新型含能粘结剂的合成研究

论文摘要

含能粘结剂可作为高聚物粘结炸药（PBX）的组成部分,对PBX的能量和安全性能有着较大的影响,在火炸药中有着重要的应用前景。本论文研究了聚缩水甘油醚硝酸酯（PGN）、聚双叠氮甲基氧杂环丁烷（PBAMO）和双叠氮甲基氧丁环-叠氮缩水甘油醚共聚物（BAMO-GAP）三种新型含能粘结剂的合成方法。以环氧氯丙烷和丙三醇分别为起始物,通过单体缩水甘油硝酸酯开环聚合得到了PGN。以三溴新戊醇为原料,通过3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷开环聚合获得了PBAMO。在PBAMO合成的基础上,以其为硬段,聚叠氮缩水甘油醚为软段,采用合理的共聚方法制备了BAMO-GAP。从起始物、溶剂和催化剂的选择、原料配比以及反应时间和温度等条件对合成路线进行了详细讨论。通过红外光谱和核磁谱图(1H NMR,13C NMR)表征了产物的分子结构,用凝胶渗透色谱测试了其分子量,使用X射线粉末衍射法（XRD）表征了聚集态结构,采用扫描电镜观测了热塑性弹性体BAMO-GAP的表面形貌。结果表明,三种含能聚合物均为线性结构,PBAMO和BAMO-GAP为部分结晶。BAMO-GAP的结晶度随着硬段部分PBAMO配比的增加而增大。其中,硬软段摩尔比为1:1和2:1的弹性体由于可塑性相对优良,更加适合实际应用。采用差示扫描量热分析、热重分析等方法对合成含能聚合物的热分解性能进行了研究。热重分析结果表明,PGN、PBAMO和BAMO-GAP分别在150℃、200℃和230℃以前较为稳定。由Kissinger方法得到的PGN和PBAMO的热分解表观活化能分别为182.0 kJ·mol-1和155.6kJ·mol-1,比RDX的(159.8 kJ·mol-1)分别高22.2 kJ·mol-1和低4.2 kJ·mol-1,表明二者具有较好的热稳定性。在10℃·min-1升温速率下,BAMO-GAP的热分解峰温随软段的摩尔比增大而降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 目录
• 第一章 概论
• 1.1 研究背景
• 1.2 含能粘结剂的研究现状
• 1.2.1 叠氮聚醚类
• 1.2.1.1 GAP粘结剂
• 1.2.1.2 PBAMO粘结剂
• 1.2.2 硝酸酯聚醚类
• 1.2.2.1 PNIMMO粘结剂
• 1.2.2.2 PGN粘结剂
• 1.2.3 聚磷氮烯类
• 1.2.3.1 概述
• 1.2.3.2 合成及其性能
• 1.2.4 含能热塑性弹性体
• 1.2.4.1 概述
• 1.2.4.2 含能热塑性弹性体的合成探索
• 1.2.4.3 含能热塑性弹性体的性能及应用
• 1.3 本论文研究的意义和内容
• 1.3.1 本论文研究的意义
• 1.3.2 本论文的研究内容
• 第二章 含能粘结剂PGN的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要试剂及仪器
• 2.1.2 PGN的合成方法一
• 2.1.2.1 以环氧氯丙烷为起始物合成GN
• 2.1.2.2 以GN合成PGN
• 2.1.3 PGN的合成方法二
• 2.1.3.1 以丙三醇为起始物合成GN
• 2.1.3.2 以GN合成PGN
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 红外表征
• 2.2.2 核磁表征
• 1H NMR结构表征'>2.2.2.1¹H NMR结构表征
• 13C NMR结构表征'>2.2.2.2¹³C NMR结构表征
• 2.2.3 实验条件对性能的影响
• 2.2.3.1 反应温度对聚合物的影响
• 2.2.3.2 起始物对聚合物的影响
• 2.3 小结
• 第三章 含能粘结剂PBAMO及热塑性弹性体BAMO-GAP的合成与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要试剂及仪器
• 3.1.2 PBAMO的合成
• 3.1.2.1 BBMO的合成方法
• 3.1.2.2 BAMO的合成方法
• 3.1.2.3 PBAMO的合成方法
• 3.1.3 BAMO-GAP的合成
• 3.1.3.1 BAMO-GAP的合成方法
• 3.1.3.2 硬段与软段的不同比例合成弹性体的实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 红外表征
• 3.2.2 核磁表征
• 3.2.2.1 PBAMO的结构表征
• 3.2.2.2 BAMO-GAP的结构表征
• 3.2.3 实验条件对聚合物分子量及分布的影响
• 3.2.3.1 催化剂对PBAMO分子量及分布的影响
• 3.2.3.2 溶剂对BAMO-GAP分子量及分布的影响
• 3.2.3.3 硬段与软段摩尔比对BAMO-GAP分子量及分布的影响
• 3.2.4 双叠氮甲基氧丁环-叠氮缩水甘油醚的结晶性能研究
• 3.2.4.1 结晶性能分析
• 3.2.4.2 双叠氮甲基氧丁环-叠氮缩水甘油醚的表面形貌分析
• 3.3 小结
• 第四章 含能粘结剂的热分解性能研究
• 4.1 PGN的热分解性能研究
• 4.1.1 GN与PGN的DSC实验
• 4.1.2 PGN热重实验
• 4.2 PBAMO的热分解性能研究
• 4.2.1 PBAMO的DSC实验
• 4.2.2 PBAMO的TG-DTA实验
• 4.3 含能热塑性弹性体BAMO-GAP的热分解性能研究
• 4.3.1 BAMO-GAP与PBAMO的热稳定性对比实验
• 4.3.2 硬段和软段不同摩尔比的BAMO-GAP热稳定性实验
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文