CN108314596B

CN108314596B - 一种tatb炸药超细颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN108314596B
Application number: CN201810246679.0A
Authority: CN
Inventors: 郁卫飞; 魏智勇; 黄靖伦; 徐瑞娟; 冯梅; 李森; 詹春红
Original assignee: Institute of Chemical Material of CAEP
Current assignee: Institute of Chemical Material of CAEP
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: CN108314596A

Abstract

本发明公开了一种TATB炸药超细颗粒的制备方法，将TATB与溶剂组成的溶液注入微流体装置的内通道，将含有表面活性剂和高分子改性剂的水相溶液注入微流体装置的外通道，两者在内通道出口处以计量方式碰撞汇合，发生重结晶，形成TATB炸药超细颗粒并悬浮于混合液中，经过滤、洗涤、干燥，得到TATB超细颗粒。本发明还公开了一种TATB炸药超细颗粒。本发明所述TATB炸药超细颗粒，制备方法简单、粒径分布窄、重复性好、易于批量生产，适合应用于起爆、传爆序列产品作为药剂。

Description

一种TATB炸药超细颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种炸药超细颗粒及其制备方法，具体涉及一种可用作起爆药、传爆药组分的TATB炸药超细颗粒及其制备方法。

背景技术

三氨基三硝基苯(TATB)炸药是一种综合性能优异的炸药，在多种炸药配方中用作高能钝感组分。TATB炸药细化以后，保留了普通颗粒TATB对机械撞击等钝感的优异性能，同时爆炸能量释放更完全、临界直径更小、爆轰波传播更快更稳定、对短脉冲刺激更加敏感，适合用作起爆药、传爆药组分。

TATB炸药超细颗粒的制备方法较多，例如浓硫酸重结晶法、高速气流碰撞粉碎法、机械研磨法、超临界流体技术、微乳液或乳液合成法等，不同的制备方法及工艺影响了超细颗粒的结构(如粒度、形貌、表面结构和孔隙度等)，并影响着超细颗粒的应用性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新的TATB炸药超细颗粒的制备方法。

本发明是这样实现的：

一种TATB炸药超细颗粒的制备方法，包括：

将TATB与溶剂组成的溶液注入微流体装置的内通道，将含有表面活性剂和高分子改性剂的水相溶液定量地注入微流体装置的外通道，两者在内通道出口处碰撞汇合，以计量方式相遇并发生重结晶，TATB析出，形成TATB超细颗粒并悬浮于混合液中，经过滤、洗涤、干燥，得到TATB超细颗粒。

本发明采用的微流体装置，具备内通道和外通道。TATB溶液从内通道以定量方式注入，水相溶液从外通道以定量方式注入，两者在出口处按计量方式相遇进行碰撞汇合并发生重结晶，生成TATB炸药超细颗粒。

本发明所述的TATB炸药，在普通溶剂中难溶。一种可用的TATB溶剂是离子液体，TATB炸药在现有定制离子液体中的溶解度不足10g/100g，溶液粘度大，离子液体溶剂价格昂贵，不利于应用，有以二甲基亚砜(DMSO)作为离子液体的助剂，起到辅助溶解和降低溶液粘度的作用。另一种可用的TATB溶剂是浓硫酸，TATB炸药在98％浓硫酸中溶解度可达20g/100g，由于涉及高浓度硫酸，微流体装置的流路部分，以及配料、溶解、泵送、过滤、洗涤、干燥等相关环节，均需选用玻璃、聚四氟乙烯等耐强酸耐腐蚀的材质。所述TATB溶液中，TATB在溶液中的质量分数比例为1％～20％，助剂与溶剂的质量比例为0.1:99.9～45:55。

本发明所述含有表面活性剂和高分子改性剂的水相溶液，用作非溶剂，促使TATB重结晶析出并生成超细颗粒。所述的表面活性剂，参与重结晶过程，起到抑制TATB粒子长大和相互团聚，有利于形成超细颗粒的作用。所述的高分子改性剂，单独地或者辅助地对TATB超细颗粒起到表面包覆、改性等作用。所述水相溶液中，表面活性剂的质量分数为0.1％～10％，高分子改性剂的质量分数为0.1％～5％。

一般优选的表面活性剂是非离子表面活性剂，非离子型表面活性剂是指在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(一般为醚基和羟基)构成。正是这一点决定了非离子表面活性剂在某些方面比离子表面活性剂更优越；因为在溶液中不是离子状态，所以稳定性高，不易受强电解质无机盐类存在的影响，也不易受pH值的影响，与其他类型表面活性剂相容性好。

本发明中所述微流体装置，内通道设置尺寸较小的出口，出口形状选择直径数微米至数毫米的圆形，优选直径10～100um的圆形，相邻出口之间的距离为直径的2～5倍。

本发明中所述TATB溶液和水相溶液，以定量方式注入微流体装置。TATB溶液的流量可选0.1～10ml/min，优选0.5～5ml/min；水相溶液的流量可选0.1～100ml/min，优选5～50ml/min。TATB溶液和水相溶液流量比可选1～50，优选10～25。

本发明所述制备过程，均在温度可控的条件下进行。一是TATB溶液，保持较高温度，可为90～95℃，易于获得较高的溶解度；二是水相溶液，保持较低温度，可为0～5℃，易于析出更多的TATB；三是两者相遇口及相邻下游的混合区，由于TATB溶液高温以及两相混合过程剧烈放热，使得混合区温度较高，需要尽快降温，抑制TATB粒子长大和团聚。有利于尽快降温的方法包括，夹套冷媒温度尽可能接近零度，TATB溶液和水相溶液流量比尽可能较低等；四是过滤、洗涤、干燥等过程，应采用阻遏超细粒子长大和团聚的方式，包括低温、离心、冻干等。

本发明中，由于采用了微流体装置，TATB溶液和水相溶液是按照计量化、不返混的方式相遇并发生重结晶，各个瞬时形成的新生颗粒，互相之间存在很好的均一性，有利于获得粒度分布窄、重复性好的微纳米超细颗粒。同时由于微流体装置的特点，各个瞬时形成的新生颗粒存在着时空阻隔，有利于阻遏新生粒子之间的返混、长大和团聚，同样有利于获得粒度分布窄、重复性好的超细颗粒。所得TATB炸药超细颗粒，经电镜测试，原生粒子的平均粒径为10nm～800um，优选20nm～100nm。原生颗粒或原生粒子，在重结晶实验中，是指经历由重结晶初期的成核和长大而得到的粒子，这个粒子受到溶液环境和操作因素的各种作用，可能会发生团聚、破碎、棱角演变等，最终得到称为产品的超细颗粒。

本发明中，TATB炸药超细颗粒生成于混合液中，需经过滤、洗涤、干燥等得到TATB炸药超细颗粒。在过滤、洗涤、干燥过程中，需要采取有利于阻遏超细颗粒长大和团聚的方式，包括但不限于低温、离心、冻干等。

本发明所述TATB超细颗粒，制备方法简单、粒径分布窄、重复性好、易于批量生产，适合应用于起爆、传爆序列产品作为药剂。

附图说明

图1是本发明微流体装置的示意图。

具体实施方式

以下参考图1对本发明进行具体的说明。

实施例1

如图1所示，以98％浓硫酸为溶剂，加入质量分数20％的TATB，80℃加热溶解，配成TATB溶液1，通过恒流泵7以1ml/min的流量注入到内通道2，再通过内通道出口3将TATB溶液以微细流体的形态排出。以水为溶剂，加入质量分数1％的OP-10表面活性剂，加入质量分数0.1％的聚乙二醇作为高分子助剂，配成水相溶液5，通过恒流泵9以5ml/min的流量注入到外通道4。TATB溶液与水相溶液在内通道出口3以计量方式相遇并发生重结晶，得到TATB超细颗粒悬浮液6，经后续的过滤、洗涤、干燥得到TATB炸药超细颗粒。微流体夹套8采用-10～-20℃的冷媒，及时移除体系中产生的热量后续过滤、洗涤、干燥等在接近或低于零度的条件下进行。

实施例2

如图1所示，以98％浓硫酸为溶剂，加入质量分数20％的TATB，80℃加热溶解，配成TATB溶液，以1ml/min的流量注入到内通道。以水为溶剂，加入质量分数3％的非离子型表面活性剂(如TX-10、AEO、TRITONX-100等)，质量分数0.05％的氟树脂(如F2311、F2314等)，配成水相溶液，以15ml/min的流量注入到外通道，两者在内通道出口3相遇并发生重结晶，形成生成TATB炸药超细颗粒的悬浮液。微流体夹套冷媒温度控制在-20～-10℃，悬浮液的后续过滤、洗涤、干燥等在接近或低于零度的条件下进行。

实施例3

如图1所示，以定制离子液体(如1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐)为溶剂，加入质量分数8％的TATB炸药，90℃加热溶解，配成TATB溶液，以0.6ml/min的流量注入到内通道。以水为溶剂，加入质量分数1.5％的非离子型表面活性剂，质量分数0.08％的氟树脂，配成水相溶液，以12ml/min的流量注入到外通道。微流体夹套冷媒温度控制在5～10℃，进行重结晶。后续过滤、洗涤、干燥等在略低于室温的条件下进行。

实施例4

如图1所示，以定制离子液体为溶剂，加入质量分数30％的二甲基亚砜作为助溶剂，加入质量分数7％的TATB炸药，90℃加热溶解，配成TATB溶液，以1.0ml/min的流量注入到内通道。以水为溶剂，加入质量分数2％的非离子型表面活性剂，质量分数0.08％的氟树脂，配成水相溶液，以18ml/min的流量注入到外通道。微流体夹套冷媒温度控制在0～5℃，进行重结晶。后续过滤、洗涤、干燥等在低于室温的条件下进行。

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

1.一种TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：使用微流体装置,微流体装置的内通道设置尺寸较小的多个出口，出口为直径10～100um的圆形，相邻出口之间的距离为直径的2～5倍；在混合区下游设置冷媒温度为-20～-10或0～10℃的夹套；将TATB与溶剂组成的溶液注入微流体装置的内通道，将由非离子表面活性剂、高分子改性剂和水制成的水相溶液作为非溶剂注入微流体装置的外通道，两者在内通道出口处以计量且不返混的方式碰撞汇合，发生重结晶析出，形成TATB炸药超细颗粒的悬浮液，悬浮液的温度由夹套冷媒控制，悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到TATB超细颗粒。

2.根据权利要求1所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：

所述TATB与溶剂组成的溶液，是指TATB溶于浓硫酸溶剂、或者离子液体溶剂所得的溶液，TATB与溶剂组成的溶液中TATB质量分数比例为1％～20％。

3.根据权利要求2所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：所述TATB与溶剂组成的溶液，是指TATB溶于溶剂与助剂的组合所得的溶液，溶剂与助剂的质量比例为99.9:0.1～70:30。

4.根据权利要求1所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：

所述由非离子表面活性剂、高分子改性剂和水制成的水相溶液，与TATB溶液混合,促使TATB重结晶析出并生成超细颗粒；所述的非离子表面活性剂，参与重结晶析出过程，起到抑制TATB原生粒子互相团聚的作用,其在水相溶液中的质量分数为0.1％～10％；所述的原生粒子是指重结晶实验中由重结晶初期的成核和长大而得到的粒子；所述的高分子改性剂，参与重结晶过程，对TATB起到表面包覆与改性的作用，其在水相溶液中的质量分数为0.1％～5％。

5.根据权利要求1所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：

内通道的流量为0.1～10ml/min；所述外通道的流量为0.1～100ml/min。

6.根据权利要求5所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法，其特征在于：

内通道的流量为0.5～5ml/min；所述外通道的流量为5～50ml/min。

7.一种TATB炸药超细颗粒，其特征在于：是根据权利要求4所述的TATB炸药超细颗粒的制备方法制备得到的。

8.根据权利要求7所述TATB炸药超细颗粒，其特征在于：

所述TATB超细颗粒，平均粒径不大于10um，原生粒子的平均粒径为10nm～800um。

9.根据权利要求8所述TATB炸药超细颗粒，其特征在于：

所述TATB超细颗粒，平均粒径不大于2um，原生粒子的平均粒径为20nm～100nm。