CN103641852B - 1,4,5,8‑四羟基蒽醌铅化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了结构式（I）所示的1,4,5,8‑四羟基蒽醌铅化合物，其对双基系或改性双基系固体推进剂具有优良的催化效果，能显著提高固体推进剂的燃速，降低压力指数。
Description
技术领域
本发明涉及一种1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物，该化合物可作为固体推进剂的燃烧催化剂。
技术背景
在改善双基推进剂或改性双基推进剂配方燃烧性能方面，当前常用的方法是通过加入一些化合物作为燃烧催化剂，不仅能提高推进剂燃速和降低压力指数，还可产生“平台燃烧”或“麦撒燃烧”等燃烧特性，来调节固体推进剂的燃烧性能。因此，燃烧催化剂是双基系固体推进剂配方中不可或缺的组分，对推进剂的燃烧性能起着关键的调节作用。目前，双基系推进剂大多采用添加一定量的铅、铜和炭黑等组成的复合催化剂的方法，添加量一般为质量分数的1%-5%。
目前雷索酸铅、水杨酸铅、硬脂酸铅等是固体推进剂中常用的燃烧催化剂，然而随着导弹技术的不断发展，目前的燃烧催化剂已不能满足新型固体推进发展的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物；
本发明的另一目的是提供上述1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的合成方法；
本发明还有一个目的是提供上述1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物作为燃烧催化剂的应用，该化合物在双基/改性双基系推进剂中能够很好的调节燃烧性能。
本发明的实现过程如下：
结构式（I）所示的1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物，
。
上述1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的制备方法，包括以下步骤，
（1）将可溶性铅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，然后加入可溶性铅盐溶液；
（3）在70℃～90℃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铅化合物。
所述的可溶性铅盐为硝酸铅或醋酸铅。
所述的强碱为NaOH、KOH或甲醇钠。
本发明1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物作为燃烧催化剂对双基系或改性双基系固体推进剂具有优良的催化效果，能显著提高固体推进剂的燃速，降低压力指数。
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铅化合物作为燃烧催化剂时分解产生均匀的、新生态的铅及其氧化物作为主要催化活性组分，产生大量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
图1 含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅双基推进剂的燃速-压力曲线；
图2 含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅双基推进剂的催化效率-压力曲线；
图3 含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅改性双基推进剂的燃速-压力曲线；
图4 含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅改性双基推进剂的催化效率-压力曲线。
具体实施方式
实施例1 1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的制备
（1）称取7.5g（0.025mol）的1,4,5,8-四羟基蒽醌，分散于200mL去离子水中，用4g（0.1mol）氢氧化钠充分溶解成澄清溶液，调节溶液pH值为9；称取4.14g（0.0125mol）硝酸铅用50mL去离子水溶解配置成溶液，加入到1,4,5,8-四羟基蒽醌溶液中，搅拌混合均匀；
（2）在70℃恒温，搅拌反应2h，然后冷却、静置；
（3）将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得红色1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物16.8g，产率97.4%。
1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的表征
1、热重分析
该化合物在104℃～111℃，有失重现象，且质量损失为2.8%，经计算为失去一个结晶水，说明该化合物含有一个结晶水。
2、元素分析
各元素的测量值为（%）：C 23.98, H 0.861，而含有一个结晶水的目标化合物中各元素理论计算含量为（%）：C 24.00, H 0.857，而不含结晶水的化合物中各元素理论计算含量为（%）：C 24.63, H 0.587。所测的C和H的含量更接近于含一个结晶水的化合物。
3、X射线荧光光谱分析
X射线荧光光谱分析金属的测量值为（%）：Pb 59.21, 而目标化合物中金属含量的理论计算含量为（%）：Pb 60.7, 说明目标化合物的分子式与C14H4O6Pb2·H2O一致。
4、红外分析
在原料1,4,5,8-四羟基蒽醌红外光谱中，C=O的峰出现在1608cm-1,蒽醌环上的-OH峰出现在3386 cm-1, 2964 cm-1, 而在目标化合物1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的红外光谱中可以看出，由于-OH形成了化合物，因此，C=O的峰向低波数移动，出现在1561 cm-1，而代表蒽醌环上的-OH峰出现在3386 cm-1, 2964 cm-1均消失，在3443 cm-1出现一宽峰，为目标化合物中的结晶水峰。
综上所述，推测其结构式如（I）所示，
。
实施例2 1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的制备
（1）称取7.5g（0.025mol）的1,4,5,8-四羟基蒽醌，分散于200mL去离子水中，用5.6g（0.1mol）氢氧化钾充分溶解成澄清溶液，调节溶液pH值为9,；称取4.14g（0.0125mol）硝酸铅用50mL去离子水溶解配置成溶液，加入到1,4,5,8-四羟基蒽醌溶液中，搅拌混合均匀；
（2）在80℃恒温，搅拌反应3h，然后冷却、静置；
（3）将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得红色1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物15.4g，产率89.27%。
实施例3 1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的制备
（1）称取7.5g（0.025mol）的1,4,5,8-四羟基蒽醌，分散于200mL去离子水中，用4g（0.1mol）氢氧化钠充分溶解成澄清溶液，调节溶液pH值为9,；称取4.06g（0.0125mol）醋酸铅用50mL去离子水溶解配置成溶液，加入到1,4,5,8-四羟基蒽醌溶液中，搅拌混合均匀；
（2）在80℃恒温，搅拌反应4h，然后冷却、静置；
（3）将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得红色1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物14.9g，产率86.38%。
实施例4 1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物应用
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铅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铅反应，得到的化合物中铅含量较高，有望能够有效地调节双基/改性双基推进剂的燃烧性能，以下通过将1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物添加至双基/改性双基推进剂中测试其催化性能。
（1）1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物对双基系推进剂燃烧性能的影响
实验中所采用双基推进剂样品的基础配方为：硝化棉 (NC) 59%，硝化甘油（NG）30%，功能助剂11%。
采用改性双基推进剂样品的基础配方为：双基粘合剂66%，黑索今（RDX）26%，吉纳5%，其他助剂3%，药量按500g配料。
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。药量按500g配料，催化剂外加，加入量2.5%，对照空白推进剂样品不加催化剂。
燃速测定所用设备为燃速仪，采用靶线法测试样品燃速，将已处理过的5mm×15mm小药柱侧面用聚乙烯醇溶液包覆6次并晾干，然后在燃速仪中测试燃速，实验温度为20℃，压力范围2MPa～20MPa。
在图1～图4中，u为燃速，P为压力，n为压力指数，ηr为催化效率（它是指相同压力下含催化剂的推进剂燃速与空白推进剂燃速之比），a为双基空白配方，b是含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅的双基推进剂配方，c为改性双基空白配方，d是含1,4,5,8-四羟基蒽醌铅的改性双基推进剂配方。从图中可以看出，在双基推进剂中，加入3.0%的1,4,5,8-四羟基蒽醌铅可明显提高双基推进剂的燃速，使燃速呈倍数提高，在2MPa～14MPa压力范围内，催化效率均在1.5以上，特别是在2MPa～8MPa压力范围内，催化效率达到2.0以上。且在中高压段可明显降低压力指数，在8MPa～20MPa压力范围内，燃速压力指数n=0.08，呈现平台燃烧，特别是在10MPa～18MPa压力范围内，燃速压力指数n=-0.06，呈现“麦撒”燃烧。在RDX-CMDB推进剂中加入3.0%的1,4,5,8-四羟基蒽醌铅，也能使RDX-CMDB推进剂燃速呈倍数提高，在2MPa～10MPa压力范围内，催化效率均在1.5以上，其中在2MPa～6MPa压力范围内，催化效率达到2.0以上，特别是在2MPa压力时，能使其催化效率达到3以上。且在中高压段可明显降低压力指数，在8MPa～18MPa压力范围内，燃速压力指数n=0.23，呈现平台燃烧。
可见，该催化剂在双基推进剂和改性双基推进剂中均显示了强烈的催化燃烧作用和显著降低压力指数的能力，说明该化合物是一种高效宽平台燃烧催化剂。
Claims (1)
1.结构式（I）所示的1,4,5,8-四羟基蒽醌铅化合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
，
（1）将硝酸铅或醋酸铅溶于去离子水中配成硝酸铅或醋酸铅溶液；
（2）将1,4,5,8-四羟基蒽醌用NaOH、KOH或甲醇钠溶解，控制溶液pH值在9～10，然后加入硝酸铅或醋酸铅溶液；
（3）在70℃～90℃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铅化合物。
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