CN110724019B - 一种多孔氧化石墨烯-cl-20复合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多孔氧化石墨烯‑CL‑20复合物的制备方法，属于含能材料技术领域。具体采用对CL‑20界面性能进行调控，然后借助氧化石墨烯(GO)与CL‑20之间的界面相互作用力在水溶液介质中实现两者的复合，然后采用冷冻干燥的方法，借助水介质蒸发留下的多孔结构，实现多孔氧化石墨烯‑CL‑20复合物的制备，该复合物具有极低的松装密度，且CL‑20颗粒在复合物中分散性良好，提供了一种多孔形貌GO/CL‑20制备技术，或者为研究GO与CL‑20之间的相互作用提供了一种技术途径，或者为相关研究提供一种良好的分散技术。本方法属于军用含能材料领域。

Description

一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法
技术领域
本发明属于含能材料制备领域，具体涉及一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法。
背景技术
在现代工业化的含能化合物中，CL-20的能量水平(爆速、爆压及总能量输出等)首屈一指，它比现已在弹药上应用的二代炸药HMX高8％～10％，另外CL-20的燃速可达HMX的近2倍，其燃烧压力指数也在可接受范围内，因此CL-20在武器装备中的应用推广一直是现阶段炸药配方研究的一个目标。但标准条件下CL-20撞击感度100％，摩擦感度100％，特性落高为26.8cm，感度和热安定性与HMX相当，美俄从八十年代开始，就把合成能量相当于HMX、感度有效降低的高能钝感炸药作为主要研究目标，但经过二十多年的研究探索，未能取得突破进展。
发明内容
本发明目的是提供一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，该多孔氧化石墨烯-CL-20复合物相比常规方法制备的复合物，松装密度降低82％，松装密度显著降低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：先用乙醇对CL-20进行表面清洗，清洗后采用氨基硅烷偶联剂对CL-20的氨基表面改性；
步骤2：将氧化石墨烯和步骤1得到的氨基表面改性的CL-20加入到盛有蒸馏水的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层；
步骤3：将步骤2得到的混合溶液抽滤，获得氧化石墨烯/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，获得微米级多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
进一步的技术方案是，步骤1中，CL-20粒径为微米级。采用微米级的CL-20与GO复合，经冷冻干燥，可以实现微米级孔隙结构的复合物。
进一步的技术方案是，步骤2中，氧化石墨烯和氨基表面改性的CL-200为1:100-1:25。
进一步的技术方案是，步骤2中，氨基表面改性的CL-200与蒸馏水的质量体积比为50-100g：200-400mL。
进一步的技术方案是，步骤3中，冷冻干燥的时间为72h。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、提供了一种多孔形貌GO/CL-20制备技术，该形貌复合物相比常规方法制备的复合物，松装密度降低82％，松装密度显著降低。
2、该技术为研究GO与CL-20之间的相互作用提供了一种技术途径，由于该形貌复合物中GO与CL-20之间具有一定的界面作用，为进一步研究两者之间的相互作用如热分解性能等提供了一种技术途径。
3、为相关研究提供一种良好的分散技术。形貌分析表明，该复合物中微米级的CL-20颗粒在复合物中分散性良好，大大降低了CL-20颗粒的团聚性。
附图说明
图1为制备多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的过程照片。
图2为实验室制备的多孔氧化石墨烯-CL-20复合物照片。
图3为多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的SEM照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
碳材料因其导热率高、密度低等特点，在导热填料领域得到了广泛的应用。应用较多的碳材料如片层状的石墨、管状的碳纳米管以及纤维状的碳纤维。梁新刚等研究发现，体积分数为1％的碳纳米管导热复合材料比基体热导率提升了160％。对于浇注PBX来说，我们在提升PBX部件的导热率的同时又不能显著地降低部件中含能组分的质量比，因而将低密度、高导热系数的碳材料用于提升含能材料的力学和热稳定性具有一定的可行性。
氧化石墨烯(Graphene Oxide，简称GO)一般是经石墨插层氧化制备得来的，层数一般在10层以下，表面具有丰富的官能团，如羟基和羧基等。目前很多研究都集中在GO在复合材料领域中的应用。氧化石墨烯作为一种类石墨结构的材料，可以作为降感材料应用与含能材料的降感，目前已有较多相关的报道。Li等采用溶剂-反溶剂法，制备了HMX/GO复合材料，并且当GO的质量比为2％时，复合材料的摩擦感度由100％降低至10％，撞击感度由100％降低至32％。这是由于相比于石墨，GO的片层间有较多的基团，这样导致片层与片层间的作用力减弱，从而导致当受到撞击或者摩擦时，片层与片层间更容易发生滑移，从而吸收能量，降低HMX颗粒表面热点的产生。另一方面，GO可以被看作是一种“软材料”，从而可以缓冲外界应力对HMX颗粒的冲击。Wang等采用溶剂-非溶剂法将Viton和GO包覆至HMX表面，当Viton和GO的质量比分别为4％和1％时，得到的复合材料的特性落高有空白HMX的19.6cm提升至66.07cm，撞击感度得到了明显的降低。
因此在降感CL-20方面，GO有着较好的应用前景，本发明基于以上的需求背景，首先采用表面改性剂对CL-20表面性能进行改性，然后借助氧化石墨烯(GO)与CL-20之间的界面相互作用力在水溶液介质中实现两者的复合，然后采用冷冻干燥的方法，借助水介质蒸发自然形成的多孔结构，实现多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备，该复合物相比一般方法合成的复合材料，松装密度降低82％，且CL-20颗粒在复合物中分散性良好，该发明提供了一种多孔形貌GO/CL-20制备技术，或者为研究GO与CL-20之间的相互作用提供了一种技术途径，或者为相关研究提供一种良好的分散技术。
实现本发明目的的技术方案是：先用乙醇对CL-20进行表面清洗，然后采用专利(申请号201610814119.1)所述的炸药的氨基表面改性方法，实现CL-20的氨基表面改性。然后称取50-100g的氨基表面改性CL-20，称量1-2g的氧化石墨烯GO，然后将两者加入到盛有蒸馏水200-400mL的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层，然后抽滤获得GO/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，干燥72h，获得多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
图1为制备多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的过程照片。该图片为改性CL-20的乙醇溶液与GO混合搅拌之后，GO包覆至CL-20表面之后从溶液中析出。从图片可以看出，溶液分为两层，上清液和下面的悬浮液体，上清液几乎无色透明，表面GO几乎完全从溶液中析出。
图2为实验室制备的多孔氧化石墨烯-CL-20复合物照片。该图片是复合物经过冷冻干燥之后烘干之后的样品图片，图中所示的复合物质量约为1g，可以看出复合物颜色呈现棕黄色，且呈现蓬松的形态，这是由于水分蒸发之后自然留下大量的微米级的孔隙导致的。
图3为多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的SEM照片。从图片可以看出，CL-20颗粒粒径～1μm，GO呈絮状分布在CL-20颗粒之间，将颗粒与颗粒之间隔开，实现了CL-20颗粒在空间上的均匀分散。
实施例1：
先用乙醇对CL-20进行表面清洗，然后采用专利-(申请号201610814119.1)所述的炸药的氨基表面改性方法，实现CL-20的氨基表面改性。然后称取50g的氨基表面改性CL-20，称量1g的氧化石墨烯GO，然后将两者加入到盛有蒸馏水200mL的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层，然后抽滤获得GO/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，干燥72h，获得多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
实施例2：
先用乙醇对CL-20进行表面清洗，然后采用专利-(申请号201610814119.1)所述的炸药的氨基表面改性方法，实现CL-20的氨基表面改性。然后称取100g的氨基表面改性CL-20，称量2g的氧化石墨烯GO，然后将两者加入到盛有蒸馏水400mL的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层，然后抽滤获得GO/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，干燥72h，获得多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
实施例3：
先用乙醇对CL-20进行表面清洗，然后采用专利-(申请号201610814119.1)所述的炸药的氨基表面改性方法，实现CL-20的氨基表面改性。然后称取75g的氨基表面改性CL-20，称量1.5g的氧化石墨烯GO，然后将两者加入到盛有蒸馏水300mL的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层，然后抽滤获得GO/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，干燥72h，获得多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：先用乙醇对CL-20进行表面清洗，清洗后采用氨基硅烷偶联剂对CL-20的氨基表面改性；
步骤2：将氧化石墨烯和步骤1得到的氨基表面改性的CL-20加入到盛有蒸馏水的烧杯中，并不断搅拌，直到氧化石墨烯全部析出，溶液分层；
步骤3：将步骤2得到的混合溶液抽滤，获得氧化石墨烯/CL-20复合物，然后采用冷冻干燥，获得微米级多孔形貌的氧化石墨烯-CL-20复合物。
2.根据权利要求1所述的一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，其特征在于，步骤1中，CL-20粒径为微米级。
3.根据权利要求1所述的一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，其特征在于，步骤2中，氧化石墨烯和氨基表面改性的CL-200为1:100-1:25。
4.根据权利要求1所述的一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，其特征在于，步骤2中，氨基表面改性的CL-200与蒸馏水的质量体积比为50-100g：200-400mL。
5.根据权利要求1所述的一种多孔氧化石墨烯-CL-20复合物的制备方法，其特征在于，步骤3中，冷冻干燥的时间为72h。
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