[发明专利]一类含氟[1,2,4]三唑[4,3-b][1,2,4,5]四嗪硝铵及其制备方法

说明书

本发明属于富氮含能材料合成技术领域，具体公开了一类含氟[1,2,4]三唑[4,3‑b][1,2,4,5]四嗪硝铵及其制备方法。本方法从容易得到的3‑三氟甲基‑6‑(3,5‑二甲基吡唑)‑[1,2,4]三唑[4,3‑β][1,2,4,5]四嗪出发，通过两步反应能获得相应的中性硝胺含能材料，随后通过与中性含氮小分子反应得到了相应的含能离子盐。本发明通过化合物密度、热分解温度、撞击和摩擦感度测试试发现它是一类高密度(p1.75)、良好热稳定性(最高达到220℃)及对外界刺激不敏感(IS40J,FS360N)的含能材料。

技术领域

本发明涉及富氮含能材料合成领域，特别涉及一类含氟[1,2,4]三唑[4,3-b][1,2,4,5]四嗪硝铵及其制备方法。

背景技术

含能材料(俗称炸药)是在一定的外界刺激下，能自身发生激烈氧化还原反应而释放大量能量的物质。在军事上，含能材料是武器弹药的能量来源，其能量的大小决定了武器的毁伤效果。在民用行业，含能材料广泛应用于烟花、汽车气囊、深海钻井等领域。基于此，含能材料的研究引起了世界各国的重视。含能材料的研究历史可以追溯至中国古代的黑火药及19世纪意大利人索勃利特发明的硝化甘油。进入20世纪后，国内外科学家致力于含能材料能量提升的研究，其中代表性的化合物有梯恩梯(TNT)、黑索金(RDX)、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等，其中CL-20的爆速达到了惊人地9706米每秒。然而，伴随着能量的提高，化合物中化学键的强度逐渐减弱，炸药对热、摩擦、撞击、静电等外界刺激更加敏感，从而使得炸药安全性能大幅度下降。目前，世界各地因弹药自爆、殉爆等引发的事故已对一些国家的军事及经济造成了不可估量的损失。因此，采用高能量且低感度的炸药去替代现有炸药是提高弹药使用及存储安全性的一个重要手段。

代表性单质炸药的安全性能随着能量的提高而降低

火箭推进剂的能量来源也主要为炸药和金属燃料。其中铝粉由于密度高，耗氧量低，有较高的燃烧焓，再加上其原材料丰富，成本较低，因此成为推进剂中广泛使用的一种金属燃料。但是铝颗粒燃烧时产生的团聚现象会导致使铝燃烧不完全，从而降低铝粉的燃烧效率，另外团聚也会导致两相流损失加剧，固体产物的冲刷效应又会导致燃烧室绝热层和喷管烧蚀的加剧，影响发动机的工作安全性。鉴于推进剂中铝粉在燃烧过程中的团聚现象会带来如此多的问题，许多国家的学者对此进行了大量的研究工作。目前发现，氟碳化合物能与铝发生放热反应，改善铝的点火性能，且反应生成Al F₃的升华既能减少固相产物的生成，又能导致团聚体解离。从以上研究可看出，用含氟化合物来解决铝燃烧时的团聚是一个比较可行的方法。考虑到在火箭推进剂中，炸药既能提供能量又可以引发铝粉燃烧，所以开发含氟的含能材料将是解决火箭推进剂上述难题的一个重要方法。

目前，含氟基团取代含能单质炸药的研发尚处于初级阶段。按照含氟基团的类别主要可以分为二氟氨基类含能单质炸药的制备；五氟硫基类含能单质炸药的制备；氟偕二硝甲基含能单质炸药的制备；三氟甲基取代含能单质炸药的制备等。代表性的例子如下。

2001年，T﹒Axenrod等人设计并合成了3,3’-二氟氨基-7,7’-二硝基-八氢化-1,5-二硝基-1,5-二氮芳辛(TNFX)，该化合物中含有两个二氟氨基和四个硝基，具有很好的氧平衡，其计算密度为1.96g·cm^-3，但遗憾的是其爆速，爆压仅为7.92km·s^-1，29.3GPa(Tetrahedron Letters,2001,42,2621-2623.)，其结构式如下所示。

TNFX结构式