CN102219702B - 一种有机氧化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机氧化剂及其制备方法，属于烟火药技术领域。该有机氧化剂的分子结构式为
Description
技术领域
本发明涉及一种有机氧化剂及其制备方法，属于烟火药技术领域。
背景技术
在烟火药中，传统的氧化剂有硝酸盐、高氯酸盐和氯酸盐，以及比较少用的有机化氧化剂如硝酸胍和硝基胍、硝基高氯酸、铬酸盐、重铬酸盐等，除此之外还有一些碱土金属氧化物如SrO2，BaO2。氯酸钾因其分解温度低、感度高，尤其和硫配成烟火药时危险性大，以至于被世界各国禁用。硝酸盐和一些高氯酸盐则需要更高的温度才能使其分解，释放出原子氧。
为了实现绿色烟火，德国的T.M.Klapotke等人提出烟火药的发展应集中在富氮化合物上，与传统的含能材料相比，这类物质不需要从氧化骨架碳或燃料以此来获得能量。作为烟火药，这些高能高密度的材料起着潜在的推进剂，着色剂、氧化剂和燃料的作用，而且这些富氮材料有几个优点：仅有或大部分是气体产物(无烟燃烧)、高生成热、高效的推动力和高火焰温度。
绿色烟火应该首先避免高氯酸盐和一些重金属，在烟花中应用的化合物是应该是易得、便宜，且不吸水。高氮的含量对于烟和颗粒物质的减少是理想的，反应速率为了各自的目的应该是可调整的。但是通常高能材料是高感度成本高的唑类，叠氮类，硝基类等，也就限制它在烟火药的进一步推广应用。而高氯酸盐之所以受到限制，除了成本外，还因为它溶于水，对微生物和人类有毒性，确切的说是和一些物质发生了化学反应。当某种不溶于水并不发生反应时，那样的高氯酸化合物还是可以采用。
发明内容
本发明的目的是为了实现绿色烟火，解决当前一些烟火药氧化剂有毒性，污染环境，成本高，分解温度高不易点燃、安全稳定性小等不足，提出一种有机氧化剂及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，分子结构式如式(1)所示：
本发明的有机氧化剂的制备方法，以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾或氢氧化钠为催化剂，具体步骤为：
1)将十八烷基叔胺加入到盛有异丙醇和蒸馏水混合溶剂的反应器中，得到十八烷基叔胺的溶液，然后再加入催化剂，用氮气置换反应器中的空气后升温至45～55℃，然后通入一氯甲烷，在0.4～0.5MPa下反应2～4h；
2)将高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应结束后，冷却有晶体析出，过滤，洗涤，干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵。
上述步骤1)中异丙醇和蒸馏水的体积比为1∶1～3；十八烷基叔胺的浓度为0.04～0.1mol/L；
上述步骤1)和2)中十八烷基叔胺、一氯甲烷、催化剂和高氯酸钠的摩尔比为1∶1～2∶0.01～0.03∶1～3；
上述步骤2)中反应时间为10～20h。
有益效果
本发明制备的有机氧化剂吸湿性小，分解释放能量比高氯酸钾大，解决了含高氯酸钾的烟火药的易熄引问题，环境友好，安全可靠，成本低。
附图说明
图1为实施例1制备的有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵的FTIR谱图。
具体实施方式
实施例1
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有125ml异丙醇和125ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.1mmol氢氧化钾，用氮气置换反应器中的空气后升温至45℃，然后通入0.01mol一氯甲烷，在0.4MPa下反应4h；
2)将0.01mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应10h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
其FTIR谱图如图1所示。
实施例2
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钠为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有83ml异丙醇和167ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.3mmol氢氧化钠，用氮气置换反应器中的空气后升温至45℃，然后通入0.01mol一氯甲烷，在0.4MPa下反应4h；
2)将0.01mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应10h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
实施例3
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有62.5ml异丙醇和187.5ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.3mmol氢氧化钾，用氮气置换反应器中的空气后升温至55℃，然后通入0.02mol一氯甲烷，在0.5MPa下反应3h；
2)将0.02mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应15h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
实施例4
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有62.5ml异丙醇和187.5ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.3mmol氢氧化钾，用氮气置换反应器中的空气后升温至55℃，然后通入0.02mol一氯甲烷，在0.5MPa下反应2h；
2)将0.03mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应20h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
实施例5
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有25ml异丙醇和75ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.3mmol氢氧化钾，用氮气置换反应器中的空气后升温至55℃，然后通入0.02mol一氯甲烷，在0.5MPa下反应2h；
2)将0.03mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应20h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
实施例6
以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，具体步骤为：
1)将0.01mol十八烷基叔胺加入到盛有50ml异丙醇和150ml蒸馏水混合溶剂的反应器中，再加入0.3mmol氢氧化钾，用氮气置换反应器中的空气后升温至55℃，然后通入0.02mol一氯甲烷，在0.5MPa下反应2h；
2)将0.03mol高氯酸钠加入步骤1)的反应器中，并搅拌，反应20h后，冷却有晶体析出，过滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，在60℃的真空干燥箱中干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式为
Claims (1)
1.一种有机氧化剂的制备方法，该有机氧化剂为十八烷基三甲基高氯酸铵，其分子结构式如式（1）所示：
其特征在于：以十八烷基叔胺、一氯甲烷、高氯酸钠为原料，异丙醇和蒸馏水为溶剂，氢氧化钾或氢氧化钠为催化剂，具体步骤为：
1）将十八烷基叔胺加入到盛有异丙醇和蒸馏水混合溶剂的反应器中，得到十八烷基叔胺的溶液，然后再加入催化剂，用氮气置换反应器中的空气后升温至45～55℃，然后通入一氯甲烷，在0.4～0.5MPa下反应2～4h；
2）将高氯酸钠加入步骤1）的反应器中，并搅拌，反应结束后，冷却有晶体析出，过滤，洗涤，干燥，得到有机氧化剂十八烷基三甲基高氯酸铵；
上述步骤1）中异丙醇和蒸馏水的体积比为1:1～3；十八烷基叔胺的浓度为0.04～0.1mol/L；
上述步骤1）和2）中十八烷基叔胺、一氯甲烷、催化剂和高氯酸钠的摩尔比为1:1～2:0.01～0.03:1～3；
上述步骤2）中反应时间为10～20h。
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| Sergey T.Goga et al.Conductivity and Dissociation Constants of Quaternary Ammonium Perchlorates and Picrates in 4-Mehtyl-Pentan-2-one.《J.Chem.Eng.Data.》.2010,第55卷第1887-1892页. * |
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