一種高晶體密度球形化nto晶體及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及含能晶體材料領域，更具體地，涉及一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體及制備方法。
【背景技術】
[0002]3-硝基-1，2, 4-三卩坐-5-酮(3_nitro-l，2, 4-triazol-5_one，ΝΤΟ)，是由 Manchot和Loll在1905年率先合成出來的，但直到1983年才由美國的Los Alamos實驗室將其開發成含能材料。隨著對高能低感單質炸藥的重視，ΝΤ0慢慢成為研究者們關注的熱點之一。ΝΤ0密度高達1.93g/cm3，據報道，它爆轟能量接近于黑索今(RDX)，感度近似于三氨基三硝基苯(TATB)，是一種很有應用前景的高能低感單質炸藥。直接由反應制得的ΝΤ0結晶為典型的鋸齒狀的類桿狀晶形，且易于聚集，會導致ΝΤ0結晶對突然的沖擊敏感。
[0003]ΝΤ0應用于混合炸藥中時，鋸齒狀的類桿狀結晶會影響混合炸藥裝藥，使混合炸藥裝藥成型性能差，裝藥密度小，固含量降低，在應用上受到很大的限制。而且直接合成由母液過濾出來的ΝΤ0產品帶有酸性，這會使炸藥的相容性變差，影響炸藥或武器的存儲年限。因此，對ΝΤ0進行重結晶處理，改善ΝΤ0晶體的形貌、提高ΝΤ0產品純度和降低ΝΤ0的酸性對推動ΝΤ0在武器裝備中的實際應用、提高武器裝備安全性具有重要意義。
[0004]美國專利USH000990指出將ΝΤ0溶于70°C DMS0溶液，通過專用噴嘴將ΝΤ0的DMS0溶液注入到室溫下二氯甲烷溶液中制得0.4?0.7_類球形ΝΤ0晶體，現有技術中直接合成出的ΝΤ0晶體因粒度、形貌等原因不能直接應用。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術中出現的問題，本發明提供了一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體及制備方法。本發明通過調節溶劑配比、溶液濃度、降溫速率和攪拌速率，以達到控制晶體形貌和粒度分布的目的。該晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體，所述晶體中ΝΤ0含量多99.9%，所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90 ;所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μ m。
[0007]本發明還提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0008](1)將ΝΤ0和溶劑加入反應釜內進行充分溶解，反應釜溫度為40?80°C ；
[0009](2)邊攪拌邊降低反應釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；
[0010](3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時；
[0011](4)過濾、干燥、稱重。
[0012]本發明通過調節溶劑配比、溶液濃度、降溫速率和攪拌速率，以達到控制晶體形貌和粒度分布的目的。本發明具有操作簡單，溶劑用量少，反應條件溫和，安全可靠，綠色高效等優點。本發明制備的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體作為級配用顆粒可以用于澆注炸藥、壓裝炸藥、傳爆藥、火工藥劑等混合藥中，以提高能量輸出。
[0013]本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0014]圖1為根據本發明一種【具體實施方式】制得的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0015]本發明提供一種高晶體密度球形化ΝΤ0晶體，所述晶體中ΝΤ0含量多99.9%，所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μm0所述晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0016]本發明還提供了所述高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0017](1)將ΝΤ0和溶劑加入反應釜內進行充分溶解，反應釜溫度為40?80°C ；
[0018](2)邊攪拌邊降低反應釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；
[0019](3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時；
[0020](4)過濾、干燥、稱重。
[0021]本發明對于反應釜的加熱方式沒有特別的限制，能夠起到加熱反應釜內物質的作用即可。優選地，可在反應釜外設置夾套，夾套內通入熱水用于加熱反應釜。
[0022]優選地，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一種。進一步優選地，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少兩種。
[0023]更優選地，所述溶劑為體積比為1:1.0?5.0的無水乙醇與氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的氮甲基吡咯燒酮和水的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的二甲基亞砜和水的混合溶液。
[0024]所述低溫攪拌的溫度優選為0°C，特別是如果溶劑含水，即在0°C進行低溫攪拌。
[0025]優選地，所述ΝΤ0的用量使得ΝΤ0和溶劑形成的溶液的濃度為0.05g/ml?0.5g/ml，進一步優選為 0.05g/ml ?0.2g/ml。
[0026]優選地，步驟⑴中的反應爸溫度為40?60°C。
[0027]優選地，步驟(2)中，攪拌速率為70?500轉/分鐘；進一步優選為100-400轉/分鐘。
[0028]優選地，所述反應爸降溫速率為2°C /min?10°C /min，進一步優選為4°C /min?10°C /min。
[0029]本領域技術人員能判斷ΝΤ0晶體的析出程度。一般地，降溫至0°C即可實現完全析出。
[0030]通過步驟(3)的低溫攪拌，能夠使結晶出來的ΝΤ0晶體具有更高的球形度，攪拌時間優選為1-2小時。
[0031]更優選地，所述反應釜降溫方式為內循環外循環同步降溫。降溫設備優選蛇形管和夾套配合，蛇形管位于反應釜內，為了增大傳熱面積，提高降溫速率，將蛇形管設計為含有內圈與外圈的雙層蛇形管。蛇形管內的冷卻液與夾套內的水浴配合為反應釜降溫。
[0032]在上述優選范圍的條件下，能夠獲得更好的晶體形貌和粒度分布。
[0033]本發明的制備方法在結晶過程中，不需要添加晶種，除了溶劑之外，不需要任何添加劑。
[0034]在本發明中，反應原料均為市售品。下面將更詳細地描述本發明的優選實施方式。
[0035]實施例1
[0036]將500克ΝΤ0、3L氮甲基吡咯烷酮和7L無水乙醇加入到20L反應釜中，反應釜處于40 V恒溫水浴中。開啟攪拌器，攪拌速率為300rpm，同時控制降溫裝置向反應釜夾套中循環冷卻液，降溫速率為5°C /min。反應釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h0過濾、干燥，稱重。晶體重量約為420克，得率為84%。經實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.922g/cm3，晶體短長軸比0.95 ;晶體的中位粒徑為180 μ m，粒度分布窄。圖1為實施例1制得的高晶體密度球形化ΝΤ0晶體的電子顯微鏡照片，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0037]實施例2
[0038]將1000克NT0、3.1L氮甲基吡咯烷酮和9.3L蒸餾水加入到20L反應釜中，反應釜處于50°C恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為200rpm，同時控制降溫裝置向反應釜夾套中循環冷卻液，降溫速率為6°C /min。反應釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為780克，得率為78%。經實驗測定，ΝΤ0含量^ 99.9%，晶體密度1.92g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為150 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0039]實施例3
[0040]將1000克NT0、4L氮甲基吡咯烷酮和6L蒸餾水加入到20L反應釜中，反應釜處于60 V恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為400rpm，同時控制降溫裝置向反應釜夾套中循環冷卻液，降溫速率為4°C /min。反應釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為880克，得率為88%。經實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.925g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為150 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0041]實施例4
[0042]將1000克NT0、5L 二甲基亞砜和5L蒸餾水加入到20L反應釜中，反應釜處于70 °C恒溫水浴。開啟攪拌器，攪拌速率為300rpm，同時控制降溫裝置向反應釜夾套中循環冷卻液，降溫速率為6°C/min。反應釜中溶液溫度降到0°C時停止降溫，保溫攪拌，時間為2h。過濾、干燥，稱重。晶體重量約為800克，得率為80%。經實驗測定，ΝΤ0含量彡99.9%，晶體密度1.918g/cm3，晶體短長軸比0.90 ;晶體的中位粒徑為120 μ m，粒度分布窄。外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
[0043]以上已經描述了本發明的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。
【主權項】
1.一種高晶體密度球形化ΝΤΟ晶體，其特征在于，所述晶體中ΝΤΟ含量多99.9%,所述晶體密度多1.92g/cm3，所述晶體短長軸比多0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150?200 μ??ο2.一種高晶體密度球形化ΝΤΟ晶體的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)將ΝΤΟ和溶劑加入反應釜內進行充分溶解，反應釜溫度為40?80°C； (2)邊攪拌邊降低反應釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長； (3)待晶體完全析出后，低溫-5?0°C攪拌1-5小時； (4)過濾、干燥、稱重。3.根據權利要求2所述的制備方法，其中，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少一種。4.根據權利要求3所述的制備方法，其中，步驟(1)中的溶劑為無水乙醇、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮和水中的至少兩種。5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述溶劑為體積比為1:1.0?5.0的無水乙醇與氮甲基吡咯烷酮的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的氮甲基吡咯烷酮和水的混合溶液、或體積比為1:1.0?5.0的二甲基亞砜和水的混合溶液。6.根據權利要求2所述的方法，其中，所述ΝΤΟ的用量使得ΝΤΟ和溶劑形成的溶液的濃度為 0.05g/ml ?0.5g/ml。7.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(1)中的反應釜溫度為40?60°C。8.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(2)中，攪拌速率為70?500轉/分鐘。9.根據權利要求2-8中任意一項所述的方法，其中，所述反應釜降溫速率為2°C/min ?10°C /min。10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述反應釜降溫方式為內循環外循環同步降溫。
【專利摘要】本發明提供一種高晶體密度球形化NTO晶體及其制備方法，所述晶體中NTO含量≥99.9％，所述晶體密度≥1.92g/cm3，所述晶體短長軸比≥0.90，所述晶體的中位粒徑范圍為150～200μm。所述高晶體密度球形化NTO晶體的制備方法，包括如下步驟：(1)將NTO和溶劑加入反應釜內進行充分溶解，反應釜溫度為40～80℃；(2)邊攪拌邊降低反應釜溫度，形成過飽和溶液后晶核生成并成長；(3)待晶體完全析出后，低溫﹣5～0℃攪拌1-5小時；(4)過濾、干燥、稱重。所述晶體粒度分布窄，外觀觀測晶體球形度高，表面光滑，晶面無裂紋。
【IPC分類】C30B29/54, C30B7/08
【公開號】CN105274625
【申請號】CN201510673200
【發明人】郭學永, 盧佳驥, 焦清介, 張靜元, 張樸, 崔超, 張洪壘, 李航
【申請人】北京理工大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月16日