一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法与流程

本发明属于纳米火工药剂的制备领域，具体涉及一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法。

背景技术：

与传统同类大颗粒火工药剂相比，超细火工药剂颗粒尺寸小，比表面积大，表面的原子数量多，其爆炸时能够充分释放能量，降低撞击、摩擦等机械感度，同时大幅度提高装药的强度。然而颗粒达到纳米量级后，单个粒子的表面能高、表面活性大、极不稳定，因此粒子易团聚而降低其表面能和表面活性，导致纳米粒子的实用效果较差，多种优越特性丧失。将纳米粒子进行复合、微胶囊化，提高纳米粒子间的接触面积及结合紧密程度，进而提高化学反应速度，有利于提高纳米火工药剂在实际使用中发挥其优越的物理、化学性能，在化工及军事领域有着十分重要的意义。

复合微球的制备方法有多种，如溶胶-凝胶法、溶剂-非溶剂法、高能研磨法、超临界流体法、沉淀法、冷冻干燥法、微乳液法等。张建忠等研究了不同配比的硼/硝酸钾(b/kno3)安全点火药，以硼与硝酸钾的比例为50：50，粘结剂为x的药火焰感度最高，稳定性好，对主装药点火可靠，但是采用人工混合的方法，存在混合不均匀的问题(张建忠,侯聪花,胡双启等.不同配比安全点火药b/kno3的研究.中国安全科学学报.2010(2),20:80-82)。叶迎华等研究了酚醛树脂对b/kno3点火药激光烧蚀特性的影响，通过添加酚醛树脂粘结剂，降低了药剂的反应起始温度，但是温度降低不明显(叶迎华，舒浪平，沈瑞琪.酚醛树脂对b/kno3点火药激光烧蚀特性的影响.含能材料.2007(1),15:33-38)。

液体的静电雾化是指在液体喷嘴和对应的接地电极之间，加上数千伏电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力及重力联合作用而使液柱表面极不稳定，进而分裂为离子或雾滴的一种现象。静电雾化技术，作为一种新的制备高均匀度微细颗粒的方法，受到高度重视，具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

针对现有的b/kno3纳米火工药剂制备中存在的纳米颗粒易团聚、混合不均匀的不足，本发明提供了一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素(b/kno3/nc)复合微球的方法，该制备工艺简单，制得的复合微球中硼、硝酸钾、硝化纤维素均匀混合。

本发明的技术方案如下：

一种高压静电喷雾制备硼/硝酸钾/硝化纤维素复合微球的方法，具体步骤如下：

步骤1，以丙酮和n-n二甲基甲酰胺的体积比为4～6:1的混合溶液为溶剂，将硝化纤维素溶于溶剂中得到质量浓度为11.5～16mg/ml的硝化纤维素溶液，再在硝化纤维素溶液中加入硼和硝酸钾，超声、搅拌，混合均匀即得b/kno3/nc前驱液，其中硼和硝酸钾的质量比为1:1，b/kno3/nc混合物中硝化纤维素的质量分数为8～20％；

步骤2，将b/kno3/nc前驱液进行高压静电喷雾，以平板铝箔作为接收器，控制注射泵的推进速率为2～4ml/h，接收器与喷头的距离为10cm，电压为16～20kv，喷头口的内径为0.5mm，即得b/kno3/nc复合微球。

优选地，步骤1中，所述的b/kno3/nc混合物中硝化纤维素的质量分数为13％。

优选地，步骤1中，所述的超声时间为1～2h，搅拌时间为20～24h，所述的纳米硼粉的粒径为50～80nm，硝酸钾过300～500目筛子。

与现有技术相比，本发明的b/kno3/nc复合微球的制备工艺简单，复合微球中硼、硝酸钾、硝化纤维素均匀混合，同时通过静电喷雾得到的b/kno3/nc比物理混合的b/kno3/nc反应峰温度提前，反应起始温度降低至345℃。

附图说明

图1为高压静电喷雾制得的b/kno3/nc(10％)复合微球的sem图。

图2为物理混合制得的b/kno3/nc(10％)复合物的sem图。

图3为高压静电喷雾制得的b/kno3/nc(13％)复合微球和物理混合制得的b/kno3/nc(13％)复合物在氩气气氛下的dsc曲线图。

具体实施方式

实施例1

(1)前驱液的配制

将2.5ml丙酮和0.5mln-n二甲基甲酰胺混合，称取40mg硝化纤维素，加入到丙酮和n-n二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解，再加入180mg硼粉(粒径50nm)和180mg硝酸钾(过360目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液。

(2)静电喷雾

将上述前驱液装入10ml注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作 为喷头，利用注射泵(rsp01-b推拉模式注射泵，嘉善瑞创电子科技有限公司，中国)使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源(0kv-30kv，te4020，大连泰思曼科技有限公司，中国)，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率3ml/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kv，环境温度为25℃，收集复合微球。

b/kno3/nc复合微球的扫描电镜测试图如图1所示。从图1中可以看出b/kno3/nc可以均匀地复合在一起，图2为相同条件下物理混合的b/kno3/nc，从图2中可以看出物理混合得到的b/kno3/nc不能均匀地复合在一起。因此通过静电喷雾的方法，能够实现b/kno3/nc的均匀复合。

实施例2

(1)前驱液的配制

将2.5ml丙酮和0.5mln-n二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和n-n二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解，再加入133mg硼粉(粒径50nm)和133mg硝酸钾(过360目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液。

(2)静电喷雾

将上述前驱液装入10ml注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率3ml/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kv，环境温度为25℃，收集复合微球。图3为静电喷雾得到b/kno3/nc(13％)复合微球和b/kno3/nc(13％))物理混合物在氩气气氛下的dsc曲线，升温速率为10k·min^-1。从图中可以看出，通过静电喷雾得到的b/kno3/nc复合微球比物理混合的b/kno3/nc反应峰温度提前，提前36.3℃；反应起始温度由366℃降低至345℃。

实施例3

(1)前驱液的配制

将2ml丙酮和0.5mln-n二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和n-n二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解；再加入133mg硼粉(粒径50nm)和133mg硝酸钾(过360目筛子)，超声2h，磁力搅拌20h，得到前驱液，待用。

(2)静电喷雾

将上述前驱液装入10ml注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率2ml/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为18kv，环境温度为25℃，收集复合微球。

实施例4

(1)前驱液的配制

将3ml丙酮和0.5mln-n二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和n-n二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解；再加入230mg硼粉(粒径80nm)和230mg硝酸钾(过300目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液，待用。

(2)静电喷雾

将上述前驱液装入10ml注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率4ml/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为20kv，环境温度为25℃，收集复合微球。

实施例5

(1)前驱液的配制

将2.5ml丙酮和0.5mln-n二甲基甲酰胺混合，称量40mg硝化纤维素，加入到丙酮和n-n二甲基甲酰胺混合溶剂中，磁力搅拌1h，使其完全溶解；再加入80mg硼粉(粒径50nm)和80mg硝酸钾(过500目筛子)，超声1h，磁力搅拌24h，得到前驱液，待用。

(2)静电喷雾

将上述前驱液装入10ml注射器中，采用平口针头(内径0.5mm，外径0.8mm)作为喷头，利用注射泵使前驱液流出金属喷头，金属喷头连接一正高压电源，铝箔为接收器。静电喷雾工艺参数：推进速率3ml/h，接收器距喷头的距离为10cm，电压为16kv，环境温度为25℃，收集复合微球。