多硝基3,3,7,7‑四（三氟甲基）‑2,4,6,8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷的合成与性能

• 作者: 侯晓文 刘洋 孟子晖 徐志斌 杨童童
• 来源期刊: 含能材料
• 学科: 工学
• 关键词: 高能量密度化合物，含能材料，偕二氨基六氟丙烷 氮杂环 2 4 6 8‑四硝基3 3 7 7‑四（三氟甲基）‑2 4 6 8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷
• 年，卷（期）: 2020,（7）
• 页码范围: 657-663
• 页数: 7页
• 分类号: TJ55
• 语种: 中文
• DOI: 10.11943/CJEM2020003

摘要

为了探索三氟甲基对含能材料性能的影响，以偕二氨基六氟丙烷和乙二醛为原料构建了氮杂稠环类含能材料的硝化前体——3,3,7,7‑四（三氟甲基）‑2,4,6,8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷，通过改进的合成路线，用发烟硝酸多步硝化分别得到2,6‑二硝基‑3,3,7,7‑四（三氟甲基）‑2,4,6,8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷（4）、2,4,6‑三硝基‑3,3,7,7‑四（三氟甲基）‑2,4,6,8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷（5）和2,4,6,8‑四硝基6‑3,3,7,7‑四（三氟甲基）‑2,4,6,8‑四氮杂双环[3.3.0]辛烷（6）。利用核磁共振氢谱、碳谱和氮谱表征了产物结构；采用排惰性气体法测试了三种硝化产物的密度，其中6的密度最大，高达2.08 g·cm-3；分别用落锤升降法和BAM法测得三种产物的撞击感度均大于30 J、摩擦感度均大于360 N；热重‑微商热重（TG‑DTG）分析发现三种产物的质量损失均大于90%，其热稳定性随硝基的增加而下降；利用Gaussian 09计算包，通过Monte‑Carlo统计学方法以及Kamlet‑Jacbos方程和VLW爆轰产物状态方程等理论模型预估了产物的爆速、爆压，其中化合物6的爆速为11937 m·s-1，爆压为74.3 GPa。与四硝基甘脲（TNGU）的性能及感度对比发现，在含能材料的分子结构中引入具有更高密度和更大电负性的三氟甲基，可在维持较高密度和良好爆轰性能的同时降低感度。