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新型化學能源(含能材料)—2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物

2016-03-14 06:36:51李玉萍山西師范大學化學與材料科學學院山西臨汾041000
化工管理 2016年21期
關鍵詞:化學研究

李玉萍(山西師范大學化學與材料科學學院,山西 臨汾 041000)

新型化學能源(含能材料)—2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物

李玉萍(山西師范大學化學與材料科學學院,山西臨汾041000)

綜述了新型化學能源ANPyO,即闡述了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(2,6-diamino-3,5-dinitropyridine-1-oxides,ANPyO)的發現、發展、性能、合成、精制、展望。做為具有潛能的新型含能材料,其頓感性廣受關注,很多新的合成方法也漸漸被發現。其在炸藥的應用中有重要的地位。

ANPyO;性能;合成

含能材料不僅做為武器的一種能源,又是武器的一個重要部件,但之前研究的化學能源有很多缺點,所以發展是必然的。最早發現ANPyO的是Ritter和Licht,他們以2,6-二氨基吡啶為原料,經過硝化和氧化等步驟,得到了這種新型化合物,這是一種新型的高能鈍感炸藥。但是不論當時研究其性質的人多不多,確定的是關于其性質的研究報道卻很少,在一定程度上使這種新展現給大家的化合物卻很少被應用。但隨著后來對其的深入研究,其性能和合成方法也逐漸完善起來。

1 性能

ANPyO是一種粉末狀小顆粒,顯金黃色,分子呈平面狀,分子可形成分子間、分子內氫鍵,所以分子為層狀或片狀,理論密度為1.878g/cm3,實測爆速7294m/s,實測爆壓28GPa,成本低。它是一種高能鈍感炸藥,具有很低的沖擊波感度,能量幾乎達到了HMX,相能介于HMX、TATB之間。溶于二甲基亞砜(DMSO)、三氟乙酸(CF3COOH)、N,N-二甲基酰胺(DMF)。

ANPyO本身的成型性較差,所以需改善其成型性能,一般都是添加一些粘結劑,比如丁腈橡膠或氟橡膠。如果以ANPyO為基,能制成耐熱的混合炸藥,爆速、破甲深度和裝藥密度也會大大提高,但機械感度會稍有降低。

ANPyO的高效、鈍感的含能催化劑也隨即被研發出來,即合成了ANPyO的三種過渡金屬配合物,它們分別是Ni(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)的配合物。“鍥入”過渡金屬后,使ANPyO穩定性和安全性能有進一步的提升。

2 合成和精制

2.1合成

一般采用Ritter-Licht方法(硝化法)進行合成,但是,ANPyO總收率為45%左右,可見產率較低,這是由于硝化反應本就伴隨著副反應,例如:中間體和產物的硝解、水解;反應使用的硝化劑也是濃硝酸,會加大原料本身的副反應,所以即使生成目標產物,也會摻雜很多的副產物,純化時步驟也比較復雜。原料上的N原子活性低,所以需要的反應條件也比較劇烈,使反應過程有一定的危險性。再加上反應溶劑需求量大,反應時間較長,尋求新的合成方法必不可少。

研究發現,通過使用超酸硝化劑、H2SO4/NaHSO4作催化劑,收率大大提高,產品純度提高,后續處理有所簡化,但仍然沒有擺脫一些缺陷,如:溫度高,反應時間長。之后又研究發現先保護氨基再進行反應,不僅可以使反應簡單安全的進行,還可以提高產率。

2.2精制

經酰化、重結晶和還原等過程可以精制ANPyO,這樣更滿足了LOVA(低易損彈藥)的需求。一般用CF3COOH對產物進行重結晶,因為CF3COOH重結晶后使樣品的機械感度最低、粒度最小。DMSO和DMF也可以對ANPyO重結晶精制,但效果都不如CF3COOH。

3 展望

ANPyO是由Jackson和Wing首次合成TATB后逐漸被發現的,當時國內外均在研究,其被發現也是由于結構和性能與TATB相似。被發現后,由于其合成工藝簡單安全,又有豐富的原料,逐漸被很多人重視了起來。后又對其的合成成本進行了計算,發現成本也很低,不到TATB的l/3,因此很多人預測,ANPyO在不久的將來會替代TATB。ANPyO還有一個突出的優點在于成品易于精制。精制的方法一般是重結晶,精制后可獲得不同粒度的晶體,可以放大生產。現在又有人用ANPyO對硝胺類炸藥進行鈍感,這又會給炸藥領域帶來前所未有的影響。

如此看來,ANPyO有很好的發展前景,甚至會得到比TATB更好的應用,它至合成以來,很多性能都取得了很大的進展。但它的發展仍有很多的限制因素,比如合成中存在毒性問題;并且精制時要大量的溶劑且溶解性差;其的應用也需要深入開展。或許這些會成為ANPyO研究的一個重要方向。作為一種新型鈍感炸藥,其合成、精制的研究廣受關注。然而,一些客觀因素的影響使得ANPyO獲得時條件難以達到,就算條件達到產物也很不純,采用三氟乙酸雖可改善反應條件和純度,但這樣不僅會增加毒性,還會增加成本,因此進一步開發條件好純度高的制備方法將是今后的研究熱點,另外,ANPyO開發后還沒有進行應用的研究,這也將成為今后研究的熱點。

[1]成健.吡啶類鈍感炸藥的合成、表征和性能研究[D].南京:南京理工大學博士論文,2011.

[2]何志偉,劉祖亮.2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物為基的耐熱混合炸藥性能[J].含能材料,2010,18(1):97-101.

李玉萍(1993.1—)女,山西省大同人,臨汾市堯都區山西師范大學,化學專業,本科生。

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