为满足高能高固含量火炸药配方的发展需求,适应日趋复杂的战场环境,延长弹药的生命周期并提高使用和储存过程的安全性,对于火炸药低温力学性能的要求更加严苛。二缩三乙二醇二硝酸酯 (TEGDN)作为常用硝酸酯类含能增塑剂,具有感度低、玻璃化温度低、对硝化棉的增塑性好、抗迁移能力强等优点,替代或部分替代硝化甘油应用于钝感推进剂或发射药中,能够很好地增强低温力学性能和安全性。目前,对于 TEGDN 的制备,多采用釜式间歇合成工艺,该工艺存在在线量大、效率低、三废排放量大、能耗及运行成本高等问题,因此,急需开发新的合成工艺。 微通道反应技术是利用结构上的微尺度特征来强化反应过程的传质、传热,降低持液量,从而提高反应速度,增加反应物料利用率,减小反应在线量,缩短反应停留时间并提高反应过程的安全性,非常适用于高危险性液体型硝酸酯类材料的合成反应过程。目前,微通道反应技术在民用化工如农药、医药等领域应用得较为成熟,但在火炸药相关产品或材料领域仍处于发展中。因此,本文设计组装微通道反应器装置,并以二缩三乙二醇、硝酸和硫酸为原料,通过微通道反应器合成了TEGDN,表征了结构,优化了反应条件,以期掌握具有工业化前景和实用价值的硝酸酯安全、高效合成技术
结 论
(1) 以 TEG、硝酸、硫酸为原料,利用微通道反应器进行 TEGDN 的合成并获得样品,通过红外光谱、核磁共振等测试手段确定结构;表明微通道反应技术可以实现TEGDN 等硝酸酯安全、高效合成。
(2) 经工艺优化获得微通道反应器合成二缩三乙二醇二硝酸酯的最佳工艺条件:水浴温度 25 ℃,硝 酸、硫酸与二缩三乙二醇摩尔比 1:0.67:0.3,平均停留时间 16.3 s,该条件下产品收率为 94.5%,纯度为 99.2%。
(3) 通过与传统合成工艺对比后发现,微通道反应合成工艺能够减少硝酸的用量,缩短反应停留时间,减少反应物料在线量,提高反应收率,对于硝酸酯合成过程降低三废排放、节约成本、提高效率及安全性等具有指导意义。