CN108484341B - 一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法 - Google Patents

一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，包括以下步骤：(1)用乙醇对奥克托金浸泡清洗，抽滤烘干，得到清洗后的奥克托金；(2)取清洗后的奥克托金加到正己烷或甲苯中，向其中滴加氨基硅烷偶联剂，在温度75～120℃下搅拌8～12h，用乙醇进行清洗，于温度75～80℃下热处理6～8h，得到氨基表面改性奥克托金；(3)将高温石蜡加到石油醚中加热至50～60℃，搅拌至高温石蜡溶解分散得到石蜡混合液；(4)将氨基表面改性的奥克托金加到高温石蜡混合液中搅拌至石油醚挥发，得到改性包覆的奥克托金。该方法在浇注PBX制备过程中以温度作为诱发界面性能变化的条件，实现对奥克托金界面性能进行调控。

Description

一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法
技术领域
本发明涉及军用含能材料加工技术领域，具体涉及一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法。
背景技术
奥克托金(英文简写为HMX)是目前应用广泛的二代炸药，具有爆速高、颗粒密度高等特点。目前在现役军用炸药以及推进剂中都有着广泛的应用。然而在样品制备过程中会遇到一个相互矛盾的问题，以浇注PBX的制备为例，浇注PBX是采用粘接剂作为流动相，与主炸药奥克托金等进行混合，经过捏合、浇注后通过粘接剂的固化反应成型，在浇注PBX的前期制备过程中，固相颗粒(奥克托金等)与粘接剂(如HTPB)之间的界面相容性越差，即固相颗粒对粘接剂的吸附性越差，吸附态的流动相较少，那么自由态的流动相较多，有利于提高整体的流变性，反过来在保证流变性的情况下，可以降低粘接剂的含量，提高浇注PBX制品的爆轰性能；但是，在浇注PBX固化过程中，如果固相颗粒与粘接剂之间的浸润性差，那将导致固相与粘接剂之间的粘接性能较差。由此可知，在浇注PBX制备的前期，即捏合、浇注过程中，我们希望固相与粘接剂之间具有较差的浸润性，固相呈现对粘接剂的疏液状态，而在固化过程中，希望固相与粘接剂之间浸润性好，固相呈现对粘接剂的亲液状态。然而目前的现有技术中并没有某种工艺可以得到在这两种过程中呈现出不同的界面性能的奥克托金的制备方法。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种奥克托金的界面调控方法。该方法先对奥克托金表面进行氨基表面改性，使奥克托金的表面极性增强，然后再用熔点在75℃左右的高温石蜡对改性后的奥克托金进行包覆，然后在浇注PBX制备过程中以温度作为诱发界面性能变化的条件，实现对奥克托金界面性能进行调控。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
本发明提供了一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，包括以下步骤：(1)用乙醇对于奥克托金浸泡清洗，然后抽滤烘干，得到清洗后的奥克托金；(2)取清洗后的奥克托金加入到正己烷或甲苯中，然后向其中滴加氨基硅烷偶联剂，随后在温度75～120℃下搅拌回流8～12h，之后用乙醇进行清洗，然后于温度75～80℃下热处理6～8h，得到了氨基表面改性的奥克托金；(3)将高温石蜡加入到石油醚中加热至50～60℃，搅拌至高温石蜡完全溶解分散得到高温石蜡混合液；(4)将所述氨基表面改性的奥克托金加入到高温石蜡混合液中不断搅拌至石油醚挥发，然后得到改性包覆的奥克托金。
进一步的，所述步骤(1)中奥克托金与乙醇的质量体积比为(5～10)g：(20～50)ml。
进一步的，所述步骤(2)中的氨基硅烷偶联剂选自γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
进一步的，所述步骤(2)中的清洗后的奥克托金与正己烷或甲苯的质量体积比为5～10g：100mL。
进一步的，所述步骤(2)中清洗后的奥克托金与氨基硅烷偶联剂的质量体积为(5～10)g：(0.2～0.3)mL。
进一步的，所述步骤(2)中取清洗后的奥克托金加入到正己烷或甲苯中，然后向其中滴加氨基硅烷偶联剂，随后在温度80～100℃下搅拌回流8～12h。
进一步的，所述步骤(3)中高温石蜡与石油醚的质量体积比为(1～2)g：(100～200)ml。
进一步的，所述步骤(4)中氨基表面改性的奥克托金与高温石蜡混合液的质量体积为(50～100)g：(100～200)ml。
本发明还提供了一种采用所述基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法制备而得的改性包覆的奥克托金。
进一步的，所述改性包覆的奥克托金有高温石蜡包覆时，其对水的接触角为135°～138°，呈现疏水性，在高温下外层高温石蜡熔化后，无高温石蜡包覆时，其对水的接触角为0°，呈现亲水性。
下面对本发明做进一步的解释和说明。
本发明中，从现役的浇注PBX的使用角度出发，先对奥克托金表面进行氨基表面改性，使奥克托金的表面极性增强，然后再用高温石蜡对改性后的奥克托金进行包覆，然后在浇注PBX制备过程中以温度作为诱发界面性能变化的条件，实现对奥克托金界面性能进行调控，由于采用的高温石蜡在浇注PBX的制备过程中不会融化，因此在浇注PBX的捏合、浇注过程中仍然包覆在奥克托金表面，奥克托金呈现疏液状态，而在固化过程中将温度提升至高温石蜡的熔点以上，保温0.5h，这样奥克托金的石蜡包覆层会融化，露出奥克托金的氨基表面改性的极性包覆层，从而实现对奥克托金的界面性能调控。
在氨基表面改性过程中，清洗后的奥克托金与氨基硅烷偶联剂在一定温度下搅拌回流过程中，借助氨基硅烷偶联剂在奥克托金表面水解、聚合，使得反应产物包覆在奥克托金的表面，由于氨基硅烷偶联剂的反应聚合产物带有大量的氨基，因而得到了表面带有大量氨基的奥克托金。
清洗后的奥克托金与氨基硅烷偶联剂在温度75～120℃加热回流，若温度低于75℃，聚合反应太慢，不利于改性处理；若温度高120℃，则水解聚合反应太剧烈，易导致硅烷偶联剂自聚合。根据本发明的优选实施例，在80～100℃下加热回流；根据本发明更优选的实施例，在80℃下加热回流。在步骤(2)中，加热回流之后用乙醇进行清洗，然后于温度75～80℃下热处理6～8h，热处理的目的在于使颗粒表面水解后的硅烷偶联剂分子进一步聚合，从而使得改性更完全；若不进行热处理，那么这些未聚合完全的偶联剂分子在后续使用过程中可能会游离出颗粒表面。在本发明中，氨基硅烷偶联剂选自γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种，其理由是三者均可以水解、聚合反应，同时氨基不参与反应，并且会保留在聚合产物中，因此均可以借助水解、聚合反应，实现氨基表面改性的目的。
在本发明中，清洗后的奥克托金加入正己烷或甲苯中，在该步骤中，选择正己烷或甲苯，是因为实验证明在这两种介质中，硅烷偶联剂的水解、聚合反应更匹配，因为若水解过快，那么水解产物大量游离在溶液中，那么可能导致水解产物自聚合；若聚合反应过快或过慢，都不利于硅烷偶联剂的聚合产物均匀包覆在奥克托金表面。
在本发明中，清洗后的奥克托金与氨基硅烷偶联剂的质量体积为(5～10)g：(0.2～0.3)mL；若氨基硅烷偶联剂的用量过少，则表面改性不完全；若氨基硅烷偶联剂的用量过多，溶度太高，易导致氨基硅烷偶联剂大量的自聚合，从而不能实现对奥克托金的改性。
在本发明中步骤(3)中将1～2g高温石蜡加入到100～200mL石油醚中，加热至50～60℃，在该配比和温度条件下，石蜡可以完全均匀的分散在石油醚中，这样在后续的与奥克托金的搅拌混合过程中，高温石蜡可以均匀的包覆在改性奥克托金表面。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
该方法采用温度作为固相颗粒由疏液到亲液转变的条件，在使用过程中可操作，同时可以针对不同类型的体系选用不同熔点的石蜡。该方法中采用的氨基表面包覆层包覆厚度低，质量比小，对炸药性能影响很小，而使用的高温石蜡常用于配方中的降感剂，因此整体上对浇注PBX配方能量的影响较小。经过本发明提供的调控方法改性后，实验测得在氨基酸改性奥克托金之后，改性奥克托金对水的接触角为0°，呈现亲水性；而在包覆高温石蜡后，改性包覆奥克托金对水的接触角为135°～138°，呈现疏水性，解决了现有的奥克托金界面性能不可调控的问题。此外，本发明的操作方法简单易操作，实验中反应过程快速并且设备要求简单。
附图说明
图1为本发明提供的奥克托金的改性的过程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
图1为奥克托金的改性过程示意图。先采用一端极性较强的氨基硅烷偶联剂对奥克托金进行氨基表面改性，然后再包覆上一层高温石蜡。
实施例1：
一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，包括以下步骤：(1)奥克托金清洗：称取50g的奥克托金，加入到一定200mL的无水乙醇中浸泡5h，然后将清洗后的奥克托金过滤烘干；(2)将清洗后的奥克托金置于2000mL的圆底烧瓶中；量取1000mL正己烷，倒入烧瓶中；向烧瓶中滴加2mLγ-氨丙基-三甲氧基硅烷(APS)，随后在80℃下搅拌回流8h，然后置于烘箱中于温度75℃下热处理6h，得到氨基表面改性的奥克托金；(3)称量10g高温石蜡，加入到1000mL石油醚中，加热至50℃，搅拌至石蜡完全溶解分散；(4)称量50g改性奥克托金加入到上述高温石蜡混合液中，然后不断搅拌至石油醚完全挥发，即可制备出界面性能可调控的改性包覆奥克托金。所得到的改性包覆奥克托金中高温石蜡含量为2％，实验测得氨基改性奥克托金之后，改性奥克托金对水的接触角为0°，呈现亲水性；而在包覆石蜡以后，改性包覆奥克托金对水的接触角为135°，呈现疏水性。
实施例2：
一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，包括以下步骤：(1)奥克托金清洗：称取100g的奥克托金，加入到一定2000mL的无水乙醇中浸泡5h，然后将清洗后的奥克托金过滤烘干；(2)将清洗后的奥克托金置于2000mL的圆底烧瓶中；量取1000mL正己烷，倒入烧瓶中；向烧瓶中滴加3mL KH-550，随后在75℃下搅拌回流8h，然后置于烘箱中于温度80℃下热处理8h，得到氨基表面改性的奥克托金；(2)称量20g高温石蜡，加入到1000mL石油醚中，加热至55℃，搅拌至石蜡完全溶解分散；(4)称量100g改性奥克托金加入到上述高温石蜡混合液中，然后不断搅拌至石油醚完全挥发，即可制备出界面性能可调控的改性包覆奥克托金。所得到的改性包覆奥克托金中高温石蜡含量为2％，实验测得氨基改性奥克托金之后，改性奥克托金对水的接触角为0°，呈现亲水性；而在包覆石蜡以后，改性包覆奥克托金对水的接触角为135°，呈现疏水性。
实施例3：
一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，包括以下步骤：(1)奥克托金清洗：称取50g的奥克托金，加入到一定2000mL的无水乙醇中浸泡5h，然后将清洗后的奥克托金过滤烘干；(2)将清洗后的奥克托金置于2000mL的圆底烧瓶中；量取1000mL甲苯，倒入上面烧瓶中；向烧瓶中滴加2mL N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(A1120)，随后在75℃下搅拌回流8h，然后置于烘箱中于温度80℃下热处理6h，得到氨基表面改性的奥克托金；(3)称量15g高温石蜡，加入到1000mL石油醚中，加热至55℃，搅拌至石蜡完全溶解分散；(4)称量50g改性奥克托金加入到上述混合液中，然后不断搅拌至石油醚完全挥发，即可制备出界面性能可调控的改性包覆奥克托金。所得到的改性包覆奥克托金中高温石蜡含量为3％，实验测得氨基改性奥克托金之后，改性奥克托金对水的接触角为0°，呈现亲水性；而在包覆石蜡以后，改性包覆奥克托金对水的接触角为138°，呈现疏水性。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (8)

1.一种基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）用乙醇对奥克托金浸泡清洗，然后抽滤烘干，得到清洗后的奥克托金；
（2）取清洗后的奥克托金加入到正己烷或甲苯中，然后向其中滴加氨基硅烷偶联剂，随后在温度75~120℃下搅拌回流8~12h，之后用乙醇进行清洗，然后于温度75~80℃ 下热处理6~8h，得到了氨基表面改性的奥克托金；
（3）将高温石蜡加入到石油醚中加热至50~60℃，搅拌至高温石蜡完全溶解分散得到高温石蜡混合液；所述步骤（3）中高温石蜡与石油醚的质量体积比为（1~2）g：（100~200）ml；
（4）将所述氨基表面改性的奥克托金加入到高温石蜡混合液中不断搅拌至石油醚挥发，然后得到改性包覆的奥克托金；所述步骤（4）中氨基表面改性的奥克托金与高温石蜡混合液的质量体积为（50~100）g：（100~200）ml。
2.根据权利要求1所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，所述步骤（1）中奥克托金与乙醇的质量体积比为（5~10）g：（20~50）ml。
3.根据权利要求1所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，所述步骤（2）中的氨基硅烷偶联剂选自γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，所述步骤（2）中的清洗后的奥克托金与正己烷或甲苯的质量体积比为5~10g：100mL。
5.根据权利要求1所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，所述步骤（2）中清洗后的奥克托金与氨基硅烷偶联剂的质量体积为（5~10）g：（0.2~0.3）mL。
6.根据权利要求1所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法，其特征在于，所述步骤（2）中取清洗后的奥克托金加入到正己烷或甲苯中，然后向其中滴加氨基硅烷偶联剂，随后在温度80~100℃下搅拌回流8~12h。
7.一种采用权利要求1~6任一项所述的基于氨基表面改性的奥克托金界面性能调控方法制备而得的改性包覆的奥克托金。
8.根据权利要求7所述的改性包覆的奥克托金，其特征在于，有高温石蜡包覆时，其对水的接触角为135°~138°，呈现疏水性，在高温下外层高温石蜡熔化后，无高温石蜡包覆时，其对水的接触角为0°，呈现亲水性。
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