蘭學(xué)成， 王保國

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051）

聚奧－9Ⅰ型傳爆藥（JO－9CⅠ傳爆藥）是一種性能穩(wěn)定、安全性好、耐熱性高的高能傳爆藥。它是由奧克托今（HMX）和2＃氟橡膠Vition A制成的塑料黏結(jié)炸藥［1］。在國外，JO－9CⅠ傳爆藥（PBXN－5）是美國 MIL－STD－1751、MIL－STD－1316C軍標(biāo)規(guī)定許用的傳爆藥［2］。在我國，中北大學(xué)（原華北工學(xué)院）定型了JO－9CⅠ傳爆藥［3］，先后用于XX破彈無線電引信、XX式殺傷槍榴彈引信、XX式破甲槍榴彈引信和XX式50mm榴彈彈射器殺傷彈引信等5種引信。

JO－9CⅠ傳爆藥中氟橡膠含量對(duì)傳爆藥的感度和能量等均有直接影響，其成分分析是對(duì)傳爆藥質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定的重要部分。美國采用軍標(biāo) MIL－E－81111A化學(xué)成分分析方法，其分析周期太長，測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定［4］。國內(nèi)的姜夏冰［5］將紫外光分光光度法應(yīng)用到分析PBX傳爆藥中HMX的含量，與化學(xué)分析方法相比，該法測(cè)定傳爆藥中組分HMX含量略微偏低，最大誤差接近2%，且測(cè)試吸光度時(shí)HMX濃度難控制，分析重復(fù)性差。梁逸群［6］采用可見光分光光度法測(cè)定PBX傳爆藥中HMX的含量，該法由于在顯色反應(yīng)時(shí)不可避免地引入微量雜質(zhì)，因此測(cè)得PBX傳爆藥中HMX的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比化學(xué)分析法偏高。王金英［7］采用化學(xué)分析法研究了JO－9CⅠ傳爆藥中HMX的含量，其乙酸乙酯的用量與傳爆藥質(zhì)量比為5.0～5.5，但該研究采用的堿范圍較窄，且未見明顯對(duì)比性，也未探討堿濃度和水解時(shí)間之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。因此，本文在原有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高效率，優(yōu)化分析工藝，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

JO－9CⅠ傳爆藥，中國兵器工業(yè)傳爆藥性能檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室；氫氧化鈉（分析純），符合GB／T 629－1997，北京泰博化工廠；乙酸乙酯（分析純），符合GB／T 12589－1990，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水。

DGSY－Ⅱ電熱恒溫水浴鍋，上海醫(yī)療器械儀表廠；SHZ－D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵，河南鞏義英峪豫華儀器廠；DT－100A電子分析天平，精度值0.000 1g，上海精科電子有限公司；G3坩堝式過濾器，太原市玻璃儀器廠；AHX－871安全型烘箱，南京理工大學(xué)；ASR0500ADT型超聲波分散器，天津奧特賽斯儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

JO－9CⅠ傳爆藥由質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%HMX和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氟橡膠組成。HMX在沸騰狀態(tài)下能被低濃度氫氧化鈉溶液水解成甲醛和硝酸銨，黏結(jié)劑氟橡膠不與上述濃度及條件下的堿液反應(yīng)，并以固體形態(tài)游離在溶液中［8－11］。

試樣中氟橡膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（1）計(jì)算：

式中：G1為盛有殘留物坩堝過濾器的質(zhì)量，g；G2為恒重后坩堝過濾器的質(zhì)量，g；m為試樣質(zhì)量，g。

每個(gè)試樣平行測(cè)定2次，結(jié)果取其平均值。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1）取1g JO－9CⅠ傳爆藥，加入10mL～12mL的乙酸乙酯中，使其中的黏結(jié)劑（氟橡膠）溶解，達(dá)到炸藥與黏結(jié)劑分離的目的。

2）加入4種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（6.5%、8.5%、10.5%、12.5%）的 NaOH 溶液，加熱至沸騰，使其水解。每種質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取2組樣品，記錄完全水解的時(shí)間。

3）過濾、干燥后，稱量過濾物。通過對(duì)比過濾物的含量是否接近氟橡膠的真實(shí)含量來驗(yàn)證JO－9CⅠ傳爆藥是否完全水解。

4）通過對(duì)比完全水解的時(shí)間，得到完全水解的最佳工藝條件。

其工藝流程如圖1所示。

圖1 傳爆藥組分分析工藝流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水解情況的影響

實(shí)驗(yàn)樣品的理論氟橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.283%。經(jīng)水解、過濾、干燥、稱重等步驟計(jì)算出樣品中氟橡膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如表1所示。

從表1中可以看出，在6.5%、8.5%和10.5%的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，氟橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)都在誤差允許的范圍之內(nèi)，說明其可以完全水解；而在12.5%的堿濃度下，其過濾物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氟橡膠的真實(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差較遠(yuǎn)，說明12.5%堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的水解情況異常。

表1 氟橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖2為完全水解和水解異常的對(duì)比圖。

圖2 傳爆藥水解對(duì)比

圖2可知，當(dāng)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時(shí)（12.5%），水解情況異常，溶液顏色為深棕色，而且懸浮物呈黑色，有掛壁現(xiàn)象出現(xiàn)，說明堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，氫氧化鈉將氟橡膠碳化，使過濾物的質(zhì)量下降。因此，質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高的堿液（12.5%）不適宜用來處理JO－9CⅠ傳爆藥。

HMX之所以水解加速，是因?yàn)橐欢囟认驴赡娣磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K值是一定的。某一反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)熵等于平衡常數(shù)（J＝K）。若提高某一反應(yīng)物的濃度或降低產(chǎn)物的濃度，將使反應(yīng)熵J變小，從而J＜K，平衡向正方向移動(dòng)，即向著減小反應(yīng)物濃度和增加產(chǎn)物濃度的方向移動(dòng)。所以，HMX的水解反應(yīng)進(jìn)行是否完全，決定于反應(yīng)的推動(dòng)力是否可以將平衡正向移動(dòng)，使反應(yīng)進(jìn)行到底。HMX在水解的時(shí)候生產(chǎn)甲醛和硝酸銨反應(yīng)式見式（1）～（3）：

對(duì)于（1）～（3）反應(yīng)來說，在堿性條件下，HMX水解達(dá)到平衡時(shí)，甲醛在水中與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狀態(tài)；硝銨與堿發(fā)生反應(yīng)生成硝酸鈉、氨氣和水，氨氣逸走，使得硝銨完全與堿反應(yīng)，從而降低了HMX水解產(chǎn)物，打破水解平衡，不斷減少產(chǎn)物的濃度，使HMX不斷水解，直到水解完全。

2.2 堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水解時(shí)間的影響

表2為不同堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)所需的分解時(shí)間。

表2 傳爆藥水解時(shí)間

由表2可以看出，隨著堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，所需要的水解時(shí)間縮短。因此，在保證HMX以最快速度完全水解和氟橡膠不被氧化的條件下，得出JO－9CⅠ傳爆藥在堿性條件下組分分析的最佳工藝條件：在堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的恒溫水浴鍋（沸水浴）中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為2.5h。

利用excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得線性回歸方程：y＝－0.907 65x＋13.017 15，相關(guān)系數(shù)R＝0.987 5。說明時(shí)間和濃度具有強(qiáng)烈的相關(guān)性。

3 結(jié)論

1）在堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5%～12.5%時(shí)，可以有效地水解JO－9CⅠ傳爆藥；當(dāng)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于12.5%時(shí)，水解測(cè)試效果出現(xiàn)異常。

2）在堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)允許范圍內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)和時(shí)間成線性關(guān)系，即增大堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以有效地縮短水解時(shí)間。

3）JO－9CⅠ傳爆藥在堿性條件下組分分析的最佳工藝條件為：在堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的恒溫水浴鍋（沸水?。┲羞M(jìn)行水解，水解時(shí)間為2.5h。

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