CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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耐热炸药NBTTP的合成反应优化及热分解性能
作者:
作者单位:

1.西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065;2.氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室, 陕西 西安 710065

作者简介:

通讯作者:

基金项目:

国家自然科学基金资助(21703168)


Synthesis and Thermal Properties of Heat-resistant Explosive NBTTP
Author:
Affiliation:

1.Xi′an Morden Chemistry Research Institute, Xi′an 710065, China;2.State Key Laboratory of Fluorine and Nitrogen Chemical, Xi′an 710065, China

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    摘要:

    为研究耐热炸药2,4,8,10-四硝基-苯基吡啶基-1,3a,6,6a-四氮杂戊搭烯(NBTTP)的合成工艺及热性能,以苯并三氮唑和2-氯-3-硝基吡啶为原料,通过取代、环化和硝化三步反应合成出了耐热炸药NBTTP。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)对产物进行了结构表征,并对环化反应进行了工艺条件优化;采用差示扫描量热仪和热失重分析仪对NBTTP的热分解及热失重历程、热分解动力学及相关热爆炸参数进行了研究。结果表明:当亚磷酸三乙酯与1-(3-硝基-2-吡啶)-1H-苯并三唑(BTP)的投料比为3∶1时,环化反应收率最高(83.44%);NBTTP仅存在一个剧烈的放热阶段,该放热阶段的起始分解温度为388.79 ℃,分解峰温在406.23 ℃;NBTTP的热分解反应动力学方程为dα/dt=(6.36×1014/β)(1-α)exp[-2.34×105/(RT)],热分解反应的活化熵、活化焓及活化自由能分别为23.60 J·mol-1·K-1、228.97 kJ·mol-1和213.46 kJ·mol-1;自加速分解温度TSADT为655.11 K。

    Abstract:

    2,4,8,10-Tetranitro-benzopyrido-1,3a,6,6a-tetraazapentalene (NBTTP) was synthesized from 1H-benzotriazole and 2-chloro-3-nitropyridine via displacement, cyclization and nitration.The structure of NBTTP was characterized by FTIR and NMR. In addition, the reaction condition of cyclization was optimized. Its thermalbehavior was analyzed by TG-DTG, while its thermal decomposition behavior, kinetic parameters and thermodynamic parameters were obtained by DSC. The results shows that the highest yield was up to 83.44%, when the molar ratio of triethylphosphite and the BTP was 3∶1. NBTTP presents a main single exothermal event with initial at around 388.79 ℃ and maximum at around 406.23 ℃. Its non-isothermal kinetics equations of thermal decomposition may be described as dα/dt=(6.36×1014/β)(1-α)exp[-2.34×105/(RT)]. The entropy (ΔS), enthalpy (ΔH), free energy (ΔG) and self-accelerating decomposition temperature (TSADT) were 23.60 J·mol-1·K-1, 228.97 kJ·mol-1, 213.46 kJ·mol-1 and 655.11 K, respectively.

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张倩,刘宁,马玲,等.耐热炸药NBTTP的合成反应优化及热分解性能[J].含能材料, 2021, 29(8):705-712. DOI:10.11943/CJEM2021042.
ZHANG Qian, LIU Ning, MA Ling, et al. Synthesis and Thermal Properties of Heat-resistant Explosive NBTTP[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2021, 29(8):705-712. DOI:10.11943/CJEM2021042.

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  • 收稿日期: 2021-03-01
  • 最后修改日期: 2021-06-12
  • 录用日期: 2021-05-25
  • 在线发布日期: 2021-06-08
  • 出版日期: 2021-08-25