CN115677436A

CN115677436A - 一种六硝基六氮杂异伍兹烷与硝基咪唑共晶含能材料及其制备方法

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Publication number: CN115677436A
Application number: CN202110854898.9A
Authority: CN
Inventors: 杨利; 秦剑; 任晓婷; 佟文超; 何金选; 肖金武
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT; Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT; Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-03

Abstract

本发明涉及一种CL‑20与DNI共晶含能材料及其制备方法，是以CL‑20、1,4‑DNI或2,4‑DNI为原料加入适当溶剂，配置成为CL‑20与DNI混合溶液，经过喷雾干燥法制备得到CL‑20与DNI共晶含能材料，通过调整溶液浓度和干燥温度等条件可以控制共晶颗粒形貌、尺寸，优化制备条件得到微纳米球形、尺寸较一致的共晶颗粒，可以明显降低CL‑20的机械感度，提高其安全性。产品用作起爆药使用，属于含能材料技术领域。

Description

一种六硝基六氮杂异伍兹烷与硝基咪唑共晶含能材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种CL-20与DNI共晶含能材料及其制备方法，是以CL-20与1,4-DNI或2,4-DNI为原料加入适当溶剂，配置成为CL-20与DNI混合溶液，经过喷雾干燥法制备得到CL-20与DNI共晶含能材料，用作起爆药使用，属于含能材料技术领域。

背景技术

六硝基六氮杂异伍兹烷CL-20是目前已经应用的爆炸性能最优异的单质炸药，但其由于感度较高不满足高能钝感炸药要求，限制了其广泛的应用。共晶技术在含能材料领域的应用,提供了新的思路。1,4-二硝基咪唑(1,4-DNI)是合成含能材料2,4-二硝基咪唑、2,4,5-三硝基咪唑的重要中间体，其具有良好的感度及适中的爆炸性能。2,4-二硝基咪唑(2,4-DNI)是一种较好的钝感炸药，摩擦感度、撞击感度、优于RDX和HMX，在含能材料领域被广泛研究。制备CL-20/1,4-DNI或CL-20/2,4-DNI共晶含能材料有望降低CL-20机械感度，为含能材料的发展提供基础。

此外，含能材料的颗粒尺寸和形貌是含能材料在制备、应用等领域的重要研究内容。研究表明，粒径在微纳尺度、形貌程球形的含能材料在提高装药密度、减少摩擦撞击中热点的形成有显著效果，导致其具有更好的爆炸性能及机械感度。喷雾干燥技术是一种简单、便捷的微纳米颗粒制备方法，并且可实现粒度分布和形貌可控等优势。

本发明在于提供一种以CL-20和硝基咪唑DNI为原料，加入适当溶剂，配置成为CL-20与DNI混合溶液，经过喷雾干燥法制备出微纳米球形，尺寸较一致的CL-20/DNI共晶含能材料。

发明内容

本发明在于提供一种以CL-20和DNI为原料，加入适当溶剂，配置成为CL-20与DNI混合溶液，经过喷雾干燥法制备出CL-20/DNI共晶含能材料。通过调整溶液浓度和干燥温度等条件可以控制共晶颗粒形貌、尺寸，优化制备条件得到微纳米球形、尺寸较一致的共晶颗粒，可以明显降低CL-20的机械感度，提高其安全性。

本发明的技术方案如下：

一种六硝基六氮杂异伍兹烷CL-20与硝基咪唑DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤为：

步骤一、CL-20与DNI混合溶液的制备

将CL-20与DNI按1:1的物质的量之比加入良性有机溶剂中，使用超声仪超声震荡10～30min，使得CL-20与DNI在溶剂中充分溶解；

步骤二、CL-20与DNI共晶含能材料的制备将CL-20与DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度、旋风流量、抽料泵进料速率；CL-20与DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽料泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，得到CL-20与DNI共晶含能材料。

更进一步的方案是：步骤一中所述的硝基咪唑(DNI)是1,4-二硝基咪唑(1,4-DNI)或2,4-二硝基咪唑(2,4-DNI)。

更进一步的方案是：步骤一中所述的溶剂包括丙酮、乙醇、甲醇、乙酸乙酯中的一种或几种。

更进一步的方案是：步骤二设定干燥温度为70℃～100℃，旋风流量为0.25～0.40m³·min^-1，抽料泵进料速率为350～460mL·h^-1。

更进一步的方案是：步骤一中所述的溶液浓度为5mg·mL^-1～35mg·mL^-1。

更进一步的方案是：无论采用1,4-DNI还是2,4-DNI，CL-20与咪唑的物质的量之比均为1:1，且颗粒的粒径处于纳米级。

更进一步的方案是：通过共晶CL-20与1,4-DNI共晶粒径为300nm～700nm，所述CL-20与2,4-DNI共晶粒径为350nm～750nm,产物纯度大于99.1％。

本发明另一方面提供了一种CL-20与DNI的共晶含能材料，其特征在于：所述的CL-20与DNI共晶采用上述任意一种CL-20与DNI共晶的制备方法制备得到。

本发明另一方面提供了一种CL-20与DNI共晶含能材料，其特征在于，所述的CL-20与DNI共晶含能材料用作起爆药。

本发明的原理是：喷雾干燥制备微球形共晶含能材料过程中，溶液被二流体喷嘴雾化成小液滴，大量的小液滴与高温气体接触，由于溶剂逐渐挥发，溶质析出最后形成颗粒。干燥阶段主要经历二个阶段，为湿球时候的恒速干燥阶段和干球时候的降速干燥阶段。首先，湿球时候的恒速干燥阶段为小液滴与高温气体接触，液滴表面温度升高，热量逐渐向内部传递，温度径向递减。随着液滴表面温度的升高，当液滴表面蒸汽压达到其溶剂分压时，表面溶剂开始挥发，液滴粒径逐渐减小，溶剂溶度径向升高，溶剂分子向表面扩散。然后，当液滴表面溶质浓度达到一定程度时，溶质析出在液滴表面形成壳体，液滴颗粒的尺寸不再发生变化，干燥过程处于干球时候的降速干燥阶段。由于壳体的形成，溶剂挥发必须穿过壳体，根据壳壁的通透性，溶剂的快速蒸发导致内部溶液张力对壳壁形成压力，从而造成向内部褶皱收缩形成不同形貌。

本发明的有益效果如下：

本发明所述CL-20/DNI共晶含能材料可以通过调整溶液浓度和干燥温度等条件可以控制共晶颗粒形貌、尺寸，优化制备条件得到微纳米球形、尺寸较一致的共晶颗粒，可以明显降低CL-20的机械感度，提高其安全性。

附图说明

图1是本发明制备得到的CL-20/1,4-DNI共晶颗粒SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

步骤一、CL-20与DNI混合溶液的制备

将CL-20与DNI加入溶剂中，使用超声仪超声震荡10～50min，使得CL-20与DNI在溶剂中充分溶解；

步骤二、CL-20与DNI共晶含能材料的制备

将所述CL-20与DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度、旋风流量、进料速率。CL-20与DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与DNI共晶含能材料。

具体的，下面详述本发明CL-20/咪唑共晶含能材料的制备方法的具体实施方式。

实施例1

量取100mL丙酮加入烧杯，加入1.102g CL-20和0.397g 1,4-DNI，放入超声装置超声20min，使CL-20和1,4-DNI完全溶解。将CL-20与1,4-DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度为70℃，旋风速率为0.32m³·min^-1，抽料泵进料速率为460mL·h^-1。CL-20与1,4-DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与1,4-DNI共晶含能材料，得到的共晶含能材料颗粒D₅₀约为510nm。

实施例2

量取50mL乙醇加入烧杯，加入0.483g CL-20和0.174g 1,4-DNI，放入超声装置超声30min，使CL-20和1,4-DNI完全溶解。将CL-20与1,4-DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度为90℃，旋风速率为0.40m³·min^-1，抽料泵进料速率为400mL·h^-1。CL-20与1,4-DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与1,4-DNI共晶含能材料，得到的共晶含能材料颗粒D₅₀约为460nm。

实施例3

量取70mL甲醇加入烧杯，加入0.712gCL-20和0.256g2,4-DNI，放入超声装置超声40min，使CL-20和2,4-DNI完全溶解。将CL-20与2,4-DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度为80℃，旋风速率为0.25m³·min^-1，抽料泵进料速率为420mL·h^-1。CL-20与2,4-DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与2,4-DNI共晶含能材料，得到的共晶含能材料颗粒D₅₀约为530nm。

实施例4

量取乙醇和甲醇各50mL加入烧杯，加入0.756gCL-20和0.271g2,4-DNI，放入超声装置超声30min，使CL-20和2,4-DNI完全溶解。将CL-20与2,4-DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度为100℃，旋风速率为0.30m³·min^-1，抽料泵进料速率为350mL·h^-1。CL-20与2,4-DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与2,4-DNI共晶含能材料，得到的共晶含能材料颗粒D₅₀约为480nm。

实例5

量取丙酮70mL加入烧杯，加入0.724g CL-20和0.268g 1,4-DNI，放入超声装置超声25min，使CL-20和1,4-DNI完全溶解。将CL-20与1,4-DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度为90℃，旋风速率为0.30m³·min^-1，抽料泵进料速率为350mL·h^-1。CL-20与1,4-DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽液泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，在极短时间内干燥得到CL-20与1,4-DNI共晶含能材料，得到的共晶含能材料颗粒D₅₀约为460nm。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤为：

步骤一、CL-20与DNI混合溶液的制备

步骤二、CL-20与DNI共晶含能材料的制备

将CL-20与DNI混合溶液放入喷雾干燥设备，组装并启动喷雾干燥设备，设置干燥温度、旋风流量、抽料泵进料速率；CL-20与DNI混合溶液由料液槽经过滤器后由抽料泵送至喷雾干燥机顶端二流体喷嘴，并被喷成极小的雾状液滴，喷雾与旋风热空气在干燥塔内接触，溶剂迅速蒸发，得到CL-20与DNI共晶含能材料。

2.根据权利要求1所述的CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：所述的DNI是1,4-二硝基咪唑1,4-DNI或2,4-二硝基咪唑2,4-DNI。

3.根据权利要求1所述的CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：所述的溶剂包括丙酮、乙醇、乙酸乙酯、甲醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：步骤二设定干燥温度为70℃～100℃，旋风流量为0.25～0.40m³·min^-1，抽料泵进料速率为350～460mL·h^-1。

5.根据权利要求1所述的CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法，其特征在于：所述的炸药在溶液中的浓度为5mg·mL^-1～35mg·mL^-1。

6.一种CL-20与DNI共晶含能材料，其特征在于：所述的CL-20与DNI共晶含能材料采用权利要求1-5任意一项权利要求所述的CL-20与DNI共晶含能材料的制备方法制备得到。

7.根据权利要求6所述的CL-20与DNI共晶含能材料，其特征在于：所述的共晶炸药是指由CL-20和DNI两种炸药按照1:1摩尔比形成的共晶炸药，且颗粒的粒径处于纳米级。

8.根据权利要求6或7所述的CL-20与DNI共晶含能材料，其特征在于：所述的CL-20与DNI共晶含能材料为CL-20与1,4-DNI共晶含能材料，共晶粒径为300nm～700nm。

9.根据权利要求6或7所述的CL-20与DNI共晶含能材料，其特征在于：所述的CL-20与DNI共晶含能材料为CL-20与2,4-DNI共晶含能材料，共晶粒径为350nm～750nm。

10.一种权利要求6-9任意一项权利要求所述的CL-20与DNI共晶含能材料的用途，其特征在于：所述的CL-20与DNI共晶含能材料用作起爆药。