为评价2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺(TNMA)的热安全性, 得到计算TNMA热安全性参数用的基本数据, 用经验式估算了TNMA的比热容(Cp)和热导率(λ). 用键能贡献于生成热Qf的加和法, 估算了TNMA的标准生成焓ΔcHmθ(TNMA, s, 298.15 K). 用热力学公式计算了TNMA的标准燃烧焓ΔUmθ(TNMA, s, 298.15 K)和标准燃烧能ΔcHmθ(TNMA, s, 298.15 K). 用Kamlet-Jacobs 公式估算了爆速、爆压和爆热. 用经验式估算了分解热(Qd). 通过差示扫描量热(DSC)曲线和高灵敏度布鲁顿玻璃薄膜压力计测得的逸出气体标准体积(VH)-时间(t)曲线, 得到了TNMA放热分解反应的动力学参数. 用上述基本数据得到了评价TNMA的热安全性参数: 自加速分解温度(TSADT), 热爆炸临界温度(Tbe0和Tbp0), 绝热至爆时间(tTIad), 撞击感度50%落高(H50), 热点起爆临界温度(Tcr), 被300 K环境包围的半厚和半径为1 m的无限大平板、无限长圆柱和球形TNMA的热感度概率密度函数S(T), 相应于S(T)-T关系曲线最大值的峰温(TS(T)max), 安全度(SD), 临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE). 结果表明: (1) TNMA有较好的热安全性和对热抵抗能力, 与环三亚甲基三硝胺(RDX)相比, TNMA易从热分解过渡到热爆炸; (2) 不同形状大药量TNMA 热安全性降低的次序为: 球>无限长圆柱>无限大平板; (3)TNMA有高的燃烧能、高的爆轰化学能(爆热)和接近环四亚甲基四硝胺(HMX)的爆炸性能, 其对冲击敏感, 冲击感度与季戊四醇四硝酸酯(PETN)和特屈尔接近, 可用作混合炸药主组分.
通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯水凝胶, 并将其与高氯酸铵(AP)复合, 然后分别采用自然干燥、冷冻干燥和超临界CO2干燥三种干燥方式制备了AP/石墨烯复合材料, 并通过扫描电镜(SEM)、元素分析、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了不同干燥方式对其结构和热分解行为的影响. 结果表明, 干燥方式对AP/石墨烯复合材料的形貌具有明显影响, 其中通过超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料基本能保持与石墨烯气凝胶相似的外观和多孔结构. 通过自然干燥、冷冻干燥和超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料中AP的质量分数分别为89.97%、92.41%和94.40%, 其中通过超临界CO2干燥制备的复合材料中AP的粒径尺寸为69 nm. DSC测试结果表明, 石墨烯对AP的热分解过程具有明显的促进作用, 能使AP的低温分解过程大大减弱, 高温分解峰温明显降低. 三种干燥方式相比, 通过超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料中石墨烯的促进作用最明显. 与纯AP相比, 其高温分解峰温降低了83.7℃, 表观分解热提高到2110 J·g-1. TG-FTIR分析结果表明, AP/石墨烯复合材料的热分解过程中, AP分解产生的氧化性产物与石墨烯发生了氧化反应, 生成了CO2.
制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATZ)的双基推进剂和改性双基推进剂. 采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学并在此基础上评价了其热安全性. 结果表明, LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰, LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰在390-540 K温度范围内, 其机理方程分别为: f(α)=α-1/2和f(α)=2(1-α)3/2. 计算了热加速分解温度(TSADT)、热爆炸临界温度(Tb)、热点火温度(TTIT)和绝热至爆时间(tTlad),其值分别为: DB001复合物TSADT=444.50 K, TTITT=453.96 K, Tb=471.84 K; tTlad=39.36 s; CMDB100复合物, TSADT=442.38 K, TTITT=452.89 K,Tb=464.13 K,tTlad=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性. 考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能, 结果表明LCBTATZ 是一种高效的双基燃烧催化剂, 在较大的压力范围内可以显著的提高燃速并且大幅度的降低压力指数. 对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象, 8-12 MPa出现了“麦撒”效应, 对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.
偶氮二异丁腈(AIBN)是一种典型的相变吸热与分解放热重叠的物质, 该重叠现象的存在不利于其动力学规律的研究. 为了正确解析AIBN相变吸热对其分解放热的影响, 并研究AIBN在溶剂中的非等温热行为, 利用差示扫描量热仪(DSC)对苯胺、AIBN及AIBN-苯胺溶液(22.18%(w))进行动态扫描, 得到不同升温速率下AIBN在苯胺溶剂中起始分解温度Tonset的范围为79.90-94.47 ℃, 比放热量较固态AIBN高291 J·g-1左右, 该数值可以视为其比相变热. 基于Kissinger法计算的AIBN与AIBN-苯胺溶液的活化能E和指前因子A的结果相差不大. 采用Friedman法对AIBN与AIBN-苯胺溶液的热分解过程进行计算, 发现固态AIBN相变吸热对其分解放热的影响主要发生在反应进度α小于0.20的范围内, 当α大于0.20后, 两者活化能E(α)和ln(A(α)·f(α))随α的变化趋势基本一致. 分析认为, 相对于AIBN的分解反应而言, 苯胺可以视为一种惰性溶剂, 即其不会干扰AIBN的分解机理. AIBN在苯胺溶剂中的分解机理可以视为固态AIBN的分解机理. 结合Friedman法的计算结果, 采用一般积分法, 即Coats-Redfern法得到AIBN在苯胺溶剂中分解反应的机理函数为G(α)=α3/2, 符合Mampel power法则,平均表观活化能为139.93 kJ·mol-1.
在常压、298.15 K条件下, 用RD496-2000微量热仪开展了3-硝基-1,3,4-三唑-5-酮(NTO)金属(Li, Na,Pb, Cu)盐制备反应的热动力学研究, 得到了反应过程中的热力学参数(活化焓、活化熵和活化自由能), 速率常数和动力学参数(活化能、指前因子和反应级数), 还得到了在25-40℃范围内NTO金属(Li, Na, Pb, Cu)盐制备反应过程的反应焓. 结果表明, NTO金属(Li, Na, Pb, Cu)盐的制备反应较容易发生. 基于Hess定律, 得到了ΔfHm0 (Li(NTO)·2H2O, aq, 298.15 K)和ΔfHm0 (Na(NTO)·H2O, aq, 298.15 K)的值.
在293.15-323.15 K范围内, 测定了13种常见离子液体及其25组混合体系的电导率. 利用Vogel-Tammann-Fulcher (VTF)方程对电导率数据进行拟合, 并通过方程式中的拟合参数分析了离子液体混合后其阴阳离子间缔合作用的变化规律. 结果表明,在相同温度下, 离子液体的阳离子侧链越短,阴离子电荷越分散, 阴阳离子间的氢键作用力越弱,离子液体的电导率越大, 其中阴离子的影响比阳离子更明显.混合离子液体中离子间的缔合作用不仅与阴阳离子的种类有关,而且与混合物的组成有关.
利用等温滴定微量热法测定了298.15 K时12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6和4,13-二氮杂-18-冠-6四种冠醚在纯水及不同质量分数(w=0-0.3)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)+H2O混合物中的稀释焓, 根据McMillan-Mayer理论计算得到相应的焓对作用系数(hxx). 实验发现, hxx均为较大的正值, 表明在冠醚-冠醚自相互作用中疏水性成分占绝对优势, 主要表现为两种机制: (1) 当疏水-疏水作用发生时, 共球交盖使得水结构形成减少, 对hxx有正的贡献; (2) 当疏水-亲水作用发生时, 共球交盖使得水结构破坏增加, 对hxx有正的贡献. 此外, 四种冠醚hxx的大小关系为: hxx(18-冠-6)>hxx(4,13-二氮杂-18-冠-6)≈hxx(15-冠-5)>hxx(12-冠-4), 表明冠醚环越大, 疏水-疏水作用越强, 存在显著的大环疏水效应.
合成了稀土(钬, Ho)-氨基酸(甘氨酸, C2H5O2N)二元配合物Ho(NO3)3(C2H5O2N)4·H2O, 并且通过化学分析、元素分析和红外(IR)光谱对配合物进行了表征. 用高精度全自动绝热量热仪, 测定了该配合物在80-390 K温度区间的定压摩尔热容(Cp,m). 利用实验测定的热容数据, 采用最小二乘法, 将热容曲线上热容峰以外的两段平滑区的摩尔热容对折合温度进行拟合, 建立了热容随折合温度变化的多项式方程. 根据热容与焓、熵的热力学关系,计算出了配合物在80-390 K温度区间内,每隔5 K,相对于298.15 K的摩尔热力学函数(HT,m-H298.15,m)和(ST,m-S298.15,m). 通过热容曲线分析, 计算出了350 K附近转变过程的焓变(ΔtrsHm)和熵变(ΔtrsSm). 用差示扫描量热法(DSC)测定了配合物的热稳定性.
利用精密绝热热量仪测定了化合物配合物Zn(Met)3(NO3)2·H2O (s) (Met=L-α-蛋氨酸)在78-371 K温区的摩尔热容. 通过热容曲线解析, 得到了该配合物的起始脱水温度为TD=325.10 K. 将该温区的摩尔热容实验值用最小二乘法拟合得到了摩尔热容(Cp)对约化温度(T)的多项式方程, 由此计算得到了配合物的舒平热容值和热力学函数值. 基于设计的热化学循环, 选择100 mL of 2 mol·L-1 HCl为量热溶剂, 利用等温环境溶解-反应热量计, 得到了298.15 K配合物的标准摩尔生成焓为ΔfHm0[Zn(Met)3(NO3)2·H2O(s),s]=-(1472.65±0.76) J·mol-1.
