[发明专利]一种粒状纳米多孔热固性硝化纤维素及其制备方法

说明书

一种粒状纳米多孔热固性硝化纤维素，它质量百分数大于93％的部分具有≤600μm的平均粒径，其内部具有多孔，所述多孔具有小于30nm的平均孔径，具有比普通市售硝化纤维素明显低的热分解温度，其制备方法为：将NC、固化剂、反应催化剂依次加入丙酮中，混合均匀形成NC溶胶；之后，将NC溶胶加入二甲基硅油中，搅拌使溶胶分散成小液滴，持续搅拌使溶胶小液滴变成NC湿凝胶微粒，老化；最后，将NC湿凝胶微粒进行溶剂置换并经超临界CO₂干燥，得到粒状纳米多孔热固性NC。本发明获得的粒状多孔热固性NC具有均匀分布的纳米孔结构、较低的密度，适合用于纳米复合含能材料的基体骨架。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种粒状纳米多孔热固性硝化纤维素和其制备方法。

背景技术

固体推进剂是固体火箭发动机的动力来源，其性能优劣直接影响到导弹的生存能力和作战效能。高燃速推进剂可使固体火箭发动机在短时间内产生大的推力，能满足反辐射导弹、反导导弹及多级发动机的助推器对速燃发动机的需求。因此，研制高燃速推进剂是固体推进剂的重要研究方向之一。

以高氯酸铵(AP)为氧化剂的端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂是现阶段国内外应用最为广泛的固体推进剂。提高HTPB复合固体推进剂燃速的方法有物理方法和化学方法。物理方法包括在推进剂中嵌入金属丝或石墨纤维以提高推进剂的导热性、添加超细或纳米AP来增加其反应速率等。化学方法包括添加二茂铁及其衍生物、碳硼烷或离子性硼酸盐等燃速调节剂来加速AP的热分解，采用含能、分解放热叠氮基含能粘合剂来加速粘合剂分解过程，添加快燃物来增加推进剂凝聚相反应区的热点等。

提高复合固体推进剂燃速研究应用较多的方法是采用超细AP和添加燃速催化剂。添加惰性的燃速催化剂虽然可以提高燃速，但会降低推进剂的能量。采用超细AP替换粗粒径AP可以在不影响能量的前提下提高推进剂的燃速，但是，超细AP比表面积大，吸湿性强，易团聚结块，用量过多会严重影响推进剂的工艺性能。目前，提高推进剂燃速主要采用超细AP(粒径小于10μm)及以卡托辛(Catocene，国内类似结构简称GFP)为代表的二茂铁衍生物类高效燃速催化剂组合的方法。在6.86MPa下，组合使用两种方法可使该类推进剂的燃速由7-8mm/s提高至35-40mm/s。但是，含二茂铁衍生物/超细AP的高燃速推进剂存在机械感度(撞击感度和摩擦感度)急剧升高的现象，给推进剂的制造和使用带来了很大的安全隐患，严重制约了该类推进剂的应用。因此，如何有效添加超细或纳米AP已成为提高推进剂燃速的研究热点。

寻找一种提高推进剂燃速的新方法至关重要。纳米复合含能材料是由两种或两种以上不同性质的材料(如氧化剂与燃料)，通过物理或化学方法制备的、材料中至少一种组份能够在纳米尺度上均匀分散的一种含能复合材料。与传统复合含能材料相比，将氧化剂和燃料在纳米尺度上混合制备纳米复合含能材料，可以有效增加氧化剂与燃料的接触面积，加快氧化还原反应速率，提高能量释放速率。

硝化纤维素(NC，下文中的NC指硝化纤维素)常用作双基推进剂和高能炸药的主要组份，具有化学稳定性好、燃烧速度快、释放能量高等优点。利用溶胶-凝胶法制备含能的NC凝胶骨架，将纳米尺度的氧化剂颗粒均匀分布于凝胶骨架中，氧化剂和燃料的微观组成和分散均匀；纳米氧化剂颗粒填充在燃料基体的纳米或亚微米多孔结构中形成纳米复合含能材料，孔结构是实现氧化剂粒径调控的关键；块状多孔燃料基体无法直接添加到推进剂中，将其制备成颗粒是实现纳米复合含能材料应用的基础。

发明内容

因此，本发明针对块状纳米多孔硝化纤维素难以直接添加到推进剂中的问题，提供一种粒状纳米多孔热固性硝化纤维素(NC)及其制备方法。

根据发明的一个方面，提供了一种粒状纳米多孔热固性硝化纤维素，其质量百分数大于93％的部分具有≤600μm的平均粒径，具有多孔的结构，所述多孔具有小于30nm的平均孔径。

进一步的，上述粒状纳米多孔热固性硝化纤维素热分解的起始温度小于190℃、峰值温度不大于195℃、终止温度小于200℃。