Low Energy Monopropellants Based on the Guanylurea Cation

化学 单斜晶系 高氯酸盐 标准生成焓 无水的 分析化学(期刊) 起爆 无机化学 质谱法 爆速 拉曼光谱 晶体结构 离子 物理化学 结晶学 有机化学 爆炸物 物理 光学 色谱法
作者
Thomas M. Klapötke,Carlos Miró Sabaté
出处
期刊:Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie [Wiley]
卷期号:636 (1): 163-175 被引量:23
标识
DOI:10.1002/zaac.200900330
摘要

Abstract Reaction of cyanoguanidine ( 3 ) with hydrochloric, sulfuric, nitric or perchloric acids yielded guanylurea chloride ( 4 ), sulfate ( 5 ), nitrate ( 6 ) and perchlorate ( 7 ). Compounds 4 and 5 reacted further to form a new family of energetic salts based on the guanylurea cation and azide ( 8a ), 5‐nitrotetrazolate ( 9 ), 5‐aminotetrazolate ( 10 ), picrate ( 11 ) and 5,5′‐azotetrazolate ( 12a ) anions. The water of hydration in compounds 8a and 12a was eliminated by heating under vacuum yielding the anhydrous salts 8b and 12b . All materials were characterized by means of elemental analysis, mass spectrometry (MS) as well as vibrational (IR, Raman) and NMR ( 1 H, 13 C, 14/15 N and 35 Cl) spectroscopy. Additionally, the crystal structures of 4 , 7 , 8a and 10 were determined by low temperature X‐ray measurements ( 4 , 7 and 8a : Monoclinic, P 2 1 / c ; 10 : Monoclinic, P 2 1 ). The thermal behavior of 6 – 12 was assessed by DSC measurements and their heats of formation were calculated on the basis of the electronic energies of the ions using the MP2 method. In addition, the sensitivity to shock, friction and electrostatic discharge of all materials was measured by submitting the compounds to standard (BAM) tests. The detonation pressures ( P ) and velocities ( D ) were calculated from the energies of formation using the EXPLO5 code ( 6 : P = 17.4 GPa, D = 7004 m · s –1 ; 8a : P = 20.6 GPa, D = 7880 m · s –1 ; 8b : P = 16.9 GPa, D = 7289 m · s –1 ; 9 : P = 20.3 GPa, D = 7439 m · s –1 ; 10 : P = 18.4 GPa, D = 7530 m · s –1 ; 11 : P = 19.7 GPa, D = 7152 m · s –1 ; 12a : P = 24.3 GPa, D = 8222 m · s –1 and 7 : P = 23.3 GPa, D = 8115 m · s –1 ). Lastly, the long term stability of 12a was assessed and the ICT code was used to predict the decomposition gases. Most materials decompose giving large amount of environmentally friendly gases and their performance values classify them as new insensitive low‐energy monopropellants.

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