CN105274625A

CN105274625A - 一种高晶体密度球形化nto晶体及制备方法

Info

Publication number: CN105274625A
Application number: CN201510673200.8A
Authority: CN
Inventors: 郭学永; 卢佳骥; 焦清介; 张静元; 张朴; 崔超; 张洪垒; 李航
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN105274625B

Abstract

本发明提供一种高晶体密度球形化NTO晶体及其制备方法，所述晶体中NTO含量≥99.9％，所述晶体密度≥1.92g/cm³，所述晶体短长轴比≥0.90，所述晶体的中位粒径范围为150～200μm。所述高晶体密度球形化NTO晶体的制备方法，包括如下步骤：(1)将NTO和溶剂加入反应釜内进行充分溶解，反应釜温度为40～80℃；(2)边搅拌边降低反应釜温度，形成过饱和溶液后晶核生成并成长；(3)待晶体完全析出后，低温﹣5～0℃搅拌1-5小时；(4)过滤、干燥、称重。所述晶体粒度分布窄，外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

Description

一种高晶体密度球形化NTO晶体及制备方法

技术领域

本发明涉及含能晶体材料领域，更具体地，涉及一种高晶体密度球形化NTO晶体及制备方法。

背景技术

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(3-nitro-1,2,4-triazol-5-one，NTO)，是由Manchot和Loll在1905年率先合成出来的，但直到1983年才由美国的LosAlamos实验室将其开发成含能材料。随着对高能低感单质炸药的重视，NTO慢慢成为研究者们关注的热点之一。NTO密度高达1.93g/cm³，据报道，它爆轰能量接近于黑索今(RDX)，感度近似于三氨基三硝基苯(TATB)，是一种很有应用前景的高能低感单质炸药。直接由反应制得的NTO结晶为典型的锯齿状的类杆状晶形，且易于聚集，会导致NTO结晶对突然的冲击敏感。

NTO应用于混合炸药中时，锯齿状的类杆状结晶会影响混合炸药装药，使混合炸药装药成型性能差，装药密度小，固含量降低，在应用上受到很大的限制。而且直接合成由母液过滤出来的NTO产品带有酸性，这会使炸药的相容性变差，影响炸药或武器的存储年限。因此，对NTO进行重结晶处理，改善NTO晶体的形貌、提高NTO产品纯度和降低NTO的酸性对推动NTO在武器装备中的实际应用、提高武器装备安全性具有重要意义。

美国专利USH000990指出将NTO溶于70℃DMSO溶液，通过专用喷嘴将NTO的DMSO溶液注入到室温下二氯甲烷溶液中制得0.4～0.7mm类球形NTO晶体，现有技术中直接合成出的NTO晶体因粒度、形貌等原因不能直接应用。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种高晶体密度球形化NTO晶体及制备方法。本发明通过调节溶剂配比、溶液浓度、降温速率和搅拌速率，以达到控制晶体形貌和粒度分布的目的。该晶体粒度分布窄，外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

为了实现上述目的，本发明提供一种高晶体密度球形化NTO晶体，所述晶体中NTO含量≥99.9％，所述晶体密度≥1.92g/cm³，所述晶体短长轴比≥0.90；所述晶体的中位粒径范围为150～200μm。

本发明还提供一种高晶体密度球形化NTO晶体的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将NTO和溶剂加入反应釜内进行充分溶解，反应釜温度为40～80℃；

(2)边搅拌边降低反应釜温度，形成过饱和溶液后晶核生成并成长；

(3)待晶体完全析出后，低温﹣5～0℃搅拌1-5小时；

(4)过滤、干燥、称重。

本发明通过调节溶剂配比、溶液浓度、降温速率和搅拌速率，以达到控制晶体形貌和粒度分布的目的。本发明具有操作简单，溶剂用量少，反应条件温和，安全可靠，绿色高效等优点。本发明制备的高晶体密度球形化NTO晶体作为级配用颗粒可以用于浇注炸药、压装炸药、传爆药、火工药剂等混合药中，以提高能量输出。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为根据本发明一种具体实施方式制得的高晶体密度球形化NTO晶体的电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明提供一种高晶体密度球形化NTO晶体，所述晶体中NTO含量≥99.9％，所述晶体密度≥1.92g/cm³，所述晶体短长轴比≥0.90，所述晶体的中位粒径范围为150～200μm。所述晶体粒度分布窄，外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

本发明还提供了所述高晶体密度球形化NTO晶体的制备方法，该方法包括如下步骤：

(3)待晶体完全析出后，低温﹣5～0℃搅拌1-5小时；

(4)过滤、干燥、称重。

本发明对于反应釜的加热方式没有特别的限制，能够起到加热反应釜内物质的作用即可。优选地，可在反应釜外设置夹套，夹套内通入热水用于加热反应釜。

优选地，步骤(1)中的溶剂为无水乙醇、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一种。进一步优选地，步骤(1)中的溶剂为无水乙醇、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少两种。

更优选地，所述溶剂为体积比为1：1.0～5.0的无水乙醇与氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或体积比为1：1.0～5.0的氮甲基吡咯烷酮和水的混合溶液、或体积比为1：1.0～5.0的二甲基亚砜和水的混合溶液。

所述低温搅拌的温度优选为0℃，特别是如果溶剂含水，即在0℃进行低温搅拌。

优选地，所述NTO的用量使得NTO和溶剂形成的溶液的浓度为0.05g/ml～0.5g/ml，进一步优选为0.05g/ml～0.2g/ml。

优选地，步骤(1)中的反应釜温度为40～60℃。

优选地，步骤(2)中，搅拌速率为70～500转/分钟；进一步优选为100-400转/分钟。

优选地，所述反应釜降温速率为2℃/min～10℃/min，进一步优选为4℃/min～10℃/min。

本领域技术人员能判断NTO晶体的析出程度。一般地，降温至0℃即可实现完全析出。

通过步骤(3)的低温搅拌，能够使结晶出来的NTO晶体具有更高的球形度，搅拌时间优选为1-2小时。

更优选地，所述反应釜降温方式为内循环外循环同步降温。降温设备优选蛇形管和夹套配合，蛇形管位于反应釜内，为了增大传热面积，提高降温速率，将蛇形管设计为含有内圈与外圈的双层蛇形管。蛇形管内的冷却液与夹套内的水浴配合为反应釜降温。

在上述优选范围的条件下，能够获得更好的晶体形貌和粒度分布。

本发明的制备方法在结晶过程中，不需要添加晶种，除了溶剂之外，不需要任何添加剂。

在本发明中，反应原料均为市售品。下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。

实施例1

将500克NTO、3L氮甲基吡咯烷酮和7L无水乙醇加入到20L反应釜中，反应釜处于40℃恒温水浴中。开启搅拌器，搅拌速率为300rpm，同时控制降温装置向反应釜夹套中循环冷却液，降温速率为5℃/min。反应釜中溶液温度降到0℃时停止降温，保温搅拌，时间为2h。过滤、干燥，称重。晶体重量约为420克，得率为84％。经实验测定，NTO含量≥99.9％，晶体密度1.922g/cm³，晶体短长轴比0.95；晶体的中位粒径为180μm，粒度分布窄。图1为实施例1制得的高晶体密度球形化NTO晶体的电子显微镜照片，外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

实施例2

将1000克NTO、3.1L氮甲基吡咯烷酮和9.3L蒸馏水加入到20L反应釜中，反应釜处于50℃恒温水浴。开启搅拌器，搅拌速率为200rpm，同时控制降温装置向反应釜夹套中循环冷却液，降温速率为6℃/min。反应釜中溶液温度降到0℃时停止降温，保温搅拌，时间为2h。过滤、干燥，称重。晶体重量约为780克，得率为78％。经实验测定，NTO含量≥99.9％，晶体密度1.92g/cm³，晶体短长轴比0.90；晶体的中位粒径为150μm，粒度分布窄。外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

实施例3

将1000克NTO、4L氮甲基吡咯烷酮和6L蒸馏水加入到20L反应釜中，反应釜处于60℃恒温水浴。开启搅拌器，搅拌速率为400rpm，同时控制降温装置向反应釜夹套中循环冷却液，降温速率为4℃/min。反应釜中溶液温度降到0℃时停止降温，保温搅拌，时间为2h。过滤、干燥，称重。晶体重量约为880克，得率为88％。经实验测定，NTO含量≥99.9％，晶体密度1.925g/cm³，晶体短长轴比0.90；晶体的中位粒径为150μm，粒度分布窄。外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

实施例4

将1000克NTO、5L二甲基亚砜和5L蒸馏水加入到20L反应釜中，反应釜处于70℃恒温水浴。开启搅拌器，搅拌速率为300rpm，同时控制降温装置向反应釜夹套中循环冷却液，降温速率为6℃/min。反应釜中溶液温度降到0℃时停止降温，保温搅拌，时间为2h。过滤、干燥，称重。晶体重量约为800克，得率为80％。经实验测定，NTO含量≥99.9％，晶体密度1.918g/cm³，晶体短长轴比0.90；晶体的中位粒径为120μm，粒度分布窄。外观观测晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种高晶体密度球形化NTO晶体，其特征在于，所述晶体中NTO含量≥99.9％，所述晶体密度≥1.92g/cm³，所述晶体短长轴比≥0.90，所述晶体的中位粒径范围为150～200μm。

2.一种高晶体密度球形化NTO晶体的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(3)待晶体完全析出后，低温﹣5～0℃搅拌1-5小时；

(4)过滤、干燥、称重。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)中的溶剂为无水乙醇、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(1)中的溶剂为无水乙醇、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少两种。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述溶剂为体积比为1：1.0～5.0的无水乙醇与氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或体积比为1：1.0～5.0的氮甲基吡咯烷酮和水的混合溶液、或体积比为1：1.0～5.0的二甲基亚砜和水的混合溶液。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述NTO的用量使得NTO和溶剂形成的溶液的浓度为0.05g/ml～0.5g/ml。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(1)中的反应釜温度为40～60℃。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(2)中，搅拌速率为70～500转/分钟。

9.根据权利要求2-8中任意一项所述的方法，其中，所述反应釜降温速率为2℃/min～10℃/min。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述反应釜降温方式为内循环外循环同步降温。