一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑及其制備方法。本發明專利技術的低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃催化劑是以不同碳鏈長度和不同環氧基個數的縮水甘油醚類衍生物為反應原料，二甲基亞砜為反應溶劑，四丁基溴化銨為催化劑，與二茂鐵甲酸進行開環反應制備得到的。本發明專利技術可以有效地抑制其在推進劑中的遷移；在自然條件下不易遷移和揮發，熱穩定好；當本發明專利技術應用于復合固體推進劑時，可以促進復合固體推進劑中主要成分高氯酸銨快速分解，在短時間內釋放更多的熱量，提高推進劑的燃燒性能，同時低遷移也保證了整個推進劑在貯存過程中的穩定性。存過程中的穩定性。存過程中的穩定性。

【技術實現步驟摘要】
一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑及其制備方法


[0001]本專利技術屬于航空航天能源催化領域，具體涉及一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑及其制備方法。

技術介紹

[0002]復合固體推進劑是一種具有特定性能的含能復合材料，能夠高效地給火箭和導彈提供穩定的推力，是火箭和導彈武器等推進系統的直接動力來源，在導彈和航天
起著重要作用。復合固體推進劑主要是由氧化劑(AP)、黏合劑(HTPB)、固化劑(IPDI)、金屬燃料(Al)、燃速催化劑(BRC)以及其他一些添加劑組成，其中AP占據整個復合固體推進劑成分的60
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90wt％，其熱分解速度的快慢直接影響復合固體推進劑的燃燒性能。目前，其中一種調節AP熱分解速度快慢的常用辦法是添加BRCs。由于二茂鐵基化合物具有較好的催化效果、熱化學穩定性、氧化還原性以及易于修飾的配體結構，BRCs主要以二茂鐵基化合物為主，如卡托辛(Cat)。添加少量的Cat可以有效地降低AP的熱分解溫度，促進AP快速分解，從而在短時間內釋放更多的熱量，為火箭或導彈提供充足的推力。然而，Cat由于分子量小，熱穩定差，在高溫環境中容易升華并發生遷移，造成在推進劑中分布不均勻，影響推進劑燃燒的穩定性，從而帶來了潛在的危險。因此低遷移二茂鐵基燃速催化劑的研發是目前一項重要的研究工作，這對今后航空航天及軍事領域的發展有著重要的意義。
[0003]縮水甘油醚作為近些年來一種重要的有機配體骨架，因其具有較多的極性原子(氧原子)、環氧基團和較大的空間位阻，在催化領域有著較強的應用前景。通過選擇不同碳鏈長度、不同環氧基個數的縮水甘油醚為反應原料，然后在TBAB的催化下，與二茂鐵甲酸發生開環反應，合成系列二茂鐵基縮水甘油醚類化合物。一方面利用二茂鐵基縮水甘油醚結構上的空間位阻，增加其在推進劑中的遷移阻力，從而提高抗遷移能力。另一方面利用二茂鐵基縮水甘油醚骨架上的極性原子和活潑基團羥基，使其在固化交聯體系中參與反應，形成一定數量的化學鍵，同時與體系中的極性原子形成偶極
?
偶極相互作用和氫鍵作用，增加分子間的相互作用力，從而增大其遷移阻力，降低其遷移性。

技術實現思路

[0004]為解決
技術介紹
中的問題，本專利技術中通過使用正丁基縮水甘油醚、辛基縮水甘油醚、對叔丁基苯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚和三縮水甘油基對氨基苯酚為反應原料，在TBAB的催化下，與二茂鐵甲酸發生開環反應，制備得到了系列不同碳鏈長度和不同環氧基個數的二茂鐵基縮水甘油醚類化合物，一方面利用其分子結構的較大空間位阻，增大其遷移阻力，提高抗遷移能力。另一方面利用其分子結構的極性原子與活潑基團羥基，使其在固化交聯體系中參與反應，形成一定數量的化學鍵，同時與固化交聯體系中的極性原子形成偶極
?
偶極相互作用和氫鍵作用，增加分子間的作用力，從而增大其遷移阻力，提高抗遷移能力。
[0005]本專利技術中的系列不同碳鏈長度和不同環氧基個數的二茂鐵基縮水甘油醚類化合
物在進行模擬推進劑抗遷移性能實驗研究時，發現其抗遷移性能明顯比Cat和二茂鐵(Fc)好，可以有效地抑制其在推進劑中的遷移。
[0006]本專利技術采用的技術方案如下：
[0007]一、一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑
[0008]以不同碳鏈長度和不同環氧基個數的縮水甘油醚類衍生物為反應原料，二甲基亞砜(DMSO)為反應溶劑，四丁基溴化銨(TBAB)為催化劑，與二茂鐵甲酸進行開環反應制備得到的二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑。
[0009]所述的縮水甘油醚為正丁基縮水甘油醚、辛基縮水甘油醚、對叔丁基苯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚、三縮水甘油基對氨基苯酚中的一種。
[0010]二、一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑的制備方法
[0011]包括以下步驟：
[0012]1)在氬氣氛圍下，分別將二茂鐵甲酸和四丁基溴化銨溶解于反應溶劑中，隨后邊攪拌邊向二茂鐵甲酸和四丁基溴化銨的混合溶液中滴加縮水甘油醚溶液，然后加熱升溫開始開環反應，開環反應結束后，邊攪拌邊將反應后的溶液滴加至碳酸氫鈉溶液中，靜置一段時間析出固體產物，再經過濾、洗滌得到粗產物；
[0013]2)將步驟1)得到的粗產物溶解于溶劑中，然后用砂芯漏斗抽濾，并多次用溶劑洗滌濾餅，得到有機濾液。
[0014]3)通過減壓旋蒸除去步驟2)有機濾液中的有機溶劑(三氯甲烷)，得到固體產物，然后干燥，即得最終固體產物。
[0015]所述步驟1)中：
[0016]反應溶劑為DMSO，用量為10
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30mL。
[0017]二茂鐵甲酸的摩爾用量為在與縮水甘油醚等摩爾比反應的情況下過量4倍(由于反應不充分，二茂鐵甲酸的摩爾用量需過量4倍才能實現等摩爾比反應)。
[0018]碳酸氫鈉溶液的用量為660
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792mL，濃度為0.27wt％。
[0019]洗滌溶劑為去離子水，去離子用量為直至濾液為澄清透明。
[0020]開環反應的反應溫度為120℃，反應時間為2.5
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4h。
[0021]對于含單個環氧基的縮水甘油醚：開環反應時間控制在2.5h；對于含兩個或三個環氧基的縮水甘油醚：開環反應時間需延長至4h。
[0022]所述步驟2)中：
[0023]溶解粗產物的溶劑和洗滌溶劑均為三氯甲烷，溶解粗產物的溶劑用量為50
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100mL。
[0024]本專利技術的有益效果：
[0025]本專利技術的低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑引入了較多的氧原子、可反應基團(羥基)和較大的空間位阻，一方面可以在固化交聯體系中參與反應，形成較多的化學鍵，同時又能與固化交聯體系中的極性原子形成氫鍵作用，增加分子間的作用力，從而增大遷移阻力。另一方面較大的空間位阻也會增大其遷移阻力，因此這類燃速催化劑在自然條件下不易遷移和揮發，熱穩定好。
[0026]當本專利技術應用于復合固體推進劑時，可以促進復合固體推進劑中主要成分高氯酸銨(AP)快速分解，在短時間內釋放更多的熱量，提高推進劑的燃燒性能。同時低遷移也保證
了整個推進劑在貯存過程中的穩定性。
附圖說明
[0027]圖1為本專利技術所制備的系列二茂鐵基縮水甘油醚類化合物催化AP分解的熱重分析曲線。
[0028]圖2為本專利技術所制備的1
?
5wt％的二茂鐵基縮水甘油醚類化合物催化AP分解的熱重分析曲線。
[0029]圖3為本專利技術所制備的系列二茂鐵基縮水甘油醚類化合物在模擬推進劑中老化一個月后的遷移結果。
具體實施方式
[0030]下面的實施例對本專利技術做更詳盡的說明，但本專利技術不局限于此，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本專利技術的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑，其特征在于，以不同碳鏈長度和不同環氧基個數的縮水甘油醚類衍生物為反應原料，二甲基亞砜為反應溶劑，四丁基溴化銨為催化劑，與二茂鐵甲酸進行開環反應制備得到的二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑。2.根據權利要求1所述的低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑，其特征在于，所述的縮水甘油醚為正丁基縮水甘油醚、辛基縮水甘油醚、對叔丁基苯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚、三縮水甘油基對氨基苯酚中的一種。3.采用權利要求1
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2任一所述的低遷移二茂鐵基縮水甘油醚類燃速催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)在氬氣氛圍下，分別將二茂鐵甲酸和四丁基溴化銨溶解于反應溶劑中，隨后邊攪拌邊向二茂鐵甲酸和四丁基溴化銨的混合溶液中滴加縮水甘油醚溶液，然后加熱升溫開始開環反應，開環反應結束后，邊攪拌邊將反應后的溶液滴加至碳酸氫鈉溶液中，靜置待析出固體產物，再經過濾、洗滌得到粗產物；2)將步驟1)得到的粗產物溶解于溶劑中，然后用砂芯漏斗抽濾，并多次用溶劑洗滌濾餅，得到有機濾液。3)通過減壓旋蒸除去步驟2)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞豪杰，劉錦義，王立，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：