一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及新材料及推进剂技术领域，具体公开了一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂及其制备方法和应用，硼酸酯型含氟燃烧促进剂的端基为硼酸酯基团和羟基，链段中含有氟原子；硼酸酯基团在推进剂混合过程中会与推进剂中的少量水分反应后水解，再与铝粉表面的

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新材料及推进剂
，具体涉及一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]Al
粉是固体推进剂中常用的金属燃料，每添加
1wt
％的铝粉，推进剂比冲将提高
1s
左右；但由于
Al
粉熔点较低
(660℃)
，
Al
粉在被点燃前会融化凝聚形成较大的
Al
凝团，导致点火延迟时间长，燃烧不充分，能量无法充分发挥；同时，燃烧不充分的
Al
残渣会沉积在发动机喷管与喉衬表面，对发动机造成较严重的负面影响；因此，亟需寻找有效途径以改善铝粉的燃烧效率，为充分发挥固体推进剂的能量性能奠定基础
。
[0003]以含氟聚合物包覆铝粉是减少铝粉团聚的有效手段，其可改善铝粉燃烧效率的原因主要有以下几点：
①
含氟聚合物分解生成的小分子氟化物可在铝粉融化前与
Al2O3、Al
反应生成疏松多孔的
AlF3，促进铝粉快速点火；
②
AlF3可在
1277℃
左右升华，破坏铝凝团，减少铝粉凝聚，提升铝粉燃烧效率
。
但研究发现，以含氟聚合物包覆铝粉所制成的
Al/
氟化物复合材料在应用中存在以下两大问题：一是由于含氟聚合物中含有强电负性的
F
元素以及高键能的
C
‑
F
键，
Al/
氟化物复合材料表现出较强的疏水
、
疏油性，使用后对推进剂的工艺
、
力学性能产生不良影响；二是
Al/
氟化物复合材料制备过程需要使用大量易燃溶剂，这导致其放大生产难度大
、
风险高；因此，
Al/
氟化物复合材料未能在推进剂中获得大规模推广应用
。
[0004]为解决上述问题，考虑将含氟聚合物作为添加剂直接添加至固体推进剂中，但其在实际应用中仍存在以下问题：首先含氟聚合物与粘合剂物理不相容，严重影响推进剂的均匀性；其次市售含氟聚合物缺少功能化基团，不能定向作用到铝粉表面，难以充分发挥催化铝粉燃烧的效果，因此使用效果不能满足配方使用要求
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，开展含有功能性基团
、
并可在推进剂混合过程中定向作用至铝粉表面的原位自组装型含氟燃烧促进剂的研究具有重要意义；本专利技术的第一个目的是提供一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂，该硼酸酯型含氟燃烧促进剂的端基为硼酸酯基团和羟基；硼酸酯基团在推进剂混合过程中会与推进剂中的少量水分反应后水解，再与铝粉表面的
‑
OH
发生缩合反应，从而吸附在铝粉表面；因此该硼酸酯型含氟燃烧促进剂能实现含氟化合物与铝粉在推进剂混合过程中的原位自组装
。
[0006]本专利技术的第二个目的是提供一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂的制备方法
。
[0007]本专利技术的第三个目的是提供一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂的应用
。
[0008]本专利技术所采用的第一个技术方案是：一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂，所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的端基为硼酸酯基团和羟基，链段中含有氟原子
。
[0009]优选地，所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的结构如下所示：：
[0010][0011]式中，
R1＝
C
n
H
2n
‑1(n≤4)
，
R2＝
C
a
H
b
F
c
O
d
(a、b、c≥4
，
d≥0)。
[0012]本专利技术所采用的第二个技术方案是：一种如第一个技术方案中所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1
：硼酸与低分子脂肪醇反应，酯化生成初级硼酸酯；
[0014]S2
：所述初级硼酸酯与含氟二元醇经酯交换反应生成硼酸酯型含氟燃烧促进剂
。
[0015]优选地，所述步骤
S1
中硼酸和低分子脂肪醇的摩尔比为
1:3
～
1:6。
[0016]优选地，所述步骤
S1
中的低分子脂肪醇为乙醇
、
正丙醇
、
异丙醇
、
正丁醇
、
异丁醇中的一种或多种
。
[0017]优选地，所述步骤
S1
包括：
[0018]将硼酸与低分子脂肪醇进行混合，加热
、
搅拌，回流反应后酯化生成初级硼酸酯；通过减压蒸馏，获得初级硼酸酯
。
[0019]优选地，所述步骤
S2
中初级硼酸酯与含氟二元醇的摩尔比为
1:1
～
1:2。
[0020]优选地，所述步骤
S2
中的含氟二元醇为
4,4,4
‑
三氟
‑3‑
(
三氟甲基
)
‑
1,,3
丁二醇
、2,2,3,3
‑
四氟
‑
1,4
‑
丁二醇
、2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇
、2,2,3,3,4,4,5,5
‑
八氟
‑
1,6
‑
己二醇
、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7
‑
十三氟
‑
1,1
‑
庚二醇
、1H,1H,8H,8H
‑
十二氟
‑
1,8
‑
辛二醇
、1H,1H,9H,9H
‑
全氟
‑
1,9
‑
壬烷二醇
、
全氟聚醚二醇中的一种或多种
。
[0021]优选地，所述步骤
S2
包括：
[0022]将所述初级硼酸酯与含氟二元醇进行混合，加热
、
搅拌，回流反应后生成硼酸酯型含氟燃烧促进剂；通过减压蒸馏，获得硼酸酯型含氟燃烧促进剂
。
[0023]本专利技术所采用的第三个技术方案是：一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂在制备推进剂中的应用
。
[0024]上述技术方案的有益效果：
[0025](1)
本专利技术提供的硼酸酯型含氟燃烧促进剂的端基为硼酸酯基团和羟基；硼酸酯基团在推进剂混合过程中会与推进剂中的少量水分反应后水解，再与铝粉表面的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硼酸酯型含氟燃烧促进剂，其特征在于，所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的端基为硼酸酯基团和羟基，链段中含有氟原子
。2.
根据权利要求1所述的硼酸酯型含氟燃烧促进剂，其特征在于，所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的结构如下所示：式中，
R1＝
C
n
H
2n
‑1(n≤4)
，
R2＝
C
a
H
b
F
c
O
d
(a、b、c≥4
，
d≥0)。3.
一种如权利要求1‑2任一项所述硼酸酯型含氟燃烧促进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：硼酸与低分子脂肪醇反应，酯化生成初级硼酸酯；
S2
：所述初级硼酸酯与含氟二元醇经酯交换反应生成硼酸酯型含氟燃烧促进剂
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中硼酸和低分子脂肪醇的摩尔比为
1:3
～
1:6。5.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中的低分子脂肪醇为乙醇
、
正丙醇
、
异丙醇
、
正丁醇
、
异丁醇中的一种或多种
。6.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
包括：将硼酸与低分子脂肪醇进行混合，加热
、
搅拌，回流反应后酯化生成初级硼酸酯；通过减压蒸馏，获得初级硼酸酯
。7.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S2
中初级硼酸酯与含氟二元醇的摩尔比为

【专利技术属性】
技术研发人员：汪慧思，屈炜宸，彭盼盼，孙新军，李斌，杜芳，李磊，陶博文，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：