[发明专利]一种多功能微胶囊型缓蚀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发射药降烧蚀技术领域，具体涉及一种多功能微胶囊型缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

现代战争要求火炮具有更高的初速以增大射程、更高的射速以增强火力，随着火炮初速、膛压、射速的提高，炮膛的烧蚀磨损十分严重，极大缩短了武器的使用寿命。针对身管武器烧蚀磨损问题，国内外专家学者探索了使用低爆温发射药、内膛涂镀层技术、抗烧蚀衬管技术、缓蚀剂技术以及复合身管制造技术等多种措施以提高身管寿命。其中，在发射药内添加缓蚀剂是减缓火炮身管烧蚀、延长寿命的较有效的方法之一。传统的缓蚀剂主要是由二氧化钛、滑石粉、石蜡、地蜡及其混合物组成，多涂覆在纤维布上以护膛衬里的形式应用。为改进性能与使用效果，碳酸钙、有机硅、超细滑石粉以及纳米材料等也应用在新型缓蚀剂配方的设计中。目前采用的主要装填方式为有机载体材料加无机粉体材料的形式。这种类型缓蚀剂虽满足大威力火炮的基本降烧蚀要求的，但存在用量大、内膛表面分散性较差、占用装药空间大、局部聚积不完全燃烧形成残渣，以及对内弹道性能造成不良影响增大等问题。

微胶囊技术是一种用成膜物质将固体或液体材料进行包覆，形成具有核壳结构微粒的技术。将缓蚀添加剂进行微胶囊化，可解决缓蚀剂在使用中存在的诸多问题。胡善宝制备了以液体缓蚀添加剂硅油为芯材，脲醛树脂为壁材的微胶囊，以解决硅油在发射药装药应用中的添加方式问题(胡善宝，南京理工大学硕士论文，2008)。李洪广等设计了以有机树脂为聚乙烯醇壁材、在W/O/W复乳体系中利用界面交联法制备了TiO₂前驱体为芯材的微胶囊型缓蚀剂(李洪广，闫军，汪明球等，无机材料学报，2015，30(1):47-52)。然而这些微胶囊由于成分单一，而影响身管烧蚀磨损的因素有多种，降低炮管的烧蚀性的效果有限。缓蚀剂的成分以及结构还存在很大的技术空间发展。研究和开发高效的新型缓蚀添加剂是发展高威力火炮武器的基本需求，对我国的国防建设具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能微胶囊型缓蚀剂及其制备方法。该多功能微胶囊型缓蚀剂以吸热材料石蜡作为囊芯材料，以化学稳定和易加工的有机聚合物作为囊壁材料，以耐热和热传导性能低和耐磨损的无机纳米粒子作为微胶囊囊壁的添加剂，各成分从热因素、化学因素和机械因素三方面协同作用，能够同时减弱发射药在发射燃烧时对炮管的热作用、化学作用和机械作用，从而减小炮管的磨损量，起到较好的缓蚀作用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种多功能微胶囊型缓蚀剂，以吸热材料石蜡为囊芯材料，以有机聚合物为囊壁材料，以双亲改性的无机纳米粒子为囊壁的添加剂，所述的有机聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的一种或几种，所述的无机纳米粒子选自氮化硅、氮化硼或二氧化钛，所述的有机聚合物的单体、无机纳米粒子和石蜡的质量比为80～200：1～13：100。

优选地，所述的双亲改性的无机纳米粒子的粒径为20～100nm。

本发明还提供上述多功能微胶囊型缓蚀剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，无机纳米粒子表面的双亲改性：

将无机纳米粒子高速剪切分散于乙酸乙酯中，然后加入硅烷偶联剂KH550和α-溴代异丁酰溴，70～80℃搅拌3～5h后离心，并将离心产物与亲水性单体和疏水性单体混合均匀，然后加入CuBr/五甲基二乙烯三胺作为催化体系，氮气保护下，搅拌至反应完全，得到双亲改性的无机纳米粒子；

步骤2，油水乳液的制备：

将乳化剂十二烷基苯磺酸钠和助乳化剂聚乙烯醇溶于去离子水中，其中乳化剂与水的质量比为0.5～2：100，助乳化剂与水的质量比为0.01～0.02：100，加热搅拌溶解得到溶液A；将石蜡、双亲改性的无机纳米粒子和单体，预混合得到溶液B；剧烈搅拌下将溶液B逐滴加入溶液A中，高速剪切分散后得到稳定的油水乳液；

步骤3，多功能微胶囊型缓蚀剂的制备：

将步骤2得到的油水乳液氮气保护下加入引发剂偶氮二异丁腈，升温至70～85℃，继续搅拌至反应完全得到微胶囊乳液，乙醇沉淀后洗涤、干燥得到多功能微胶囊型缓蚀剂。

优选地，步骤1中，所述的亲水性单体为聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，所述的疏水性单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯或苯乙烯。

优选地，步骤2中，所述的乳化剂十二烷基苯磺酸钠与石蜡的质量比为0.17～0.67：1。

步骤2中，所述的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或几种。