[發明專利]一種高能量密度材料及其合成方法

有效

• 申請號: 201710170397.2
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106892933B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 張慶華;張文全;鄧沐聰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;C07D498/04;C06B49/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉興亮;吳瑞芳

本發明公開了一種高能量密度材料的合成方法，包括如下步驟：a)[2,2’?聯(1,3,4?噁二唑)]?5,5’?二胺的制備：將草酰二肼和碳酸氫鉀加入溶劑中攪拌，分批次加入溴化氰，保持10h～2天；向反應中加入水并繼續攪拌，過濾，水洗，干燥后得到；b)[2,2’?聯(1,3,4?噁二唑)]?5,5’?二硝胺的制備：將[2,2’?聯(1,3,4?噁二唑)]?5,5’?二胺在硝化體系中發生硝化反應，得到[2,2’?聯(1,3,4?噁二唑)]?5,5’?二硝胺。本發明還提供了高能量密度材料。本發明以草酰二肼為原料，開發出一種具有成本低、反應溫和、操作簡單的高能量密度材料的合成方法。

技術領域

本發明屬于含能材料合成領域，具體涉及一種新型高能量密度材料及其合成方法。

背景技術

現代武器要求含能材料具有盡可能高能量，最近幾十年高能量密度的合成已經成為含能材料領域的重要內容。事實上密度是高能量密度材料最重要的性質之一，密度的高低直接影響含能材料能量水平的高低，因為含能材料的爆速隨著密度的增大而增加，爆壓甚至與密度的平方成正比。然而目前開發密度達到2.0g/cm³的炸藥是一個極大的挑戰，到目前為止只有少數幾例報道密度超過2.0g/cm³的炸藥。但是考慮到能量水平、安全性、生產成本、生產工藝、環境相容性等綜合因素，真正有實用價值的例子更顯稀少。例如六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)的晶型密度達到2.035g/cm³但是該單質炸藥存在轉晶的問題，且生產成本高，工藝復雜；四硝基甘脲密度達到2.03g/cm³，但是極易水解的問題限制了其實用性；七硝基立方烷密度達到2.03g/cm³，然而極度復雜的合成工藝對其應用造成障礙。因此開發工藝簡單、成本低、綜合性能優異的密度高達2.0g/cm³左右的新型炸藥，在國防軍工領域有著極其重要的意義。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種方法簡單、成本低的高能量密度材料的合成方法。

本發明是這樣實現的：

一種高能量密度材料的合成方法，包括如下步驟：

a)[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二胺的制備

在-20～50℃條件下，將草酰二肼(I)和碳酸氫鉀加入溶劑中攪拌，分批次加入溴化氰，加完后控制反應體系溫度為-20～50℃中的一個固定溫度，保持10h～2天。向反應中加入水并繼續攪拌2h～6h，過濾并用少量水洗，干燥后得到[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二胺(II)。

步驟a)的反應選擇的溶劑為甲醇、乙醇、乙腈、四氫呋喃、二氯甲烷、甲苯、水中的任意一種，草酰二肼與溴化氰、碳酸氫鉀的摩爾比為1：(2～10)：(2～10)；

反應中加入的水與溶劑的體積比為(1～10)：1。

步驟a)的碳酸氫鉀也可以用相同摩爾數的碳酸氫鈉代替；

b)[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二硝胺的制備

將[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二胺(II)在硝化體系中發生硝化反應，得到[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二硝胺(ICM-101)，具體步驟為：

將[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二胺(II)緩慢加入硝化體系中攪拌，加完后反應體系升溫至10～80℃,保持3h～38h。降至室溫后傾入冰中，萃取、洗滌、干燥、蒸干溶劑后得到[2,2’-聯(1,3,4-噁二唑)]-5,5’-二硝胺(ICM-101)。