微球宏观尺度为百微米、微观尺度为纳米量级，既保持了纳米炸药反应速度快的优势，也解决了纳米炸药流散性差、工艺性能差等方面难题，对纳米炸药应用具有一定促进作用。用。用。

Preparation of nano energetic composite microspheres with narrow particle size distribution based on membrane emulsification technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法


[0001]本专利技术属于高能炸药
，具体涉及一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法。

技术介绍

[0002]纳米炸药是指粒径处于纳米尺度的炸药颗粒，具有比表面积大、反应速率快、机械感度低等特点，不仅可以提高含能复合材料的燃爆特性，也可以改善安全性能和力学性能，在含能材料领域具有较好的应用前景。国内外学者已经开发出多种纳米炸药制备方法，包括喷射结晶法、喷雾结晶法、机械球磨法和限域结晶法等，制备出CL
‑
20、HMX、RDX、TATB、HNS、PETN等多种纳米炸药。然而，纳米炸药在混合炸药、推进剂中应用时却存在颗粒易团聚、流散性差、工艺性能差等问题，难以发挥出纳米炸药应有的优势。近期，部分学者采用喷雾干燥、溶胶凝胶、水悬浮造粒等方法制备出纳米含能复合物，但是各有难以克服的缺点。比如喷雾干燥工艺需在高温下进行，部分炸药晶型无法控制；溶胶凝胶法所得含能复合物粘结体系含量高，复合物形态难以控制。水悬浮造粒法是一种将粘结剂与炸药颗粒进行有效复合的常用方法，将粘结剂溶液和炸药颗粒同时分散到连续液体介质水中，通过驱溶得到粘结剂/炸药复合颗粒，但由于粘结剂溶液分散液滴大小不一，造成含能复合物颗粒粒度分布宽，球形度不高、性能一致性差。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决水悬浮体系中粘结剂溶液分散液滴大小不一，造成含能复合物颗粒粒度分布宽，球形度不高、性能一致性差的技术问题，提供一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法；借助膜乳化技术制备出均一稳定的水包油乳液，使炸药颗粒与均一的粘结剂油相乳滴在悬浮状态下进行组装成型，在一定条件下驱除溶剂后进而获得粒度分布窄、球形度高、性能一致性好的纳米含能复合微球。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，包括以下步骤：（1）粘结剂油相溶液的配制根据粘结剂性质选择合适的油相溶剂种类，并将计量好的粘结剂、油相溶剂充分混合并溶解，配制成粘结剂油相溶液；（2）水包油乳液前驱体的制备将粘结剂油相溶液、水和乳化剂按比例混合后搅拌，形成水包油初乳；（3）水包油乳液膜乳化处理利用中科森辉生产的膜乳化装置对水包油初乳进行膜乳化得到均一稳定的乳液；（4）纳米炸药颗粒制备将主体炸药、锆珠和H2O按比例混合，放入行星式球磨罐，研磨后进行过筛分离，抽
滤、冷冻干燥，获得纳米炸药颗粒；（5）乳液/纳米炸药悬浮体系配制将步骤（4）制备的纳米炸药颗粒与步骤（3）制备的水包油乳液混合，搅拌形成乳液/纳米炸药悬浮体系；（6）粘结剂/纳米炸药悬浮组装成型将步骤（5）中的悬浮体系充分混合后在一定的真空度下逐步驱除溶剂，使纳米炸药颗粒与粘结剂在悬浮状态下进行组装粘合，获得含能微球颗粒；（7）纳米含能复合含能微球后处理将步骤（6）所得的含能微球颗粒进行洗涤、过滤、干燥，即可得到含能粘结体系/主体炸药复合粒子。
[0005]进一步的，步骤（1）中的粘结剂、油相溶剂混合后溶解时的温度为20
‑
50℃，所得粘结剂油相溶液的浓度为0.1%
‑
3%，优选的0.5%
‑
1.5%。
[0006]进一步的， 步骤（1）中粘结剂为高分子聚合物，油相溶剂为不溶于水或微溶于水的低沸点有机溶剂。
[0007]优选的，步骤（1）中粘结剂为纤维类、橡胶类和塑料中的一种；所述油相溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和二氯甲烷中的一种。
[0008]进一步的，步骤（2）中的油相与水相的质量比为1：2
‑
1：10，优化的1：3
‑
1：6；粘结剂油相溶液、水和乳化剂混合后搅拌转速为200
‑
500r/min，搅拌时间为1
‑
3min；步骤（2）中的乳化剂为HLB值为8
‑
18的水包油型乳化剂，包括但不限于聚氧乙烯脂肪醇醚（Tween系列）和烷基糖苷化合物等。
[0009]进一步的，步骤（3）膜乳化的工艺参数如下：过膜压力为0.02
‑
0.25MPa，膜管孔径为0.2
‑
50um，循环次数1
‑
7次，温度5
‑
30℃。
[0010]进一步的，步骤（4）中的炸药为不溶于水的单质炸药；步骤（4）中研磨的转速为100r/min
‑
300r/min，研磨时间为60
‑
360min；所得纳米炸药颗粒中值粒径为50
‑
200nm。
[0011]优选的，步骤（4）中的炸药为黑索金（RDX）、奥克托金（HMX）、太安（PETN）、六硝基茋（HNS）和六硝基六氮杂异戊兹烷（CL
‑
20）中的一种。
[0012]进一步的，步骤（5）纳米炸药颗粒与水包油乳液混合后在在100
‑
500r/min搅拌速度下形成乳液/纳米炸药悬浮体系；步骤（5）中纳米炸药与水包油乳液质量比例为1：20
‑
1：100，优选的1：30
‑
1：70。
[0013]进一步的，步骤（6）的工艺条件设置为：温度10
‑
60℃、真空度
‑
0.098
‑
0MPa、搅拌速度100
‑
500r/min，驱溶10
‑
720min，获得含能微球颗粒。
[0014]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术首次将膜乳化技术用于含能微球制备过程，通过控制分散压力和膜孔径，实现粘结剂溶液乳状液滴的单分散性，从根本上解决了由于粘结剂溶液/水悬浮体系不均匀导致含能微球的粒度分布宽、球形度不高、性能一致性差等方面问题。
[0015]（2）含能微球宏观尺度为百微米、微观尺度为纳米量级，既保持了纳米炸药反应速度快的优势，也解决了纳米炸药流散性差、工艺性能差等方面难题，对纳米炸药应用具有一定促进作用。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实例1GAP/NC/HMX复合微球SEM图。
[0017]图2为本专利技术实例1GAP/NC/HMX复合微球粒度分布图。
[0018]图3为本专利技术实例2GAP/NC/RDX复合微球SEM图。
[0019]图4为本专利技术实例2GAP/NC/RDX复合微球粒度分布图。
具体实施方式
[0020]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0021]实施例1一种含能粘结体系窄粒度分布纳米复合炸药配方及制备方法，各组分的质量百分数为：NC 0.9wt%，GAP 2.1wt%，主体炸药HMX粉体97wt%（中值粒径200nm）。
[0022]（1）粘结剂油相溶液的配制首先将含能粘结剂以NC 0.9wt%，GAP 2.1%复配溶于乙酸乙酯配成浓度为0.18%的油相溶剂；（2）水包油乳液前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）粘结剂油相溶液的配制根据粘结剂性质选择合适的油相溶剂种类，并将计量好的粘结剂、油相溶剂充分混合并溶解，配制成粘结剂油相溶液；（2）水包油乳液前驱体的制备将粘结剂油相溶液、水和乳化剂按比例混合后搅拌，形成水包油初乳；（3）水包油乳液膜乳化处理利用中科森辉生产的膜乳化装置对水包油初乳进行膜乳化得到均一稳定的乳液；（4）纳米炸药颗粒制备将主体炸药、锆珠和H2O按比例混合，放入行星式球磨罐，研磨后进行过筛分离，抽滤、冷冻干燥，获得纳米炸药颗粒；（5）乳液/纳米炸药悬浮体系配制将步骤（4）制备的纳米炸药颗粒与步骤（3）制备的水包油乳液混合，搅拌形成乳液/纳米炸药悬浮体系；（6）粘结剂/纳米炸药悬浮组装成型将步骤（5）中的悬浮体系充分混合后在一定的真空度下逐步驱除溶剂，使纳米炸药颗粒与粘结剂在悬浮状态下进行组装粘合，获得含能微球颗粒；（7）纳米含能复合含能微球后处理将步骤（6）所得的含能微球颗粒进行洗涤、过滤、干燥，即可得到含能粘结体系/主体炸药复合粒子。2.根据权利要求1所述的一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，其特征在于，步骤（1）中的粘结剂、油相溶剂混合后溶解时的温度为20
‑
50℃，所得粘结剂油相溶液的浓度为0.1%
‑
3%。3.根据权利要求1所述的一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，其特征在于， 步骤（1）中粘结剂为高分子聚合物，油相溶剂为不溶于水或微溶于水的低沸点有机溶剂。4.根据权利要求1或3所述的一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，其特征在于，步骤（1）中粘结剂为纤维类、橡胶类和塑料中的一种；所述油相溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和二氯甲烷中的一种。5.根据权利要求1所述的一种基于膜乳化技术的窄粒度分布纳米含能复合微球制备方法，其特征在于，步骤（2）中的油相与水相的质量比为1：2
‑
1：10；粘结剂油相溶液、水和乳化剂混合后搅拌转速为200
‑
500...

【专利技术属性】
技术研发人员：安崇伟，王杰超，朱玉宇，叶宝云，武碧栋，王晶禹，李小东，徐文峥，侯聪花，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：