南京理工大学潘仁明&蔺向阳：微流控技术结合乳化工艺制备高燃速微孔烟花推进剂-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

硝化纤维素基微孔球形烟花推进剂（MSFP）具有无烟燃烧和高燃速特性，在民用烟花中显示出巨大的应用潜力。近期，南京理工大学潘仁明研究员、蔺向阳副研究员等人结合微流控粒径控制技术与乳化法孔隙调控工艺，成功制备出高孔隙率（74%）、内部微孔（2-3μm）均匀分布的硝化纤维素基微孔球形烟花推进剂。该推进剂展现出显著提升的燃速（大气火焰传播速度提高178%）、优异的无烟燃烧特性及高气体生成速率，为解决传统烟火推进剂燃速不一致及环境污染问题提供了有效新策略。相关研究以“Preparation and Numerical Simulation of High Burn Rate Microporous Fireworks Propellants Using Microfluidic Technology”为题目，发表在期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》上。

本文要点：

1、本研究采用微流控与乳化技术相结合的方法，制备高燃速且燃速稳定的硝化纤维素基微孔球形烟花推进剂（MSFP）。

2、通过优化溶剂（乙酸乙酯/硝化纤维素）比例（8.5:1–9:1），成功制得高球形度、窄粒径分布（直径400-500 μm）的推进剂颗粒。

3、乳化技术显著提高了孔隙率（39%至74%），SEM表征显示其基质中均匀分布2-3 μm微孔。

4、DSC-TG分析表明，微孔结构结合高氯酸铵的添加使分解峰值温度降低7°C（从201°C降至194°C），同时保持良好的热稳定性。

5、MSFP展现出优异的燃烧性能：大气火焰传播速度提升178%，定容燃烧测试显示其具有高动态活性和出色的气体生成速率，且燃烧无烟无残渣。

微流控技术在制备MSFP中起到的核心作用是什么？

微流控技术的核心作用是通过精确控制液滴形成过程，实现MSFP的粒径均匀性和高球形度。通过共轴流聚焦芯片设计，调节分散相（硝化纤维素乳液）和连续相（阿拉伯胶水溶液）的流速，结合对粘度（溶剂比例）的调控，使液滴在“滴落”或“窄射流”流态下形成，最终获得400–500µm的窄分布粒径，解决了传统方法中粒径不一致导致的燃速波动问题。

MSFP的高孔隙率（74%）是如何实现的？其对燃烧性能有何影响？

MSFP的高孔隙率通过乳化技术实现：在制备过程中引入油包水（W/O）乳液，乳化剂Span80作为一种非离子型亲油性表面活性剂，在体系中发挥关键作用。其分子由山梨醇酐亲水基团与油酸长链亲油基团构成，在油水界面定向排列，亲水基朝水相、亲油基深入油相，极大降低油水界面张力，促使大量微小水滴均匀分散于油相中，形成稳定的油包水乳液体系。

将溶剂移除后，原本微小水滴所在位置形成2–3µm的均匀微孔，使孔隙率从半致密推进剂的39%提升至74%。高孔隙率增加了比表面积，增强了热传递和气体扩散，使火焰传播速度提升178%，产气率提高，且燃烧更充分（无烟无残留）。