中性聚合物键合剂设计与合成

论文摘要

80年代初出现的硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂,充分发挥了硝酸酯增塑剂的能量特性、聚醚聚氨酯型粘合剂低温力学性能好的特长,又采用大量的奥克托金（HMX）等固体组分,因而成为具有优异的能量特性和低温力学性能的一类推进剂,代表着当前高能固体火箭推进剂的发展方向。然而此类推进剂易出现“脱湿”现象,使推进剂力学性能达不到要求。Kim C S发明的中性聚合物键合剂（NPBA）能明显改善推进剂力学性能。但随着NEPE推进剂不断发展,Kim提出的键合剂设计合成方法略显不足。本研究旨在对NPBA设计方法进行改进,探索环保安全的水分散聚合法合成NPBA,并对其界面粘结性能进行预估。通过对Kim设计思想的分析,发现其把溶有NPBA的固体推进剂的混胶溶液处理为高分子浓溶液,并采用Hildebrand溶度参数概念来计算溶液混合焓变,从而推导得NPBA溶解度参数判据。但NPBA只占预混药浆体积的0.1%～1. 0%,浓度处在稀溶液区间内,采用高分子稀溶液理论处理问题,更为合适的。在此引入高分子稀溶液理论和溶解度参数极性分数的概念,提出了新的NPBA溶解度参数判据。该判据把NPBA溶解度参数,分子量,用量与相分离临界温度直接联系在了一起,并合理的解释了Kim所提出的经验值的物理意义。对NPBA进行了水分散聚合研究,以丙烯腈（AN）,丙烯酸-β-羟乙酯（HEA）为共聚单体,合成了组成及分子量可控的NPBA,并考察了各因素对聚合反应的影响。用乌氏粘度计测定了产物粘均分子量,乙酰化法滴定产物羟基含量,元素分析仪分析了产物组成,并用IR对共聚物特征结构进行了表征。研究表明,最佳反应条件为:AN、HEA、聚乙烯醇、β-巯基乙醇、过硫酸钾、水的投料量为8g、2g、0.1g、0.847 g、0.45g、100g,温度60℃,时间2 h。产率为82.0%,粘均相对分子量为5200,其羟基含量为2.08mmol﹒g-1。通过测量NPBA与参比液的接触角,计算其表面张力和极性分数,对NPBA和HMX界面粘结性能进行了预估,并考察了NPBA极性分数与羟基含量的对应关系。研究表明:NPBA与HMX间有较大的粘附功为90.0mN.m-1左右,且随极性分数递增,但增幅很小;NPBA极性分数随羟基含量递增。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 固体推进剂概述
• 1.1.1 固体推进剂的发展历程
• 1.1.2 固体推进剂的力学性能
• 1.1.3 固体推进剂用键合剂作用机理
• 1.2 中性聚合物键合剂
• 1.2.1 NPBA 设计理论基础
• 1.2.2 NPBA 分子设计步骤
• 1.2.3 NPBA 丙酮溶液聚合
• 1.3 水分散聚合
• 1.3.1 分散聚合反应的成核机理
• 1.3.2 分散聚合动力学
• 1.3.3 反应参数对微球粒径及分散性的影响[31]
• 1.4 固体推进剂界面表征
• 1.4.1 表面（界面）自由能测定
• 1.4.2 力学强度法
• 1.4.3 显微镜法
• 1.4.4 酸碱法
• 1.5 本论文的设想及主要研究工作
• 第2章 中性聚合物键合剂分子设计
• 2.1 对键合剂设计理论的分析
• 2.2 对NPBA 设计理论的改进
• 2.2.1 高分子稀溶液理论的引用
• 2.2.2 关于Hildebrand 溶解度参数概念的修正[41]
• 2.2.3 新的溶解度参数的判据
• 2.3 小结
• 第3章 中性聚合物键合剂水分散聚合研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 分析测试方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 水分散聚合机理与反应历程
• 3.2.2 单体配比对共聚物组成的影响
• 3.2.3 反应温度对聚合反应的影响
• 3.2.4 β-ME 的加入量对共聚物粘均相对分子量的影响
• 3.2.5 KPS 的加入量对聚合反应的影响
• 3.2.6 分散剂的选用和加入量对聚合反应的影响
• 3.2.7 红外光谱研究
• 3.3 小结
• 第4章 NPBA 和HMX 界面粘结预估
• 4.1 界面粘结预估原理
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要实验试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文
• 致谢