铅配位化合物Pb(BTO)(H2O)及其制备方法和用途 |
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| 申请号 | CN201610318274.4 | 申请日 | 2016-05-12 | 公开(公告)号 | CN105949138A | 公开(公告)日 | 2016-09-21 |
| 申请人 | 西南科技大学; | 发明人 | 金波; 彭汝芳; 尚宇; 刘强强; 楚士晋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种铅配位化合物Pb(BTO)(H2O)及其制备方法和用途，以1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑(BTO)和 硝酸 铅为原料，通过 水 热法合成得到此配位化合物，该铅配位化合物可作为一种燃烧催化剂在新型固体火箭推进剂中应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铅配位化合物Pb(BTO)(H2O)，其特征在于，该配位化合物的结构式如下： |
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| 说明书全文 | 铅配位化合物Pb(BTO)(H2O)及其制备方法和用途技术领域背景技术[0002] 21世纪，火箭发动机固体推进剂要达到的主要目标就是发展高能量、高燃速、高强度、低感度、可回收再利用的推进剂。在当前高科技战争条件下，各类火箭和导弹武器对飞行速度提出了更高的要求，因此作为动力源的固体推进剂燃速调节技术的作用愈加突出。目前，使用燃速催化剂调节推进剂的燃烧性能已经被广泛研究。作为火箭和导弹发动机的动力源，固体推进剂的性能直接影响导弹武器的作战效能和生存能力。在发动机稳定工作需求的前提下提高固体推进剂的性能，一般希望推进剂具有燃速可调范围宽和压强指数低的燃烧特性，而这种燃烧特性主要通过添加燃烧催化剂实现。目前固体推进剂中常用的燃速催化剂主要有铜、铅、铁、铬、钛、铋、锡等的氧化物及其有机化合物等，但由于这些催化剂大多是惰性催化剂，本身不含能，虽然它们在推进剂配方中用量不多，但对推进剂燃烧性能影响极大。因此，开发含能燃速催化剂对提高固体推进剂的性能如拓宽推进剂燃速范围、降低压强指数，始终是研究人员致力解决的技术难题之一。 [0003] 现代火箭和导弹发动机系统中，常用的推进剂有两种：固体推进剂和液体推进剂。前者由于其使用简单、性能优异且经济实惠，而成为发动机 中的主导能源，使用最为普遍。 同时其性能指标对火箭和导弹发动机的性能指标起着重要的作用。固体火箭推进剂又可以分为双基型和复合型推进剂，他们一般都是把金属盐作为燃烧催化剂，而这些催化剂对高能型推进剂没有贡献。 [0004] 以富氮杂环化合物为配体的配合物具有良好的安定性和强烈的爆炸性,可用作军用、民用火工品、爆破器材的起爆药、起爆装药及含能燃速催化剂。含能配合物是含能配体形成的具有一定爆炸性能的配合物，它的出现，预示着钝感、含能、环保材料的一个重要发展方向。研究表明，以四嗪、四唑等为代表的高氮含能配合物作为新型含能燃烧催化剂在推进剂中具有应用前景。通过对配合物的热分解行为研究发现,最终分解产物的大多为具有活性的相应金属碳酸盐和(或)氧化物，分解产物有利于火药和推进剂的燃烧，揭示了这些配合物作为含能燃烧催化剂的应用前景。张国涛等对固体推进剂含能催化剂的研究进展进行了综述，指出新型四唑类含能催化剂将成为固体推进剂燃速催化剂发展的重要方向，制备新型高氮过渡金属配合物，是获得环保、高性能含能催化剂的重要发展方向之一。 [0005] 目前，常见的含能材料分子设计中尽可能的含有生成焓为正或者接近于正的C-NO2和N-NO2等含能官能团，但是这些含能基团的存在使其高能、钝感成为一对矛盾体，从而限制了含能材料的应用。为了获得高能钝感的新一代含能材料，经过科研人员的大量研究发现将具有还原性的含能物质与金属配位是解决常规起爆药中不安全因素的一个很有前途的发展方向。已合成的含能配合物中的起爆药用于各种武器弹药，有的则可用于固体推进剂的燃速催化剂。从分子设计观点出发,作为含能配合物的配体必须满足两个个条件：一是含碳氢量少而含氮量高，这样才具有高的正生成焓,使得生成物能量高，同时高氮、低碳氢含量不仅使其具有较高的密度，而且更容易达到氧平衡；二是至少含一个能提供孤对电子的配位原子，如N、O、S等。 [0006] 由于5,5’-联四唑-1,1’-二氧化合物(BTO)环骨架为平面结构，具有芳香性，氮含量66.7％,研究表明其机械感度较低，具有足够的安定性。BTO中不含卤素,因此燃烧时对环境无污染，亦有可能降低推进剂的特征信号，因此有望成为推进剂的一个良好组分而加以利用。作为配体，由于分子中可能有十个潜在的配位点，即联四唑环上的每个氮原子和氧原子都可以成为配位点，从而使其具有丰富的配位模式。综上所述可知BTO是一个非常优异的配体。因此将一些对双基推进剂燃烧催化有效的金属盐与含能骨架BTO相结合，形成Pb(BTO)(H2O)配位化合物，兼具金属盐催化性能及高能的特性，为高能钝感改性双基推进剂提供一种综合性能优异的新型燃烧含能催化剂或助剂，在固体火箭推进剂燃烧催化剂领域具有良好的发展潜力和市场前景。 发明内容[0007] 本发明的目的之一，是提供一种兼具金属盐的催化性能及BTO的高能特性相结合，将其用作火箭发动机推进剂的含能催化剂或助剂，使火箭发动机推进剂也具备高能钝感且具有催化性质； [0008] 本发明的目的之二，是提供上述物质的制备方法。 [0009] 本发明的技术方案是： [0010] 一种Pb(BTO)(H2O)配位化合物，该配位化合物的X-射线单晶结构如下式： [0011] [0012] 所述Pb(BTO)(H2O)配位化合物的用途，用作导弹火箭发动机推进剂的 含能催化剂或助剂。 [0015] 所述的制备方法，该方法包括步骤：首先将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑(BTO)和硝酸铅投入到反应器中，控温至0～100℃，加足量的溶剂水，搅拌反应0.5～20d，充分混合后转移至足够大的高温高压反应釜中，控温至0～10000℃，反应1～100d，然后以0.1～1000℃/min速度降温至室温，室温静置放置1～100d，最后过滤得到Pb(BTO)(H2O)配位化合物。 [0016] 本发明的有益效果： [0017] 5,5’-联四唑-1,1,-二氧化合物(BTO)环骨架为平面结构,具有芳香性,氮含量66.7％,研究表明其机械感度较低,具有足够的安定性。BTO中不含卤素,因此燃烧时对环境无污染,亦有可能降低推进剂的特征信号，因此将一些对双基推进剂燃烧催化有效的金属盐与BTO相结合，形成Pb(BTO)(H2O)配位化合物，兼具金属盐催化性能及BTO的高能特性，为高能钝感改性双基推进剂提供一种综合性能优异的新型燃烧含能催化剂或助剂，在固体火箭推进剂燃烧催化剂领域具有良好的发展潜力和市场前景。本发明产品制备方式简单方便，分离提纯容易，产率高，适合工业化生产。 附图说明 [0018] 图1是Pb(BTO)(H2O)配位化合物的红外光谱图； [0019] 图2是Pb(BTO)(H2O)配位化合物的拉曼光谱图； [0020] 图3是Pb(BTO)(H2O)配位化合物的DSC曲线图； 具体实施方式[0021] 以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。 [0022] 实施例1： [0023] Pb(BTO)(H2O)配位化合物的制备方法： [0024] 首先分别称取20.6mg 1,1’-二羟基-5,5’-联四唑(BTO)，33.1mgPb(NO3)2加入到10mL聚四氟乙烯反应釜，然后加入3mL水，立即有大量的白色沉淀生成，密封反应釜加热到 130℃反应3d，停止加热。在室温下自然冷却并静置3d得到反应釜底部具有晶体的透明溶液，将反应液进行过滤分离，得到白色晶体，将晶体真空干燥得到23mg Pb(BTO)(H2O)配位化合物。 [0025] 原子吸收测得产物中铅含量为52.70％，Pb(BTO)(H2O)配位化合物的红外光谱见图1，从红外数据可以看出：配合物的O-H伸缩振动位于3434cm-1，C＝N伸缩振动峰、N＝N伸缩振动峰分别位于1625cm-1和1406cm-1。配合物的C—N伸缩振动峰、N—O弯曲振动峰和C—N分别位于1358cm-1、1230cm-1和1358cm-1。Pb(BTO)(H2O)]n配位化合物的拉曼见图2，从拉曼数据可以看出C＝N双键在1620cm-1强特征吸收峰。图3为Pb(BTO)(H2O)配位化合物的DSC曲线图由图可知，在313.6℃处有一个剧烈的分解峰，在测试的过程中由于其含能较高在分解温度处发生爆炸，并将测试的铝坩埚炸翻致使其曲线直线下滑后平稳为一条直线。 |
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