二脲基有机小分子凝胶因子、制备方法及触变性碳氢燃料凝胶材料和制备方法与流程

本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及一种二脲基有机小分子凝胶因子、制备方法及触变性碳氢燃料凝胶材料和制备方法。

背景技术：

有机小分子凝胶因子是通过氢键、π-π堆积、范德华作用力、配位键和其他的弱相互作用形成的超分子凝胶。这种特殊的结构特点赋予了超分子凝胶特殊的性能。有机小分子凝胶材料的潜在应用方向之一就是凝胶推进剂配方体系。凝胶推进剂是介于固体推进剂和液体推进剂之间的一种新型态推进剂，它是由少量凝胶剂使液体组分凝胶化，形成具有一定结构和稳定性能的推进剂。常用的有机小分子凝胶因子合成步骤多，提纯困难。申请人在专利号cn201510445414.x，名称“一种三脲基有机凝胶因子及其制备方法和应用”中提供了一类容易合成的三脲基的有机小凝胶因子，该类凝胶因子的合成过程由于很活泼的脂肪族异氰酸酯基团的存在，容易与水分子反应，因此该类化合物的合成过程对反应溶剂的无水要求很高，容易产生不易除去的杂质，而且该制备的凝胶材料被剪切、振荡等机械力破坏后不能恢复成不流动的凝胶态，因而设计对易于合成制备的有机小分子凝胶因子且制备的凝胶材料具备良好的触变性是实现与发展超分子凝胶材料在凝胶推进剂领域应用的重要任务之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种二脲基有机小分子凝胶因子及其制备方法，该凝胶因子合成步骤简单，条件温和，反应过程不需要对反应溶剂进行除水操作，合成的凝胶因子具有优异的成凝胶性能，可用于触变性碳氢燃料凝胶材料的制备，在凝胶推进剂领域具有很好的应用前景。

本发明的另外一个目的在于提供一种有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料及其制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

二脲基有机小分子凝胶因子，其分子结构如下：

二脲基有机小分子凝胶因子的制备方法，包括如下步骤：

将十八胺溶于反应溶剂，之后加入四甲基苯二甲基二异氰酸酯，在氮气保护下反应4～12h，停止反应后过滤除去反应液，得到固体粉末产品；其中每摩尔十八胺加入4～10l反应溶剂，十八胺与间四甲基苯二甲基二异氰酸酯的投料摩尔比为2:1～3:1。

在上述二脲基有机小分子凝胶因子的制备方法中，所述反应溶剂为甲苯、苯、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯或1，2二氯乙烷中的一种或组合。

在上述二脲基有机小分子凝胶因子的制备方法中，所述反应温度为20℃～40℃。

在上述二脲基有机小分子凝胶因子的制备方法中，所述十八胺与间四甲基苯二甲基二异氰酸酯的投料摩尔比为2.2:1～2.6:1；所述反应温度为25℃～35℃；所述反应时间为8～10h。

有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料，采用上述二脲基有机小分子凝胶因子和溶剂制备得到。

在上述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料中，所述二脲基有机小分子凝胶因子占所述碳氢燃料凝胶材料的质量百分比含量为3％～8％。

在上述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料中，所述溶剂为挂式四氢双环戊二烯jp-10或航空煤油。

在上述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料中，所述航空煤油为rp-3。

有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料的制备方法，包括：将权利要求1所述的二脲基有机小分子凝胶因子加入到溶剂中，升高温度至110℃～150℃，使二脲基有机小分子凝胶因子溶解在溶剂中，之后静置冷却得到碳氢燃料凝胶材料。

在上述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料的制备方法中，所述二脲基有机小分子凝胶因子占所述碳氢燃料凝胶材料的质量百分比含量为3％～8％；优选4％～5％；所述溶剂为挂式四氢双环戊二烯jp-10或航空煤油rp-3。

在上述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料的制备方法中，升高温度至110℃～130℃。

有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料的应用，所述有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料用作推进剂燃料。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提供一种新型结构的二脲基有机凝胶因子，该类凝胶因子可将碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯(jp-10)、航空煤油等制备成触变性的有机凝胶材料，在凝胶推进剂领域具有很好的应用前景。

(2)、本发明提供的触变性碳氢燃料凝胶材料采用二脲基有机小分子作为凝胶因子，具备优异成凝胶性能，制备的凝胶具备触变性，经振荡、剪切等机械力破坏至溶胶态后在静置后可快速恢复成凝胶态。

(3)、本发明二脲基有机小分子凝胶因子合成步骤简单、条件温和、不需要特别的合成装置，反应过程不需要对反应溶剂进行除水操作，具有较强的实用性和广泛的应用前景。

(4)、采用本发明二脲基有机小分子凝胶因子制备的触变性碳氢燃料凝胶材料可用作凝胶推进剂的燃料。

附图说明

图1为本发明实施例3中制备得到的二脲基有机小分子凝胶因子的质谱图；

图2为本发明实施例3中制备得到的二脲基有机小分子凝胶因子的红外谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供的二脲基有机小分子凝胶因子的分子结构如下：

本发明二脲基有机小分子凝胶因子的制备方法，包括如下步骤：

将十八胺溶于反应溶剂，之后加入四甲基苯二甲基二异氰酸酯，在氮气保护下反应4～12h，反应温度为20℃～40℃，停止反应后过滤除去反应液，干燥后得到白色固体粉末产品；其中每摩尔十八胺加入4～10l反应溶剂，十八胺与间四甲基苯二甲基二异氰酸酯的投料摩尔比为2:1～3:1。

上述十八胺与间四甲基苯二甲基二异氰酸酯的投料摩尔比优选2.2:1～2.6:1。

上述反应溶剂为甲苯、苯、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯或1，2二氯乙烷中的一种或几种。

上述反应溶剂优选加入量每摩尔十八胺加入4～8l反应溶剂。

上述反应温度优选为25℃～35℃。

上述反应时间优选为8～10h。

本发明提供一种有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料，采用上述二脲基有机小分子凝胶因子和溶剂制备得到。具体制备方法如下：

将二脲基有机小分子凝胶因子加入到溶剂中，升高温度至110℃～150℃，使二脲基有机小分子凝胶因子溶解在溶剂中，之后静置冷却至室温，得到碳氢燃料凝胶材料。其中二脲基有机小分子凝胶因子占碳氢燃料凝胶材料的质量百分比含量为3％～8％。

上述溶剂为碳氢燃料四氢双环戊二烯(jp-10)或航空煤油，例如rp-3。

上述二脲基有机小分子凝胶因子占碳氢燃料凝胶材料的质量百分比含量优选4％～5％。

上述加热温度优选110℃～130℃。

本发明有机小分子触变性碳氢燃料凝胶材料可用作凝胶推进剂的燃料。

实施例1

在2.5升的三口烧瓶中加入54.5克正十八胺，400毫升乙酸乙酯，滴入24.4克间四甲基苯二甲基二异氰酸酯，反应液在氮气保护下，反应温度20℃搅拌下反应12小时，反应结束后过滤，干燥后得白色固体粉末产品74.4克。

实施例2

在2.5升的三口烧瓶中加入59.2克正十八胺，600毫升甲苯，滴入24.4克间四甲基苯二甲基二异氰酸酯，反应液在氮气保护下，反应温度35℃搅拌下反应8小时，反应结束后过滤，干燥后得白色固体粉末产品75.2克。

实施例3

在2.5升的三口烧瓶中加入64.3克正十八胺，600毫升甲苯，滴入24.4克间四甲基苯二甲基二异氰酸酯，反应液在氮气保护下，反应温度30℃搅拌下反应10小时，反应结束后过滤，干燥后得白色固体粉末产品76.1克。

实施例4

在2.5升的三口烧瓶中加入80.1克正十八胺，1000毫升三氯甲烷，滴入24.4克间四甲基苯二甲基二异氰酸酯，反应液在氮气保护下，反应温度40℃搅拌下反应4小时，反应结束后过滤，干燥后得白色固体粉末产品75.7克。

如图1所示为本发明实施例3中制备得到的二脲基有机小分子凝胶因子的质谱图；如图2所示为本发明实施例3中制备得到的二脲基有机小分子凝胶因子的红外谱图，由质谱图和红外光谱图可得如下数据：

熔点：192℃～193℃。

质谱：计算值783.3；测试值783.7277

红外光谱：3342，2919，2850，1635，1566，1467，1271

以下为采用上述制备的凝胶因子进行凝胶材料的制备：

实施例5

将0.03g二脲基有机凝胶因子加入至0.97克挂式四氢双环戊二烯中，将该燃料体系置于油浴中升温至110℃，燃料体系变为无色透明，静置冷却至室温，倾倒45°不流动，形成凝胶。

实施例6

将0.04g二脲基有机凝胶因子加入至0.96克航空煤油(rp-3)中，将该燃料体系置于油浴中升温至120℃，燃料体系变为无色透明，静置冷却至室温，倾倒45°不流动，形成凝胶。

实施例7

将0.06g二脲基有机凝胶因子加入至0.94克航空煤油(rp-3)中，将该燃料体系置于油浴中升温至130℃，燃料体系变为无色透明，静置冷却至室温，倾倒45°不流动，形成凝胶。

实施例8

将0.08g二脲基有机凝胶因子加入至0.92克挂式四氢双环戊二烯中，将该燃料体系置于油浴中升温至150℃，燃料体系变为无色透明，静置冷却至室温，倾倒45°不流动，形成凝胶。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。