含金属助燃剂的超分子凝胶推进剂的制备及应用研究

发布时间：2020-11-05 05:10

　　 推进剂能够为火箭、导弹及各类武器系统提供能量,因此广泛应用于国防军工、航空航天等领域。传统的固态推进剂及液态推进剂都存在一定的缺陷,为了满足实际应用的需要,稳定性高、安全环保的凝胶推进剂成为近年来的研究热点。设计凝胶能力强、能充分燃烧的凝胶因子是制备凝胶化推进剂的关键,小分子凝胶因子结构多样、用量少、凝胶性能好,有望应用于制备高性能凝胶推进剂材料。本文合成了结构相似的含卤2,4-(3,4-二氯苯亚甲基)-D-葡萄糖酰胺类化合物(Gn)及无卤2,4-苯亚甲基-D-葡萄糖酰胺类化合物(Cn),研究了两类化合物的结构与凝胶性能之间的关系。并将两类化合物用于制备小分子凝胶推进剂,对其凝胶性能、流变学性能和应用潜能进行了研究。本文发现Gn、Cn两类凝胶因子对芳烃类溶剂、燃料JP-10、RP-1都有较好的凝胶能力,侧链增长使凝胶因子的凝胶范围缩小,凝胶能力减弱。化合物Gn、Cn都可以用于制备小分子凝胶推进剂,凝胶因子G18可在室温下凝胶JP-10溶剂。SEM观察到芳醛取代葡萄糖酰胺类凝胶因子的侧链越长,其凝胶材料越趋于形成一维长纤维结构。流变学实验证实了Gn、Cn与JP-10形成的凝胶具有一定的触变性,并且都能瞬时回复,并且短侧链结构凝胶材料的触变性能强于长侧链凝胶材料。为了提高推进剂的燃烧性能,一般会向推进剂中加入金属助燃剂,如何使金属助燃剂在推进剂系统中良好的分散成为一个技术难点。为此,本文制备了含有金属助燃剂的小分子凝胶推进剂,并实现了金属粉末在凝胶推进剂的长时间稳定分散。本文还首次研究了金属助燃剂的加入对小分子凝胶推进剂性能的影响,流变学实验发现纳米金属粒子的加入,提高了凝胶本身的机械强度,也会影响凝胶的屈服值大小,通过SEM发现50nm Al粉的加入使凝胶推进剂的微观形貌改变。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O648.17;V51
【部分图文】：

天津大学硕士学位论文超分子凝胶 超分子凝胶的定义分子凝胶（有机小分子凝胶）通常是指低分子量凝胶因子（分子量3000）通过分子间非共价键作用（如氢键、范德华作用、π-π 作用、/疏水效应、静电作用等[6]）自组装而形成的，一种介于液体和固体[7]。溶解态的凝胶因子（0D）在溶剂中通过多种非共价键作用自发状、棒状聚集体（1D），聚集体之间相互缠结进而形成三维网状结构溶剂分子，形成宏观上的凝胶态[8]。其过程如图 1-2 所示。

图 1-8 Ni2BTC 超分子金属凝胶Figure 1-8 Ni2BTC supermolecular metal gel1.2.2.5 其他作用力除以上所介绍的氢键作用、π-π 堆积作用、范德华作用和金疏水作用也是一种非共价键作用，但由于其作用力较弱一般只能成的次级驱动力，在超分子凝胶领域中的研究相对较少。1.2.3 超分子凝胶的研究手段为了更加深入的研究凝胶的形成过程和凝胶的理化性质，以凝胶因子的自组装方式、力学特性等有更清晰的认识，需要运用方法评估凝胶的性能参数。常用的检测手段有最低凝胶浓度（C温度（Tgel）、衍射技术[24]、波谱、流变学[25]和显微[26]等，这些技

天津大学硕士学位论文1.3.1 刺激响应超分子凝胶超分子凝胶的结构具有多样性，人们通过向凝胶因子中引入不同的刺激响应片段，可以实现凝胶对不同外界的刺激作出响应，例如：超声响应型凝胶、光响应型凝胶、热响应型凝胶、电响应型凝胶、化学及 pH 响应型凝胶、氧化还原响应型凝胶、酶响应型凝胶及多刺激响应型凝胶等多种类型[52,54]。其中，多刺激响应型超分子凝胶满足智能材料发展的需要，成为人们对刺激响应超分子凝胶关注的焦点[55]。Fan 等[56]设计合成了如图 1-11 所示的含 2-羟基苯并咪唑类化合物，该化合物可与多种有机溶剂形成凝胶，π-π 堆积作用是凝胶因子自组装的主要驱动力。所形成的凝胶具有多种刺激响应性，能在阴阳离子、酸碱、温度、超声、机械力、酸碱等刺激下，发生凝胶-溶胶可逆的响应过程，在传感器、光电器件和光捕获材料领域具有良好的应用前景。
【参考文献】

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1 管西栋;缩醛取代葡萄糖酰胺类化合物的合成与凝胶性能研究[D];天津大学;2016年

本文编号：2871176