二硝酰胺铵热分解机理的理论研究进展

介绍了二硝酰胺铵(ADN)热分解反应的基本性质。总结了ADN分解反应的理论研究结果。分析了溶剂对DN-模型中ADN分解行为的影响,比较了二硝酰胺酸(HDN)、二硝酰胺酸二聚体(HDN2)及其二硝酰胺铵二聚体(ADN2)簇模型中不同质子转移异构体分解的优势路径,以及分子内和分子间双质子转移过程对不同异构体的形成和分解反应的影响。讨论了微量水在(H2O)n…NH4+[ON(O)NNO2]-(n=1,2,3)和ADN2簇模型中对ADN反常分解行为的原因。不同理论模型在一定程度上揭示了ADN分解反应的本质,在较大ADNn簇中获得的动力学参数与实验结果吻合更好。研究认为,对ADN体系分解产生的各中间体之间的交叉反应以及将QM-MM方法用于较大ADNn簇和溶剂化模型的研究,对理解ADN复杂分解反应以及获得其应用过程所涉及的相关热力学和动力学参数具有重要作用。     

富勒烯乙二胺二硝酰胺盐的制备、表征及热分解特性

以富勒烯乙二胺硝酸盐和二硝酰胺铵(ADN)为原料,通过离子交换反应制备了富勒烯乙二胺二硝酰胺盐,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析和X射线光电子能谱(XPS)等对其结构进行了表征。结果表明,富勒烯乙二胺二硝酰胺盐的分子式为H12C60(HNCH2C H2NH2·HN(NO2)2)12。用差热分析(DTA)、差示扫描量热法(DSC)和热重-微分热重分析(TG-DTG)研究其热分解特性。DSC曲线表明富勒烯乙二胺二硝酰胺盐于150℃开始分解,热分解峰温为203℃,分解焓为1037.7 J·g-1。TG曲线表明,100~800℃范围内,总失重率49.68%,主要是N(NO2)-2分解和部分支链分解。     

二硝酰胺盐的放大合成工艺及性能表征

为安全、高效地制备二硝酰胺盐产品,以氨基磺酸铵作为前体,经硝硫混酸低温硝化,该反应液与含脒基脲的惰性溶液进行中和反应得到N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12),再经离子交换反应制得二硝酰胺钾(KDN)和二硝酰胺铵(ADN)。用元素分析、红外、密度、DSC和感度测试进行了FOX-12、KDN和ADN的的表征和性能测试。结果表明,实验过程中水解温度稳定在30~45℃,实现了FOX-12、KDN和ADN的合成工艺放大。表征数据与文献值一致。粗品纯度均大于98%;FOX-12、KDN和ADN的熔点分别为212,128,92℃。FOX-12、KDN的感度低于RDX,ADN的感度与RDX相当。     

ADN/18C6共晶制备与表征

采用溶剂挥发法制备出二硝酰胺铵(ADN)/18-冠醚-6(18C6)共晶,通过X射线单晶衍射(SXRD)确定其晶体结构,并采用增重法测试共晶的吸湿性。结果表明,该共晶体属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶胞参数为:a=23.935(3),b=8.6327(11),c=20.324(3);β=112.874(3)°,Z=8。该共晶主要依靠N—H…O型中强氢键作用形成。ADN/18C6共晶结构的形成使ADN的吸湿率从18%降低至1.2%。     

N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)的合成与表征

以二硝酰胺铵(ADN)和双氰胺为原材料经过一系列反应,制备出新型有机二硝酰胺盐-N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12),并鉴定了其结构,测定了其熔点、感度、吸湿性等性能。     

NC/NG与ADN的相互作用

用高压差示扫描量热法(PDSC),热重-微商热重法(TG-DTG),研究了双基粘合剂(NC/NG体系)与二硝酰胺铵(ADN)之间的相互作用.结果表明,(NC/NG)/ADN体系中NG的分解峰由NC/NG中的207.0 ℃提前至159.8 ℃,在高压下该分解峰温提前至153.6 ℃.NC/ADN的分解峰温比NG/ADN提前了4.8 ℃,而且大部分的ADN没有被NG加速而提前分解,表明NC对ADN的作用比NG更强烈.此外,还用真空安定性试验(VST)评价了NC/NG与ADN的相容性,混合体系的净增放气量大于11 mL,属于严重不相容,证明在90 ℃下NC/NG与ADN之间也存在强烈的相互作用.     

量气法研究ADN与(NC+NG)的相互作用

用 NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度下二硝酰胺铵(ADN)与双基吸收药(NC NG)体系的相互作用,从动力学角度阐述了二者的相互作用.结果表明: ADN与(NC NG)混合物加热分解的最终放气量在标准状态下为626.8 mL·g-1,与ADN和(NC NG)最大放气量之和相比并没有增加,但分解速度显著提高,活化能显著降低至82.58 kJ·mol-1,ADN与(NC NG)之间存在强烈的相互作用.     

PGN/ADN推进剂的燃烧性能

采用靶线法在3.0～15.0MPa压强范围内,研究了固含量、铝粉含量、二硝酰胺铵(ADN)的粒径及含量、燃速调节剂及热稳定剂对PGN/ADN推进剂燃烧性能的影响。结果表明,ADN的粒径(450μm,450～900μm)和含量(0%～30%)增加时,PGN/ADN推进剂的燃速和压强指数均适当增加;改变Al粉含量,PGN/ADN推进剂的燃速和压强指数均无明显变化;添加适量(0.5%)燃速调节剂Fe2O3可增加推进剂的燃速并降低压强指数,添加适量(0.5%)燃速调节剂草酰胺可有效降低压强指数。添加适量稳定剂(1%)2-硝基二苯胺(2-DNPA)和N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)可以使推进剂的压强指数分别由0.49降低到0.34和0.40。     

新型含能材料FOX-12性能研究

研究了N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)性能,FOX-12不溶于冷水,结晶密度1．755g／cm^3,燃烧热1483．98kJ／mol,分解温度218．41℃,感度低,热安定性好。FOX-12相容性较好,能和HMX、RDX等火炸药常用组分相容。     

动态法研究ADN的吸湿性能

针对二硝酰胺铵(ADN)的强吸湿性及吸湿性研究的迫切性,建立了动态分析的新方法。采用快速分析方法研究了ADN的吸湿性能,得出了ADN的吸湿过程曲线、临界相对湿度、吸湿速率曲线。比较动态分析方法与干燥器平衡法(标准方法GJB7708-2005-404.1)结果,认为两种方法准确度等效。动态分析方法的相对标准偏差为1.45%。     

碳酸铅催化二硝酰胺铵的燃烧特性和热分解行为研究

通过燃速测定、差示扫描量热法（DSC）和热失重法（TG）研究了碳酸铅（PbCO3）对二硝酰胺铵（ADN）热分解和燃烧性能的影响。在3～12MPa范围内，ADN＋5％ PbCO3＋0．2％石蜡的燃速高于ADN＋0．2％石蜡，PbCO3使ADN＋0．2％石蜡的麦撤燃烧特性消失。TG和DSC分析表明，PbCO3可以降低ADN的初始热分解温度；ADN＋5％ PbCO3与纯ADN相同失重时对应两者的温度之差随质量损失增加而减小。动力学分析显示，加入5％PbCO3后，ADN热分解表观活化能降低。分析认为，ADN＋5％PbCO3＋0．2％石蜡和ADN＋0．2％石蜡燃烧特性与其表面的ADN熔化层的特征存在关联。     

球形ADN日光光解特性研究

为研究光解对二硝酰胺铵(ADN)宏观光解储存寿命、纯度和感度的影响,进行了固相ADN日光光分解试验。通过IR分析检测了ADN的光解变化趋势,通过液相色谱分析了ADN的纯度和宏观光解储存寿命。结果表明光解产物为AN,ADN在日光照射下宏观储存寿命为756.2天;ADN光解后颗粒形状仍呈球形,摩擦感度和撞击感度均降低。因此,ADN光照后纯度降低,但由于光解形成的AN球形晶粒包覆在ADN颗粒表面,ADN的热分解受到抑制。     

ADN/GUDN 双氧化剂对NEPE 固体推进剂燃烧性能的影响（英）

设计并制备了含N?脒基脲二硝酰胺盐（GUDN）和二硝酰胺铵（ADN）的硝酸酯增塑聚醚（ NEPE）固体推进剂样品,测试了推进剂的燃烧性能（燃速和压强指数）、燃烧火焰结构和燃烧波温度分布,并与不含GUDN和ADN的推进剂性能进行对比。结果表明,GUDN/ADN 双氧化剂对NEPE推进剂的燃烧性能有明显的影响,推进剂配方中添加ADN可提高推进剂的燃速和压强指数,含15%、20%和22.5%的ADN替换高氯酸铵（AP）可使推进剂在7.0MPa 下的燃速提高25.30%、36.76%和47.69%,GUDN使推进剂在7.0MPa下的燃速降低18.97% ,而压强指数在1~15MPa提高12.04%,而且在不同压力下含双氧化剂的NEPE推进剂的燃烧火焰结构呈多火焰结构,而且火焰的亮度随着压强的增大而变亮。     

二硝酰胺铵产品的杂质分离及纯度分析

提出了二硝酰胺铵（ADN）产品的杂质分离及纯度分析的实用方法。结果表明，MIBK不仅是分离ADN产品的杂质硝酸铵（AN）的有效溶剂，而且是化学滴定ADN的良好介质。纯度分析的精密度好，变异系数不大于0．19％ ，准确度高，本法与碱量法相比，两种方法测定结果的相对偏差不大于0．25％。     

二硝酰胺铵与异氰酸酯化合物的红外光谱研究

通过将ADN、ADN/N-100、ADN/TDI、ADN/IPDI分别在室温和45℃下处理后进行FTIR谱图分析，研究了二硝酰胺铵(ADN)与三种异氰酸酯化合物（TDI、N-100、IPDI）的相容性。研究表明，在室温和45℃下，ADN与N-100、TDI不相容而与IPDI相容。     

三种方法研究ADN与几种粘合剂的相容性

利用真空安定性试验仪(VST) 研究了ADN与端羟基聚丁二烯(HTPB)、3,3-双叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃(BAMO-THF)聚合物、双基粘合剂(NG NC)、聚乙二醇(PEG)、共聚醚粘合剂(PET)五种粘合剂的混合体系的相容性,还利用差示扫描量热仪(DSC)和拉瓦尔试验仪(LAWA)研究了其中的三种体系.这三种不同方法都一致判断ADN与 (NG NC)和PEG为不相容,但对AND/PET体系的相容性判断不一致,VST法判断为不相容,而LAWA和DSC法却判断为相容.从试验条件的差异,组分相互作用是发生在凝聚相还是在气相与凝聚相之间等方面,探讨了产生这种不同结论的原因.     

聚氨酯黏合剂包覆球形ADN的性能研究

为降低球形二硝酰胺铵(ADN)的吸湿性,采用聚氨酯黏合剂对其进行包覆。用扫描电镜(SEM)和称重法分析了包覆后ADN的表面形貌和吸湿性,结果表明,聚氨酯黏合剂在ADN表面形成絮状的包覆膜,使包覆后ADN的吸湿率明显小于包覆前ADN,在相对湿度60%以下,包覆后ADN在空气中暴露30天时吸湿率仅0.136%,吸湿率不随时间增加。热分析和机械感度测试表明,聚氨酯黏合剂对ADN的熔点、分解峰温、分解热焓的影响较小,但使ADN的机械感度增加,包覆前后ADN的摩擦感度分别为30%和60%,撞击感度(H50)分别为30.5cm和27.8cm。     

三硝基均苯三酚一铵盐的合成、晶体结构、热分析及感度性能研究（英）

合成了三硝基间苯三酚一铵盐NH4(H2TNPG),并对其进行了元素分析及红外表征。利用X射线单晶分析测定了其晶体结构,晶体属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶体学数据为:a=9.307(2),b=21.144(6),c=9.797(2),β=99.56(3)°,V=1901.0(8)3,Z=8。该化合物是由一个铵根离子与一个一价的三硝基均苯三酚负离子相结合而形成的离子型化合物,分子中存在的大量氢键及铵根离子与三硝基均苯三酚负离子之间的静电引力使得该化合物具有较高的热稳定性和较低的感度。用DSC、TG-DTG技术研究了标题化合物的热分解,研究结果表明:在10℃·min-1的升温速率下,标题化合物只有一个剧烈的放热分解过程,该过程发生在219.2~234.3℃之间,分解产物主要是气体产物。感度测试结果表明,该化合物对外部刺激钝感。     

ADN的热分解及其推进剂燃烧研究的最新进展

综述了近年来国外有关ＡＤＮ热分解及其推进剂燃烧研究的最新成果。重点分析了ＡＤＮ热分解机理、安定性和燃烧机理,讨论了ＡＤＮ的应用前景。