способ модификации поверхности углерода

Классы МПК:C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка
C10L9/10 введением присадок 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-08-13
публикация патента:

Изобретение относится к способу модификации поверхности углерода окисью меди. Способ включает подготовку суспензии углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении С:H 2O:Cu(CHCOO)2·H2O=1:10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15:0,25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,30, нагревание до 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C, дозирование водного раствора едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 1,2 в течение 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 минут, добавление водного раствора поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида к углероду при массовом отношении ОФП:С=0,005способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,02:1. Затем выдерживают при перемешивании 10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15 минут, охлаждают до 25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30°C. Далее проводят отфильтровывание, промывание водой и сушку при температуре 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C до постоянного веса. Изобретение позволяет модифицировать поверхность углерода окисью меди с максимальным выходом. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Способ модификации поверхности углерода окисью меди, включающий подготовку суспензии углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении C:H2O:Cu(CHCOO)2 ·H2O=1:10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15:0,25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,30, нагревание до 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C, дозирование водного раствора едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 1,2 в течение 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 мин, добавление водного раствора поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида к углероду при массовом отношении ОФП:С=0,005способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,02:1, выдерживание при перемешивании 10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15 мин, охлаждение до 25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30°C, отфильтровывание, промывание водой и сушка при температуре 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C до постоянного веса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения компонентов твердого ракетного топлива (ТРТ) баллиститного и смесевого типа с повышенными характеристиками горения, которые используют для увеличения дальности стрельбы, уменьшения разгара материала стволов, маскировки траектории и места старта ракеты.

Известно, что регулирование скорости горения и ее зависимости от температуры и давления в твердых ракетных топливах (ТРТ) осуществляется путем использования катализаторов горения. Наиболее эффективным способом введения их в топливную массу является метод химического осаждения на поверхность углерода в виде мелкодисперсного порошка.

Из литературы известно о высаживании оксидов металлов на наполнители: нитроцеллюлозу, октоген в статье (С.И.Яковлев «Механизм действия катализаторов на горение порохов». Физика горения и взрыва, 1991. т.27, № 1, с.33-36).

Известно, что применение оксидов металлов, например, оксида меди, позволяет ускорить разложение октогена, что способствует повышению скорости горения и снижению его зависимости от давления.

Известен ряд статей по высаживанию оксидов металла на кристаллы октогена из солей тяжелых металлов и органических кислот (Степанов Р.С.с сотрудниками, Физика горения и взрыва, 1999. т.35, № 3, с.52-56; 2000. т.36, № 5, с.74-77; 2004. Т.40, № 5, с.86-90).

Все приведенные методы получения оксида меди на поверхности окто-гена связаны с применением органического растворителя, который после осаждения осадка необходимо либо отогнать, либо испарить при перемешивании с открытой поверхности.

В работе института химии и химической технологии СО РАН, г.Красноярск «Свойства модифицированных медью пористых углеродных материалов, полученных пиролизом металлзамещенной целлюлозы и древесины осины» («Химия растительного сырья», 2001, № 4, с.59-64) исследованы свойства пористых углеродных материалов, полученных пиролизом модифицированных ионами Си образцов сульфитной целлюлозы и древесины осины. В этой работе для приготовления металлсодержащих пористых углеродных материалов применяется метод внедрения соединений меди в целлюлозный материал с последующей карбонизацией при повышенных температурах. Например, опилки осины с фракцией способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 2 мм пропитывалась водным растворами Cu(NO3) 2, Cu(CH3COO)2, Cu(NH3 )n(OH)2 различной концентрации. Избыток раствора удаляли фильтрованием и высушивали до воздушно-сухого состояния. Пиролиз образцов осуществляли в кварцевом реакторе при температурах до 600°C.

Недостатком такого метода является недостаточно высокое содержание Cu+2 в углеродном материале.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа модификации поверхности углерода в виде дисперсии окиси меди в водном растворе ацетата меди с максимальным выходом в присутствии поверхностно-активного вещества. Проведение процесса в воде исключает его пожароопасность.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят суспензию углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении C:H2O:Cu(CHCOO) 2·H2O=1:10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15:0,25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,3, нагревают до 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C и дозируют водный раствор едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 1,2 в течение 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 минут и добавляют водный раствор поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида (ОФП) при массовом отношении ОФП:С=0,005способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,02:1 выдерживают при перемешивании 10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15 минут, охлаждают до 25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30°C, отфильтровывают, промывают водой, сушат при температуре 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C до постоянного веса.

Медные соли при термораспаде образуют мелкодисперсные частицы окиси меди, снижающие температуру разложения в составах, и оказывают положительное влияние на характеристики горения.

Выделенный углерод, покрытый окисью меди, представляет собой порошок черного цвета, который хорошо рассыпается, не комкуется, не слеживается.

Осаждение кристаллов окиси меди происходит в момент их образования, что обеспечивает их высокую дисперсность.

Адгезия кристаллов окиси меди достигается за счет использования поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида (ОФП).

Высаживание окиси меди протекает в две стадии по схеме:

Cu(CH 3COO)2+NaOHспособ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 Cu(OH)(CH3COO)+CH3COONa

На первой стадии образуется оксиацетат меди, который при нагревании переходит в окись меди.

Cu(OH)(CH3COO)способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 CuO|+CH3COOH

Продолжительность процесса осаждения окиси меди на углерод составляет ~ 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 минут.

Температурные пределы процесса высаживания окиси меди на углерод составляют 90способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 100°C. Снижение температуры ниже 90 C приводит к замедлению процесса гидролитического распада оксиацетата меди. Верхний предел ограничен температурой кипения воды (таблица 1, опыт 4-5).

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице, в которой приведены параметры технологического процесса, осаждения дисперсии окиси меди на углероде.

Таблица
п/пСоотношение С:H2O:Cu(CHCOO) 2H2O, (мас.ч)Температура, °CСоотношение Cu(CH3COO) 2H2O:NaOH (моли)Время дозировки, (мин)Концентрация ОФП, % Время выдержки, мин Выход окиси меди, %
1 234 567 8
11:8:0,21 801:0,9 100,0037 96,8
2 1:10:0,2590 1:1,05150,005 1099,6
31:12:0,27 951:1,120 0,0112 99,7
4 1:15:0,31001:1,2 300,02 1599,9
51:20:0,3100 1:1,340 0,022098,1

Массовое соотношение оощего количества воды и углерода составляет 10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15:1, что связано с хорошим перемешиванием массы. Увеличение количества воды способствует снижению производительности аппарата.

Массовое соотношение ОФП к углероду составляет 0,005способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 0,02 это позволяет почти полностью высадить оксид меди на углерод.

Время дозирования водного раствора едкого натра составляет 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 минут. Уменьшение времени дозировки способствует образованию агломератов кристаллов окиси меди. Увеличение времени более 30 минут способствует увеличению производственного цикла.

Пример выполнения предлагаемого изобретения.

В обогреваемый реактор, снабженный механической мешалкой, термопарой и воронкой для дозирования, помещают раствор, состоящий из 1500 мас.ч. воды и 25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 мас.ч. ацетата меди, включают перемешивание и загружают 100 мас.ч. углерода технического, нагревают до 90° и дозируют водный раствор едкого натра при мольном соотношении ацетат меди и едкого натра - 1:1,05способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 1,2 в течение 20способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30 минут. После окончания дозировки приливают водный раствор поверхностно-активного вещества в количестве 0,02 мас.ч. к углероду и выдерживают 10способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 15 минут. Состав охлаждают до 25способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 30°C, отфильтровывают, сушат при 90-100°C до постоянного веса. Выход окиси меди на углерод составляет 99,6способ модификации поверхности углерода, патент № 2502715 99,9% (таблица 1, опыт 2-4).

Положительный эффект изобретения состоит в получении дисперсии окиси меди и высаживание ее на углерод. Полученный продукт - компонент, состоящий из углерода с осажденной дисперсией окиси меди с использованием ОФП, применяется для изготовления баллиститного состава, так и смесевого твердого ракетного топлива.

Приготовление состава осуществляется по технологии получения баллиститного топлива, а именно, состоит из приготовления топливной массы, отжим, вальцевание, сушка и формование топливных элементов.

Улучшение характеристик горения достигается за счет равномерного дисперсионного осаждения окиси меди на углерод на молекулярном уровне и равномерного распределения по всей поверхности. Предлагаемый способ модификации поверхности углерода для льдообразующего состава проверен в промышленных условиях ОАО «НИИПМ».

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2502715

patent-2502715.pdf

Класс C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка

блочный метательный заряд (варианты) и способ его изготовления -  патент 2528984 (20.09.2014)
способ получения пироксилинового сферического пороха для 7,62 мм спортивного патрона -  патент 2527781 (10.09.2014)
способ получения сферического пороха для стрелкового спортивного оружия -  патент 2527233 (27.08.2014)
способ получения сферического пороха для стрелкового оружия -  патент 2525544 (20.08.2014)
способ изготовления смеси фракций окислителя из класса перхлоратов -  патент 2521584 (27.06.2014)
устройство для снаряжения боеприпасов порошкообразными взрывчатыми составами -  патент 2520585 (27.06.2014)
способ получения сферического пороха -  патент 2516516 (20.05.2014)
флегматизированное взрывчатое вещество и способ его сухой флегматизации -  патент 2514946 (10.05.2014)
способ получения дискообразного тонкосводного пороха -  патент 2512446 (10.04.2014)
способ получения сферического пороха для стрелкового оружия -  патент 2505513 (27.01.2014)

Класс C10L9/10 введением присадок 

модификатор горения твердого, жидкого и газообразного топлива -  патент 2515988 (20.05.2014)
способ обогащения топлива и присадка - улучшитель топлива -  патент 2500793 (10.12.2013)
способ снижения вредных выбросов от топок с факельным сжиганием топлива -  патент 2490318 (20.08.2013)
присадка к топливу и содержащее ее топливо -  патент 2486229 (27.06.2013)
способ получения брикетированного твердого топлива с использованием пористого угля в качестве исходного материала -  патент 2482167 (20.05.2013)
способ получения угольных брикетов -  патент 2473671 (27.01.2013)
способ увеличения скорости и полноты окисления топлива в системах сжигания -  патент 2471858 (10.01.2013)
комбинированное топливо -  патент 2460762 (10.09.2012)
способ улучшения качественных показателей доменного кокса -  патент 2445348 (20.03.2012)
способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива тэс -  патент 2437028 (20.12.2011)
Наверх