CN106008382B - 一种三脲基有机凝胶因子及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种三脲基有机凝胶因子及其制备方法和应用，三脲基有机凝胶因子以己二异氰酸酯三聚体和饱和烷基伯胺为原材料通过一步反应制备；三脲基有机凝胶因子通过加热溶解后冷却成胶的方法可将高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯制备成有机凝胶材料。本发明的三脲基有机凝胶因子合成步骤简单，条件温和，不需要特别的合成装置；三脲基有机凝胶因子可将高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯制备成有机凝胶材料，该凝胶材料制备方法工艺简单，可以大批量制备，在高能凝胶推进系统上具有很好的应用前景。

Description

一种三脲基有机凝胶因子及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及一种新型三脲基有机凝胶因子的合成及制备方法。
背景技术
有机小分子化合物在分子间氢键、π-π堆积、亲疏水作用、范德华力等非共价键弱相互作用力驱动下，自组装形成三维网络结构的物理凝胶，称为超分子凝胶。含有脲基的凝胶因子由于其强氢键缔合能力以及与阴离子、金属离子、卤素化合物等作用的可调变多样性，成为组装超分子凝胶中特别有效的氢键组装单元。多脲基凝胶因子，相比于双脲基凝胶因子，其增加的氢键组装单元使其具有更强的氢键形成能力，为凝胶因子的多样化设计以及功能基团的引入提供了便利。国外，Esch和Feringa研究组报道了一类基于三(2-氨基乙基)胺手性骨架的三脲基凝胶因子(Eur.J.Org.Chem.,2000,3675),Steed研究组报道了α-手性碳位连接的苯乙基修饰的三脲基有机凝胶因子(Chem.Commun.,2006,3199),Yamanaka研究组报道了一种新型以均三乙基苯为核的具有C3对称性的三臂支化三脲基凝胶因子(Tetrahedron Lett.,2007,8990)。国内，黄春辉与易涛研究组设计合成了引入偶氮苯光响应基团和三个长烷基尾链的三脲基三脚架结构凝胶因子，通过分子间氢键作用、π-π相互作用和疏水作用，在多种有机溶剂中形成稳定凝胶(Chem.Mater.,2006,2974)。现有的三脲基有机凝胶因子中含有多个氢键单元，增加了其溶解的难度，而且合成步骤较长，制备成本较高，因此从合成和应用方面，都带来了不小困难。因此开发合成路线短，制备成本低的三脲基有机凝胶因子有着十分重要的意义。
高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯(JP-10)，具有多环分子结构，美国军用规范MIL-P-87107C-1989规定喷气燃料挂式四氢双环戊二烯的密度为0.935g/cm3，冰点为-78℃，燃烧热值为42.1MJ/L，具有比常规烃类燃料更高的密度和热值。使用有机小分子胶凝剂将高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯制备为有机凝胶在凝胶推进剂中的应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种三脲基有机凝胶因子，其结构式为:
分子结构式中n为8至18的任意自然数。
本发明的另一目的在于提供一种三脲基有机凝胶因子的制备方法。
本发明的目的还在于提供一种三脲基有机凝胶因子的应用，即基于三脲基有机凝胶因子的高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料。
本发明以己二异氰酸酯三聚体和饱和烷基伯胺为原材料，在溶剂中进行反应制备。
分子结构式中n为8至18的任意自然数。
本发明制备三脲基有机凝胶因子的技术方案包括以下工序：将己二异氰酸酯三聚体溶于反应溶剂，每摩尔己二异氰酸酯三聚体加入4～10升反应溶剂，待己二异氰酸酯三聚体完全溶解后加入饱和烷基伯胺，饱和烷基伯胺与己二异氰酸酯三聚体的投料比摩尔比为3:1～4:1，氮气保护下室温反应8至24小时，停止反应后过滤除去反应液，得到白色固体粉末产品。
本发明所述原材料饱和烷基伯胺为正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一胺、正十二胺、正十三胺，正十四胺、正十五胺、正十六胺、正十七胺和正十八胺中的一种。
本发明所述反应溶剂为甲苯、苯、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，乙酸乙酯，1，2二氯乙烷中的一种或几种。
本发明所述反应溶剂优选加入量为每摩尔己二异氰酸酯三聚体加入
5～8升反应溶剂。
本发明所述饱和烷基伯胺与己二异氰酸酯三聚体的投料摩尔比优选3.3:1～3.8:1。
本发明所述反应时间优选12～18小时。
本发明制备高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料的技术方案包括以下工序：三脲基有机凝胶因子在高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯中加热至溶解状态，冷却至室温后形成凝胶。根据实验测试，该类化合物在0.5％～10％的浓度(质量浓度)下均可形成透明有机凝胶。
本发明所述加热温度90℃～150℃，优选100℃～120℃。
本发明所述三脲基有机凝胶因子质量浓度0.5％～10％，优选1％～7％。
(所述三脲基有机凝胶因子与高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯的质量配比为三脲基有机凝胶因子：高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯＝0.5：100～10：100)。
本发明的三脲基有机凝胶因子以己二异氰酸酯三聚体和饱和烷基伯胺为原材料通过一步反应制备，本发明利用三脲基有机凝胶因子加热溶解后冷却成凝胶的方法得到稳定的高密度碳氢燃料有机凝胶。
本发明的技术效果在于：(1).本发明首次合成一类含有三个脲基官能团的新型有机凝胶因子；(2).该类凝胶因子合成步骤简单，条件温和，不需要特别的合成装置；(3).该类凝胶因子可将高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯制备成有机凝胶材料，该凝胶材料制备方法工艺简单，可以大批量制备，在高能凝胶推进系统上具有很好的应用前景。
具体实施方式
实施例1:
在250毫升的三口烧瓶中加入5.04克己二异氰酸酯三聚体，9.17克正十八胺，100毫升乙酸乙酯，反应液在搅拌下室温反应16小时，反应结束后过滤，得白色固体粉末产品12.25克。
熔点：158℃～160℃。
元素分析计算值：N 9.60％，C 71.34％，H,11.74％
N 9.81％，C 70.36％，H,11.56％
红外光谱：3342，2920，2850，1686，1622，1579，1467
核磁共振：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ0.867-0.892(t,9H),1.11-2.22(m,120H),3.15-3.385(m,12H),3.768-3.952(m,6H),7.050(s,3H),7.469(s,3H)
凝胶材料的制备：
将0.02g十八烷基己二异氰酸酯三聚体加入至0.98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2:
在250毫升的三口烧瓶中加入5.04克己二异氰酸酯三聚体，6.67克正十二胺，90毫升1，2-二氯乙烷，反应液在搅拌下室温反应12小时，反应结束后过滤，得白色固体粉末产品9.44克。
熔点：148℃～150℃。
元素分析计算值：N 11.89％，C 67.94％，H,11.12％
N 12.32％，C 66.69％，H,10.86％
红外光谱：3339，2922，2851，1686，1623，1579，1466
核磁共振：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ0.806-0.811(t,9H),1.021-1.712(m,84H),3.035-3.385(m,12H),3.762-3.934(m,6H),6.982(s,3H),7.401(s,3H)。
凝胶材料的制备：
将0.03g十二烷基己二异氰酸酯三聚体加入至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。

Claims (5)

1.一种高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料，其特征在于：三脲基有机凝胶因子在高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯中加热至溶解状态，冷却至室温后形成凝胶；
所述三脲基有机凝胶因子其分子结构为：
分子结构式中n为8至18的任意自然数。
2.根据权利要求1所述的高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料，其特征在于：所述加热温度90℃～150℃。
3.根据权利要求1所述的高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料，其特征在于：所述加热温度100℃～120℃。
4.根据权利要求1所述的高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料，其特征在于：所述三脲基有机凝胶因子质量浓度0.5％～10％。
5.根据权利要求1所述的高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯有机凝胶材料，其特征在于：所述三脲基有机凝胶因子质量浓度1％～7％。
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Assignee: Nanjing Chenguang Group Co., Ltd.

Assignor: Hubei Aerospace Chemical Technology Research Institute

Contract record no.: 2019320000011

Denomination of invention: Triureido organic gel factor, preparation method and application thereof

Granted publication date: 20180130

License type: Common License

Record date: 20190118