论文部分内容阅读
二氟氨基类含能粘合剂由于其能量较高,已逐渐成为固体推进剂和高分子粘结炸药中含能粘合剂的发展方向之一。其中,新戊基结构的二氟氨基类含能粘合剂由于具备稳定结构,发展前景较好,但此类粘合剂还存在诸如单体合成路线不完善、玻璃化转变温度偏高、种类偏少、性能单一等问题。因此,本文围绕3-二氟氨甲基-3-甲基氧杂环丁烷(DFAMO)合成路线的设计与优化、DFAMO均聚物(PDFAMO)的合成与性能、二氟氨基类含能粘合剂种类的延拓及玻璃化转变温度的降低这四个方面开展研究,主要工作如下:基于DFAMO新戊基碳的结构特征,对其合成路线进行了设计,得到了以三羟甲基乙烷为原料,经过溴代酯化、碱性关环、高压胺化、酰胺保护、低温氟化的五步合成法,总收率为43%。将3-溴甲基-3-甲基氧杂环丁烷铵盐作为反应中间体,在不影响收率的前提下,实现了合成工艺的简化和反应效率的提高。基于阳离子溶液聚合,以三氟化硼乙醚(TFBE)/1,4-丁二醇(BDO)为催化体系,1,2-二氯乙烷(DCE)为溶剂,实现了 PDFAMO的合成。重点研究了催化剂用量和反应温度对聚合反应的影响,结果表明,降低催化剂用量及聚合反应温度,能够降低多分散性,有利于实现可控聚合。通过热重/差式扫描量热联用(TG/DSC)研究了 PDFAMO的热分解行为及动力学,并结合热分解残渣傅里叶变换红外(FTIR)的结果探讨了热分解机理。结果表明,PDFAMO的热分解主要分为两个阶段,首先是HF的两步不完全解离,活化能在110~120kJ·mol-1,随后是单氟亚氨基及聚合物主链的分解。采用DSC法研究了 PDFAMO与火炸药中典型含能及惰性材料的化学相容性,结果表明,化学相容性的研究结果与本文提出的热分解机理相辅相承,HF的解离是PDFAMO分解的第一步,当接触材料具有能够活化二氟氨基基团旁的α-H或直接提供活性H的官能团时,即能促进HF的解离,进而加速PDFAMO的分解。基于阳离子溶液聚合,将叠氮基和硝酸酯基引入二氟氨基含能粘合剂中,能够增加二氟氨基类含能粘合剂种类及性能的多样性。选取3,3-偕叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)、3-叠氮甲基-3-甲基氧杂环丁烷(AMMO)及3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷(NIMMO)分别与DFAMO进行共聚,以TFBE/多元醇为催化体系,DCE为溶剂,得到了 DFAMO/BAMO 共聚物(PDB)、DFAMO/AMMO 共聚物(PDA)及DFAMO/NIMMO共聚物(PDN)。共聚物Tg的实验结果表明,PDB、PDA及PDN的Tg均受BAMO、AMMO及NIMMO链段的影响,向高温偏移,共聚物的Tg从小到大排序为PDA<PDB<PDN。共聚物热稳定性的结果表明,在PDB中,BAMO链段的引入使DFAMO链段的分解温度大幅提前,直接导致PDB的热稳定性变差;但在PDA和PDN中DFAMO和AMMO、NIMMO链段的热分解相互影响较小,热稳定性较好,共聚物的热稳定性从高到低排序为PDA>PDN>PDB。基于阳离子本体聚合,选取四氢呋喃(THF)为柔性链段,将其与BDFAO和DFAMO共聚,能够进一步降低二氟氨基类含能粘合剂的Tg。以TFBE/多元醇为催化体系,实现了 BDFAO/THF共聚物(PBT)、DFAMO/THF共聚物(PDT)和BDFAO/THF/DFAMO多聚物(PBDT)的合成。结果表明,相对于BDFAO和DFAMO的均聚物,PBT和PDT的Tg分别下降了 170.78℃和10℃,达到-40.0℃和-50.8℃。同时,PBDT的达到了-38.8℃,改性效果明显。通过TG/DSC研究了这三种共聚物的热分解行为及其动力学,并结合热分解残渣的FTIR结果探讨了此类粘合剂的热分解机理,结果表明,这三种共聚物的热分解均存在两个热失重阶段,第一个阶段主要是HF的两步不完全解离,活化能在95-110kJ·mol-1;第二个阶段是单氟亚氨基及聚合物主链的热分解,所得结论与PDFAMO的热分解机理相互印证。