СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ОКТОГЕНА Российский патент 2012 года по МПК C06B21/00 C06B25/34 C06B45/22 

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа покрытия компонентов, входящих в состав смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ).

В настоящее время в высокоэнергетических составах в качестве окислителя используется октоген. Использование нитраминов в большом количестве в топливах на основе активного связующего небезопасно. Нами разработан способ снижения чувствительности октогена к механическим воздействиям. Известно, что СРТТ с высоким содержанием октогена имеют пониженную прочность, обусловленную отсутствием адгезии октогена к связующему. В последние годы в ряде опубликованных работ отмечается, что для формирования адгезии октогена к связующему, содержащему нитроэфиры, необходимо поверхность октогена модифицировать. Модифицирующее вещество должно препятствовать явлениям адсорбции жидких компонентов (нитроэфиров) на поверхности октогена. В то же время было показано, что таким модификатором могут быть полиамины, которые обладают широким спектором свойств и разнообразием областей применения материалов с их использованием. Одним из таких является полиэтиленполиамин (ПЭПА). Обработка октогена раствором ПЭПА в хлористом углеводороде способствует высаживанию его на поверхность октогена за счет сорбции. При этом существенное значение имеет количество модификатора, нанесенного на поверхность октогена [«Исследование смачиваемости жидкостями порошка октогена с модифицирующей поверхностью» авторов Е.А.Кукариной, А.М.Громова, И.С.Кононова, напечатана в сборнике «Современные проблемы технической химии». Материалы докладов Международной научно-технической и методической конференции, 2006, Казань.]

Из литературы также известно, что для регулирования баллистических характеристик СРТТ используют способ нанесения (модификации) солей тяжелых металлов на октоген. Известен ряд статей авторов Степанова Р.С. и других, где предложен способ высаживания солей тяжелых металлов и органических кислот на октоген (Физика горения и взрыва, 2004, т.40, №5, с.89-92; 1999, т.35, №3, с.52-56; 2000, т.36, №5, с.74-77; 2004, т.40, №5, с.86-90). В качестве покрытия для октогена используют соли - формиаты, оксалаты, пропионитрилнитрамина, купферонаты.

Способ заключается в растворении октогена в ацетоне при 60-70°С с последующим введением в ацетоновый раствор солей или измельченной добавки в количестве ~5% от массы октогена, с последующим медленным упариванием ацетона, в результате добавка осаждается на поверхности кристаллов октогена (Степанов Р.С. и др. Физика горения и взрыва, 1999, т.35, №3, с.52-56). Недостатком метода является применение большого количества органического растворителя - ацетона, а также необходимость его рекуперации, что делает процесс дорогим и малотехнологичным. Этот способ взят нами в качестве прототипа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа модифицирования октогена полиэтиленполиамином, который позволяет улучшить взрывчатые, технологические и прочностные характеристики СРТТ.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят раствор полиэтиленполиамина в хлористом метилене, перемешивают при температуре 20±5°С в течение 10…15 минут, присыпают октоген в три приема равными порциями при весовом соотношении полиэтиленполиамина и октогена к ацетону 1:(5…7) в течение 15…20 минут, причем весовое соотношение октогена к полиэтиленполиамину составляет 100:(0,03…0,05), перемешивают в течение 40…50 минут при температуре 20±5°С, выдерживают при комнатной температуре в течение 30 минут, сушат при температуре 70±5°С в течение 25…30 минут.

Сущность предлагаемого способа модификации октогена ПЭПА состоит в том, что полиэтиленполиамин высаживается на поверхность октогена за счет процесса сорбции при температуре 20±5°С (меньше энергозатраты), количество используемого растворителя уменьшается по сравнению с прототипом в связи с хорошей растворяющей способностью, легкой отгонкой и возможностью рекуперации для последующего использования. Все это делает процесс более безопасным, уменьшает временные и энергетические затраты, увеличивает производительность аппарата.

Результаты эксперимента приведены в таблице 1, в которой представлены параметры процесса высаживания ПЭПА на октоген, выполненные в пределах предложенного изобретения.

Весовое соотношение октогена к растворителю составляет 1:(5…7), которое взято из соображения безопасности процесса, а соотношение выше 7 нежелательно из-за снижения производительности реактора.

Модификацию октогена ПЭПА осуществляют при температуре 20±5°С. Повышение температуры нежелательно, поскольку способствует перерасходу энергии и удорожанию процесса, а снижение температуры ниже 15°С приводит к замедлению процесса высаживания.

Соотношение октогена к ПЭПА 100:(0,03…0,05) соответствует уровню характеристик, которые необходимо для разработки новых составов с улучшенными прочностными характеристиками.

Время перемешивания октогена с раствором ПЭПА в хлористом метилене необходимо для получения суспензии. Присыпание осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 10…20 минут. При этом перемешивание менее 10 минут нежелательно, поскольку октоген не успевает распределиться в растворе ПЭПА. Увеличение времени выше 20 минут приводит к увеличению производственного цикла.

Проведенные исследования показали, что максимальное время перемешивания суспензии октогена в растворе полиэтиленполиамина составляет 50 минут, а уменьшение времени менее 40 минут приводит к неравномерной модификации поверхности частиц октогена.

Время выдерживания модифицированного октогена составляет 30…40 минут. Эту операцию необходимо производить для полного улетучивания запаха растворителя. Время выдерживания менее 30 минут недостаточно для полного улетучивания паров растворителя, а время выдерживания - 40 минут вполне соответствует тому, что модифицированный октоген получается однородным, не комкуется, не слеживается, хорошо рассыпается.

Способ модификации октогена полиэтиленполиамином в хлористом метилене представлен примером.

Пример выполнения заявленного изобретения

В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для дозирования, наливают приготовленный раствор полиэтиленполиамина в хлористом метилене и присыпают октоген в три приема при постоянном перемешивании в течение 20 минут при температуре 25°С, перемешивают в течение 50 минут, растворитель отгоняют, продукт переносят на противень, выдерживают при комнатной температуре в течение 30 минут, сушат при температуре 70±5°С в течение 30 минут. Отогнанный растворитель отводят в накопитель и оставляют для последующих модификаций, тем самым уменьшается расход на реакционную среду и делает процесс более экономичным. Анализ отогнанного растворителя показал, что в нем кроме растворителя других продуктов нет. Из этого следует, что весь ПЭПА высадился на октоген.

Использование хлористых углеводородов в качестве реакционной среды позволит значительно понизить пожароопасность процесса модификации.

В результате проведенных экспериментов в пределах предлагаемого изобретения следует, что покрытие получается равномерное, модифицированный октоген имеет хорошие технологические характеристики.

Октоген, модифицированный полиэтиленполиамином, исследован на взрывчатые характеристики, чувствительности к электрической искре и механическим воздействиям, которые представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 следует, что октоген, модифицированный ПЭПА, стал менее чувствителен к удару (было при нагрузке Р=2 кг 300 мм, а стало при Р=2 кг 500 мм) и менее чувствителен к трению неударного характера (был нижний предел Р₀=500 кгс/см², а стал Р₀=800 кгс/см²).

Предложенный способ модификации октогена ПЭПА может быть использован для приготовления топливных композиций СРТТ, изготовление которых осуществляется по существующей технологии. Топлива, изготовленные с использованием октогена, модифицированного ПЭПА, имеют меньшую чувствительность к механическим воздействиям. Улучшение взрывчатых характеристик достигается за счет равномерного распределения ПЭПА по поверхности частиц октогена.

Данный способ получения модифицированного октогена полиэтиленполиамином проверен на опытно-промышленной установке ФГУП «НИИПМ» с положительным результатом.

Таблица 2 Наименование соединений Чувствительность к трению Чувствительность к удару Чувствительность к трению неударного характера Чувствительность к электрической искре, мДж по ГОСТ РВ 50874-96 по ОСТ В 84-892-74 по ГОСТ РВ 51008-96 по ОСТ В 84-2176-84 нижний предел, P₀, кгс/см² Н_о, мм при нижний предел, P₀, кгс/см² Р=10 кг Р=2 кг Октоген м. В по ОСТ В 84-2515 2000 <50 300 500 >100 Октоген м. В по ОСТ В 84-2515, модифицированный ПЭПА 2000 <50 500 800 >100

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа покрытия компонентов, входящих в состав смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ). Способ модификации октогена осуществляется следующим образом: готовят раствор полиэтиленполиамина в хлористом метилене, перемешивают его при температуре 20±5°С в течение 10-15 минут, присыпают октоген в три приема равными порциями при весовом соотношении полиэтиленполиамина и октогена к хлористому метилену 1:(5-7) в течение 15-20 минут, причем весовое соотношение октогена к полиэтиленполиамину составляет 100:(0,03-0,05), перемешивают в течение 40-50 минут при температуре 20±5°С, выдерживают при комнатной температуре в течение 30 минут, сушат при температуре 70±5°С в течение 25-30 минут. Предложенный способ модифицирования октогена позволяет улучшить взрывчатые, технологические и прочностные характеристики СРТТ. 2 табл., 1 пр.

Способ модификации октогена, включающий высаживание компонента, отличающийся тем, что готовят раствор полиэтиленполиамина в хлористом метилене, перемешивают при температуре 20±5°С в течение 10-15 мин, присыпают октоген в три приема равными порциями при весовом соотношении полиэтиленполиамина и октогена к хлористому метилену 1:(5-7) в течение 15-20 мин, причем весовое соотношение октогена к полиэтиленполиамину составляет 100:(0,03-0,05), перемешивают в течение 40-50 мин при температуре 20±5°С, выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин, сушат при температуре 70±5°С в течение 25-30 мин.