一种连续流动的锆粉钝化处理方法

1.本发明属于含能材料领域，具体涉及一种连续流动的锆粉钝化处理方法。


背景技术：

2.锆粉由于其优异的点火、燃烧性能在含能材料中有着广泛的应用。然而，锆粉静电感度较高，细锆粉在空气中的发火点仅为85℃，能量为1.25
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j时即发火，在实际应用中面临较大的安全隐患问题。另外，未经处理的锆粉会因缓慢氧化而在其表面产生一层薄氧化层，影响反应时锆的活性，对应用存在一定的影响。因此，需要对锆粉进行一定的表面处理钝化。
3.通常，对粉体的表面包覆改性常采用的方法包括机械化学法、非均相凝固法、气相沉积法、原位聚合法、分子自组装法、置换还原法等。然而，这些方法虽然能一定程度上降低锆粉的感度，但仍存在包覆层厚度均一性不好，颗粒包覆度不高，安全性差等缺点。因此，有必要寻找一种安全的、可实现高度包覆以保持锆粉活性的处理方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种连续流动的锆粉钝化处理方法。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种连续流动的锆粉钝化处理方法，采用连续流动系统，系统包括依次设置的流体驱动单元、微混合器和温度控制装置组成的混合单元、以及锆粉钝化主体单元；包括如下步骤：
6.步骤(1)：将锆粉悬浮液和聚合物溶液分别与流体驱动单元的一个入口连接；
7.步骤(2)：设置流体流速与混合温度，锆粉悬浮液和聚合物溶液向微混合器流动并在微通道内混合；
8.步骤(3)：将从微混合器流出的悬浮液连接至锆粉钝化主体单元，通过锆粉钝化主体单元形成喷雾状液滴，同时液滴进行干燥，使悬浮液滴中的聚合物包覆在锆颗粒外周，获得聚合物包覆的锆复合颗粒。
9.进一步的，所述流体驱动单元包括超声波发生器和蠕动泵；
10.通过超声波发生器使锆粉悬浮在载液中。
11.进一步的，所述锆粉粒径范围为1微米～20微米，所述载液为无水乙醇，锆粉悬浮于载液的含固量为0.03g/ml～0.1g/ml。
12.进一步的，所述聚合物溶液通过将聚合物溶解于溶剂配制而成，聚合物溶解于溶剂的浓度为0.05g/l～3.5g/l。
13.进一步的，聚合物为硝化纤维素(nc)、氟橡胶(f2604)、聚叠氮缩水甘油醚(gap)或聚乙烯醇(pva)，溶剂为乙酸乙酯。
14.进一步的，步骤(2)中的锆粉悬浮液与聚合物溶液的流速比为1：1，流速范围为1～10ml/min。
15.进一步的，所述步骤(2)中的混合温度为25～60℃。
16.进一步的，微混合器的功能结构是二维结构“y”型或涡流型。
17.进一步的，所述锆粉钝化主体单元采用喷雾干燥的方式，干燥温度为40℃～80℃。
18.一种聚合物包覆的锆复合颗粒，采用上述的方法制备。
19.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
20.(1)本申请采用连续流动系统钝化处理锆粉，制备聚合物包覆的锆复合颗粒，结构简单、能够有效降低锆粉静电感度且实验条件容易调节，非常适用于锆粉应用前的安全性处理。
21.(2)本申请采用连续流动系统钝化处理锆粉，制备聚合物包覆的锆复合颗粒，由于悬浮液与溶剂在混合单元混合充分且滞留时间短，在锆粉钝化主体单元即喷雾干燥单元内干燥迅速，所制备复合锆颗粒的包覆层厚度分布较窄且包覆度高。
22.(3)该连续流动锆粉钝化系统所需处理时间短，每克锆粉所需处理时间约为5分钟；并且，由于锆粉在处理过程中始终处于连续流动状态，避免了热积累，具有本质安全性。
附图说明
23.图1为连续流动的锆粉钝化处理系统示意图。
24.图2为本申请实施例1所得硝化纤维素包覆的2微米锆粉样品形貌图。
25.图3为本申请实施例2所得氟橡胶(f2604)包覆的2微米锆粉样品形貌图。
26.附图标记说明：
27.1-蠕动泵，2-超声波发生器，3-微混合器，4-温度控制装置，5-锆粉钝化主体单元。
具体实施方式
28.本申请的钝化处理锆粉方法采用连续流动系统与喷雾干燥相结合，连续流动系统包括流体驱动单元，混合单元以及连接组件。其中流体驱动单元包括蠕动泵1和超声波发生器2，两流体分别连接混合单元的两个进口，所述的混合单元包括微混合器3和温度控制装置4，混合单元出口连接锆粉钝化主体单元5。
29.该方法以一种连续流动系统与喷雾干燥作为连续流动钝化处理锆粉的装置，通过调控聚合物溶液的浓度、悬浮液含固量、悬浮液与溶剂的流速实现锆粉的钝化。
30.利用上述连续流动系统与喷雾干燥结合方法钝化处理锆粉，具体步骤如下：
31.1.将锆粉制成悬浮液，聚合物制成溶液分别置于两个烧杯中；
32.2.将超声波发生器2置于锆粉悬浮液烧杯中，保持锆粉稳定悬浮；
33.3.将蠕动泵1转速调至与所选流速的相应值，使悬浮液与溶液以选定流速沿着连接组件向微混合器3流动，设置温度控制装置温度至所需值；
34.4.将从微混合器3流出的锆粉悬浊液连接至锆粉钝化主体单元5，并进行雾化、干燥，最终获得聚合物包覆的锆复合颗粒。
35.其中锆粉悬浮液载液为无水乙醇，溶剂为乙酸乙酯，悬浮液与溶剂的流速范围为1～10ml/min，，悬浮液和溶剂流速比为1：1，锆粉悬浮于载液的含固量为0.03～0.1g/ml，聚合物溶解于溶剂的浓度为0.05～3.5g/l，温度控制装置温度为25～60℃，喷雾干燥干燥温度为40～80℃。
36.实施例1：硝化纤维素包覆的2微米锆粉的制备
37.采用连续化钝化处理锆粉装置制备硝化纤维素包覆的复合锆颗粒。以乙酸乙酯为溶剂，无水乙醇为悬浮液载液，将0.15g nc溶解于60ml的乙酸乙酯溶剂内，将3g 2微米锆粉悬浮于60ml无水乙醇中，使用超声波发生器辅助分散，两流体由蠕动泵驱动，流速为4ml/min，设置温度控制装置温度为40℃。开启驱动单元开关，溶剂溶液和悬浮液分别在蠕动泵的驱动下，流入y型混合器内，溶剂和悬浮液在y型混合器中接触并快速混合，形成锆粉悬浊液，将从微混合器流出的悬浊液连接至喷雾干燥单元，并进行雾化、干燥，最终获得硝化纤维素包覆的锆复合颗粒。所得锆粉的晶体形貌如图2所示。
38.实施例2：氟橡胶(f2604)包覆的2微米锆粉的制备
39.采用连续化钝化处理锆粉装置制备硝化纤维素包覆的复合锆颗粒。以乙酸乙酯为溶剂，无水乙醇为悬浮液载液，将0.09g氟橡胶(f2604)溶解于60ml的乙酸乙酯溶剂内，将3g 2微米锆粉悬浮于60ml无水乙醇中，使用超声波发生器辅助分散，两流体由蠕动泵驱动，流速为4ml/min，设置温度控制装置温度为40℃。开启驱动单元开关，溶剂溶液和悬浮液分别在蠕动泵的驱动下，流入y型混合器内，溶剂和悬浮液在y型混合器中接触并快速混合，形成锆粉悬浊液，将从微混合器流出的悬浊液连接至喷雾干燥单元，并进行雾化、干燥，最终获得氟橡胶(f2604)包覆的锆复合颗粒。所得锆粉的晶体形貌如图3所示。


技术特征：
1.一种连续流动的锆粉钝化处理方法，其特征在于，采用连续流动系统，系统包括依次设置的流体驱动单元、微混合器和温度控制装置组成的混合单元、以及锆粉钝化主体单元；包括如下步骤：步骤(1)：将锆粉悬浮液和聚合物溶液分别与流体驱动单元的一个入口连接；步骤(2)：设置流体流速与混合温度，锆粉悬浮液和聚合物溶液向微混合器流动并在微通道内混合；步骤(3)：将从微混合器流出的悬浮液连接至锆粉钝化主体单元，通过锆粉钝化主体单元形成喷雾状液滴，同时液滴进行干燥，使悬浮液滴中的聚合物包覆在锆颗粒外周，获得聚合物包覆的锆复合颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体驱动单元包括超声波发生器和蠕动泵；通过超声波发生器使锆粉悬浮在载液中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锆粉粒径范围为1微米～20微米，所述载液为无水乙醇，锆粉悬浮于载液的含固量为0.03g/ml～0.1g/ml。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚合物溶液通过将聚合物溶解于溶剂配制而成，聚合物溶解于溶剂的浓度为0.05g/l～3.5g/l。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，聚合物为硝化纤维素(nc)、氟橡胶(f2604)、聚叠氮缩水甘油醚(gap)或聚乙烯醇(pva)，溶剂为乙酸乙酯。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的锆粉悬浮液与聚合物溶液的流速比为1：1，流速范围为1～10ml/min。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的混合温度为25～60℃。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，微混合器的功能结构是二维结构“y”型或涡流型。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述锆粉钝化主体单元采用喷雾干燥的方式，干燥温度为40℃～80℃。10.一种聚合物包覆的锆复合颗粒，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法制备。

技术总结
本发明为一种连续流动的锆粉钝化处理方法。采用连续流动系统，系统包括依次设置的流体驱动单元、微混合单元和锆粉钝化主体单元；包括如下步骤：(1)将锆粉悬浮液和聚合物溶液分别与流体驱动单元的一个入口连接；(2)设置流体流速与混合温度，锆粉悬浮液和聚合物溶液向微混合器流动并在微通道内混合；(3)将从微混合器流出的悬浮液连接至锆粉钝化主体单元，通过锆粉钝化主体单元形成喷雾状液滴，同时液滴进行干燥，使悬浮液滴中的聚合物包覆在锆颗粒表面，获得聚合物包覆的锆复合颗粒。本申请采用微流体与喷雾干燥结合的方法实现锆粉连续化钝化，结构简单、能够有效降低锆粉敏感性且实验条件容易调节，适用于锆粉应用前的安全性处理。性处理。性处理。


技术研发人员：朱朋 费翼鹏 沈瑞祺 杨斌
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/7/15