專利名稱：一種石蠟預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石蠟的預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
固液混合發(fā)動(dòng)機(jī)具有可調(diào)、安全、價(jià)廉、兼有固體火箭的高推重比和液體火箭的高比沖等優(yōu)點(diǎn)。目前，固液混合發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展主要難點(diǎn)有兩個(gè)方面其一是燃燒效率不高；其二是燃料的退移速率低。燃燒效率可以通過增加后燃燒室等措施來提高到可接受的水平。傳統(tǒng)固體燃料的低退移速度一直是困擾工程界的難題。因此，提高燃速成為混合發(fā)動(dòng)機(jī)研制的關(guān)鍵。近年來，國(guó)外興起用石蠟部分替代HTPB的含石蠟燃料，其密度和HTPB燃料相當(dāng)， 燃燒退移速率是HTPB燃料的3 4倍，是一種理想固液混合發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。但是石蠟的力學(xué)性能較差，延展性低，透明度大，且和HTPB相容性較差，因此要對(duì)石蠟進(jìn)行預(yù)處理，改變其物理和化學(xué)性質(zhì)，以滿足燃料的性能要求。目前，國(guó)內(nèi)尚無有關(guān)含石蠟燃料的制取過程及工藝技術(shù)的研究；國(guó)外對(duì)于含石蠟燃料的研究開始于2000年左右，燃料制取過程中的各種具體處理方法還都處于保密階段， 如斯坦福大學(xué)成功配制出了 SP-Ia石蠟基推進(jìn)劑，并實(shí)驗(yàn)得出了 SP-Ia的高退移速率。國(guó)內(nèi)有關(guān)石蠟預(yù)處理的工藝主要是關(guān)注改善石蠟的延展性、柔韌性及其乳化性能等方面，并沒有解決石蠟與HTPB相容性的處理技術(shù)。例如2001年，武漢工業(yè)學(xué)院生物與化學(xué)工程系的李云雁對(duì)固體石蠟改性進(jìn)行了研究，石蠟經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)改性之后，制得了兩類改性石蠟產(chǎn)品，它們有較好的延展性和柔韌性，乳化性能也大為提高，可作為某些價(jià)格較高的天然動(dòng)植物蠟的代用品；2003年，沈陽化工學(xué)院耿秀娟等人進(jìn)行了石蠟熔融接枝苯乙烯的研究，考察石蠟與苯乙烯的不同比例對(duì)接枝率和產(chǎn)物的熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)的影響；2006年，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院張海明等人用正交設(shè)計(jì)法研究MAH (馬來酸酐)接枝石蠟的最佳工藝條件，用以提高石蠟的乳化效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種石蠟預(yù)處理的方法，可以制備能與 HTPB更好相容的改性石蠟，由此改性石蠟制得的含石蠟燃料具有較高的燃燒退移速率，是一種理想固液混合發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟(1)按照石蠟(帶有-COOH的酸性石蠟)HTPB (端羥基聚丁二烯)的質(zhì)量比為 1 1、1.5 1、2 1,2. 5 1或3 1的比例稱取石蠟和HTPB ；按照石蠟與HTPB總質(zhì)量的稱取引發(fā)劑過氧化苯甲酰(BPO)；按照丙酮與過氧化苯甲酰(BPO)的質(zhì)量比5 1稱取丙酮；(2)將石蠟與HTPB混合后，開始按照5°C /min的速率升溫；(3)當(dāng)溫度達(dá)到60°C時(shí)，開始攪拌石蠟與HTPB，并繼續(xù)按照5°C /min的速率升溫；
(4)當(dāng)溫度達(dá)到90°C時(shí)，加入用丙酮溶解過的過氧化苯甲酰(ΒΡ0)，并繼續(xù)按照 5°C /min的速率升溫；(5)升溫至140°C后維持反應(yīng)時(shí)間5 7小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。步驟(1)所述的石蠟和HTPB的質(zhì)量比優(yōu)選為2 1。步驟(5)所述的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為6小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明解決了石蠟與HTPB不好相容的難題，制得了質(zhì)地均勻的改性石蠟，是以后含石蠟燃料制取的基礎(chǔ)。本發(fā)明是在引發(fā)劑BPO的作用下引發(fā)HTPB 使其適度聚合，并與部分石蠟分子形成物理交聯(lián)，把石蠟分子包覆其中，形成一種半互穿網(wǎng)絡(luò)，這種半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特有的強(qiáng)迫互容作用，能使兩種差異很大或具有不同功能的物質(zhì)形成穩(wěn)定的結(jié)合體，使其在性能上具有協(xié)同作用，形成半互穿網(wǎng)絡(luò)是本發(fā)明的一個(gè)重要環(huán)節(jié)；另一部份石蠟與HTPB上的-OH發(fā)生酯化反應(yīng)。經(jīng)過以上兩個(gè)過程實(shí)現(xiàn)石蠟與HTPB的相容。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所需的原料與設(shè)備包括酸性石蠟，HTPB，過氧化苯甲酰(BPO)，丙酮等。DT電子天平JJ-I型定時(shí)電動(dòng)攪拌機(jī)；HH-S型數(shù)顯恒溫油浴鍋；500ml三口瓶等。實(shí)例1，包括以下步驟(1)分別稱取石蠟 100g, HTPB 50g, BPO 1. 5g，丙酮 7. 5g。(2)將石蠟與HTPB混合后，開始按照5°C /min的速率升溫；(3)當(dāng)溫度達(dá)到60°C時(shí)，開始攪拌石蠟與HTPB，并繼續(xù)按照5°C /min的速率升溫；(4)當(dāng)溫度達(dá)到90°C時(shí)，加入用丙酮溶解過的過氧化苯甲酰(BPO)，并繼續(xù)按照 5°C /min的速率升溫；(5)升溫至140°C后維持反應(yīng)時(shí)間5小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。制得的改性石蠟為淺黃色固體，質(zhì)地稍硬，粘度較大，沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象。用這種改性石蠟按配比HTPB 石蠟MA合金AP C粉其他=8 60 10 8 10 4 制取的含石蠟燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為2. 14mm/s ；按配比HTPB MA合金AP C 粉其他=63.8 10 8 10 8. 2制取的HTPB燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為 0. 87mm/s。實(shí)例2，包括以下步驟(1)分別稱取石蠟 100g, HTPB 100g, BPO 2. Og,丙酮 10. Ogo實(shí)驗(yàn)步驟O) (5)同實(shí)例1。制得的改性石蠟為深黃色膠體，質(zhì)地很軟，粘度很大，整塊較軟，沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象。用這種改性石蠟按配比HTPB 石蠟MA合金AP C粉其他= 8 60 10 8 10 4制取的含石蠟燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為1.83mm/S實(shí)例3，包括以下步驟(1)分別稱取石蠟 150g, HTPB 50g, BPO 2. 0，丙酮 10. Ogo實(shí)驗(yàn)步驟O) (5)同實(shí)例1。
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制得的改性石蠟為白色固體，質(zhì)地硬，粘度較小，稍有分層現(xiàn)象。用這種改性石蠟按配比HTPB 石蠟MA合金AP C粉其他=8 60 10 8 10 4制取的含石蠟燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為1.90mm/s實(shí)例4，包括以下步驟(1)分別稱取石蠟 100g, HTPB 50g, BPO 1. 5g，丙酮 7. 5g。實(shí)驗(yàn)步驟(2)- )同實(shí)例1，(5)升溫至140°C后維持反應(yīng)時(shí)間7小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。制得的改性石蠟為較稀的狀態(tài)。用這種改性石蠟按配比HTPB 石蠟MA合金AP C粉其他=8 60 10 8 10 4制取的含石蠟燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為1. 98mm/s。實(shí)例5，包括以下步驟(1)分別稱取石蠟 100g, HTPB 50g, BPO 1. 5g，丙酮 7. 5g。實(shí)驗(yàn)步驟(2)- )同實(shí)例1，(5)升溫至140°C后維持反應(yīng)時(shí)間6小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。制得的改性石蠟為均勻、較粘稠的固態(tài)物質(zhì)。用這種改性石蠟按配比HTPB 石蠟MA合金AP C粉其他=8 60 10 8 10 4制取的含石蠟燃料，在大氣中測(cè)定的退移速率為2. 38mm/s。綜合實(shí)例1-5，比較實(shí)例1、實(shí)例2、實(shí)例3得到，石蠟和HTPB的質(zhì)量比可優(yōu)選為 2 1 ；比較實(shí)例1、實(shí)例4、實(shí)例5得到，升溫完成后，繼續(xù)維持的反應(yīng)時(shí)間可優(yōu)選為6小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種石蠟預(yù)處理方法，其特征在于包括下述步驟(1)按照石蠟端羥基聚丁二烯HTPB的質(zhì)量比為1 1、1.5 1、2 1,2.5 1或 3 1的比例稱取石蠟和HTPB ；按照石蠟與HTPB總質(zhì)量的1 %稱取引發(fā)劑過氧化苯甲酰 BPO ；按照丙酮與過氧化苯甲酰BPO的質(zhì)量比5 1稱取丙酮；(2)將石蠟與HTPB混合后，開始按照5°C/min的速率升溫；(3)當(dāng)溫度達(dá)到60°C時(shí)，開始攪拌石蠟與HTPB，并繼續(xù)按照5°C/min的速率升溫；(4)當(dāng)溫度達(dá)到90°C時(shí)，加入用丙酮溶解過的過氧化苯甲酰ΒΡ0，并繼續(xù)按照5°C/min 的速率升溫；(5)升溫至140°C后維持反應(yīng)時(shí)間5 7小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石蠟預(yù)處理方法，其特征在于所述的石蠟為帶有-COOH的酸性石蠟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石蠟預(yù)處理方法，其特征在于步驟(1)所述的石蠟和HTPB 的質(zhì)量比優(yōu)選為2 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石蠟預(yù)處理方法，其特征在于步驟(5)所述的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石蠟預(yù)處理方法，按照石蠟HTPB的質(zhì)量比為1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1或3∶1的比例稱取石蠟和HTPB；按照石蠟與HTPB總質(zhì)量的1％稱取引發(fā)劑過氧化苯甲酰BPO；按照丙酮與過氧化苯甲酰BPO的質(zhì)量比5∶1稱取丙酮；將石蠟與HTPB混合后，開始按照5℃/min的速率升溫；當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，開始攪拌石蠟與HTPB，并繼續(xù)按照5℃/min的速率升溫；當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，加入用丙酮溶解過的過氧化苯甲酰BPO，并繼續(xù)按照5℃/min的速率升溫；升溫至140℃后維持反應(yīng)時(shí)間5～7小時(shí)，停止反應(yīng)，獲得產(chǎn)物。本發(fā)明制得了質(zhì)地均勻的改性石蠟，是含石蠟燃料制取的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C10L1/02GK102212395SQ20111007287
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者劉迎吉, 吳素麗, 胡松啟 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)