基于卤化有机铵盐的新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解方法

摘要

本发明公开了基于卤化有机铵盐的新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解方法，包括如下步骤：步骤1：不同类型新型低共熔溶剂的设计与制备方法；步骤2：新型低共熔溶剂内部组分比例的优化方法；步骤3：优化新型低共熔溶剂对TATB的溶解度；步骤4：新型低共熔溶剂体系对TATB的溶解度测试。为实现基于新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解，采用卤化有机铵盐作为低共熔溶剂的氢键受体，含有不同官能基团的中性配体作为低共熔溶剂的氢键供体，通过加热混合的方法制备得到5种新型低共熔溶剂，接着优化新型低共熔溶剂中氢键受体与供体的比例，最后考察基于卤化有机铵盐的新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解性能，获得对TATB具有良好的室温溶解性能的新型溶解技术与溶剂。

说明书

技术领域

本发明涉及含能材料、强氢键材料以及难溶性材料等技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及基于卤化有机铵盐的新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解技术。

背景技术

1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)是作为一种强氢键材料，不仅作为钝感炸药广泛用于含能材料领域，还可作为显色材料用于液晶领域。室温溶解无需额外加热，条件温和，便于操作，是一种相对绿色、环保的溶解技术，在材料处理、分析及制造等方面得到广泛应用。然而，TATB具有强的氢键作用和丰富的氢键网络，使其在常温下难溶于任何有机溶剂。

虽然，浓硫酸在室温下对TATB具有一定的溶解度，但是浓硫酸具有强腐蚀性、氧化性和酸性，在溶解过程中不仅易使TATB发生氧化降解，还给溶解操作带来了极大的安全风险。

目前，我们发现卤化有机铵盐对TATB具有良好的溶解作用，但某些卤化有机铵盐自身的熔点在50℃以上，需要加热至熔点以上才能用于TATB的溶解，不利于TATB的室温溶解，使得该溶剂难以得到大规模应用。

发明内容

针对TATB在室温下不易溶解的问题，以卤化有机铵盐为氢键受体，并引入氢键供体形成新型低共熔溶剂，降低卤化有机铵盐溶剂体系的熔点，实现对TATB的室温溶解。

低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents，简称DESs)通常由氢键受体和氢键供体组成，其溶剂的熔点明显低于其任何单一组分的熔点。通过制备基于卤化有机铵盐的低共熔溶剂，可有效降低卤化有机铵盐溶剂体系的熔点，有望使其在室温下呈液态，更有利于TATB的室温溶解。然而，目前未见基于卤化有机铵盐的低共熔溶剂用于TATB室温溶解的相关技术与方法。

本发明针对TATB室温溶解的新技术开发，以卤化有机铵盐为氢键受体，硫脲、尿素、苯酚、丙二酸、乙酰胺等为氢键供体，经过设计、制备得到新型低共熔溶剂，优化其溶解性能，实现对TATB的室温溶解。

为实现上述发明目的，本发明专利采用以下技术方案：

(1)不同类型低共熔溶剂的设计与制备方法：以卤化有机铵盐为新型低共熔溶剂的氢键受体，选取具有羟基、氨基等给电子基团的中性配体作为低共熔溶剂的氢键供体，包括硫脲、尿素、苯酚、丙二酸、乙酰胺。利用分析天平准确称取一定量的中性配体和卤化有机铵盐，置于玻璃烧杯中，加入搅拌子，经加热一定温度，搅拌一定时间，再冷却至室温，制成不同的新型低共熔溶剂。

(2)新型低共熔溶剂内部组分比例的优化方法：通过上述步骤(1)制备得到的新型低共熔溶剂，优化卤化有机铵盐、氢键供体的种类与摩尔比例，使得新型溶剂在室温下呈液态，并且具有低的粘度和好的流动性，以满足TATB室温溶解的基本要求。

(3)新型低共熔溶剂对TATB的溶解方法：首先准确称取一定量的TATB分别加入到上述制备得到的新型低共熔溶剂中，在室温下搅拌溶解，溶解过程中采用手持式手电筒观测和跟踪TATB的溶解状态，采用液相色谱仪定量分析不同溶剂对TATB的溶解度。

(4)新型低共熔溶剂对TATB的溶解性能优化：优化低共熔溶剂内部氢键供体和卤化有机铵盐的种类与摩尔比例，分析不同低共熔溶剂对TATB的溶解情况。经过优化后的新型低共熔溶剂不仅自身具有低的熔点、低的粘度，且对TATB具有良好的室温溶解性。最终，获取新型低共熔溶剂体系及其对TATB的最佳室温溶解度。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

为实现基于新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解，采用卤化有机铵盐作为低共熔溶剂的氢键受体，含有不同官能基团的中性配体作为低共熔溶剂的氢键供体，通过加热混合的方法制备得到5种新型低共熔溶剂，接着优化新型低共熔溶剂中氢键受体与供体的比例，最后考察基于卤化有机铵盐的新型低共熔溶剂对TATB的室温溶解性能，获得对TATB具有良好的室温溶解性能的新型溶解技术与溶剂。

附图说明

图1为新型低共熔溶剂的制备路线图；

图2为低共熔溶剂的溶解时间对TATB溶解度的影响；

图3为新型低共熔溶剂对TATB的溶解度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

(1)制备不同类型的低共熔溶剂

利用电子天平准确称取3～5g卤化有机铵盐于20ml平底玻璃小瓶中，重复称取5次得到5个含有3～5g卤化有机铵盐的玻璃小瓶。接着，准确称取2.0～10g的硫脲、尿素、苯酚、丙二酸、乙酰胺分别投入到上述5个含有卤化有机铵盐的小瓶，保持卤化有机铵盐与苯酚、尿素、甘油、丙二酸、乙二醇等的摩尔比例为1/5～1/1。往小瓶中加入搅拌子，将小瓶置于加热搅拌器上90℃下加热搅拌至澄清的液体，冷却到室温，得到5种不同类型的新型低共熔溶剂，如图1所示，其中，1为卤化有机铵盐(氢键受体)，2为氢键供体，3为新型低共熔溶剂。

(2)优化溶剂中卤化有机铵盐/乙酰胺的摩尔比例

通过上述步骤(1)的研究，从多种不同低共熔溶剂中找出了在室温下具有呈液态趋势的新型低共熔溶剂，该溶剂由卤化有机铵盐-乙酰胺组成，为进一步降低溶剂体系的熔点和粘度，继续对卤化有机铵盐-乙酰胺之间的摩尔比例进行了优化。试验发现，当卤化有机铵盐-乙酰胺之间的摩尔比例为5:1至1:1，卤化有机铵盐-乙酰胺的熔点低于0℃，粘度低至138cP，室温下呈现明显液态并具有良好的流动性。

(3)优化新型低共熔溶剂对TATB的溶解度：

为获得新型低共熔溶剂在室温下对TATB具有良好的溶解性，进一步优化了卤化有机铵盐-乙酰胺的摩尔比例，评估了含水量、溶解时间等对TATB溶解的影响。当卤化有机铵盐-乙酰胺的摩尔比例为4:1至2:1时，低共熔溶剂不仅呈室温液体，还对TATB具有良好的溶解性。但水的加入会明显降低TATB的溶解度，加入2％～10％的水会使TATB溶解度降低至20％。溶解时间为1小时，TATB即可达到最佳溶解效果，再延长溶解时间则不会造成溶解度的提升。因此，经优化后的溶解条件为卤化有机铵盐-乙酰胺的新型低共熔溶剂，不含水，25℃室温下溶解1小时。如图2所示。

(4)新型低共熔溶剂体系对TATB的溶解度测试：

首先准确称取0.5～1.0g TATB分别加入到10g上述基于卤化有机铵盐-乙酰胺的新型低共熔溶剂中，室温搅拌一小时至饱和溶解，停止磁力搅拌，待不溶的TATB沉降于底部后，取上层清液，过0.22um滤膜后，经高效液相色谱仪检测上清液中TATB的含量，换算为TATB在溶剂中的溶解度，得到TATB的最佳溶解度为4克TATB/100克溶剂。如图3所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。