【摘要】：多環(huán)氮雜環(huán)含能材料是一種典型的高能量密度材料,與傳統(tǒng)高能量密度材料相比,其能量主要源自于環(huán)結(jié)構(gòu)中高能N-N鍵、C-N鍵和更大的環(huán)張力。環(huán)結(jié)構(gòu)中多個(gè)氮原子上連接的硝基不僅增加了含能材料的能量和密度,還改善了其氧平衡。因其能量高、密度高、安全性能優(yōu)良的特點(diǎn),引起國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。本論文設(shè)計(jì)合成了一種新型的多環(huán)氮雜環(huán)含能材料3-硝亞氨基-2,6,8-三硝基-2,4,6,8-四氮雜雙環(huán)[3.3.0]辛烷(TNINA)。以1,4-二甲�；�-2,3,5,6-四羥基哌嗪和鹽酸胍為原料,合成了五元環(huán)4,5-二氨基-2-亞氨基-1,3-二氮雜戊烷,在弱酸性條件下與甲醛縮合成環(huán),合成了 3-亞氨基-2,4,6,8-四氮雜雙環(huán)[3.3.0]辛烷,再經(jīng)過三個(gè)階段硝化反應(yīng)合成了 TNINA。采用紅外(IR)、核磁(NMR)、質(zhì)譜(MS)等方法,對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物及其中間體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,確定了目標(biāo)產(chǎn)物TNINA的結(jié)構(gòu)。通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、發(fā)煙硝酸投料量等影響因素對(duì)硝化產(chǎn)率的影響,得出最佳工藝條件。第一階段硝化:反應(yīng)時(shí)間為60 min,反應(yīng)溫度為0℃，3-亞氨基-2,4,6,8-四氮雜雙環(huán)[3.3.0]辛烷加料量為4.33 g,發(fā)煙硝酸量為35 mL時(shí),收率高達(dá)90%。第二階段硝化:反應(yīng)時(shí)間為30 min,反應(yīng)溫度為38 ℃,氯化銨投料量為1.376 g,3-亞氨基-6,8-二硝基-2,4,6,8-四氮雜雙[3.3.0]辛烷的投料量為3.2 g,醋酸酐硝酸摩爾比為102:84,產(chǎn)率高達(dá)85%。第三階段硝化反應(yīng):酰化反應(yīng)時(shí)間為2 h,�；磻�(yīng)溫度為100 ℃,硝化反應(yīng)時(shí)間為3 h,硝化反應(yīng)溫度為50 ℃;醋酐與硝酸體積比為3:1,產(chǎn)率高達(dá)72%。通過TG和DSC研究了 TNINA的熱性能,TNINA的起始分解溫度為209.1 ℃，分解峰溫為214.4 ℃，，且只有一個(gè)很窄的放熱尖峰,說明TNINA的放熱過程瞬間完成。在B3LYP/6-31++G(d,p)基組水平下優(yōu)化TNINA的結(jié)構(gòu),用Monte-Carlo方法預(yù)估TNINA的理論密度為1.91 g·cm-3;用Kamlet-Jacobs公式計(jì)算TNINA的爆熱為1317.07 cal·g-1,爆速為8.836 km·s-1,爆壓為35.8 Gpa,h50計(jì)算值為41 cm。TNINA的綜合爆轟性能與感度均優(yōu)于RDX。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ560.7

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本文編號(hào)：2670959