CN112898099A - 一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法 - Google Patents

一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法 Download PDF

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彭汝芳
宋玉兰
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Abstract

本发明公开了一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯分散于水相中得到石墨烯分散液，将含能材料加入石墨烯分散液中继续分散得到第一混合液，所述含能材料与石墨烯的质量比为98：(0.05～1.95)；(2)搅拌状态下，向第一混合液中添加氨水得到第二混合液；(3)将第二混合液加热至60～100℃，持续搅拌得到悬浮液；(4)将所述悬浮液过滤、洗涤、干燥即得氨水功能化石墨烯钝感化含能材料。该方法可以提高包覆效果，降低含能材料的机械感度。

Description

一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法
技术领域
本发明涉及含能材料技术领域，具体涉及一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法。
背景技术
现代战争中，高能材料因受到外界刺激产生爆炸导致的惨痛事件屡屡发生，并且在其生产、运输以及储存过程中因为感度发生的事故更是数不胜数。硝铵类炸药如HMX、CL-20等是目前应用十分广泛的高能主炸药材料，其具有能量密度大、耐热性好、爆轰性能稳定、爆速高等优良性能，但是较高的机械感度在很大程度上限制了其应用，因此对含能材料进行降感研究对武器装备的发展具有重要意义。高能与钝感是难以调和的一对矛盾体，在保持高能量水平的同时，如何有效地提高安全性能仍然是高能材料的一大挑战，更是当前含能材料研究者长期追求的目标。
对高能材料进行降感的方法已有诸多报道，其中对高能材料进行包覆是降低高能材料机械感度较为有效的方法之一。其中，选择的包覆材料、包覆工艺对降感效果有很大的影响，因此选择合适的包覆材料以及包覆工艺是至关重要的。传统的包覆技术存在表面覆盖率低、包覆不均匀、含能材料与包覆材料之间相互作用弱等一些缺点。因此需要去探索新的包覆材料或者包覆工艺来增强含能材料与包覆材料间的相互作用，进而提高包覆率，最终提高含能材料的包覆降感效果。
在众多的包覆材料中，碳纳米材料(C60、碳纳米管、石墨烯及其衍生物)因其独特的结构以及优异的机械、导电、导热性能，被广泛应用于含能材料降感研究。其中石墨烯及其衍生物因其优异的比表面积、良好的热导率和电导率等物理性能而备受关注。尽管已有文献报道石墨烯及其衍生物能够对含能材料的机械感度有一定的改善作用，但是它与含能材料之间弱的相互作用导致了包覆效果有限，进而限制了含能材料的包覆降感效果。因此，如何增强包覆材料和含能材料间的相互作用对于含能材料安全性的提高具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法。通过氨基化石墨烯表面的氨基与含能材料表面的硝基间的静电相互作用，增强两者之间的界面相互作用力，从而提高包覆效果，降低含能材料的机械感度。
为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：
一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯分散于水相中得到石墨烯分散液，将含能材料加入石墨烯分散液中继续分散得到第一混合液，所述含能材料与石墨烯的质量比为98：(0.05～1.95)；(2)搅拌状态下，向第一混合液中添加氨水得到第二混合液；(3)将第二混合液加热至60～100℃，持续搅拌得到悬浮液；(4)将所述悬浮液过滤、洗涤、干燥即得氨水功能化石墨烯钝感化含能材料。
进一步的技术方案为，所述含能材料为硝铵类含能材料。
更优选的，所述含能材料为HMX或CL-20或二者的混合物。
进一步的技术方案为，所述石墨烯分散液的浓度为0.5mg/mL。
进一步的技术方案为，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原石墨烯或二者的混合物。
进一步的技术方案为，所述氨水与石墨烯第一混合液的体积比为0.0007：1。
进一步的技术方案为，所述第二混合液持续搅拌时间为2～10小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过氨水对石墨烯进行功能化，增强含能材料与钝感剂的相互作用，从而提高含能材料的包覆效果和降感效果；本发明的制备方法以水为反应溶剂，无需有机试剂，环境友好；本发明的制备方法适用于大部分不溶于水的含能材料颗粒，普适性强；与常规包覆工艺相比，本发明的制备方法工艺简单，只需在分散的配制溶液中搅拌即可，包覆过程简单，可大规模批量制备，具有较好的实际应用前景。
附图说明
图1为超声后GO的SEM照片；
图2为超声后NH2-GO的SEM照片；
图3为超声后HMX的SEM照片；
图4为超声后HMX/NH2-GO的SEM照片；
图5为原料HMX和HMX/NH2-GO的P-XRD照片；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的解释和说明。
图1为原料氧化石墨烯的扫描电镜图，其具有石墨烯材料的典型褶皱外貌；
图2为氨水功能化石墨烯的扫描电镜图，其具有石墨烯材料的典型褶皱外貌；
图3为原料HMX的扫描电镜图，证实原料HMX具有光滑的表面形貌；
图4为氨水功能化石墨烯包覆HMX样品的扫描电镜图，表明包覆后的HMX表面具有石墨烯材料的典型褶皱外貌，证实氨水功能化石墨烯对HMX的成功包覆；
图5为原料HMX与氨水功能化石墨烯包覆HMX样品的粉末X射线衍射图，证实氨水功能化石墨烯包覆不会改变原料HMX的晶体结构。
实施例1
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌2h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为40J(原料HMX为10J)，摩擦感度为144N(原料HMX为96N)。
实施例2：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌4h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为40J(原料HMX为10J)，摩擦感度为180N(原料HMX为96N)。
实施例3：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌6h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为40J(原料HMX为10J)，摩擦感度为160N(原料HMX为96N)。
实施例4：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌8h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为22.5J(原料HMX为10J)，摩擦感度为192N(原料HMX为96N)。
实施例5：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌10h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为30J(原料HMX为10J)，摩擦感度为216N(原料HMX为96N)。
实施例6：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g CL-20、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌4h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得CL-20/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为25J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为108N(原料CL-20为48N)。
实施例7：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g CL-20、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌6h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得CL-20/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为27.5J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为112N(原料CL-20为48N)。
实施例8：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g CL-20、20ml H2O，继续超声分散。100℃搅拌条件下，滴加35μL氨水，持续搅拌8h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得CL-20/NH2-GO复合含能材料。其撞击感度为20J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为112N(原料CL-20为48N)。
对比例1
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g CL-20、20ml H2O，继续超声分散，100℃下搅拌回流反应4h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得CL-20/GO复合含能材料。其撞击感度为8J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为96N(原料CL-20为48N)。
对比例2：
称取10mg GO于30ml H2O中，超声分散至澄清，然后加入0.490g HMX、20ml H2O，继续超声分散，100℃下搅拌回流反应2h。反应完成后，过滤反应液，去离子水多次洗涤滤饼，60℃真空烘箱中干燥即得HMX/GO复合含能材料。其撞击感度为12J(原料HMX为10J)，摩擦感度为112N(原料HMX为96N)。
表1不同反应时间下氨水功能化石墨烯的氨基含量及其包覆样品机械感度变化
Figure BDA0002901905660000061
通过实施例与对比例中氨水功能化与否对石墨烯包覆样品机械感度的影响可知：通过氨水功能化可在包覆材料石墨烯结构中引入氨基基团；随着石墨烯氨基含量的增加，包覆样品的撞击感度也随之降低。以上实验证实，氨水功能化石墨烯上的氨基可能与含能材料的硝基形成氢键等范德华力，从而增强包覆材料与含能材料间的相互作用力，提高石墨烯对HMX、CL-20等炸药分子的降感效果。
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 (6)

1.一种氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石墨烯分散于水相中得到石墨烯分散液，将含能材料加入石墨烯分散液中继续分散得到第一混合液，所述含能材料与石墨烯的质量比为98：(0.05～1.95)；(2)搅拌状态下，向第一混合液中添加氨水得到第二混合液；(3)将第二混合液加热至60～100℃，持续搅拌得到悬浮液；(4)将所述悬浮液过滤、洗涤、干燥即得氨水功能化石墨烯钝感化含能材料。
2.根据权利要求1所述的氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，所述含能材料为硝铵类含能材料。
3.根据权利要求1所述的氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯分散液的浓度为0.5mg/mL。
4.根据权利要求1所述的氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原石墨烯或二者的混合物。
5.根据权利要求1所述的氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，所述氨水与石墨烯第一混合液的体积比为0.0007：1。
6.根据权利要求1所述的氨水功能化石墨烯钝感包覆含能材料的制备方法，其特征在于，所述第二混合液持续搅拌时间为2～10小时。
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