[发明专利]一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体及其制备方法，本发明将氨硼基团引入到哌嗪基阳离子基离子液体中，将哌嗪鎓盐硼烷络合物与阴离子的钠盐或银盐发生复分解反应得到含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体。该产物具有很高的燃烧放气量，在自燃液体推进剂领域具有潜在的应用价值，并且该制备方法简单、温和，易于实施。

技术领域

本发明涉及液体推进剂技术领域，具体涉及一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体及其制备方法

背景技术

在航天航空及国防军事领域(如战略、战术导弹)中，推进剂是最核心的关键技术之一。当前，液体推进剂仍是世界上使用最广泛的推进剂。自燃推进剂是液体推进剂中最具代表性的一种,目前世界各国最普遍采用自燃推进剂燃料是肼及肼的甲基化衍生物。但是肼类化合物具有高挥发性、剧毒性和强致癌性，对环境和人体健康十分有害，而且由于其易燃和强挥发性，大大增加了其运输和储存的成本。随着载人航天技术的不断发展以及人们对环境保护提出更高的要求,开发低毒性、高能量、对环境友好的绿色液体推进剂来代替现有的肼类燃料已成为未来液体火箭推进剂发展的主要方向。

离子液体由阴阳离子构成，熔点通常低于100摄氏度，具有饱和蒸汽压极低、不易挥发、结构可设计、液态可操作温区宽、无毒或低毒等优点。2008年，美国爱德华兹空军基地的科研人员发现，在强氧化剂作用下，二腈胺咪唑类离子液体表现出与偏二甲肼相似的自发点火特性，二者接触可引发离子液体迅速自燃。该发现首次从实验上证实了离子液体作为一种绿色的替代燃料在双组元自燃推进剂中应用的可行性。与肼类燃料相比，自燃离子液体燃料更加绿色环保(常温常压下几乎无蒸汽压)。在毒性方面，离子液体燃烧仅释放出无毒的气体，比如水蒸气、氮气和二氧化碳等。此外，离子液体本身不挥发性和低毒性的特点使得其作为推进剂燃料非常安全，有利于运输和存储。

基于自燃离子液体在绿色双组元火箭推进剂中所展现出的巨大潜力，美国、德国等西方发达国家多个研究机构相继跟进该领域的研究工作，多类结构新颖的自燃离子液体材料已经被合成和报道。然而目前合成的大多数自燃离子液体的合成都关注于如何缩短点火延迟时间，燃烧过程放气量问题却一直被人忽略，导致目前已合成的大部分离子液体比冲较低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体及其制备方法，该方法将氨硼基团引入到哌嗪基阳离子基离子液体，得到的离子液体具有高燃烧放气量，并且该制备方法简单、高效、温和。

为了达到上述技术效果，本发明提供了一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体，所述含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体的结构式如下：

其中，R1为含有2～9个碳原子的直链或支链烷烃，含有2～5个碳原子的直链烯烃或炔烃；R2为含有1～8个碳原子的直链烷烃，M-为阴离子。

进一步的，所述M-选自二氰胺阴离子、硝基氰基胺阴离子、二硝铵阴离子、氰基硼氢根阴离子、二氰基硼氢根阴离子、叠氮根阴离子中的任意一种。

本发明还提供了一种含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体的制备方法，包括以下步骤：将与NH₂R₂Br混合均匀后，室温下反应12h以上得到第一溶液，将第一溶液除去第一溶剂后得到第一中间体，在第一中间体中加入硼烷的四氢呋喃溶液，在45～85℃温度下反应8h以上得到第二溶液，将第二溶液降温干燥后得到第二中间体，将第二中间体在第二溶剂中与阴离子的钠盐或银盐进行复分解反应，洗涤干燥后得到含氨硼基团的哌嗪阳离子基离子液体，其中R1为含有2～9个碳原子的直链或支链烷烃，含有2～5个碳原子的直链烯烃或炔烃；R2为含有1～8个碳原子的直链烷烃。

进一步的，所述与NH₂R₂Br的摩尔比为1:2～2:1。