一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉及其制备方法，所述制备方法包括：称取一定量的单宁酸以溶解于水中，加入一定量的Tris

【技术实现步骤摘要】
一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉及其制备方法，属于含能材料


技术介绍

[0002]铝粉具有价格低廉，燃烧放热值高(31.05kJ/g)，且与高氯酸铵(AP)、端羟基聚丁二烯(HTPB)、RDX等含能材料相容性好等优点而被广泛应用在推进剂以及炸药领域中。通过在复合推进剂中加入铝粉，可以大大提高推进剂的能量、比冲和燃烧温度。但铝在空气中会自发反应生成氧化铝，从而在铝粉表面形成一层氧化铝。铝粉表面的氧化铝层起到抑制铝粉燃烧、降低铝粉着火温度和反应效率的作用。更重要的是，在推进剂燃烧过程中，熔融铝颗粒会发生团聚，导致比冲降低，推进剂两相流损失增加。此外，铝粉是两性金属，容易受到到空气中水分以及酸碱的腐蚀作用而使其有效铝含量下降。
[0003]目前，提高铝粉燃烧性能最常用的策略是添加含氟有机高分子化合物，如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟橡胶等。强氧化性氟原子更容易与铝反应。更重要的是，氟原子还能腐蚀铝粉表面的氧化铝层，改变铝粉的燃烧过程。氟原子能与铝反应生成沸点低于Al2O3的AlF3，因此表面形成的AlF3更容易挥发，可以提高铝的反应效率。此外，含氟有机材料一般都具有非常强的疏水性，通过在铝粉表层负载含氟有机材料也可以使铝粉的抗腐蚀性能大幅度改善。
[0004]随着界面涂层技术的发展，含能物质在铝粉表面的涂层有了很大的进步。然而，铝粉表面几乎没有化学基团的氧化铝层严重阻碍了有机氟化合物通过化学键涂覆在铝粉上。虽然研究表明含氟化合物可以通过球磨与铝粉有效结合，但该方法仍远不能令人满意。铝粉在球磨过程中会受到挤压，改变其球形形态，使其难以用于复合推进剂以及炸药领域中。此外，通过物理方法将含氟有机化合物直接加入固体推进剂中，无法实现氟化物与铝粉充分结合和接触。因此，在不改变铝粉形态的情况下，通过化学键直接将含氟化合物直接键合到铝壳表面来改善铝的点火性能以及抗腐蚀性能一直是一个关键问题。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉及其制备方法，以提升铝粉的燃烧反应性能以及抗腐蚀性能，这对于铝粉在推进剂以及炸药中的应用具有重大意义。
[0007]技术方案
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0009]本专利技术提供一种基于单宁酸界面改性的超疏水铝粉，该超疏水铝粉具有内部为铝外部为含氟有机功能材料的核壳结构，铝粉首先用过一步化学反应在其表面形成含有多羟基官能团的单宁酸涂层，然后利用表面的多羟基结构和含氟有机功能材料反应而在铝粉表
面制备出氟功能层。
[0010]所述的基于具有超疏水性能铝粉的制备方法包括：称取一定量的单宁酸以溶解于水中，加入一定量的Tris
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Bis缓冲液调节PH值，将铝粉加入到上述溶液中，反应完成后，用去离子水洗涤并烘干，得到表面负载多羟基涂层的铝粉，然后将该铝粉加入到含氟有机功能材料的有机溶液中去，反应24小时，烘干即可以得到具有超疏水性能铝粉。
[0011]所述铝粉为微米铝粉、纳米铝粉、铝合金、铝复合物等任意粒径的铝粉及铝合金粉。所述的铝粉粒径为10nm
‑
500μm。
[0012]所述含氟有机功能材料包括全氟辛基三氯硅烷，全氟癸基三氯硅烷，全氟十二烷基三氯硅烷，全氟癸硫醇等在内的任意一种全氟烷基三氯硅烷及硅氧烷和全氟烷基硫醇。
[0013]一种超疏水铝粉的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0014]步骤一：称取一定量的单宁酸溶解于水中，加入一定量的Tris
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Bis缓冲液调节PH值，将铝粉加入到上述溶液中，反应完成后，用去离子水洗涤并烘干，得到表面负载多羟基涂层的铝粉。
[0015]步骤二：将第一步得到的具有多羟基涂层的铝粉加入到含氟有机功能材料的有机溶液中去，反应24小时，烘干即可以得到具有超疏水性能铝粉。
[0016]有益效果
[0017](1)本专利技术用简单的两步浸润法制备得到了一种超疏水铝粉。
[0018](2)本专利技术将具有超疏水性能的含氟功能材料修饰到铝粉表面增加了铝粉的疏水性能以及在空气中的抗腐蚀性能。
[0019](3)本专利技术所制备的超疏水铝粉中表层具有的含氟有机材料可以降低铝的点火温度，提升铝的反应性能。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所制备得到的超疏水铝粉以及铝粉的图片；图2为专利技术所制备得到的超疏水铝粉的SEM图；图3为本专利技术所制备得到的超疏水铝粉以及铝粉在水中漂浮性能的图片(超疏水铝粉具有疏水性，可以漂浮在水面上；普通铝粉在水中会沉入杯底)；图4为本专利技术所制备得到的超疏水铝粉的静态接触角。
具体实施方式
[0021]实施例1
[0022]称取一定量的500mg单宁酸溶解于500mL水中，加入一定量的Tris
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Bis缓冲液调节PH值至8.0，将4g铝粉加入到上述溶液中，反应完成后，用去离子水洗涤并烘干，得到表面负载多羟基涂层的铝粉。然后将上述得到的铝粉加入到 50mL的正己烷溶液中，加入500mg的全氟癸基三氯硅烷，反应24小时后，用正己烷洗涤并烘干即可制得本专利技术的超疏水铝粉。超疏水铝粉以及铝粉的宏观形貌图片如图1所示。所制备得到的超疏水铝粉的SEM图如图2所示。铝粉以及超疏水铝粉在水中的漂浮性能如图3所示，铝粉在水中直接沉入水的底部，而超疏水铝粉则会漂浮在水面上。此外该制备得到的超疏水铝粉在氧气中的点火温度为390℃，而普通铝粉在氧气中的点火温度为890℃，和水的静态接触角为151
°
(如图4)。
[0023]实施例2
[0024]称取一定量的1g的单宁酸溶解于1000mL水中，加入一定量的Tris
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Bis缓冲液调节PH值至8.0，将8g铝粉加入到上述溶液中，反应完成后，用去离子水洗涤并烘干，得到表面负载多羟基涂层的铝粉。然后将上述得到的铝粉加入到 100mL的乙醇溶液中，加入500mg的全氟癸硫醇，反应24小时后，用乙醇洗涤并烘干即可制得本专利技术的超疏水铝粉。所制备的超疏水铝粉可以漂浮在水面上。此外该制备得到的超疏水铝粉在氧气中的点火温度为378℃。
[0025]实施例3
[0026]称取一定量的1g的单宁酸溶解于1000mL水中，加入一定量的Tris
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Bis 缓冲液调节PH值至8.0，将8g铝粉加入到上述溶液中，反应完成后，用去离子水洗涤并烘干，得到表面负载多羟基涂层的铝粉。然后将上述得到的铝粉加入到100mL的乙醇溶液中，加入1g的全氟辛基三氯硅烷，反应24小时后，用乙醇洗涤并烘干即可制得本专利技术的超疏水铝粉。所制备的超疏水铝粉可以漂浮在水面上。此外该制备得到的超疏水铝粉在氧气中的点火温度为388℃。
[0027]实施例4
[0028]称取一定量的1g单宁酸溶解于1000mL水中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超疏水性能的铝粉，其特征在于，该超疏水铝粉具有内部为铝外部为氟功能层的壳核结构，所述壳核结构是由铝粉首先通过一步化学反应在其表面形成多羟基涂层，再通过多羟基涂层与含氟有机功能材料在铝粉表面形成氟功能层得到的。2.根据权利要求1所述的具有超疏水性能的铝粉，其特征在于，所述铝粉的化学组成为铝、铝复合物或铝合金，且铝粉的粒径为10nm～500微米。3.根据权利要求1所述的具有超疏水性能的铝粉，其特征在于：所述的含氟有机功能材料包括全氟烷基三氯硅烷、硅氧烷和全氟烷基硫醇，其中全氟烷基三氯硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，梁泰鑫，张江波，刘威，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：