一种双钙钛矿结构的起爆药及其合成方法

技术领域

本发明涉及起爆药领域，尤其涉及一种双钙钛矿结构的起爆药及其合成方法。

背景技术

起爆药是一类在较弱刺激下(如光、电、热、力、磁等)即可迅速燃烧并转变成爆轰的敏感炸药。起爆药的快速转爆轰性能可以保证各类民用和军用火工品的使用可靠性，因而其广泛装填于各类火工品当中，用以确保顺利完成延期、分离、抛射、切割、传爆、瞬时热量供应、遥测开关的开闭和遥控、诱饵抛射、座舱弹射以及导弹武器的自毁等各种预定动作。至今，起爆药的发展已有近400年的历史，前后报道近百种起爆药。总体上，可以分为金属盐类、配合物类、高氯酸根离子盐类、有机物等四大类。自1628年雷汞用作起爆药以来，开发出了在军用火工品和民爆器材上使用的叠氮化铅(LA)、斯蒂芬酸铅(LS)、四氮烯、二硝基重氮酚(DDNP)等单质起爆药，近年来为了推进行业的安全和高质量发展又开发出了在民爆行业定型使用的硝酸肼镍(NHN)和高氯酸三碳酰肼合锌(GTX)两类新型起爆药。

民爆器材行业被称为“能源工业的能源，基础工业的基础”，包含了工业炸药、震源药柱、起爆药柱、工业雷管、塑料导爆管、导火索、导爆索和聚能射孔弹等8大类400多种产品，被广泛用于煤炭、冶金等采矿、建材开采、机械加工、水电工程、农村基础设施及城市建设和国防施工等多个国民经济领域。这其中，用于引爆炸药的工业雷管从功能性和产品数量(年产十亿发次)方面而言在民爆器材领域具有基础性产品的地位。而在工业雷管的结构中，起爆药是其发火序列结构中的前端药剂，早期时候国内主要采用雷汞(MF)药剂，但因其较弱的起爆能力、极高的毒性和低的本征安全性而逐步被综合性能更优异的叠氮化铅(LA)所取代，但随着环境、健康、成本、安全等各方面的压力增加，逐步发展到了使用成本低廉、起爆能力较好、技术成熟的有机起爆药二硝基重氮酚(DDNP)，但DDNP由于初始原料苦味酸供应链短缺以及极为严重的废水污染问题，近年已经被行业要求强制停产。在此期前北京理工大学和南京理工大学已分别开发出了DDNP的替代药剂GTX和NHN。

GTX的分子结构为[Zn(CHZ)3]ClO4，其中的高氯酸根离子在爆轰之后会产生HCl，而HCl分子会加重酸雨的危害，造成土壤、水源的污染，同时对生命体的健康造成直接威胁；另一方面，从制备工艺角度来看，在GTX的合成过程中会使用高氯酸来制备高氯酸锌，高氯酸的酸性和氧化性极强，为工艺过程带来了极大的安全风险；另外，高氯酸锌的合成过程会产生大量的气体，也是不易控制的风险因素；而且，GTX的合成须在60℃左右的高温下进行，同时需要严格控制物料混合速度，造成了工艺的能源消耗大、操作难度高、安全风险大。

另外的，NHN的分子结构为Ni(N2H4)3(NO3)2，其中的镍离子(二价)属于重金属离子，使用后的残留物会对土壤和空气造成严重污染，并通过空气、水源等途径进入生命体，对生命体的健康造成极大危害；同时，从制备工艺来看，在NHN的合成过程中会使用高浓度的水合肼溶液，水合肼的挥发性极强、易燃易爆，且生物毒性高，为工艺过程带来了极大的安全风险和健康伦理隐患；另一方面，NHN的合成也须在60℃左右的高温下进行，并需要严格控制物料混合速度，造成相应工艺同样存在着能源消耗大、操作难度高、安全风险大的缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双钙钛矿结构的起爆药以及合成方法，该起爆药起爆能力优异，并且安全环保。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种双钙钛矿结构的起爆药，化学式如下：

本发明还提供了一种双钙钛矿结构的起爆药的合成方法，具体包括如下步骤：

步骤一、称取一定量的三乙烯二胺二盐酸盐固体和一定量的氯化铵粉末溶于一定量的水中配制得到三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液；

步骤二、称取一定量的高碘酸钠粉末溶于一定量的水中配置高碘酸钠水溶液；

步骤三、室温下，在一定转速下将高碘酸钠水溶液加入至三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液中，并混合一段时间；

步骤四、持续搅拌一段时间后，过滤得到无色透明至白色或灰白色晶体；

步骤五、采用冰水或95％体积分数的无水乙醇或乙腈对白色或灰白色晶体洗涤后烘干，即得到所述起爆药。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

DPPE-1的分子结构是合成的新化合物，DPPE-1的结构属于双钙钛矿型，其结构通式为“A2BB'C6”型，在它的结构中包含四种不同的组分，各组分间通过非共价相互作用连接，不存在复杂不可控的骨架重组和基团引入，依靠该自组装式的反应机理，反应底物能在室温下以极快的速度精准的构建目标分子；

(2)DPPE-1分子具有基于物质结构的本质安全性，DPPE-1结构中不含重金属离子和高氯酸根离子，且高碘酸根离子最终转化为无毒无害的碘单质，该分子结构具有本质的绿色环保性；

(3)DPPE-1分子结构是经过科学总结后精确设计的结果，直接导致了其性能的优异性，由钠离子、铵离子和高碘酸根离子所构成的双钙钛矿结构骨架的空隙大小约为

(4)DPPE-1的极限起爆药量为5mg，低于NHN的120mg、GTX的50mg，因此，DPPE-1是一种起爆能力极为优异的起爆药。

附图说明

图1是根据本发明的合成方法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例一

一种双钙钛矿结构的起爆药，化学式如下：

该起爆药的代号为DPPE-1。

实施例二

该实施例为合成实施例一种的起爆药的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、称取0.037g～3.7kg的三乙烯二胺二盐酸盐固体和0.0054g～540g的氯化铵粉末溶于0.5mL～5L水中配制得到三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液；

步骤二、称取0.128g～12.8kg的高碘酸钠粉末溶于0.5mL～5L水中配置高碘酸钠水溶液；

步骤三、室温下，在50～1800转每分钟的转速下将高碘酸钠水溶液加入至三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液中，并在1min～1h内混合完毕；

步骤四、持续搅拌5秒～1小时，待反应完全后停止搅拌，过滤得到无色透明至白色或灰白色晶体；

步骤五、采用冰水或95％体积分数的无水乙醇或乙腈对白色或灰白色晶体洗涤2～5次后烘干，即得到所述起爆药，产率为75％～85％。

上述步骤的反应化学式如下：

实验例一

对实施例一的起爆药进行测试，测试包括：红外吸收光谱测试、核磁共振谱仪测试、元素分析测试、粉末x射线衍射测试、单晶x射线衍射测试、热稳定性测试、机械感度测试和起爆性能测试。红外吸收光谱测试：采用德国Bruker EQUINO X55高级研究型-傅立叶红外光谱仪，将测试样品制作为溴化钾压片进行吸收光谱的测试，并记录400～4000cm

测试结果如下表：

表DPPE-1的物化性能参数表

实验例二

称取0.37g(2mmol)三乙烯二胺二盐酸盐粉末和0.0535g(1mmol)氯化铵粉末溶于5mL水中配制为三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液待用。

而后称取1.28g(6mmol)的高碘酸钠粉末溶于8mL水中配置为高碘酸钠水溶液待用。

室温下，将三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液以600转每分钟的速度进行搅拌，而后将所配置的高碘酸钠水溶液以4mL·min

热分解温度(5℃·min

红外吸收光谱(KBr压片,cm

1H NMR(600MHz,DMSO-d

13C NMR(150MHz,DMSO-d

元素分析：C

实验例三

称取15.17g(82mmol)三乙烯二胺二盐酸盐粉末和2.19g(41mmol)氯化铵粉末溶于170mL水中配制为三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液待用。

而后称取51.22g(246mmol)的高碘酸钠粉末溶于170mL水中配置为高碘酸钠水溶液待用。

室温下，将三乙烯二胺二盐酸盐与氯化铵的混合溶液以800转每分钟的速度进行搅拌，而后将所配置的高碘酸钠水溶液以12mL·min

热分解温度(5℃·min

红外吸收光谱(KBr压片,cm

1H NMR(600MHz,DMSO-d6,25℃):δ＝7.06(1H,NH),3.36(2H,CH2)；

13C NMR(150MHz,DMSO-d6,25℃):δ＝43.91；

元素分析：C

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。