CN107512994B - 3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮纳米多孔炸药的制备方法，包括：步骤一、将3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮炸药溶解于去离子水，在超声作用下完全溶解配制成具有一定浓度的炸药水溶液，将该炸药水溶液在一定温度下进行低温冷冻，直至完全冷冻成固态；步骤二、将冷冻所得固态直接在低温条件下真空处理，进行冷冻真空干燥处理一定时间后，即可获得3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮纳米多孔炸药。本发明还公开了3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮纳米多孔炸药。本发明制备工艺流程简单，所得产品可用于高能起爆药、微纳含能器件，具有重要的应用价值。

Description

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种炸药及其制备方法，具体涉及一种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药及其制备方法，属于含能材料及其制备技术领域。
背景技术
将炸药进行微纳米化，能够大幅提高能量释放速率，同时纳米特性将使得炸药具有低的临界爆轰直径降低，在起爆药、传爆药、微纳含能器件等领域具有重要应用前景。特别是将感度较低的炸药进行微纳米化后，由于安全性能良好，应用价值更大。中国发明专利(CN103467217B，2015；CN102924192A，2012)分别发明了一种通过溶剂-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)和一种通过溶剂-非溶剂混合结晶制备微纳米1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)炸药颗粒的方法。专利(CN105503487A，2016)发明了一种采用溶液降温结晶制备3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药(FOX-7)的方法，沈金鹏等(CN103044173B，2015)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。
3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)是一种综合性能优异的钝感高能炸药，晶体密度为1.91g/cm3，爆速达8590m/s，同时机械感度、静电感度、热感度均较低，撞击感度7％，摩擦感度6％，是一种公认的钝感高能炸药，在熔铸炸药等领域具有十分广泛的应用，以NTO为基的混合炸药作为典型钝感弹药用于多种武器型号。对NTO进行晶体形貌调控以及纳米化有利于进一步拓宽其应用范围。专利(CN105274625A，2015)发明了一种高晶体密度球形化NTO晶体的制备方法，所得晶体粒度分布窄，晶体球形度高，表面光滑，晶面无裂纹。Yang等(Journal of Energetic Materials，2007，1，35-47)采用液体喷雾冷冻法制备了粒径为70nm～90nm的NTO，王敦举等(火工品，2007,1,9-11)采用反胶团微乳液制备了粒径在10～30nm纳米的NTO。这些技术方法对改善NTO晶体形貌结构具有一定借鉴意义，但均未能制备出具有纳米多孔结构的NTO炸药。
从已有的公开资料来看，制备具有纳米结构的NTO炸药目前有一些方法，但仍存在工艺流程复杂、制备量级太小、成本过高、产品易团聚等问题。同时，尚未有制备纳米多孔结构NTO炸药的报道。纳米多孔结构能够使得炸药在保持纳米特性的同时，确保产品在后处理、使用和贮存过程中不发生团聚而导致性能失效，提升应用前景。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药及其制备方法，本发明的核心内容是从冷冻干燥结晶出发，通过冷冻干燥技术，在真空条件下使得溶剂直接升华去除，不经历液态水相，从而制得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开了一种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮炸药溶解于去离子水，在超声作用下完全溶解配制成具有一定浓度的炸药水溶液，将该炸药水溶液在一定温度下进行低温冷冻，直至完全冷冻成固态；
步骤二、将冷冻所得固态直接在低温条件下真空处理，进行冷冻真空干燥处理一定时间后，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药。
进一步的，所述的炸药水溶液的浓度为0.05wt％～1wt％。
进一步的，所述炸药水溶液在-30℃～-60℃温度下进行低温冷冻，冷冻时间为12h～48h，直至完全冷冻成固态。
进一步的，所述的冷冻真空干燥处理温度为-20℃～-80℃，真空度为0.5Pa～100Pa，处理时间为24h～72h。
作为本发明的另一个发明目的，本发明还提供了一种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药。
本发明提供的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药，是通过本发明所公开的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法制备得到的。
进一步的，所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药具有典型的纳米多孔有序结构，纳米带阵列长度为100至160μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径为250至350nm，炸药晶体纯度不低于99％，得率>95％。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：制备工艺流程简单，无需其它后处理即可直接获得产品，纳米多孔结构确保炸药产品在后处理、使用和贮存过程中不发生团聚而导致性能失效，反应条件温和且可实现放大制备。所得产品可用于高能起爆药、微纳含能器件，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为根据本发明实施例1的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药1000倍扫描电镜图；
图2为根据本发明实施例1的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药6000倍扫描电镜图；
图3为根据本发明实施例2的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药4000倍扫描电镜图；
图4为根据本发明实施例3的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药8000倍扫描电镜图；
图5为根据本发明实施例4的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药10000倍扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体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
在室温下称取3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮0.4g，在超声作用下完全溶解于100g去离子水，配制成溶液。将该炸药溶液在－50℃温度下进行低温冷冻12h，直至完全冷冻成固态。将冷冻所得固态直接在－60℃低温条件下施加真空，进行冷冻干燥处理，真空度为25Pa，处理时间为72h，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药产品。图1和图2分别为根据本实施例所得的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的1000倍和6000倍扫描电镜图。炸药具有纳米多孔结构，纳米带阵列长度约为160μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径约为300nm，产品纯度为99.4％，得率96.6％。
实施例2
在室温下称取3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮0.05g，在超声作用下完全溶解于100g去离子水，配制成溶液。将该炸药溶液在－32℃温度下进行低温冷冻48h，直至完全冷冻成固态。将冷冻所得固态直接在－20℃低温条件下施加真空，进行冷冻干燥处理，真空度为8Pa，处理时间为48h，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药产品。图3为根据本实施例所得的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的4000倍扫描电镜图。炸药具有纳米多孔结构，纳米带阵列长度约为100μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径约为350nm，产品纯度为99.1％，得率95.8％。
实施例3
在室温下称取3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮0.12g，在超声作用下完全溶解于20g去离子水，配制成溶液。将该炸药溶液在－45℃温度下进行低温冷冻24h，直至完全冷冻成固态。将冷冻所得固态直接在－78℃低温条件下施加真空，进行冷冻干燥处理，真空度为100Pa，处理时间为65h，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药产品。图4为根据本实施例所得的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的8000倍扫描电镜图。炸药具有纳米多孔结构，纳米带阵列长度约为150μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径约为250nm，产品纯度为99.4％，得率97.1％。
实施例4
在室温下称取3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮10g，在超声作用下完全溶解于1000g去离子水，配制成溶液。将该炸药溶液在－60℃温度下进行低温冷冻30h，直至完全冷冻成固态。将冷冻所得固态直接在－40℃低温条件下施加真空，进行冷冻干燥处理，真空度为0.5Pa，处理时间为24h，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药产品。图5为根据本实施例所得的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的10000倍扫描电镜图。炸药具有纳米多孔结构，纳米带阵列长度约为100μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径约为350nm，产品纯度为99.0％，得率97.8％。
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 (7)

1.3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮炸药溶解于去离子水，在超声作用下完全溶解配制成具有一定浓度的炸药水溶液，将该炸药水溶液在-30℃～-60℃温度下进行低温冷冻，直至完全冷冻成固态；
步骤二、将冷冻所得固态直接在温度为-20℃～-80℃、真空度为0.5Pa～100Pa的条件下进行冷冻真空干燥处理一定时间后，即可获得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药。
2.根据权利要求1所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法，其特征在于：
所述的炸药水溶液的浓度为0.05wt％～1wt％。
3.根据权利要求1或2所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法，其特征在于：
所述炸药水溶液进行低温冷冻的冷冻时间为12h～48h，直至完全冷冻成固态。
4.根据权利要求1所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法，其特征在于：
所述的冷冻真空干燥处理的处理时间为24h～72h。
5.3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药，其特征在于：是通过权利要求1至4任一权利要求所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的制备方法制备得到的。
6.根据权利要求5所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药，其特征在于：
所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药具有典型的纳米多孔有序结构，纳米带阵列长度为100至160μm，形貌均匀，单片纳米颗粒的粒径为250至350nm。
7.根据权利要求6所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药，其特征在于：
所述3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮纳米多孔炸药的晶体纯度不低于99％，得率>95％。
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