4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾一水合物(KDNP·H_2O)的合成、晶体结构与性能

2,4,6-三硝基间苯二酚铅(LTNR)的主要缺点是静电感度过高以及含铅对人体、环境造成危害。为了寻找LTNR的替代物,采用两步法合成了4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾一水合物(KDNP·H_2O)。利用溶剂蒸发法获得了该化合物的单晶。利用元素分析、红外光谱法、核磁共振氢/碳谱法和单晶X-衍射对其结构进行了表征。按国军标GJB-5891测试了其感度,计算了爆热。根据Kamlet-Jacobs方程计算了该化合物的爆轰参数。结果表明,该晶体为三斜晶系,空间群为P-1,有一个结晶水。该起爆药撞击感度为21.3 cm,静电感度为0.69 J,摩擦感度为56%,火焰感度为为24.7 cm,爆热为3.50 kJ·kg~(-1),爆速为6.77 km·s~(-1)、爆压为21.25 GPa,显示KDNP·H_2O是一种无铅安全环保的起爆药。     

4,6-二硝基-7-羟基苯并氧化呋咱钠的合成和性能

以间溴苯甲醚等为原料,经硝化、取代、环化得到4,6-二硝基-7-羟基苯并氧化呋咱钠(NaDNP),总收率45.6%。采用高效液相色谱、Na元素分析、视频显微镜、核磁共振(1 H NMR、13 C NMR)、傅里叶红外(FT-IR)光谱对其纯度、形貌、结构进行了表征。用差示扫描量热法(DSC)、5s延滞期爆发点研究了其热行为。用撞击、火焰、热丝、静电火花火感度研究了其感度性能。结果表明:升温速率为20℃·min-1时NaDNP的放热峰温度为283.11℃,5s延滞期爆发点300.3℃,显示NaDNP耐热性较好。撞击感度H50为37.4cm,火焰感度H50为18.5cm,热丝感度E50为1.278 mJ,静电火花感度E50为4.3 mJ,比斯蒂芬酸铅(LTNR)钝感。NaDNP可用作起爆药中间体。     

三聚氰酸为基的2,4,6-三氧-[1,3,5]三嗪烷-1-三氨基胍盐的合成、晶体结构和热性能（英）

以三聚氰酸钠(CANa)和三氨基胍盐酸盐(TAG-HCl)为原料,通过一步复分解反应制备了一种富氮含能化合物——2,4,6-三氧-[1,3,5]三嗪烷-1-三氨基胍盐(1),收率91%.采用X-射线单晶衍射、UV-Vis、FTIR、1H NMR以及元素分析等对产物进行了结构表征.计算了产物的生成焓和爆轰参数.通过差示扫描量热法(DSC,10 K·min-1)和热重-傅里叶变换红外光谱联用分析了其热稳定性、非等温热分解动力学和热分解过程.通过落锤法测试了产物的撞击感度.结果表明,化合物1的晶体为单斜晶系,P21/n空间群,计算密度为1.676 g·cm-3,生成焓为327.9 kJ·mol-1,爆速为7900 m·s-1,爆压为26.5 GPa.化合物具1有良好的热稳定性,分解峰值温度为538.9 K,提出了N2气氛下可能的热分解机理.且化合物1对撞击非常钝感,撞击感度大于60 J,优于TATB(50 J).     

新型起爆药5-硝基四唑亚铜工艺优化及性能研究

以氯化亚铜、5-硝基四唑钠等为原料合成了一种新型绿色环保起爆药5-硝基四唑亚铜（CuNT）,对其合成工艺进行了研究,通过单因素实验分析得到合成的较佳工艺条件。对CuNT的物理性能、热性能和爆炸性能研究结果表明,CuNT具有较好的流散性,吸湿性和耐热性均较好,机械感度、火焰感度及静电感度较钝感,摩擦感度相对较高; CuNT的爆热与比容值均大于叠氮化铅和斯蒂芬酸铅等常规起爆药; CuNT对结晶RDX的极限起爆药量为20 mg。     

环保起爆药四(5-硝基四唑)·二水合铁(Ⅱ)化钠的合成和特性

以5-硝基四唑钠和氯化亚铁为原料,在98～100℃、回流3 h的条件下得到橘黄色四(5-硝基四唑).二水合铁化钠(NaFeNT)产物,利用元素分析、扫描电镜和能谱、红外分析等方法表征了其结构。研究了NaFeNT的热性能(DSC、爆发点)、安定性(吸湿性、真空安定性)、爆炸性能(爆热、比容、爆速、撞击、摩擦、火焰、静电感度)和废水处理方法。结果表明:NaFeNT放热峰温度为258℃,5 s延滞期爆发温度为278℃,30℃/120 h条件下吸湿增重3.58%,100℃/连续40 h/真空状态下放气量为0.17 mL.g-1,爆热、爆速和比容分别为3929 J.g-1、5550 m.s-1和506 mL.g-1。撞击感度低于高氯酸.四氨.双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)、叠氮化铅(LA)和斯蒂酚酸铅(LTNR),摩擦感度高于BNCP、LA和LTNR,2 cm时火焰感度为76%,静电感度较钝感。     

4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾一水合物(KDNP·H2O)的性能及应用研究

为推进新型单质起爆药4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾一水合物(KDNP·H_2O)的军事应用,开展了KDNP·H_2O的性能特征分析及应用基础研究。测试并分析了其晶体结构、相容性、吸湿性以及热性能,按照国军标测试与评估了其感度性能与爆炸性能,并与斯蒂芬酸铅(LTNR)的性能进行对比。此外,研究了KDNP·H_2O和LTNR在半导体桥(SCB)中发火时间,以及KDNP·H_2O作为始发装药的3种半导体桥点火器的作用时间。结果表明KDNP·H_2O是一种可以替代斯蒂芬酸铅的新型起爆药,以其优于LTNR的感度性能和较快的作用时间有望应用于火工品中。     

4-羟基-3,5-二硝基吡唑含能离子化合物的合成、晶体结构及性能

以3,5-二硝基-4-溴吡唑(1)为底物,经水解与中和反应合成了4-羟基-3,5-二硝基吡唑(H-DNOP,2),并利用其酸性,设计、合成了DNOP的三种离子型含能化合物(3～5).采用核磁、红外、X射线单晶衍射等手段对化合物3～5的结构进行表征;利用差示扫描量热仪-热重联用研究了化合物3～5的三种离子盐的热性能,其中肼盐(3)的热分解温度最高为210.3℃.采用BAM测试方法测试了撞击感度和摩擦感度,并基于等键方程和Kamlet-Jacobs方程预测了其能量参数.结果表明,三种含能化合物的实测感度较低,撞击感度均为36 J,摩擦感度均为360 N,比三硝基甲苯(TNT)(撞击感度为15 J,摩擦感度为353 N)和黑索今(RDX)(撞击感度为7.4 J,摩擦感度为120 N)钝感;三种化合物理论爆速为7758～8288 m·s-1,爆压为26.06～29.96 GPa.     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮脒基脲盐的合成与表征

为了克服3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的酸性,设计了新的含能离子化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮脒基脲盐(GUNTO),以NTO和脒基脲盐酸盐为原料,采用一锅法和分步法两种方法合成了GUNTO,收率均高于85%。用红外光谱、核磁共振、质谱、元素分析和X-射线单晶衍射表征了它的结构。研究了GUNTO的物化性质与爆轰性能。借助晶体密度1.72 g·cm-3和理论计算的生成焓-347.35 kJ·mol-1,运用Kamlet公式预估爆速为6683.49 m·s-1、爆压为19.27 GPa。实测撞击感度、摩擦感度均为0%,特性落高H50大于125.8 cm,10℃·min-1时DSC曲线的峰温为236.8℃。与其他NTO胺盐相比,GUNTO氮含量较高、热稳定性好、感度低。     

3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑铅盐的合成及性能

以硝基胍和甲醛为原料,经缩合反应、硝化反应、肼解反应和复分解反应,合成了3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑铅盐,采用DSC和TG-DTG方法分析了其热性能,并测试了真空安定性、吸湿性、相容性、感度性能、5s爆发点、爆热、爆速等物化性质和爆轰性能。结果表明:3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑铅盐的热稳定性、真空安定性以及耐吸湿性良好,与RDX、HMX、太安、特屈儿、铁、铝、铜等材料均相容,撞击感度和摩擦感度较叠氮化铅(LA)和斯蒂芬酸铅(LTNR)钝感,5s爆发点为226～228℃,爆热为2 236J·g~(-1),爆速为5 755 m·s~(-1),有望作为LA和LTNR的替代物使用。     

1，2-二（3，3′-二硝氨基-1H-1，2，4-三唑-5-基）乙烷及其1，3-丙二铵盐的合成，晶体和性能

以1,4-丁二酸二酰肼为原料,采用"MNNG合环法"一锅直接合成了1,2-二(3,3′-二硝氨基-1H-1,2,4-三唑-5-基)乙烷一水合物(1),研究了化合物1的较优合成工艺.通过化合物1与1,3-丙二胺反应得到了1,2-二(3,3′-二硝氨基-1H-1,2,4-三唑-5-基)乙烷-1,3-丙二铵盐(2),通过X射线单晶衍射分析获得了化合物2的单晶结构.采用红外光谱、核磁以及元素分析对化合物1和2结构进行了表征;利用差示扫描量热法分析了热性能,结果表明1和2的起始热分解温度分别为184℃和214℃;利用EXPLO5(v6.02)软件模拟计算了化合物1和2的主要爆轰参数,其中化合物1的理论爆速为8602 m·s-1,理论爆压为28.10 GPa,化合物2的理论爆速为7740 m·s-1,理论爆压为19.10 GPa;利用BAM感度测试仪进行感度测试,化合物1的撞击感度为35 J,摩擦感度为108 N,化合物2的撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N.     

KDNP与KDNP·H_2O的量子化学研究

以Materials Studio软件为基础,使用Dmol3模块以B3LYP/DNP方法对7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾(KDNP)和7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾的一水化物(KDNP·H_2O)进行了分子性质模拟预测,并对KDNP和KDNP·H_2O晶体的爆轰性质进行了模拟计算。计算结果表明KDNP分子结构具有共面性,而KDNP·H_2O中H_2O分子与苯并氧化呋咱环异面,二面角为29.35°;键级计算推断出两种分子均具有一定共轭性。静电势预测出KDNP·H_2O比KDNP有较高的撞击感度。计算所得前线轨道能量差KDNP·H_2O比KDNP小。根据以上计算结果使用最易跃迁法预测出KDNP·H_2O较KDNP敏感。此外,KDNP·H_2O晶体的爆轰性能与KDNP不带结晶水的晶体基本处于同一水平。     

N-1,4,6-三硝基六氢咪唑[4,5-d]咪唑-2(1H)-亚硝胺的合成与性能

以六氢咪唑[4,5-d]咪唑-2(1H)-亚胺为原料,通过三个阶段硝化反应合成了一种新型多环氮杂环含能化合物:N~(-1),4,6-三硝基六氢咪唑[4,5-d]咪唑-2(1H)-亚硝胺(TNINA),总收率55%。采用红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)对目标产物以及中间体进行了表征,同时研究了时间、温度、乙酸酐与硝酸体积比等因素对第三阶段硝化反应的影响。利用热重分析(TG)和差示扫描量热仪(DSC)研究了TNINA的热性能,DSC结果显示其热分解温度为214.4℃,且放热过程瞬间完成。用Monte-Carlo方法估算TNINA的理论密度为1.91 g·cm~(-3),真密度仪测得其密度为1.89 g·cm~(-3)。用Kamlet-Jacobs方程估算出其爆热为5513.26 kJ·kg~(-1),爆速为8.836 km·s~(-1),爆压为35.80 GPa,撞击感度H50的计算值为41 cm,测试值为53 cm。理论计算结果与实验数据说明TNINA与RDX相比拥有更优异的爆轰性能与更低的感度。     

2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡嗪的合成与表征

以2,4,6-三硝基氯苯与2,6-二氨基吡嗪为原料,经过缩合、硝化两步反应,合成了一种新化合物2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡嗪(BPNP),总收率为47%。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)对产物进行了表征。确定了以异丙醇为溶剂,吡啶为催化剂时的产率最高;以V(H_2SO_4)∶V(HNO_3)=4∶1,反应温度50℃,反应时间3h,硝化效果最佳。热重分析(TG)和差示扫描量热结果表明,该化合物的热分解温度为374.3℃,热稳定性与2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡啶(PYX)相当。用MonteCarlo方法估算其理论密度为1.82g·cm~(-3),用Kamlet-Jacobs公式估算其爆速为8.13km·s~(-1),爆压为28.25GPa;采用Miroslav的静电势预估撞击感度的方法,对目标结构进行了稳定性预算,其撞击感度H_(50)的计算值为83cm。理论计算结果说明该材料密度和爆压均高于PYX,具有一定的应用研究价值。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑铷盐的合成、晶体结构及性能

以1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(BTO)为起始原料合成新型含能材料——1,1′-二羟基-5,5′-联四唑铷(BTORb)。用X-射线单晶衍射仪测定其晶体结构,结果表明Rb~+与BTO形成8配位结构,不同片层的BTO与Rb~+交替排列相互连接,构成三维网状结构。用差示扫描量热分析技术(DSC)和热重分析技术(TG-DTG)研究其热分解行为,其热分解温度起始于292℃,表明其热稳定性良好。用Kissinger法和Ozawa法计算其非等温反应动力学参数,得到其热分解Arrhenius方程为lnk=13.51-186.3×10~3/RT。计算得到其标准生成焓Δ_fH_(298)~θ为274.91 k J·mol~(-1)。计算其热爆炸临界温度T_b为356.7℃,表明其热安定性较好。800 g落锤下,BTORb的撞击感度H_(50)为34.8 cm,70°摆角、1.23 MPa条件下,其摩擦感度爆炸百分数为36%,静电火花感度50%发火能量为0.34 J。     

含DAAzF的HMX基低感高能炸药研究

采用钝感炸药3,3′-二氨基-4,4′-偶氮呋咱(DAAzF)作为添加剂,设计了含DAAzF的奥克托今(HMX)基压装低感高能炸药配方,研究了配方的机械感度、冲击波感度、热安定性和爆轰性能.结果表明,细颗粒DAAzF能降低HMX的机械感度.在HMX基炸药中加入5%的DAAzF,可以得到一类爆速8650m·s-1以上、撞击感度低至0%且热性能好的压装型低感高能炸药.     

3,4-二硝基吡唑的性能表征及应用

为了探究3,4-二硝基吡唑(DNP)替代TNT作为新型熔铸炸药载体的可行性,采用光学显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、紫外可见分光光度计及DTA/TG热分析仪器对其结构进行了表征,利用氧弹量热仪、电测法分别测试了DNP爆热、爆速,并应用VLW程序计算了TNT/CL-20,DNP/CL-20混合炸药的爆轰参数。结果表明,DNP热分解过程主要分为吡唑环断裂和硝基脱环、自催化加速反应两个阶段,热分解表观活化能为131 k J·mol-1;DNP爆热、爆速分别为4326 k J·Kg~(-1)、7633 m·s~(-1),计算得出DNP/CL-20混合炸药爆轰性能明显优于TNT/CL-20混合炸药,当DNP/CL-20=2∶3(质量比)时,计算爆压为39.4 GPa,爆速为8961 m·s~(-1)。     

5-甲基-4-硝基-1H-吡唑-3-(2H)-酮及其含能离子化合物的合成与性能

以乙酰乙酸乙酯为原料合成了一种新型含能化合物——5-甲基-4-硝基-1H-吡唑-3-(2H)-酮(MNPO),总收率68%,通过复分解反应和中和反应,由MNPO与一系列高氮阳离子反应,制备出了相应的含能离子化合物。采用X-射线单晶衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(~1HNMR、~(13)CNMR)谱、元素分析等手段对其结构进行了表征。利用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)测定了其热分解温度;运用Explo5v6.02软件对其爆轰性能进行计算。结果表明,MNPO晶体属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数为a=0.71495(18)nm,b=1.1639(3)nm,c=1.3834(3)nm,V=1.1512(5)nm~3,Z=8。对密度范围为1.62~1.74g·cm~(-3)的MNPO的含能离子化合物,它们的热分解onset温度范围为181~272℃,理论爆速大于7000m·s~(-1),爆压大于15GPa;实测撞击及摩擦感度低,其中MNPO的铵盐的撞击感度为28J,摩擦感度为240N。     

起爆药等离子体感度研究

半导体桥产生的等离子体起爆火工药剂时,存在起爆难易问题,即不同起爆药对等离子体的感度不同。通过研究示波器采集半导体桥引爆起爆药时的信号,获取了半导体桥释放能量、电压-时间曲线中二次峰持续时间、光信号出现时间以及电压断开时间等数据,并利用D最优化法程序对数据进行了处理。结果表明:斯蒂芬酸铅、叠氮肼镍、硼/铅丹由半导体桥产生的焦耳热引燃;苦味酸铅,叠氮化铅,硝酸肼镍,斯蒂芬酸钡由等离子体引燃,其感度顺序是:苦味酸铅叠氮化铅斯蒂芬酸钡硝酸肼镍。