CN115124712B - 一种聚叠氮醚全氟辛酯及其制备方法 - Google Patents

一种聚叠氮醚全氟辛酯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚叠氮醚全氟辛酯及其制备方法，属于含能聚合物技术领域。聚叠氮醚全氟辛酯主原料组成及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚48％～69％，全氟辛酸31％～52％，辅助原料为催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯。聚叠氮醚全氟辛酯是一种含能有机氟化物，其叠氮基可释放热量，能够促进推进剂中铝粉燃烧，提高推进剂力学性能和能量，与推进剂中常用粘合剂相容性好。本发明还提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，通过聚叠氮缩水甘油醚的端羟基与全氟辛酸的羧基进行酯化反应生成聚叠氮醚全氟辛酯，聚叠氮缩水甘油醚分子量小、羟基含量高并具有较强的反应活性，易与全氟辛酸进行酯化反应，步骤简单，反应条件温和，适合工业化生产。

Description

一种聚叠氮醚全氟辛酯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚叠氮醚全氟辛酯及其制备方法，属于含能聚合物技术领域。
背景技术
铝粉因为其燃烧热值高、价格低廉、储能丰富而广泛应用于火炸药和推进剂领域。纯铝粉在制备过程中容易被空气氧化，在铝粉表面形成高熔点(2050℃)氧化铝外壳，在火炸药爆炸或推进剂燃烧过程中，氧化铝壳层会增加点火时间，减少铝粉的能量效率，最后导致火炸药和推进剂总体能量的降低。
为了降低铝粉的点燃温度，提高铝粉的燃烧效率，研究人员通常采用纳米化技术、球磨和表面包覆来改性铝粉。纳米铝粉有较高的反应活性但其有效铝含量低，燃烧热低。球磨后的铝粉虽然点燃温度降低，但其形貌变化较大，由球型变成扁平状，不利于固体推进剂及炸药的加工应用。
由于有机氟化物的热分解产物可以与铝粉表面的氧化铝外壳发生预点火反应，能极大加快铝粉的能量释放速率，减少铝粉燃烧过程的团聚。因此通常在铝粉表面包覆氟化物对铝粉进行活化处理。现有技术中一般使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟聚醚(PFPE)、氟酸盐或氟橡胶对铝粉进行包覆，然后再将包覆后的铝粉应用在推进剂中作为燃料使用，但是这些普通的氟化物本身不含能，包覆铝粉后会降低铝粉体系的能量。此外，由于推进剂中的粘合剂通常是端羟基聚丁二烯(HTPB)以及聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，现有技术中不含能的氟化物所述粘合剂的相容性差，降低了推进剂的力学性能和能量。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯自身含能，与推进剂中常用粘合剂相容性好。
本发明的目的之二在于提供一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚(GAP)48％～69％，全氟辛酸(PFOA)31％～52％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
优选的，所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480～760，催化剂与聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的质量比为1:10～1:12；
优选的，所述的带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为5:1～20:1。
一种本发明所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法的合成路线如下所示：
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所述方法步骤如下：
(1)将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中，得到混合溶液；
优选的，在搅拌、40～60℃温度下将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入催化剂对甲苯磺酸，升温至110～140℃，冷凝回流并搅拌反应7～12h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入乙酸乙酯稀释，然后用饱和NaHCO3水溶液洗涤2～4次，萃取，保留有机萃取相；
优选的，所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为(2～4)：(20～40)；
优选的，所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为(2～4)：(10～20)；
(4)用无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，旋蒸去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
优选的，所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:4～1:6；
优选的，所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8～1:10。
一种本发明所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将溶剂A和质量分数为2％～3％的氢氟酸水溶液混合均匀，在保护性气体气氛下加入铝粉，形成铝悬浮溶液；再将聚叠氮醚全氟辛酯溶解于溶剂B中，得到聚叠氮醚全氟辛酯溶液；最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，经过滤、洗涤、干燥，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉；
所述保护性气体为氮气或稀有气体；
所述溶剂A和溶剂B分别独立为四氢呋喃(THF)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
有益效果
(1)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯是一种新型含能有机氟化物，聚叠氮醚全氟辛酯中的叠氮基可释放热量，与推进剂中常用粘合剂相容性好，能够促进推进剂中铝粉燃烧，提高推进剂的力学性能和能量；聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料组分及其质量分数为：聚叠氮缩水甘油醚的质量分数为48％～69％，全氟辛酸的质量分数为31％～52％，所述质量分数范围的设置能够保留部分聚叠氮缩水甘油醚的羟基，赋予了聚叠氮醚全氟辛酯的反应活性。(2)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法中，主原料聚叠氮缩水甘油醚两端均含有羟基，分子量较小、羟基含量高并具有较强的反应活性，通过聚叠氮缩水甘油醚的端羟基易与全氟辛酸的羧基进行酯化反应生成聚叠氮醚全氟辛酯；所述方法步骤简单，反应条件温和，适合工业化生产。
(3)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，步骤(1)中的反应温度110～140℃所述制备方法中酯化反应能够成功进行的重要条件。
(4)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法选择甲苯作为带水剂，甲苯的沸点是110.6℃，其与水的恒沸物的沸点为84.1℃，所述方法中聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸进行酯化反应的温度为110～140℃，高于甲苯与水恒沸物的沸点，以甲苯作为带水剂能够有效将生成副产物水及时移除反应体系，促进反应平衡向有利于生成聚叠氮醚全氟辛酯的方向移动，加快反应速率。
(5)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法为了高效萃取聚叠氮醚全氟辛酯，分离副产物水，选择成本低的乙酸乙酯作为有机相进行溶剂萃取，并确定了聚叠氮缩水甘油醚质量和乙酸乙酯体积的比例关系为(2～4)：(20～40)，过少的乙酸乙酯不能完全萃取最终产物，造成产率降低，过多的乙酸乙酯会造成乙酸乙酯的浪费，增加成本，饱和NaHCO3水溶液用来反应去除多余的全氟辛酸。
(6)本发明提供了一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法中柱色谱法提纯使用的展开剂为体积比1:8～1:10的乙酸乙酯和己烷混合溶液，经大量实验筛选确定，所述组分和体积比的展开剂能够高效分离终产物和过量的反应物聚叠氮缩水甘油醚。
附图说明
图1为聚叠氮缩水甘油醚、全氟辛酸以及实施例1制备的终产物的红外谱图；
图2为聚叠氮缩水甘油醚、全氟辛酸以及实施例1制备的终产物的1H核磁谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。
实施例1
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚54％，全氟辛酸46％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:10；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为10:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将2g聚叠氮缩水甘油醚和1.73g全氟辛酸以及20mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至55℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.2g对苯甲磺酸，升温至110℃，冷凝回流并搅拌反应12h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入20mL乙酸乙酯稀释，然后总共用10mL饱和NaHCO3水溶液洗涤4次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为2：20；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为2：10；
(4)用8g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:4；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将20mL四氢呋喃和4mL质量分数为3％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入2g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.2g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于10mL四氢呋喃中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、80℃下真空干燥8h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
实施例2
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚48％，全氟辛酸52％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:10；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为10:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将4g聚叠氮缩水甘油醚和4.34g全氟辛酸以及40mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至40℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.4g对苯甲磺酸，升温至140℃，冷凝回流并搅拌反应7h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入40mL乙酸乙酯稀释，然后总共用20mL饱和NaHCO3水溶液洗涤3次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为4：40；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为4：20；
(4)用20g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:5；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:10。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将20mL四氢呋喃和6mL质量分数为3％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入2g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.2g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于30mL四氢呋喃中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、80℃下真空干燥8h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
实施例3
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚48.8％，全氟辛酸51.2％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为760，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:12；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为20:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将2g聚叠氮缩水甘油醚和2.1g全氟辛酸以及40mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至60℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.167g对苯甲磺酸，升温至140℃，冷凝回流并搅拌反应8h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入20mL乙酸乙酯稀释，然后总共用15mL饱和NaHCO3水溶液洗涤4次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为2：20；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为2：15；
(4)用12g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:6；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:9。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将30mL四氢呋喃和6mL质量分数为2％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入3g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.2g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于10mL四氢呋喃中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、80℃下真空干燥8h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
实施例4
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚69％，全氟辛酸31％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为760，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:10；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为5:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将4g聚叠氮缩水甘油醚和1.8g全氟辛酸以及20mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至55℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.4g对苯甲磺酸，升温至130℃，冷凝回流并搅拌反应10h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入20mL乙酸乙酯稀释，然后总共用10mL饱和NaHCO3水溶液洗涤2次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为4：20；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为4：10；
(4)用24g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:6；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将30mL N,N-二甲基甲酰胺和12mL质量分数为2％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入3g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.26g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于15mL N,N-二甲基甲酰胺中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、60℃下真空干燥12h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
实施例5
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚69％，全氟辛酸31％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:12；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为5:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将4g聚叠氮缩水甘油醚和1.8g全氟辛酸以及20mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至50℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.33g对苯甲磺酸，升温至120℃，冷凝回流并搅拌反应9h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入25mL乙酸乙酯稀释，然后总共用18mL饱和NaHCO3水溶液洗涤4次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为4：25；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为4：18；
(4)用24g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:6；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:10。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将30mLN,N-二甲基甲酰胺和4mL质量分数为3％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入2g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.26g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于15mL N,N-二甲基甲酰胺中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、60℃下真空干燥12h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
实施例6
一种聚叠氮醚全氟辛酯，所述聚叠氮醚全氟辛酯由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：聚叠氮缩水甘油醚50％，全氟辛酸50％；所述辅助原料为催化剂和带水剂，催化剂为对甲苯磺酸，带水剂为甲苯。
所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480，催化剂对甲苯磺酸与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:10.7；
所述带水剂体积(mL)与聚叠氮缩水甘油醚的质量(g)比为6.7:1。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)将3g聚叠氮缩水甘油醚和3g全氟辛酸以及20mL甲苯添加到三口烧瓶中，并升温至60℃，搅拌使聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中并混合均匀，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)制备得到的混合溶液中加入0.28g对苯甲磺酸，升温至130℃，冷凝回流并搅拌反应10h；
(3)将步骤(2)反应完的液体冷却至室温，加入30mL乙酸乙酯稀释，然后总共用30mL饱和NaHCO3水溶液洗涤4次，倒入分液漏斗进行萃取，保留有机萃取相；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和乙酸乙酯体积(mL)的比例关系为1：10；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量(g)和饱和NaHCO3水溶液体积(mL)的比例关系为1：10；
(4)用15g无水硫酸镁干燥步骤(3)所得有机萃取相，并用旋转蒸发仪去除甲苯得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:5；
所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:10。
一种本实施例所述聚叠氮醚全氟辛酯的应用，所述应用为包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂。
具体地，将40mL四氢呋喃和6mL质量分数为3％的氢氟酸水溶液混合均匀，在氮气气氛下加入2g微米铝粉，形成铝悬浮溶液；再将0.26g聚叠氮醚全氟辛酯溶解于15mL四氢呋喃中，最后再向铝悬浊液中加入聚叠氮醚全氟辛酯溶液，无水乙醇洗涤3次、80℃下真空干燥10h，得到聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉。
对实施例1制备得到的终产物进行红外光谱测试，结果如图1所示，可以得出，相比于全氟辛酸，实施例1终产物的红外谱图不含有羧基，全氟辛酸1772cm-1处的羧基峰变为聚叠氮醚全氟辛酯的1687cm-1处的羰基峰，又出现了2095cm-1处的叠氮基的特征峰，保留了全氟辛酸1197和1128cm-1处的C-F键，聚叠氮缩水甘油醚的3400cm-1的羟基以及2800-2900cm-1的CH，CH2，因此可以判断实施例1的终产物即为聚叠氮醚全氟辛酯。实施例2～6所得终产物的红外表征结果与实施例1相似。
对聚叠氮缩水甘油醚、全氟辛酸及实施例1制备得到的终产物进行了1H核磁谱图测试，结果如图2所示，对应的化学位移的质子已在分子式中标出。全氟辛酸的1H核磁谱图只有一个峰，为COOH的H位移峰，在酯化反应后，此峰消失，反应产物的1H核磁谱图近似于聚叠氮缩水甘油醚的1H核磁谱图，实施例1终产物为聚叠氮醚全氟辛酯。实施例2～6所得终产物的1H核磁谱图与实施例1相似。
根据红外光谱和1H核磁谱图结果可知，所述方法的合成路线，如下所示：
Figure BDA0003696746640000111
能够成功合成聚叠氮醚全氟辛酯。
对纯铝粉和实施例1～6制备得到的聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉进行差示扫描量热法(DSC)测试可知，纯铝粉在700～1100℃的放热焓在为1.66kJ/g，实施例1～6制备得到的聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉在700～1100℃的放热焓如表1所示
表1实施例1～6制备得到的聚叠氮醚全氟辛酯包覆微米铝粉放热焓
Figure BDA0003696746640000121
实施例1～6终产物的放热焓平均值高达5.78kJ/g，是纯铝粉的3.48倍，说明所述聚叠氮醚全氟辛酯可以包覆在铝粉表面作为铝粉的燃烧促进剂，提高推进剂的力学性能和能量。

Claims (10)

1.一种聚叠氮醚全氟辛酯，其特征在于：制备所述聚叠氮醚全氟辛酯的原料由主原料和辅助原料组成，以所述主原料的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：
聚叠氮缩水甘油醚            48％～69％，
全氟辛酸                    31％～52％；
所述辅助原料为催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯。
2.根据权利要求1所述一种聚叠氮醚全氟辛酯，其特征在于：所述聚叠氮缩水甘油醚的分子量为480～760，催化剂与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为1:10～1:12。
3.根据权利要求1或2所述一种聚叠氮醚全氟辛酯，其特征在于：所述带水剂体积与聚叠氮缩水甘油醚的质量比为5mL:1g～20mL:1g。
4.一种如权利要求1～3任一项所述聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
(1)将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中，得到混合溶液；
(2)向混合溶液中加入催化剂对甲苯磺酸，升温至110～140℃，冷凝回流并搅拌反应7～12h；
(3)将反应完的液体冷却至室温，加入乙酸乙酯稀释，然后用饱和NaHCO3水溶液洗涤2～4次，萃取，保留有机萃取相；
(4)用无水硫酸镁干燥有机萃取相，旋蒸得到粗产物，再通过柱色谱法进行提纯，得到聚叠氮醚全氟辛酯。
5.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：在搅拌、40～60℃温度下将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中。
6.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：所述聚叠氮缩水甘油醚质量和乙酸乙酯体积的比例关系为2g～4g：20mL～40mL；所述聚叠氮缩水甘油醚质量和饱和NaHCO3水溶液体积的比例关系为2g～4g：10mL～20mL。
7.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:4～1:6；所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8～1:10。
8.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：在搅拌、40～60℃温度下将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量和乙酸乙酯体积的比例关系为2g～4g：20mL～40mL；所述聚叠氮缩水甘油醚质量和饱和NaHCO3水溶液体积的比例关系为2g～4g：10mL～20mL。
9.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：所述聚叠氮缩水甘油醚质量和乙酸乙酯体积的比例关系为2g～4g：20mL～40mL；所述聚叠氮缩水甘油醚质量和饱和NaHCO3水溶液体积的比例关系为2g～4g：10mL～20mL；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:4～1:6；所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8～1:10。
10.根据权利要求4所述一种聚叠氮醚全氟辛酯的制备方法，其特征在于：在搅拌、40～60℃温度下将聚叠氮缩水甘油醚和全氟辛酸溶解于甲苯中；
所述聚叠氮缩水甘油醚质量和乙酸乙酯体积的比例关系为2g～4g：20mL～40mL；所述聚叠氮缩水甘油醚质量和饱和NaHCO3水溶液体积的比例关系为2g～4g：10mL～20mL；
所述聚叠氮缩水甘油醚与无水硫酸镁的质量比为1:4～1:6；所述柱色谱法提纯使用的展开剂为乙酸乙酯和己烷混合溶液，乙酸乙酯和己烷的体积比为1:8～1:10。
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