CN1216693C - 一种用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其方法过程为：将纳米粒子分散在丙酮溶剂中，在搅拌下加入异氰酸酯，放置，过滤，干燥，即可制得经表面修饰和包覆的纳米粒子。纳米粒子表面包覆的有机层的含量占纳米粒子总重量的3～30%(wt)。经表面修饰的纳米催化剂对固体推进剂的燃烧具有很高的催化效果，能提高低压下的燃速，降低压强指数。
Description
技术领域
本发明涉及的是纳米粒子表面修饰和包覆的方法，尤其是一种用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法。
背景技术
纳米催化剂具有表面效应，粒径小、比表面积大，表面原子配位不全，导致表面活性部位增加，表面形成了凹凸不平的原子台阶，在固体推进剂中能增加它与氧化剂和粘结剂的接触面积，扩大其作用部位，增加界面催化效应，提高催化效果，改善新型推进剂的燃烧性能，提高燃速、降低压力指数。其催化效果远大于普通级催化剂。
目前的研究显示，纳米催化剂对固体推进剂燃烧虽然有较好的催化效果，但仍然不够理想。其原因是纳米粒子表面能高，易发生团聚，无机纳米粒子与推进剂有机组分的表面性能有较大的差异，两者的亲和性差，在推进剂的疏水性环境中，即使是高度分散的无机纳米粒子也会引起团聚，在推进剂组分中不能均匀分散，以致不能充分发挥纳米催化剂应有的催化效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述纳米催化剂存在的不足，提供一种异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法。它可有效防止纳米粒子的团聚，又可提高纳米粒子的稳定性和表面活性。
本发明用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其特征在于：将需修饰和包覆的纳米粒子置于容器中，按纳米粒子重量的2~4倍加入丙酮溶剂，超声波分散5~20分钟；在搅拌下加入按纳米粒子重量的8~50％的异氰酸酯；继续搅拌0.5~1小时后放置2~6小时；将上述产物过滤、凉干后，置于80℃恒温箱中干燥2~5小时，即可制得表面经修饰和包覆的纳米粒子。
所述的纳米粒子可以是纳米金属氧化物或纳米金属复合氧化物粉体。
所述的异氰酸酯为下列任一种：甲苯二异氰酸酯(TDI)、六次甲基二异氰酸酯(HMDI)、甲撑二苯基异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及其它所有的多异氰酸酯。
本发明方法进行表面修饰和包覆的纳米粒子，其表面包覆的有机层的重量占纳米粒子总重量的5~30％(wt)。
本发明的方法适用于各种纳米金属氧化物或纳米金属复合氧化物粉体。
纳米粒子用异氰酸酯表面修饰和包覆后，在纳米粒子的表面接上有机基团，或形成一层有机膜，既可有效防止纳米粒子的团聚，又提高纳米粒子的稳定性，表面活性可得到保护。更主要的是，在纳米粒子表面形成疏水性表面，与有机相有较好的亲和性，可明显改善纳米粒子在推进剂的有机组分中的分散性，增加与推进剂的接触面积，从而提高纳米催化剂的催化作用。
经本发明的方法修饰和包覆的纳米粒子对双基或改性双基推进剂的燃烧具有很高的催化效果。例如：用异氰酸酯表面修饰和包覆的纳米铜-铅复合氧化物粉体，能使某双基推进剂在低压下的燃速提高2~3倍，压强指数下降，并出现平台和负压强指数。
本发明用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的具体方法由以下实施例详细给出。
具体实施方式
实施例：一种用甲苯二异氰酸酯(TDI)对纳米铜-锡复合氧化物粉体表面进行修饰和包覆的具体方法如下：
将50g纳米铜-锡CuO-SnO2复合氧化物粉体置于一干燥的500ml烧杯中，加入150ml丙酮(光学纯)，超声波分散15分钟，使纳米CuO-SnO2分散在丙酮溶液中。在搅拌下加入甲苯二异氰酸酯15ml，再搅拌0.5小时，然后放置5小时，用G4细菌漏斗过滤，产物经凉干后，置于恒温干燥箱中80℃干燥3小时，即可制得经表面修饰和包覆的CuO-SnO2复合氧化物粉体。
本实施例方法获得的纳米铜-锡CuO-SnO2复合氧化物粉体粒子用热重分析(TG)测得有机包覆层的含量为20％(重量)。
Claims (4)
1、一种用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其特征在于：将需修饰和包覆的纳米粒子置于容器中，按纳米粒子重量的2～4倍加入丙酮溶剂，超声波分散5～20分钟；在搅拌下加入按纳米粒子重量的8～50％的异氰酸酯；继续搅拌0.5～1小时后放置2～6小时；将上述产物过滤、凉干后，置于80℃恒温箱中干燥2～5小时，即可制得表面经修饰和包覆的纳米粒子；所述的纳米粒子是纳米金属氧化物及纳米金属复合氧化物粉体。
2、根据权利要求1所述用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其特征在于：异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯TDI或六次甲基二异氰酸酯HMDI或甲撑二苯基异氰酸酯MDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或其它所有的多异氰酸酯中的一种。
3、根据权利要求1所述用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其特征在于：丙酮溶剂的加入量是纳米粒子重量的3倍。
4、根据权利要求1所述用异氰酸酯对纳米粒子表面修饰和包覆的方法，其特征在于：经该方法表面修饰和包覆的纳米粒子，其表面包覆的有机层的重量占纳米粒子总重量的5～30％wt。
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