способ модификации поверхности октогена полиакриламидом
Классы МПК: | C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка C06B25/34 ациклический, алициклический или гетероциклический нитрамин C06B45/22 с покрытием, содержащим органическое соединение |
Автор(ы): | Куценко Геннадий Васильевич (RU), Охрименко Эдуард Федорович (RU), Сироткин Лев Борисович (RU), Владыкин Владимир Иннокентьевич (RU), Трахтенберг Софья Иосифовна (RU), Чапко Таисия Алексеевна (RU), Хименко Людмила Леонидовна (RU), Федотов Иван Александрович (RU), Ощепкова Ирина Федоровна (RU), Бахмутова Венера Миратовна (RU), Зуев Кирилл Викторович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-03-09 публикация патента:
20.09.2011 |
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к способу получения компонентов смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) и баллиститного топлива, а также к промышленным взрывчатым веществам. Предложен способ высаживания частиц полиакриламида на кристаллы октогена, заключающийся в том, что приготавливают раствор полиакриламида концентрацией 0,05 0,5% в дистиллированной воде, дозируют октоген при весовом соотношении октогена к раствору полиакриламида 1:(10 15) в течение 10 15 минут, перемешивают при температуре 15 30°С в течение 40 60 минут, охлаждают до температуры +5 +10°С, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 60±5°С до постоянного веса. Предложенный способ обеспечивает снижение пожароопасности процесса модификации октогена, снижение чувствительности к механическим воздействиям и электрической искре. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ модификации поверхности октогена полиакриламидом, включающий приготовление водного раствора полиакриламида, отличающийся тем, что готовят 0,05 0,5%-ный раствор полиакриламида в дистиллированной воде, присыпают октоген при постоянном перемешивании в течение 10 15 мин при температуре 15 30°С при весовом отношении октогена и водного раствора полиакриламида 1:(10 15) и продолжают перемешивать в течение 40 60 мин, охлаждают до температуры +5 +10°С, осадок отфильтровывают и сушат при температуре 60±5°С до постоянного веса.
2. Способ модификации по п.1, отличающийся тем, что количество высаженного полиакриламида на октоген определяют седиментационным методом.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к способу получения компонентов смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) и баллиститного топлива, а также к промышленным взрывчатым веществам, которые используют в горнодобывающей, нефтяной и газовой промышленности для проведения работ, связанных с применением энергии взрыва. Предлагаемое изобретение может использоваться для утилизации взрывчатых веществ, порохов и СТРТ, снятых с вооружения по истечению срока службы и замене на более совершенные.
Регулирование скорости горения топлив, содержащих октоген, достигается путем использования различных специальных добавок (модификаторов), с помощью которых можно регулировать взрывчатые, реологические характеристики, чувствительность к статическому электричеству, технологические характеристики наполнителей, такие как сыпучесть, слеживаемость, комкуемость.
Все обозначенные характеристики можно улучшить при использовании полиакриламида (ПАА), который является модификатором октогена. Важнейшим свойством ПАА является способность понижать в результате адсорбции поверхностную энергию. ПАА способствует тому, что он адсорбируется и даже при очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного натяжения на поверхности раздела раствора с твердым телом, которым является октоген.
ПАА позволяет равномерно распределить на поверхности октогена продукты, входящие в состав топлива, и улучшить его свойства.
Известен ряд патентов, в которых использовался полиакриламид для приготовления составов СТРТ: патенты - RU 2082704, C06B 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2082705, C06B 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2288208, МПК C06D 5/06 от 27.11.2006. Недостатком метода является добавление ПАА в конце процесса, что способствует, по-видимому, образованию сгустков.
В патентах US 3925123 НКИ 149/60, опубл. 1975, RU 2217401, C06B 25/00, 31/32, опубл. 06.09.2002 полиакриламид использовался в качестве загустителя для уничтожения топлива с истекшим сроком хранения.
Известна статья «Влияние формиатов и оксалатов металлов на скорость распада октогена», напечатанная в журнале «Физика горения и взрыва», 2004, т.40, № 5, с.86-90, в которой на кристаллы октогена наносят покрытие в виде солей формиата и оксалата свинца и меди в присутствии растворителя - ацетона. Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатком способа является использование большого количества огнеопасного, легколетучего органического растворителя - ацетона. Необходимость его рекуперации делает процесс пожароопасным, малотехнологичным и дорогим.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа высаживания частиц ПАА на кристаллы октогена в дистиллированной воде, устранение органического растворителя при растворении ПАА и снижение пожароопасности процесса, а также снижение чувствительности к механическим воздействиям и электрической искре.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят раствор полиакриламида концентрацией 0,05 0,5% в дистиллированной воде, присыпают октоген при весовом соотношении октогена к водному раствору полиакриламида 1:10 15 в течение 10 15 минут, перемешивают при температуре 15 30°C в течение 40 60 минут, охлаждают до температуры +5 +10°C, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 60±5°C в течение 24 часов, а количество высаженного полиакриламида на октоген определяют седиментационным методом.
Процесс модификации октогена является непожароопасным, нетоксичным, а технологическая вода по данным анализа после высаживания является чистой, поскольку практически не содержит октогена, а ПАА полностью высажен на октоген.
Весовое соотношение октогена к воде составляет 1:10 15, которое взято из соотношения безопасности процесса, а соотношение 1:20 не желательно по причине снижения производительности реактора. Соотношение 1:8 приводит к образованию густой массы.
Присыпание октогена к водному раствору ПАА необходимо для получения суспензии, проводимого при непрерывном перемешивании в течение 10 15 минут. Следует отметить, что перемешивание менее 10 минут не желательно, поскольку октоген не успевает полностью распределиться в растворе ПАА. Увеличение перемешивания выше 15 минут приводит к увеличению длительности производственного цикла.
Модификация октогена ПАА протекает при температуре 15 30°C. Повышение температуры выше 30°C нежелательно, поскольку способствует перерасходу энергии и удорожанию процесса, а понижение - ниже 15°C способствует замедлению процесса высаживания, а также способствует коагуляции ПАА.
В результате проведенных исследований выявлено, что максимальное время перемешивания суспензии октогена в водном растворе ПАА составляет 60 минут, уменьшение времени ниже 40 минут перемешивания приводит к неполному покрытию поверхности октогена.
Водный раствор ПАА, взятый в нашем варианте в пределах 0,05 0,5 вес. частей, при указанных условиях, вполне соответствует полному высаживанию его на октоген, что позволяет сохранить энергетические характеристики октогена. Выход модифицированного октогена составляет 93,5-98,3%.
Параллельно с работой по модификации октогена ПАА разработан способ определения его в водной суспензии октогена. Для анализа выбран седиментационный метод, который основан на ускорении седиментации каолина, который вносится в воду, содержащую полиакриламид, с последующим измерением оптической плотности раствора на спектрофотометре ЮНИКО 1201. Количественная оценка содержания полиакриламида в воде проводится путем построения градуировочного графика.
Пример выполнения предлагаемого изобретения
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для присыпания, наливают заранее приготовленный водный раствор полиакриламида в воде при соотношении 0,05 0,5:100 вес.ч. Присыпают октоген порционно при постоянном перемешивании в течение 10 15 минут при температуре 15 30°C. После окончания присыпания октогена реакционную массу перемешивают в течение 40 60 минут, охлаждают до температуры +5 +10°C, осадок отфильтровывают. Осадок переносят на противень, сушат при температуре 60±5°C до постоянного веса.
Полученный модифицированный октоген анализируют седиментационным методом на определение количества высаженного полиакриламида. Данные представлены в Таблице 1.
Следует помнить, что в процессе хранения растворенный полиакриламид в воде подвергается деструкции в результате взаимодействия его с кислородом воздуха (или остаточным количеством пероксидных катализаторов полимеризации), что способствует разрушению молекулярной цепочки и снижению его адгезионных свойств. Из этого следует, что сроки хранения полиакриламида должны быть минимальными, желательно в день анализа провести процесс высаживания.
Известно также, что при использовании водопроводной воды, в которой присутствуют соли железа, происходит разрушение полиакриламида, поэтому при работе с ним необходимо пользоваться дистиллированной водой или проводить очистку водопроводной воды.
Водный раствор полиакриламида представляет собой гелеобразную бесцветную вязкую массу. Водные растворы его не горючи, не взрывоопасны и относятся к малотоксичным веществам.
Модифицированный полиакриламидом октоген представляет собой белый порошок, который хорошо рассыпается.
Использование воды в качестве реакционной среды резко снижает пожароопасность процесса модификации полиакриламидом октогена, позволяет уменьшить чувствительность к удару, трению, а также уменьшить чувствительность к электрической искре (Таблица 2).
Из Таблицы 2 видно, что чувствительность к трению у модифицированного октогена улучшается с 110 до 130 МПа, эклектические характеристики также улучшаются (удельное объемное сопротивление с 5,4·109 до 5,1·1012 Ом·м, удельное поверхностное сопротивление с 8,5·10 12 до >1014 Ом).
Положительный эффект изобретения состоит в разработке технологического способа нанесения покрытия на кристаллы октогена. Данные Таблицы 1 иллюстрируют параметры процесса, которые позволяют высадить ПАА на октоген, а разработанный седиментационный метод позволяет количественно определить высаженный ПАА на октоген.
Модифицированный октоген полиакриламидом может использоваться в качестве компонента СТРТ, БТ и порохов, а также применен в составах с другими окислителями: CL-20, перхлорат аммония и др.
Приготовление модифицированного полиакриламидом октогена осуществлено на существующем оборудовании, способ опробован с положительным результатом в опытно-заводских условиях ФГУП «НИИПМ» и предложен для отработки новых составов.
Таблица 1 | |||||||
Параметры процесса модификации полиакриламида на октоген | |||||||
№ п/п | Октоген:вода 1:10 15, вес.ч. | Время присыпания октогена, мин | Температура реакции, °C | Концентрация водного раствора ПАА 0,05 0,5% | Время перемешивания, мин | Температура охлаждения, °C | Выход модифицированного октогена, % |
1 | 1:15 | 15 | 30 | 0,05 | 60 | 5 | 97,8 |
2 | 1:15 | 15 | 20 | 0,05 | 60 | 7 | 96,0 |
3 | 1:10 | 10 | 30 | 0,05 | 40 | 10 | 94,5 |
4 | 10 | 10 | 15 | 0,05 | 60 | 10 | 93,4 |
5 | 10 | 15 | 20 | 0,5 | 50 | 8 | 97,2 |
6 | 1:15 | 15 | 30 | 0,5 | 60 | 6 | 98,3 |
7 | 1:15 | 10 | 25 | 0,5 | 40 | 0 | 96,9 |
Класс C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка
Класс C06B25/34 ациклический, алициклический или гетероциклический нитрамин
Класс C06B45/22 с покрытием, содержащим органическое соединение
способ модификации октогена - патент 2451650 (27.05.2012) | |
способ модификации поверхности частиц гексанитрогексаазаизовюрцитана - патент 2395481 (27.07.2010) | |
способ изготовления изделия из взрывчатого состава - патент 2367642 (20.09.2009) | |
бронирующий состав для заряда твердого ракетного топлива - патент 2366641 (10.09.2009) | |
способ модификации октогена - патент 2362759 (27.07.2009) | |
взрывчатое вещество - патент 2358957 (20.06.2009) | |
взрывчатая смесь (варианты) - патент 2253643 (10.06.2005) | |
взрывчатый состав - патент 2252925 (27.05.2005) | |
взрывчатое вещество - патент 2247102 (27.02.2005) | |
струйная помольная установка - патент 2244701 (20.01.2005) |