CN113735665B - 一种llm-105/si共晶炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LLM‑105/SI共晶炸药及其制备方法，首先通过结晶溶剂制备LLM‑105与SI的混合溶液，然后将该溶液静置于0℃～室温条件下，经过晶体成核与生长，形成LLM‑105/SI共晶炸药。该方法突破了具有强氢键网络的炸药难以共晶化的难题，首次获得了平面型炸药LLM‑105共晶，为LLM‑105的含能共晶制备以及性能优化提供了新的思路和方法，制备条件温和、工艺简单、便于操作。

Description

一种LLM-105/SI共晶炸药及其制备方法

技术领域

本发明属于新型含能材料的设计制备与性能调控领域，具体涉及一种1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)与琥珀酰亚胺(SI)共晶炸药及其制备方法。

背景技术

1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)是一种新型钝感高能炸药，其综合性能优异，在传爆药、推进剂、超高温石油射孔等领域中具有良好的应用前景，并被美国国防部和LLNL列为混合炸药配方研究计划中的重点目标之一。LLM-105分子的中心是一个吡嗪环，环上连有两个硝基、两个氨基和一个配位氧，整个分子呈平面型。其分子与分子之间通过强烈的氢键作用形成近平面的层状堆积结构，使其具有较高的热稳定性，放热峰值温度350℃，与TATB接近，且机械感度、冲击波感度和电火花感度较低，在低易损弹药中可代替TATB用作钝感传爆药或者主装药。虽然LLM-105具有显著的优点，但是也有难以克服的短板。一是LLM-105的能量相对于TATB只提高了20％，使其在很多炸药配方中的应用受限。二是LLM-105晶体形貌呈针状，使其在实际应用中的感度常常比预期高，也给LLM-105基PBX炸药的造粒成型工艺和力学性能带来很大影响。除此之外，LLM-105难溶于大部分有机溶剂，仅在DMSO和DMF中具有较高的溶解度，这也给LLM-105的工程应用带来不利影响。

由于LLM-105的短板都是来源其晶体结构，在不改变其晶体结构的前提下，采用重结晶、球形化、超细化等形貌调控的方法很难使其性能和应用得到很大的改善。共晶技术由于可以改变原有材料的晶体结构，可能是一种改善LLM-105性能的有效方式。共晶是由两种或多种分子以一定化学计量比通过非共价键(氢键、范德华力、π-π作用等)结合而成的晶态化合物。其物理化学性质是由各组分分子本身性质、分子间相互作用和分子堆积结构所决定的。因此，通过不同组分间的协同效应，共晶可以具有不同于单一组分的性质和性能，甚至获得“1+1>2”的效果。已有研究表明，通过共晶可以有效调节炸药分子的物理化学性质，如密度、感度、热分解温度等，在一定程度上实现炸药能量与安全性的平衡。如果能够筛选合适的组分分子与LLM-105形成共晶，就能在不改变LLM-105分子结构的前提下，通过共晶化控来实现LLM-105性能的提升。遗憾的是，虽然有人通过理论模拟设计了一种LLM-105和HMX的共晶结构，但至今人成功合成出LLM-105共晶。

最近，我们在研究LLM-105在不同溶剂中的结晶行为过程中发现，在一定条件下LLM-105可以和DMSO和DMF形成溶剂化物。基于LLM-105溶剂化物的晶体结构分析，本发明以具有＝O基团的琥珀酰亚胺(SI)为配体分子，通过结晶条件的控制，首次合成了一种具有特定结构和功能的LLM-105共晶炸药，并对其晶体结构进行了解析。该发明展示了一种突破LLM-105分子间强烈氢键相互作用的思路和有效方法，为LLM-105的性能优化提供了新的途径。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种LLM-105/SI共晶炸药及其制备方法，展示了一种突破LLM-105分子间强烈氢键相互作用的思路和有效方法，为LLM-105的性能优化提供了新的途径。

为了达到上述技术效果，本发明采用了如下技术方案：

一种LLM-105/SI共晶炸药的制备方法，包括以下步骤：

(1)将LLM-105和SI加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声5～10min，得到混合溶液；

(2)将混合溶液放入容器中并密封，静置，经过晶体的成核与生长，过滤，并通过母液洗涤，自然干燥，得LLM-105/SI共晶炸药。进一步的技术方案为，所述混合溶液中，LLM-105的浓度为6g/L，SI浓度为300～400g/L。

进一步的技术方案为，步骤(1)中超声温度为40～60℃，频率为35kHz或53kHz。

进一步的技术方案为，步骤(2)中静置温度为0℃～25℃，静置时间为2～7天。

本发明还提供一种LLM-105/SI共晶炸药，采用上述的制备方法制备，所述炸药分子式为C₈H₉N₇O₇，属三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为

α＝85.943(4)°，β＝80.499(4)°，γ＝78.593(4)°，300K下晶体密度为1.738g/cm^-1，LLM-105分子与SI分子的摩尔比为1:1。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明针对LLM-105分子的匹配位点的特性，通过引入含＝O基团的配体分子，实现了对LLM-105强氢键网络的拆分。通过配体分子SI与LLM-105及溶剂分子DMF的竞争性作用，阻止了LLM-105分子之间，以及LLM-105与DMF分子之间的结合，首次实现了平面型炸药LLM-105的共晶制备，且制备条件温和、工艺简单、便于操作。

附图说明

图1为本发明LLM-105/SI共晶炸药的制备流程图。

图2为本发明LLM-105/SI共晶炸药通过单晶衍射(SXRD)的分子结构图。

图3为本发明LLM-105/SI共晶炸药中分子间相互作用规律。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明LLM-105/SI共晶炸药的制备流程图。LLM-105/SI共晶炸药的制备过程如下：

(1)将一定量的LLM-105和SI加入到DMF中，在温度40～60℃，频率35kHz或53kHZ条件下超声5～10min，得到LLM-105与SI的混合溶液；

(2)将盛装LLM-105与SI混合溶液的容器密封后，在0℃～室温条件下静置一段时间，经过晶体的成核与生长，过滤，干燥，得到LLM-105/SI共晶炸药。

图2示出了LLM-105/SI共晶炸药通过单晶衍射分析确认的分子结构。从单晶结果分析可知：该共晶中，LLM-105分子与SI分子的摩尔比为1:1。共晶的分子式为C₈H₉N₇O₇，属三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为

α＝85.943(4)°，β＝80.499(4)°，γ＝78.593(4)°，300K下晶体密度为1.738g/cm^-1。

图3示出了LLM-105/SI共晶炸药中分子间相互作用规律。通过分析可知，所述共晶中LLM-105分子之间通过氨基与配位氧之间的氢键相互作用形成分子对，分子对与分子对之间通过氨基与硝基的氢键相互作用连成分子链，SI的羰基与LLM-105分子链两边剩余的H原子之间形成氢键相互作用，同时其C—H基团与LLM-105的硝基之间形成较弱的氢键相互作用。

具体实施例如下：

实施例1

将0.03g LLM-105和2.0g琥珀酰亚胺加入到5mL DMF中，60℃下超声10min，超声频率为35kHz，将盛装溶液的试剂瓶密封后，静置在0℃冷藏柜中，经过快速冷却，析出晶体。过滤，母液洗涤，自然干燥，得到LLM-105/SI共晶炸药。

实施例2

将0.03g LLM-105和1.5g琥珀酰亚胺加入到5mL DMF中，60℃下超声10min，超声频率为53kHz，将盛装溶液的试剂瓶密封后，静置在0℃冷藏柜中，经过快速冷却，析出晶体。过滤，母液洗涤，自然干燥，得到LLM-105/SI共晶炸药。

实施例3

将0.03g LLM-105和2.0g琥珀酰亚胺加入到5mL DMF中，60℃下超声10min，超声频率为53kHz，将盛装溶液的试剂瓶密封后，静置在室温环境中，经过缓慢结晶，析出晶体。过滤，母液洗涤，自然干燥，得到LLM-105/SI共晶炸药。

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 (2)

1.一种LLM-105/SI共晶炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将LLM-105和SI加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声5～10min，得到混合溶液，所述混合溶液中，LLM-105的浓度为6g/L，SI浓度为300～400g/L，超声温度为40～60℃，频率为35kHz或53kHz；

(2)将混合溶液放入容器中并密封，静置，经过晶体的成核与生长，过滤，并通过母液洗涤，自然干燥，得LLM-105/SI共晶炸药，静置温度为0℃～25℃，静置时间为2～7天。

2.一种LLM-105/SI共晶炸药，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制备，所述炸药分子式为C₈H₉N₇O₇，属三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为

α＝85.943(4)°，β＝80.499(4)°，γ＝78.593(4)°，300K下晶体密度为1.738g/cm^-1，LLM-105分子与SI分子的摩尔比为1:1。

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