TNINA的合成與性能研究.pdf

1、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

2、，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

3、量等影響因素對硝化產(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1.376g，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)8

4、5％。第三階段硝化反應(yīng):?；磻?yīng)時(shí)間為2h，?；磻?yīng)溫度為100℃，硝化反應(yīng)時(shí)間為3h，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B3 LYP/6-31++G（d，p）基組水平下優(yōu)化TNINA的結(jié)構(gòu)，用Monte-Carlo方