叠氮化纤维素衍生物的合成与性能研究

发布时间：2017-04-26 15:18

  本文关键词：叠氮化纤维素衍生物的合成与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文对新型纤维素基含能粘合剂的合成进行了探索与研究。以溶解性能较好的羟乙基纤维素(HEC)为原料,通过对甲苯磺酰化或氯化得到中间体,然后继续叠氮化以制备叠氮基纤维素衍生物。以硝化纤维素(NC)为原料,在常规加热条件下直接与叠氮化钠进行叠氮化反应,改变反应条件制得不同取代度的叠氮纤维素硝酸酯(ACN),同时对反应温度、时间、物料比等进行了优化,分析了各条件对产物取代度和产率的影响规律;另一方面改进工艺,采用微波辐射代替常规加热,探讨了微波辐射时间对ACN产率和取代度的影响。对一系列不同取代度的ACN进行了结构表征和性能测试。采用元素分析、傅立叶红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、X-射线衍射(XRD)等手段,研究了ACN的化学结构、火炸药性能等;通过TG、DSC、原位反应池/FT-IR研究ACN的热行为和热分解机理。结果表明:以HEC为原料,先对甲苯磺酰化后叠氮化,在反应过程中,产生了不可避免的交联,导致产物的溶解性能差;先卤化后叠氮化,所得产物仍残留卤素,难以除去,不利于进一步的应用;以含氮量为8.84%的NC为原料,在常规加热条件下,在二甲基亚砜溶液中对其进行叠氮化钠亲核取代,NaN3和硝酸酯基的摩尔比为1:1~6:1、反应温度55~95℃、反应时间12~60 h,其叠氮基取代度为0.13~0.70;在NaN3和硝酸酯基摩尔比为5:1、反应温度75℃条件下,微波辐射可将反应时间缩减为10 min,其叠氮基取代度为0.56。所制备的ACN在丙酮中溶解性很好,能量性能理论计算表明其最高爆热数值可达到5771J/g;XRD分析表明ACN呈现晶态与非晶态两相共存,与硝化纤维素相比,结晶度降低;GPC测试表明NC高分子链在叠氮化过程中发生了严重的降解;TG测试分析表明,ACN不是单一分解的过程,而是逐步裂解的过程;DSC测试分析表明,ACN比NC具有更大的能量潜力。
【关键词】：羟乙基纤维素 硝化纤维素 叠氮纤维素硝酸酯 结构表征 热性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ560.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 概述10-11
• 1.2 纤维素的基本性质11-13
• 1.3 羟乙基纤维素的基本性质13-14
• 1.4 硝化纤维素的基本性质14-16
• 1.5 纤维素基含能粘合剂的国内外研究动态16-19
• 1.6 本课题的研究内容19-20
• 1.7 本研究的创新之处20-21
• 第2章 叠氮化羟乙基纤维素的制备21-25
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 试剂与主要设备21-22
• 2.2.2 羟乙基纤维素的溶解22
• 2.2.3 羟乙基纤维素对甲苯磺酸酯的制备22
• 2.2.4 氯化羟乙基纤维素中间体的制备22
• 2.2.5 叠氮羟乙基纤维素的制备22-23
• 2.3 结果与讨论23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 叠氮纤维素硝酸酯的制备25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 实验部分25-27
• 3.2.1 实验原料25
• 3.2.2 主要设备25-26
• 3.2.3 硝化纤维素的叠氮化26
• 3.2.4 NC酯化度和ACN叠氮基取代度的计算26-27
• 3.3 结果与讨论27-33
• 3.3.1 叠氮纤维素硝酸酯的合成机理27
• 3.3.2 原料硝化纤维素品号的选择27-28
• 3.3.3 各反应条件对硝化纤维素叠氮化的影响程度分析28-30
• 3.3.4 反应时间对叠氮纤维素硝酸酯产率和取代度的影响30-31
• 3.3.5 反应温度对叠氮纤维素硝酸酯产量和取代度的影响31-32
• 3.3.6 叠氮化钠用量对叠氮纤维素硝酸酯产率和取代度的影响32-33
• 3.4 微波辐射合成叠氮纤维素硝酸酯33-35
• 3.4.1 微波辐射促进有机化学反应原理33-34
• 3.4.2 微波辐射时间对叠氮纤维素硝酸酯产率和取代度的影响34-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 叠氮纤维素硝酸酯的性能表征37-53
• 4.1 引言37
• 4.2 叠氮纤维素硝酸酯性能测试内容及理论计算37-39
• 4.2.1 实验样品37
• 4.2.2 测试内容、方法及计算37-39
• 4.3 结果与讨论39-51
• 4.3.1 红外分析39-40
• 4.3.2 叠氮纤维素硝酸酯分子量及其分布40-41
• 4.3.3 叠氮纤维素硝酸酯的结晶情况分析41-42
• 4.3.4 叠氮纤维素硝酸酯（ACN）的氧平衡与氧系数42-46
• 4.3.5 叠氮纤维素硝酸酯的能量性能理论计算46-51
• 4.3.6 叠氮纤维素硝酸酯的溶解性能51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 叠氮纤维素硝酸酯的热行为及热分解机理53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 实验部分53-54
• 5.2.1 实验样品53
• 5.2.2 实验及仪器条件53-54
• 5.3 结果与讨论54-61
• 5.3.1 ACN的TG分析54-55
• 5.3.2 ACN的DSC分析55-56
• 5.3.3 ACN热分解过程分析56-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表论文与研究成果清单69-70
• 致谢70

  本文关键词：叠氮化纤维素衍生物的合成与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：328716