СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОРОХОВОЙ МАССЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ Российский патент 1997 года по МПК C06B21/00 C06B25/00 

Изобретение относится к области производства порохов по пироксилиновой технологии.

Основной принцип изготовления пироксилиновых порохов состоит в смещении пироксилина с растворителем-пластификатором, пластификации его до образования пластичной массы, готовой к формованию, изготовлении из нее пороховых элементов и затем в удалении из них растворителя-пластификатора.

Смещение пороховой массы, состоящей из пироксилина, стабилизатора хим. стойкости дифениламина и растворителя-пластификатора, проводят в специальных мешателях путем механического перетира, в процессе которого происходит набухание пироксилина и частичная его пластификация, завершающаяся при прессовании и формировании готовых пороховых элементов.

В качестве растворителя-пластификатора традиционно используется смесь этилового спирта и диэтилового эфира, являющихся легковоспламеняющимися веществами. Применение указанного растворителя-пластификатора предусматривает предварительное обезвоживание пироксилина, поскольку вода, присутствующая в нем после фазы стабилизации, препятствует набуханию и для успешного осуществления процесса пластификации ее количество необходимо уменьшить до определенного предела (не более 4%). С этой целью пироксилин обезвоживают спиртом, который вытесняет воду. [Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества, М. Машиностроение, 1972 г. с. 152-153 прототип]
Кроме необходимости предварительного обезвоживания пироксилина, недостатком смешения компонентов путем механического перетира является повышенная пожаро- и взрывоопасность процесса и трудность равномерного распределения ингредиентов по всей массе нитратов целлюлозы, отрицательно сказывающаяся в конечном счете на выходных характеристиках готового продукта.

Целью настоящего изобретения является повышение безопасности процесса смещения и пластификации пороховой массы и улучшение качества готового продукта.

Указанная цель достигается путем использования в качестве удаляемого труднолетучего растворителя-пластификатора пироксилина олигоэфиров синтетических высших жирных спиртов и окиси этилена, известных под коммерческим названием "синтанолы".

Синтанолы характеризуются низкой летучестью, высокими температурами вспышки и самовоспламенения, они производятся отечественной химической промышленностью крупным тоннажем, мало- или практически нетоксичны (3 класс по ГОСТ 1271.007), относятся к группе биологически "мягких" продуктов (биологическая разлагаемость от 67 до 85% в зависимости от марки).

Главное преимущество синтанолов по сравнению в прочими используемыми растворителями-пластификаторами, характеризующимися неограниченной растворимостью в воде, состоит в наличии нижней критической температуры смещения, то есть в ограниченной фазовой совместимости с водой, заключающейся в том, что в зависимости от концентрации и температуры их смеси с водой представляют собой либо гомогенные и изотропные растворы, либо гетерогенные системы. В последнем случае синтанолы легко адсорбируются волокнами нитроцеллюлозы, практически полностью извлекаясь из воды. Именно это их свойство легло в основу нового способа смещения компонентов, осуществляющегося методом варки. Она заключается в том, что расчетное количество синтанола растворяют в воде, затем поднимают температуру раствора и переводят синтанол в мелкодисперсную эмульсию, добавляют нитроцеллюлозу и выдерживают массу до тех пор, пока весь синтанол не адсорбируется волокнами. После некоторой выдержки массу отделяют от воды до остаточной влажности порядка 45% после чего она практически готова к переработке в пороховые элементы.

Таким образом, использование синтанола позволяет перерабатывать необезвоженный пироксилин, а смешение компонентов методом варки более равномерно распределить его по всей массе пироксилина, что способствует более качественной пластификации по сравнению с механическим смешением компонентов.

Как уже отмечалось, для смешения используют необезвоженный пироксилин, взятый с фазы стабилизации. Поскольку смешение осуществляют в водной среде, влажность исходного пироксилина не влияет на процесс и определяется лишь условиями его стабилизации.

Количество вводимого растворителя-пластификатора синтанола регламентируется с одной стороны качеством пластификации, с другой временем вымочки синтанола. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что оптимальное количество вводимого синтанола составляет 60-65 масс. по отношению к сухому весу пироксилина. При вводе синтанола менее 60 масс. процесс пластификации существенно замедляется, а при увеличении его количества сверх 65 масс. возрастает время вымочки и, следовательно, трудоемкость процесса.

Стабилизатор хим. стойкости дифениламин вводят в массу в виде раствора в синтаноле. Количество его соответствует тому, которое вводится по штатной технологии.

Количество воды, в которой осуществляют варку, составляет 5^oC10 частей по отношению к 1 части пироксилина. Снижение модуля ниже 5 приводит к резкому ухудшению процесса перемешивания массы, а увеличение сверх 10 к дополнительному нерациональному расходу воды при одновременном уменьшении коэффициента использования оборудования.

Апробация предложенного авторами способа осуществлялась при изготовлении пластинчатого пироксилинового пороха типа "Сокол".

Пример. Описание процесса изготовления образцов.

Для смешения использовался пироксилин водной влажности 28^oC45 масс. с содержанием азота не менее 298,5 мл NO/г, взятый непосредственно с фазы стабилизации без какого-либо предварительного обезвоживания.

Стабилизатор хим. стойкости дифениламин вводился в виде раствора в синтаноле в количестве 1,0^oC2,0 масс. по отношению к сухому весу пироксилина.

В качестве растворителя-пластификатора использовали синтанолы марок ДТ-308 (ТУ 6-14-19-248-87) и АЛМ-10 (ТУ 7-14-864-86). Синтанол марки АЛМ-10, при комнатной температуре представляющий собой пастообразный продукт, предварительно разогревали до 50-55^oC, переводя в вязко-текучее состояние. Количество вводимого синтанола составляло 60-65 масс. по отношению в сухому весу пироксилина.

Смешение осуществляли следующим образом. Расчетное количество синтанола вводили при перемешивании в воду (модуль по пироксилину 5^oC10), предварительно отобрав некоторое количество для растворения дифениламина, и доводили температуру раствора до 80-85^oC. При этой температуре происходит выделение синтанола из воды в виде тонкой эмульсии, о чем свидетельствует помутнение растворы во всем объеме. К образовавшейся эмульсии при постоянном перемешивании прибавляли порциями пироксилин и раствор дифениламина в синтаноле. По окончании дозировки полученную массу перемешивают еще 30 минут при температуре 80-90^oC, после чего ее отделяют от воды до остаточной влажности до 45 мас. и подают на фазу формирования пороховых элементов.

Элементы в виде пластинок формировались из полотна, изготовленного на обогреваемых горизонтальных вальцах диаметром 155 мм и длиной 320 мм при частоте вращения 16 мин^-1. Температура вальцев поддерживалась в пределах 45-55^oC. Величина зазора между валками подбиралась таким образом, чтобы толщина готового полотна составляла 0,12^oC0,16 мм.

Исследовалась зависимость между влажностью исходной массу и условиями ее переработки (см. табл. 1)
Таким образом, результаты, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что влажность готового полотна практически не зависит от влажности исходной массы и изменяется в достаточно узких пределах: 0,783+0,047-0,073

Изготовленное полотно нарезали на пластинки заданной формы и перерабатывали их по режимам штатной технологии изготовления пористого пироксилианового пороха марки "Сокол".

В таблице 2 приведены характеристики полученных образцов и базового образца (пример 4).

Приведенные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что образцы пороха, изготовленные путем смешения массы из необезвоженного пироксилина методом варки (примеры 1, 2, 3), по основным физико-химическим параметрам и баллистическим характеристикам находятся на уровне штатного пироксилинового пороха марки "Сокол" (пример 4), изготовленного из обезвоженного сырья с применением в качестве порофора калиевой селитры, а по массе порохового заряда и средней скорости полета дробового снаряда превосходят его.

Таким образом, разработанный авторами способ смешения компонентов методом варки позволяет получать пироксилиновый порох из необезвоженного сырья, минуя фазу спиртового обезвоживания, что удешевляет процесс и делает его экологически чище. Использование в качестве растворителя-пластификатора труднолетучих синтанолов полностью исключает необходимость применения в производстве легколетучих веществ. Все это в целом приводит к снижению трудоемкости производства, его пожаро- и взрывоопасности.

Качество готового продукта, полученного смешением компонентов методом варки, обеспечивает заданные баллистические характеристики при навесках, на 20-25% меньших, чем на штатном (базовом) продукте.

Сущность изобретения: способ заключается в смешении компонентов пороховой массы в воде при температуре, превышающей нижнюю критическую температуру смешения синтанола, используемого в качестве растворителя - пластификатора, с водой. 2 табл.

Способ приготовления пороховой массы при изготовлении пироксилиновых порохов, включающий смешение пироксилина, стабилизатора химической стойкости дифениламина и растворителя-пластификатора, отличающийся тем, что в качестве растворителя-пластификатора используют синтанол, а пороховую массу готовят путем смешения компонентов в воде при температуре, превышающей нижнюю критическую температуру смешения синтанола с водой.