[發(fā)明專利]富勒醇金屬鹽類衍生物及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210326920.3
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102862977A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭汝芳;趙鳳起;金波;徐司雨;李麗;楚士晉
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B01J27/20;C06D5/00
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化合物人工合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及富勒醇金屬鹽及其制備技術(shù)。該富勒醇金屬鹽可作為燃燒催化劑應(yīng)用于固體火箭推進(jìn)劑中。

背景技術(shù)

未來戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈要求具有遠(yuǎn)程精確打擊能力和高生存能力這不僅要求降低固體火箭發(fā)動機(jī)的特征信號還要求發(fā)動機(jī)具備高功效性能和滿足鈍感彈藥的要求高能鈍感和低特征信號成為戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體推進(jìn)劑發(fā)展的個主要目標(biāo)。因此，鈍感推進(jìn)劑作為一種新的概念，成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點。

目前常用的推進(jìn)劑主要是雙基型推進(jìn)劑，“雙基”即在此基礎(chǔ)上采用雙基黏合劑硝化纖維素(NC)和硝化甘油(NG)或者其他的硝酸酯，而當(dāng)在此基礎(chǔ)上添加一些含能添加劑和燃料等固體填料時就可以得到改性化的雙基推進(jìn)劑(CMDB)。由于NG敏感且能量大，因此給加工處理時帶來很高的危險，但是對于鈍感的硝酸酯增塑劑(如TMETN，BTTN等)則由于其存在揮發(fā)性低、加工性能良好，敏感性低和更高熱穩(wěn)定性和低遷移性等優(yōu)點，當(dāng)用其取代NG時，不僅可以明顯降低推進(jìn)劑的撞擊感度和摩擦感度，還能明顯減低其擴(kuò)展現(xiàn)象的產(chǎn)生，因而它是實現(xiàn)改性鈍感雙基推進(jìn)劑的重要途徑。但是，NC/TMETN體系燃速較低，燃燒性能極難調(diào)節(jié)，因此迫切需要開發(fā)一種新型的燃燒催化劑來改善該類推進(jìn)劑的燃燒性能。

燃燒催化劑是推進(jìn)劑的一種主要的燃燒調(diào)節(jié)推進(jìn)劑，它不僅可以擴(kuò)寬推進(jìn)劑燃速范圍，還可以降低其壓力指數(shù)，同時由于碳材料在固體推進(jìn)劑中不僅可以富集催化劑、阻滯催化劑鉛的凝聚、較強(qiáng)吸附力和助催化，還可使雙基推進(jìn)劑燃燒時產(chǎn)生平臺和麥撒效應(yīng)，最為重要的是能明顯降低推進(jìn)劑壓力指數(shù)，因而常通過添加碳材料來作為燃燒速率改性劑，從而控制燃燒速率。除此之外，當(dāng)把燃燒催化劑金屬化合物加入推進(jìn)劑時可以減低推進(jìn)劑的能量。

C₆₀是Kroto等人發(fā)現(xiàn)的一種新物種，是碳的第三種純碳形態(tài)，是由60個碳原子組成的足球狀分子，直徑為0.71?nm，人們稱之為“球烯”。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)良的特性，如常溫下有高度穩(wěn)定性，高溫下(400℃以上)有良好的化學(xué)活性，研究還發(fā)現(xiàn)C₆₀在含能、催化方面也存在著巨大的應(yīng)用潛力。特別是在高溫下其具有極高的反應(yīng)活性，可以以多個配位位置與有機(jī)金屬化合物形成富勒烯金屬配合物，而具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，因此將一些金屬引入富勒烯球上形成一系列富勒烯金屬鹽時，不僅會兼有金屬鹽的性質(zhì)，而且會有比炭黑更好的燃速催化效果，從而為鈍感改性雙基推進(jìn)劑提供一種性能優(yōu)異的燃速催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一，是提供一種兼具金屬鹽和炭黑的催化性能的物質(zhì)，將其用作固體火箭推進(jìn)劑的催化劑或助劑，解決推進(jìn)劑燃速低和燃燒性能難條件等關(guān)鍵問題。

本發(fā)明的目的之二，是提供上述物質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

富勒醇金屬鹽類衍生物，該衍生物的結(jié)構(gòu)如下式

式中：M為Pb、Cu、Ca之一；

m≤8；

n≤15。

以富勒烯C₆₀、氫氧化鈉和聚乙二醇為原料，在有機(jī)溶劑中，通過親核加成反應(yīng)合成得到富勒醇衍生物，富勒醇衍生物再與金屬硝酸鹽在水溶劑中反應(yīng)制得富勒醇金屬鹽。

所述富勒烯與氫氧化鈉的摩爾比為1:10～1:500，金屬硝酸鹽與富勒烯醇衍生物的摩爾質(zhì)量比為1:1～100:1，溶劑質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量和的10～1000倍。

所述金屬硝酸鹽是硝酸鉛、硝酸銅、硝酸鈣之一。

所述有機(jī)溶劑是苯、甲苯、二甲苯、氯苯、鄰二氯苯之一。

具體制備方法包括步驟：首先將富勒烯C₆₀溶于有機(jī)溶劑中、然后滴加到裝有氫氧化鈉和聚乙二醇的反應(yīng)器中，控溫至0℃～100℃，攪拌反應(yīng)0.5～20?天，反應(yīng)完畢后進(jìn)行純化處理，既：先旋蒸除去溶劑，再加水溶解，然后加入乙醇析出沉淀，離心分離，分離得到的固體用乙醇洗滌三次，真空干燥所得到的固體即為富勒醇衍生物。稱取一定量的富勒醇衍生物溶于蒸餾水中，控溫至0℃～90℃，在攪拌條件下加入金屬硝酸鹽的水溶液，攪拌反應(yīng)0.5～48?h，有固體析出，離心分離，所得固體水洗3～4遍，干燥后所得固體即為富勒醇金屬鹽。

本發(fā)明的有益效果：