ПЕНТАЭРИТРИТТЕТРАНИТРАТ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК C06B49/00 B82B3/00 

Изобретение относится к области производства взрывчатых веществ и изделий на их основе, а именно к производству бризантных взрывчатых веществ, используемых при создании средств инициирования, в частности к модифицированному углеродными наноматериалами пентаэритриттетранитрату (ТЭНу).

Продукт, полученный предложенным способом, в виде отдельных мелких кристаллов с включениями углеродных наноматериалов с наличием электрической проводимости (удельное объемное электрическое сопротивление от 1,0 Ом⋅м до 5,0⋅10⁴ Ом⋅м) может быть использован при изготовлении средств инициирования и передачи детонации, применяемых в горнорудной промышленности. Включение углеродных наноматериалов в состав взрывчатых веществ обеспечивает достижение электропроводности и электростатической диссипации (антистатической).

При изготовлении капсюлей-воспламенителей и средств инициирования для горнорудной промышленности в производстве широко применяется такое взрывчатое вещество как пентаэритриттетранитрат (ТЭН). Существующие технологии отработаны на получение такого продукта, обеспечивающего технические требования при изготовлении средств инициирования [Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л., «Химия», - 1973, - С. 636-644].

Основным недостатком получаемого пентаэритриттетранитрата известными способами является отсутствие электропроводимости, удельное объемное электрическое сопротивление превышает 1⋅10⁸ Ом⋅м, что не позволяет происходить электростатической диссипации и делает технологические операции с использованием пентаэритриттетранитрата особо опасными.

Открытие углеродных нанотрубок произошло относительно недавно и по этой причине их применение в настоящее время ограничено лишь определенными отраслями и направлениями, в частности: микроэлектроника, капиллярные, оптические применения, медицина, генераторы энергии и двигатели, источники тока.

В настоящее время на практике углеродные нанотрубки практически не применяются в производстве взрывчатых веществ, используемых для изготовления капсюлей-воспламенителей и средств инициирования для горнорудной промышленности.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого способа модифицирования пентаэритриттетранитрата углеродными нанотрубками для повышения электропроводности.

Преимуществами предлагаемого решения является:

- использование материалов, сырья, применяемых в валовом производстве;

- применение легко поддерживаемых в производственных условиях режимов перекристаллизации, обеспечивающих качество получаемого продукта.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение удельного объемного электрического сопротивления пентаэритриттетранитрата до величин от 1,0 Ом⋅м до 5,0⋅10⁴ Ом⋅м.

Технический результат достигается за счет модификации пентаэритриттетранитрата углеродными нанотрубками. Модификация проводится введением нанотрубок в виде суспензии в реакционную смесь в момент перекристаллизации пентаэритриттетранитрата. За счет введения углеродных нанотрубок в момент перекристаллизации, нанотрубки распределяются по кристаллам пентаэритриттетранитрата равномерно.

В раствор пентаэритриттетранитрата в ацетоне, нагретый до температуры от 40 до 60°С, вводят водную суспензию углеродных нанотрубок. Общий объем вводимой водной суспензии составляет не менее двух объемов раствора пентаэритриттетранитрата в ацетоне.

Согласно заявляемому изобретению концентрация углеродных нанотрубок может составлять от 0,005% до 0,1% от массы пентаэритриттетранитрата.

Осуществление изобретения

Примером достижения заявляемой цели являются проведенные в лабораторных условиях перекристаллизации с различным содержанием УНТ. Перекристаллизации проводили следующим образом. Предварительно пентаэритриттетранитрат был растворен в ацетоне при нагреве до 50°С. Высадка пентаэритриттетранитрата из раствора проводилась с помощью воды с добавлением суспензии УНТ. Количество введенного УНТ рассчитывалось по массе растворенного пентаэритриттетранитрата. Соотношение объема добавляемой воды к объему реакционной смеси составляло не менее 2:1. Всего было проведено четыре перекристаллизаций в ходе которых был получен пентаэритриттетранитрат с содержанием УНТ 0,005%; 0,01%; 0,05% и 0,1%.

Полученные во время перекристаллизации одиночные кристаллы имели округлую форму, размеры кристалла - от 200 до 600 мкм, гравиметрическая плотность - 0,9 г/см³. Цвет кристалла - серый, в отличие от немодифицированного пентаэритриттетранитрата, у которого цвет белый. При осмотре в микроскоп было установлено, что нанотрубки равномерно распределены внутри кристаллов пентаэритриттетранитрата. Удельное объемное электрическое сопротивление полученного пентаэритриттетранитрата составило от 1,0 Ом⋅м до 5,0⋅10⁴ Ом⋅м.

Изобретение относится к взрывчатым веществам, которые могут использоваться для изготовления детонирующих шнуров, капсюлей-воспламенителей и средств инициирования для горнорудной промышленности. В способе получения пентаэритриттетранитрата, модифицированного углеродными нанотрубками, модификация проводится во время перекристаллизации введением в раствор пентаэритриттетранитрата в ацетоне, нагретый до температуры от 40 до 60°С, водной суспензии углеродных нанотрубок в реакционную смесь из расчета от 0,005% до 0,1% от массы пентаэритриттетранитрата. Общий объем вводимой водной суспензии составляет не менее двух объемов раствора пентаэритриттетранитрата в ацетоне. Обеспечивается снижение удельного объемного электрического сопротивления пентаэритриттетранитрата до величин от 1,0 Ом⋅м до 5,0⋅10⁴ Ом⋅м. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ получения пентаэритриттетранитрата, модифицированного углеродными нанотрубками, заключающийся в том, что модификация проводится во время перекристаллизации введением в раствор пентаэритриттетранитрата в ацетоне, нагретый до температуры от 40 до 60°С, водной суспензии углеродных нанотрубок в реакционную смесь из расчета от 0,005% до 0,1% от массы пентаэритриттетранитрата, общий объем вводимой водной суспензии составляет не менее двух объемов раствора пентаэритриттетранитрата в ацетоне.

2. Пентаэритриттетранитрат, модифицированный углеродными нанотрубками, содержащий их по массе от 0,005% до 0,1% от массы пентаэритриттетранитрата, полученный способом по п. 1.