一种新型含能材料s-四嗪钴盐的合成、热分解动力学及热安全性

四嗪类含能化合物因其高能、钝感、高燃速、低压力指数、良好的热安定性等特点被广泛应用于含能材料领域。然而却存在低密度、低热稳定性的问题,为提高四嗪类化合物的这一性能,制备的一系列金属衍生物得到了广泛关注。3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)作为四嗪类高氮含能化合物一种,具有良好的催化性能及应用前景。本文以BTATz钾与硝酸钴在水溶液中反应合成了1,2,4,5-四嗪(s-四嗪)的钴盐。采用元素分析(EA)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)及电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对其进行了结构表征,推测其化学式为Co(C_4H_2N_(14))·4H_2O。采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG/DTG)研究了其热分解行为及主放热反应的动力学方程。计算了自加速分解温度(T_(SADT))、热爆炸临界温度(T_b)、热点火温度(T_(TIT))和绝热至爆时间(t_(TIAD)),其值分别为509.69 K、556.31 K、524.93 K和88.40 s,并以此来评价化合物的热安全性。该金属盐的绝热至爆时间大于相应的Ca盐、Mg盐和Sr盐,放热量高于配体BTATz,有望成为良好的燃烧催化剂。     

电荷转移盐(C3H5N2)3[PMo12O40]的合成与热分解及光致变色动力学

用磷钼酸与咪唑合成一种新的杂多酸-有机电荷转移盐(C3H5N2)3[PMo12O40]。通过元素分析、红外光谱、固体漫反射光谱、电子自旋共振及热分析等测试技术对其进行了表征,用单扫描法(Achar法和Coats-Redfern法)对合成化合物的TG分析结果进行了非等温热分解动力学研究。推断结果表明,合成化合物的第1步热分解为球对称的三维扩散机理(n=2),其动力学方程为dα/dt=1.58×108[1-(1-α)1/3]-1(1-α)2/3exp(-40 931.0/T),求得分解反应的表观活化能E=340.30 kJ/mol,指前因子A=1.05×108 s-1。 标题化合物对紫外光具有光致变色性质,用固体漫反射光谱研究了其光致变色反应动力学。 结果显示,其光致变色反应表现为一级或准一级动力学,速率常数k=9.80×10-5 s-1。     

3,3''''-偶氮-(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)的合成及性能研究

以3,6-对(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)为起始物,经亲核取代、氧化脱氢、氨解和水解等四步反应,合成了高氮含能化合物3,3'-偶氮-(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT).对DAAT的热分解性能进行了研究,由DSC、PDSC和TG-DTG技术获得了DAAT的热分解动力学参数和机理函数.结果表明,DAAT的热稳定性好,能量高.在5℃/min升温速率下,DAAT在283℃左右开始分解,放热峰值320℃,分解放热峰的分解焓为1974.33J/g,高于相同条件下硝胺系炸药HMX的分解焓;采用Kissinger法和Ozawa法求得其活化能分别为209.69和208.77kJ/mol;其热分解速率对压强比较敏感,且与环境压强成正比.采用VLW EOS对DAAT的爆轰性能进行了理论计算,结果表明将DAAT与传统含能材料混合,有望制备出高能钝感炸药.     

3，3′-偶氮-（6-氨基-1，2，4，5-四嗪）的合成及性能研究

以3,6-对(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)为起始物,经亲核取代、氧化脱氢、氨解和水解等四步反应,合成了高氮含能化合物3,3′-偶氮-(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT)。对DAAT的热分解性能进行了研究,由DSC、PDSC和TG-DTG技术获得了DAAT的热分解动力学参数和机理函数。结果表明,DAAT的热稳定性好,能量高。在5℃/min升温速率下,DAAT在283℃左右开始分解,放热峰值320℃,分解放热峰的分解焓为1974·33J/g,高于相同条件下硝胺系炸药HMX的分解焓;采用Kissinger法和Ozawa法求得其活化能分别为209·69和208·77kJ/mol;其热分解速率对压强比较敏感,且与环境压强成正比。采用VLWEOS对DAAT的爆轰性能进行了理论计算,结果表明将DAAT与传统含能材料混合,有望制备出高能钝感炸药。     

3-硝基邻苯二甲酸锆的制备﹑热分解机理及非等温反应动力学

用3-硝基邻苯二甲酸、氢氧化钠和硝酸氧锆为原料, 制备了3-硝基邻苯二甲酸锆, 采用元素分析、X射线荧光衍射和FT-IR对其结构进行了表征. 用TG-DTG以及变温固相原位反应池/傅里叶变换红外光谱(RSFT-IR)联用技术研究了3-硝基邻苯二甲酸锆的热分解机理, 对主分解反应的DTG峰进行了数学处理, 计算得到了动力学参数和动力学方程. 结果表明, 3-硝基邻苯二甲酸锆的分解反应总共有4个阶段, 其中主分解反应发生在第2阶段, 主分解反应的表观活化能Ea与指前因子A分别为158.84 kJ·mol-1和10^9.85 s-1, 主分解阶段的反应机理服从一级Mample法则, 主分解反应的动力学方程为dα/dt=10^9.85(1-α)e^-1.91×10⁴/T.     

BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响

制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATZ)的双基推进剂和改性双基推进剂. 采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学并在此基础上评价了其热安全性. 结果表明, LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰, LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰在390-540 K温度范围内, 其机理方程分别为: f(α)=α^-1/2和f(α)=2(1-α)^3/2. 计算了热加速分解温度(T_SADT)、热爆炸临界温度(T_b)、热点火温度(T_TIT)和绝热至爆时间(t_Tlad),其值分别为: DB001复合物T_SADT=444.50 K, T_TITT=453.96 K, T_b=471.84 K; t_Tlad=39.36 s; CMDB100复合物, T_SADT=442.38 K, T_TITT=452.89 K,T_b=464.13 K,t_Tlad=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性. 考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能, 结果表明LCBTATZ 是一种高效的双基燃烧催化剂, 在较大的压力范围内可以显著的提高燃速并且大幅度的降低压力指数. 对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象, 8-12 MPa出现了“麦撒”效应, 对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.     

三苯基氧化膦与氯金酸配合物的热分解反应动力学

本文报道了三苯基氧化膦与氯金酸形成的配合物 HAu Cl4.H2 O.4(C6H5) 3 PO的非等温热分解动力学 ,采用微分与积分相结合的方法 ,推断出了它的热分解反应机理 ,其热分解动力学方程为 :dα/dt=AΦe-E/ RT(32 ) (1 α) ( 2 / 3 ) [(1 α) ( 1 / 3 ) - 1 ] -1     

3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的热行为、比热容及绝热至爆时间

利用差示扫描量热法(DSC)、热重-微商热重法(TG-DTG)研究了3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)的热行为, 其分解过程可分为两个放热的分解过程, 且热分解反应的表观活化能分别为154.8和123.4 kJ·mol-1, 指前因子分别为1016.63和109.48 s-1. DHT热爆炸的临近温度为426.10 K. 同时, 利用微量热法和理论计算方法研究了DHT的比热容, 298.15 K时的标准摩尔比热容为183.61 J·mol-1·K-1. 计算获得了DHT的绝热至爆时间为263.84-297.58 s之间的某一值.     

过渡金属与邻香兰素氨基酸类Schiff碱配合物合成及其性质的研究

本文合成了邻香兰素白氨酸合Cu(Ⅱ) 1, Ni(Ⅱ) 2, 邻香兰素苯丙氨酸合Ni(Ⅱ) 3及邻香兰素丙氨酸合Zn(Ⅱ) 4四种配合物。对其组成、结构进行了分析表征, 研究了它们的热稳定性及非等温热分解动力学, 用微分和积分法进行分析, 推断了第一步热分解反应机理, 得到了热分解反应动力学方程此外, 还得到了配合物的热分解反应动力学补偿效应数学表达式。     

N-脒基脲二硝酰胺放热分解反应的动力学行为

用DSC和微热量仪研究了N-脒基脲二硝酰胺(GUDN)的放热分解反应动力学行为和比热容, 计算得到程序升温下GUDN主放热分解反应的动力学参数(活化能Ea和指前因子A)、自加速分解温度(TSADT)、绝热条件下达到最大分解反应速率的时间(tTMRad)和至爆时间(tTIad). 结果表明, 在非等温DSC条件下, GUDN的热分解过程可用经验级数自催化动力学方程dα/dt=10^18.49exp(-195500/RT)(1-α)^0.81+10^18.00exp(-177000/RT)α^1.29(1-α)^0.71描述. 热分解转热爆炸的临界温升速率为0.1236 K·h-1. 所得的TSADT、tTMRad和tTIad值分别为473.95 K、2.24 s和3.51 s.     

反式二氯四吡啶合钴(Ⅱ)水合物的结构和非等温热分解动力学

利用X射线四圆衍射仪测定了标题化合物的晶体结构.晶体属空间群P2~1/n,a=0.9361(6)nm,b=1.6728(9)nm,c=1.3878(7)nm,β=94.01(5)°,Z=4,以TG和DTG技术研究了化合物的热分解过程. 分别运用积分法和微分法对该化合物第一步热分解的非等温动力学数据进行分析,推断为球对称的三维扩散机理,其非等温动力学方程式为dα/dt=A·e^-^E^/^R^T·3/2(1-α)^2^/^3·[1-(1-α)^1^/^3]^-^1, 动力学补偿效应表达式为lnA=0.3341E-2.715     

3-硝基胍-6-(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪的晶体结构及热行为

合成了3-硝基胍-6-(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(NDT),在二甲基甲酰胺(DMF)中培养出NDT的单晶(NDT·DMF),该晶体属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为a=0.7070(4) nm,b=0.8468(6) nm,c=1.4123(9) nm,α=73.281(8)°,β=80.423(11)°,γ=81.740(9)°,Z=2。 利用DSC和TG-DTG研究了NDT的热分解行为,其放热过程的表观活化能和指前因子分别为288.245 kJ/mol和10^29.04 s^-1。 对NDT的热安全性进行了研究,获得NDT的自加速分解温度T_SADT为212.19 ℃,热点火温度T_be为213.52 ℃,热爆炸临界温度T_bp为214.95 ℃,绝热至爆时间范围在5.43~6.26 s。     

配合物[Dy(p-MBA)3phen]2的合成，表征和非等温动力学

采用水溶液合成法,合成了新型配合物[Dy(p-MBA)3phen]2(p-MBA=对甲基苯甲酸;phen=1,10-邻菲啰啉)。 通过元素分析、红外光谱、摩尔电导和热分析(TG-DTG)等测试技术对配合物进行了表征。 研究了Dy(Ⅲ)配合物在静态空气气氛下的第一步热分解反应的非等温动力学。 通过用Popescu法和非线性等转化率积分法(NL-INT)的处理和计算,得到此步热分解反应的动力学方程为：dα/dT=(15.55×1012)/β·exp(-19825.60/T)3(1-α)2/3,平均活化能为164.83 kJ/mol,指前因子为15.55×1012 min-1。     

非等温TG- DTG法确定2,2'- 联吡啶- 对甲氧基苯甲酸铕(Ⅲ)热分解反应的机理函数和动力学参数

采用TG-DTG和DTA技术研究了2,2'-联吡啶-对甲氧基苯甲酸铕(Ⅲ)在静态空气中的非等温热分解过程及动力学,根据TG曲线确定了热分解过程中的中间产物及最终产物,运用微分法与积分法对非等温动力学数据进行分析,推断出第一步的动力学方程为dα/dt=Aexp(-E/RT)2(1-α)1/2.     

配合物[Ni（H2B（pyrazolyl）2）2]的非等温热分解动力学研究

在甲醇溶液中用Ni(CH3COO)2.4H2O和NaH2B(pz)2常温下合成出了配合物[Ni(H2B(pz)2)2](pz=pyrazolyl),并用元素分析、红外光谱和X射线衍射等对配合物的结构进行了表征,对此配合物进行了非等温热分解动力学研究.采用了微分Achar和积分Coats-Redfern法分别拟合出配合物2个热分解阶段的动力学方程及相应的动力学参数.配合物第一热分解阶段可能的机理为三维扩散,球形对称,其动力学方程为dα/dT=3(A/β)e-E/RT[(1-α)-1/3-1]-1/2.配合物第二热分解阶段可能的机理为相边界反应,圆柱形对称(n=1/2),其动力学方程为dα/dT=2(A/β)e-E/RT(1-α)1/2.2个反应阶段的表观活化能平均值分别为260.87和176.27kJ/mol,lnA的平均值分别为65.65和37.11s-1.     

三硝基间苯三酚5-氨基四唑盐的晶体结构及热分解

制备得到标题化合物并对其进行了元素分析与红外光谱分析. 用X射线衍射方法测得其晶体结构属于正交晶系, 空间群Pbca, 晶胞参数a=0.6624(2) nm, b=1.7933(4) nm, c=2.3117(5) nm, V=2.7458(9) nm3, Z=4, Dc=1.849 g·cm-3. 其分子式可写作(ATZ)TNPG·2H2O. 5-氨基四唑阳离子(ATZ+)和三硝基间苯三酚阴离子(TNPG-)通过氢键在b轴和c轴方向上联成二维层面, 然后在a轴方向通过不同层中的水分子之间的氢键联接起来. 用差示扫描量热法(DSC), TG-DTG结合傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析了其热分解过程. 在氮气气氛下用10 ℃·min-1的升温速率测定发现,该化合物经历一个峰温为76 ℃的吸热过程及一个峰温为203 ℃的放热过程. 前者为脱除结晶水的过程, 后者为产物中的TNPG-与ATZ+的热分解过程, 放热的焓变为-212.10 kJ·mol-1. 对该过程估算动力学参数: 采用Kissinger法得活化能E=132.1 kJ·mol-1, ln (A/s-1)=12.54, r=0.9990; 采用Ozawa-Doyle法得E=133.1 kJ·mol-1, r=0.9992.     

1-己基-3-甲基咪唑四氯化铁盐固化环氧树脂E-51的反应特性

采用差示扫描(DSC)量热分析法研究了1-己基-3-甲基咪唑四氯化铁离子液体([C₆mim]FeCl₄)与双酚A型环氧树脂E-51的固化反应。结果显示,由于[C₆mim]FeCl₄包含多级胺基结构,因此可以作为E-51的高温固化剂使用,其与E-51的反应包含两个阶段:第一个阶段的反应放热峰峰顶温度约在120 ℃,第二个阶段的反应放热峰峰顶温度会随着[C₆mim]FeCl₄用量的增加而发生变化。当[C₆mim]FeCl₄与混合胺复配成新型固化剂时,二者产生明显的协同效应。通过恒温DSC实验发现,复配体系与E-51的固化反应可以在室温下发生,表现为在30 ℃固化反应放热峰峰顶放热时间为5 min左右,且随着恒温固化反应温度的提高,峰顶放热峰时间会缩短。非等温动力学结果显示:复配体系与E-51的反应活化能为979 J/mol,仅是混合胺体系的17%左右。反应级数为0.5表明这一固化反应是无规反应。     

柠檬酸镧催化双基推进剂的非等温热分解反应动力学

采用TG-DTG和DSC技术研究了含二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)和硝化甘油(NG)的混合酯、硝化棉(NC)和用作燃烧催化剂的柠檬酸镧组成的双基推进剂在常压和流动态氮气气氛下的非等温热分解反应动力学. 结果表明, 该双基推进剂的热分解过程存在2个失重阶段: 第I失重阶段为混合酯的挥发分解过程; 第II失重阶段为主放热分解反应, 机理服从三级化学反应, 减速型α-t曲线, 动力学参数: Ea=231.14 kJ·mol-1, A=10^23.29 s-1, 动力学方程为dα/dt=10^22.99(1-α)³ e^-2.78×104/T. 由外推起始点温度(Te)和峰顶温度(Tp)计算得出该双基推进剂的热爆炸临界温度值分别为Tbe=463.62 K, Tbp=477.88 K. 反应的活化熵(⊿S^≠)、活化焓(⊿H^≠)和活化能(⊿G^≠)分别为219.75 J·mol-1·K-1, 239.23 kJ·mol-1和135.96 kJ·mol-1.     

基于2,5-双（四唑）对苯二甲酸的两种碱土金属配位聚合物的晶体结构和性质（英文）

基于2,5-双(四唑)对苯二甲酸配体采用水热法合成了两种新型配位聚合物：[Mg(dtztp)_0.5(DMF)(H₂O)₂]·H₂O(1)和[Ba(dtztp)_0.5(H₂O)₂](2)。采用单晶X射线衍射、元素分析、红外光谱和X射线粉末衍射对其结构进行表征。这两个配合物均属于三斜晶系、P-1空间群。采用差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)研究其热稳定性，1和2的分解温度分别为344℃和419℃,主体框架开始坍塌的温度分别为260℃和380℃。采用Kissinger和Ozawa方法计算了配合物热分解的动力学参数，得到了配合物1和2的机理方程。此外，利用上述结果对两种材料的热安全性进行了研究，得到了它们的自热分解温度、热着火和热爆炸临界温度。     

酚醛树脂保温板热分解过程的lnln法研究

采用热重分析仪研究酚醛树脂保温板粉体热解行为。采用lnln法探讨等温热解过程动力学,采用Eyring方程探讨热解活化热力学参数。结果表明:酚醛树脂保温板粉体,在800℃内,非等温热解分为四个阶段,各阶段失重率依次为9%、10%、24%、25%;低于523K和高于573K时等温过程热解失重率低于523-573K温度段。lnln法获得酚醛树脂保温板粉体热解表观活化能为40.36 kJ·mol~(-1);Eyring法获得热分解的摩尔活化焓△H~≠、摩尔活化熵△S~≠分别为35.87 kJ·mol~(-1)和-202 J·mol~(-1)·K~(-1),摩尔活化自由能△G~≠值在讨论温度范围内皆为正,表明热解过程需要引入热量并且为非自发分解反应,热解需要经历活化络合态且络合态系统比初始状态更有序。