硝基四唑铜铵(NH4CuNT)的合成

硝基四唑铜铵(NH₄CuNT)属于硝基四唑阴离子配合物起爆药,是一类新型的绿色起爆药。它是由硝基四唑铵和硝酸铜作用所得到的,其化学式为(NH₄)₂[Cu(CN₅O₂)₄(H₂O)₂],相对式量为591.906,硝基四唑阴离子的结构如图所示:点击查看图片

以下是硝基四唑铜铵的部分性质:

一、感度
就机械感度方面来说,NH₄CuNT十分钝感,在某一测试条件下RDX爆炸落高是22cm,PETN是14cm,而NH₄CuNT竟达到了23cm,远远钝感于常用的起爆药。NH₄CuNT的摩擦感度略微逊色,不过也达到了600g,虽然离PETN的5.8kg有点远,但是相比常规起爆药LA的6g来说就是一个天一个地了,更不用说超级敏感的HMTD和TATP,在机械感度方面NH₄CuNT可以说完胜常规起爆药。再来看看静电感度,NH₄CuNT也很钝感,和LA根本没得比。NH₄CuNT的火焰感度较低,干燥时明火接触可以爆轰,但潮湿状态下不能被明火起爆,因此湿态NH₄CuNT能安全地进行运输。

二、安定性
NH₄CuNT热安定性较好,在265℃下才分解,据说在250℃下能耐住几个小时。NH4CuNT光安定性也好,和空气中成分不发生反应,在水中也稳定。

三、起爆力
现在暂时没有找到NH₄CuNT的详细起爆力数据,但是个人判断NH₄CuNT的起爆力不会低,毕竟四个硝基四唑阴离子的能量不是盖的。并且经过测试米粒大小的NH₄CuNT开放条件下火焰接触直接爆轰,DDT过程较短,和LA类似,不经熔化而直接爆轰分解,完全符合起爆药的常规特性。NH₄CuNT的最大爆速达到了7400m/s,比苦味酸爆速还略高,威力是毋容置疑的。综上,我们完全有理由相信NH₄CuNT的起爆力和LA有一拼,但实际起爆力如何还要等实际测试。

四、毒性
NH₄CuNT的毒性较小,不含重金属等有害物质,且爆轰产物主要是Cu、N₂、CO₂、H₂O和少量CO(约3%)、NO₂(约2%),是真正的绿色起爆药,是LA等含铅起爆药和DACP、BNCP等含高氯酸根起爆药不能相比的一点。

硝基四唑铵(NH₄NT)的是合成硝基四唑铜铵的重要含能中间体,其分子式为CH₄O₂N₆,白色晶体。硝基四唑铵在水中溶解度很大,且溶解度随温度变化十分明显。硝基四唑铵也溶于丙酮、无水乙醇等有机溶剂,但在其中的溶解度比在水中的溶解度小。该物质是以5-氨基四氮唑为原料,经过一系列复杂的化学反应生成的,合成时间较长,且其中的部分步骤一旦疏忽将引起爆炸,对合成者的安全构成极大威胁,因此必须做好防护工作。

本文将介绍合成硝基四唑铜铵(NH₄CuNT)的具体方法。

一、准备试剂:硝酸(68%)、无水5-氨基四氮唑、亚硝酸钠、五水硫酸铜、氢氧化钡(图中无)、碳酸铵(图中无)。
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二、配制A溶液:将52克亚硝酸钠、27.5克五水硫酸铜、150毫升水混合,搅拌至固体完全溶解。
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三、配制B溶液:将26.25克无水5-氨基四氮唑、1克五水硫酸铜、32毫升硝酸(68%)、400毫升水混合,搅拌至固体完全溶解。
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四、以A溶液为底液,冰水浴下缓慢滴加B溶液,控制反应温度在(15±3)℃。
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五、滴完B液后,继续搅拌15分钟。
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六、加入35毫升硝酸(68%),继续搅拌30分钟。
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七、抽滤,用10%硝酸溶液洗涤滤饼,再用水洗涤,得到硝基四唑酸式铜盐。
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八、将滤饼置于烧杯中,加水至300毫升左右,搅拌成硝基四唑酸式铜盐悬浊液。
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九、加入氢氧化钡粉末并不断搅拌至悬浊液呈碱性,并记录下加入氢氧化钡的量。
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十、加热煮解30分钟,使上一步中生成的氢氧化铜完全转化为氧化铜。
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十一、抽滤,保留滤饼(氧化铜)与滤液(硝基四唑钡)。
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十二、将氧化铜用丙酮等快干型溶剂洗涤后干燥,备用。
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十三、将与第九步中所加的氢氧化钡相同物质的量的碳酸铵溶于适量水,加入第十一步的所得的滤液中,得到碳酸钡沉淀和硝基四唑铵溶液。
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十四、抽滤,保留滤液。
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十五、取四分之三质量第十二步中所得的氧化铜,加适量硝酸溶解,得硝酸铜溶液(如有不溶物,则抽滤除去不溶物),并稀释到300毫升左右(右图)。将硝基四唑铵溶液(左图)煮沸一段时间,除去过量的碳酸铵。
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十六、将硝酸铜溶液倒入硝基四唑铵溶液中,产生大量淡蓝色沉淀。加热至微沸,慢慢补加水至溶液变得澄清为止。
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十七、搅拌下自然冷却,得到纯度较高的硝基四唑铜铵悬浊液。
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十八、抽滤,依次用水和乙醇洗涤滤饼。
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十九、捣碎滤饼,晾干。
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二十、装袋,称重。理论产量44.78克,实际产量27.28克,产率60.92%。
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