基于ADN粗料纯化及结晶改性研究

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二硝酰胺铵(ADN)被认为是在未来军事武器和航天推进器中可以替代高氯酸铵的高能化合物之一,ADN具有高能量、高含氧量、不含卤元素、低特征信号等优势,与联氨相比具有更低的毒性。ADN基固体推进剂被引入到导弹和航天助推器系统中能够大幅度提升装备的运载能力,然而ADN吸湿性强的特点严重影响了其在固体推进剂中的应用,因此解决ADN的强吸湿性、提高样品纯度是至关重要的。本文主要采用几种提纯方法对ADN进行分离纯化,采用溶剂-非溶剂法对ADN进行重结晶,探究结晶条件对ADN晶体形貌的影响,最后引入海藻酸盐对ADN的改性问题进行了研究。具体来说,研究的内容主要涉及以下三个方面:(1)采用活性炭吸附法和有机溶剂结晶法对ADN进行提纯。系统地研究了活性炭吸附法中吸附柱的直径、活性炭的种类、溶液浓度等因素对样品纯度的影响。有机剂结晶法中溶剂的种类对ADN分离纯化的影响。结果表明,在有机溶剂法中使用乙酸乙酯和甲基异丁基酮能够得到纯度较高的ADN固体物质,其中选用乙酸乙酯作为有机溶剂具有操作简单、提纯效率高、价格低廉等优势。在活性炭吸附方面,获得了最优的实验工艺条件:初始浓度为0.05 g/ml的ADN溶液加入到装有100目活性炭的12 mm直径吸附柱中,经过提纯后,能够获得熔点为92.2℃的样品,该方法得到的产品纯度高,效率低。综合考虑,选用乙酸乙酯作为溶剂分离纯化ADN较为理想,最终获得的ADN晶体纯度能够达到97%以上。与活性炭吸附法相比,选用乙酸乙酯提纯ADN具有高效简单、产率高等优点。(2)为了进一步研究纯化后的ADN在溶剂条件下晶体的生长规律,采用溶剂-非溶剂法分别探究了反溶剂的种类、溶剂与反溶剂的比例、不同添加剂以及ADN溶液的浓度对晶体生长的影响。经过研究表明,ADN晶体的长径比减小,晶体表面光滑无棱角,形貌规则化,样品的吸湿性在一定程度上有所降低。(3)通过引入海藻酸铜构筑了具有高反应活性的多孔复合微球,ADN晶体被均匀地封装在海藻酸铜凝胶的基质中。在扫描电子显微镜下能够观察到表面和内部同样具有微孔的球结构。热分解性能表明海藻酸钠含量为4 wt.%的样品表现出高反应活性和热分解性能,分解温度被降低到151.7℃与原料ADN相比,而它的活化能从129.73k J/mol(ADN原料)降低到107.50 k J/mol。在感度方面,4 wt.%的样品摩擦感度降低了44%,撞击能量增加到35 J。本研究设计的ADN/CA多孔微球突出的反应活性和低感度,在改善固体推进剂能量和安全性方面具有潜在的应用前景。
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