CN105801324B - 一种降低hmx机械感度的制备方法 - Google Patents

一种降低hmx机械感度的制备方法 Download PDF

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    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
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Abstract

本发明提供了一种降低HMX机械感度的制备方法，包括以下步骤：配制pH为8～11的碱性溶液；将儿茶酚类物质溶解于碱性溶液中得到浓度为0.1g/L～20g/L的儿茶酚类物质碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值大于7；将HMX置于所述的儿茶酚类物质碱性溶液中并搅拌0.1～24h得混合分散液；将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗；接着于温度50～80℃下干燥1～24h，得到改性HMX材料。本发明的制备方法工艺简单，且不会改变HMX自身的晶体形状、密度等物理特性；改性HMX材料具有较低的机械感度，可使摩擦感度降低30％，特性落高提高一倍以上，使改性HMX具有较高安全性能。

Description

一种降低HMX机械感度的制备方法
技术领域
本发明属于含能材料领域，具体涉及一种降低HMX机械感度的制备方法，以及该方法制备的HMX材料。
背景技术
随着现代武器系统和含能材料的发展，各个国家越来越关注钝感弹药和钝感材料的研究。HMX(奥克托今)由于其具有高的爆轰能量而广泛应用于武器系统的熔铸炸药、浇注PBX炸药、推进剂和民用爆破炸药配方中，但其机械感度等仍然较高，限制了其在低易损弹药中的应用。
在研制钝感弹药的过程中，为了降低HMX材料的机械感度和提高环境适应性能，通常在配方中加入多种添加剂或钝感剂，如石蜡、石墨等材料，这些添加剂或钝感剂的加入往往会降低炸药自身的爆轰性能。因此，研究者希望通过改性HMX炸药自身特性达到降低材料的感度。现有的研究大部分关注于炸药晶体的尺寸、形状、晶体构型等特性因素与感度间的关系，而对HMX晶体表面进行钝感层的包覆是最为简单的一种降感方法。现已研究的包覆降感HMX制备方法中主要是在HMX表面包裹石蜡、聚氨酯层或钝感TATB，但这些包覆层都会出现不同程度的脱粘，导致材料的环境适应性较差。因此，开发一种可规模化制备，能在HMX晶体表面形成致密、均匀且不易脱粘的钝感层，降低HMX的机械感度，可用于HMX基的钝感弹药配方研制中。
自然界中贻贝分泌的蛋白质具有强的黏附特性，研究者通过详细研究发现其中主要发挥黏附作用的是蛋白质中含有的儿茶酚类物质，这类物质在一定环境条件下可发生自聚反应，在多种物质表面形成紧密的包覆层。因此，利用这种简单的自聚反应可在炸药晶体表面形成一层薄且致密的包覆层，可发挥其降感作用。本发明的降低HMX感度的制备方法采用了简单的制备工艺条件，可规模化的处理HMX材料，使改性后的HMX具有不变的物理特性和爆轰性能，且具有较低的机械感度，使其具有更优良的安全性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低HMX机械感度的制备方法，该方法将HMX进行包覆降感后，可提高炸药的机械稳定性，其摩擦感度和撞击感度均有明显降低，使改性HMX能承受更大强度的外界机械刺激和恶劣环境，为满足低易损性弹药提供了一种性能良好的改性HMX材料。
为了达到上述的技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低HMX机械感度的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：配制pH为8～11的碱性溶液；
步骤二：将儿茶酚类物质溶解于碱性溶液中得到浓度为0.1g/L～20g/L的儿茶酚类物质碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值大于7；
步骤三：将HMX置于所述的儿茶酚类物质碱性溶液中并搅拌0.1～24h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗；接着于温度50～80℃下干燥1～24h，得到改性HMX材料。
进一步的技术方案是，所述的碱性溶液选自三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液、碳酸氢钠溶液、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种。
进一步的技术方案是，所述的儿茶酚类物质为盐酸多巴胺，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～20g/L的盐酸多巴胺。
进一步的技术方案是，所述的儿茶酚类物质单宁酸和FeCl3的混合，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～10g/L的单宁酸和0.01g/L～0.5g/L的FeCl3的混合物质。
进一步的技术方案是，所述的步骤三中搅拌的转速为100r/min～1000r/min。
进一步的技术方案是，所述的步骤三中搅拌时间为0.1～1h。
进一步的技术方案是，所述的HMX与儿茶酚类物质碱性溶液的质量体积比为1g:5～10mL。
本发明还提供了采用所述的降低HMX机械感度的制备方法制备而得的改性HMX材料，其摩擦感度为50％，特性落高为69.4cm。
下面对本发明做进一步的说明。
一种降低HMX机械感度的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：配制pH为8～11的碱性溶液；
步骤二：将儿茶酚类物质溶解于碱性溶液中得到浓度为0.1g/L～20g/L的儿茶酚类物质碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值大于7；
步骤三：将HMX置于所述的儿茶酚类物质碱性溶液中并搅拌0.1～24h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗；接着于温度50～80℃下干燥1～24h，得到改性HMX材料。
进一步的技术方案是，所述的碱性溶液选自三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液、碳酸氢钠溶液、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种。在发明中，碱性溶液是为了让儿茶酚物质形成氧化物，可在碱性环境中形成聚合反应。碱性溶液的pH为8～11，若pH大于11，则儿茶酚物质过快发生氧化与聚合，不利于形成均匀的包覆层；若碱性溶液的pH小于8，则儿茶酚发生氧化较慢或不发生氧化，聚合反应较差；因此，本发明中碱性溶液的pH值为8～11。
根据本发明的一个实施方案，所述的儿茶酚类物质为盐酸多巴胺，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～20g/L的盐酸多巴胺。在本实施方案中，所述的儿茶酚类物质选用盐酸多巴胺，是由于此物质价廉，且易存储。
根据本发明的另一个实施方案，所述的儿茶酚类物质为单宁酸和FeCl3的混合，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～10g/L的单宁酸和0.01g/L～0.5g/L的FeCl3的混合物质。在本实施方案中，儿茶酚类物质为单宁酸和FeCl3的混合，若只选用单宁酸，则不易发生聚合反应；若只选用FeCl3，则不会形成包覆层。因此，本实施方案中，儿茶酚类物质为单宁酸和FeCl3的混合。并且，在本实施方案中，单宁酸的浓度为0.1g/L～10g/L，若单宁酸的浓度小于0.1g/L，则单宁酸发生聚合反应层太薄；若单宁酸的浓度大于10g/L，则单宁酸形成的聚合层太厚，占复合物比例过大。FeCl3的浓度为0.01g/L～0.5g/L，若FeCl3的浓度小于0.01g/L，则不能很好的诱导单宁酸发生聚合反应；若FeCl3的浓度大于0.5g/L，则单宁酸发生聚合反应速度过快，易导致形成的包覆层不均匀。
进一步的技术方案是，所述的步骤三中搅拌的转速为100r/min～1000r/min。
进一步的技术方案是，所述的步骤三中搅拌时间为0.1～1h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的制备方法工艺简单，只需在配置的溶液中搅拌即可，可大规模批量制备，且不会改变HMX自身的晶体形状、密度等物理特性。
(2)本发明改性HMX材料均匀性和完整性良好，可对溶液中的每颗HMX晶体表面均匀的进行包覆改性，不会出现局部包覆的情况，使材料的均匀性得到显著提升。
(3)本发明改性HMX材料具有较低的机械感度，可使摩擦感度降低30％，特性落高提高一倍以上，使改性HMX具有较高安全性能。
附图说明
图1为实施例1中制备的改性HMX材料的电子显微镜图；
图2为实施例1中制备的改性HMX材料的晶体表面SEM图；
图3为实施例1中制备的改性HMX的TG-DSC测试图；
图4为实施例2中制备的改性HMX材料与未改性HMX材料的XRD；
图5为实施例2中制备的改性HMX的XPS测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
步骤一：配制浓度为10mmol/L的Tris溶液100mL；
步骤二：将盐酸多巴胺溶解于Tris溶液中得到浓度为2g/L的盐酸多巴胺碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为8.5；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率300r/min的转速下搅拌12h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度50℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例1中制备的改性HMX材料的电子显微镜图详见图1，从图1中可以看出，改性HMX晶体表面均匀的包裹一层薄薄的外层，显微镜光源仍然能穿透晶体自身，且晶体自身的形状等物理特性均没有被改变。
实施例1中制备的改性HMX材料的晶体表面SEM图详见图2，从图2中可以看出，改性HMX材料表面形成了一层致密的薄膜，可将原始HMX表面的坑洼等易产生热点的地方进行修补，减少了HMX晶体在机械刺激条件下热点的形成。
实施例1中制备的改性HMX的TG-DSC测试图详见图3，从图3中可以看出，HMX表面包覆的物质仅占总重量的0.88％，说明表面包覆层较薄，对晶体自身特性影响较小。
实施例2
步骤一：配制浓度为10mmol/L的Tris溶液100mL；
步骤二：将盐酸多巴胺溶解于Tris溶液中得到浓度为4g/L的盐酸多巴胺碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为8.5；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率300r/min的转速下搅拌6h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度70℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例2中制备的改性HMX材料与未改性HMX材料的XRD详见图4，从图4中可以看出，改性HMX与原始HMX的晶型一致，均为β晶型，说明本发明的改性方法不会改变晶体晶型。
实施例2中制备的改性HMX的XPS测试图详见图5，从图5中可以看出，改性HMX表面含有C、N和O元素，并没有引入其他元素，对晶体自身的相容性较好。
实施例3
步骤一：配制浓度为10mL/L的氨水溶液100mL；
步骤二：将盐酸多巴胺溶解于氨水溶液中得到浓度为2g/L的盐酸多巴胺碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为10；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率500r/min的转速下搅拌12h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度70℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例4
步骤一：配制浓度为5g/L的氢氧化钠溶液100mL；
步骤二：将盐酸多巴胺溶解于氢氧化钠溶液中得到浓度为4g/L的盐酸多巴胺碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为11；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率500r/min的转速下搅拌6h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗5遍；接着于温度80℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例5
步骤一：配制浓度为10mmol/L的Tris溶液100mL；
步骤二：将单宁酸和FeCl3溶解于Tris溶液中得到浓度为1g/L的单宁酸碱性溶液和浓度为0.1g/L的FeCl3碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为8.5；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率800r/min的转速下搅拌0.1h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度70℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例6
步骤一：配制浓度为10mmol/L的Tris溶液100mL；
步骤二：将单宁酸和FeCl3溶解于Tris溶液中得到浓度为0.5g/L的单宁酸碱性溶液和浓度为0.1g/L的FeCl3碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为8.5；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率800r/min的转速下搅拌0.5h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度70℃下干燥5h，得到改性HMX材料。
实施例7
步骤一：配制浓度为5g/L的氢氧化钠溶液200mL；
步骤二：将单宁酸和FeCl3溶解于Tris溶液中得到浓度为1g/L的单宁酸碱性溶液和浓度为0.1g/L的FeCl3碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值为8.5；
步骤三：将20g HMX置于盐酸多巴胺碱性溶液中并于搅拌速率800r/min的转速下搅拌0.1h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗3遍；接着于温度70℃下干燥5h，得到改性HMX材料。

Claims (9)

1.一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：配制pH为8～11的碱性溶液；
步骤二：将儿茶酚类物质溶解于碱性溶液中得到浓度为0.1g/L～20g/L的儿茶酚类物质碱性溶液，完全溶解后溶液的pH值大于7；
步骤三：将HMX置于所述的儿茶酚类物质碱性溶液中并搅拌0.1～24h得混合分散液；
步骤四：将步骤三处理后的混合分散液进行抽滤清洗，然后使用蒸馏水清洗；接着于温度50～80℃下干燥1～24h，得到改性HMX材料。
2.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的碱性溶液选自三羟甲基氨基甲烷碱性缓冲溶液、碳酸氢钠溶液、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的儿茶酚类物质为盐酸多巴胺，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～20g/L的盐酸多巴胺。
4.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的儿茶酚类物质为单宁酸和FeCl3的混合，所述的儿茶酚类物质碱性溶液为浓度0.1g/L～10g/L的单宁酸和0.01g/L～0.5g/L的FeCl3的混合物质。
5.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的步骤三中搅拌的转速为100r/min～1000r/min。
6.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的步骤三中搅拌时间为0.1～1h。
7.根据权利要求1所述的一种降低HMX机械感度的制备方法，其特征在于所述的HMX与儿茶酚类物质碱性溶液的质量体积比为1g:5～10mL。
8.一种采用权利要求1～7任一项所述的降低HMX机械感度的制备方法制备而得的改性HMX材料。
9.根据权利要求8所述的改性HMX材料，其特征在于所述的改性HMX材料的摩擦感度为50％，特性落高为69.4cm。
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