СТАБИЛИЗАТОР ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВЕЩЕСТВА - ПОРОХА, ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА, ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩЕГО СОСТАВА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2005 года по МПК C06B25/18 C06B21/00 C06D5/00 

Изобретение относится к области нитроцеллюлозных веществ - нитроцеллюлозных порохов, твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов на основе нитроцеллюлозного пороха, находящих применение в ствольных и ракетных системах, а также в системах пожаротушения, в огнетушителях, для развертывания и надува средств аварийного спасения, для автомобильных мешков безопасности, пневматических устройств и для других целей, требующих быстрого и безопасного создания газами давления, объема.

Известно, что в настоящее время стабилизацию химической стойкости нитроцеллюлозных порохов, твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов на основе нитроцеллюлозного пороха осуществляют обработкой N-нитрозодифениламином, алкилированными производными дифенилмочевины (централитами), дифениламином в концентрациях 0,2-4 мас.% (RU 2093500 С1, 1997; RU 2026276 C1, 1995; RU 21998870 С2; US 3917767, 1975; RU 2140893 C1, 1999; RU 2117649 C1, 1998).

Эффективными стабилизаторами во времени горючего ракетного топлива являются диоксинафталины, их эфиры и гомологи, дисалицилиден-1,2-пропандиамин. Эффективными термостабилизаторами являются длинноцепочечные алифатические амины, предпочтительно с числом углеродных атомов 10-40, формальдимины, продукты конденсации триэтаноламина со спиртами или жирными кислотами (Я.М.Пушкин. Жидкие и твердые химические ракетные топлива. - М., Наука, 1978, с.162-164).

Стабилизатор химической стойкости - дифиниламин и способ обработки нитроцеллюлозного вещества - пороха путем введения в его состав дифениламина приняты в качестве наиболее близкого аналога предлагаемой группы изобретений (Краткий энциклопедический словарь, “Энергетические конденсированные системы”, под ред. Б.П.Жукова, М., Янус-К, 2000, с.407-408).

Недостатком известных стабилизаторов химической стойкости нитроцеллюлозных порохов, твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов на основе нитроцеллюлозного пороха является то, что N-нитрозодифениламин, централиты и дифениламин в процессе получения, хранения, использования, переработки и утилизации указанных газообразующих веществ образуют токсичные вещества, при этом сами стабилизаторы относятся к различным классам опасности (Вредные вещества в промышленности. Под редакцией Н.В.Лазарева, “Химия”, 1969 г.).

Кроме того, недостаточен ассортимент известных стабилизаторов химической стойкости веществ на основе нитроцеллюлозы, что не позволяло получать разнообразные композиционные материалы, пороха, твердые ракетные топлива, газогенерирующие составы с заданными свойствами без введения дополнительных компонентов. Кроме того, образование в нитроцеллюлозных композициях токсичных нитрозосоединений резко ограничивает их применение в гражданских целях.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества нитроцеллюлозных веществ - пороха, твердого ракетного топлива и газогенерирующего состава, их свойств и экологии в процессе получения, хранения, использования, переработки и утилизации за счет универсальности свойств вводимых веществ, позволяющих отказаться от введения дополнительных добавок, а также получение химически стойких порохов, твердых ракетных топлив, газогенерирующих составов и увеличение ассортимента применяемых веществ для стабилизации химической стойкости веществ на основе нитроцеллюлозы.

Решение поставленной задачи достигается использованием в качестве стабилизатора химической стойкости нитроцеллюлозного вещества - пороха, твердого ракетного топлива и газогенерирующего состава бензоина (I).

Предлагается стабилизатор химической стойкости указанных нитроцеллюлозных веществ, а именно бензоин формулы (I):

Данное изобретение основано на совокупности полученных экспериментальных данных, теоретических представлений органической и физической химии, что позволяет обоснованно прогнозировать и рассчитывать составы рецептур компонентов систем и их соотношений, необходимых для оптимального проведения процесса с учетом предъявляемых к ним требованиям. На основании имеющихся представлений, что процесс разложения нитроцеллюлозы идет по радикальному, ион-радикальному механизму (Л.А.Смирнов “Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них”, под редакцией Л.В.Забелина, М., 1997 год) и полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что стабилизировать нитроцеллюлозу возможно на определенной стадии ее деструкции и использовать для этой цели вещества, ответственные за ингибирование каждого из этих путей или применять одно вещество, способное стабилизировать нитроцеллюлозу на всех стадиях ее разложения.

Одним из свойств предлагаемого вещества является его относительно низкая температура разложения и относительно высокая температура воспламенения с образованием значительного количества газов, при этом часть энергии (температуры) будет тратиться на процесс разложения этих веществ, что уменьшит общую (суммарную) температуру образующихся газов с одновременным увеличением их объемов (за счет газов, образующихся в результате термического разложения и горения веществ), что приведет к плавному и быстрому возрастанию давления в ограниченном замкнутом пространстве (объеме) и скорому истечению образовавшихся газов в направлении меньшего давления, что очень важно при стрельбе из ствольных и ракетных систем, так как такое (равномерное и плавное) увеличение давления позволит избежать сильных (громких), резких звуковых хлопков (шумов), снизить дульное давление, а также по тем же причинам уменьшить толщину стенок стволов, ракет, гильз, а также изменять материал, из которого они изготавливаются, с одновременным улучшением баллистических и других характеристик этих систем и уменьшением выбросов видимого пламени (в основном за счет отсутствия в выбросах твердых раскаленных частиц).

Известно, что бензоин, относящийся к классу ароматических кетонов, образуется из бензойного альдегида (бензальдегида) в присутствии катализатора [Хотинский Е.С. Курс органической химии 4-е переработанное и дополненное издание. - Харьков.: Изд-во Харьковского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. А.Н.Горького. 1959. - 724 с.; Павлов Б.А. и Терентьев А.П. Курс органической химии 4-е издание. - М.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы, 1961. - 592 с.; Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. Книга 2. Издание 2. - М.: Изд-во “Химия”, 1974. - 744 с.; Степаненко Б.Н. Курс органической химии. Часть II. Карбоциклические и гетероциклические соединения. - М.: Изд-во “Высшая школа”, 1976. - 304 с.; Робертс Дж. Касерио М. Основа органической химии. Т.2. - 2-е издание, доп. - М.: Мир, 1978. - 888 с.; Кери Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. Книга 2. Реакции и синтезы. - М.: Изд-во “Химия”, 1981. - 455 с.].

Известно использование бензоина в синтезе бензила (дибензоила, α-дикетон бензила) [Хотинский Е.С. Курс органической химии, 4-е переработанное и дополненное издание. - Харьков.: Изд-во Харьковского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. А.Н.Горького. 1959. - 724 с.; Павлов Б.А и Терентьев А.П. Курс органической химии, 4-е издание. - М.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы, 1961. - 592 с.; Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. Книга 2. Издание 2. - М.: Изд-во “Химия”, 1974. - 744 с.; Степаненко Б.Н. Курс органической химии. Часть II. Карбоциклические и гетероциклические соединения. - М.: Изд-во “Высшая школа”, 1976. - 304 с.; Робертс Дж., Касерио М. Основа органической химии. Т.2. - 2-е издание, доп. - М.: Мир, 1978. - 888 с.; Кери Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. Книга 2. Реакции и синтезы. - М.: Изд-во “Химия”, 1981. - 455 с.] и как аналитический реагент [Коренман И.М. Органические реагенты в неорганическом анализе. Справочник. - М.: Изд-во “Химия”, 1980. - 448 с.].

Использование указанного соединения в качестве стабилизатора химической стойкости нитроцеллюлозного вещества – пороха, твердого ракетного топлив и газогенерирующего состава является новым, не известным из уровня техники.

Предлагается также способ обработки вышеуказанных нитроцеллюлозных веществ с использованием вышеуказанного органического стабилизатора химической стойкости путем введения его в количестве 0,1-35% от массы обрабатываемых веществ.

Новым и неочевидным является установление того, что введение указанного вещества I в состав нитроцеллюлозных порохов, а также твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов на их основе в количестве 0,1-35% от их массы обеспечивает требуемую химическую стойкость. При этом достигается улучшение показателя пламя гашения, баллистических характеристик, флегматизации, значительное изменение температуры и увеличение объемов образовавшихся газов.

Нижеследующие примеры поясняют, но не ограничивают настоящее изобретение. Во всех примерах образцы готовились по известной классической технологии.

В 50 мл этилацетата (ЭА) растворяют навеску стабилизатора, взятую с точностью 0,0001 г, затем засыпают 5 г нитроцеллюлозного вещества, с содержанием азота не менее 212,0 мл NO/г (с учетом влажности = 57,3 мас.%). Полученную смесь периодически перемешивают в течение 24-28 часов до образования однородной массы. Массу разливают по поверхности формы и сушат. Полученную нитроцеллюлозную пленку разрезают на полоски и определяют ее химическую стойкость по ОСТ В 84-2085-92 (при температуре 110°С) и другие характеристики. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1Нитроцеллюлозный материалСтабилизаторСодержание, мас.%Содержание токсических веществХимическая стойкость12345пироксилинДифениламин0,5N нитрозодифениламинвысокаябаллиститДифениламин1N нитрозодифениламинвысокаякордитДифениламин2,5N нитрозодифениламинвысокаяпироксилинБензоин0,5Не обнаруженовысокаябаллиститБензоин1Не обнаруженовысокаякордитБензоин2,5Не обнаруженовысокая     

В результате проведенных тестов была показана эффективность стабилизатора химической стойкости при введении в пироксилин или составы на его основе в количестве от 0,1 до 35% от массы, при этом достигалась требуемая стабильность всех нитроцеллюлозных композиций при улучшении показателя пламя гашения, баллистических характеристик, флегматизации, значительного изменения температуры и увеличения объемов газов. Кроме того, использование указанных соединений при обработке нитроцеллюлозных порохов, твердых ракетных топлив, газогенерирующих составов, обеспечивает экологию в процессе получения, хранения, использования, переработки и утилизации нитроцеллюлозных материалов. Полученные результаты позволяют использовать данное вещество не только в качестве стабилизатора, но и как компонент для создания новых рецептур нитроцеллюлозных порохов, твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов на их основе, так как он обладает уникальными свойствами, позволяющими применять его при создании новых разнообразных композиционных материалов с заданными свойствами.

Изобретение относится к области нитроцеллюлозных веществ - порохов, твердых ракетных топлив и газогенерирующих составов, находящих применение в ствольных и ракетных системах, а также в системах пожаротушения, в огнетушителях, в системах для развертывания и надува средств аварийного спасения, для автомобильных мешков безопасности, пневматических устройств и для других целей, требующих быстрого и безопасного создания газами давления, объема. Предложен стабилизатор химической стойкости нитроцеллюлозного вещества - пороха, твердого ракетного топлива и газогенерирующего состава, представляющий собой бензоин. Предложен также способ обработки нитроцеллюлозного вещества - пороха, твердого ракетного топлива, газогенерирующего состава путем введения в него стабилизатора химической стойкости - бензоина в количестве от 0,1 до 35% от массы обрабатываемого вещества. Изобретение обеспечивает химическую стойкость указанных нитроцеллюлозных веществ, при этом достигается улучшение показателей пламягашения, баллистических характеристик, флегматизации, значительного изменения температуры и увеличения объемов образующихся газов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Стабилизатор химической стойкости нитроцеллюлозного вещества - пороха, твердого ракетного топлива, газогенерирующего состава, представляющий собой бензоин формулы