[发明专利]一种球形单晶3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮及其制备方法

说明书

本发明涉及一种球形单晶3‑硝基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮及其制备方法，属于单质炸药晶体质量控制领域。精细调控降温结晶工艺过程制备高品质NTO球形单晶；该方法制备得到NTO球形单晶的晶胞参数为β＝106.61°，与α晶型晶体结构相吻合，密度达到1.941g/cm³(100K)，孔隙率低于0.3％，化学纯度大于99.5％。本发明的一种高品质NTO球形单晶的制备方法，在水系溶剂体系中通过控制温度、降温速率和搅拌速率，以达到调控NTO晶体质量的目的，整个过程操作简单，无需外加精密设备，反应条件温和、安全可靠、绿色高效。

技术领域

本发明涉及一种球形单晶3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮及其制备方法，属于单质炸药晶体质量控制领域。

背景技术

武器装备的高精尖发展对单质炸药毁伤威力、操作性和战场生存能力与安全性提出了越来越高的要求，单质炸药的晶体质量控制是提高单质炸药综合性能的重要突破点。

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(3-nitro-1,2,4-triazol-5-one，NTO)是一种高能钝感单质炸药，直接由TO硝化反应制得的NTO结晶为锯齿状类杆形晶体，易聚集，对冲击波敏感，应用于混合炸药中时，混合炸药装药成型性能差，装药密度小，固含量降低，限制了NTO在混合炸药中的应用。现有技术采用快速冷却手段使棒状细小结构的NTO颗粒紧密团聚得到类球形NTO聚晶，可以实现粒度和球形化控制，撞击感度降低至20％，摩擦感度降低至16％，使装药时黏度降低，装药载量提高。相比聚晶而言，单晶体的内部缺陷和杂质更少，晶体纯度更高，晶体力学性能好，晶体受到外界机械力后反应热点减少，安全性可以有效改善。国内外火炸药研究者们制备出了类球形CL-20、HMX和RDX单晶，而目前制备的NTO晶体均为聚晶。因此，高品质NTO球形单晶的制备成为本领域技术人员丞待解决的难题。

类球形NTO的制备及其表征一文(含能材料,2005,13(z1):4-6)中在快速降温和高速搅拌等条件下制备得到类球形NTO，由球形化粒子的扫描电镜(SEM)图片可见，此类球形NTO由直径大约数微米的棒状细小结构紧密团聚而成。

球形化NTO晶体的制备及机械感度研究一文(化学推进剂与高分子材料,2019,17(02):23-26)中在表面活性剂聚乙烯醇的作用下通过升温和快速降温得到球形NTO，由SEM图片可见，聚乙烯醇含量为0.001％～0.01％时制备的球形NTO表面光滑，棱角少，是聚乙烯醇包覆于NTO表面制备得到球形NTO。

专利一种高晶体密度球形化NTO晶体及制备方法(CN201510673200.8)公开了一种高晶体密度球形化NTO晶体及其制备方法，降温结晶形成的球形NTO在低倍电子显微镜下显示为小晶体团聚而成的球形聚晶。

专利一种球形NTO晶体及其制备方法(CN202111613994.0)公开了一种通过限定降温过程中溶剂种类、饱和溶液温度、降温速率和搅拌速率的参数制备得到球形的NTO晶体，由所提供的SEM可知其为小晶体团聚而成的聚晶。

上述专利对NTO晶体的制备进行了研究，通过对降温结晶工艺条件进行调整，获得了不同尺寸的NTO球形聚晶，但是由于NTO晶体的特殊性，均没有得到高品质的NTO球形单晶。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的NTO重结晶所得NTO为聚晶、形貌差、缺陷含量较多的问题，提供一种球形单晶3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮及其制备方法。精细调控降温结晶工艺过程制备高品质NTO球形单晶；该方法制备得到NTO球形单晶的晶胞参数为β＝106.61°，与α晶型晶体结构相吻合，密度达到1.941g/cm³(100K)，孔隙率低于0.3％，化学纯度大于99.5％，偏光显微镜下观察具有明显的黑十字消光现象，为典型的球晶，长径比小于1.1，撞击感度达到20-28％，摩擦感度达到8-12％，热分解活化能达到393.7kJ/mol，弹性模量达到20MPa。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：