Kurşun İçermeyen Yeni Nesil Primer Patlayıcı Tasarımı, Sentezi ve Karakterizasyonu

Abstract

Mercury fulminate, lead azide and lead styphnate have been used as primary explosives for a long time. They are very good initiatory explosives, however, they have some serious drawbacks such as thermal, hydrolytic, chemical instability, highly sensitive to light, high toxicity of the compounds themselves, high sensitivity to mechanical stimuli. Today, improvement on the existing primary explosives is essential to find materials without heavy metals with safer production line and more efficient use compared to the present ones. The main aim of this study is to synthesize and explore the initiating performance of novel energetic organic and metallic compounds, which lead to providing the similar or even better performance with lower toxicity. For this purpose, 5-(kloronitrometil)-4-nitro-1H-imidazol ligand and its cobalt, copper, iron and zinc complexes in different geometries were synthesized. The characterization of the complexes was elucidated by elemental analysis, ESI-MS, IR and 1H-NMR spectroscopy techniques. The geometric and electronic properties of the complexes were determined using gas phase density functional theory calculations. Then, the explosive properties of the energetic materials obtained were studied with theoretical methods. The thermal stability of the materials was investigated by TG-TA methods. Explosion safety tests of the two most suitable complexes having exothermic energy profile were completed in the form of service procurement. The results obtained showed that the prepared complexes have very high thermal stability, they do not show the ability to be a primary explosive. However, the complexes having exothermic properties can be used as propelling power, and the complexes having endothermic properties can be used as additives to increase thermal stability against impact and friction in high energy rocket fuels.

Civa fulminat, kurşun azid ve kurşun stifnat primer patlayıcı olarak çok uzun bir süredir kullanılmaktadır. Bu malzemeler çok iyi birer başlatıcı patlayıcı olmalarına rağmen, termal, hidrolik, kimyasal kararsızlık, mekanik uyarmaya karşı hassasiyet, ışığa karşı aşırı duyarlılık ve malzemelerin toksik olması gibi çok ciddi sakıncalara sahiptir. Günümüzde var olan primer patlayıcıları daha iyi primer patlayıcılık özelliklerine sahip ve daha az toksik özelliklere sahip üretimi ve kullanımı daha güvenli yeni nesil patlayıcılar haline getirmek için geliştirmek gereklidir. Bu çalışmanın temel amacı, daha önce hiç sentezlenmemiş organik ve metal içeren enerjik malzemelerin sentezi ve patlayıcı olarak özelliklerinin incelenmesidir. Bu amaçla 5-(kloronitrometil)-4-nitro-1H-imidazol molekülü ve bu molekülün sodyum ve amonyum tuzları ilk defa sentezlenerek analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra “5-(kloronitrometil)-4-nitro-1H-imidazol” molekülü içeren farklı geometrilerde toplam 26 adet kobalt, bakır, demir ve çinko kompleksleri hazırlanmıştır. Komplekslerin yapıları elementel analiz, ESI-MS, IR, 1H ve 13C NMR spektroskopi teknikleri ile aydınlatılmıştır. Komplekslerin geometrik ve elektronik özellikleri gaz fazı yoğunluk fonksiyonel teorisi hesapları kullanılarak belirlenmiştir. Daha sonra elde edilen enerjik malzemelerin patlama özellikleri yine teorik yöntemlerle çalışılmıştır. Malzemelerin termal kararlılığı TG-TA yöntemleriyle incelenmiştir. Komplekslerden egzotermik enerji çıkışı gözlenen en uygun iki tanesinin patlama güvenliği testleri ise hizmet alımı şeklinde tamamlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, hazırlanan komplekslerin termal kararlılığının çok yüksek olduğunu, primer patlayıcı olabilme özelliği göstermediğini ancak yüksek enerjili roket yakıtlarında ekzotermik özellik gösteren komplekslerin sevk edici güç olarak, endotermik özellik gösteren komplekslerin de darbe ve sürtünmeye karşı termal kararlılığı artırmak için katkı maddesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir.