[发明专利]螺环活性增塑剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种螺环活性增塑剂及其制备方法，通过取代反应、环化反应、水解反应、脱羧反应以及酯化反应成功制备了含有螺环和活性炔基螺环活性增塑剂，即螺[3.3]庚烷‑2‑甲酸丙炔酯。本发明的增塑剂在保持其能量的同时，通过炔基和叠氮基之间的“点击化学”活性，能够从根本上解决增塑剂的迁移问题。

技术领域

本发明涉及增塑剂技术领域，具体而言涉及一种螺环活性增塑剂及其制备方法。

背景技术

含能增塑剂作为制备复合固体推进剂的重要助剂之一，能够显著提高其加工性能、力学性能、能量水平等。传统含能增塑剂通常以物理共混的方式被引入到复合固体推进剂中，然而机械运动、温度等因素会导致含能增塑剂的迁移和析出。

含能增塑剂的迁移问题一直备受关注，原因在于高能材料是高感度物质，含能增塑剂的迁移降低了材料的机械完整性和武器装备的安全储存性能，容易导致军火设备得不到安全有效的运输和存储，有碍我国国防力量的提升。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种螺环活性增塑剂，该增塑剂含有高能螺环和活性炔基的新型活性增塑剂，在保持其能量的同时，通过炔基和叠氮基之间的“点击化学”活性，能够从根本上解决增塑剂的迁移问题。

根据本发明目的的第一方面，提供一种螺环活性增塑剂，所述螺环活性增塑剂含有螺环和活性炔基，螺环活性增塑剂的分子结构式为式Ⅰ；

优选的，所述螺环活性增塑剂的分子式为C₁₁H₁₄O₂。

根据本发明目的的第二方面，提供一种螺环活性增塑剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将1,1-环丁烷二甲醇、对甲苯磺酰氯、吡啶、4-二甲氨基吡啶溶于第一有机溶剂中，搅拌反应，得到第一溶液；

采用饱和氯化钠溶液对第一溶液进行萃取，萃取所得的有机相经干燥，过滤，浓缩后得到1,1-环丁烷对甲苯磺酸二甲酯；

S2、将步骤S1得到的1,1-环丁烷对甲苯磺酸二甲酯加入到含有丙二酸二乙酯和金属钠的第二有机溶剂中，回流反应得到第二溶液；

将第二溶液的温度降至室温后，采用饱和碳酸氢钠溶液对第二溶液进行萃取，萃取所得有机相经干燥，过滤，浓缩，再经过柱色谱法分离后得到螺[3.3]庚烷-1,1-二羧酸二乙酯；

S3、将步骤S2所得的螺[3.3]庚烷-1,1-二羧酸二乙酯，与第三有机溶剂、水和氢氧化钾共混回流反应，得到第三溶液，反应后将第三溶液的温度降至室温并调整pH至酸性，得到第四溶液；

采用乙酸乙酯对第四溶液进行萃取，萃取所得有机相经干燥，过滤，浓缩后可粗制得螺[3.3]庚烷-1,1-二羧酸；

将螺[3.3]庚烷-1,1-二羧酸加入吡啶中回流，回流后的有机相经干燥，过滤，浓缩后可得螺[3.3]庚烷羧酸；

S4、将步骤S3所得的螺[3.3]庚烷羧酸，与对甲苯磺酸、丙炔醇溶于第四有机溶剂中，加热反应，得到第五溶液；

第五溶液的温度降至室温后，采用饱和碳酸氢钠溶液对第五溶液进行萃取，萃取所得有机相经干燥，过滤，浓缩，再经过柱色谱法分离后可得螺[3.3]庚烷-2-甲酸丙炔酯，即为所述螺环活性增塑剂。

优选的，所述步骤S1中，对甲苯磺酰氯的浓度为0.8～1.2M；1,1-环丁烷二甲醇与对甲苯磺酰氯的摩尔比为1:(2.0～2.5)；1,1-环丁烷二甲醇与吡啶的质量比为1:(2.5～3.0)；4-二甲氨基吡啶与对甲苯磺酰氯的摩尔比为1:(8～12)；所述第一有机溶剂为二氯甲烷或氯仿。

优选的，所述步骤S1中，得到第一溶液的反应温度为20～30℃，反应时间为12～24h。