一種表面包覆改性降溫劑及其制備方法
| 專利類型 | 發(fā)明公開 | 法律事件 | 公開; 實質(zhì)審查; |
| 專利有效性 | 實質(zhì)審查 | 當(dāng)前狀態(tài) | 實質(zhì)審查 |
| 申請?zhí)?/td> | CN202411975486.0 | 申請日 | 2024-12-31 |
| 公開(公告)號 | CN119751184A | 公開(公告)日 | 2025-04-04 |
| 申請人 | 湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所; | 申請人類型 | 科研院所 |
| 發(fā)明人 | 王道林; 占明明; 李志勇; 張運剛; 孫蘭蘭; 孫曉飛; 張宏毅; 王宇辰; 周鑫宇; 嚴(yán)雪峰; | 第一發(fā)明人 | 王道林 |
| 權(quán)利人 | 湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所 | 權(quán)利人類型 | 科研院所 |
| 當(dāng)前權(quán)利人 | 湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所 | 當(dāng)前權(quán)利人類型 | 科研院所 |
| 省份 | 當(dāng)前專利權(quán)人所在省份：湖北省 | 城市 | 當(dāng)前專利權(quán)人所在城市：湖北省襄陽市 |
| 具體地址 | 當(dāng)前專利權(quán)人所在詳細(xì)地址：湖北省襄陽市樊城區(qū)156信箱清河路58號 | 郵編 | 當(dāng)前專利權(quán)人郵編：441003 |
| 主IPC國際分類 | C06D5/00 | 所有IPC國際分類 | C06D5/00 |
| 專利引用數(shù)量 | 0 | 專利被引用數(shù)量 | 0 |
| 專利權(quán)利要求數(shù)量 | 9 | 專利文獻(xiàn)類型 | A |
| 專利代理機(jī)構(gòu) | 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 | 專利代理人 | 趙文靜; |
| 摘要 | 本 發(fā)明 涉及固體推進(jìn)劑技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種表面包覆改性降溫劑及其制備方法。降溫劑顆粒被有機(jī) 硅 烷材料包覆形成 核殼結(jié)構(gòu) ， 內(nèi)核 為降溫劑顆粒， 外殼 為有機(jī)硅烷材料；外殼的厚度范圍為50nm～500nm，表面包覆改性降溫劑的表面活性基團(tuán)包括?NH2、?Cl、?SH、乙烯基中的一種或幾種。采用有機(jī)硅烷為 表面處理 劑，通過 水 解 聚合反應(yīng)構(gòu)筑出降溫劑@硅烷核殼結(jié)構(gòu)材料。能夠有效的調(diào)節(jié)降溫劑表面活性基團(tuán)的種類和含量，進(jìn)而控制降溫劑與 粘合劑 體系的反應(yīng)活性，解決降溫劑在固體推進(jìn)劑中脫濕的問題。同時，通過引入硅烷包覆層，有效改善了降溫劑材料的剪切 力 穩(wěn)定性 和 熱穩(wěn)定性 ，增強(qiáng)了其在高 載荷 、復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性，極有希望用于低燃溫固體推進(jìn)劑提高力學(xué)性能。 | ||
| 權(quán)利要求 | 1.一種表面包覆改性降溫劑，其特征在于，降溫劑顆粒被有機(jī)硅烷材料包覆形成核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為降溫劑顆粒，外殼為有機(jī)硅烷材料； |
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| 說明書全文 | 一種表面包覆改性降溫劑及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及固體推進(jìn)劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面包覆改性降溫劑及其制備方法。 背景技術(shù)[0002] 燃?xì)獍l(fā)生劑是一類特殊的低燃溫固體推進(jìn)劑，具有燃燒溫度低、燃?xì)狻扒鍧崱?、發(fā)氣量大等特點，作為特種動力源已被廣泛的應(yīng)用于導(dǎo)彈起動器、增壓器、陀螺、舵機(jī)、燃?xì)?a href='/zhuanli/list-17053-1.html' target='_blank'>渦輪裝置、液體火箭渦輪啟動器和汽車安全氣囊等領(lǐng)域。為使燃?xì)獍l(fā)生劑的燃燒溫度滿足輔助動力裝置的使用溫度，燃?xì)獍l(fā)生劑配方中加入了大量的降溫劑。主要利用降溫劑分解吸熱來降低燃?xì)獍l(fā)生劑燃燒溫度，常用降溫劑有草酸胺(AO)、二羥基乙二肟(DHG)和硫酸銨(AS)等。 [0003] 但是，這些常用的降溫劑材料中含有氨基或者羥基基團(tuán)反應(yīng)活性較低，不易與固化劑中的異氰酸酯基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，影響燃?xì)獍l(fā)生劑的固化效果，造成固體推進(jìn)劑脫濕，力學(xué)性能偏低。此外，降溫劑材料形貌多為片狀，如二羥基乙二肟為白色針狀晶體，形貌的不規(guī)則導(dǎo)致其與粘合劑網(wǎng)絡(luò)形成的界面易損壞，也會導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)生劑力學(xué)性能不足。近年來，雖然降溫劑的球形化取得了一些進(jìn)展，但仍無法對燃?xì)獍l(fā)生劑力學(xué)性能起到明顯的提高作用。因此，亟須探索新途徑以調(diào)控降溫劑的反應(yīng)活性、增強(qiáng)降溫劑的形貌規(guī)整度，進(jìn)而提高燃?xì)獍l(fā)生劑的力學(xué)性能和環(huán)境適應(yīng)性。 發(fā)明內(nèi)容[0004] 為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明公開了一種表面包覆改性的降溫劑及其處理方法。本發(fā)明以有機(jī)硅烷為包覆劑，通過硅烷的水解聚合反應(yīng)在降溫劑表面形成一層無機(jī)殼層結(jié)構(gòu)，硅烷外層可大幅減少降溫劑的尖銳區(qū)域，增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性，通過單一或多種硅烷配比調(diào)控降溫劑材料表面的氨基、羥基等活性基團(tuán)含量，進(jìn)而控制降溫劑材料的反應(yīng)活性。 [0005] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：一種表面包覆改性降溫劑，降溫劑顆粒被有機(jī)硅烷材料包覆形成核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為降溫劑顆粒，外殼為有機(jī)硅烷材料； [0006] 所述外殼的厚度范圍為50nm～500nm，所述表面包覆改性降溫劑的表面活性基團(tuán)包括?NH2、?Cl、?SH、乙烯基中的一種或幾種。 [0007] 優(yōu)選的，所述降溫劑顆粒包括二羥基乙二肟、硫酸銨和草酸銨中的一種。 [0009] 一種表面包覆改性降溫劑的制備方法，包括以下步驟： [0010] 步驟一：分別制備第一溶液和第二溶液； [0011] 所述第一溶液的制備方法包括將降溫劑顆粒分散至乙醇溶液中，調(diào)節(jié)pH值至8～9，獲得第一溶液； [0012] 所述第二溶液的制備方法包括將有機(jī)硅烷材料分散至乙醇溶液中，獲得第二溶液； [0013] 步驟二；將所述第二溶液加入到所述第一溶液中，在第一條件下反應(yīng)； [0014] 步驟三；在所述第一條件下反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，洗滌，干燥，得到表面包覆改性降溫劑。 [0015] 優(yōu)選的，所述降溫劑材料包括二羥基乙二肟、硫酸銨和草酸銨中的一種。 [0016] 優(yōu)選的，所述第一溶液中降溫劑材料的質(zhì)量濃度為0.1g/mL～2.0g/mL。 [0017] 優(yōu)選的，所述有機(jī)硅烷材料包括正硅酸四乙酯、十八烷基三甲基硅烷、γ?氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巰基三乙氧基硅烷和γ?氯丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。 [0018] 優(yōu)選的，所述第二溶液中有機(jī)硅烷材料的質(zhì)量濃度為0.005mg/mL～0.10mg/mL。 [0019] 優(yōu)選的，所述第一條件為在30℃～50℃條件下攪拌1h～6h。 [0020] 上述技術(shù)方案的有益效果： [0021] 通過使用多種類硅烷材料對降溫劑表面進(jìn)行包覆改性處理，能夠有效的調(diào)節(jié)降溫劑表面氨基、羥基等基團(tuán)的種類和含量，進(jìn)而控制降溫劑與粘合劑體系的反應(yīng)活性，解決降溫劑在固體推進(jìn)劑中脫濕的問題。同時，通過引入硅烷包覆層，有效改善了降溫劑材料的剪切力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，增強(qiáng)了其在高載荷、復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性，可用于低燃溫固體推進(jìn)劑提高力學(xué)性能。附圖說明 [0022] 為了更清楚地說明本申請實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。 [0023] 圖1為本發(fā)明提供的表面包覆改性降溫劑包覆改性前后示意圖； [0024] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的二羥基乙二肟的SEM圖； [0025] 圖3為本發(fā)明提供的表面包覆改性降溫劑的SEM圖； [0026] 圖4為本發(fā)明的實施例一提供的表面包覆改性降溫劑的EDS圖一； [0027] 圖5為本發(fā)明的實施例一提供的表面包覆改性降溫劑的EDS圖二； [0028] 圖6為本發(fā)明的實施例一提供的表面包覆改性降溫劑的紅外光譜圖。 具體實施方式[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。 [0030] 所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的符號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。 [0031] 實施例一 [0032] 圖1為本發(fā)明提供的表面包覆改性降溫劑包覆改性前后示意圖，制備方法包括如下步驟： [0033] 稱取10g二羥基乙二肟(DHG)顆粒，優(yōu)選的，SEM如圖2所示，并將其分散于40mL去乙醇溶液中；之后加入5mL氨水溶液，常溫下攪拌5min，使其形成均勻地懸濁液A(第一溶液)。 [0034] 取0.1mL正硅酸四乙酯、γ?氨丙基三甲氧基硅烷按照質(zhì)量比為4:0、3:1、2:2、1:3、4:0的配比分散于10mL的乙醇溶液中，超聲處理10min，使正硅酸四乙酯、γ?氨丙基三甲氧基硅烷均勻分散到溶劑中形成溶液B(第二溶液)。 [0035] 將溶液B加入到溶液A中，在50℃的溫度下反應(yīng)3h。 [0036] 反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物減壓抽濾后，用乙醇洗滌3次、蒸餾水洗滌1次后轉(zhuǎn)移至干燥箱中，50℃下真空干燥24h后獲得表面包覆改性降溫劑，分別標(biāo)記為樣品1～樣品5。 [0037] 從圖2二羥基乙二肟原料的SEM圖和圖3樣品2的SEM圖可見，未經(jīng)過表面處理的DHG表面光滑，顆粒具有較多的尖銳棱角，本發(fā)明提供的表面包覆改性降溫劑樣品1的顆粒表面粗糙程度增大，棱角區(qū)域圓滑。 [0038] 使用元素分析對表面包覆改性降溫劑樣品2進(jìn)行了表征，其表面主要元素由Si、N等組成，如圖4和圖5表面包覆改性降溫劑的EDS圖一和圖二所示，表明經(jīng)表面處理后硅烷包覆材料與降溫劑原料的表面層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且在降溫劑原料二羥基乙二肟的表面形成一層無機(jī)化合物層。 [0039] 使用紅外光譜表征了表面包覆改性降溫劑的官能團(tuán)含量。以1101cm?1出現(xiàn)Si?O伸?1縮振動峰為參考點歸一化3377cm 處的吸收峰強(qiáng)度，從而定性的判定包覆層中氨基的含量。 從圖6表面包覆改性降溫劑的紅外光譜圖所示可知，本發(fā)明提供的表面包覆改性降溫劑的表面氨基基團(tuán)含量與γ?氨丙基三甲氧基硅烷含量成正相關(guān)，可以通過調(diào)控硅烷種類和配比控制降溫劑表面官能團(tuán)類型和含量。 [0040] 實施例二 [0041] (1)稱取10g硫酸銨(AS)顆粒，并將其分散于80mL乙醇溶液中；之后加入5mL氨水溶液將溶液加pH值調(diào)節(jié)到8～9范圍內(nèi)，常溫下攪拌5min，使其形成均勻地懸濁液A。 [0043] (3)將溶液B加入到溶液A中，在30℃的溫度下反應(yīng)6h。 [0044] (4)反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物減壓抽濾后，用乙醇洗滌3次、蒸餾水洗滌1次后轉(zhuǎn)移至干燥箱中，50℃下真空干燥24h后獲得表面包覆改性降溫劑。 [0045] 對本實施例二的表面包覆改性降溫劑進(jìn)行性能表征，外殼的厚度范圍為200nm～250nm，包覆改性降溫劑表面帶有?NH2、?SH活性基團(tuán)。 [0046] 實施例三 [0047] (1)稱取10g草酸銨(AO)顆粒，并將其分散于20mL甲苯溶液中；之后加入1mL氨水溶液將溶液加pH值調(diào)節(jié)到8～9范圍內(nèi)，常溫下攪拌5min，使其形成均勻地懸濁液A。 [0048] (2)取0.1mg正硅酸四乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷按照1:1配比分散于10mL的乙醇溶液中，超聲處理10min，使硅烷試劑均勻分散到溶劑中形成溶液B。 [0049] (3)將溶液B加入到溶液A中，在50℃的溫度下反應(yīng)4h。 [0050] (4)反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物減壓抽濾后，用乙醇洗滌3次、蒸餾水洗滌1次后轉(zhuǎn)移至干燥箱中，50℃下真空干燥24h后獲得表面包覆改性降溫劑。 [0051] 對本實施例三的表面包覆改性降溫劑進(jìn)行性能表征，外殼的厚度范圍為350nm～400nm，包覆改性降溫劑表面帶有乙烯基活性基團(tuán)。 [0052] 實施例四 [0053] (1)稱取10g草酸銨(AO)顆粒，并將其分散于40mL甲苯溶液中；之后加入1mL氨水溶液將溶液加pH值調(diào)節(jié)到8～9范圍內(nèi)，常溫下攪拌5min，使其形成均勻地懸濁液A。 [0054] (2)取0.08mg正硅酸四乙酯、巰基三乙氧基硅烷按照3:1配比分散于10mL的乙醇溶液中，超聲處理10min，使硅烷試劑均勻分散到溶劑中形成溶液B。 [0055] (3)將溶液B加入到溶液A中，在50℃的溫度下反應(yīng)2h。 [0056] (4)反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物減壓抽濾后，用乙醇洗滌3次、蒸餾水洗滌1次后轉(zhuǎn)移至干燥箱中，50℃下真空干燥24h后獲得表面包覆改性降溫劑。 [0057] 對本實施例四的表面包覆改性降溫劑進(jìn)行性能表征，外殼的厚度范圍為150nm～180nm，包覆改性降溫劑表面帶有?SH活性基團(tuán)。 [0058] 從上述實施例中可知，本發(fā)明提供的表面包覆降溫劑的制備方法，通過調(diào)控硅烷種類和配比控制表面包覆降溫劑表面官能團(tuán)類型和含量。使得表面包覆降溫劑的結(jié)構(gòu)為包括內(nèi)核和外殼，所述內(nèi)核為降溫劑材料，所述外殼為有機(jī)硅烷材料。外殼的厚度范圍為50nm～500nm，表面活性基團(tuán)包括?NH2、?Cl、?SH、乙烯基中的任意一種或組合。增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性，通過單一或多種硅烷配比調(diào)控降溫劑材料表面的氨基、羥基等活性基團(tuán)含量，進(jìn)而控制降溫劑材料的反應(yīng)活性。解決降溫劑在固體推進(jìn)劑中脫濕的問題。同時，通過引入硅烷包覆層，有效改善了降溫劑材料的剪切力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，增強(qiáng)了其在高載荷、復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性，極有希望用于低燃溫固體推進(jìn)劑提高力學(xué)性能。 [0059] 最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本申請的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本申請進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不驅(qū)使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本申請各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。 |
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