CN110972532B - 一种含能消焰剂1,1’-二羟基-3,3’-二硝基-5,5’-联-1,2,4-三唑双钾盐 - Google Patents

一种含能消焰剂1,1’-二羟基-3,3’-二硝基-5,5’-联-1,2,4-三唑双钾盐 Download PDF

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毕福强
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Abstract

本发明公开了一种含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物，其具有如下结构：

Description

一种含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐
技术领域
本发明涉及一种含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐，属于含能材料技术领域。
技术背景
火箭发动机燃气的“二次燃烧”是指固体火箭发动机燃气经喷管排出后，其可燃组分(氢气和一氧化碳等)与空气中的氧气混合重新燃烧，同时羽流发射出明亮的可见光辐射和红外辐射能的现象。二次燃烧严重影响到导弹武器发射平台的生存能力、制导系统的精确制导能力和战略导弹的突防能力。对于机载平台的空对空、空对地导弹，明亮的二次燃烧火焰会导致飞行员瞬间致盲，大量消耗氧气还会导致发动机熄火等问题的发生。因此，发动机燃气的二次燃烧是低特征信号推进剂研制中要解决的关键技术之一。抑制二次燃烧的技术途径主要有以下几个方面：降低燃气的温度，减少燃气中可燃物的含量，抑制或中断燃烧的链式反应。通常，采用在推进剂中添加各种化学消焰剂的方法来实现对燃气二次燃烧的抑制，其中，钾盐是抑制燃气二次燃烧的常用消焰剂。钾盐在高温分解后，钾离子与可燃气体作用，阻止其与空气中的氧气接触，即阻止了氢气和一氧化碳氧化的链式反应。目前，常用的钾盐消焰剂多为硫酸钾、硝酸钾、六氟铝钾、草酸钾、邻苯二甲酸钾和硬脂酸钾等非含能消焰剂，可有效抑制火箭发动机的二次燃烧，但是，这些非含能钾盐的使用，特别是1％-2％的添加量会使推进剂的能量有较为明显地降低。《Potassium 1，1’-Dinitramino-5，5’-bistetrazolate：A PrimaryExplosive with Fast Detonation and High Initiation Power》，Angew.Chem.Int.Ed.2014，53，8172-8175公开了一种制备1，1’-二硝氨基-5，5’-联四唑二钾盐的结构和制备方法。其结构如下所示：
Figure BBM2020011700940000011
但该化合物的分解温度仅为200℃，热稳定性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足和缺陷，提供一种热稳定性好、分解温度高的1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物。
本发明的1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物的合成路线：
Figure BBM2020011700940000021
以3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑为原料，用硫酸氢钾复合盐氧化直接得到1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物。
本发明的含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐，具有如下结构：
Figure BBM2020011700940000022
本发明的含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐的制备方法，包括以下步骤：25℃下，将3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑、乙酸钾、水混合，搅拌均匀，升温至45℃，然后于2h内分份加入过硫酸氢钾复合盐，期间用乙酸钾调节溶液pH 4-5之间。在此温度下反应72h，反应完毕，过滤、干燥得到1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐。
本发明的优点
本发明的1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物热稳定性较好，其DSC分解温度为371.5℃，而对比文件的1，1’-二硝氨基-5，5’-联四唑二钾盐的分解温度为200℃。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，主要用于理解本发明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
25℃下，将3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑(5.0g，19mmol)、乙酸钾(25.0g，0.25mol)、水125mL混合，搅拌均匀，升温至45℃，然后于2h内分份加入过硫酸氢钾复合盐(83.0g，0.27mol)，期间用50mL乙酸钾(38.0g，0.38mol)调节溶液pH 4-5之间。在此温度下反应72h，过滤，滤饼中加入450mL水，加热至完全溶解，热过滤，待滤液冷却有大量橘黄色固体析出，过滤烘干即可制得1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐3.1g，收率48.6％。
上述实施例制备的1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐经结构鉴定如下：
元素分析：
分子式：C4N8O6K2
理论值：C 14.37，N 33.53；
实测值：C 14.56，N 32.98。
1H NMR(500MHz，DMSO-d6，δ)：无H；
13C NMR(125MHz，DMSO-d6，δ)：150.754，133.346；
红外(KBr，cm-1)：3492，3331，1644，1529，1465，1389，1363，1302，1175，1028，837，750，683，649。
证实按上述制备方法得到的物质是1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐。
本发明化合物的热分解温度
采用差示扫描量热(DSC)法，在0.1Mpa、动态氮气气氛、升温速率为5℃/min条件下，对1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐的热分解行为进行了研究，结果显示：本发明化合物分解温度为371.5℃，具有较好的热稳定性。

Claims (1)

1.一种含能消焰剂1，1’-二羟基-3，3’-二硝基-5，5’-联-1，2，4-三唑双钾盐化合物，其结构式如下式所示：
Figure FBM2020011700930000011
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