CN113562709B - 起爆药[Pb(OH)]4(N5)4及其制备方法 - Google Patents

起爆药[Pb(OH)]4(N5)4及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种起爆药[Pb(OH)]4(N5)4及其制备方法，其化学式为[Pb(OH)]4(N5)4，具有一维配位聚合物结构。其制备步骤为：制备铅盐溶液；复分解反应；溶剂挥发合成[Pb(OH)]4(N5)4。本发明的起爆药具有制备方法简单、稳定性佳、起爆能力高等优点。

Description

起爆药[Pb(OH)]4(N5)4及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型起爆药[Pb(OH)]4(N5)4及其制备方法，属于含能材料技术领域。
背景技术
起爆药是一类用于点火头或雷管中使含能材料燃烧或爆轰的单质化合物或混合物，是火工品和武器中的重要组成部分。目前，商业化的起爆药主要有叠氮化铅、史蒂芬酸铅等，这些起爆药合成简单、成本低、相对稳定性好，但它们的爆炸性能不足，引爆时需要较大的计量。因此，开发新型高能起爆药，降低起爆药的用量，成为当今起爆药研发的迫切需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种起爆药及其制备方法，该起爆药与当今最广泛生产的起爆药叠氮化铅相比，具有制备方法简单、稳定性更佳、起爆能力更高等优点。
实现本发明目的的技术解决方案：
一种起爆药，具有一维配位聚合物结构，其化学式为[Pb(OH)]4(N5)4，其晶体结构的结构式为：
Figure BDA0002991153830000011
该起爆药的晶体结构数据如下：
晶系：单斜晶系；
点群：P21；
晶胞参数：
Figure BDA0002991153830000012
α＝γ＝90°，β＝106.440(4)°；
晶胞体积：
Figure BDA0002991153830000013
Z＝2；
密度：4.537g cm-3(296K)。
本发明提供的一种起爆药的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：在-10℃～30℃下将五唑银固体分散到溶剂中，向其中加入铅盐溶液，在-10℃～30℃下搅拌一段时间，超声15min，然后过滤，得到滤液；
步骤二：调节滤液pH值至8±0.1，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，使溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，使溶剂缓慢挥发，最终得到[Pb(OH)]4(N5)4。
步骤一中，铅盐溶液通过将铅盐分散到去离子水中，加入铅盐5‰质量的氢氧化钠使得铅盐溶解制得，其中，铅盐为氯化铅或硫酸铅，去离子水的体积与铅盐的质量比为50mL/g～80mL/g。
步骤一中，在-10℃～30℃下搅拌0.5h～24h。
步骤一中，溶剂为水、甲醇、乙醇或甘油，溶剂体积用量与五唑银固体原料的投料质量比为10mL/g～50mL/g。
步骤一中，五唑银与铅盐的物质的量之比为1:1～1.5:1。
步骤二中，用0.2mol/L的碱液调节滤液pH值至8±0.1，其中，碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或者碳酸氢钾溶液。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)本发明的新型起爆药具有一维配位聚合物结构。
(2)本发明的新型起爆药具有良好的热稳定性，分解温度为121℃(升温速率5℃min-1)，热分解为直接分解，放热峰形尖锐，放热量大(2876J g-1)，具有显著的起爆药放热特征。
(3)新型起爆药密度4.537g cm-3，具有优异的爆轰性能，爆压为31.5GPa，爆速为8156 m s-1，远高于叠氮化铅，属于高能量起爆药。
(4)新型起爆药经测试，撞击感度5J，摩擦感度50N，机械感度较低，比叠氮化铅更安全。
附图说明
图1为本发明起爆药[Pb(OH)]4(N5)4的晶体结构图。
图2为本发明起爆药[Pb(OH)]4(N5)4的一维配位结构图。
图3为本发明起爆药[Pb(OH)]4(N5)4的晶胞堆积图。
图4为起爆实验装置图。
图5为叠氮化铅和本发明起爆药[Pb(OH)]4(N5)4铅板穿孔图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更加全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明提供的起爆药[Pb(OH)]4(N5)4是一种白色至淡黄色粉末状固体，晶体呈白色针状。晶体密度4.0～5.0g cm-3。对水、光、汽不敏感，可在30℃、90％恒温恒湿箱中保存三个月不变质，热分解温度高于120℃，与塑料、玻璃接触不反应，长时间暴露于日光直射下，表面颜色形状不发生变化。发明物质具有强起爆能力，于8号雷管压装得到的样品，小于100mg 即可稳定起爆600mg的RDX(环三亚甲基三硝胺)和PETN(季戊四醇四硝酸酯)，在5mm铅板上形成直径为～15mm的穿孔。起爆能力约为DDNP的2～3倍。
本发明所述的一种起爆药的制备方法，反应式如下：
Figure BDA0002991153830000031
具体包括以下步骤：
步骤一：室温下将一定量的铅盐分散到去离子水中，加入极微量(铅盐5‰质量)氢氧化钠使得铅盐溶解，制得铅盐溶液。
步骤二：在-10℃～30℃下将五唑银固体分散到溶剂中，向其中加入步骤一中制好的铅盐溶液，在-10℃～30℃下搅拌一段时间，超声15min，然后过滤，得到滤液。
步骤三：用0.2mol/L的碱液调节滤液PH至约等于8，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，溶剂缓慢挥发得到[Pb(OH)]4(N5)4。
实施例1：室温下将1.67g氯化铅分散到90mL水中，加入微量氢氧化钠使得固体全部溶解，制得铅盐溶液。在10℃下将1.60g五唑银固体分散到20mL水中，向其中加入制好的铅盐溶液，搅拌0.5h，超声15min，然后过滤，用0.2mol/L的氢氧化钠溶液调节滤液PH至约等于8，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，溶剂缓慢挥发得到 [Pb(OH)]4(N5)4晶体1.29g。
实施例2：室温下将1.67g硫酸铅分散到90mL水中，加入微量氢氧化钠使得固体全部溶解，制得铅盐溶液。在10℃下将1.60g五唑银固体分散到20mL水中，向其中加入制好的铅盐溶液，搅拌24h，超声15min，然后过滤，用0.2mol/L的碳酸氢钠溶液调节滤液PH至约等于8，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，溶剂缓慢挥发得到 [Pb(OH)]4(N5)4晶体1.30g。
实施例3：室温下将1.67g氯化铅分散到90mL水中，加入微量氢氧化钠使得固体全部溶解，制得铅盐溶液。在30℃下将1.60g五唑银固体分散到20mL甲醇中，向其中加入制好的铅盐溶液，搅拌3h，超声15min，然后过滤，用0.2mol/L的碳酸氢钾溶液调节滤液PH至约等于8，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，溶剂缓慢挥发得到 [Pb(OH)]4(N5)4晶体0.81g。
实施例4：室温下将2.5g氯化铅分散到100mL水中，加入微量氢氧化钠使得固体全部溶解，制得铅盐溶液。在-10℃下将1.60g五唑银固体分散到20mL乙醇中，向其中加入制好的铅盐溶液，搅拌10h，超声15min，然后过滤，用0.2mol/L的氢氧化钾溶液调节滤液PH 至约等于8，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40～60℃，湿度设置15％，溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80％，溶剂缓慢挥发得到 [Pb(OH)]4(N5)4晶体0.87g。
对实施例1-4得到的晶体进行了单晶X射线衍射测试，其晶体结构如图1-3所示，其晶胞参数相同，如下附表所示：
附表
Figure BDA0002991153830000041
Figure BDA0002991153830000051
对实施例1所得晶体进行了表征，其分析结果如下：
DSC：121℃(分解)；元素分析PbHN5O(％)：实测值(计算值)H 0.29(0.34)，N 23.77(23.80)；红外(KBr，
Figure BDA0002991153830000052
)：3347,3258,1655,1250,1233,587,555。
对实施例1所得晶体用玛瑙研钵研磨3～5min，经测试，撞击感度为5J，摩擦感度为50 N，机械感度较低，比叠氮化铅更安全。
对实施例1所得晶体用玛瑙研钵研磨3～5min，如图4所示进行起爆实验，铅板厚度为 5mm，起爆药用量为50mg，炸药RDX的用量为600mg。铅板穿孔的结果如图5所示，叠氮化铅起爆RDX造成铅板穿孔为13.5mm，[Pb(OH)]4(N5)4起爆RDX造成铅板穿孔为15mm，说明[Pb(OH)]4(N5)4的起爆能力比叠氮化铅高。

Claims (8)

1.一种起爆药，其特征在于，其化学式为[Pb(OH)]4(N5)4，其晶体结构的结构式为：
Figure 808010DEST_PATH_IMAGE002
；
由如下步骤制备：
步骤一：在-10℃~30℃下将五唑银固体分散到溶剂中，向其中加入铅盐溶液，在-10℃~30℃下搅拌一段时间，超声15min，然后过滤，得到滤液；
步骤二：调节滤液pH值至8±0.1，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40~60℃，湿度设置15%，使溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80%，使溶剂缓慢挥发，得到起爆药[Pb(OH)]4(N5)4。
2.如权利要求1所述的起爆药，其特征在于，该起爆药的晶体结构具有如下特征：
晶系：单斜晶系；
点群：P21；
晶胞参数：a=7.6556(10) Å，b=13.6507(17) Å，c=8.5962(11) Å，α=γ=90º，β=106.440(4)º；
晶胞体积：861.61(19) Å3；
Z=2；
296 K下密度：4.537 g•cm-3。
3.如权利要求1或2所述的起爆药的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：在-10℃~30℃下将五唑银固体分散到溶剂中，向其中加入铅盐溶液，在-10℃~30℃下搅拌一段时间，超声15min，然后过滤，得到滤液；
步骤二：调节滤液pH值至8±0.1，滤膜过滤后取清液置于恒温恒湿箱中，温度设置40~60℃，湿度设置15%，使溶剂快速挥发，直至溶剂挥发至1/2，然后将温度设为15℃，湿度80%，使溶剂缓慢挥发，得到起爆药[Pb(OH)]4(N5)4。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中，铅盐溶液通过将铅盐分散到去离子水中，加入铅盐5 ‰质量的氢氧化钠使得铅盐溶解制得，其中，铅盐为氯化铅或硫酸铅，去离子水与铅盐的比为50mL/g~80mL/g。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中，在-10℃~30℃下搅拌0.5h~24h。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中，溶剂为水、甲醇、乙醇或甘油，溶剂与五唑银的比为10mL/g~50mL/g。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中，五唑银与铅盐的物质的量之比为1:1~1.5:1。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中，用0.2mol/L的碱液调节滤液pH值至8±0.1，其中，碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或者碳酸氢钾溶液。
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