CN101805305B - 5-(二硝基亚甲基)-四唑盐及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于M(DNMT)的含能盐及其制备方法,所述DNMT为5-(二硝基亚甲基)-四唑,M选自Pb、Cu、Mn、Fe、Co、Ni或Zn的二价金属。其制备方法如下:以1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯、亚硝酸盐与冰醋酸为原料合成5-(二硝基亚甲基)-四唑,调节pH值为7~10,然后与Pb、Cu、Mn、Fe、Co、Ni或Zn的可溶性金属盐反应,得到的沉淀经洗涤、干燥即为目标产物。本发明合成方法简单,易于工业化生产,合成得到的M(DNMT)是一类新型高能化合物,可用作固体双基推进剂燃烧的含能催化剂。
Description
技术领域
本发明属于含能材料技术领域,特别涉及一种用于固体推进剂的新型含能燃烧催化剂-5-(二硝基亚甲基)-四唑盐及其制备方法和用途。
背景技术
固体推进剂是固体火箭发动机的能源,火箭的射程、飞行速度及精度不仅取决于推进剂的装药量,而且与推进剂燃烧时的能量释放速率和释放效率等密切相关。使用少量燃烧催化剂是增加燃烧速度,降低燃烧压力指数,实现调节和控制推进剂高效稳态燃烧的重要方法。
目前,国内外均采用添加一定量的铅、铜和炭黑等组成的复合催化剂的方法。常用水不溶性金属粉、氧化物、有机酸盐及配合物等,但这些相当量的惰性催化剂(占总量的5%左右)的加入,降低了推进剂配方的总能量,并导致飞行射程难以控制。因此,开发高能催化剂成为解决问题的重要途径。国内外相继出现了3-硝基-1,2,4-***-5-酮盐、叠氮化盐、4-(2,4,6-三硝基苯胺基)-苯甲酸盐、2-羟基-3,5-二硝基吡啶盐、3,5-二硝基水杨酸盐、5-苯基四唑盐、5-亚甲基二四唑盐、偶氮四唑盐等含能催化剂的文献报道。综合文献分析发现,该类含能催化剂在提高能量的同时,还要提高燃烧速度,降低压力指数,实现稳态燃烧等多功能的目的要求。
5-(二硝基亚甲基)-四唑,简称DNMT,该化合物分子呈现二元弱酸,可以在一定条件下与金属离子成盐,合成新的高能富氮化合物。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种5-(二硝基亚甲基)-四唑盐,其可以用作固体双基推进剂燃烧的含能催化剂,实现固体双基推进剂的快速稳态燃烧,降低压力指数,提高推进能量。
本发明的目的之二是提供上述5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法。
本发明的目的之三是提供上述5-(二硝基亚甲基)-四唑盐作为固体双基推进剂燃烧的含能催化剂的应用。
本发明的实现过程如下:
组成为M(DNMT)的含能盐,所述DNMT为5-(二硝基亚甲基)-四唑,其结构式为:
上述M选自Pb、Cu、Mn、Fe、Co、Ni或Zn的二价金属,M最好为Pb或Cu。
上述5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,具体步骤如下:
以1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯、亚硝酸盐与冰醋酸为原料合成5-(二硝基亚甲基)-四唑,调节pH值为7~10,然后与Pb、Cu、Mn、Fe、Co、Ni或Zn的可溶性金属盐反应,得到的沉淀经洗涤、干燥即为目标产物。
上述1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯、亚硝酸盐、冰醋酸的摩尔比为:(1∶1∶1)~(1∶1.2∶1.2),所述亚硝酸盐为亚硝酸钾或亚硝酸钠,所述可溶性金属盐为Pb、Cu、Mn、Fe、Co、Ni或Zn的醋酸盐或硝酸盐,1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯与可溶性金属盐摩尔比(1∶0.8)~(1∶1)。
本发明的优点与积极效果:本发明合成方法简单,易于工业化生产;本发明合成得到的M(DNMT),特别是Pb(DNMT)和Cu(DNMT)是一类新型高能化合物,用作固体双基推进剂燃烧的含能催化剂,实现推进剂的快速稳态燃烧,降低压力指数,提高推进能量。
附图说明
图1为Pb(DNMT)]的DSC曲线图;
图2为Cu(DNMT)的DSC曲线图;
图3为催化燃烧的燃速压力曲线图。
具体实施方式
实施例1:
将0.02mol(3.26g)1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯置入30mL的蒸馏水,并加入0.02mol的冰醋酸,开启搅拌的同时缓慢滴加溶有0.02mol亚硝酸钾的10mL水溶液,反应24h后,用KOH调节pH为8.5,加入0.02mol的乙酸铅,立即有大量淡黄色沉淀生成,再搅拌反应30min后,抽滤并用蒸馏水和丙酮洗涤,真空80℃干燥,即得目标产物Pb(DNMT)。产率68%。C、N通过元素分析仪测定为(%)(括号中的为理论值):C 6.24(6.33),N 22.03(22.16)。化学分析法测定Pb元素含量为(%)(括号中的为理论值):53.79(54.63)。
图1为本发明Pb(DNMT)的DSC图谱,DSC结果表明:配合物热稳定性较高,迅速分解峰温为215.9℃,放热总量约为1160J/g,能量较高。
实施例2:
将0.02mol(3.26g)1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯置入40mL的蒸馏水,并加入0.02mol的冰醋酸,开启搅拌的同时缓慢滴加溶有0.022mol亚硝酸钠的15mL水溶液,反应20h后,用NaOH调节pH为8,加入0.018mol的乙酸铜,立即有大量浅绿色沉淀生成,再搅拌反应20min后,抽滤并用蒸馏水和丙酮洗涤,真空80℃干燥,即得目标产物Cu(DNMT)。产率62%。C、H、N通过元素分析仪测定为(括号中的为理论值)C:10.04(10.19),N:35.49(35.67)。化学分析法测定Cu元素含量为(%)(括号中的为理论值):26.21(26.97)。
图2为本发明Cu(DNMT)的DSC图谱,DSC结果表明:配合物热稳定性高,约220℃开始分解,峰温为271℃,总放热量约为2542J/g,能量高。
实施例3:
由实施例1和例2方法合成得到的Pb(DNMT)和Cu(DNMT)两种化合物,按照5∶1的质量比以5%的外加量添加到固体双基推进剂中,进行推进剂燃速测定,得到的图3所示结果,在低压区燃速迅速提高,出现理想的“平台燃烧”和“麦撒燃烧”,并在高压区压力指数显著下降,其优于目前常用的有机酸铅铜复合催化剂。
Claims (7)
2.权利要求1所述的5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,其特征在于:以1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯、亚硝酸盐与冰醋酸为原料合成5-(二硝基亚甲基)-四唑,调节pH值为7~10,然后与Pb或Cu的可溶性金属盐反应,得到的沉淀经洗涤、干燥即为目标产物。
3.根据权利要求2所述的5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,其特征在于: 1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯、亚硝酸盐、冰醋酸的摩尔比为:(1:1:1)~(1:1.2:1.2)。
4.根据权利要求2所述的5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,其特征在于:所述亚硝酸盐为亚硝酸钾或亚硝酸钠。
5.根据权利要求2所述的5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,其特征在于:所述可溶性金属盐为Pb或Cu的醋酸盐或硝酸盐。
6.根据权利要求2至5任意之一所述的5-(二硝基亚甲基)-四唑盐的制备方法,其特征在于:1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯与可溶性金属盐摩尔比(1:0.8)~(1:1)。
7.权利要求1所述的M(DNMT)含能盐作为固体双基推进剂含能催化剂的应用。
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