一种活性抗静电剂改性叠氮化物及其制备方法

背景技术：

1、随着现代武器与引信系统朝着微型化、智能化方向发展，火工品微型化成为起爆系统发展的主要方向之一，也对其中装填起爆药的研究提出了新要求。如何实现起爆药起爆能力强且相对钝感的安全生产要求，以及装药方式与微机电系统(mems)工艺相适配的装配要求是目前本领域亟待解决的难题。采用高活性、高比表面积的纳米金属为前驱体，通过与叠氮酸气体气固原位反应合成的起爆药能很好地满足mems引信系统对装药方式的需求。叠氮化铅、叠氮化银、叠氮化铜和叠氮化镉等金属叠氮化物均可作为起爆药使用，但都存在静电感度和机械感度过高的问题。其中叠氮化铜起爆能力优于叠氮化铅，爆炸产物对环境污染小，是mems微起爆器件中理想的药剂选择。然而，叠氮化铜的静电感度极高，在实际制备、操作及应用中存在极大的安全隐患。研究者通常引入抗静电剂来降低叠氮化铜的静电感度，但这也在一定程度上削弱了叠氮化铜的起爆能力。因此，设计新的改性方法、得到制备方法简单、静电感度低、起爆能力强的金属叠氮化物改性产品具有重要意义。

2、目前研究人员常采用碳材料包覆纳米金属前驱体或构建碳骨架-多孔铜结构等改性方法来减少粒子团聚和静电荷积累，从而降低金属叠氮化物的静电感度，降感效果良好，但改性后存在碳含量增加起爆能力减弱的问题。本方法使用金属有机框架(mofs)构建金属离子与有机配体的多维立体框架，并将形状和尺寸可控的多金属氧酸盐(poms)引入金属有机框架(mofs)中。该复合起爆药以金属叠氮化物为核，碳骨架为整体结构，金属氧化物抗静电剂作为骨架支撑的有效穿插负载，一方面，金属氧化物可以疏导叠氮化物表面累积的电荷，实现对金属叠氮化物静电感度的调控；另一方面，金属氧化物作为活性组分，可以与改性叠氮化物的爆炸产物发生二次反应，有效增强其起爆能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种活性抗静电剂改性叠氮化物及其制备方法。该复合物以叠氮化物为核，碳骨架为整体结构，金属氧化物抗静电剂作为骨架支撑的有效穿插负载。金属氧化物可以疏导叠氮化物表面累积的电荷，实现对金属叠氮化物静电感度的调控。同时，金属氧化物作为活性组分，可以与爆炸产物发生二次反应，有效增强改性叠氮化物的起爆能力。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：以可溶性金属盐和有机配体为原料，经过双溶剂诱导成形合成多金属氧酸盐基金属有机骨架(pomofs)前驱体，通过恒温干燥、碳化得到负载金属氧化物的碳骨架包覆纳米金属材料，其结构可表示为m/c/mos(m/c为碳骨架包覆的纳米金属，mos为负载穿插金属氧化物)，通过原位叠氮化制备八面体型均匀分散的金属氧化物-碳有机骨架叠氮化物，其结构可表示为mn3/c/mos(mn3/c为碳基金属叠氮化物，mos为负载穿插金属氧化物)。

3、本发明所涉及的一种活性抗静电剂改性叠氮化物的制备方法，其具体步骤为：

4、步骤一、以有机溶剂氯仿和甲醇的混合溶液为反应介质，加入一定比例的可溶性的金属盐和多金属氧酸盐搅拌0.5～2h，使其溶解并分散均匀；

5、步骤二、向步骤一反应溶液中加入一定比例的有机羧酸配体，搅拌10～20min，溶液变悬浊；

6、步骤三、将步骤二反应溶液持续引入漏斗中过滤至圆底烧瓶中，得到澄清的溶液，并置于50～60℃的水浴锅中水浴，析出蓝色结晶产物，将结晶产物用乙醇冲洗三次后放入恒温箱中干燥6～8h；将干燥产物在绝氧条件下碳化，反应温度控制在300～1000℃之间，保护气流速控制在10～30ml/min，反应时间为30min～120min，得到多金属氧酸盐基金属有机骨架前驱体；

7、步骤四、将叠氮化钠与硬脂酸置于气体发生器中，控制反应温度在100～150℃之间，将反应产生的叠氮酸通入装有步骤三产物的单向通气管中，反应时间控制在24h以上，得到基于金属氧化物-碳有机骨架叠氮化物。

8、在一个优选的技术方案中，所述的可溶性金属盐包括硝酸铜、乙酸铜、硝酸铅、乙酸铅；多金属氧酸盐包括磷钨酸；有机羧酸配体包括1,3,5-均苯三甲酸、1,4-对苯二甲酸，1,3,5-苯基-三对苯甲酸,4,4',4'-[1,3,5-三-(4,1-苯基)-苯]-三苯甲酸，添加比例为1:1～1:10。

9、在一个优选的技术方案中，所述的多金属氧酸盐含量为5wt％～30wt％。

10、在一个优选的技术方案中，所述的绝氧条件包括通入氮气等惰性气体或氢气等还原性气体。

11、本发明的原理是：选取水溶性的金属盐、有机羧酸配体形成有机金属骨架材料并在其中穿插多金属氧酸，经碳化后得到金属氧化物活性抗静电剂为骨架支撑的前驱体，该前驱体材料具有分散均匀，结构稳定，表面积高等优点，有利于原位叠氮化反应的进行。通过控制碳化和叠氮化过程的反应时间和温度，制得结构和性能可调控的活性抗静电剂改性叠氮化物。本发明在于提供了一种工艺简单、原料来源广泛的可采用气固原位反应制备起爆能力强、静电感度更低的一种活性抗静电剂改性叠氮化物及其制备方法。

12、本发明的有益效果如下：

13、(1)本发明所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物以金属叠氮化物为核，碳骨架为整体结构，金属氧化物抗静电剂作为骨架支撑的有效穿插负载。一方面，金属氧化物可以疏导叠氮化物表面累积的电荷，实现对金属叠氮化物静电感度的调控，安全性更强；另一方面，金属氧化物作为活性组分，可以与爆炸产物发生二次反应，有效增强改性叠氮化物的起爆能力，并能成功起爆cl-20等高能炸药；

14、(2)本发明所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物制备流程简单，可以根据mems微型起爆器的大小进行装药，原位叠氮化制备获得起爆药，以解决mems微型起爆的装药问题。

技术特征：

1.一种活性抗静电剂改性叠氮化物及其制备方法，其特征在于：该复合起爆药以金属叠氮化物为核，碳骨架为整体结构，金属氧化物抗静电剂作为骨架支撑的有效穿插负载，一方面，金属氧化物可以疏导叠氮化物表面累积的电荷，实现对金属叠氮化物静电感度的调控，另一方面，金属氧化物作为活性组分，可以与改性叠氮化物爆炸产物发生二次反应，有效增强其起爆能力。

2.根据权利要求1所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物的制备方法，其特征在于：步骤一中可溶性金属盐包括硝酸铜、乙酸铜、硝酸铅、乙酸铅；多金属氧酸盐为磷钨酸，含量为5wt％～30wt％。

4.据权利要求2所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的羧酸有机配体包括：1,3,5-均苯三甲酸、1,4-对苯二甲酸、1,3,5-苯基-三对苯甲酸、4,4',4'-[1,3,5-三-(4,1-苯基)-苯]-三苯甲酸。

5.据权利要求2所述的一种活性抗静电剂改性叠氮化物的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的绝氧条件包括通入氮气等惰性气体或氢气等还原性气体。

技术总结
本发明公开了一种活性抗静电剂改性叠氮化物复合起爆药及其制备方法。该复合起爆药以金属叠氮化物为核，碳骨架为整体结构，金属氧化物抗静电剂作为骨架支撑的有效穿插负载，一方面，金属氧化物可以疏导叠氮化物表面电荷，降低其静电感度，另一方面，金属氧化物作为活性组分，可以与改性叠氮化物的爆炸产物发生二次反应，有效增强其起爆能力。该类复合起爆药以可溶性金属盐和有机配体为原料制得金属氧酸盐基金属有机骨架前驱体，再经恒温干燥、碳化、原位叠氮化制得八面体型均匀分散的金属氧化物活性抗静电剂改性叠氮化物。本发明提供了一种制备工艺简单、原料来源广泛、起爆能力强、静电感度低的活性抗静电剂改性叠氮化物及其制备方法。

技术研发人员：佟文超,杨利,许静,孙健
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14