鉛配位化合物Pb(BTO)(H₂O)及其制備方法和用圖
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉛配位化合物Pb(BTO)(H2O)及其制備方法和用途，以1,1’?二羥基?5,5’?聯(lián)四唑(BTO)和硝酸鉛為原料，通過水熱法合成得到此配位化合物，該鉛配位化合物可作為一種燃燒催化劑在新型固體火箭推進劑中應用。
【專利說明】
鉛配位化合物Pb(BTO) (H20)及其制備方法和用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于化合物人工合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及Pb(BT0)(H20)配位化合物及其制 備方法和用途。該富勒烯胺鉛鹽可作為燃燒催化劑應用于固體火箭推進劑中。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀，火箭發(fā)動機固體推進劑要達到的主要目標就是發(fā)展高能量、高燃速、高強 度、低感度、可回收再利用的推進劑。在當前高科技戰(zhàn)爭條件下，各類火箭和導彈武器對飛 行速度提出了更高的要求，因此作為動力源的固體推進劑燃速調(diào)節(jié)技術(shù)的作用愈加突出。 目前，使用燃速催化劑調(diào)節(jié)推進劑的燃燒性能已經(jīng)被廣泛研究。作為火箭和導彈發(fā)動機的 動力源，固體推進劑的性能直接影響導彈武器的作戰(zhàn)效能和生存能力。在發(fā)動機穩(wěn)定工作 需求的前提下提高固體推進劑的性能，一般希望推進劑具有燃速可調(diào)范圍寬和壓強指數(shù)低 的燃燒特性，而這種燃燒特性主要通過添加燃燒催化劑實現(xiàn)。目前固體推進劑中常用的燃 速催化劑主要有銅、鉛、鐵、鉻、鈦、鉍、錫等的氧化物及其有機化合物等，但由于這些催化劑 大多是惰性催化劑，本身不含能，雖然它們在推進劑配方中用量不多，但對推進劑燃燒性能 影響極大。因此，開發(fā)含能燃速催化劑對提高固體推進劑的性能如拓寬推進劑燃速范圍、降 低壓強指數(shù)，始終是研究人員致力解決的技術(shù)難題之一。
[0003] 現(xiàn)代火箭和導彈發(fā)動機系統(tǒng)中，常用的推進劑有兩種：固體推進劑和液體推進劑。 前者由于其使用簡單、性能優(yōu)異且經(jīng)濟實惠，而成為發(fā)動機中的主導能源，使用最為普遍。 同時其性能指標對火箭和導彈發(fā)動機的性能指標起著重要的作用。固體火箭推進劑又可以 分為雙基型和復合型推進劑，他們一般都是把金屬鹽作為燃燒催化劑，而這些催化劑對高 能型推進劑沒有貢獻。
[0004] 以富氮雜環(huán)化合物為配體的配合物具有良好的安定性和強烈的爆炸性，可用作軍 用、民用火工品、爆破器材的起爆藥、起爆裝藥及含能燃速催化劑。含能配合物是含能配體 形成的具有一定爆炸性能的配合物，它的出現(xiàn)，預示著鈍感、含能、環(huán)保材料的一個重要發(fā) 展方向。研究表明，以四嗪、四唑等為代表的高氮含能配合物作為新型含能燃燒催化劑在推 進劑中具有應用前景。通過對配合物的熱分解行為研究發(fā)現(xiàn)，最終分解產(chǎn)物的大多為具有 活性的相應金屬碳酸鹽和(或)氧化物，分解產(chǎn)物有利于火藥和推進劑的燃燒，揭示了這些 配合物作為含能燃燒催化劑的應用前景。張國濤等對固體推進劑含能催化劑的研究進展進 行了綜述，指出新型四唑類含能催化劑將成為固體推進劑燃速催化劑發(fā)展的重要方向，制 備新型高氮過渡金屬配合物，是獲得環(huán)保、高性能含能催化劑的重要發(fā)展方向之一。
[0005] 目前，常見的含能材料分子設(shè)計中盡可能的含有生成焓為正或者接近于正的C-N02和Ν-Ν02等含能官能團，但是這些含能基團的存在使其高能、鈍感成為一對矛盾體，從而 限制了含能材料的應用。為了獲得高能鈍感的新一代含能材料，經(jīng)過科研人員的大量研究 發(fā)現(xiàn)將具有還原性的含能物質(zhì)與金屬配位是解決常規(guī)起爆藥中不安全因素的一個很有前 途的發(fā)展方向。已合成的含能配合物中的起爆藥用于各種武器彈藥，有的則可用于固體推 進劑的燃速催化劑。從分子設(shè)計觀點出發(fā)，作為含能配合物的配體必須滿足兩個個條件:一 是含碳氫量少而含氮量高，這樣才具有高的正生成焓，使得生成物能量高，同時高氮、低碳 氫含量不僅使其具有較高的密度，而且更容易達到氧平衡;二是至少含一個能提供孤對電 子的配位原子，如N、0、S等。
[0006] 由于5,5'_聯(lián)四唑-1，Γ_二氧化合物(ΒΤ0)環(huán)骨架為平面結(jié)構(gòu)，具有芳香性，氮含 量66.7%，研究表明其機械感度較低，具有足夠的安定性。ΒΤ0中不含鹵素，因此燃燒時對環(huán) 境無污染，亦有可能降低推進劑的特征信號，因此有望成為推進劑的一個良好組分而加以 利用。作為配體，由于分子中可能有十個潛在的配位點，即聯(lián)四唑環(huán)上的每個氮原子和氧原 子都可以成為配位點，從而使其具有豐富的配位模式。綜上所述可知ΒΤ0是一個非常優(yōu)異的 配體。因此將一些對雙基推進劑燃燒催化有效的金屬鹽與含能骨架ΒΤ0相結(jié)合，形成Pb (BT0)(H20)配位化合物，兼具金屬鹽催化性能及高能的特性，為高能鈍感改性雙基推進劑 提供一種綜合性能優(yōu)異的新型燃燒含能催化劑或助劑，在固體火箭推進劑燃燒催化劑領(lǐng)域 具有良好的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的之一，是提供一種兼具金屬鹽的催化性能及ΒΤ0的高能特性相結(jié)合， 將其用作火箭發(fā)動機推進劑的含能催化劑或助劑，使火箭發(fā)動機推進劑也具備高能鈍感且 具有催化性質(zhì)；
[0008] 本發(fā)明的目的之二，是提供上述物質(zhì)的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0010] -種Pb(BT0)(H20)配位化合物，該配位化合物的X-射線單晶結(jié)構(gòu)如下式：
[0012]所述Pb(BT0)(H20)配位化合物的用途，用作導彈火箭發(fā)動機推進劑的含能催化 劑或助劑。
[0013 ]所述[(BTO) (H20) ] "配位化合物的制備方法，以1，Γ -二羥基-5，5 ' -聯(lián)四挫(ΒΤ0)和 硝酸鉛為原料，通過水熱法合成得到此配位化合物。
[0014]在所述的制備方法中，所述1，Γ -二羥基-5，5 ' -聯(lián)四唑(ΒΤ0)與硝酸鉛的摩爾比為 1:10~1:5200,溶劑水質(zhì)量為反應物質(zhì)量和的10~1000倍。
[0015]所述的制備方法，該方法包括步驟:首先將1，Γ -二羥基-5，5 ' -聯(lián)四唑(ΒΤ0)和硝 酸鉛投入到反應器中，控溫至〇~100°c，加足量的溶劑水，攪拌反應0.5~20d，充分混合后 轉(zhuǎn)移至足夠大的高溫高壓反應釜中，控溫至〇~10000°C，反應1~100d，然后以0.1~1000 °C/min速度降溫至室溫，室溫靜置放置1~100d，最后過濾得到Pb(BT0)(H20)配位化合物。 [0016]本發(fā)明的有益效果：
[0017] 5,5'_聯(lián)四唑_1，1，_二氧化合物（ΒΤ0)環(huán)骨架為平面結(jié)構(gòu)，具有芳香性，氮含量 66.7%，研究表明其機械感度較低，具有足夠的安定性。BTO中不含鹵素，因此燃燒時對環(huán)境 無污染，亦有可能降低推進劑的特征信號，因此將一些對雙基推進劑燃燒催化有效的金屬 鹽與BT0相結(jié)合，形成Pb(BT0)(H20)配位化合物，兼具金屬鹽催化性能及BT0的高能特性，為 高能鈍感改性雙基推進劑提供一種綜合性能優(yōu)異的新型燃燒含能催化劑或助劑，在固體火 箭推進劑燃燒催化劑領(lǐng)域具有良好的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?。本發(fā)明產(chǎn)品制備方式簡單方 便，分離提純?nèi)菀?，產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是Pb (BTO) (H20)配位化合物的紅外光譜圖；
[0019]圖2是Pb(BT0)(H20)配位化合物的拉曼光譜圖；
[0020]圖3是Pb(BT0)(H20)配位化合物的DSC曲線圖；
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022] 實施例1:
[0023] Pb (BTO) (H20)配位化合物的制備方法：
[0024]首先分別稱取20 · 6mg 1，Γ -二羥基-5，5 ' -聯(lián)四唑（ΒΤ0)，33 · lmgPb(N03)2加入到 10mL聚四氟乙烯反應釜，然后加入3mL水，立即有大量的白色沉淀生成，密封反應釜加熱到 130°C反應3d，停止加熱。在室溫下自然冷卻并靜置3d得到反應釜底部具有晶體的透明溶 液，將反應液進行過濾分離，得到白色晶體，將晶體真空干燥得到23mg Pb(BT0)(H20)配位 化合物。
[0025] 原子吸收測得產(chǎn)物中鉛含量為52.70%，Pb(BT0)(H20)配位化合物的紅外光譜見 圖1，從紅外數(shù)據(jù)可以看出：配合物的0-H伸縮振動位于= 伸縮振動峰、N=N伸縮 振動峰分別位于162501^1和ΗΟβαιΓ1。配合物的C一Ν伸縮振動峰、Ν-0彎曲振動峰和C一Ν分 別位于1358011^1230(^ 1和1358cm'Pb(BT0)(H20)]n配位化合物的拉曼見圖2,從拉曼數(shù)據(jù) 可以看出C = N雙鍵在1620CHT1強特征吸收峰。圖3為Pb(BT0)(H20)配位化合物的DSC曲線圖 由圖可知，在313.6°C處有一個劇烈的分解峰，在測試的過程中由于其含能較高在分解溫度 處發(fā)生爆炸，并將測試的鋁坩堝炸翻致使其曲線直線下滑后平穩(wěn)為一條直線。
【主權(quán)項】
1. 一種鉛配位化合物Pb(BTO) (H20)，其特征在于，該配位化合物的結(jié)構(gòu)式如下：2. 權(quán)利要求1所述鉛配位化合物Pb(BT0)(H20)的用途，用作導彈火箭發(fā)動機推進劑的含 能催化劑或助劑。3. 權(quán)利要求1所述鉛配位化合物Pb(BT0)(H20)的制備方法，其特征在于，1，Γ-二羥基-5，5 聯(lián)四唑(ΒΤ0)和硝酸鉛為原料，通過水熱法合成得到此配位化合物。4. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述1，Γ-二羥基_5,5'_聯(lián)四唑(ΒΤ0)與 硝酸鉛的摩爾比為1:10~1:5200,溶劑水質(zhì)量為反應物質(zhì)量和的10~1000倍。5. 如權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 首先將1，Γ-二羥基_5,5'_聯(lián)四唑(ΒΤ0)和硝酸鉛投入到反應器中，控溫至0~100°C， 加溶劑水，攪拌反應0.5~20d，充分混合后轉(zhuǎn)移至高溫高壓反應釜中，控溫至0~10000°C， 反應1~100d，然后以0.1~1000 °C /min速度降溫至室溫，室溫靜置放置1~100d，最后過濾 得到Pb (BTO) (H20)配位化合物。
【文檔編號】C07D257/04GK105949138SQ201610318274
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】金波, 彭汝芳, 尚宇, 劉強強, 楚士晉
【申請人】西南科技大學