CN114012087B - 一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机无机复合纳米粒子制备领域，具体涉及一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用。本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒包括纳米铝颗粒和包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层。本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒具有包覆在纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层，乙烯分子吸附在纳米铝颗粒表面，形成乙烯包覆层。乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面可以减少纳米铝颗粒的团聚。乙烯与推进剂组份具有良好的相容性，会使得乙烯包覆的纳米铝颗粒有更好的加工性，而且，乙烯包覆层对外界环境中的氧化气氛起到隔绝作用，能减缓纳米铝颗粒的氧化，而且，在燃烧过程中，乙烯点火温度低，燃烧生成气体，对纳米铝粉的点火和燃烧性能都有促进作用。

Description

一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机无机复合纳米粒子制备领域，具体涉及一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
金属颗粒具有良好的化学稳定性和物理密度，是优良的高能材料。与其他金属比较，铝资源丰富、价格低廉。它的能量密度大而且燃烧产物无毒。微米级铝颗粒作为添加剂已经被广泛应用在固体推进剂中。与微米或更大尺寸的材料相比，纳米铝颗粒由于尺寸效应带来的高比表面积和表面的潜在能量储存，具有更好的化学反应性、更低的融化温度和更高的燃烧速率，但也导致其拥有更高的表面相互作用使其更容易团聚和被环境氧化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种乙烯包覆纳米铝颗粒及其制备方法和应用，本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒能防止纳米铝颗粒团聚和氧化。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种乙烯包覆纳米铝颗粒，包括纳米铝颗粒和包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层。
本发明还提供了上述技术方案所述乙烯包覆纳米铝颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将纳米铝粉与乙烯气体混合，进行重复包覆，得到乙烯包覆纳米铝颗粒。
优选的，每次包覆的过程中，所述纳米铝粉和乙烯气体的质量比独立为1：(50～500)。
优选的，每次包覆的过程中，所述包覆的温度独立为20℃～30℃；所述包覆的时间独立为30～80min。
优选的，每次包覆的过程中，对所述纳米铝粉进行搅拌；所述搅拌的速率独立为200～400r/min。
优选的，所述重复包覆的次数为1～3次。
优选的，完成所述重复包覆后，还包括将所得物料进行干燥。
优选的，所述干燥的方式为真空干燥，所述真空干燥的真空度为0.01～0.1MPa。
优选的，所述干燥的温度为20～30℃，所述干燥的时间为20～40min。
本发明还提供了上述技术方案所述乙烯包覆纳米铝颗粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒在含铝推进剂中的应用。
本发明提供了一种乙烯包覆纳米铝颗粒包括纳米铝颗粒和包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层。本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒具有包覆在纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层，乙烯分子吸附在纳米铝颗表面，形成乙烯包覆层。乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面可以减少纳米铝颗粒的团聚。乙烯与推进剂组份具有良好的相容性，会使得乙烯包覆的纳米铝颗粒有更好的加工性，而且乙烯包覆层对外界环境中的氧化气氛起到隔绝作用，能够减缓颗粒氧化。在燃烧过程中，乙烯点火温度低，燃烧生成气体，对纳米铝粉的点火和燃烧性能都有促进作用。
附图说明
图1为本发明制备乙烯包覆纳米铝颗粒的工艺流程图；
图2为实施例1制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒的扫描电镜图；
图3为实施例1制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒的扫描电镜图；
图4为实施例1制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒的扫描电镜图；
图5为实施例1制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种乙烯包覆纳米铝颗粒，包括纳米铝颗粒和包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层。
本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒包括纳米铝颗粒。在本发明中，所述纳米铝颗粒的平均粒径优选为200nm。
本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒包括包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层。本发明对所述所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层的厚度没有特殊限定，可以根据实际需要进行调整。
本发明还提供了上述技术方案所述乙烯包覆纳米铝颗粒的制备方法，包括以下步骤：
将纳米铝粉与乙烯气体混合，进行重复包覆，得到乙烯包覆纳米铝颗粒。
如无特殊说明，本发明对所用制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明将纳米铝粉与乙烯气体混合。在本发明中，所述纳米铝粉与乙烯气体混合的过程优选反应器中进行。在本发明中，所述反应器的底部优选放置有材料床，所述材料床的底部优选分布有气体导流管，用于通入乙烯气体。本发明对所述反应器、材料床和气体导流管的具体规格没有特殊的限定，采用本领域熟知的设备即可。
在本发明中，所述纳米铝粉优选放置在所述材料床上，所述乙烯气体优选通过所述气体倒流管通入反应器中。本发明优选将所述反应器密闭后，再通入乙烯气体。本发明对所述密闭的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的过程即可。
在本发明中，每次包覆的过程中，优选对纳米铝粉进行搅拌；所述搅拌的速率独立优选为200～400r/min，更优选为250～350r/min。
完成所述混合后，本发明对所述纳米铝粉与乙烯气体的混合物进行重复包覆，得到乙烯包覆纳米铝颗粒。
在本发明中，每次包覆的过程中，所述纳米铝粉和乙烯气体的质量比独立优选为1：(50～500)，更优选为1：(100～300)。
在本发明中，每次包覆的过程中，所述包覆的温度独立优选为20℃～30℃，更优选为22℃～28℃；所述包覆的时间独立优选为30～80min，更优选为40～70min。
重复包覆完成后，本发明优选将所述反应器减压至室压，以排除多余的乙烯气体。本发明对所述减压的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的过程使反应器内的压强减至室压即可。
在本发明中，所述重复包覆的次数优选为1～3次；所述重复包覆的具体过程优选为减压完成后，本发明继续在密闭的反应器中注入乙烯气体，将其与完成一次包覆的纳米铝颗粒混合，进行二次包覆，减压后，继续在在密闭的反应器中注入乙烯气体，将其与完成一次包覆的纳米铝颗粒混合，进行三次包覆，以此循环重复进行包覆。
重复包覆完成后，本发明优选对所得物料进行干燥。在本发明中，所述干燥的方式优选为真空干燥；所述真空干燥的真空度优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.01～0.05MPa；所述真空干燥的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃；所述真空干燥的时间优选为20～40min，更优选为25～35min。
图1为本发明制备乙烯包覆纳米铝颗粒的工艺流程图。如图1所示，本发明将纳米铝粉放置在密闭的反应器中，通入乙烯气体与纳米铝粉混合，进行包覆，然后减压排除多余的乙烯气体，再继续通入乙烯气体重复包覆1～3次后，进行真空干燥，得到乙烯包覆纳米铝颗粒。
本发明通过将乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面，乙烯分子吸附在纳米铝颗粒表面，形成了乙烯包覆层。乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面可以减少纳米铝颗粒的团聚。乙烯与推进剂组份具有良好的相容性，会使得乙烯包覆的纳米铝颗粒有更好的加工性，而且，乙烯包覆层对外界环境中的氧化气氛起到隔绝作用，能减缓纳米铝颗粒的氧化。在燃烧过程中，乙烯点火温度低，燃烧生成气体，对纳米铝粉的点火和燃烧性能都有促进作用。
本发明还提供了上述技术方案所述的乙烯包覆纳米铝颗粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒在含铝推进剂中的应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
称取0.2g纳米铝粉(平均粒径为200nm)均匀放置在密闭的反应器底部的材料床上，将20g乙烯气体材料通过床底部分布的气流导流管注入密闭的反应器中，在25℃、300r/min的条件下对纳米铝颗粒进行搅拌1h，然后对反应器进行减压至室压，在0.01MPa、25℃的真空条件下对所得物料干燥30min，得到乙烯包覆纳米铝颗粒。
实施例2
与实施例1的区别在于重复包覆的过程1次，具体为减压至室压后，继续在密闭的反应器中注入20g乙烯气体，将其与上述完成一次包覆的纳米铝颗粒混合，进行重复包覆，其余内容一致。
实施例3
与实施例1的区别在于注入乙烯气体的质量为40g，其余内容一致。
实施例4
与实施例1的区别在于重复包覆的过程2次，其余内容一致。
实施例5
与实施例1的区别在于重复包覆的过程3次，其余内容一致。
表征：
对实施例1制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒进行电镜扫描，其结果如图2～5所示。
由图2～5可知，本发明提供的乙烯包覆纳米铝颗粒中乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面。乙烯均匀包覆在纳米铝颗粒表面可以防止纳米铝颗粒团聚，还可以防止纳米铝颗粒因较高的表面相互作用而氧化，而且由于乙烯包覆层的燃点较低，对纳米铝粉的点火和燃烧性能都有促进作用。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (3)

1.一种乙烯包覆纳米铝颗粒，其特征在于，包括纳米铝颗粒和包覆在所述纳米铝颗粒表面的乙烯包覆层；
所述乙烯包覆纳米铝颗粒的制备方法，步骤为：
将纳米铝粉与乙烯气体混合，进行重复包覆，完成所述重复包覆后，还包括将所得物料进行干燥，得到乙烯包覆纳米铝颗粒；
每次包覆的过程中，所述纳米铝粉和乙烯气体的质量比独立为1：(50～500)；
所述重复包覆的次数为1～3次；
每次包覆的过程中，所述包覆的温度独立为20℃～30℃；所述包覆的时间独立为30～80min；
每次包覆的过程中，对所述纳米铝粉进行搅拌；所述搅拌的速率独立为200～400r/min；
所述干燥的方式为真空干燥，所述真空干燥的真空度为0.01～0.1MPa；
所述干燥的温度为20～30℃，所述干燥的时间为20～40min。
2.权利要求1所述乙烯包覆纳米铝颗粒的制备方法，其特征在于，步骤为：
将纳米铝粉与乙烯气体混合，进行重复包覆，完成所述重复包覆后，还包括将所得物料进行干燥，得到乙烯包覆纳米铝颗粒；
所述纳米铝粉和乙烯气体的质量比独立为1：(50～500)；
所述重复包覆的次数为1～3次；
每次包覆的过程中，所述包覆的温度独立为20℃～30℃；所述包覆的时间独立为30～80min；
每次包覆的过程中，对所述纳米铝粉进行搅拌；所述搅拌的速率独立为200～400r/min；
所述干燥的方式为真空干燥，所述真空干燥的真空度为0.01～0.1MPa；
所述干燥的温度为20～30℃，所述干燥的时间为20～40min。
3.权利要求1所述的乙烯包覆纳米铝颗粒或权利要求2所述制备方法制备得到的乙烯包覆纳米铝颗粒在含铝推进剂中的应用。
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