硝酸肼水合肼双元体系凝胶化研究

发布日期:2015-06-09 17:31:07
硝酸肼-水合肼双元体系是一种液体混合炸药,该 液体混合炸药具有良好的爆炸性能,并具有制造工艺 简单、原料来源广泛等特点,已受到人们广泛的关注, 并不断地得以发展[1]。
由于硝酸肼-水合肼双元体系作为流动态液体直 接应用时有很多不利之处,将其增稠凝胶化后有很多 好处,例如:改善与壳体材料的相容性,改善自身的物 理安定性,便于装药,有利于在体系中添加各种固体高 能粒子[1]等。但由于以往其主要作为工程爆破药直 接使用,该体系的凝胶化研究一直未见详细报道。
本文研究了硝酸肼-水合肼双元体系的凝胶化问 题,选择适宜的凝胶剂,并通过测定凝胶样品的粘度、 吸水率及其热失重特性,确定了较好的凝胶剂品种及 其适宜的加入量。
2实验部分
2.1原料与试剂
硝酸肼:实验室自制;水合肼:分析纯,天津市化学 试剂一厂,含量!80% ;聚丙烯酰胺(HPAM)江西省九农 科化工有限公司,相对分子量! = 1.80 X10  ;羧甲基纤维 素钠(CMCNa):泸州北方化学工业有限公司,工业品;瓜 尔胶:北京矿冶研究总院,工业品,粘度为5000 mPa • s。 2.2仪器
DV-! +型旋转粘度计,美国BROOKFIELD公司 生产,S92型转子,转速均为10 RPM; Thermal Analyst
2000热重分析仪。
2.2实验方法 2.3.1凝胶剂的选择
根据文献[2,3 ]介绍,从备选的凝胶剂中选择了醋 酸纤维素、硝化纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙 烯醇、瓜尔胶、田菁胶、糊精、明胶、纳米级铝粉、二氧化 硅微粉、HPAM、CMCNa等13种凝胶剂,溶入到硝酸肼- 水合肼液体双元体系中进行了定性试验研究,观察样品 的外观可以得出:可使其凝胶的凝胶剂有HPAM、CMC- Na和瓜尔胶三种。其中,HPAM得到的凝胶产品透明 度高,体相均匀,具有一定强度;瓜尔胶制备得到的凝 胶样品内含气泡稍多,且有结块现象;CMCNa制备得到 的凝胶样品颜色偏黄,内含少量结块,体相不均匀。 2.3.2粘度的测定
采用物理交联的方法,直接将一定量的凝胶剂溶入 硝酸肼-水合肼液体双元体系中,完全溶解形成具有 弱流动性的软凝胶体,用旋转粘度计测定样品的粘度。 2.3.3吸水率的测定
取一定量的凝胶样品,置于烧杯中称其总重,然后 将凝胶样品浸泡于一定温度的水中,浸泡24 h后测其 重量,通过减量法即可得出样品的吸水率。
3结果与讨论
3.1 粘度研究
从理论上讲,凝胶剂在液体中的加入量应是在能 凝胶的前提下越少越好,以较小的凝胶剂用量达到必 要的凝胶效果,少量高效[4],也即希望加入较少量的 凝胶剂就可获得具有较大粘度的凝胶样品。以硝酸肼 与水合肼配比为60: 40、5: 35、0: 30的三个体系 为研究对象,采用HPAM、瓜尔胶、CMCNa三种凝胶 剂,进行凝胶化处理,对不同凝胶剂制备得到的凝胶样 品分别在室温(15 C )下测定其粘度,结果见表1。 
表1不同配比硝酸肼-水合肼凝胶样品粘度及凝胶剂加入量 Table 1 Viscosity of the samples gelled with different ratio of the hydrazine nitrate-hydrazive hydrate and addition of the gelling agents
hydrazine nitrateHPAMCMCNaguar gum
hydrazine hydrateviscosity/mPa • squantity/%viscosity/mPa • squantity/%viscosity/mPa • squantity/%
60/4031400.81131201.80731001.204
65/3530800.80430901.80230701.197
70/3030100.79930501.79630301.193
大量实验结果表明,只要凝胶体系粘度达到 3000 mPa • s以上,即可使大部分固体添加剂、不溶高 能粒子或金属微粉均匀地悬浮于体系中而不沉降。从 表1中可以看出,当聚丙烯酰胺的加入量大于0.8%、 羧甲基纤维素钠盐的加入量大于1.8%、瓜尔胶的加 入量大于1. 2%时,即可使体系粘度达至到 3000 mPa • s,据此可初步确定各凝胶剂对这三个体系 的加入量大约为:聚丙烯酰胺0.8%、羧甲基纤维素钠 盐1.8%、瓜尔胶1.2%。此外,在硝酸肼/水合肼配比 相同的条件下,当体系达到相同的粘度时,聚丙烯酰胺 凝胶剂的加入量最少,其次为瓜尔胶,羧甲基纤维素钠 盐的加入量最大。
从图1中TG和DTG的曲线关系可以看出, HPAM、瓜尔胶和CMCNa制成的凝胶样品均有三次热 失重加速阶段,只不过瓜尔胶作为凝胶剂制得的样品 第三次加速不明显;从图1中还可以看出,当凝胶样 品的剩余质量均为40%时,对应的温度分别为: HPAM制成的凝胶样品为220 C,瓜尔胶制成的凝胶 样品为98 C,CMCNa制成的凝胶样品为204 C,这说 明HPAM作为凝胶剂制成样品的热稳定性远远高于 瓜尔胶和CMCNa制成凝胶样品的热稳定性,也就是 说以瓜尔胶作为凝胶剂的样品最易分解,CMCNa制备 的凝胶样品稍稳定,HPAM制备的凝胶样品最稳定。
4结论
(1)HPAM、瓜尔胶、CMCNa均适于作为硝酸肼- 水合肼双元体系的凝胶剂,且以HPAM效果最佳。
(2)对于配比范围在60: 40到70: 30之间的硝 酸肼-水合肼体系,各凝胶剂适宜的加入量分别为: HPAM 0. 8% ,瓜尔胶 1.2%,CMCNa 1.8%。
(3 )三种凝胶剂制备得到的凝胶样品的吸水率均 在8% ~14%之间。
(4)TG分析结果表明,凝胶样品的热失重速率顺 序为HPAM凝胶样品< CMCNa凝胶样品 < 瓜尔胶凝 胶样品,热稳定性顺序则为HPAM凝胶样品> CMCNa 凝胶样品 >瓜尔胶凝胶样品。