[发明专利]二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一类二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物及其制备方法。

背景技术

二茂铁及其衍生物，因其优异的燃烧调节功能，作为固体推进剂(尤其是复合推进剂)的最主要的燃速催化剂，已被广泛应用于战略、战术武器系统中，在各种弹道导弹(包括战区、短程、中程、洲际弹道导弹等)、机载战术导弹、反导高速动能导弹及海基水雷、鱼雷等武器中发挥着巨大的作用。

由于目前应用的二茂铁类燃速催化剂存在易迁移、易挥发、低温结晶等问题，严重影响了我国各类导弹推进剂装药的贮存寿命、使用可靠性及环境适应性，也无形中大幅度增大了国防基础储备的经费支出。所以科研工作者做了大量的研究工作试图研制出力学性能更好、工艺性能更简和燃烧性能更高的二茂铁类燃速催化剂，以期改进二茂铁及其衍生物存在的问题。美国研究员最早将烷基引入二茂铁分子中得到了2，2-双(乙基二茂铁)-丙烷(Catocene)，Catocene是目前商品化的二茂铁类燃烧调节剂，室温下为液体，蒸汽压低，铁含量高，能较大地提高推进剂的综合性能。但Catocene也存在易迁移、易氧化、推进剂使用寿命短的问题。70年代初，Huskins等人合成了液体含烯丙醇结构单元的二茂铁衍生物，克服了迁移和低温结晶的问题。随后，又有人合成了双二茂铁含丁基异氰酸酯单元的燃烧调节剂，其催化活性高，但力学性能下降。目前较常用的方法之一是将二茂铁基团连接在大分子的侧链或主链上形成含二茂铁的聚合物。法国火炸药协会研制的Butacene就是二茂铁衍生物与低分子量端羟基聚丁二烯接枝共聚物，制备推进剂时，它可以部分替代复合推进剂中的普通粘合剂(如端羟基聚丁二烯(HTPB))，在推进剂固化过程中，它能进入固化网络，但此类衍生物制造工艺复杂，而且铁的存在会引起丁羟粘合剂在存放过程中的降解反应，降低丁羟粘合剂的性能。2008年李凤生等人在《固体火箭技术》第30卷第6期612～616页(2008)中报道把二茂铁通过缩合反应接枝到SBA-15上，制备了一种低迁移性的催化剂。但这种催化剂含铁量低，而且引入了不含能的硅氧化物，催化效果也不是很好。此外，人们在二茂铁化合物中引入环氧乙基、巯基、氮杂基等易于聚合的活性官能团，通过对这些化合物在固体推进剂中的测试发现它们能够部分解决迁移的问题，但都无法取得力学性能、工艺性能和燃烧性能的完美组合。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有二茂铁衍生物类固体推进剂存在的缺点，提供一种在自然条件下不易挥发，热稳定性好，自身具有较高的生成热和燃烧热，且催化性能可调控的二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物。

解决上述技术问题所采用的技术方案是该化合物的结构式如下所示：

式中代表胍正离子、氨基胍类正离子或二甲双胍正离子。

上述的胍正离子的结构式如下所示：

上述的氨基胍类正离子的结构式如下所示：

式中R₁、R₂、R₃各自独立的代表NH₂或H，且R₁、R₂、R₃中至少有一个为NH₂。

上述的二甲双胍正离子的结构式如下所示：

本发明二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物的制备方法为：分别将化合物A和盐完全溶解于蒸馏水中，然后按照化合物A与盐的摩尔比为1:1，将化合物A的水溶液滴加到盐的水溶液中，室温搅拌反应5～8小时，分离纯化产物，得到二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物。

上述化合物A的结构式如下所示：

式中代表Na⁺或Ba²⁺；当为Na⁺时，所述的盐为硝酸胍、1,3-二氨基胍盐酸盐、1,2,3-三氨基胍盐酸盐、1,1-二甲双胍盐酸盐中的任意一种；当为Ba²⁺时，所述的盐为硫酸氨基胍。

本发明的二茂铁四氮唑高氮含能离子化合物在自然条件下不易挥发，热稳定性好，由于引入了富氮基团，自身具有较高的生成热和燃烧热，用于固体推进剂中，能对固体推进剂贡献能量，且该化合物的催化性能可调控，可满足不同类型固体推进剂的配方要求。本发明方法操作简单、合成成本低，克服了二茂铁及其衍生物合成工艺复杂、价格昂贵、成本高等缺点，适用于工业化生产。