專利名稱:苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法
技術領域：
本發明屬于固體推進劑材料技術領域：
，具體涉及高氯酸銨的表面處理。
背景技術：
在復合固體推進劑及混合炸藥中常用的主要氧化劑有高氯酸銨，復合固體推進劑及混合炸藥的燃燒性能主要由高氯酸銨的燃燒性能決定。高氯酸銨具有比表面積大、表面能高、表面活性大的特點，在制備、儲存、運輸中極易發生團聚或與其他物質發生吸附而使表面能降低，機械感度高，限制了含高氯酸銨在安全性要求較高領域的應用。
專利公開號為CN201010198073.8的中國專利，公開了利用超聲波-膜-反溶劑法集成過程制備納米催化復合材料的方法，采用反溶劑法將高氯酸銨從其飽和溶液中析出后均勻分散在納米催化劑顆粒上，形成納米催化劑復合材料，但存在制備方法復雜，設備要求高，能耗大等缺點。專利公開號為CN102718187的中國專利，采用反溶劑-重結晶法，將高氯酸銨在N，N-二甲基甲酰胺/丙酮混合溶劑中的飽和溶液滴加到反溶劑乙酸乙酯中，形成粒徑約為1um 100um的中空超細高氯酸銨。但其產率低，易團聚，吸潮。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服上述高氯酸銨制備方法的缺點，提供一種分散性好、粒徑及形貌可控、生產成本低、安全可靠、操作方便的苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法。
解決上述技術問題所采用的技術方案是由下述步驟組成:
1、制備苯乙烯單體
將苯乙烯用質量濃度為5% 10%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為5% 10%的氫氧化鈉水溶液的體積比為1:1,用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水,0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。
2、超聲分散
將高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑，再加入苯乙烯單體，高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:0.6 1.2:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超
聲分散。
3、苯乙烯包覆高氯酸銨
將超聲分散后的溶液35 60°C、800 1500轉/分鐘攪拌反應1.5 3.5小時，
苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。
4、制備苯乙烯包覆高氯酸銨
用旋轉蒸發儀35°C 60°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、50 70°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
在本發明的制備苯乙烯單體步驟I中，將苯乙烯用質量濃度最佳為7.5%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為7%的氫氧化鈉水溶液的體積比為I 用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水，0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。
在本發明超聲分散步驟2中，將高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑，再加入苯乙烯單體,高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的最佳質量比為1:0.9:32.5,用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散。
在本發明的苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，最佳將超聲分散后的溶液50°C、1000轉/分鐘攪拌反應2.5小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。
在本發明的制備苯乙烯包覆高氯酸銨步驟4中，用旋轉蒸發儀最佳50°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、60°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
本發明采用苯乙烯對高氯酸銨表面進行包覆，由于包覆膜很薄，其質量相對于高氯酸銨所占質量比很小，對推進劑的能量性能影響很小，分散性和規整性良好，粒徑范圍為10 30um，包覆膜厚度可控；采用石油醚為反溶劑，在較短時間內可制得苯乙烯包覆高氯酸銨材。本發明具有制備方法安全可靠、操作方便、生產成本低的優點，經包覆后高氯酸銨具有球狀形貌，分散性好，粒徑均勻，可用于對高氯酸銨進行包覆。
圖1是35°C制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖2是50°C制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖3是60°C制備的苯乙烯包覆高氯`酸銨的掃描電鏡照片。
圖4是反應1.5小時制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖5是反應2.5小時制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖6是反應3.5小時制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖7是800轉/分鐘制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖8是1200轉/分鐘制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖9是1500轉/分鐘制備的苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖10是實施例1苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡照片。
圖11是實施例1苯乙烯包覆高氯酸銨的掃描電鏡附件能譜儀圖。
圖12是實施例1苯乙烯包覆高氯酸銨的X射線衍射譜圖。
圖13是實施例1苯乙烯包覆高氯酸銨的熱重曲線。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。
實施例1
以所用原料高氯酸銨Ig為例，其苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法由下述步驟組成:
1、制備苯乙烯單體
將苯乙烯用質量濃度為7.5%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為7.5%的氫氧化鈉水溶液的體積比為1:1，用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水,0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。
2、超聲分散[0038]取Ig高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑32.5g，再加入苯乙烯單體0.9g,高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:0.9:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散。
3、苯乙烯包覆高氯酸銨
將超聲分散后的溶液50°C、1000轉/分鐘攪拌反應2.5小時，苯乙烯單體分散在
高氯酸銨表面。
4、制備苯乙烯包覆高氯酸銨
用旋轉蒸發儀50°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、60°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
實施例2
以所用原料高氯酸銨Ig為例，其苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法由下述步驟組成:
在制備苯乙烯單體步驟I中，將苯乙烯用質量濃度為5%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為5%的氫氧化鈉水溶液的體積比為1:1，用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水，0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。在超聲分散步驟2中，取Ig高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑32.5g,再加入苯乙烯單體0.6g,高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:0.6:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散。在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，將超聲分散后的溶液35°C、800轉/分鐘攪拌反應3.5小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。在制備苯乙烯包覆高氯酸銨步驟4中,用旋轉蒸發儀35°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、70°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
實施例3
以所用原料高氯酸銨Ig為例，其苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法由下述步驟組成:
在制備苯乙烯單體步驟I中，將苯乙烯用質量濃度為10%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為10%的氫氧化鈉水溶液的體積比為1:1，用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水，0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。在超聲分散步驟2中，取Ig高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑32.5g,再加入苯乙烯單體1.2g,高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:1.2:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散。在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，將超聲分散后的溶液60°C、1500轉/分鐘攪拌反應1.5小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。在制備苯乙烯包覆高氯酸銨步驟4中，用旋轉蒸發儀60°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、50°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
為了確定本發明的原料配比以及最佳的工藝步驟，發明人進行了大量的實驗室研究實驗，各種試驗情況如下:
1、超聲分散后的溶液溫度對苯乙烯包覆高氯酸銨形貌的影響
制備苯乙烯單體步驟I和超聲分散步驟2與實施例1相同。在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，將超聲分散后的溶液35°C、50°C、60°C，1000轉/分鐘分別攪拌反應2小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。實驗結果見圖1 3。由圖可見，隨著溫度的升高，球的形貌發生了變化，其中，35°C時，形貌均一性較差，60°C時，球的表面已出現細小的孔洞，隨著反應溫度的增加，球的形貌發生了變化，其中50°C時球的形貌最好。本發明選擇超聲分散后的溶液35 60°C反應，最佳50°C。
2、超聲分散后的溶液反應時間對苯乙烯包覆高氯酸銨形貌的影響
制備苯乙烯單體步驟I和超聲分散步驟2與實施例1相同。在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，將超聲分散后的溶液分別攪拌反應1.5,2.5,3.5小時，50°C 1000轉/分鐘攪拌，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。實驗結果見圖4 圖6，由圖4 圖6可見，反應1.5小時，粒徑較小，反應3.5小時，球的形貌已有畸變，隨著反應的時間的延長，球的形貌發生了變化，最佳反應2.5小時。本發明選擇超聲分散后的溶液反應時間為1.5 3.5小時，最佳反應時間為2.5小時。
3、超聲分散后的溶液攪拌速度對苯乙烯包覆高氯酸銨形貌的影響
制備苯乙烯單體步驟I和超聲分散步驟2與實施例1相同。在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟3中，將超聲分散后的溶液攪拌速度依次為800、1200、1500轉/分鐘，分別攪拌反應
2.5小時，50°C，苯乙烯單體分散包覆在高氯酸銨表面。實驗結果見圖7 圖9。由圖圖7 圖9可見，隨著轉速增加，球的相貌發生變化，攪拌速度為800 1500轉/分鐘時，球的形貌較好，攪拌速度為1200轉/分鐘，形貌最佳。本發明選擇攪拌速度為800 1500轉/分鐘，最佳1200轉/分鐘。
為了驗證本發明的本發明的有益效果，發明人采用本發明實施例1制備的苯乙烯包覆高氯酸銨進行了測試，各種試驗情況如下:
1、測試苯乙烯包覆高氯酸銨的能譜
實施例1制備的苯乙烯包覆高氯酸銨采用能譜儀進行了測試，實驗結果見11，由圖11可見，苯乙烯包覆高氯酸銨后，出現了碳元素的峰，同時有一定的碳元素重量百分比和原子百分比，在高氯酸銨表面包覆了一層苯乙烯薄膜。
2、測試苯乙烯包覆高氯酸銨的X射線衍射圖譜
實施例1制備的苯乙烯包覆高氯酸銨采用X射線衍射儀進行了測試，結果見圖12。在圖12中，曲線a為高氯酸銨的衍射圖譜，曲線b為苯乙烯包覆高氯酸銨的衍射圖譜，由圖12可知，包覆前后高氯酸銨的晶型沒有發生變化。
3、對苯乙烯包覆高氯酸銨進行熱重分析
實施例1制備的苯乙烯包覆高氯酸銨采用熱重分析儀進行了測試，結果見圖13。在圖13中，曲線a為高氯酸銨的熱重曲線，b為苯乙烯包覆高氯酸銨的熱重曲線。由圖13可見，與高氯酸銨未包覆相比較，苯乙烯包覆高氯酸銨后，在較高的溫度下分解完全。
4、元素分析
實施例1制備的苯乙烯包覆高氯酸銨采用元素分析儀進行了測試，結果見表I。
表I苯乙烯包覆高氯酸銨的元素分析數據
權利要求
1.一種苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法，其特征在于它是由下述步驟組成: (1)制備苯乙烯單體 將苯乙烯用質量濃度為5% 10%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為5% 10%的氫氧化鈉水溶液的體積比為1:1，用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水,0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體； (2)超聲分散 將高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑，再加入苯乙烯單體，高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:0.6 1.2:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散； (3)苯乙烯包覆高氯酸銨 將超聲分散后的溶液35 60°C、800 1500轉/分鐘攪拌反應1.5 3.5小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面； (4)制備苯乙烯包覆高氯酸銨 用旋轉蒸發儀35°C 60°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、50 70°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
2.根據權利要求
1所述的苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法，其特征在于:在制備苯乙烯單體步驟(I)中，將苯乙烯用質量濃度為7.5%的氫氧化鈉水溶液萃取，苯乙烯與質量濃度為7%的氫氧化鈉水溶液的體積比為I 用無水硫酸鎂靜置12小時干燥除水,0.09GPa減壓蒸餾，得到苯乙烯單體。
3.根據權利要求
1所述的苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法，其特征在于:在超聲分散步驟(2)中，將高氯酸銨加入到燒瓶內，加入石油醚反溶劑，再加入苯乙烯單體，高氯酸銨與苯乙烯單體、石油醚反溶劑的質量比為1:0.9:32.5，用功率為300W的超聲波清洗器超聲分散。
4.根據權利要求
1所述的苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法，其特征在于:在苯乙烯包覆高氯酸銨步驟(3)中，將超聲分散后的溶液50°C、1000轉/分鐘攪拌反應2.5小時，苯乙烯單體分散在高氯酸銨表面。
5.根據權利要求
1所述的苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法，其特征在于:在制備苯乙烯包覆高氯酸銨步驟(4)中，用旋轉蒸發儀50°C除去石油醚反溶劑，產物0.09GPa、60°C真空干燥，制備成苯乙烯包覆高氯酸銨。
專利摘要
一種苯乙烯包覆高氯酸銨的制備方法,由制備苯乙烯單體步驟、超聲分散、苯乙烯包覆高氯酸銨、制備苯乙烯包覆高氯酸銨步驟組成。本發明采用苯乙烯對高氯酸銨表面進行包覆,包覆膜很薄,其質量相對于高氯酸銨所占質量比很小,對推進劑的能量性能影響很小，分散性和規整性良好，粒徑范圍為10～30um，包覆膜厚度可控；采用石油醚為反溶劑，在較短時間內可制得苯乙烯包覆高氯酸銨材。本發明具有制備方法安全可靠、操作方便、生產成本低的優點，經包覆后高氯酸銨具有球狀形貌，分散性好，粒徑均勻，可用于對高氯酸銨進行包覆。
文檔編號C06B45/32GKCN103086815SQ201310039395
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月31日
發明者高子偉, 張偉強, 張國防, 崔丹, 李子美, 朱序陽, 南寶江, 張文剛 申請人:陜西師范大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan