富勒烯衣康酸金属盐衍生物及其制备方法和用途

摘要

本发明公开了富勒烯衣康酸金属盐及其制备方法和用途。它是以富勒烯C

说明书

技术领域

 本发明属于化合物人工合成技术领域，具体涉及富勒烯衣康酸金属盐及其制备技术。该富勒烯衣康酸金属盐可作为燃烧催化剂应用于固体火箭推进剂中。

背景技术

从当前固体推进剂的应用状况来看，未来固体火箭推进剂的主要发展目标是：在高性能、高可靠性的基础上进一步降低成本，减少对环境的污染，开发和研制高能推进剂、低特征信号推进剂、钝感推进剂和能量可变、污染少的推进剂。2l世纪战术导弹发动机的第一个要求是低特征信号，第二要求是装药符合钝感弹药 (IM) 要求，即对火箭发动机提出“钝感”的新概念和新要求，发动机的钝感一方面要求发展新的壳体制造技术，另一方面就是要研制钝感的固体火箭推进剂(IP)。

改性双基推进剂是一类比较常用的固体推进剂，采用了双基黏合剂—硝化纤维素（NC）与硝化甘油（NG）。由于NG很敏感而且能量大，在加工处理时危险程度高，因此，用新的钝感硝酸酯增塑剂取代较敏感的NG。例如，法国火炸药公司研制的SD1178就是利用三羟甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）取代NG，从而降低了推进剂的撞击感度和摩擦感度。但NC/TMETN体系燃速较低，燃烧性能极难调节，目前常用的燃烧催化剂对该类推进剂燃烧性能的调节效果不理想，因此迫切需要开发新的燃烧催化剂。

固体推进剂在燃烧的过程中有稳态燃烧和不稳定燃烧之分，而对稳态燃烧的性能调节和对不稳定燃烧的抑制一直都是推进剂研制人员长期以来的重要研究课题之一。碳在燃烧催化剂中具有独特而微妙的作用。富勒烯是碳的同素异形体，是由60个碳原子通过大π键体系构成的对称足球状分子，具有独特的物理化学性质，因此将一些对双基推进剂燃烧催化有效的金属盐引入到富勒烯球上，形成富勒烯羧酸金属盐，将可能兼具富勒烯和金属盐的燃烧催化效果，为钝感改性双基推进剂提供一种综合性能优异的新型燃烧催化剂。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种兼具金属盐和炭黑的催化性能的物质，将其用作火箭推进剂的催化剂或助剂，提高火箭推进剂的燃烧性能；

本发明的目的之二，是提供一种上述物质的制备方法。

本发明的技术方案是：

富勒烯衣康酸金属盐衍生物，该衍生物的结构如下式

式中：M为Pb、Cu、Bi之一；

x≤120；

y≤30;

z≤x×y。

所述富勒烯衣康酸金属盐衍生物用作固体火箭推进剂的催化剂或助剂。

以富勒烯C₆₀和衣康酸为原料，在有机溶剂中，通过引发剂引发，使自由基聚合反应，得到富勒烯衣康酸共聚物，该富勒烯衣康酸共聚物再与金属硝酸盐在水溶剂中反应，制得富勒烯衣康酸金属盐。

所述富勒烯与衣康酸的摩尔比为1:10～1:500，金属硝酸盐与富勒烯衣康酸衍生物的摩尔质量比为1000:1～3000:1，溶剂质量为反应物质量和的10～1000倍。

该方法包括步骤：

首先将富勒烯、衣康酸、引发剂和有机溶剂投入到反应器中，控温至0℃～100℃，搅拌反应0.5～5 d，反应完毕后进行纯化处理，即：先用石油醚沉降出共聚物，然后除去低聚物、反应剩余的单体和引发剂，然后再用甲苯和丙酮沉降，抽滤得到的固体即为富勒烯衣康酸共聚物；称取一定量的富勒烯衣康酸共聚物溶于适量蒸馏水中，用无机酸、无机碱调节pH值为5～8，控温至0℃～90℃，在搅拌条件下加入金属硝酸盐的水溶液，搅拌反应0.5～48 h，有固体析出，分离，水洗3～4遍，干燥后所得固体即为富勒烯衣康酸金属盐。

所述金属硝酸盐是硝酸铅、硝酸铜、硝酸铋之一。

所述无机酸是硝酸、硫酸、盐酸之一；所述无机碱是氢氧化钠、氢氧化钾之一。

所述有机溶剂是苯、甲苯、二甲苯、氯苯、邻二氯苯、丙酮、乙醇、石油醚、环己烷、1,4-二氧六环之一。

本发明的有益效果：

富勒烯是碳的同素异形体，是由60个碳原子通过大π键体系构成的特别稳定的对称足球状分子，具有独特的物理化学性质，因此将一些对双基推进剂燃烧催化有效的金属盐引入到富勒烯球上，形成富勒烯衣康酸金属盐，兼具金属盐和炭黑的催化性能，为钝感改性双基推进剂提供一种综合性能优异的新型燃烧催化剂或助剂，在固体火箭推进剂燃烧催化剂领域具有良好的发展潜力和市场前景。

本发明产品制备方式简单方便，分离提纯容易，产率高，适合工业化生产。

附图说明

图1是富勒烯衣康酸铅盐的红外光谱图

图2是富勒烯衣康酸铜盐的红外光谱图

具体实施方式

下面给出实施例拟对发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明的保护范围。

实施例1：

富勒烯衣康酸铅盐的制备方法：

称取360 mg的C₆₀、10g衣康酸和2g BPO于250ml三口烧瓶中，加入150ml二氧六环，75 ℃搅拌2 d，至烧瓶底部无C₆₀存在，停止反应，用1500ml石油醚沉降共聚物，然后再加入少量甲苯洗涤，检测富勒烯是否反应完全，丙酮溶解共聚物并用甲苯再沉降几次。将共聚物溶于蒸馏水中得棕色水溶液1，称取一定量的硝酸铅溶于蒸馏水中得无色透明溶液2。用稀HNO₃、NaOH溶液调节水溶液1的PH在5-6的范围，剧烈搅拌下加入透明溶液2，有大量土黄色沉淀产生。静置一段时间，继续往上层清液滴加透明溶液2至无明显沉淀产生，此时清液为淡黄色。抽滤，洗涤多次后，50℃真空干燥72h。原子吸收测试铅含量位46.6%。所得富勒烯衣康酸铅盐的红外光谱见图1。

实施例2：

富勒烯衣康酸铜盐的制备方法：

称取360 mg的C₆₀、10g衣康酸和2g BPO于250ml三口烧瓶中，加入150ml二氧六环，75 ℃搅拌2 d，至烧瓶底部无C₆₀存在，停止反应，用1500ml石油醚沉降共聚物，然后再加入少量甲苯洗涤，检测富勒烯是否反应完全，丙酮溶解共聚物并用甲苯再沉降几次。将共聚物溶于蒸馏水中得棕色水溶液1，称取一定量的硝酸铜溶于蒸馏水中得蓝色透明溶液2。稀HNO₃、NaOH溶液调节 PH在6-7之间，加入透明溶液2后水溶液1中出现墨绿色沉淀。静置，滴加硝酸铜溶液无明显沉淀产生，此时上清液为绿色。抽滤、洗涤至滤液为淡黄色，50℃下真空干燥72h。原子吸收测得产物中铜含量为42.8%，所得富勒烯衣康酸铜盐的红外光谱见图2。