二硝酰胺铵(ADN)球形化技术研究进展

对二硝酰胺铵(ADN)的球形化技术进行了比较详细的综述。从乳液球形化、喷雾球形化、喷射研磨球形化、超声波球形化、微反应球形化技术及膜乳化结晶新技术等几方面介绍了ADN球形化技术的研究现状,对比了各种技术的优缺点,提出了超声波球形化技术、微反应球形化技术和膜乳化结晶技术是ADN球形化制备技术发展的趋势,并指出了我国ADN球形化技术的发展方向。

复合固体推进剂用键合剂的研究进展

键合剂是改善黑索金(RDX)、奥克托金(HMX)等硝胺和氧化剂填料与黏合剂间界面作用的关键功能材料,也是提高推进剂力学性能的有效、方便、实用的策略。综述复合推进剂中硼酸酯(BEBA)与中性聚合物(NPBA)等键合剂的研究进展,归纳了键合剂的作用机理,梳理了当前和未来高性能推进剂用键合剂的发展动向,针对不同的黏合剂体系和新的固化方式等发展趋势,设计具有多种功能基团的键合剂结构,积极开发可同时与硝胺、氧化剂及黏合剂相匹配的键合剂,进一步完善补充键合机理,以满足高新武器系统对高力学性能推进剂的需求。

多硝基吡唑并[5,1-c][1,2,4]三嗪含能化合物合成与表征

为合成高能不敏感含能化合物,以3,4-二硝基吡唑为原料,经异常亲核取代氢(VNS)反应合成5-氨基-3,4-二硝基吡唑(ADNP),ADNP经重氮化后与硝基乙腈的钠盐偶合、分子内环化,合成多硝基氮杂芳香稠环含能化合物4-氨基-3,7,8-三硝基吡唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪(PTX);采用红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)、元素分析表征了产物结构,优化了ADNP合成、分离条件和PTX环化反应条件;采用差示扫描量热(DSC)研究了PTX的热性能及与HMX、RDX、Al粉、硝化棉(NC)的相容性;采用BAM撞击感度测试仪测试了PTX的撞击感度。结果表明,DNP与偏三甲基肼碘化物、叔丁醇钾(t-BuOK)的物质的量比为1∶2.5∶3.5,反应时间为8h,ADNP收率可达73.7%;利用DNP与ADNP的溶解度差异可以提高ADNP的提纯效率;合成PTX中间体后直接环化可将反应收率从55.6%提高至90.7%;对PTX合成条件的优化将总收率从文献值的29.8%提高至66.8%;PTX的热分解峰温为288.5℃;PTX与Al粉和NC具有良好的相容性,与HMX、RDX不相容;其撞击感度为15J。表明PTX为一种热稳定性较好的高能不敏感含能化合物,有望应用于高能不敏感弹药中。

树脂DX吸附ADN的热力学和动力学研究

通过在不同温度下的静态吸附实验,研究了二硝酰胺铵(ADN)在树脂DX上的吸附热力学及动力学特性;通过实验测定了28~50℃的等温吸附线和吸附动力学数据,并分别用Langmuir和Freundlich模型对实验数据进行了拟合。结果表明,树脂DX对水溶液中ADN的吸附符合Freundlich等温吸附方程,该吸附过程的吉布斯自由能变(ΔG)<0,熵变(ΔS)>0,吸附过程可自发进行,不同吸附量下的吸附焓变(ΔH)>0,吸附为吸热过程;树脂DX对ADN的吸附属于快速平衡型,前30min大量ADN被吸附在树脂DX上,60min后吸附趋于平衡,吸附过程符合拟二级动力学方程;该吸附工艺操作简便,树脂DX吸附效率高,可重复利用,成本低。

3,4-二硝基吡唑合成放大工艺研究

以吡唑为原料,经N-硝化、热重排、C-硝化等反应合成了3,4-二硝基吡唑(DNP)。进行了DNP的放大工艺研究,优化了硝化工艺条件,考察了C-硝化的工艺稳定性及重结晶溶剂苯甲腈的循环利用。研究发现:DNP较佳反应温度为55~57℃,反应时间45 min,收率86. 8%; DNP的放大硝化工艺具有较好的稳定性,重结晶溶剂可以循环利用5次以上,重结晶纯度99%以上。该放大合成工艺得到的DNP具有良好的物理化学性能,有望应用于混合炸药的研制。

基于点击化学反应的键合剂应用研究

为改善ADN基三唑交联固化体系固体推进剂的粘合剂/固体填料间的界面作用,提高其力学性能,设计合成了基于点击化学反应的键合剂N-炔丙基-2,2'-二羟乙基胺(BA-2)、N-炔丙基-3,3'-二丙腈基胺(BA-7),并采用DSC证明2种键合剂与ADN具有良好的相容性;采用DSC和FT-IR表征了键合剂与以GAP为代表的含能粘合剂的反应性,二者可在60℃进行成环反应;测试并计算了键合剂与ADN的界面特性参数,证明BA-2和BA-7与ADN有较好的吸附作用,有望在ADN基三唑交联固化体系取得应用。

4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯的高效合成及晶体结构表征

为了研究硝仿系炸药的合成,以4,6-二羟基嘧啶为硝化原料制备硝仿,然后合成4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯(TNETB);采用红外光谱、核磁共振波谱、质谱以及元素分析等对TNETB进行了结构表征;考察了物料比、反应温度和反应时间对产物收率的影响,以甲醇为溶剂培养了TNETB单晶,并采用X-射线单晶衍射进行晶体结构测定。结果表明,制备TNETB的最佳反应条件为:硝仿、甲醛水溶液和丙烯酸的摩尔比为4.2∶1.2∶1.0,无需溶剂,缩合反应时间45min,反应温度为25℃;加成反应时间为60min,反应温度为50℃;酯化反应时间为60min,反应温度为50℃;TNETB的收率为40.7%,纯度为98.7%;TNETB晶体属于单斜晶系,P2(1)/n空间群,晶体学参数为:a=5.8799(13),b=21.801(5),c=11.220(2),V=1434.1(5)3,Z=4,DC=1.789g/cm3,μ=0.180mm-1,F(000)=784,R1=0.0960,ωR2=0.2857;TNETB分子间的氢键和范德华力降低了硝仿基团的引入对分子稳定性和安全性的影响,表明TNETB具有较高的安全性。

二(2,2-二硝基丙基)硝胺的合成及热性能

以2,2-二硝基丙醇为原料,经缩合、硝化反应合成了二(2,2-二硝基丙基)硝胺(BDNPN)。用红外光谱、核磁共振、元素分析对中间体及目标化合物的结构进行了表征。优化了反应条件,硝化反应的最佳条件为nBDNPA:nHNO3=1∶30,反应温度为50℃,反应时间为1 h,收率92.1%。用DSC和TG-DTG考察了目标化合物的热性能。结果表明,BDNPN的热分解峰温为212.3℃,具有较好的热稳定性。

三硝基乙醇及其脂肪族衍生物研究进展

三硝基乙醇及其脂肪族衍生物具有含氧量高、密度高等优点,是一类重要的含能材料。综述了三硝基乙醇及其脂肪族衍生物等30余种三硝基乙基类含能化合物的最新研究成果,重点阐述了三硝基乙醇及其脂肪族衍生物的合成、性能及应用研究进展;并结合三硝基乙基类含能化合物的性能特点,进一步探讨了在炸药、固体推进剂等含能材料领域中的应用前景。

4-氨基-3,7-二硝基-1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪(TTX)合成机理与性能

为研究4-氨基-唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪化合物的合成机理与性能,以TTX为例,采用密度泛函理论(DFT)研究了1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪类稠环可能的环化机理,研究了体系pH值对环化过程的影响;采用差示扫描量热法研究了TTX的热性能、热分解动力学,并采用BAM撞击感度测试仪测试了TTX的撞击感度。结果表明:5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)的重氮盐与硝基乙腈钠盐偶合中间体的类吡咯氮原子对氰基亲核加成,然后通过芳构化重排得到1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪;TTX的热分解峰温为281.8℃,表观活化能为356.7 kJ·mol^(-1),高于TATB;撞击感度为60 J,低于RDX。同时研究了TTX与HMX、RDX、Al粉、硝化棉(NC)的相容性,结果表明TTX与Al相容,与HMX有一定相互作用,轻微敏感;RDX、NC会明显促进TTX热分解,混合体系较为敏感,应避免混合使用。

硝基乙腈钾合成1,2,4-三嗪氮杂稠环化合物的研究

以2-氰基-2-羟基亚氨基乙酸乙酯(NOCNEt)为原料,在碱性条件下经氧化、水解等反应,合成了硝基乙腈钾。考察了硝基乙腈钾合成中物料比、催化剂用量、反应温度和时间对反应产率的影响,将硝基乙腈钾的总产率由28.35%提高到37.71%。使用硝基乙腈钾代替现制备的硝基乙腈,与五元氮杂环的重氮盐进行偶联、环化反应,合成了新型氮杂稠环化合物3-硝基-4-氨基-7-氰基-[1,2,4]三唑[5,1-c][1,2,4]三嗪(AITX)。表征了产物的结构,计算了性能参数。AITX的密度为1.64 g/cm^3,氮质量分数达到47.80%,生成焓为772.43 kJ/mol。

5-氰基-4-氨基咪唑的合成及其热性能

咪唑基含能化合物是目前高能化合物的重要研究方向,而5-氰基-4-氨基咪唑是设计、合成新型咪唑联四唑类高能高氮化合物的关键中间体。以5-甲酰胺基-4-氨基咪唑(AICON)为原料,经其与三氯氧磷(POCl3)的脱水反应获得了5-氰基-4-氨基咪唑(AICN),通过优化反应体系、反应温度、反应时间以及物料物质的量比,使得AICN的收率>65%,纯度(HPLC)>99.5%。此外,采用NMR、IR和元素分析对其进行了结构确证,利用热重分析法研究其热性能。结果表明,AICN的最佳反应条件为以POCl3为脱水剂,n(AICON)∶n(POCl3)=1∶10,反应升温模式为先快速升温至80~85℃,维持反应30 min,然后降温至70~75℃,维持反应1.0~1.5 h;AICN在40~1000℃温度区间存在两个失重过程,对应的热分解温度区间分别为40~400℃和400~1000℃、热失重分别为19.8%和60.7%、热分解峰温分别为256.5和698.4℃,表明其具有良好的热稳定性。