[发明专利]一种降低二茂铁燃速催化剂迁移性的方法

说明书

本发明公开了一种降低二茂铁燃速催化剂迁移性的方法，将不同管径的碳纳米管加入混酸溶液中进行超声处理3～4h，随后加入去离子水多次洗涤，使洗涤液pH约等于7，将得到的氧化碳纳米管进行抽滤分离，所得固体粉末经干燥、研磨，即可得到两端开口的长度为0.2～2μm的氧化碳纳米管，最后将氧化碳纳米管加入二茂铁燃速催化剂中进行超声处理30～40h，用无水乙醚洗涤至乙醚溶液无色，将所得黑色沉淀真空干燥，得到内部填充有二茂铁燃速催化剂的氧化碳纳米管。本发明方法简单，极大程度改善了二茂铁燃速催化剂的易迁移问题，且燃烧催化效果好，易于放大制备。

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一种降低二茂铁燃速催化剂卡托辛迁移性的方法。

背景技术

固体推进剂是一种为导弹、火箭、太空飞行装置等提供动力的特殊含能材料，为了提高固体推进剂的能量释放，并且降低其特征信号及压力指数，可以添加一种通过物理或化学作用来调节推进剂燃速的催化剂，燃速催化剂的加入量一般为推进剂质量分数的1％～5％，作为推进剂中不可或缺的重要组份，近年来关于燃速催化剂的研究一直在不断进行。

二茂铁(Fc)及其衍生物是传统上用于提高推进剂燃速的催化剂，具有相容性好、流动性好、可燃性好、分布均匀等优点。由于二茂铁的特殊层状结构，早在1969年美国研究人员Sayles D.C等人(US 3447981,1969)就尝试将二茂铁类化合物用于复合推进剂配方中，发现他们消烟及抗爆性能良好。1981年美国政府发布了卡托辛(Catocene)的军用标准(MIL-C-55493(AS),6 October 1981)。同年，日本Asahi公司尝试将卡托辛用于CTPB推进剂，实验结果表明卡托辛增速率高达100％(Asahi Chemical IndustryCooperation.Lid.Japinese Kokai Tokkyo Koho,JP 81,155,092.1981.)，证实卡托辛是一种具有高催化活性的高效燃速催化剂。1987年，Kubota等人研究证实了卡托辛有降低端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂温度敏感系数的作用(Propellants,Explosives,Pyrotechnics 12,1987,183-187)。尽管已经证实了卡托辛可以作为固体推进剂的燃速催化剂，而且目前已发展成为一种成熟的技术，然而这种短链二茂铁基衍生物在固体推进剂贮存期间容易迁移到推进剂表面，在表面上形成棕色壳层。推进剂在燃烧过程中表面上的二茂铁基团会快速发生分解，引起燃烧面积增大、燃烧过程气体量增多、发动机内燃烧室内压迅速上升等问题，有可能导致火箭发动机燃烧室意外爆炸的危险。为了降低卡托辛这种二茂铁燃速催化剂的迁移性从而延长固体推进剂使用寿命，近年来科研工作者合成了很多小分子二茂铁燃速催化剂、树枝状二茂铁燃速催化剂、聚合物型二茂铁燃速催化剂、配合物型二茂铁燃速催化剂以及离子型二茂铁燃速催化剂等不同种类新型二茂铁衍生物作为燃速催化剂。在1993年，法国爆炸研究所制备了一种将二茂铁功能基团接枝在HTPB上的新型燃速催化剂Butacene(International Annual Conference of ICT,24^th,1993,13-1-13-11)，这种新型聚合物具有低迁移性和低挥发性。目前科研工作者们通过引入活性基团、引入极性原子、增大化合物分子量或是利用离子化合物本身不易挥发的特质等化学手段使这些新型二茂铁衍生物燃速催化剂的迁移问题得到明显改善。这些新型二茂铁衍生物的合成虽然有效的解决了易迁移的问题，但也存在着合成步骤繁琐、生产成本较高等问题，目前都不具备大量合成的条件。

碳纳米管被认为是一种具有良好催化性能的纳米材料，广泛应用于催化剂载体、吸附剂、化学传感器以及复合材料增强剂等领域。由于碳纳米管的尺寸效应以及管腔的束缚作用(碳纳米管的内腔直径为纳米单位，长度为微米单位)，因此将碳纳米管的内腔充当纳米反应器可以将填充物牢牢束缚在管腔内，直接有效的防止了填充物的浸出。近年来，关于碳纳米管的填充问题得到了各个领域的关注与研究。2006年，池钰等人将RDX高能炸药填充入碳纳米管中得到一种撞击感度较低的纳米复合含能材料(纳米复合含能材料的制备与性能表征[D].中国工程物理研究院,2006.)。目前将碳纳米管与催化剂相结合已成为制备一种新型催化材料的发展趋势。

发明内容