CN105503487B - 纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药及其制备方法 - Google Patents

纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米片状1,1‑二氨基‑2,2‑二硝基乙烯炸药及其制备方法，本发明制备方法包括以下步骤：将1,1‑二氨基‑2,2‑二硝基乙烯炸药和表面活性剂溶解于有机溶剂中，加热、搅拌至完全溶解，然后在搅拌下按照0.5～10℃/min降温进行结晶，经过滤、洗涤、干燥，即可获得纳米片状1,1‑二氨基‑2,2‑二硝基乙烯炸药。采用本发明制备的1,1‑二氨基‑2,2‑二硝基乙烯炸药具有有序纳米片状结构，其颗粒形貌均匀，片层直径为1～2μm，片层厚度为80～120nm，炸药晶体纯度>99％，在传爆药等领域具有重要应用前景。本发明的制备工艺流程简单，制备周期短，溶剂可循环使用，反应条件温和，安全性好。

Description

纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药及其制备方法
技术领域
本发明涉及含能材料领域，具体涉及一种纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药及其制备方法。
背景技术
1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)是一种综合性能优异的钝感高能炸药，对撞击、摩擦和静电火花均不敏感，是一种公认的钝感且有较高能量水平的重要含能化合物。其能量水平与环三亚甲基三硝胺(RDX)相当，而感度接近1,3,5-三硝基甲苯(TNT)。由于其优越的爆炸性能，FOX-7被认为很有希望替代当前武器系统广泛使用的RDX炸药，越来越受到含能材料研究者的高度重视。
含能材料纳米化后，能够有效提升能量释放速率和作功能力，同时临界爆轰直径降低，机械感度也更低，在传爆药等领域具有重要应用前景。付秋菠等研究了FOX-7晶体的制备和热性质，在炸药结晶形态控制方面取得了一定结果；Huang等开发了一种喷雾冷冻干燥法制备纳米FOX-7的制备技术，但该方法工艺较为复杂，不易于放大，且成本过高。专利号为CN103467217B的专利文件公开了一种通过溶剂-非溶剂对撞喷射结晶制备立方短棒状1-氧-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的方法，专利号为CN103044173B的专利文件公开了采用晶体形貌控制剂辅助，发明了一种有序多孔含能晶体材料的制备方法，这些新技术对微米、纳米炸药的制备均具有一定借鉴意义，但均未能制备出具有纳米片状结构的FOX-7炸药。
虽然目前有一些方法制备出有序纳米结构FOX-7，但是这些方法仍存在工艺流程复杂、成本过高、难于放大等问题。
发明内容
[要解决的技术问题]
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药及其制备方法。该制备方法工艺流程简单，制备周期短，溶剂可循环使用，反应条件温和，安全性好；且制备得到的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药为纳米片状，其产品颗粒形貌均匀。
[技术方案]
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
本发明的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法主要是利用程序降温结晶的方式，采用表面活性剂对晶体形貌进行控制，从而得到纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
一种纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，它包括以下步骤：
(1)将1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药与表面活性剂按质量比为1：2～10：1混合后，加入有机溶剂中，加热、搅拌至完全溶解；
(2)继续在步骤(1)的加热温度下搅拌、回流；
(3)将步骤(2)得到的溶液在搅拌下，按速率为0.5～10℃/min降温至0℃进行结晶、过滤、洗涤、干燥，得到所述纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
根据本发明更进一步的技术方案，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇十六烷基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯或聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。
根据本发明更进一步的技术方案，所述有机溶剂选自乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮或二甲基亚砜。
根据本发明更进一步的技术方案，加入所述有机溶剂后，所述步骤(1)溶解得到的溶液中1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的浓度为0.05～1wt％。
根据本发明更进一步的技术方案，在步骤(1)中，所述的加热是指加热至温度为50～80℃。
根据本发明更进一步的技术方案，在步骤(1)中，所述的搅拌是在转速为300～800rpm下搅拌。
根据本发明更进一步的技术方案，在于在步骤(2)中，所述的回流时间为30～80min。
利用上述制备方法制备得到的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药，其直径为1～2μm，片层厚度80～120nm，产品纯度>99％。
下面将详细地说明本发明。本发明利用一定的降温速率使1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药结晶的方法为程序降温结晶。利用程序降温实现降温的可控性的同时还能保证结晶的产品形貌相同，产品纯度高、产率高；同时配合表面活性剂的使用，可以有效的获得纳米片状形貌的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。其中，在其他条件不变的情况下，降温速率过快，不利于形成良好的结晶；但是降温速率过慢，则形成的晶体过大。由于表面活性剂的主要作用是控制结晶后得到的晶形，因此在表面活性剂的使用上，需要准确控制表面活性剂与1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的使用比例，以便获得目的产物。在步骤(1)中，所述的搅拌至完全溶解是指搅拌至溶液澄清。在步骤(3)中，所述洗涤是用去离子水洗涤除去表面活性剂，洗涤后的表面活性剂可回收利用。另外，每个步骤采用的搅拌均是为了保证溶液浓度均匀。在结晶的过程中，溶液加热至50～80℃是为了促进1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药与表面活性的溶解；接着加热搅拌回流是为了保证1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药与表面活性混合均匀。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的制备方法工艺流程简单，制备周期短，溶剂可循环使用，反应条件温和，安全性好；该制备方法制备得到的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药颗粒形貌均匀，在传爆药等领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药2000倍扫描电镜图；
图2为本发明实施例1的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药5000倍扫描电镜图；
图3为本发明实施例2的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药5000倍扫描电镜图；
图4为本发明实施例3的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药8000倍扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1：
首先，在室温下称取1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯0.1g，聚乙烯吡咯烷酮0.1g，加入80g乙醇，加热至65℃，搅拌速度为450rpm，使其完全溶解为澄清溶液；
然后，将所得的溶液继续在65℃下搅拌、回流60min；
最后，再按照2℃/min的降温速度将溶液降温至0℃，至炸药晶体完全析出；过滤，采用去离子水洗涤除去表面活性剂、干燥，即可获得如图1和图2所示的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
该纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药其片层直径约为1μm，厚度约为100nm，产品纯度为99.2％。
实施例2：
首先，在室温下称取1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯1.0g，聚乙二醇十六烷基醚0.5g，加入100gN-甲基吡咯烷酮，加热至60℃，搅拌速度为800rpm，使其完全溶解为澄清溶液；
然后，将所得的溶液继续在60℃下搅拌、回流120min；
最后，再按照10℃/min的降温速度将溶液降温至0℃，至炸药晶体完全析出；过滤，采用去离子水洗涤除去表面活性剂、干燥，即可获得如图3所示的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
本实施例得到的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的片层直径约为2μm，厚度约为100nm，产品纯度为99.4％。
实施例3：
首先，在室温下称取1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯0.05g，聚乙二醇十六烷基醚0.1g，加入100g丙酮，加热至50℃，搅拌速度为300rpm，使其完全溶解为澄清溶液；
然后，将所得的溶液继续在50℃下搅拌、回流30min；
最后，再按照0.5℃/min的降温速度将溶液降温至0℃，至炸药晶体完全析出，过滤，采用去离子水洗涤除去表面活性剂、干燥，即可获得如图4所示的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
本实施例所得的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药片层直径约为1.5μm，厚度约为100nm，产品纯度为99.1％。
实施例4：
首先，在室温下称取1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯0.5g，聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯0.2g，加入100g二甲基亚砜，加热至80℃，搅拌速度为400rpm，使其完全溶解为澄清溶液；
然后，将所得的溶液继续在80℃下搅拌、回流30min；
最后再按照5℃/min的降温速度将溶液降温至0℃，至炸药晶体完全析出，过滤，采用去离子水洗涤除去表面活性剂、干燥，即可获得纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
本实施例的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药片层直径约为1.2μm，厚度约为100nm，产品纯度为99.2％。
实施例5：
首先，在室温下称取1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯0.8g，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.1g，加入100g N,N-二甲基甲酰胺，加热至70℃，搅拌速度为600rpm，使其完全溶解为澄清溶液；
然后，将所得的溶液继续在70℃下搅拌、回流180min；
其次，再按照2℃/min的降温速度将溶液降温至0℃，至炸药晶体完全析出，过滤，采用去离子水洗涤除去表面活性剂、干燥，即可获得纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
本实施例的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药片层直径约为1.7μm，厚度约为100nm，产品纯度为99.0％。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (8)

1.一种纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药与表面活性剂按质量比为1：2～10：1混合后，加入有机溶剂中，加热、搅拌至完全溶解；
(2)继续在步骤(1)的加热温度下搅拌、回流；
(3)将步骤(2)得到的溶液在搅拌下，按速率为0.5～10℃/min降温至0℃进行结晶、过滤、洗涤、干燥，得到所述纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药。
2.根据权利要求1所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇十六烷基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯或聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。
3.根据权利要求1所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于所述有机溶剂选自乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮或二甲基亚砜。
4.根据权利要求3所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于加入所述有机溶剂后，所述步骤(1)溶解得到的溶液中1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的浓度为0.05～1wt％。
5.根据权利要求1所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，所述的加热是指加热至温度为50～80℃。
6.根据权利要求1所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，所述的搅拌是在转速为300～800rpm下搅拌。
7.根据权利要求1所述的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所述的回流时间为30～80min。
8.根据权利要求1～7 任意一项所述的制备方法制备得到的纳米片状1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药，其特征在于所述1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯炸药片层直径为1～2μm，片层厚度80～120nm，产品纯度>99％。
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