一種重結(jié)晶tatb的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種重結(jié)晶TATB的方法，其包括如下步驟：（1）于容器中加入原料TATB、反應(yīng)介質(zhì)DMSO和晶形修飾劑；（2）不斷攪拌，升溫使TATB完全溶解，得到黃色透明溶液，保溫；（3）保溫結(jié)束后，調(diào)整攪拌速度，對上述黃色透明溶液進(jìn)行冷卻，當(dāng)溶液溫度降至115-125℃時，加入TATB晶種，養(yǎng)晶，再冷卻至室溫；（4）反應(yīng)結(jié)束后，通過真空抽濾處理分離產(chǎn)物與母液，沉淀通過洗滌干燥制成成品，得到黃色TATB晶體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，其顯著有點：（1）產(chǎn)品TATB的晶形和粒徑分布可控，滿足了不同的應(yīng)用需求；（2）重結(jié)晶的TATB產(chǎn)品純度可達(dá)99.50%以上；（3）反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)操作簡單，結(jié)晶溶劑可以多次使用，而不影響產(chǎn)品品質(zhì)。
【專利說明】
一種重結(jié)晶TATB的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種炸藥的重結(jié)晶方法，特別是將晶形修飾劑和晶種技術(shù)引入冷卻法重結(jié)晶1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)的方法。本發(fā)明涉及一種適合于重結(jié)晶TATB的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TATB是美國能源部目前唯一批準(zhǔn)的單質(zhì)鈍感炸藥，它對光、熱、沖擊波、摩擦和機(jī)械撞擊等外界刺激非常鈍感，是一種優(yōu)良的耐熱炸藥。TATB在混合炸藥、發(fā)射藥、固體推進(jìn)劑及傳爆藥等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用，不同的應(yīng)用對TATB的球形化及粒徑分布有著不同的要求，因此對TATB的重結(jié)晶技術(shù)研究有著重要的實際和理論意義。
[0003]當(dāng)前，國內(nèi)外采用最多的是濃硫酸-水沉淀技術(shù)重結(jié)晶TATB，結(jié)合超聲波破碎、冷凍干燥等技術(shù)，得到不同比表面積的納微米級別的TATB顆粒。這條路線的主要問題包括:
(I)濃硫酸本身的腐蝕性極強(qiáng)。這對生成設(shè)備的防腐提出了較高的要求，增加了工業(yè)生產(chǎn)成本，并且對環(huán)境造成較大污染。(2)產(chǎn)品中硫酸雜質(zhì)含量高。在重結(jié)晶過程中濃硫酸容易被加入到TATB晶體中，影響TATB基炸藥件的性能和武器的可靠性，因此如何去除晶間酸對提高TATB質(zhì)量具有重要意義。(3) TATB粒徑的可調(diào)節(jié)范圍較小。雖然通過控制反應(yīng)條件可以控制顆粒的粒徑分布，但是由于濃硫酸-水沉淀過程晶體析出非?？焖?，TATB晶體生長時間較短，所以一般所得顆粒粒徑都小于10 μ m，不能完全滿足TATB的應(yīng)用。(4)TATB的晶體形貌不可控制。但是對普通TATB的球形化處理可以提高炸藥顆粒的有效堆積密度和流散性，從而提高TATB在PBX裝藥中的固含量，對提高TATB裝藥的能量具有重要意義。
[0004]為了解決上述問題，國內(nèi)外專家提出了冷卻法重結(jié)晶TATB的另一路線。Foltz等人在 Journal of Materials Science，1996，31 (7):1893-1901 中報道了在 115_145°C溫度區(qū)間內(nèi)，稱取適量的亞微米級TATB配成不同溫度下的溶液進(jìn)行重結(jié)晶，通過控制攪拌速度和降溫速度等得到了不同粒徑，不同形貌的TATB。為了得到形狀規(guī)則的TATB晶體，必須采用緩慢冷卻的方式進(jìn)行實驗，重結(jié)晶時，該工藝存在結(jié)晶設(shè)備成本高、冷卻時間長、所得TATB晶體粒徑分布寬等缺點。
[0005]張浩斌等人在Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2012, 37:172-178 中報道說采用冷卻法和溶劑-非溶劑沉淀技術(shù)相結(jié)合，攪拌條件下加熱使TATB溶于二甲亞砜(DMSO)，然后在高溫條件下加水，使晶體部分析出或不析出，然后再降低溫度使其充分析出，可以得到不同粒徑，不同形貌的TATB晶體。但是該工藝中在高溫條件下(145°C)向溶液中加水這一操作存在一定的危險性；且加水析出的晶體形貌與粒徑不易控制，因此該工藝在一定程度上不利于調(diào)控TATB的晶貌與粒徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)的缺點，提供一種反應(yīng)條件溫和、易于操作，而且提高TATB產(chǎn)品純度、有效堆積密度和流散性，得到高品質(zhì)TATB的方法。
[0007]本發(fā)明所述的晶種技術(shù)引入冷卻重結(jié)晶TATB的方法，其包括如下步驟:
(O于容器中加入原料TATB、反應(yīng)介質(zhì)DMSO和晶形修飾劑，其中，晶形修飾劑為吐溫-20 (TW-20)、司盤-85 (SPAN-85)或芐基三乙基氯化銨中任意一種；
(2)不斷攪拌，升溫使TATB完全溶解，得到黃色透明溶液，保溫；
(3)保溫結(jié)束后，調(diào)整攪拌速度，對上述黃色透明溶液進(jìn)行冷卻，當(dāng)溶液溫度降至115-125°C時，加入TATB晶種，養(yǎng)晶，再冷卻至室溫；
(4)反應(yīng)結(jié)束后，通過真空抽濾處理分離產(chǎn)物與母液，沉淀通過洗滌干燥制成成品，得到黃色TATB晶體。
[0008]在本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(I)中原料TATB的質(zhì)量為反應(yīng)介質(zhì)DMSO質(zhì)量的
0.273%-0.455% ;晶形修飾劑的添加量為TATB和DMSO總質(zhì)量的0.100%-0.514%。
[0009]在本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(2)中升溫溫度為115-135°C，保溫0-20 min。
[0010]在本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(3)中攪拌速度為100-600 r/min，冷卻方式為自然冷卻或以I V /min線性冷卻或以I V /min線性冷卻到70_80°C后再自然冷卻；加晶溫度為115-125°C，養(yǎng)晶時間為10-30 min, TATB晶種的加入量與原料TATB的質(zhì)量比為1:30-1:10。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，其顯著有點:(1)產(chǎn)品TATB的晶形和粒徑分布可控，滿足了不同的應(yīng)用需求；(2)重結(jié)晶的TATB產(chǎn)品純度可達(dá)99.50%以上；(3)反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)操作簡單，結(jié)晶溶劑可以多次使用，而不影響產(chǎn)品品質(zhì)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例1，0.496%Tff-20對TATB晶體生長的影響。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例3，0.478%芐基三乙基氯化銨對TATB晶體生長的影響。
[0014]圖3為本發(fā)明實施例5，晶種技術(shù)對TATB晶體生長的影響。
【具體實施方式】
[0015]下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0016]實施例1
在四口燒瓶中加入0.200 g TATB、50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2_3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.82%，DSC分析放熱分解溫度為
378.930C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為10.64 μ m。掃描電鏡SEM顯示TATB晶形比較規(guī)則，表面比較光滑，如圖1所示。
[0017]實施例2
在四口燒瓶中加入0.200 g TATB、50ml DMSO和0.514% SPAN-85，不斷攪拌下油浴加熱至125 °C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)20 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以I °C /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，用乙醇洗滌2_3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.79%，DSC分析放熱分解溫度為379.62°C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為11.38 μ m0掃描電鏡SEM顯示TATB晶形比較規(guī)則，表面比較光滑，粘附少量小晶粒。
[0018]實施例3
在四口燒瓶中加入0.150 g TATB、50ml DMSO和0.478%芐基三乙基氯化銨，不斷攪拌下油浴加熱至115°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以100 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以TC /min降溫至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2_3次后100°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.84%，DSC分析放熱分解溫度為381.96°C。掃描電鏡SEM顯示TATB晶形為比較規(guī)則的片狀，表面比較光滑，如圖2所示。
[0019]實施例4
在四口燒瓶中加入0.250 g TATB、50ml DMSO和0.100% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至135°C，TATB完全溶解后以600 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，自然冷卻至室溫，過濾得TATB，用水洗滌2-3次后120°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.65%，DSC分析放熱分解溫度為378.14°C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為6.39 μ m，粒徑分布狹窄。掃描電鏡SEM顯不TATB晶形復(fù)雜，有大量顆粒和片狀晶形，晶體表面粗糖。
[0020]實施例5
在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至118。。，加入0.01g普通TATB晶種(m (晶種):m (TATB原料)=1:20)，養(yǎng)晶20min，繼續(xù)以rc /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2_3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.84%，DSC分析放熱分解溫度為382.690C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為20.15 μ m，粒徑分布狹窄。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體呈規(guī)則球狀，表面光滑。如圖3所示。
[0021]實施例6
在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至118。。，加入0.020g普通TATB晶種(m (晶種):m (TATB原料)=1:10)，養(yǎng)晶20min，繼續(xù)以rc /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2_3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.85%，DSC分析放熱分解溫度為382.840C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為23.46 μ m，粒徑分布狹窄。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體呈規(guī)則球狀，表面光滑。
[0022]實施例7
在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至118°C，加入0.007g普通TATB晶種(m (晶種):m(TATB原料)=1:30)，養(yǎng)晶20min，繼續(xù)以rc /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2_3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.81%，DSC分析放熱分解溫度為381.370C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為14.02 μ m，粒徑分布狹窄。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體呈規(guī)則球狀，表面光滑。
[0023]實施例8 在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至118。。，加入0.0lOg研磨過的TATB晶種(m(晶種):m(TATB原料)=1:20)，養(yǎng)晶20min，繼續(xù)以1°C /min降溫至75°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2-3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.83%，DSC分析放熱分解溫度為382.730C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為20.92 μ m，粒徑分布比較寬。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體呈規(guī)則球狀，表面光滑。
[0024]實施例9
在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，加入0.0lOg普通TATB晶種(m(晶種):m(TATB原料)=1:20)，養(yǎng)晶30min，以I °C /min降溫至700C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2-3次后110°C干燥得到TATB產(chǎn)品。高效液相色譜分析TATB純度為99.80%，DSC分析放熱分解溫度為382.58°C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為19.87 μ m，粒徑分布狹窄。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體呈規(guī)則球狀，表面缺陷較多。
[0025]實施例10
在四口燒瓶中加入0.200g TATB,50ml DMSO和0.496% TW-20，不斷攪拌下油浴加熱至125°C，TATB完全溶解，保溫反應(yīng)10 min，保溫結(jié)束后以300 r/min轉(zhuǎn)速不斷攪拌，以1°C /min降溫至115。。，加入0.0lOg普通TATB晶種(m (晶種):m (TATB原料)=1:20)，養(yǎng)晶1min,以1°C /min降溫至80°C，然后自然冷卻至室溫，過濾得TATB，依次用水、乙醇洗滌2-3次，110°C干燥后得到TATB。高效液相色譜分析TATB純度為99.79%，DSC分析放熱分解溫度為
379.01 °C。微米粒度測試儀測定TATB粒徑為9.93 μ m。掃描電鏡SEM顯示TATB晶體比較規(guī)則，表面光滑。
【主權(quán)項】
1.一種重結(jié)晶TATB的方法，其特征在于，包括如下步驟: (O于容器中加入原料TATB、反應(yīng)介質(zhì)DMSO和晶形修飾劑，其中，晶形修飾劑為吐溫-20、司盤-85或芐基三乙基氯化銨中任意一種； (2)不斷攪拌，升溫使TATB完全溶解，得到黃色透明溶液，保溫； (3)保溫結(jié)束后，調(diào)整攪拌速度，對上述黃色透明溶液進(jìn)行冷卻，當(dāng)溶液溫度降至115-125°C時，加入TATB晶種，養(yǎng)晶，再冷卻至室溫； (4)反應(yīng)結(jié)束后，通過真空抽濾處理分離產(chǎn)物與母液，沉淀通過洗滌干燥制成成品，得到黃色TATB晶體。2.如權(quán)利要求1所述的重結(jié)晶TATB的方法，其特征在于，步驟(I)中，TATB的質(zhì)量為反應(yīng)介質(zhì)DMSO質(zhì)量的0.273%-0.455% ；晶形修飾劑的添加量為TATB和DMSO總質(zhì)量的0.100%-0.514%O3.如權(quán)利要求1所述的重結(jié)晶TATB的方法，其特征在于，步驟(2)中，升溫溫度為115-135°C，保溫 0-20 min。4.如權(quán)利要求1所述的重結(jié)晶TATB的方法，其特征在于，步驟(3)中，攪拌速度為100-600 r/min，冷卻方式為自然冷卻或以I °C/min線性冷卻或以I °C/min線性冷卻到70-80°C后再自然冷卻；養(yǎng)晶時間為10-30 min,TATB晶種的加入量與步驟(I)中原料TATB的質(zhì)量比為1:30-1:10。
【文檔編號】C07C211/52GK105985249SQ201510095499
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月3日
【發(fā)明人】李斌棟, 陳磊, 常婷, 葛立波
【申請人】南京理工大學(xué)