火药用高分子消焰剂的制备研究

摘要

火炮射击时发射药会产生二次火焰，通常使用小分子钾盐消焰剂消除二次火焰。传统使用的小分子钾盐消焰剂在配入火药时以晶体分散其内，在贮存中极易吸潮，且会发生分子迁移。由于小分子钾盐消焰剂越来越明显的弊端，所以本课题研究合成可均匀分散于火药中、吸湿率较低、且具有抗迁移性的高分子消焰剂，具有重要意义。
　　对二次火焰有消焰作用的主要是K+，还有其它一些含N基团。所以在合成高分子消焰剂时要保证聚合物中含尽量多的消焰基团。本研究主要合成了两类高分子消焰剂，①含钾型消焰剂：聚丙烯酸钾、聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)；②富氮型消焰剂：聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)。聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)和聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)是含有消焰元素的两种未见国内文献报道的新型聚合物，其中聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)在有较高钾含量的同时还含有消焰基团N。
　　通过在烯酸类单体羧基上引入K+，经自由基聚合反应合成了聚丙烯酸钾，采用正交实验方法得到了合成分子量适中、含钾量较高、吸湿率较低的聚丙烯酸钾的较佳工艺条件，并与同样采用正交实验研究合成的聚甲基丙烯酸钾做了性能对比。合成聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)时选择甘氨酸为反应物，丙烯酰氯和甘氨酸在浓 KOH溶液中反应生成N-丙烯酰基-甘氨酸钾，再用过硫酸钾引发聚合，通过实验研究得出聚合物含钾较高、吸湿率较低时丙烯酰氯与甘氨酸的摩尔比为1:1.2。聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)的合成同样用到丙烯酰氯，氯原子与5-氨基四唑上的氨基反应，在分子中引入氨基四唑环，再用过硫酸钾引发聚合，因引入氨基四唑环使该聚合物具有了溶于有机溶剂的性能。
　　用红外光谱表征了所合成聚合物的结构。选择四苯硼酸钠和苯扎溴铵间接滴定法测定了聚丙烯酸钾、聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)的钾含量。测定了聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)在选定溶剂中的溶解度。用乌氏粘度计测定了四种聚合物的特性粘度，通过特性粘度大小比较聚合物分子量大小，研究了聚合条件对聚合物分子量大小的影响。利用氯化钠和醋酸钾两种饱和盐溶液湿度场测定了聚合物放置一定时间的吸湿率。
　　所合成的聚丙烯酸钾、聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)中K含量都较高，几乎接近理论值。聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)中含有含氮量高、易于分解的氨基四唑环，分解时会产生大量不燃性气体N2，三者都具备了用做消焰剂的基本性能。

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1绪论

1.1 二次火焰（二次燃烧）的产生

1.2 二次火焰的抑制

1.3 消焰剂的发展

1.4 本课题的目的和意义

2 实验原理与方法

2. 1 本研究主要构想

2.2 主要研究内容

2.3 实验及性能测定方法

2.4 化学试剂、设备与仪器

3 聚丙烯酸钾和聚甲基丙烯酸钾的合成

3.1 实验原理

3.2 合成聚甲基丙烯酸钾和聚丙烯酸钾

3.3 正交实验设计

3.4 结果与讨论

3.5 验证实验

3.6 本章小结

4 聚(N-丙烯酰基-甘氨酸钾)合成

4.1 本课题的研究方案

4.2 实验原理

4.3 实验步骤

4.4 实验现象分析

4.5 实验结果与讨论

4.6 本章小结

5 聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)合成

5.1 研究思路

5.2 聚(N-丙烯酰基-氨基四唑)的合成原理

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结 论

附录 正交实验合成聚合物的特性粘度测定数据

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢