一种高能低爆温硝化棉的制备方法与流程

文档序号:11229265阅读:4460来源:国知局

本发明涉及一种硝化棉的制备方法,具体地涉及一种高能低爆温硝化棉的制备方法。



背景技术:

当代武器迫切需求的高能火药成分主要为硝化棉(nc)、硝化甘油(ng)、黑索金(rdx)等,这类物质碳含量高,燃烧后产物的爆温高、平均摩尔质量大、有害气体成分多;应用时存在武器发射身管因烧蚀严重寿命短,射击烟焰大,危害环境和射手安全等缺陷。四唑衍生物(tzd)具有氮含量高、燃烧产物平均摩尔质量小、温度低和无污染等优点,作为高能火药成份有望能明显改善其现有缺陷;但实践中因与硝化甘油和黑索金等成分相容性差,并没得到应用和发展。



技术实现要素:

为了解决上述技术问题,本发明目的是:提供了一种高能低爆温硝化棉的制备方法,本发明采用tzd与纤维素的接枝和硝化的方法,获得和火药其它主要组分相容的支化四唑硝化纤维素(tzdnc),应用tzdnc在保持火药能量的同时,明显降低火药的爆温、燃气平均摩尔质量、火药感度,延长武器使用寿命,提高火药密度,极大减小射击烟焰对环境的污染和射手的危害。

本发明的技术方案是:

一种高能低爆温硝化棉的制备方法,包括以下步骤:

s01:将偶氮二四唑二乙酸或n,n二四唑二乙酸或5,1'-联四唑-1-乙酸加入用n,n-二甲基乙酰胺溶解的微晶纤维素溶液;

s02:加入催化剂无水licl,在60℃~70℃下搅拌一定时间;

s03:加入一定量的硝酸,反应一定时间;

s04:将溶液调至中性,旋干得到固体,通过水洗和干燥得到偶氮二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素或n,n二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素或5,1'-联四唑-1-乙酸接枝的硝化纤维素。

优选的,所述步骤s01中偶氮二四唑二乙酸或n,n二四唑二乙酸或5,1'-联四唑-1-乙酸与微晶纤维素的物质的量比为1/4~1/3。

优选的,所述步骤s02中无水licl与微晶纤维素的物质的量比为0.9~1。

优选的,所述步骤s03中硝酸与微晶纤维素的物质的量比为2~2.2。

优选的,所述偶氮二四唑二乙酸由以下步骤制备:

s11:在0.15~0.18mol/l的naoh或koh溶液中加入五氨基四唑,所述naoh或koh与五氨基四唑物质的量的比为2.3~2.6,然后在70℃~80℃搅拌20~30min,然后缓慢加入kmno4,所述kmno4与五氨基四唑物质的量比为0.7~0.85,反应4-5小时,再加入与naoh或koh溶液等体积的乙醇,沸腾2~3min,趁热过滤,冷冻后过滤得黄色针状固体,干燥,得到偶氮二四唑二钠或偶氮二四唑二钾;

s12:将制得的偶氮二四唑二钠或偶氮二四唑二钾完全溶于甲醇,然后加入与偶氮二四唑二钠或偶氮二四唑二钾物质的量比为3~3.2的brch2cooc2h5,反应一定时间,加热至90~110℃回流,取出旋干得到的固体,用乙酸乙酯萃取,过滤,将滤液旋干后再加入少量甲醇,冷冻、静置、过滤得到的固体即为偶氮二四唑二乙酸乙酯;

s13:将偶氮二四唑二乙酸乙酯用0.2mol/l的naoh或koh溶液在70~80℃温度下搅拌滴定至ph=8~10保持一定时间ph值不变,再滴定溶液至ph=6~7,恒定一定时间,将所得溶液旋干即得到偶氮二四唑二乙酸。

优选的,所述n,n二四唑二乙酸由以下步骤制备:

s21:将二腈胺钠和叠氮化钠按照物质量的比为1:1在乙醇溶液中溶解,用hcl溶液调节ph=6-7,在50-70℃下反应一定时间后,旋干、水洗后干燥旋干得到n,n—二四唑胺;

s22:将制得的n,n—二四唑胺用乙醇溶解,在50-70℃下缓慢加入与n,n—二四唑胺物质的量比为1.8~2的kmno4,反应一定时间,升温至70-90℃保持3~5min,趁热过滤,将滤液冷冻后过滤得固体,干燥,得到n,n二四唑钾胺;

s23:将制得的n,n二四唑钾胺溶于甲醇,然后加入与n,n二四唑甲胺物质的量比为3~3.2的brch2cooc2h5,反应一定时间,加热至90~110℃回流,取出旋干得到的固体,用乙酸乙酯萃取,过滤,将滤液旋干后再加入少量甲醇,冷冻、静置、过滤得到的固体即为n,n二四唑二乙酸乙酯;

s24:将获得的n,n二四唑二乙酸乙酯用0.2mol/l的naoh或koh溶液在70~80℃温度下搅拌滴定至ph=8~10保持一定时间ph值不变,再滴定溶液至ph=6~7,恒定一定时间,将所得溶液旋干即得到n,n二四唑二乙酸。

优选的,所述5,1'-联四唑-1-乙酸由以下步骤制备:

将氨基四唑乙酸和叠氮化钠按照1:1的物质的量比加入至1:1的原甲酸三乙酯与乙酸的混合液中,在70-90℃下反应一定时间,旋干、水洗、过滤干燥得到5,1'-联四唑-1-乙酸。

与现有技术相比,本发明的优点是:

(1)可以解决火药高能量对应高烧蚀的传统矛盾问题

提高火药的能量水平与降低火药对武器发射身管的高温烧蚀在含能材料应用领域是一对传统矛盾。本发明通过高能低爆温物质引入火药组分,在兼顾火药能量的同时可降低火药对武器身管的烧蚀、减轻勤务处理的任务。

(2)通过化学接枝的方法消除高能低爆温四唑衍生物和ng、rdx等其他火药成分的相容性问题

通过化学接枝的方式将高能量密度低爆温分子碎片接枝于火药粘结剂硝化纤维素,不但可提高四唑衍生物与整个火药体系的相容性,同时可极大地消除组分之间的物理间隙,增加装药体系密度和空间稳定性。

(3)本发明可以更好的达到火药的环保、降焰、降感的目的

由于引入的四唑衍生物本身的结构和特性,可使火药更加钝感、安全性更高;火药燃烧产物更加环保,烟焰更少,既可提高射手的人身安全性又可降低发射阵地被敌方发现概率、提高自身生存的概率。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1:

1)、偶氮二四唑二钾的合成

将一定量的koh制成0.15~0.18mol/l的溶液,然后其中按照物质的量的比为koh:五氨基四唑=(2.3~2.6):1的比例加入五氨基四唑,然后在70℃~80℃搅拌20~30min,然后缓慢加入与五氨基四唑物质的量比为0.7~0.85的kmno4,反应4-5小时,再加入与koh溶液等体积的乙醇,沸腾2~3min,趁热过滤,得滤液,冷冻后过滤得黄色针状固体,干燥,得到偶氮二四唑二钾。

2)、偶氮二四唑二乙酸乙酯的合成

将所制得的偶氮二四唑二钾完全溶于甲醇,然后加入与偶氮二四唑二钾物质的量比为3~3.2的brch2cooc2h5,反应12小时,之后加热至90-110℃左右回流。取出旋干得到固体,用乙酸乙酯萃取,过滤,得滤液,旋干后再加入少量甲醇,冷冻,静置,过滤得固体即为偶氮二四唑二乙酸乙酯。

3)、偶氮二四唑二乙酸的制备

将第二步获得的偶氮二四唑二乙酸乙酯用0.2mol/l的koh或naoh溶液在70~80℃温度下进行搅拌滴定至ph=8~10保持40分钟ph值不变,之后再滴定至溶液至ph=6~7恒定30分钟,之后将所得溶液旋干得到固体,用蒸馏水水洗后再旋干得到偶氮二四唑二乙酸。

4)、偶氮二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素的制备

将上步制得的偶氮二四唑二乙酸以与微晶纤维素物质的量比为1/4~1/3的比例加入用n,n-二甲基乙酰胺溶解的微晶纤维素溶液,用无水licl以与微晶纤维素物质的量比为0.9~1的量加入其中,60~70℃保温搅拌24h后,然后加入与微晶纤维素物质的量比为2~2.2的hno3,反应6-7小时后,滴加koh至溶液中性,用旋干获得固体,然后再用蒸馏水水洗、干燥得到偶氮二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素。

实施例2:

1)、n,n—二四唑钾胺的合成

将二腈胺钠和叠氮化钠按照下式物质量的比1:1在乙醇溶液溶解,用hci溶液调节ph=6-7,在60℃下反应12小时旋干,水洗后干燥旋干得到n,n—二四唑胺。

然后将所制得的n,n—二四唑胺在乙醇溶解,在60℃下缓慢加入与n,n—二四唑胺物质的量比为1.8~2的kmno4,反应3-4小时,升温至80℃保持3~5min,趁热过滤,得滤液,冷冻后过滤得固体,干燥,得到n,n—二四唑钾胺。

2)、n,n二四唑二乙酸乙酯的合成

将所制得的n,n二四唑钾胺完全溶于甲醇,然后加入与n,n二四唑甲胺物质的量比为3~3.2的brch2cooc2h5,反应12小时,之后加热至100℃左右回流。取出旋干得到固体,用乙酸乙酯萃取,过滤,得滤液,旋干后再加入少量甲醇,冷冻,静置,过滤得固体即为n,n二四唑二乙酸乙酯。

3)、n,n二四唑二乙酸的制备

将第二步获得的n,n二四唑二乙酸乙酯用0.2mol/l的koh溶液在70~80℃温度下进行搅拌滴定至ph=8~10保持40分钟ph值不变,之后再滴定至溶液至ph=6~7恒定30分钟,之后将所得溶液旋干得到固体,用蒸馏水水洗后再旋干得到n,n二四唑二乙酸。

4)、n,n二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素的制备

将上步制得的n,n二四唑二乙酸以与微晶纤维素物质的量比为1/4~1/3的比例加入用n,n-二甲基乙酰胺溶解的微晶纤维素溶液,用无水licl以与微晶纤维素物质的量比为0.9~1的量加入其中,60~70℃保温搅拌24h后,然后加入与微晶纤维素物质的量比为2~2.2的hno3,反应6-7小时后,滴加koh至溶液中性,用旋干获得固体,然后再用蒸馏水水洗、干燥得到n,n二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素。

实施例3:

1)5,1'-联四唑-1-乙酸的合成:

将氨基四唑乙酸和叠氮化钠按照1:1的物质的量比在1:1的原甲酸三乙酯与乙酸的混合液中80℃反应12小时,旋干,水洗、过滤干燥得到5,1'-联四唑-1-乙酸。

2)、5,1'-联四唑-1-乙酸接枝的硝化纤维素的制备

将上步制得的5,1'-联四唑-1-乙酸与微晶纤维素物质的量比为1/4~1/3的比例加入用n,n-二甲基乙酰胺溶解的微晶纤维素溶液,用无水licl以与微晶纤维素物质的量比为0.9~1的量加入其中,60~70℃保温搅拌24h后,然后加入与微晶纤维素物质的量比为2~2.2的hno3,反应6-7小时后,滴加koh至溶液中性,用旋干获得固体,然后再用蒸馏水水洗、干燥得到5,1'-联四唑-1-乙酸接枝的硝化纤维素。

用本发明所制得的偶氮二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素或n,n二四唑二乙酸接枝的硝化纤维素或5,1'-联四唑-1-乙酸接枝的硝化纤维素可以代替现有的硝化棉,每种火药配方都由40%质量的不同硝化纤维素、30%质量的ng和30%质量的rdx组成,其能量示性数对比如表1:

表1:四唑支化硝化纤维素的能量示性数对比

注:0:现有硝化纤维素组成火药配方;1:偶氮二四唑二乙酸支化硝化纤维素组成的火药配方。

由表1可知,用本发明所制得的硝化纤维素代替现有的硝化棉,爆温降低了300k,火药力基本和现有发射药配方持平,体现了明显的“高能低爆温”性质;且比现有火药配方具有更高的密度。

因为具有这种“高能低爆温”性质,因而此种配方火药可降低火药对武器身管的烧蚀、减轻勤务处理的任务;具有更高的装药密度;具有更加钝感、更高的安全性;火药燃烧产物更加环保,烟焰更少,既可提高射手的人身安全性又可降低发射阵地被敌方发现概率、提高自身生存的概率。

应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

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