CN112851449A - 含氟聚合物包覆高纯硼粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含氟聚合物包覆高纯硼粉，采用含氟聚合物对高纯硼粉进行包覆，不仅可以降低硼粉颗粒比表面自由能，减小团聚现象，而且还能够显著提高硼粉的燃烧效率，并提供上述含氟聚合物包覆高纯硼粉的制备方法。通过本发明方法得到的含氟聚合物包覆高纯硼粉可以很好地解决无定形硼粉再固体推进剂中燃烧效率较低，硼粉热值不能得到有效发挥的问题。本发明介绍的包覆制备工艺简单，包覆流程工程化可实现性强，经济附加值高。

Description

含氟聚合物包覆高纯硼粉及其制备方法
技术领域
本发明属于含能材料领域，特别涉及一种用于固体推进剂用包含氟聚合物包覆高纯硼粉及其制备方法。
背景技术
硼粉是一种具有较高燃烧热值的含能材料，在固体推进剂和炸药中广泛使用。硼粉在燃烧过程生成了低熔点的氧化硼(B2O3)，而无定形硼粉熔点较高，不易熔化和汽化，造成了其燃烧效率较低，较高的燃烧热值无法得到有效的发挥。
为了提高硼粉的燃烧效率，国内外都进行了大量的技术研究。国内在解决硼粉燃烧效率技术方面，采取了复合、造粒和包覆等技术。目前，采用比较多的是硼粉包覆技术，比如，LiF包覆技术、叠氮聚合物包覆技术、丁羟胶包覆技术等。LiF包覆硼粉在HTPB体系中会出现工艺性能不佳的问题；叠氮聚合物包覆容易出现包覆不均匀，造成体系粘度增大。除此之外，国内在改善硼粉燃烧方面，还研究了复合AP造粒和使用含氟材料包覆的方法，AP复合的本质是使用氧化剂来提高其燃烧效率，而含氟材料包覆是希望B和F发生化学反应，生成BF3，使燃烧过程中内部硼粉能够持续地发生燃烧反应。
国外报道了通过添加镁、铝金属粉来改善其燃烧效率的研究，添加镁粉的含硼推进剂的燃烧效率有了很大提高，提高了推进剂压强指数。虽然这些方法或多或少地改善了无定形硼粉的燃烧效率，但是综合考虑工艺性能和燃烧性能，都未能达到工业化应用的技术要求。因此，迫切需要开发新的提高硼粉燃烧效率的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种含氟聚合物包覆高纯硼粉，采用含氟聚合物对高纯硼粉进行包覆，不仅可以降低硼粉颗粒比表面自由能，减小团聚现象，而且还能够显著提高硼粉的燃烧效率，并提供上述含氟聚合物包覆高纯硼粉的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种含氟聚合物包覆高纯硼粉，高纯硼粉表面包覆一层含氟聚合物，其中含氟聚合物占总质量的百分含量为2％～20％。
进一步的，含氟聚合物为聚四氟乙烯，偏二氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物，偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物，偏二氟乙烯、三氟氯乙烯和六氟丙烯的三元共聚物，或上述含氟聚合物的衍生物。
进一步的，高纯硼粉的平均粒径为1～3μm，硼含量为92％～95％。
种含氟聚合物包覆高纯硼粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置含氟聚合物包覆液，将高纯硼粉加入含氟聚合物包覆液中，在高速搅拌条件下在高纯硼粉表面包覆一层含氟聚合物；
(2)对反应后的溶液进行后处理之后获得粗产品滤饼；
(3)将粗产品滤饼干燥、分散后获得含氟聚合物包覆高纯硼粉。
进一步的，含氟聚合物包覆液的制备是将含氟聚合物溶于包覆溶液中，所述包覆溶液为乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、DMF中的一种或者两种的混合溶剂。更优选地，采用丙酮或者乙酸乙酯溶剂。
进一步的，步骤(1)中含氟聚合物包覆溶液与高纯硼粉的质量比为2:1～5:1。
进一步的，步骤(1)中包覆过程的反应条件为：反应时间1～5h，优选时间2h，加热温度40～60℃，反应结束后采用自然降温，搅拌速率降低为200～300转/min。
进一步的，步骤(2)中后处理采用旋转蒸发仪通过抽真空蒸发溶剂或者采用离心装置将有机溶剂进行离心分离。
进一步的，步骤(3)中干燥采用在真空干燥箱中进行加热干燥，加热温度为80～130℃，抽真空干燥时间为2～7h。优选的加热温度为100～110℃，优选3～4h。
进一步的，步骤(3)中分散采用在超声器重进行超声分散，超声时间20～50min，频率40～60kHz。
本发明的含氟聚合物包覆的高纯硼粉是一种用于固体推进剂的功能材料，它不仅能够很好地与推进剂其他组分相容，而且可以显著提高硼粉的燃烧效率，从而改善含硼推进剂的燃烧性能。
超声后的产品再进行振动过筛，分级进行包装和检测。
含氟聚合物包覆高纯硼粉检测项目包括：水分、粒度、密度、燃烧热等。
本发明关于含氟聚合物包覆高纯硼粉及其工艺技术未见报道。通过本发明方法得到的含氟聚合物包覆高纯硼粉可以很好地解决无定形硼粉再固体推进剂中燃烧效率较低，硼粉热值不能得到有效发挥的问题。本发明介绍的包覆制备工艺简单，包覆流程工程化可实现性强，经济附加值高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
本实施例提供一种偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物衍生物包覆的高纯硼粉及其制备方法。
选择自制的高纯硼粉，其平均粒径1μm，硼含量为95％；包覆剂选择市售的偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物。
包覆工艺：将一定量偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物溶解于1000mL的乙酸乙酯中(表1)，在40℃和搅拌条件下含氟聚合物在溶剂中加热1小时，直至含氟聚合物溶解完全，配置得到含氟聚合物包覆溶液。然后，将其转移至带有机械搅拌装置的玻璃容器中，将400g的高纯硼粉倒入其中，搅拌反应3h。接着将该悬浮液倒入旋转蒸发器中，加热50℃，除去乙酸乙酯。再将褐色的浆状物平铺于托盘中，进行真空干燥处理，干燥时间3h。
表1含氟聚合物包覆比例和各原料用量
含氟聚合物包覆比例 包覆剂用量 高纯硼粉 乙酸乙酯
1％ 10g 400g 1000mL
2％ 20g 400g 1000mL
3％ 30g 400g 1000mL
将含氟聚合物包覆的硼粉放置于超声器中，进行超声分散，超声时间30min，频率40kHz。然后分散后的产品再利用300目筛子进行过滤，收集产品包装。
取一部分样品进行测试分析，测得的水分分别为0.105％、0.093％、0.091％；粒度分别：25.5μm、19.8μm、33.6μm。
实施例2
本实施例提供一种偏二氟乙烯/三氟氯乙烯/六氟丙烯的三元共聚物衍生物包覆的高纯硼粉及其制备方法。
选择自制的高纯硼粉，其平均粒径1μm，硼含量为95％；包覆剂选择市售的含有端羧基的偏二氟乙烯/三氟氯乙烯/六氟丙烯的三元共聚物。
包覆工艺：将一定量偏二氟乙烯/三氟氯乙烯/六氟丙烯的三元共聚物溶解于2000mL的丙酮中(表2)，在50℃和搅拌条件下含氟聚合物在溶剂中加热1小时，直至含氟聚合物溶解完全，配置得到含氟聚合物包覆溶液。然后，将其转移至带有机械搅拌装置的玻璃容器中，将600g的高纯硼粉倒入其中，搅拌反应2h。接着将该悬浮液倒入旋转蒸发器中，加热50℃，除去乙酸乙酯。再将褐色的浆状物平铺于托盘中，进行真空干燥处理，干燥时间4h。
表2含氟聚合物包覆比例和各原料用量
含氟聚合物包覆比例 包覆剂用量 高纯硼粉 乙酸乙酯
1％ 20g 600g 2000mL
2％ 40g 600g 2000mL
3％ 60g 600g 2000mL
将含氟聚合物包覆的硼粉放置于超声器中，进行超声分散，超声时间50min，频率60kHz。然后分散后的产品再利用500目筛子进行过滤，收集产品包装。
取一部分样品进行测试分析，测得的水分分别为0.085％、0.088％、0.095％；粒度分别：17.2μm、22.1μm、14.6μm。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种含氟聚合物包覆高纯硼粉，其特征在于：高纯硼粉表面包覆一层含氟聚合物，其中含氟聚合物占总质量的百分含量为2％～20％。
2.根据权利要求1所述的含氟聚合物包覆高纯硼粉，其特征在于：所述含氟聚合物为聚四氟乙烯，偏二氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物，偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物，偏二氟乙烯、三氟氯乙烯和六氟丙烯的三元共聚物，或上述含氟聚合物的衍生物。
3.根据权利要求1所述的含氟聚合物包覆高纯硼粉，其特征在于：所述高纯硼粉的平均粒径为1～3μm，硼含量为92％～95％。
4.一种根据权利要求1至3任一所述含氟聚合物包覆高纯硼粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配置含氟聚合物包覆液，将高纯硼粉加入含氟聚合物包覆液中，在高速搅拌条件下在高纯硼粉表面包覆一层含氟聚合物；
(2)对反应后的溶液进行后处理之后获得粗产品滤饼；
(3)将粗产品滤饼干燥、分散后获得含氟聚合物包覆高纯硼粉。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述含氟聚合物包覆液的制备是将含氟聚合物溶于包覆溶液中，所述包覆溶液为乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、DMF中的一种或者两种的混合溶剂。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中含氟聚合物包覆溶液与高纯硼粉的质量比为2:1～5:1。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中包覆过程的反应条件为：反应时间1～5h，加热温度40～60℃，反应结束后采用自然降温，搅拌速率降低为200～300转/min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中后处理采用旋转蒸发仪通过抽真空蒸发溶剂或者采用离心装置将有机溶剂进行离心分离。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中干燥采用在真空干燥箱中进行加热干燥，加热温度为80～130℃，抽真空干燥时间为2～7h。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中分散采用在超声器重进行超声分散，超声时间20～50min，频率40～60kHz。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008042446A2 (en) * 2006-10-07 2008-04-10 Momentive Performance Materials, Inc. Mixed boron nitride composition and method for making thereof
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