CN104860786A - 一种六硝基六氮杂异伍兹烷与2,5-二硝基甲苯共晶炸药的制备方法 - Google Patents

一种六硝基六氮杂异伍兹烷与2,5-二硝基甲苯共晶炸药的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与2,5-二硝基苯甲烷(DNT)共晶炸药的制备方法，归属于含能材料领域。基于共晶形成的机理，使高能量高感度的CL-20和低感度的DNT通过分子间氢键，形成新型高能低感共晶炸药，对现有含能材料的研究有着重大意义，是一种很有效的高能炸药改性手段。具体制备流程为常温下将摩尔比为1:2的CL-20和DNT加入适量结晶溶剂中，超声振荡混合均匀得到饱和结晶溶液，室温下缓慢蒸发溶剂，洗涤干燥后得到淡黄色CL-20和DNT共晶炸药。本发明制备的CL-20/2,5-DNT共晶炸药，较之DNT密度和熔点显著提高，作为一种新型钝感炸药有着较广阔的应用前景，且工艺流程简单，实验条件温和，产品安全性好品质较高。

Description

一种六硝基六氮杂异伍兹烷与2,5-二硝基甲苯共晶炸药的制备方法
技术领域
本发明属含能材料领域，具体涉及六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与2,5-二硝基甲苯(DNT)共晶炸药的制备方法，本发明在高能钝感炸药中具有较好的应用前景。
背景技术
随着现代战场形势的变化，对于炸药的要求也越来越高，在要求高爆速和能量大的同时，也要求炸药具有更好的安全性，以避免运输和使用过程中意外引发事故和爆炸。因此高能量和低感度这两种看似矛盾的特性，成为现在含能材料领域研究者的最高追求目标。目前传统的单质炸药改性方法有重结晶、复合和包覆等等，但传统改性方法并不能改变炸药内部组成和晶体结构。共晶是指含有两种或两种以上分子的单一晶体按照一定规则排列而成的单晶体，不同分子之间以分子间氢键、π-π相互作用等非共价键作用相结合，从而使整个体系呈现规律性的排列，目前在药物和半导体材料方向有所研究和应用。基于共晶形成的机理，使高能量高感度炸药和低感度的炸药分子通过分子间作用力，形成特有的超分子网络结构，得到具有优良性能的新型高能低感共晶炸药，对现有含能材料的研究有着重大意义，是一种很有效的高能炸药改性手段。
六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是目前能量密度最高的单质炸药，在现在已经工业化的单质炸药中,甚至是在实验室新合成的含能化合物中，其能量水平(爆速、爆压及总能量输出等)首屈一指,但其摩擦感度、撞击感度、静电火花感度却均高于HMX，在安全方面存在巨大缺陷,使得其应用受到了很大的限制。2,5-二硝基甲苯(DNT)是一种感度较低的含能材料，但相应地其熔点、密度和能量也都比较低。CL-20和2,5-DNT形成的共晶炸药，将有效降低CL-20的感度并提高DNT的能量，实现高能低感性能的有机结合。目前关于CL-20/2,5-DNT共晶炸药制备尚无公开文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种CL-20和2,5-DNT共晶炸药的制备方法，具体流程图如图1所示，特征在于以下步骤：(1)CL-20和2,5-DNT结晶溶液的制备。称取一定摩尔比的CL-20和2,5-DNT，在常温下滴加适量结晶溶剂，超声振荡混合至全部溶解，得到CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液；(2)CL-20和2,5-DNT共晶炸药的制备。将制得的CL-20和2,5-DNT的混合结晶溶液置于烧杯中，封口膜密封后再扎小孔8个，常温静置缓慢挥发溶剂得到晶体，过滤洗涤干燥后得到CL-20和2,5-DNT共晶炸药。
步骤(1)中所述的CL-20和2,5-DNT的摩尔比为1:2，所用结晶溶剂为乙酸乙酯、丙酮、甲醇中的一种。步骤(2)所用的温度条件为常温，晶体生长所用时间依照不同溶剂挥发速度不同而不同。
本发明所制备得到的CL-20/2,5-DNT共晶炸药，预计能够显著提高DNT的熔点、密度和能量，同时显著降低CL-20的感度，作为一种新型含能材料有较好的应用前景。本发明中的制备方法条件温和，工艺流程简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药制备过程流程图。
图2为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药的单晶XRD分子结构椭球图。
图3为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药的晶体结构堆积图。
图4为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药和两种单质炸药的X射线粉末衍射图。
图5为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药和两种单质炸药红外光谱图。
图6为本发明CL-20/2,5-DNT共晶炸药和两种单质炸药的DSC图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
在称量瓶中称取1mmolCL-20和2mmol的2,5-DNT,室温下加入乙酸乙酯5mL,将混合液超声振荡至固体全部溶解，得到CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液。封口膜密封后用大头针扎小孔8个，常温静置3天，溶剂乙酸乙酯挥发，析出淡黄色透明的晶体颗粒，过滤洗涤干燥后得到CL-20/2,5-DNT共晶炸药晶体。选取形貌优良的晶体进行单晶X射线衍射晶体结构分析，得到图2示的分子结构椭球图和图3示的晶体结构堆积图，表明单个晶格中存在1个CL-20分子和两个DNT分子，并形成了致密的晶体结构，且CL-20的硝基氧原子和DNT的苯环上的氢原子之间形成了氢键，由此证明了1:2比例选取的合理性和必要性。另称取制得的CL-20/2,5-DNT共晶样品约100mg，研成粉末进行X射线粉末衍射检测，得到谱图与单质CL-20和2,5-DNT进行对照如图4示，可以明显发现CL-20/DNT共晶的衍射曲线明显不同于两个单组分，且有新的较强的衍射峰出现，从另一个角度证明了新的物相的生成。
实施例2：
在称量瓶中称取1mmolCL-20和2mmol的2,5-DNT,室温下加入丙酮5mL,将混合液超声振荡至固体全部溶解，得到CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液。用封口膜密封后扎小孔若干，常温静置3天，溶剂丙酮挥发，析出淡黄色透明块状晶体，过滤洗涤干燥后得到CL-20和2,5-DNT的共晶炸药，对得到的晶体进行红外光谱检测，得到吸收光谱与单质CL-20和2,5-DNT进行对照如图5所示。分析主要吸收峰归属，最为特征的在3000cm-1左右的C-H伸缩振动区域，共晶分子表现出3033cm-1和3107cm-1两个吸收峰，分别归属于CL-20和DNT的C-H伸缩振动谱带，且相对于CL-20和2,5-DNT单质的C-H伸缩振动谱带(3044cm-1和3099cm-1)，均有10个波数左右的位移；另外在1087cm-1和1057cm-1的吸收峰为CL-20分子中N-N伸缩振动特征谱带，1602cm-1和1300cm-1附近的一系列吸收峰为共晶分子中CL-20分子的硝基伸缩振动谱带，1537cm-1和1572cm-1的吸收峰为共晶分子中2,5-DNT分子的硝基伸缩振动谱带，相应地这些峰较之单质CL-20和2,5-DNT的同类型红外吸收谱峰也有5-10个波数的位移，由此可以证明共晶分子的形成及晶胞中两组分间强分子间相互作用。
实施例3：
在称量瓶中称取1mmolCL-20和2mmol的2,5-DNT,室温下加入甲醇20mL,将混合液超声振荡至固体全部溶解，得到CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液。用封口膜密封后扎小孔8个，常温静置溶剂甲醇挥发，晶体析出，过滤洗涤干燥后得到CL-20/2,5-DNT的共晶炸药。对得到的共晶进行差热扫描量热分析(DSC),与单质CL-20和2,5-DNT的DSC曲线对比如图6示。CL-20/2,5-DNT共晶炸药的熔点为122.6℃，较之DNT的72.4℃有明显的提高，证明热稳定性有了明显的改善；热分解温度为215.8℃，较之CL-20的250.0℃有明显的降低，说明共晶改变了原组分的热分解特性，赋予了共晶炸药独特的热分解特性。

Claims (2)

1.一种六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和2,5-二硝基甲苯(2,5-DNT)共晶炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)CL-20和2,5-DNT结晶溶液的制备，称取摩尔比1：2的CL-20和2,5-DNT，在常温下滴加适量结晶溶剂，超声振荡混合至全部溶解，得到CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液；
(2)CL-20和2,5-DNT共晶炸药的制备,将制得的CL-20和2,5-DNT的混合饱和结晶溶液置于烧杯中，封口膜密封后再用大头针扎小孔8个，常温静置缓慢挥发溶剂得到淡黄色透明晶体，过滤洗涤干燥后得到CL-20和2,5-DNT共晶炸药。
2.根据权利要求1所述的CL-20和2,5-DNT共晶炸药的制备方法，其特征在于，结晶方法为为常温下溶剂挥发法结晶，所述的CL-20和DNT的摩尔比为1:2,所用结晶溶剂为乙酸乙酯、丙酮、甲醇中的一种。
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