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2-甲基-4,6-嘧啶二酮（MPO）是合成高能量低感度含能材料1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）的關(guān)鍵中間體，同時廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、精細(xì)化工及軍事工業(yè)等領(lǐng)域。FOX-7因能量水平與RDX相當(dāng)?shù)踩阅芨鼉?yōu)，成為含能材料領(lǐng)域的研究熱點，而MPO的高效合成是FOX-7規(guī)模化生產(chǎn)的核心前提。傳統(tǒng)MPO合成采用釜式工藝，存在反應(yīng)時間長、效率低、產(chǎn)品粒徑不均、分散性差等問題，難以滿足大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用需求。王棟嶸等^[1]通過超聲連續(xù)流工藝制得MPO產(chǎn)品粒徑小于100μm，粒徑均勻、分散性好，且反應(yīng)時間由傳統(tǒng)釜式工藝的7.5h縮短至9min，大大縮短反應(yīng)時間，為含能材料中間體的連續(xù)化、高效合成提供新思路。

MPO合成反應(yīng)機理

試劑：鹽酸乙脒、丙二酸二乙酯、甲醇鈉、甲醇、濃鹽酸等均為分析純，去離子水。

儀器：超聲反應(yīng)器、活塞泵、PTFE盤管、傅里葉變換紅外光譜儀、液質(zhì)聯(lián)用儀、元素分析儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、激光粒度儀、掃描電子顯微鏡等。

傳統(tǒng)釜式法：鹽酸乙脒與丙二酸二乙酯在甲醇鈉催化下，于三口瓶中加熱反應(yīng)，經(jīng)酸化、過濾、干燥得到產(chǎn)物，對比不同反應(yīng)時間的收率。

超聲釜式法：在傳統(tǒng)釜式工藝基礎(chǔ)上引入超聲輻射（150W），保持其他條件一致，探究超聲對反應(yīng)的強化作用。

超聲連續(xù)流法：將反應(yīng)物通過活塞泵連續(xù)注入置于超聲反應(yīng)器中的PTFE盤管，控制流速調(diào)節(jié)停留時間，超聲輻射下完成縮合反應(yīng)，后續(xù)經(jīng)酸化、靜置、過濾、干燥得到產(chǎn)品。

單因素變量法：系統(tǒng)探究超聲功率（90-200W）、反應(yīng)溫度（45-65℃）、原料摩爾比（1:1-1:1.2）、停留時間（6-18min）、反應(yīng)濃度（0.6-1.0mol/L）對MPO收率與純度的影響。

結(jié)構(gòu)與性能表征：通過IR、MS、元素分析驗證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；采用DSC、TG分析熱穩(wěn)定性；利用激光粒度儀與SEM表征產(chǎn)品粒徑與形貌。

確定超聲連續(xù)流合成MPO的最佳工藝條件為：超聲功率150W，反應(yīng)溫度60℃，停留時間9min，原料摩爾比n(鹽酸乙脒):n(丙二酸二乙酯)=1:1.15，反應(yīng)液濃度1.0mol/L（以鹽酸乙脒計）。

效率顯著提升：最佳條件下，MPO收率達(dá)86.6%，純度99.7%，反應(yīng)時間由傳統(tǒng)釜式工藝的7.5h縮短至9min，效率提升50倍。

產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化：產(chǎn)品平均粒徑約30μm，最大粒徑小于70μm，呈長菱方形，粒徑均勻、分散性好，無需后續(xù)研磨處理；傳統(tǒng)釜式產(chǎn)品粒徑大于500μm，團(tuán)聚嚴(yán)重。

MPO粒度分布圖

MPO的SEM圖像

工藝穩(wěn)定性強：超聲空化效應(yīng)有效抑制顆粒團(tuán)聚，避免連續(xù)流管路堵塞，實現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)；對比實驗顯示，無超聲連續(xù)流法因顆粒聚集導(dǎo)致管路堵塞，無法正常運行。

熱性能穩(wěn)定：MPO在323-373℃范圍內(nèi)分兩步吸熱分解，分解產(chǎn)物主要為NH?和乙腈。

采用多組超聲串聯(lián)處理單元，頻率20kHz-25kHz，逐級增強空化效應(yīng)，原液持續(xù)流動，超聲反應(yīng)均勻、處理量大，提升處理效果一致性；采用隔離流體控溫方式，夾層可輸送液體控制內(nèi)腔溶液溫度，實現(xiàn)控溫處理工作；內(nèi)置過載、過溫、短路、空載等多種安全保護(hù)，單腔處理容量1-50L可選，支持與前后單元無縫對接，適配中小試規(guī)模化生產(chǎn)需求。