5,5'−联四唑−1,1'−二氧二羟胺的合成工艺、结构表征及其性能研究

摘要

随着武器装备精密化，武器平台大型化以及现代战争模式的改变，对武器战斗部的要求也随之提高，这使得单质炸药不但要有理想的能量水平，更需要良好的安全性能。5,5’-联四唑-1,1’-二氧二羟胺（TKX-50）的能量水平高，与HNIW在同一水平，机械感度很低，符合现代战争对单质炸药性能的要求，是一种极具应用价值的高能钝感单质炸药。本文对TKX-50的合成工艺及其性能进行了研究。
　　设计了一条TKX-50新合成路线并进行了工艺优化。以乙二醛为原料，通过肟化、氯化、叠氮化、环化和成盐反应，用4步反应合成了TKX-50，总得率为72.5％。研究了加料温度和反应时间对肟化反应得率的影响，加料温度0℃，反应时间12 h时得率最高，得率93.2%。发明了一种将氯化和叠氮化合为一步的“一锅法”合成二叠氮基乙二肟的新方法。研究了加料温度和反应时间对“一锅法”合成二叠氮基乙二肟得率的影响，0℃加入氯代剂A并在室温反应3h，0℃加入叠氮化钠并反应1h，此时得率最高，可达到85.4%。研究了反应温度和反应时间对1,1’-二羟基-5,5’-联四唑（1,1-BTO）得率的影响，反应温度为25℃，反应12h时条件最优，1,1-BTO得率为87.4%。通过红外光谱，核磁共振氢谱及碳谱对TKX-50及中间产物进行了结构表征，并培养了二叠氮基乙二肟、1,1-BTO和TKX-50的单晶，用X射线衍射对单晶进行了结构分析。
　　对二叠氮基乙二肟、1,1-BTO、1,1’二羟基-5,5'-联四唑钠盐（SBTD·4H2O）和TKX-50分别进行了热分解行为研究。当升温速率为10.0 K/min时，二叠氮基乙二肟的热分解峰值温度为179.05℃；1,1-BTO的热分解峰值温度为243.13℃；1,1’二羟基-5,5'-联四唑钠盐的热分解可分为两个阶段，第一阶段峰值温度402.18℃，第二阶段峰值温度550.98℃；TKX-50热分解同样由两个阶段构成，第一阶段的峰值温度239.65℃，第二阶段的峰值温度为260.57℃。研究了TKX-50第一分解阶段的热分解动力学，第一分解阶段活化能为147.05 kJ/mol，指前因子为1012.91 s-1，受二维扩散机理控制，反应机理服从Jander方程，热分解反应的动力学方程可表示为：此处公式省略
　　TKX-50的热爆炸临界温度为499.46K，比RDX（490.5K）略高，热安全性能较好。采用热分析技术对TKX-50与几种常见混合炸药成分的相容性进行了考察。结果表明，TKX-50与90号石蜡、F2311和Estane5702的相容性好。按GJB772A-1997对TKX?50的机械感度进行了测试，TKX-50的摩擦和撞击爆炸百分率均为0%，机械感度远低于HNIW。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 单质炸药的发展概况

1.2 TKX-50的研究进展

1.3 本论文的研究意义和主要工作内容

2 TKX?50的合成工艺及结构表征

2.1 TKX-50总合成路线的确定

2.2 实验药品与仪器

2.3 乙二肟的合成

2.4 二氯乙二肟的合成

2.5 二叠氮基乙二肟的合成

2.6 1,1?BTO的合成

2.7 TKX?50的合成

2.8 10g级TKX?50的制备

2.9 小结

3 TKX-50及其中间产物的热分解行为研究

3.1 热分解研究的基本原理

3.2 TKX-50的热分解及动力学研究

3.3 中间产物的热行为

3.4 小结

4 TKX-50的性能研究

4.1 热爆炸临界温度的估算

4.2 相容性研究

4.3 机械感度

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 本文的展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢