CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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BNTF的合成、单晶结构和性能
作者:
作者单位:

1.西南科技大学材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621010;2.中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川 绵阳 621999

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通讯作者:

基金项目:

国家自然科学基金(22075260);中央军委装备发展部重大基础研究项目(14021001040305-5);爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金(北京理工大学)(KFJJ20-03M)


Synthesis, Crystal Structure and Performances of BNTF
Author:
Affiliation:

1.School of Materials and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China;2.Institute of Chemical Materials, CAEP, Mianyang 621999, China

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    摘要:

    3,4‐双(3'‐氨基呋咱基‐4'‐)氧化呋咱(BAFF)为原料,采用廉价易得且绿色环保的丙三醇为溶剂,经氯化亚锡还原合成关键中间体 3,4‐双(3'‐氨基呋咱基‐4'‐)呋咱(BATF),后经过氧化氢氧化得到 3,4‐双(3'‐硝基呋咱基‐4'‐)呋咱(BNTF),总收率为59.0%。采用 1H NMR、13C NMR、IR、MS 和元素分析对 BATF 和 BNTF 进行表征,并成功获得 BNTF 单晶结构数据,BNTF 晶体为正交晶系,属 P212121空间群,a=0.71437(10)nm,b=0.96839(11)nm,c=1.51555(17)nm,V=1.0484(2)nm3,Z=4,Dc=1.876 g·cm-3, F(000)=592;优 化 BNTF 合 成 工 艺 ,考 察 投 料 比 、反 应 时 间 及 反 应 温 度 对 BNTF 产 率 的 影 响 ,获 得 的 最 佳 工 艺 条 件 为 n(BATF)∶n(35%H2O2)∶n(98%H2SO4)∶n(Na2WO4?2H2O)=1∶60∶40∶0.86,反应时间 3 h,反应温度 30 ℃,收率可达 93.3%;采用DSC 法和 TG‐DTG 法测定 BNTF 的热稳定性,分别用 Kissinger 法、Rogers 法和 Arrenhis 法计算 BNTF 热分解反应的表观活化能Ea(147.83 kJ·mol-1)、指 前 因 子 A(9.33×1015 min-1)和 分 解 速 率 常 数 k(2.18×10-44),计 算 了 BNTF 的 热 爆 炸 临 界 温 度(Tb=201.36 ℃);利用 Kamlet‐Jacobs 方程估算得到 BNTF 的爆速(8.3 km·s‐1)、爆压(31.3 GPa);分别按照 GJB772A-1997 方法 601.2 和602.1 测试 BNTF 特性落高(H50=43.0 cm)和摩擦感度(36.0%)。

    Abstract:

    3,4‐Bis(3'‐aminofurazan‐4'‐yl)furazan(BATF)was synthesized by reduction with stannous chloride in glycerol using 3,4‐bis(3'‐aminofurazan‐4'‐yl)furoxan(BAFF) as raw material. 3,4‐Bis(3'‐nitrofurazan‐4'‐yl)furazan(BNTF) was prepared from BAFF by using hydrogen peroxide as oxidantwith total yield of 59.0%. The structures of BATF and BNTF were characterized by 1H NMR,13C NMR,IR,MS spectra and elemental analysis,and the single crystal structure data of BNTF was obtained successfully. The crystal belongs to orthorhombic system,space group P212121 with crystal parameters a=0.71437(10) nm, b=0.96839(11)nm,c=51555(17)nm,V=1.0484(2)nm3,Z=4,Dc=1.876 g·cm-3,F(000)=592. The influence of molar ratio,reaction time,and reaction temperature on the yield of BNTF was investigated. Results show that the optimum conditions are as follows:n(BATF)∶n(35% H2O2)∶n(98% H2SO4 )∶n(Na2WO4?2H2O)=1∶60∶40∶0.86,the reaction time is 3 h,the reaction temperature is 30 ℃ and the yield of BNTF is 93.3%. The thermal stability of BNTF was determined by DSC and TG‐DTG methods. Apparent activation energy Ea(147.83 kJ·mol-1),pre‐exponential factor A(9.33×1015 min-1)and decomposition rate constant k (2.18×10-44)of thermal decomposition reaction for BNTF were calculated by Kissinger method,Rogers method and Arrenhis method,respectively. The detonation velocity(8.3 km·s-1)and detonation pressure(31.3 GPa)of BNTF were estimated by Ka‐mlet‐Jacobs equation. Characteristic drop height of impact sensitivity(H50=43.0 cm)and friction sensitivity(36.0%)for BNTF were measured according to GJB772A-1997 methods 601.2 and 602.1,respectively.

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王珀会,曾炼,谌思嘉,等. BNTF的合成、单晶结构和性能[J].含能材料, 2021, 29(1):70-77. DOI:10.11943/CJEM2020192.
WANG Po-hui, ZENG Lian, SHEN Si-jia, et al. Synthesis, Crystal Structure and Performances of BNTF[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2021, 29(1):70-77. DOI:10.11943/CJEM2020192.

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  • 收稿日期: 2020-07-20
  • 最后修改日期: 2020-11-18
  • 录用日期: 2020-11-03
  • 在线发布日期: 2020-11-12
  • 出版日期: 2021-01-25