六硝基六氮杂异伍兹烷的研究进展(3)——六硝基六氮杂异伍兹烷晶型研究

研究了六硝基六氮杂异伍兹烷多晶型物的性质、稳定性、晶型转变,介绍了α、β、γ和ε四种晶型的定性和定量分析方法     

硝酸法制备六硝基六氮杂异伍兹烷

本文研究使用浓度为90%～98%硝酸直接硝化四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW)制备六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,CL-20)新方法,结果得到高产率高纯度的γ-HNIW.同时对反应中间产物二硝基,四硝基,五硝基衍生物进行了分离和鉴定,据此提出了分步硝化机理.     

六硝基六氮杂异伍兹烷的研究进展(1)——六硝基六氮杂异伍兹烷的合成

本文分析了六硝基六氮杂五兹烷的合成途径，认为以异伍兹烷的衍生物作合成前体。     

六硝基六氮杂异伍兹烷酸值测定

运用酸碱滴定法测定了硝酸直接转晶、乙酸乙酯-氯仿转晶得到的六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的酸值。通过对比发现,对于硝酸直接转晶得到的HNIW的酸值测定,可采用80 mL丙酮作溶剂,以中性红-亚甲基兰作酸碱指示剂;对于乙酸乙酯-氯仿转晶得到的HNIW,可采用50 mL丙酮作溶剂,以树脂酚兰作酸碱指示剂。     

六硝基六氮杂异伍兹烷的吸湿性

测定了六硝基六氮杂异伍兹烷（CL－20）四种晶型产品在28℃,RH90％条件下的吸湿性。结果表明,a－CL－20的吸湿率最大,五天内达到0．5％,并随时间的延长吸湿不断增加。β,r和ε三种晶型的吸湿均不超过0．025％。     

六苯甲酰基六氮杂异伍兹烷的硝解

为探索六硝基六氮杂异伍兹烷制备的新方法 ,研究了六苯甲酰基六氮杂异伍兹烷在多种条件下的硝解反应。采用未见文献报道的稀硝酸 /硝酸盐为硝解剂 ,首次实现了苯甲酰胺的硝解 ,以六苯甲酰基六氮杂异伍兹烷为底物 ,得到四硝基二苯甲酰基六氮杂异伍兹烷 ,得率不低于 60 %     

六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）的研究进展

概述了六硝基六氮杂异伍兹烷（CL－20）的合成,物化性能,相行为,溶解性,热稳定性,安全性能及CL－20配方的研究进展,对其应用前景作了展望。     

六硝基六氮杂异伍兹烷合成工艺研究进展

综述了近年来针对高能量高密度化合物六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW或CL-20）合成工艺的制造和改进的研究进展,对以六苄基六氮杂异伍兹烷（HBIW）为中间体的3条工程化制造路线的优缺点和应用情况进行了讨论,并对合成CL-20的新工艺路线存在新型异伍兹烷前体合成及其硝化产率都很低,副反应多,异伍兹烷笼形立体结构易破裂等难点进行了分析,得出CL-20的低成本制造技术发展方向为寻求新型高效的催化剂和探索新合成工艺路线的结论。     

降低由四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷制备的六硝基六氮杂异伍兹烷中杂质含量研究

由四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADBIW)制备六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW),产品为纯γ晶型,得率达90%,纯度达98%以上.其中2%杂质主要为五硝基-乙酰基六氮杂异伍兹烷(PNMAIW).根据薄层色谱(TLC)和高效液相色谱(HPLC)分析结果,研究了HNIW得率及其中PNMAIW含量与硝解条件的关系.     

六硝基六氮杂异伍兹烷转晶工艺最新研究进展

综述近五年六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)转晶工艺的最新进展，包括多种经改进的实验室转晶方法及工业装置的转晶工艺。详细说明了转晶的操作程序及条件，提出了多种可供HNIW转晶采用的溶剂、非溶剂和晶型改性剂，讨论了结晶工艺对ε-HNIW结晶质量的影响。     

转晶对降低六硝基六氮杂异伍兹烷中主要杂质五硝基一乙酰基六氮杂异伍兹烷含量的研究

制备了六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW),对其主要杂质五硝基一乙酰基六氮杂异伍兹烷(PNMAIW)进行了分离鉴定。以乙酸乙酯/氯仿溶剂体系对所得HNIW进行了转晶。结果表明,转晶操作可降低HNIW中PNMAIW的含量,但降幅不大于1%,且转晶完成时间受PNMAIW含量的影响。     

六硝基六氮杂异伍兹烷的制备工艺及性能研究

研究了以四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷(TADFIW)和四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADB IW)为硝解基质,经过硝解和转晶得到-εHNIW的热分解动力学参量和撞击感度,用电子扫描显微镜拍摄了ε-HNIW的晶体外貌。结果表明,两种-εHNIW的晶体外形相近,热分解动力学参量和撞击感度相同。这说明,两种-εHNIW样品的化学物理性质相同,虽然两种样品所含杂质不同,但对-εHNIW的热分解和撞击感度没有影响。     

用硝酸法由TADFIW制备HNIW

在82.48%~88.89%硝酸中,将四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷(TADFIW)硝解为γ-六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW),得率88%以上,纯度99.4%以上。该方法最佳硝酸浓度为86.66%,此时HNIW得率94.0%,纯度99.51%。所得HNIW中所含的主要杂质为五硝基一乙酰基六氮杂异伍兹烷(PNMAIW),与TADFIW在硝硫混酸中硝解所得主要杂质五硝基一甲酰基六氮杂异伍兹烷(PNMFIW)不同,说明TADFIW在硝酸中硝解与在硝硫混酸中硝解的反应历程不同。     

HNIW与ニ甲基甲酰胺、ニ甲基亚砜分子加合物的研究

在二甲基甲酰胺( DMF)／水、二甲基亚砜(DMSO)／水体系中制备了六硝基六氮杂异伍兹烷( HNIW)与DMF、DMSO的加合物;由红外光谱分析得出,HNIW与DMF分子加合物中的HNIW为α型,HNIW与DMSO分子加合物中的HNIW为ε型;由加合物的1HNMR图可以得出,HNIW与DMF、DMSO分子组成比均为1:2;对HNIW、HNIW与DMF加合物、HNIW与DMSO加合物进行热重一差热分析发现,HNIW和DMF、DMSO形成加合物后,热稳定性降低,DMSO明显加速HNIW的热分解。     

TADBIW制备HNIW中晶型转变过程的研究

四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷（TADBIW）是制备六硝基六氮杂伍兹烷（HNIW）生产成本最低的硝解基质。本实验研究了由TADBIW制备HNIW时，HNIW晶型转变过程：硝解生成的是α-HNIW，后者在高温硝解系统中逐渐转变为．γ-HNIW，完成这种转变在70～75℃需3h，但晶体诱导体的加入能够加速这种转变。     

HNIW热分解的原位红外光谱研究

采用原位红外光谱法研究了ε-HNIW的热分解过程，获得了从室温至450℃的凝聚相反应物及产物的FTIR谱。指认了凝聚相产物的吸收谱带。差谱分析表明：从转晶至150℃。ε-HNIW六元环上的硝基发生均裂引起一系列的裂解反应而产生α,β-不饱和醛和α,β-不饱和亚硝基；155℃以后。五员环上的硝基发生均裂而生成五员环内酰胺；温度大于165℃以后。更多通道的裂解和自氧化反应开始发生；190℃以上除了发生自氧化反应外。分解产物分子间的氧化反应是主要反应。可能产生二氧咪唑环、吡嗪二酮、尿氰酸、铵盐及四元环、五元环和六元环内酰胺结构的产物。高于300℃后出现的碳二亚胺可能由胺类化合物反应而生成。在400℃以后。残留物中主要成分可能由嘧嘞胺及其聚合物如嘧咙等组成。     

HNIW在硝酸中的转晶技术研究

测定了六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)在不同浓度硝酸中的溶解度及其随温度的变化。研究了将α、γ-HNIW在硝酸中转晶为ε-HNIW的工艺。结果表明,通过改变硝酸浓度、加晶种温度、搅拌速率可制备出具有不同结晶特性的HNIW。采用90%的硝酸进行HNIW的转晶,将加晶种温度控制在34～40℃,可以得到ε-HNIW,得率为98%以上,纯度为99%以上,酸值低于2‰。     

WPU-g-SAN的合成及其对HNIW的包覆

为了降低六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,CL-20)的撞击感度,利用原位种子乳液聚合,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)、苯乙烯(S)、丙烯腈(AN)等为原料合成了用于降感的接枝型水性聚氨酯(WPU-g-SAN),采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H NMR)、X-射线衍射(WAXD)及动态力学分析(DMA)对产物结构进行表征。结果显示所得产物为非晶结构,且存在微相分离。用制备的产物对HNIW进行包覆,通过X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对包覆效果进行评价,并用GJB772A-1997方法测试了HNIW包覆前后的撞击感度。结果表明,包覆后的HNIW的特性落高H50由13.6 cm提高到28.5 cm。     

HNIW的热重-质谱(TG-MS)研究

采用热重-质谱(TG-MS)研究了两种不同粒径(230μm,40μm)HNIW的热分解过程,并对230μm的HNIW等温热分解残余物进行红外、元素分析研究。结果表明:230μm的HNIW的非等温热分解分为两个阶段,40μm的HNIW的非等温热分解只有一个快速分解阶段,气体产物主要为NO、N2O和CO2,还有少量的NO2,C2N2H2。230μm的HNIW的204℃等温热分解产物和非等温热分解第一阶段的相同。230μm的HNIW204℃等温热分解10min、60min的残余物的平均分子式分别为:C3H4.5N5.5O和C2H4N2O,HNIW204℃等温热分解反应可写为:C6H6N12O12=6NO N2O 2CO2 2HCN C2H4N2O。     

超细HNIW机械感度的研究

采用喷射结晶的方法对HNIW(六硝基六氮杂异伍兹烷或CL-20)进行了细化,细化后HNIW的平均粒径为193.5nm.对超细HNIW的撞击感度及摩擦感度进行了研究.试验结果表明:与粗颗粒HNIW相比,超细HNIW的撞击感度明显降低,50%落高值从7.94cm增大为33.9cm;而摩擦感度变化不大,爆炸概率从74%增加到80%.