1,4,5,8-四羟基蒽醌镁化合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物，该化合物可作为固体推进剂的 燃烧催化剂。 技术背景
[0002] 燃气发生剂作为一种特殊的推进剂，其主要用于航天运载火箭、导弹滚动控制、姿 轨控发动机、伺服机构用涡轮栗启动的气体发生器或航空喷气飞机的紧急启动器。获得燃 烧温度较低、燃烧残渣率较小、燃气清洁无毒的燃气发生剂，已成为双基和改性双基推进剂 技术发展的一个重要方向。
[0003] 为实现低燃温、低燃烧残渣和燃气清洁，通常采用的有化学方法和物理方法。利用 无污染的负催化剂延缓组分分解速度、添加分解吸热的成分降低燃温、使用产气量相对较 大的成分以及从化学热力学出发控制配方的氧平衡以减少燃气残渣属化学方法；控制填料 的粒度、减小燃烧燃面、使用熔点较高的成分延缓分解速度属物理方法。
[0004] 传统的双基系燃气发生剂用燃烧催化剂在应用中存在一些问题，如A1203熔点较 低，燃烧时易与其他催化剂凝聚成大粒子，粘在燃气导管或涡扇上导致故障；含Zr、Bi的化 合物则太硬，容易打坏涡扇；铅化合物毒性较大，且其燃烧分解产生的PbO在发动机排气中 为白色或浅蓝色的烟不利于导弹的制导和隐身。将氧化镁加入双基系推进剂后，在实现燃 烧催化的同时又可起到声振不稳定燃烧抑制作用，此外，含MgO的双基系推进剂还具有燃 烧火焰温度低、燃气中固体颗粒含量低、燃气清洁无污染、在较宽的温度范围内有良好的力 学性能等优点，但用作催化剂的氧化镁不稳定、容易吸湿，储存过程中性能发生变化进而失 效，严重限制了该类推进剂的使用寿命。因此，亟需寻找一种本身不与水反应，长储安定性 好，但分解又可产生氧化镁的镁基燃烧催化剂，以满足新型固体推进发展的需要。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合 物及其制备方法。
[0006] 本发明的实现过程如下：
[0007] 结构式⑴所示的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物，
[0008]
[0009] 上述1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0010] (1)将可溶性镁盐溶于去离子水中配成溶液；
[0011] (2)将1，4, 5, 8-四羟基蒽醌用强碱溶解，控制溶液pH值在9~10,然后加入可溶 性镁盐溶液；
[0012] (3)在70°C~90°C反应2h~4h后冷却、静置；
[0013] (4)将沉淀洗涤、过滤、干燥得到1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物。
[0014] 所述的可溶性镁盐为硝酸镁、氯化镁或硫酸镁。
[0015] 所述的强碱为NaOH、K0H或甲醇钠。
[0016] 本发明优点与积极效果：本发明合成工艺简单，合成得到的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌 镁化合物作为燃烧催化剂时分解产生均匀的、新生态的氧化镁作为主要催化活性组分，同 时产生大量的碳物质作为辅助催化组分，可进一步提高催化效果。
【附图说明】
[0017] 图1是1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物固相分解产物的XRD图；
[0018] 图2是在双基推进剂中添加本发明1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁后的燃速-压力曲线；
[0019] 图3是在改性双基推进剂中添加本发明1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁后的燃速-压力 曲线。
【具体实施方式】
[0020] 实施例11，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备
[0021] (1)称取32. 88g的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌，分散于250mL去离子水中，用氢氧化钠 溶液调节溶液pH值为9 ;称取73. 7g三水合硝酸镁用100mL去离子水溶解配置成溶液，加 入到上述溶液中，搅拌混合均匀；
[0022] (2)在70°C恒温，搅拌反应2h，然后冷却、静置；
[0023] (3)将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得黑色1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁 化合物35. 2g，产率83. 3%。
[0024] 1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的表征
[0025] 1、红外光谱（KBr,cm3u: 3556, 1668, 1610, 1518, 1485, 1420, 1298, 1273, 1196, 11 62, 849, 748.
[0026] 2、有机元素分析
[0027] 分子式：C14H406Mg2 ? 2H20
[0028] 理论值（％ ):C47. 66,H2. 29.
[0029] 实测值（％ ):C47. 51，H2. 40.
[0030] 3、X射线荧光光谱分析
[0031] 金属的测量值为（％ ):Mg13. 09.
[0032] 金属的理论值为（％ ):Mg13. 78.
[0033] 上述结构鉴定数据证实得到物质是1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁二水合物。
[0034] 实施例21，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备
[0035] (1)称取2. 74g的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌，分散于10mL去离子水中，用氢氧化钠溶 液调节溶液pH值为9 ;称取3. 07g三水合硝酸镁用10mL去离子水溶解配置成溶液，加入到 上述溶液中，搅拌混合均匀；
[0036] (2)在70°C恒温，搅拌反应2h，然后冷却、静置；
[0037] (3)将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得黑色1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁 化合物2. 67g，产率75. 9%。
[0038] 1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的固相分解产物分析
[0039] 将1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁二水合物置于坩埚中与500°C煅烧1小时，得白色粉末。 X射线衍射表明（如图1所示），五个衍射峰36. 68, 42. 80, 62. 12, 74. 1和78. 26分别对应 于面心立方 MgO 的（111)，（200)，（220)，（311)和（222)晶面。
[0040] 1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的应用
[0041] 四羟基蒽醌结构中含有四个羟基和两个羰基，从1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物 结构分析可以看出，一分子的蒽醌母体能与两分子的镁反应，得到化合物中的镁含量较高， 有望能有效调节双基系固体推进剂的燃烧性能，以下通过将1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁添加 至双基/改性双基推进剂中测试其催化性能。
[0042] 实验中所采用双基推进剂样品的基础配方为：双基粘合剂（NC+NG)84%，邻苯二 甲酸二乙酯（DEP) 10 %，功能助剂6 %。药料按500g配料，催化剂为外加量，加入量为5. 6 %， 其中1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物为3% ;对照组空白推进剂样品不含催化剂。改性双基 推进剂样品的基础配方为：双基粘合剂（NC+NG) 72%，黑索今（RDX) 16%，功能助剂12%。药 料按500g配料，催化剂为外加量，加入量为6. 6%，其中1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物为 3% ;对照组空白推进剂样品不含催化剂。
[0043] 固体推进剂样品采用吸收-驱水-放熟-压伸-切成药条的常规无溶剂压伸成型 工艺制备。试样的燃速采用靶线法测得。将已处理过的〇5mmX150mm小药柱侧面用聚乙烯 醇溶液浸渍包覆6次并晾干，然后在充氮缓动式燃速仪中进行燃速测试。试验温度为20°C， 压强范围4MPa~14MPa。
[0044] 在图2~图3中，u为燃速，p为压力，a为双基空白配方，b是含1，4, 5, 8-四羟基 蒽醌镁的双基推进剂配方，c为改性双基空白配方，d是含1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁的改性双 基推进剂配方。从图中可以看出，加入3. 0%的实施例1制备得到的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌 镁，可在低压段明显降低双基推进剂燃速压强指数（n);该催化剂在4MPa~14MPa的催化 效率Z(Z= ryr。^。为空白配方的燃速，r。为含催化剂的推进剂燃速）分别为2. 97、2. 38、 2. 04、2. 00、1. 95、2. 06。在RDX-CMDB推进剂中加入3. 0%的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁后，也 可明显降低低压下的燃速压强指数，在4MPa~lOMPa压强范围内，燃速压强指数n= 0. 38， 达到实际应用的水平。
[0045] 可见，该催化剂在双基和改性双基推进剂中均表现出了一定的燃烧催化作用和降 低燃速压强指数的能力，说明该化合物是一种高效的燃烧催化剂。
【主权项】
1. 一种1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物，其特征在于结构式如（I)所示：2. 权利要求1所述1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 将可溶性镁盐溶于去离子水中配成溶液； (2) 将1，4, 5, 8-四羟基蒽醌用强碱溶解，控制溶液pH值在9~10,然后加入可溶性镁 盐溶液； (3) 在70°C~90°C反应2h~4h后冷却、静置； (4) 将沉淀洗涤、过滤、干燥得到1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物。3. 根据权利要求2所述的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备方法，其特征在于：所 述的可溶性镁盐为硝酸镁、氯化镁或硫酸镁。4. 根据权利要求2所述的1，4, 5, 8-四羟基蒽醌镁化合物的制备方法，其特征在于：所 述的强碱为NaOH、KOH或甲醇钠。
【专利摘要】本发明公开了一种1,4,5,8-四羟基蒽醌镁化合物，其结构式如(I)所示。本发明合成工艺简单，化合物在当燃烧催化剂使用时可分解产生均匀的、新生态的氧化镁作为主要催化活性组分，对双基系固体推进剂的燃烧具有一定的催化效果，能显著降低推进剂的燃速压强指数。
【IPC分类】C07C46/00, C07C50/34
【公开号】CN105111062
【申请号】CN201510512274
【发明人】李辉, 赵凤起, 安亭, 汪营磊, 曲文刚, 姜菡雨, 仪建华, 裴江峰
【申请人】西安近代化学研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月19日