[发明专利]二茂铁高氮离子化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料调节剂合成技术领域，具体涉及一种二茂铁高氮离子化合物及其制备方法。

背景技术

二茂铁及其衍生物，因其优异的燃烧调节功能，作为固体推进剂（尤其是复合推进剂）的最主要的燃速（燃烧）催化剂，已被广泛应用于战略、战术武器系统中，在各种弹道导弹（包括战区、短程、中程、洲际弹道导弹等）、机载战术导弹、反导高速动能导弹及海基水雷、鱼雷等武器中发挥着巨大的作用。

由于目前应用的二茂铁类燃烧调节剂易迁移、易挥发、低温结晶和不含能等问题尚未得到根本解决，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基础储备的经费支出。所以人们做了大量的研究工作以改进二茂铁及其衍生物易迁移、易挥发、低温结晶和不含能等问题。目前较常用的方法是在二茂铁化合物中引入环氧乙基、巯基、氮杂基等多种活性官能团，通过对这些化合物在固体推进剂中的测试发现它们能够部分解决迁移的问题，但都无法取得力学性能、工艺性能和燃烧性能的完美组合。另外袁耀锋等人发表的《化学推进剂与高分子材料》第8卷第6期34～37页(2010年）中记载了“含氮杂环多核茂铁类燃烧调节剂的设计与合成”，把多氮杂环和多核二茂铁类化合物组合成一个分子，希望提高它们的燃烧催化效果。此外，内蒙古大学边占喜等人在《内蒙古大学学报（自然科学版）》第40卷第1期56～59页（2009年1月）的“相转移催化合成二二茂铁丁基二硫醚”和李保国等人在《应用化学》第25卷第3期286～289页（2008年3月）“二烷基双二茂铁甲氧基乙胺的合成”中也涉及了合成多个全新的双核二茂铁衍生物。

虽然上述的方法在一定程度上取得了较好的效果，但是发明人在进一步试验研发过程中发现现有的这些方法所制得的二茂铁衍生物存在催化效果不理想，在推进剂中易迁移、易挥发，而且合成过程比较复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的二茂铁衍生物所存在的不足，本发明提供了一种燃烧催化性能高、热稳定性好的二茂铁高氮离子化合物。

同时，本发明提供了一种工艺简单、成本较低的二茂铁高氮离子化合物的制备方法。

本发明解决上述的技术问题所采用的技术方案是：用结构式

表示材料的组成以及结构，式（Ⅰ）中：X为C或N；R为C_mH_2m+1，m为1～16；Y^－为N₃^-或[N(NO₂)_n（CN）_2-n]^－，n为0～2，或[C(NO₂)_n(CN)_3-n]^-，n为0～3，或高氮杂环负离子或多硝基酚负离子或双四氮唑类负离子。

上述高氮杂环为咪唑、吡唑、三氮唑、四氮唑中任意一种或任意一种的多硝基衍生物，多硝基衍生物中的取代基为-NH₂、-NO₂、-N₃、-NHNO₂中任意一个或至少两个。

上述多硝基酚为单酚、间二酚、间三酚中任意一种的多硝基衍生物，多硝基衍生物中的取代基为-NH₂、-NO₂、-N₃、-NHNO₂中任意一个或至少两个。

上述的双四氮唑类负离子的结构式为：

或

式中A为-N=N-或-NH-。

本发明还提供了一种上述二茂铁高氮离子化合物的制备方法，其由以下步骤实现：

步骤1）将结构式为：

X为C或N；

R为C_mH_2m+1，m为1～16；的化合物和Y盐以摩尔比为1：1.2~1.5的比例混合，溶解于浓度为24.70mol/L的无水甲醇中，盛放在圆底烧瓶中，避光，室温搅拌24小时，40～45℃蒸馏除去甲醇，在真空干燥箱中40℃烘4小时，冷却至室温；

步骤2）向圆底烧瓶中滴加浓度为15.66mol/L的二氯甲烷常温搅拌30分钟，抽滤，滤液在40℃下蒸馏去除二氯甲烷，真空干燥箱中30℃烘4小时，得二茂铁高氮离子化合物；