exploders.info - Портал по взрывчатым веществам и пиротехнике

Гексанитрогексаазаизовюрцитан, HNIW, CL-20

Физико-химические свойства:
На данный момент изучено 5 полиморфных модификаций HNIW (?,?,?,?,?), 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5.5.0.05,9.03,11]додекан, гексанитрогексаазаизовюрцитан, HNIW, CL-20различающихся по чувствительности и плотности (? – 1.97г/см3, ? – 1.99г/см3, ? – 1.92г/см3, ? – 2.044г/см3). По последним исследованиям плотность ? — формы, существующей в условиях сверхвысоких давлений ниже чем у ? – формы. При нагревании наблюдается последовательный переход кристаллич. форм (как и у октогена). Для практического применения используется ? - HNIW из-за наибольшей плотности и наименьшей чувствительности.

Бесцв. кристаллы, нераств. в хол. воде, очень хорошо раств. в ацетоне (94.6г/100г при 25°С), ацетонитриле, этилацетате (45.0г/100г при 25°С), ледяной уксусной к-те, плохо – в этаноле. Химически довольно устойчив, образует молекулярные комплексы с сульфоланом, разрушающиеся водой с образованием аморфной формы с содержанием воды около 1%. Также способен с различными в-вами, в т.ч. и ВВ, образовывать весьма чувствительные соединения включения (клатраты). Совместим с большинством ВВ, связующих и пластификаторов. Несовместим с щелочами, аминами и цианидами щелочных металлов. В водном растворе щелочей разлагается значительно быстрее гексогена. Плотность ?-формы в массе 2.038 г/см3.?-форма может быть получена перекристаллизацией из смеси ацетона и воды (9:91 по объему)
?-форма может быть получена перекристаллизацией из смеси ТГФ и метиленхлорида (9:91 по объему)
?-форма форма может быть получена перекристаллизацией из ксилола при 130-140°С.
?-форма форма может быть получена перекристаллизацией из этанола или смеси уксусной кислоты с этилацетатом.

При перекристаллизации из 70% HNO3 образует гемигидрат альфа-формы (t пл. 260°С).
Для получения ?-формы обычно проводят кристаллизацию, медленно выливая раствор HNIW в этилацетате или в ацетоне в толуол в присутствии затравки — заранее полученных кристаллов ?-формы.

Восприимчивость к нагреванию и внешним воздействиям:
t пл. 228-232°С с разл. Вакуум тест 0.4см3/г за 193ч при 100°С. Чувствительность к удару кристаллов ? -формы 3-5мкм 21 см для груза 2.5 кг (у октогена 32см). По др. данным 24.2см для груза 2 кг (Октоген – 26 см, ТЭН-12см). Чувствительность ?- формы -14см (октоген -26см)

Табл. 21 Чувствительность HNIW по сравнению с другими ВВ


ВВ

Нижний предел чувствительности к удару мм

% взрывов. Груз 10кг h=25см.

Нижний предел чувствительности к трению МПа

Критический диаметр, мм

ТЭН

50

100

150

0.22

гексоген

70

72

270

0.48

октоген

50-70

80

250-270

0.55

HNIW

<50

80

100

0.20

Энергетические характеристики:
Одно из наиболее мощных бризантных ВВ. Cкорость детонации 9360 м/c при 1.85г/см3. Макс. экспериментально измеренная скорость детонации ? - HNIW 9650м/с. Теплота взрыва 6.09МДж/кг. Теплота образования +240.3ккал/кг. Энтальпия образования +220.0ккал/кг. Скорость детонации смеси 98% HNIW и 2% глицидилазидного полимера 9230 м/c при 1.964г/см3 (аналогичная смесь с октогеном имеет 8760 м/c при 1.822г/см3). Метательная способность 105.9% по октогену.

Применение:
Впервые был получен в 1986г (Nielsen). В США, Франции, Швеции освоено полупромышленное и промышленное пр-во с тенденцией к постепенному наращиванию. В России с 2002г существует опытное производство, с 2007г начато строительство опытно-промышленной установки. Используется как ВВ (в смеси с полимерами), высокоэнтальпийный компонент ракетных топлив, бездымных порохов и др. Испытан в опытных образцах боеприпасов. По оценкам специалистов эффективность составов на Cl-20 на 14% выше эффективности аналогичных составов на октогене, т.е. с учетом более высокой плотности Cl-20 бронепробиваемость в тех же габаритах может быть увеличена на 25%. Широкому применению препятствует высокая стоимость продукта, однако уже используется в последних модификациях управляемых противотанковых ракет JAVELIN и LOSAT, где стоимость ВВ не имеет решающего значения.

Основным недостатком HNIW является его высокая цена, связанная с необходимостью использования и регенерации палладиевого катализатора вместе с генератором водорода. Проводятся работы по изысканию новых, более дешевых методов синтеза, без использования стадии дибензилирования на палладиевом катализаторе. Другим недостатком является способность образовывать соединения включения с кислотами, входящими в нитросмесь. От них невозможно полностью избавиться при перекристаллизации и существует возможность их выделения при хранении. Кроме того, получить чистый продукт достаточно сложно, обычно он получается загрязненным недонитрованными производными гексаазаизовюрцитана.

Получение:
В настоящее время получают конденсацией глиоксаля с бензиламином в присутствии ацетонитрила и муравьиной к-ты, затем гексабензилгексаазаизовюрцитан обрабатывают уксусным ангидридом под давлением водорода в присутствии гидроксида палладия, адсорбированного на угле и ДМФА (в автоклаве). Полученное тетраацетил-дибензил производное дибензилируют в среде муравьиной кислоты для замещения оставшихся бензиловых групп -CHO группами. Затем продукт нитруют конц. HNO3 при темп-ре ок. 110°С в теч. неск. часов, либо при 80°С, но в присутствии катализатора (полимерная сульфокислота). Для нитрования также может быть использована смесь HNO3/H2SO4.

Литература:

  1. Rudolf Meyer «Explosives», Fifth Edition. Wiley-VCH Verlag GmbH. (Electronic) 2002 p176
  2. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь/ Под Ред. Б.П.Жукова. Изд 2-е исправл – М. Янус К. 2000 с. 127
  3. Energetic Materials. Particle Processing and Characterization. Edited by U.Teipel. Wiley-VCH 2005 р.12.
  4. Arnold T. Nielsen,* Robin A. Nissan, and David J. Vanderah Polyazapolycyclics by Condensation of Aldehydes with Amines. 2. Formation of 2,4,6,8,10,12-Hexabenzyl-2,4,6,8,10,12-hexaazatetracyclo [5.5.0.05,9.03,11]dodecanes from Glyoxal and Benzylamines. J. Org. Chem.1990, 55, 1459-1466
  5. Grigoire Herve, Guy Jacob, and Roger Gallo. Preparation and Structure of Novel Hexaazaisowurtzitane Cages. Chem. Eur. J. 2006, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim.
  6. С.В.Сысолятин, А.А. Лобанова, Ю.Т. Черникова, Г.В. Сакович. Методы синтеза и свойства гексанитрогексаазаизовюрцитана. Успехи химии 74 (8) 2005 с 830.
  7. Erica von Holtz and others. The solubility of ?-Cl-20 in selected materials. Propellants, Explosives, Pyrotechnics 19, 206-212 (1994)
  8. Si-Ping Pang, Yong-Zhong Yu, Xin-Qi Zhao. A novel synthetic route to hexanitrohexaazaisowurtzitane. Propellants, Explosives, Pyrotechnics 30, No.6 (2005)
  9. V.P. ILYIN, S.P. SMIRNOV, E.V. KOLGANOV, YU.G. PECHENEV. THERMOPLASTIC EXPLOSIVE COMPOSITIONS ON THE BASE OF HEXANITROHEXAAZAISOWURTZITANE. VIII Забабахинские научные чтения 2005.
  10. У.В. Наир, Р. Сивабалан, Г.М. Гор, М. Гиза, Ш.Н. Астана, Х. Сингх. Гексанитровюрцитан (Cl-20) и составы на его основе (Обзор). Физика горения и взрыва, 2005, т. 41, №2.
  11. Альманах “Бийский вестник”. Гл. ред. В. Буланичев. 1-2 2009 (21-22) с. 93.
  12. Патенты: RU2252925, US5693794, US6160113, US6391130, US5874574, US5723604, US6297372, FR2855174, US5723604, EP1327633, RU2199540, RU2266907, US7279572

Автор: ()

© Добрейшей души человеки, 2003-2017

При использовании материалов ресурса ссылка обязательна.