СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОДИСПЕРСНОГО СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА Российский патент 2012 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия и малокалиберной артиллерии.

Известны способы получения крупнодисперсных порохов по экструзионной (лаковой и дисперсионной) и водно-дисперсионной технологиям [1-3]. Суть экструзионных технологий заключается в том, что формирование частиц пороховой массы выделено в отдельную стадию экструзии шнуров и их резки, а операция формообразования гранул происходит в объемных аппаратах, где исключены условия вторичного диспергирования. Недостатками экструзионных технологий являются достаточно высокая трудоемкость процессов и опасность чистки оборудования от лаков при ремонте.

При изготовлении СФП путем растворения нитратов целлюлозы (НЦ) или НЦ с нитроглицерином в этилацетате (ЭА) в водной среде, диспергировании порохового лака в присутствии эмульгаторов на сферические частицы отмечается низкий выход целевой фракции гранул с диаметром более 1,5 мм.

Наиболее близким техническим решением является способ получения сферического пороха для стрелкового оружия [4], включающий перемешивание в течение 10-15 минут в водной среде смеси пироксилина с возвратно-технологическими отходами и водной суспензией технического углерода, приготовление порохового лака в ЭА, диспергирование лака на сферические частицы и удаление ЭА при нагревании смеси до 92-94°C, отличающийся тем, что перемешивают в течение 10-15 минут в водной среде смесь пироксилина с возвратно-технологическими отходами или возвратно-технологические отходы и водную суспензию технического углерода, при этом в качестве возвратно-технологических отходов используют пироксилиновые и/или баллиститные пороха в количестве 10-100 мас.%, а приготовление лака в ЭА ведут в течение 60-180 минут.

Недостатком способа является низкий выход фракции пороха с диаметром частиц 1,5 мм и более (10-15%).

Целью изобретения является увеличение выхода фракции пороха с размером гранул более 1,5 мм и снижение полидисперсности.

Данная цель достигается тем, что способ получения крупнодисперсного СФП, включающий приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с ЭА, диспергирование лака и удаление растворителя, отличается тем, что приготовление порохового лака осуществляют в 6-10 мас.ч. воды по отношению к нитратцеллюлозным ингредиентам, вводят эмульгатор в количестве 2,0-4,0 мас.% по отношению к воде, проводят диспергирование лака и удаляют растворитель в количестве 40…50% от общего залитого объема, охлаждают содержимое реактора до 50°C, останавливают процесс, декантируют избыток воды в количестве 3-6 мас.ч., затем проводят формообразование гранул в течение 60-180 мин при температуре 50-69°C в присутствии 3-6 мас.% эмульгатора и 4-10 мас.% сернокислого натрия по отношению к воде и последующее удаление остаточного количества растворителя.

На первом этапе процесса использование воды в количестве 6-10 мас.ч. необходимо не только для получения гранул сферической формы с диаметром 1,5 мм и более, но и позволяет увеличить выход целевой фракции и обеспечить устойчивость водной дисперсии лаковых частиц. Увеличение содержания воды более 10 мас.ч. нецелесообразно, так как необходимый эффект скругления частиц до сферических достигается. Снижение модуля воды менее 6 мас.ч. приводит к частичной коалесценции крупных лаковых частиц и получению формы, отличной от сферической.

Ввод эмульгатора составляет 2,0-4,0 мас.% по отношению к воде. Уменьшение содержания менее 2,0 мас.% снижает устойчивость дисперсии лаковых частиц и вызывает необходимость в повышении интенсивности перемешивания, приводящей к уменьшению размеров лаковых частиц. Увеличение ввода более 4,0 мас.% вызывает повышенное пенообразование в начале процесса удаления растворителя.

После диспергирования удаляют 40-50% растворителя от общего залитого количества. Увеличение степени отгонки нецелесообразно, так как у частиц уже зафиксирована форма, а остаточное количество ЭА в объеме частицы обеспечивает в дальнейшем возможность изменения формы сферических гранул в дисковые. Недостаточная отгонка растворителя приводит к слипанию частиц в момент остановки мешалки.

На втором этапе осуществляется изменение формы частиц от сферической в дискообразную. Для этого объем декантируемой воды после частичного удаления растворителя составляет 3-6 мас.ч., пропорционально исходному объему, чтобы обеспечить остаточное содержание воды в реакторе 3,0-4,0 мас.ч. Это создает условия формообразования гранул в виде дисков. Увеличение объема декантируемой воды более 6 мас.ч. (при вводе 10 мас.ч.) и уменьшение воды менее 3 мас.ч. не позволяет обеспечить требуемую форму гранул, т.е. соотношение диаметр/ толщина горящего свода. В первом - это соотношение превышает 2,5, во втором - менее 1,8, в результате чего пороха имеют низкую насыпную плотность или дегрессивную форму соответственно.

Формообразование гранул проводят в течение 60-180 мин при температуре 50-69°С в присутствии 3-6 мас.% эмульгатора и 4-10 мас.% сернокислого натрия по отношению к воде. Чем больше размер частиц, тем выше ввод сернокислого натрия и эмульгатора и большая длительность процесса. Повторный ввод эмульгатора необходим в связи с тем, что при повышенных температурах он теряет свою активность. Увеличение повторного ввода эмульгатора до 6 мас.% вместо 4,0 мас.% по отношению к воде обусловлено также более высокой концентраций дисперсии в связи с декантацией воды.

Температура процесса в пределах 50-69°C дает возможность варьировать вязкость сферических частиц в зависимости от остаточного содержания ЭА. Верхний температурный предел ограничен температурой кипения азеотропной смеси ЭА - вода, которая составляет 70,6°C. Снижение температуры менее 50°C не обеспечивает условий протекания деформации сферических частиц из-за уменьшения подвижности системы полимер - остаточный растворитель.

Примеры выполнения способа получения крупнозерненного СФП в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу приведены в таблице.

Пример 1. В реактор заливается 60 л воды (6 мас.ч.), загружается 10 кг НЦ-ингредиентов (например, пироксилин 1Пл или НЦ с возвратно-технологическими отходами или баллиститная масса). Смесь перемешивается 10 мин. Затем заливается 40 л ЭА и в течение 30-40 мин готовится пороховой лак. После ввода 120 г (2,0 мас.%) эмульгаторов (мездрового клея и КМЦ) ведется диспергирование порохового лака на сферические частицы, а затем температура в реакторе повышается до 74-76°C и ведется отгонка ЭА (40% от общего количества). Температура в реакторе снижается до 50°C, мешалка останавливается, декантируется 3 мас.ч. воды, мешалка включается, вводится 90 г (3 мас.%) мездрового клея и 120 г сульфата натрия (4 мас.% к воде) и проводится перемешивание в течение 60 мин при температуре 50°C. Затем температура постепенно поднимается до 92-96°C, при этой температуре отгоняется ЭА. Выдержка в конце процесса в течение 20-30 мин. Полученный СФП промывается, фракционируется и сушится.

Остальные примеры выполняются аналогично.

Из данных таблицы видно, что при изготовлении пороха в пределах заявленных параметров (примеры 1, 2, 3) выход целевой фракции увеличивается до 55-65%. Декантация меньшего количества воды, т.е. оставшийся модуль 5,0-7,0 мас.ч. по отношению к НЦ-ингредиентам, приводит к отсутствию деформации частиц (D/2e₁=1,0-1,1), что снижает кажущуюся и насыпную плотности пороха (примеры 4, 5). Изготовление пороха по штатным режимам приводит к низкому выходу целевой фракции.

Таблица Режимы изготовления и характеристики пороха, изготовленного по разработанному и известному способам Наименование показателя По разработанному способу За пределами граничных условий По известному способу Пр.1 Пр.2 Пр.3 Пр.4 Пр.5 1 2 3 4 5 6 7 Масса НЦ, кг 10 10 10 10 10 10 Количество воды, л (мас.ч.) 60 (6,0) 80 (8,0) 100 (10,0) 80 (8,0) 120 (12,0) 40 (4,0) Перемешивание компонентов, мин. 10 10 10 10 10 10 Ввод ЭА, л 40 42 45 40 50 40 Ввод сернокислого натрия, г (%) - - - - - 100 (1,0) Отгонка растворителя при температуре, °C 74-76 74-76 74-76 74-76 74-76 75-94 Объем отогнанного ЭА, % от залитого 40 45 50 40 50 100 Снижение температуры до, °C 50 50 50 45 50 - Остановка мешалки и декантация воды, мас.ч. 30 (3,0) 50 (5,0) 60 (7,0) 20 (2,0) 70 (7,0) - Включение мешалки и ввод мездрового клея, г (мас.%) 120 (4,0) 150 (5,0) 180 (6,0) 180 (3,0) 250 (5,0) - Ввод сульфата натрия, г (%) 120 (4) 210 (7) 300(10) 180 (2) 500 (10) - Подъем температуры до, °C 50 65 69 65 - - Перемешивание, мин. 60 25 180 40 200 - Отгонка растворителя, °C 74-96 74-96 74-96 74-96 74-96 - Фракция, мм 1,5-1,8 1,8-2,0 2,0-3,0 1,8-2,0 2,0-3,0 1,5-1,8 Выход, % 60-65 55-60 55-60 20-30 (частичное образование слипков) 20-30 (несоответствие формы) 10-15 Физико-химические характеристики пороха:             - плотность кажущаяся, г/см³ 1,64 1,63 1,62 1,38 1,56 1,47 - насыпная плотность, г/см³ 1,02 0,99 0,98 0,56 0,86 0,65 - соотношение D/2e₁ 1,8 2,2 2,5 1,0-1,1 1,0-1,1 1,5 Примечания: 1. В качестве стабилизатора химической стойкости вводится дифениламин 0,5 мас.% по отношению к НЦ, сверх 100 мас.% 2. D - диаметр зерна, 2e₁ - толщина горящего свода

ЛИТЕРАТУРА

1. Dietman Muller. Изготовление пороха методом экструдирования. Fh G-Berichter. - 1984. - №3-4. - Р.14-17.

2. Патент 2256636 (Россия). МПК⁷ C06B 21/00, 25/24, C06D 5/06. Способ получения сферического пороха. - Заявка №2003134274 от 26.11.2006.

3. Патент №4285743 (США). Кл. 149/2. МКИ C06B 45/00. Гранулированный порох и метод его приготовления. - РЖХим. - 1982. - 11Н 235П.

4. Патент 2226184 (Россия). МПК⁷ C06B 21/00, 25/18. Способ получения сферического пороха для стрелкового оружия / Н.М.Ляпин, А.А.Староверов, В.Ф.Сопин и др. - Заявка №2002108855 от 05.04.2002.

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия и малокалиберной артиллерии. Способ получения крупнодисперсного сферического пороха включает приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с этилацетатом, диспергирование лака и удаление растворителя. Приготовление порохового лака осуществляют в 6-10 мас.ч. воды по отношению к нитратцеллюлозным ингредиентам, вводят эмульгатор в количестве 2,0-4,0 мас.% по отношению к воде, проводят диспергирование лака и удаляют растворитель в количестве 40…50% от общего залитого объема, охлаждают содержимое реактора до 50°С, останавливают процесс, декантируют избыток воды в количестве 3-6 мас.ч., затем проводят формообразование гранул в течение 60-180 мин при температуре 50-69°С в присутствии 3-6 мас.% эмульгатора и 4-10 мас.% сернокислого натрия по отношению к воде и последующее удаление остаточного количества растворителя. Изобретение обеспечивает увеличение выхода фракции пороха с размером гранул более 1,5 мм и снижение полидисперсности. 1 табл.

Способ получения крупнодисперсного сферического пороха, включающий приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с этилацетатом, диспергирование лака и удаление растворителя, отличающийся тем, что приготовление порохового лака осуществляют в 6-10 мас.ч. воды по отношению к нитратцеллюлозным ингредиентам, вводят эмульгатор в количестве 2,0-4,0 мас.% по отношению к воде, проводят диспергирование лака и удаляют растворитель в количестве 40-50% от общего залитого объема, охлаждают содержимое реактора до 50°С, останавливают процесс, декантируют избыток воды в количестве 3-6 мас.ч., затем проводят формообразование гранул в течение 60-180 мин при температуре 50-69°С в присутствии 3-6 мас.% эмульгатора и 4-10 мас.% сернокислого натрия по отношению к воде и последующее удаление остаточного количества растворителя.