烟雾剂及其制备方法与流程

本发明属于碳材料领域，更具体地，涉及烟雾剂及其制备方法。

背景技术：

烟雾剂是通过燃烧或物理分散形成的比较稳定的气溶胶，其中含有固体或液体微粒，用于吸收与散射光线，起到遮蔽目标的作用。

现有的烟雾剂主要采用白磷作为发烟剂，白磷在燃烧的过程中产生大量烟雾从而达到干扰视线的目的。然而，这种烟雾剂存在以下不足：发烟口温度过高，容易被红外、激光武器检测，起不到完美的干扰效果；遮蔽效果差，仅对可见光产生作用；从发射到形成有效烟雾存在时间延迟。

因此，期待开发新的烟雾剂以改善电磁检测条件下的遮蔽效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种烟雾剂及其制备方法，采用炭气凝胶作为发烟剂以改善电磁检测条件下的遮蔽效果。

根据本发明的第一方面，提供一种烟雾剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获得炭气凝胶；以及对炭气凝胶进行粉碎，以获得炭气凝胶的颗粒材料，其中，将所述炭气凝胶的颗粒材料作为烟雾剂。

优选地，获得炭气凝胶的步骤包括：将酚类化合物、醛类化合物和催化剂溶解于反应溶剂中，形成前驱体溶液；将前驱体溶液与表面活性剂混合，形成混合液；进行恒温培养，通过酚类化合物和醛类化合物的聚合反应形成有机气凝胶；在惰性气体保护下进行碳化处理以形成炭气凝胶；以及采用反应气体对炭气凝胶进行活化处理。

优选地，所述酚类化合物包括选自多羟基苯、二羟基苯、三羟基丁烷中的至少一种。

优选地，所述醛类化合物包括选自甲醛、多聚甲醛、三噁烷、甲基甲醛、乙醛、丙醛、丁醛的至少一种。

优选地，所述催化剂为选自酸性催化剂和碱性催化剂的任一种。

优选地，所述酸性催化剂包括选自硼酸、盐酸、柠檬酸、抗坏血酸中的至少一种。

优选地，所述碱性催化剂包括选自碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、氨水中的至少一种。

优选地，所述表面活性剂包括选自氟碳、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚醚多元醇中的至少一种。

优选地，对炭气凝胶进行气流粉碎，在气流粉碎中采用的进料压力为0.4mpa，气流粉碎喷嘴压力为0.8mpa，粉碎时长为1～2小时。

根据本发明的第二方面，提供一种采用上述的方法制备的烟雾剂，其特征在于，所述炭气凝胶的颗粒材料的平均粒径不超过2.5μm。

根据本发明实施例的制备方法，采用炭气凝胶的颗粒材料作为发烟剂，在使用时可以采用物理分散方法产生烟雾，从而可以避免白磷燃烧时由于燃烧温度导致红外检测可见的问题。

在优选的实施例中，通过表面活性剂的添加，得到的炭气凝胶材料更为蓬松，密度低至0.1～0.3g/cm3，同时有效地降低了碳活化过程中材料的损失率。

该烟雾剂中的炭气凝胶的颗粒材料富含大量的亲水官能团，吸湿性强，即易与空气中的水滴成核或附着，易于成雾。形成的造烟雾不仅对可见、红外信号具有极强的遮蔽效果，而且对太赫兹波(30μm-3mm)也具有较强的衰减特性。

附图说明

图1示出根据本发明的烟雾剂制备方法的流程图。

图2示出图1中炭气凝胶制备方法的流程图。

图3示出根据本发明实施例制备的烟雾剂的sem照片。

图4示出根据本发明实施例制备的烟雾剂的红外检测的透过率时间曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明人注意到，采用炭气凝胶作为烟雾剂是合适的。例如可以采用物理分散方法，将炭气凝胶的颗粒材料分布于空气中，形成烟雾。

炭气凝胶是轻质的纳米多孔材料，具有高比表面积、高孔隙率、高电导率、纳米结构可控等特点，因而获得广泛的应用。炭气凝胶的结构使其在较宽的电磁频谱内有很强的吸收特性，对可见光、近红外、中远红外、太赫兹波等均有极强的吸收效果。

此外，炭气凝胶由于质量轻、密度小等特点，不仅作为单一烟雾材料可在短时间内形成大面积烟雾，而且由于吸湿性强，在同时使用造雾下，更易与空气中的水滴成核或附着，可快速成雾。因此，炭气凝胶作为烟雾剂有着极佳的应用条件。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出根据本发明的烟雾剂制备方法的流程图。

在步骤s01中，获得炭气凝胶。

在步骤s01中获得的炭气凝胶富含含氧官能团，密度为0.1～0.3g/cm³。

在步骤s02中，对炭气凝胶进行粉碎，以获得炭气凝胶的颗粒材料。将所述炭气凝胶的颗粒材料作为烟雾剂。

例如，对炭气凝胶进行气流粉碎，在气流粉碎中采用的进料压力为0.4mpa，气流粉碎喷嘴压力为0.8mpa，粉碎时长为1～2小时。在气流粉碎工艺中，控制材料粒径在2.5μm以下。

图2示出图1中炭气凝胶制备方法的流程图。图1所示的步骤s01包括多个子步骤s11至s15。

在步骤s11中，将酚类化合物、醛类化合物和催化剂溶解于反应溶剂中，形成前驱体溶液。

酚类化合物包括选自多羟基苯、二羟基苯、三羟基丁烷中的至少一种。醛类化合物包括选自甲醛、多聚甲醛、三噁烷、甲基甲醛、乙醛、丙醛、丁醛的至少一种。催化剂为选自酸性催化剂和碱性催化剂的任一种。酸性催化剂包括选自硼酸、盐酸、柠檬酸、抗坏血酸中的至少一种。碱性催化剂包括选自碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、氨水中的至少一种。

优选地，采用间苯二酚、甲醛、碳酸钠，分别作为酚类化合物、醛类化合物和催化剂，以制备前驱体溶液。例如，间苯二酚与甲醛以质量比为间苯二酚：甲醛＝10～100进行混合，间苯二酚与碳酸钠以质量比为间苯二酚：碳酸钠＝50～500。然而，本发明不限于此。

在步骤s12中，将前驱体溶液与表面活性剂混合，形成混合液。

表面活性剂包括选自氟碳、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚醚多元醇中的至少一种

优选地，表面活性剂加入量与间苯二酚质量比为0.001～0.05。然而，本发明不限于此。

在步骤s13中，进行恒温培养，通过酚类化合物和醛类化合物的聚合反应形成有机气凝胶。例如，培养温度为25℃～90℃之间，培养时间为2～6天

在步骤s14中，在惰性气体保护下进行碳化处理以形成炭气凝胶。

惰性气体包括选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。例如，氮气碳化的温度为900～1100℃，碳化时间为2～6小时。

在步骤s15中，采用反应气体对炭气凝胶进行活化处理。例如，二氧化碳活化的温度为800～1000℃，活化时间为2～6小时。

以下将进一步详述根据本发明的烟雾剂制备方法的实施例。

第一实施例

将间苯二酚与甲醛以质量比为间苯二酚：甲醛＝10进行混合搅拌，待泡沫完全消失后以质量比为间苯二酚：碳酸钠＝50加入碳酸钠，在室温下搅拌45min，得到前驱体溶液。

将间苯二酚以质量比为0.002向前驱体溶液中加入p123进行混合，超声搅拌30min形成均匀混合液，将混合液放入恒温箱中在50℃及时间下培养3d；培养结束后得到有机气凝胶。

将上述步骤中得到的产物，经置换后在100ml/min流速的氮气气氛中，900℃碳化6小时；而后在二氧化碳气氛下，800℃活化6小时，得到炭气凝胶材料。

将上述步骤获得的炭气凝胶材料进行气流粉碎，控制进料压力为0.4mpa，气流粉碎喷嘴压力为0.8mpa，粉碎时长为2小时，得到材料粒径在2.5μm以下的轻质炭气凝胶材料，作为烟雾剂。

第二实施例

将间苯二酚与甲醛以质量比为间苯二酚：甲醛＝20进行混合搅拌，待泡沫完全消失后以质量比为间苯二酚：碳酸钠＝80加入碳酸钠，在室温下搅拌60min，得到前驱体溶液。

将十六烷基三甲基溴化铵(ctab)与间苯二酚以质量比为0.005向前驱体溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，进行混合，超声搅拌30min形成均匀混合液，将混合液放入恒温箱中在90℃及时间下培养2d；培养结束后得到有机气凝胶。

将上述步骤得到的产物，经置换后在100ml/min流速的的氮气气氛中，1050℃碳化4小时；而后在二氧化碳气氛下，900℃活化4小时，得到炭气凝胶材料。

将上述步骤获得的炭气凝胶材料进行气流粉碎，控制进料压力为0.4mpa，气流粉碎喷嘴压力为0.8mpa，粉碎时长为2小时，得到材料粒径在2.5μm以下的轻质炭气凝胶材料，作为烟雾剂。

图3示出根据本发明实施例制备的烟雾剂的sem照片。从照片中可以看出，根据本发明第一实施例的方法制备的烟雾剂形貌优良，其中炭气凝胶的颗粒材料的颗粒平均粒径不超过2.5μm。

图4示出根据本发明实施例制备的烟雾剂的红外检测的透过率时间曲线图。采用物理分散方法分布烟雾剂，然后采用红外热像仪进行红外透过率随时间的变化。从测量曲线图可以看到，在8秒时烟雾剂开始起作用，在测量的37秒的时间段中，红外透过率维持小于10％，从而表现对良好的红外遮蔽效果。

本发明实施例虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。