一種高晶體密度球形化nto晶體及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含能晶體材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3-硝基-1，2, 4-三卩坐-5-酮(3_nitro-l，2, 4-triazol-5_one，ΝΤΟ)，是由 Manchot和Loll在1905年率先合成出來的，但直到1983年才由美國的Los Alamos實驗室將其開發(fā)成含能材料。隨著對高能低感單質(zhì)炸藥的重視，ΝΤ0慢慢成為研究者們關(guān)注的熱點之一。ΝΤ0密度高達(dá)1.93g/cm3，據(jù)報道，它爆轟能量接近于黑索今(RDX)，感度近似于三氨基三硝基苯(TATB)，是一種很有應(yīng)用前景的高能低感單質(zhì)炸藥。直接由反應(yīng)制得的ΝΤ0結(jié)晶為典型的鋸齒狀的類桿狀晶形，且易于聚集，會導(dǎo)致ΝΤ0結(jié)晶對突然的沖擊敏感。
[0003]ΝΤ0應(yīng)用于混合炸藥中時，鋸齒狀的類桿狀結(jié)晶會影響混合炸藥裝藥，使混合炸藥裝藥成型性能差，裝藥密度小，固含量降低，在應(yīng)用上受到很大的限制。而且直接合成由母液過濾出來的ΝΤ0產(chǎn)品帶有酸性，這會使炸藥的相容性變差，影響炸藥或武器的存儲年限。因此，對ΝΤ0進(jìn)行重結(jié)晶處理，改善ΝΤ0晶體的形貌、提高ΝΤ0產(chǎn)品純度和降低ΝΤ0的酸性對推動ΝΤ0在武器裝備中的實際應(yīng)用、提高武器裝備安全性具有重要意義。
[0004]美國專利USH000990指出將ΝΤ0溶于70°C DMS0溶液，通過專用噴嘴將ΝΤ0的DMS0溶液注入到室溫下二氯甲烷溶液中制得0.4?0.7_類球形ΝΤ0晶體，現(xiàn)有技術(shù)中直接合成出的ΝΤ0晶體因粒度、形貌等原因不能直接應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供了一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體及制備方法。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)溶劑配比、溶液濃度、降溫速率和攪拌速率，以達(dá)到控制晶體形貌和粒度分布的目的。該晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體，所述晶體中ΝΤ0含量多99.9%，所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90 ;所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μ m。
[0007]本發(fā)明還提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0008](1)將ΝΤ0和溶劑加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行充分溶解，反應(yīng)釜溫度為40?80°C ；
[0009](2)邊攪拌邊降低反應(yīng)釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；
[0010](3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時；
[0011](4)過濾、干燥、稱重。
[0012]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)溶劑配比、溶液濃度、降溫速率和攪拌速率，以達(dá)到控制晶體形貌和粒度分布的目的。本發(fā)明具有操作簡單，溶劑用量少，反應(yīng)條件溫和，安全可靠，綠色高效等優(yōu)點。本發(fā)明制備的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體作為級配用顆?？梢杂糜跐沧⒄ㄋ帯貉b炸藥、傳爆藥、火工藥劑等混合藥中，以提高能量輸出。
[0013]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明一種【具體實施方式】制得的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體，所述晶體中ΝΤ0含量多99.9%，所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μm0所述晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0016]本發(fā)明還提供了所述高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0017](1)將ΝΤ0和溶劑加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行充分溶解，反應(yīng)釜溫度為40?80°C ；
[0018](2)邊攪拌邊降低反應(yīng)釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；
[0019](3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時；
[0020](4)過濾、干燥、稱重。
[0021]本發(fā)明對于反應(yīng)釜的加熱方式?jīng)]有特別的限制，能夠起到加熱反應(yīng)釜內(nèi)物質(zhì)的作用即可。優(yōu)選地，可在反應(yīng)釜外設(shè)置夾套，夾套內(nèi)通入熱水用于加熱反應(yīng)釜。
[0022]優(yōu)選地，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少兩種。
[0023]更優(yōu)選地，所述溶劑為體積比為1:1.0?5.0的無水乙醇與氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的氮甲基吡咯燒酮和水的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的二甲基亞砜和水的混合溶液。
[0024]所述低溫攪拌的溫度優(yōu)選為0°C，特別是如果溶劑含水，即在0°C進(jìn)行低溫攪拌。
[0025]優(yōu)選地，所述ΝΤ0的用量使得ΝΤ0和溶劑形成的溶液的濃度為0.05g/ml?0.5g/ml，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.05g/ml ?0.2g/ml。
[0026]優(yōu)選地，步驟⑴中的反應(yīng)爸溫度為40?60°C。
[0027]優(yōu)選地，步驟(2)中，攪拌速率為70?500轉(zhuǎn)/分鐘；進(jìn)一步優(yōu)選為100-400轉(zhuǎn)/分鐘。
[0028]優(yōu)選地，所述反應(yīng)爸降溫速率為2°C /min?10°C /min，進(jìn)一步優(yōu)選為4°C /min?10°C /min。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員能判斷ΝΤ0晶體的析出程度。一般地，降溫至0°C即可實現(xiàn)完全析出。
[0030]通過步驟(3)的低溫攪拌，能夠使結(jié)晶出來的ΝΤ0晶體具有更高的球形度，攪拌時間優(yōu)選為1-2小時。
[0031]更優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜降溫方式為內(nèi)循環(huán)外循環(huán)同步降溫。降溫設(shè)備優(yōu)選蛇形管和夾套配合，蛇形管位于反應(yīng)釜內(nèi)，為了增大傳熱面積，提高降溫速率，將蛇形管設(shè)計為含有內(nèi)圈與外圈的雙層蛇形管。蛇形管內(nèi)的冷卻液與夾套內(nèi)的水浴配合為反應(yīng)釜降溫。
[0032]在上述優(yōu)選范圍的條件下，能夠獲得更好的晶體形貌和粒度分布。
[0033]本發(fā)明的制備方法在結(jié)晶過程中，不需要添加晶種，除了溶劑之外，不需要任何添加劑。
[0034]在本發(fā)明中，反應(yīng)原料均為市售品。下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0035]實施例1
[0036]將500克ΝΤ0、3L氮甲基吡咯烷酮和7L無水乙醇加入到20L反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜處于40 V恒溫水浴中。開啟攪拌器，攪拌速率為300rpm，同時控制降溫裝置向反應(yīng)釜夾套中循環(huán)冷卻液，降溫速率為5°C /min。反應(yīng)釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h0過濾、干燥，稱重。晶體重量約為420克，得率為84%。經(jīng)實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.922g/cm3，晶體短長軸比0.95 ;晶體的中位粒徑為180 μ m，粒度分布窄。圖1為實施例1制得的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的電子顯微鏡照片，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0037]實施例2
[0038]將1000克NT0、3.1L氮甲基吡咯烷酮和9.3L蒸餾水加入到20L反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜處于50°C恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為200rpm，同時控制降溫裝置向反應(yīng)釜夾套中循環(huán)冷卻液，降溫速率為6°C /min。反應(yīng)釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為780克，得率為78%。經(jīng)實驗測定，ΝΤ0含量^ 99.9%，晶體密度1.92g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為150 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0039]實施例3
[0040]將1000克NT0、4L氮甲基吡咯烷酮和6L蒸餾水加入到20L反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜處于60 V恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為400rpm，同時控制降溫裝置向反應(yīng)釜夾套中循環(huán)冷卻液，降溫速率為4°C /min。反應(yīng)釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為880克，得率為88%。經(jīng)實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.925g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為150 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0041]實施例4
[0042]將1000克NT0、5L 二甲基亞砜和5L蒸餾水加入到20L反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜處于70 °C恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為300rpm，同時控制降溫裝置向反應(yīng)釜夾套中循環(huán)冷卻液，降溫速率為6°C/min。反應(yīng)釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為800克，得率為80%。經(jīng)實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.918g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為120 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0043]以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。
【主權(quán)項】
1.一種高晶體密度球形化ΝΤΟ晶體，其特征在于，所述晶體中ΝΤΟ含量多99.9%,所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μ??ο2.一種高晶體密度球形化ΝΤΟ晶體的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)將ΝΤΟ和溶劑加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行充分溶解，反應(yīng)釜溫度為40?80°C； (2)邊攪拌邊降低反應(yīng)釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長； (3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時； (4)過濾、干燥、稱重。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少兩種。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述溶劑為體積比為1:1.0?5.0的無水乙醇與氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的氮甲基吡咯烷酮和水的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的二甲基亞砜和水的混合溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述ΝΤΟ的用量使得ΝΤΟ和溶劑形成的溶液的濃度為 0.05g/ml ?0.5g/ml。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟(1)中的反應(yīng)釜溫度為40?60°C。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟(2)中，攪拌速率為70?500轉(zhuǎn)/分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任意一項所述的方法，其中，所述反應(yīng)釜降溫速率為2°C/min ?10°C /min。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述反應(yīng)釜降溫方式為內(nèi)循環(huán)外循環(huán)同步降溫。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高晶體密度球形化NTO晶體及其制備方法，所述晶體中NTO含量≥99.9％，所述晶體密度≥1.92g/cm3，所述晶體短長軸比≥0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150～200μm。所述高晶體密度球形化NTO晶體的制備方法，包括如下步驟：(1)將NTO和溶劑加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行充分溶解，反應(yīng)釜溫度為40～80℃；(2)邊攪拌邊降低反應(yīng)釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；(3)待晶體完全析出后，低溫﹣5～0℃攪拌1-5小時；(4)過濾、干燥、稱重。所述晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
【IPC分類】C30B29/54, C30B7/08
【公開號】CN105274625
【申請?zhí)枴緾N201510673200
【發(fā)明人】郭學(xué)永, 盧佳驥, 焦清介, 張靜元, 張樸, 崔超, 張洪壘, 李航
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月16日