[发明专利]一种超临界气体抗溶剂法制取纳米球形高氯酸铵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高氯酸铵制备方法，具体为一种超临界气体抗溶剂法制取纳米球形高氯酸铵的方法。

背景技术

高氯酸铵（AP）是一种密度大，有效氧含量高的固体氧化剂，且具有优良的热安定性和化学安定性，原料易得、生产工艺简单，在推进剂、爆破炸药、烟火工业等应用领域发挥重要作用。超细高氯酸铵（AP）的粒度对推进剂的燃烧和力学性能及药浆的流变性有显著影响。当粒度降至10µm以下，推进剂的燃速随粒度的减小而急剧增大。虽然目前还有很多方法可以用来提高推进剂的燃速，例如加燃速催化剂是提高推进剂燃速的主要方法之一，但由于生产价格昂贵 或合成过程中毒性太大，在生产应用方面受到限制。因此，通过超细高氯酸铵以提高固体推进剂的燃烧速度，不仅方便、经济、可靠，而且不给推进剂的其它性能带来任何负面影响，仍是目前研究人员主要采用的方法，超细AP的制备也愈来愈受到重视。

由于强氧化剂高氯酸铵属强易燃易爆材料，在超细化过程中，要杜绝可燃成分存在，无升温和火花伴随，无硬性强冲击或磨擦，以确保其生产过程安全。目前，已见报道的高氯酸铵细化方法主要有气流粉粹法、振动湿磨法、喷雾干燥法和冷冻干燥法、超低温结晶法。超低温结晶法制备超细氧化剂，可以制得的高氯酸铵颗粒呈球形，粒度一般在3µm以下，生产成本太高，很难实现工业化大规模生产（李凤生，特种超细粉体制备技术及应用，北京:国防工业出版社,2002.），李凤生等采用振动球磨法制备呈球形，粒度范围为1.4～0.4µm的超细高氯酸铵；中国工程物理研究院的曾贵玉等人采用机械研磨法细化高氯酸铵，制备的超细AP样品平均粒径在5.5µm～8µm范围，（曾贵玉,郁卫飞,聂福德等. 超细高氯酸铵(AP)微观结构对机械感度的影响[J].火工品,2007,5:16-19.），但在机械研磨过程中容易对粉碎的物料造成污染，同时此过程还会引起AP晶体晶粒细化和点阵晶格畸变，从而对材料性能产生重要影响；南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心的邓国栋等用GQF-3型扁平式气流粉碎机制备超细AP，制备出了D₅₀=2µm超细高氯酸铵粉体，新生细颗粒不规则，颗粒之间相互作用力很强，发生团聚（邓国栋,刘宏英. 超细高氯酸铵粉体制备研究[J].爆破器材,2009，38(1):5-6.）。喷雾干燥法可制得粒度为2µm的小颗粒，冷冻干燥法制备的超微粉体粒度在10～500纳米范围。但用冷冻干燥法制备超细粉体时必须注意结合实际情况选择良好的工艺条件（李凤生. 特种超细粉体制备技术及应用.北京:国防工业出版社,2002.）。

从以上可以看出，目前的生产工艺仅能制备微米级的产品，其平均粒径在0.5～8µm之间，因而限制了超细高氯酸铵性能研究和进一步应用。

发明内容

本发明为了解决现有超细高氯酸铵的各种制备方法均存在各自不同缺点的问题，提供一种超临界气体抗溶剂法制取纳米球形高氯酸铵的方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种超临界气体抗溶剂法制取纳米球形高氯酸铵的方法，包括以下步骤：（1）设定高压釜恒温水浴的温度，待温度稳定在设定值40～43℃后，保持10～15分钟；（2）将高氯酸铵溶解于丙酮溶剂中，配制浓度为1.0～1.3 g/100ml的高氯酸铵丙酮溶液，在恒温水浴的超声波振荡器中振荡10～12分钟后将溶液置于高压釜中；（3）待高氯酸铵丙酮溶液温度与高压釜温度一致后，向高压釜中通入作为抗溶剂的超临界二氧化碳气体，进气速率为33～35 Kg/h；（4）当高压釜的压力达到9～11MPa之间后，迅速泄压至常压，丙酮溶剂、二氧化碳抗溶剂通过减压气化完全去除，高氯酸铵以微晶态形式从丙酮溶剂中析出；（5）用干燥二氧化碳气体吹洗高压釜，收集被高压釜内金属烧结过滤片截留并析出的高氯酸铵颗粒，即为本发明所述的平均粒度为30～40nm的球形高氯酸铵细颗粒。

本发明以丙酮为溶剂，用超临界CO₂气体作抗溶剂，先将一定量的高氯酸铵溶解于丙酮溶剂中形成一定浓度的高氯酸铵丙酮溶液，经恒温水浴超声波振荡后将溶液置于高压釜中预热，到达设定温度后将超临界CO₂气体通入釜中，控制进气速率和压力，使高氯酸铵以微晶态形式从丙酮溶剂中析出，用扫描电子显微镜检测：产品为粒度均匀、分散性好、平均粒度在30～40nm之间的球形高氯酸铵微细颗粒。

在本发明所述的制备方法中，气体抗溶剂、高氯酸铵溶剂、高压釜的工作温度和工作压力、高氯酸铵丙酮溶液的起始浓度以及气体抗溶剂的进气速率等各个技术参数均是申请人经过长期试验研究以及经验总结而得来的，具体研究过程如下：