[发明专利]双核二茂铁高氮含能离子化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一类双核二茂铁高氮含能离子化合物及其制备方法。

背景技术

双核二茂铁类燃速催化剂由于含铁量高、燃速催化效果优良、沸点高、热稳定性好、不易挥发、在固体推进剂中不易迁移等优点，逐渐取代了单核二茂铁类燃速催化剂。然而，双核二茂铁类燃速催化剂虽具有优良的综合性能，但其易氧化、不含能、低温结晶、合成工艺复杂，严重影响了我国各类导弹推进剂装药的贮存寿命、使用可靠性及环境适应性，也无形中大幅度增大了国防科研的经费支出。所以科研工作者做了大量的研究工作试图研制出力学性能更好、工艺性能更简和燃烧性能更高的双核二茂铁类燃速催化剂，常用的方法是在双核二茂铁化合物中引入烷基、羟基、酰基、氨基以及含氮杂环等基团。

美国研究员最早将烷基引入二茂铁分子中得到了2,2-双（乙基二茂铁）-丙烷（Catocene），Catocene是目前商品化的二茂铁类燃烧调节剂，室温下为液体，蒸汽压低，铁含量高，能较大地提高推进剂的综合性能。但Catocene也存在易迁移、易氧化、推进剂使用寿命短的问题。另外，1989年吴艳钟等人也合成了双-(甲基二茂铁基)-甲烷、2，2-双-（甲基二茂铁基）-丙烷和2,2-双（甲基二茂铁基）-丁烷，2004年边占喜等人成功合成了2,2-双-（单烷基二茂铁基）-丙烷和2,2-双（烷基二茂铁基）-丙烷2个系列化合物。Norris和Nielsen等人将羟基引入双核二茂铁基中成功研制了4,4-双-（二茂铁基）-1-戊醇和4,4-双-（二茂铁基庚烷）两种化合物，它们可交联在复合固体推进剂中，从而降低催化剂的迁移性。近年来，众多科研人员又将杂原子化合物引入双核二茂铁基中，2008年，李保国等人发表在《应用化学》第25卷第3期286～289页（2008）中报道合成了全新的二烷基双二茂铁甲氧基乙胺化合物。2010年，袁耀锋等发表在《化学推进剂与高分子材料》第8卷第6期34～37页(2010年）一文中报道成功合成了含氮杂环多核二茂铁类燃烧调节剂。以上众多科研探索所合成的一系列全新双核二茂铁衍生物虽然力学性能得到改善，但仍存在加入量相同情况下催化活性提高不明显甚至降低且合成工艺复杂的问题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有二茂铁衍生物类固体推进剂存在的缺点，提供一种在自然条件下不易挥发，热稳定性好，自身具有较高的生成热和燃烧热，且催化性能可调控的双核二茂铁高氮含能离子化合物。

本发明所要解决的另一个技术问题在于为上述双核二茂铁高氮含能离子化合物提供一种操作简单、成本较低的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该化合物的结构式如下

式中n为2～10的整数，为NO₃^-、N₃^-、硝基酚类负离子、多氰基负离子或双四氮唑负离子。

上述的硝基酚类负离子的结构式如下

式中X、Y、Z各自独立的代表NO₂、NH₂或COOH，且X、Y、Z中至少有一个为NO₂。

上述的多氰基负离子为

上述的双四氮唑负离子为或式中A为-N=N-或-NH-。

本发明双核二茂铁高氮含能离子化合物的制备方法为：将化合物A完全溶解于甲醇中，将盐溶解于蒸馏水中，然后将盐的水溶液滴加到化合物A的甲醇溶液中，化合物A与盐的摩尔比为1:1.5～2或1:2.5～3.5，甲醇与蒸馏水的体积比为1:1～1.5，在惰性气体保护下，室温搅拌反应1～2小时，抽滤，将滤饼依次用蒸馏水、甲醇淋洗，真空干燥，得到双核二茂铁高氮含能离子化合物。

上述的化合物A与盐的摩尔比为1:2.5～3.5，盐为含NO₃^-或N₃^-的银盐、钠盐、钾盐中的任意一种，或者含硝基酚类负离子的钠盐或钾盐，或者带一个单位负电荷的多氰基的钠盐或吡啶盐。

上述的化合物A与盐的摩尔比为1:1.5～2.5，盐为带两个单位负电荷的多氰基的钠盐或吡啶盐，或者含双四氮唑负离子的钠盐或钾盐。

上述化合物A的结构式如下所示

式中n为2～10的整数。