典型胍基化合物热稳定性研究

典型胍基化合物热稳定性研究

胍基化合物是指含有胍基基团的化合物或其衍生物。它们在许多行业具有广泛的应用前景,同时这类物质容易受热分解,具有不稳定性。

本文选取四种典型的胍基化合物:硝基胍(NQ)、硝酸胍(GN)、甲基硝基胍(MNQ)和氨基胍硝酸盐(AGN)作为研究对象,探讨其稳定性。首先,利用快速扫描量热仪(RSC)对四种胍基化合物进行了初步筛选实验,结果表明四种胍基化合物在扫描范围内均存在较为剧烈的热分解反应,且反应都产生了大量不可凝性气体。

四种胍基化合物的起始分解温度高低排序为:To(甲基硝基胍)<To(硝基胍)<To(氨基胍硝酸盐)<To(硝酸胍),它们的产气量大小排序为V(甲基硝基胍)<V(硝酸胍)<V(氨基胍硝酸盐)<V(硝基胍)。其次利用差示扫描量热仪(DSC)研究了它们在动态条件下的热分解特性,结果表明:硝基胍的热分析曲线存在"吸放热耦合现象",吸热峰和放热峰部分叠加,因此进一步探究了硝基胍水溶液的热分解特性;硝酸胍及氨基胍硝酸盐的分解放热峰均存在多个分解峰耦合的现象,表明其分解机理复杂。

动态DSC得到了同RSC一样的起始分解温度排序,如果以此作为稳定性判据,可以得到甲基硝基胍的热稳定性最差。进一步对可能具有自催化性质的物质进行了等温实验,硝基胍、硝基胍水溶液及甲基硝基胍的热分解均呈现出自催化特性的钟型峰,而硝酸胍的分解峰则由三个峰叠加而成。

两种模式下物质分解反应的Friedman方法活化能求解结果均表明四种胍基化合物的分解反应机理均不单一,但硝基胍水溶液的分解可用单步机理描述。进而基于模型拟合法计算得到了硝基胍水溶液分解反应的反应速率表达式。

由于两种模式下硝酸胍分解峰均存在多峰叠加现象,利用AKTS对等温模式

下的分解峰进行解耦,得到3个独立的分解放热峰:第一个峰为减速型的分解峰,放热速率随着反应进程呈下降趋势;第二个和第三个峰均为钟型放热峰,即反应

模型为S型(即自催化模型)的分解峰。为此,第一步反应采用N级反应模型,第二、三步反应采用包含引发反应的自催化模型;应用非线性拟合得到了每步的动力学参数。

得到各步反应的速率表达式。最后利用绝热量热仪(ARC)研究了四种物质的绝热热分解特性,测试结果显示,硝基胍、硝酸胍及甲基硝基胍在绝热条件下均只存在一个剧烈的分解放热阶段;氨基胍硝酸盐的分解则分为三个较弱的放热阶段。

ARC实验得到了同RSC及DSC相同的起始分解温度排序。产气量计算表明物质的分解都产生了大量不可凝性气体,产气量大小排序同RSC实验一致。

进一步进行了TMRad及 TD24的求解,四种物质的TD24高低排序为:TD24(甲基硝基胍)<TD24(硝基胍>TD24(氨基胍硝酸盐)<TD24(硝酸胍),以

TD24判据作为稳定性判据可以得到同To判据一样的结论,甲基硝基胍的稳定性

最差。