CN1242759A

CN1242759A - 六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物和包含它们的炸药组合物

Info

Publication number: CN1242759A
Application number: CN98801537.4A
Authority: CN
Inventors: 马崎运
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2000-01-26
Also published as: JP2770018B1; US6206988B1; EP0968983A4; DE69816046T2; JP2000154084A; AU6747798A; EP0968983B1; WO1999026900A1; DE69816046D1; EP0968983A1; RU2199512C2; IL130093A0

Abstract

本发明涉及包括六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和一种或多种由特定通式表示的氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物。通过在不降低燃烧性能和爆轰性能的条件下降低感度,可提高包括含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物的炸药组合物的操作安全性能。

Description

六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物和包含它们的炸药组合物

技术领域

本发明涉及包含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃(hexanitro-hexaazaisowurtzitane)作为主要成分的组合物和包括含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物的炸药组合物。本发明组合物不但具有良好的着火性能、燃烧性能、爆轰性能等，而且具有能够提高操作安全性的钝感性能。

背景技术

炸药材料可分为用于爆破等的炸药和能够在没有外部提供空气或氧气条件下燃烧放出气体和热的燃烧组合物。一般地，炸药实例包括含硝化甘油的硝化甘油炸药，由硝酸铵与燃料油混合制得的ANFO，通过用聚合物粘合剂粘结六素精(hexogen，RDX)或八素精(octogen，HMX)制得的PBX(塑料粘结炸药)，以及包含三硝基甲苯、RDX或HMX作为主要成分的炸药。这些组合物可通过雷管或引信容易地爆炸。另一方面，燃烧组合物的实例包括火炮发射药(difficult-to-detonate gun)和火箭推进剂，它们是通过将固体氧化剂(如高氯酸铵、硝酸铵、HMX、RDX等)与聚合物粘合剂、硝化纤维等混合制得。到目前为止，为了改进这些推进剂的性能，人们一直在寻求和研制每单位重量或体积内具有高能密度的材料。达到这一目的的一种手段是利用高能量密度材料，如六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、六硝基六氮杂金刚烷、八硝基cubene等。实例可参见1989年7月25日的高能材料夏季会议论文集第228和229页，在USDOD(美国国防部)编辑的“关键技术计划”中公开的CL-20(在1992年2月出版的“防卫技术杂志(Defense Technology Journal)”中提及过)是六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃。根据该论文，六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的密度为1.98，爆轰压力为432Kbar，能量密度为455cal/cm³。由此可见，与HMX(密度：1.90，爆轰压力：391Kbar，能量密度：109cal/cm³)相比，六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的密度大约高4％，爆轰压力大约高10％，能量密度大约为4.2倍，其性能优于任何其它传统的炸药材料。

在一般生产条件下，六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的感度几乎与HMX相等，但在某些结晶形式下却要高于HMX，因此在操作时应该小心。人们试图通过使用惰性增塑剂降低感度，然而仍存在一些问题，如由于互不相容，使得六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃与惰性增塑剂分离；以及由于增塑剂的惰性，使得性能下降，所述性能包括着火性能、燃烧性能、爆轰性能等。

因此，本发明目的在于提供炸药组合物，通过选择与六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃具有优良相容性的增塑剂，所述组合物可在不降低着火性、燃烧性、爆轰性等性能的条件下提高操作安全性，同时感度降低。

发明公开

作为为解决上述问题而进行集中研究的结果，本发明人基于以下发现完成了本发明：通过将六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃与多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物(六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃衍生的氧杂化合物)混合，可在不降低着火性、燃烧性、爆轰性等性能的条件下获得操作感度更安全的六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物；由于六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃与多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的骨架结构相似，所以它们之间的相容性很好。氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物可由下式(1)至(5)表示：

因此，本发明提供了含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的组合物，该组合物可通过将六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃与多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和一种或多种由式(1)至(5)表示的氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物混合而制得。多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的含量为0.1至5％(重量)，氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含量为0.01至0.5％(重量)。多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃包括二硝基四乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、三硝基三乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、四硝基二乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和五硝基一乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃，为了制备所述含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的组合物，它们可单独使用或以两种或多种混合物形式使用。

进一步地，本发明提供了一种炸药组合物，该炸药组合物通过将常规炸药或该常规炸药的爆炸成分与上述含六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的组合物混合制得。为了预防组合物性能降低，如使组合物的爆轰速度降低范围降至百分之几或更低，多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的含量应当优选0.1至5％(重量)，氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含量应当优选0.01至1.0％(重量)。如果多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的含量高于5％(重量)或氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含量高于1.0％(重量)，那么炸药组合物的性能将会不利地降低。

如果多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的含量低于0.1％(重量)，那么组合物的操作感度将会不利地增加。如果氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含量低于0.01％(重量)，那么其操作感度也将增加。更优选地，多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃的含量为0.2至2％(重量)，氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的含量为0.01至0.2％(重量)。

多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃包括二硝基四乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、三硝基三乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、四硝基二乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和五硝基一乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃，它们可优选地单独或以两种或多种混合物形式使用。

通过利用包含多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物的炸药组合物全部或部分地替代常规炸药，可改进常规炸药的性能。

所使用的常规炸药的典型实例包括：三硝基甲苯(TNT)、三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、由RDX或HMX与所述炸药熔融混合得到的炸药组合物以及由RDX或HMX与聚合物粘结剂粘合制得的所谓PBX炸药。用作火炮发射药或火箭推进剂的常规炸药的典型实例包括：通过用聚合物粘合剂粘结固体氧化剂得到的固体组合物，所述固体氧化剂包括高氯酸铵、硝酸铵、HMX、RDX等；以及由高能固体材料与硝化纤维和硝化甘油的混合物混合得到的组合物，所述高能固体材料包括HMX、RDX、硝基胍等。

利用本发明炸药组合物全部或部分替代这些固体氧化剂或高能固体材料可得到操作感度水平比常规炸药更安全或与其相当且性能改进的炸药。

本发明炸药组合物与常规炸药的掺混可使用粘合剂进行。所述粘合剂可包括羟基封端或不含羟基端基的化合物。粘合剂的选择取决于炸药的应用目的和炸药的使用条件。

可用作本发明粘结剂的羟基封端的化合物实例包括惰性化合物，如羟基封端的聚丁二烯、聚丙二醇等；以及含一个或多个硝酸基或叠氮基的聚醚，如硝酸基甲基氧杂环丁烷和二叠氮基甲基氧杂环丁烷的共聚物。这些化合物由与异氰酸酯(如异佛尔酮二异氰酸酯等)反应形成的尿烷键合而固化。

可优选用作粘合剂的不含羟基端基的化合物实例为热塑性聚合物，包括粉状聚丙烯或纤维素酯聚合物，如硝化纤维、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素等。

当本发明炸药组合物与粘合剂混合时，所述组合物的含量优选为55至95％(重量)。例如，如果炸药组合物的含量低于55％(重量)，那么当组合物与羟基封端的聚丁二烯掺混时，不可能得到均匀的分散体，这是因为组合物在固化过程中因重力而沉淀。如果炸药组合物的含量高于95％(重量)，那么组合物和粘合剂的掺混物不能被模制成所需的形状，这是因为组合物与粘合剂的混合很差。

实施本发明的最佳方式

参照下列实施例和对比实施例，更详细地描述本发明。实施例1

将由98％(重量)六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、1.9％(重量)五硝基一乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和0.1％(重量)由式(5)表示的4，10-二硝基-2，6，8，12-四氧杂-4，10-二氮杂四环[5.5.0.0^6.9.0^3.11]十二烷(TEX)组成的炸药组合物与粘合剂掺混，粘合剂包含在其两端均具有羟基的二叠氮基甲基氧杂环丁烷-硝酸基甲基氧杂环丁烷共聚物(BAMO-NMMO)作为主要成分，组合物：粘合剂的重量比例为90∶10。每100％(重量)的粘合剂包含75％(重量)BAMO-NMMO、8.84％(重量)作为固化剂的异佛尔酮二异氰酸酯、1.16％(重量)作为交联剂的三羟甲基丙烷和15％(重量)作为增塑剂的己二酸二辛基酯。

上述组分在混合机中于50℃下掺混大约30分钟。所得掺混物装入内径为30mm、长度为200mm的不锈钢管中。根据炸药手册中描述的离子间隙(ion gap)方法测定所模制的掺混物的爆轰速度，结果发现掺混物的爆轰速度大约为8,820m/s。接着将模制掺混物研磨成可通过10目筛的颗粒；根据《炸药协会标准》中描述的方法ES-21(1)，测定其落锤感度。结果表明该颗粒的落锤感度为1至6感度等级中的6级。实施例2

在捏合机中，将76％(重量)由98％(重量)六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、1.9％(重量)五硝基一乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和0.1％(重量)TEX组成的炸药组合物，12％(重量)作为粘合剂的乙酸丁酸纤维素，4％(重量)作为另一粘合剂的硝化纤维，7.6％(重量)作为增塑剂的柠檬酸乙酰基三乙基酯和0.4％(重量)作为稳定剂的乙基中定剂与乙酸乙酯-乙醇溶液(由重量比为60∶40的乙酸乙酯和乙醇组成)混合，直至得到均匀的掺混物。利用溶剂挤出机，将掺混物在加压下挤出，切割成所谓的七孔颗粒，每个颗粒为外径为大约4mm、长度为大约10mm的圆柱。每个颗粒具有7个孔，每个孔的直径为0.3mm。颗粒在大约50℃下干燥10天，直至其溶剂含量降至每100％(重量)的颗粒为0.5％(重量)或更低。将干燥颗粒置于密闭弹型试验装置中，测定其最大燃烧压力。将所得最大燃烧压力转变成动量值，该值为1,070J/g。利用落锤试验装置测定颗粒表明其落锤感度为等级中的6级。对比实施例1

根据实施例1描述的相同方法，由掺混物制备模制品和其研磨颗粒，所述掺混物包含90％(重量)由99.5％(重量)六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和0.5％(重量)TEX组成的炸药组合物和10％(重量)含BAMO/NMMO的粘合剂，所述粘合剂的组成与实施例1中所使用的粘合剂组成相同。

利用与实施例1描述的相同方法测定模制品的结果表明其爆轰速度大约为8,840m/s，而其颗粒的落锤感度为等级中的5级。对比实施例2

根据实施例2中描述的相同方法，利用90％(重量)由99.5％(重量)六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和0.5％(重量)TEX组成的炸药组合物和包括粘合剂及其它成分的与实施例2中所使用的相同成分，制备颗粒。

根据实施例2中描述的相同方法，利用密闭弹型试验装置，测定所述颗粒的最大燃烧压力，结果表明其动量值为1,075J/g。利用落锤试验装置进行的颗粒测定表明颗粒的落锤感度为等级中的5级。

工业适用性

本发明炸药组合物可用作火箭推进剂、炸药及其它需要比常规炸药更安全的类似应用中的组分，同时能够保持高性能。

Claims

1.一种六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物，该组合物包含0.1至5％(重量)的多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和0.01至1.0％(重量)一种或多种由下式(1)至(5)表示的氧杂异纤锌矿型结构烷烃化合物(由六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃衍生的氧杂化合物)：

2.根据权利要求1的六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物，其中所述组合物包含一种或多种多硝基多乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃，后者包括二硝基四乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、三硝基三乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃、四硝基二乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃和五硝基一乙酰基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃。

3.一种炸药组合物，该组合物含有权利要求1所述的六硝基六氮杂异纤锌矿型结构烷烃组合物。

4.一种炸药组合物，该组合物含有权利要求3所述的炸药组合物和粘合剂。

5.根据权利要求4的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种含羟基端基的化合物。

6.根据权利要求5的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种含羟基端基的化合物如羟基封端的聚丁二烯和聚丙二醇。

7.根据权利要求5的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种含羟基端基的聚醚，所述聚醚包含一个或多个硝酸基或叠氮基。

8.根据权利要求4的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种不含羟基端基的化合物。

9.根据权利要求8的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种不含羟基端基的化合物如热塑性聚合物。

10.根据权利要求8的炸药组合物，其中粘合剂包括一种或多种选自硝化纤维素、乙酸丁酸纤维素和乙酸丙酸纤维素的粘合剂。

11.根据权利要求4的炸药组合物，其中如权利要求1或2定义的炸药组合物的含量为55至95％(重量)。