JO－9CⅠ传爆药组分分析工艺条件优化

2014-12-31兰学成王保国

山西化工 2014年1期

兰学成，王保国

（中北大学化工与环境学院，山西太原 030051）

聚奥－9Ⅰ型传爆药（JO－9CⅠ传爆药）是一种性能稳定、安全性好、耐热性高的高能传爆药。它是由奥克托今（HMX）和2＃氟橡胶Vition A制成的塑料黏结炸药［1］。在国外，JO－9CⅠ传爆药（PBXN－5）是美国 MIL－STD－1751、MIL－STD－1316C军标规定许用的传爆药［2］。在我国，中北大学（原华北工学院）定型了JO－9CⅠ传爆药［3］，先后用于XX破弹无线电引信、XX式杀伤枪榴弹引信、XX式破甲枪榴弹引信和XX式50mm榴弹弹射器杀伤弹引信等5种引信。

JO－9CⅠ传爆药中氟橡胶含量对传爆药的感度和能量等均有直接影响，其成分分析是对传爆药质量指标测定的重要部分。美国采用军标 MIL－E－81111A化学成分分析方法，其分析周期太长，测试结果不稳定［4］。国内的姜夏冰［5］将紫外光分光光度法应用到分析PBX传爆药中HMX的含量，与化学分析方法相比，该法测定传爆药中组分HMX含量略微偏低，最大误差接近2%，且测试吸光度时HMX浓度难控制，分析重复性差。梁逸群［6］采用可见光分光光度法测定PBX传爆药中HMX的含量，该法由于在显色反应时不可避免地引入微量杂质，因此测得PBX传爆药中HMX的质量分数比化学分析法偏高。王金英［7］采用化学分析法研究了JO－9CⅠ传爆药中HMX的含量，其乙酸乙酯的用量与传爆药质量比为5.0～5.5，但该研究采用的碱范围较窄，且未见明显对比性，也未探讨碱浓度和水解时间之间的内在关联。因此，本文在原有工艺基础上进一步提高效率，优化分析工艺，具有很强的现实意义。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

JO－9CⅠ传爆药，中国兵器工业传爆药性能检测中心实验室；氢氧化钠（分析纯），符合GB／T 629－1997，北京泰博化工厂；乙酸乙酯（分析纯），符合GB／T 12589－1990，天津市科密欧化学试剂有限公司；蒸馏水。

DGSY－Ⅱ电热恒温水浴锅，上海医疗器械仪表厂；SHZ－D（Ⅲ）型循环水式真空泵，河南巩义英峪豫华仪器厂；DT－100A电子分析天平，精度值0.000 1g，上海精科电子有限公司；G3坩埚式过滤器，太原市玻璃仪器厂；AHX－871安全型烘箱，南京理工大学；ASR0500ADT型超声波分散器，天津奥特赛斯仪器有限公司。

1.2 实验原理

JO－9CⅠ传爆药由质量分数95%HMX和质量分数5%的氟橡胶组成。HMX在沸腾状态下能被低浓度氢氧化钠溶液水解成甲醛和硝酸铵，黏结剂氟橡胶不与上述浓度及条件下的碱液反应，并以固体形态游离在溶液中［8－11］。

试样中氟橡胶的质量分数按式（1）计算：

式中：G1为盛有残留物坩埚过滤器的质量，g；G2为恒重后坩埚过滤器的质量，g；m为试样质量，g。

每个试样平行测定2次，结果取其平均值。

1.3 实验方法

1）取1g JO－9CⅠ传爆药，加入10mL～12mL的乙酸乙酯中，使其中的黏结剂（氟橡胶）溶解，达到炸药与黏结剂分离的目的。

2）加入4种不同质量分数（6.5%、8.5%、10.5%、12.5%）的 NaOH 溶液，加热至沸腾，使其水解。每种质量分数选取2组样品，记录完全水解的时间。

3）过滤、干燥后，称量过滤物。通过对比过滤物的含量是否接近氟橡胶的真实含量来验证JO－9CⅠ传爆药是否完全水解。

4）通过对比完全水解的时间，得到完全水解的最佳工艺条件。

其工艺流程如图1所示。

图1 传爆药组分分析工艺流程图

2 结果与讨论

2.1 碱质量分数对水解情况的影响

实验样品的理论氟橡胶质量分数为5.283%。经水解、过滤、干燥、称重等步骤计算出样品中氟橡胶的质量分数，如表1所示。

从表1中可以看出，在6.5%、8.5%和10.5%的碱质量分数下，氟橡胶质量分数的数据都在误差允许的范围之内，说明其可以完全水解；而在12.5%的碱浓度下，其过滤物质量分数与氟橡胶的真实质量分数相差较远，说明12.5%碱质量分数下的水解情况异常。

表1 氟橡胶质量分数

图2为完全水解和水解异常的对比图。

图2 传爆药水解对比

图2可知，当碱质量分数过高时（12.5%），水解情况异常，溶液颜色为深棕色，而且悬浮物呈黑色，有挂壁现象出现，说明碱的质量分数过高，氢氧化钠将氟橡胶碳化，使过滤物的质量下降。因此，质量分数过高的碱液（12.5%）不适宜用来处理JO－9CⅠ传爆药。

HMX之所以水解加速，是因为一定温度下可逆反应的标准平衡常数K值是一定的。某一反应处于平衡状态时，反应熵等于平衡常数（J＝K）。若提高某一反应物的浓度或降低产物的浓度，将使反应熵J变小，从而J＜K，平衡向正方向移动，即向着减小反应物浓度和增加产物浓度的方向移动。所以，HMX的水解反应进行是否完全，决定于反应的推动力是否可以将平衡正向移动，使反应进行到底。HMX在水解的时候生产甲醛和硝酸铵反应式见式（1）～（3）：

对于（1）～（3）反应来说，在碱性条件下，HMX水解达到平衡时，甲醛在水中与水加成生成甲醛的水合物甲二醇，在溶液里甲醛和甲二醇成平衡状态；硝铵与碱发生反应生成硝酸钠、氨气和水，氨气逸走，使得硝铵完全与碱反应，从而降低了HMX水解产物，打破水解平衡，不断减少产物的浓度，使HMX不断水解，直到水解完全。