CN102230227A - 含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，核心内容是在降温结晶过程中引入功率超声技术，采用超声降温结晶方法制备平均粒径约10μm至50μm的含能晶体材料的高品质细颗粒产品。即：(1)将普通含能晶体材料高温溶解于不同溶剂中形成饱和结晶溶液；(2)将结晶溶液按一定速率降温，同时搅拌并超声处理；(3)等结晶溶液温度接近设定温度时，停止超声、降温和搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到含能晶体材料的高品质细颗粒产品。采用本发明的超声降温结晶方法制备的含能晶体材料的高品质细颗粒产品晶体缺陷少，晶体表观密度达到晶体理论密度的99.9％以上，颗粒形态好，球形度高，粒度分布窄，冲击波感度显著降低。

Description

含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法

技术领域

本发明属于含能晶体材料制备领域，具体涉及含能晶体材料的高品质细颗粒产品的制备方法。

背景技术

大量研究表明，炸药的晶体品质(如纯度、密度、晶体形态、颗粒度以及空隙率等)是影响炸药易损性的主要因素之一，通过改善单质炸药的晶体品质可以在保持炸药原有做功能力的同时提高其安全性能，特别是降低冲击波感度性能。近年来通过结晶技术研究提高单质炸药晶体品质，制备各类降感单质炸药成为国内外含能材料研究的热点。国外先后有多家单位如法国SNPE公司、澳大利亚ADI公司、挪威Dyno Nobel公司、德国ICT等开发出各类降感RDX(RS-RDX)。国外RS-RDX制备技术普遍采用的是不同溶剂下的非线性程序降温结晶技术，国内也研究了RDX在不同溶剂(如二甲基亚砜、丁内酯、环己酮、N-甲基吡咯烷酮等)中的冷却结晶技术。但目前国内外报导的RDX各类降温结晶方法难以制备50μm以下的细颗粒产品，无满足炸药配方设计所需要的细颗粒产品要求。另外传统降温结晶技术制备的产品粒度分布宽，为了得到配方设计所需要的粒度，通常是采用筛分手段制备不同粒度分布的产品，这种方法不但增加了工艺过程，更重要的是造成大量原料的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种粒度分布窄，晶体品质高的含能晶体材料的高品质细颗粒产品的制备方法。采用本方法不但可以有效控制产品粒度，得到50μm以下的细颗粒产品，而且还可以有效保证产品的晶体品质，得到颗粒形态规整、粒度分布窄，内部透明、表面光滑、化学纯度和晶体表观密度高、晶体缺陷少的含能晶体材料的高品质细颗粒，从而大大提高了产品的安全性能，力学性能和加工性能，用于浇注和压装PBX，可显著降低冲击波感度。

本发明的核心内容是在降温结晶(冷却结晶)过程中引入功率超声技术，采用超声降温结晶方法制备平均粒径约10μm至50μm的含能晶体材料的高品质细颗粒。即：(1)将普通含能晶体材料高温溶解于不同溶剂中形成饱和结晶溶液。(2)将结晶溶液按一定速率降温，同时搅拌并超声处理。(3)等结晶溶液温度接近设定温度时，停止超声、降温和搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到含能晶体材料高品质细颗粒。

本发明采用的超声频率为20kHz至80kHz，超声功率密度(单位体积的功率W/cm³)大于1×10³W·cm³。

所述的溶剂采用丁内酯、丁内酯-水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、环己酮、环己酮-水、乙酸乙酯等溶剂中的一种或几种。

所述结晶溶液的起始温度为40℃至120℃；降温速率0.1℃/min至10℃/min；结晶溶液的设定温度为5℃至60℃。

本发明的方法适用于如下含能晶体材料，主要包括RDX、PETN、HMX、CL-20、FOX-7。

采用本发明的超声降温结晶方法制备的含能晶体材料的高品质细颗粒产品晶体缺陷少，晶体表观密度达到晶体理论密度的99.9％以上，颗粒形态好，球形度高，粒度分布窄，冲击波感度显著降低。

采用超声溶析结晶技术，使得其它结晶工艺参数如起始溶液浓度、结晶溶液温度、降温速率、搅拌速率等对产品晶体品质影响较小，更易得到颗粒形态好、晶体密度高的高品质含能晶体材料。

功率超声的频率和功率密度(单位体积的功率W/cm³)对于晶体粒度影响较大，强功率和低频率更易制备细颗粒产品。

附图说明

图1为实施例一制备的高品质RDX细颗粒折光指数匹配光学显微镜图片。

图2为实施例二制备的高品质RDX细颗粒折光指数匹配光学显微镜图片。

具体实施方式

实施例1：RDX在丁内酯溶剂中的超声降温结晶

在室温下，将50ml的丁内酯加入超声结晶器中，在搅拌下加入20g普通RDX，将溶液温度升高到75℃，全部溶解后启动超声场，超声场频率68kHz，超声场功率密度0.1W·cm^-3，然后以5℃/min的降温速率至溶液温度为30℃，过滤，洗涤，干燥，得到10.2g高品质RDX细颗粒产品(见说明书附图1)，晶体密度1.7979g·cm³，密度分布1.7976g·cm³至1.7982g·cm³，平均粒径50.2μm，D₁₀＝40μm，D₉₀＝60μm，粒度分布为正态分布。

实施例2：RDX在环己酮溶剂中的超声降温结晶

在室温下，将100ml的环己酮加入结晶器中，然后在搅拌下加入20g普通黑索今，将温度升高到80℃，全部溶解后启动超声场，超声场频率28kHz，超声场功率密度0.04W·cm^-3，然后以1℃/min的降温速率至溶液温度为30℃，过滤，洗涤，干燥，得到8g高品质RDX细颗粒产品(见说明书附图2)，晶体密度1.7980g·cm³，密度分布1.7976g·cm³至1.7983g·cm³，平均粒径30μm，D₁₀＝15μm，D₉₀＝60μm，粒度分布为正态分布。

实施例3：HMX在丁内酯溶剂中的超声降温结晶

在室温下，将50ml的丁内酯加入超声结晶器中，在搅拌下加入20g普通HMX，将溶液温度升高到85℃，全部溶解后启动超声场，超声场频率28kHz，超声场功率密度0.1W·cm^-3，然后以5℃/min的降温速率至溶液温度为30℃，过滤，洗涤，干燥，得到9g高品质HMX细颗粒产品，晶体密度1.9020g·cm^-3，密度分布1.9015g·cm^-3至1.9023g·cm^-3，平均粒径10.3μm，D₁₀＝5μm，D₉₀＝25μm，粒度分布为正态分布。

实施例4：PETN在乙酸乙酯溶剂中的超声降温结晶

在室温下，将100ml的乙酸乙酯加入超声结晶器中，在搅拌下加入17g普通PETN，将溶液温度升高到55℃，全部溶解后启动超声场，超声场频率40kHz，超声场功率密度4W·cm^-3，然后以1℃/min的降温速率至溶液温度为20℃，过滤，洗涤，干燥，得到9.5g高品质PETN细颗粒产品，晶体密度1.7695g·cm^-3，密度分布1.7683g·cm^-3至1.7703g·cm^-3，平均粒径40.5μm，D₁₀＝17.2μm，D₉₀＝65.1μm，粒度分布为正态分布。

Claims (8)

1.含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于采用超声降温结晶制备10μm至50μm含能晶体材料的高品质细颗粒产品，并具体包括如下步骤：

(1)将普通含能晶体材料高温溶解于溶剂中形成饱和结晶溶液；

(2)将结晶溶液按一定速率降温，同时搅拌并超声处理；

(3)等结晶溶液温度接近设定温度时，停止超声、降温和搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到含能晶体材料的高品质细颗粒产品。

2.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤2超声处理采用的超声频率为20kHz至80kHz。

3.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤2超声处理采用的超声功率密度为大于1×10³W·cm³。

4.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤1所用的溶剂采用丁内酯、丁内酯-水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、环己酮、环己酮-水、乙酸乙酯等溶剂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤1结晶溶液的起始温度为40℃至120℃。

6.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤2的降温速率0.1℃/min至10℃/min。

7.根据权利要求1所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于步骤3结晶溶液的设定温度为5℃至60℃。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的含能晶体材料的高品质细颗粒制备方法，其特征在于：所述含能晶体材料包括RDX、PETN、HMX、CL-20、FOX-7的一种或几种。

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