DCPD聚合反應(yīng)制備高密度燃料TCPD

夏君

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

DCPD聚合反應(yīng)制備高密度燃料TCPD

夏君

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

本文主要以雙環(huán)戊二烯(DCPD)為原料，通過Diels-Alder加成反應(yīng)合成高密度燃料-TCPD。利用連續(xù)固定床反應(yīng)器，DCPD與環(huán)戊二烯(CPD)雙烯加成法，來合成CPD三聚體（TCPD）。

高密度液體燃料；三環(huán)戊二烯；Diels-Alder加成

高能量密度液體燃料是高能量密度材料（HEDM）的重要組成部分，它用于許多戰(zhàn)略武器系統(tǒng)和戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)，它的性能改進(jìn)和提高深刻影響著武器系統(tǒng)的發(fā)展，因而受到各國的普遍重視，被列為國防科技發(fā)展的前沿和重點之一。合成高密度烴類燃料主要以烴類物質(zhì)為原料，通過聚合、加氫、異構(gòu)化、分離提純等工藝過程得到。本文以雙環(huán)戊二烯（DCPD）為原料，通過DCPD與自身裂解得到的環(huán)戊二烯（CPD）的Diels-Alder反應(yīng)得到CPD三聚體（TCPD），同時嚴(yán)格控制產(chǎn)物中CPD四聚體（TeCPD）等的生成。

1 試驗裝置流程圖

試驗裝置流程見圖1。

2 反應(yīng)原料與設(shè)備

試驗原料：DCPD，工業(yè)品(95%)，浙江嵊州明春化工廠；氮氣，普氮，華北氧氣廠；甲苯，分析純（99.5%），天津市登峰化學(xué)試劑廠；苯，分析純（99.5%），天津市登峰化學(xué)試劑廠；十氫萘，98.0%，國藥集團(tuán)化學(xué)有限公司。

反應(yīng)設(shè)備：溫度控制器，AI-708PE，廈門宇光電子技術(shù)有限公司；電子天平，Sartorius BP210s，德國賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；氣相色譜，HP4890，美國惠普公司。

3 試驗具體步驟

1）清洗反應(yīng)管及管路。

2）配制反應(yīng)溶液，連入管路。

3）打開氮氣鋼瓶，檢漏。

4）開啟電源，打開裝置總電源開關(guān)，根據(jù)試驗要求設(shè)置溫度，開啟冷凝水。

5）將氮氣壓力開到指定反應(yīng)壓力，排除系統(tǒng)內(nèi)空氣，待設(shè)定溫度達(dá)到后，關(guān)閉氮氣，開啟泵，通料，并記下通料時間，同時用背壓閥精確調(diào)整系統(tǒng)壓力。

6）待反應(yīng)2h，2.5h，3h后，分別取樣10min，并將產(chǎn)物進(jìn)色譜分析。

7）反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉泵，卸壓，通氮氣5min，使管路中反應(yīng)液全部排出。

8）關(guān)閉冷凝水，關(guān)閉氮氣，然后關(guān)閉電源，清理試驗室。

4 產(chǎn)物氣相色譜分析

采用氣相色譜（HP-4890）對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行定量分析。

4.1 氣相色譜分析條件

DCPD反應(yīng)產(chǎn)物分析采用HP-5毛細(xì)色譜柱（Crosslinked5%PHMESiloxane30m×0.53mm×1.5μm Film Thickness)，HP-3398A色譜工作站，其操作條件為：

柱溫：初始50℃，保持1min后以15℃/min至200℃，保持1min,10℃/min升到250℃，保持1min,10℃/min升到280℃，保持9min。

進(jìn)樣溫度：200℃

檢測溫度：250℃

檢測器：氫火焰離子檢測器

載氣流量：10mL/min（N2）

H2流量：45mL/min

空氣流量：250mL/min

補充氣流量：12mL/min（N2）

進(jìn)樣量：0.1μL

分流比：40:1

4.2 氣相色譜分析譜圖（見圖2）

采用氣相色譜HP-4890對反應(yīng)體系進(jìn)行分析，面積歸一法進(jìn)行定量分析，根據(jù)峰面積百分比計算了DCPD轉(zhuǎn)化率，exo-DCPD產(chǎn)率及選擇性；TCPD產(chǎn)率及選擇性；TeCPD產(chǎn)率及選擇性。圖2所示為反應(yīng)過程中典型樣品分析所得色譜圖。DCPD在同CPD發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)時，理論分析可生成八種橋-掛式結(jié)構(gòu)(endo、exo)空間異構(gòu)體產(chǎn)物，但在試驗范圍內(nèi)，色譜分析結(jié)果（如圖2）表明，產(chǎn)物中僅存在兩種TCPD異構(gòu)體（TCPD-1、TCPD-2），其余六種異構(gòu)體未在產(chǎn)物中出現(xiàn)。

5 結(jié)論

本試驗主要對TCPD的合成反應(yīng)進(jìn)行研究，通過試驗發(fā)現(xiàn)，在DCPD的環(huán)加成聚合反應(yīng)中同時伴隨進(jìn)行的還有DCPD的異構(gòu)化反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件可以改變異構(gòu)化反應(yīng)的產(chǎn)率和選擇性。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.014

TQ231.2+2

1008-1267（2011）02-0036-02

B

2010-11-04