СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ВТОРИЧНЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2024 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к взрывчатым веществам, которые в дальнейшем могут быть использованы как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения.

Известен способ, описанный в патенте RU №2663047, МПК С06В 21/00, С06В 33/00, опубл. 01.08.2018 г. под названием «Способ изготовления пиротехнических составов», который заключается в совместном измельчении компонентов пиротехнических составов и их смешении в жидкой среде при воздействии ультразвука до образования агломерированных частиц.

К недостаткам данного способа следует отнести: неприменимость метода для обработки вторичных ВВ; наличие смешения веществ в жидкой фазе, что ограничивает применимость способа для работы с индивидуальными веществами; наличие агломерации частиц в жидкой фазе, что приводит к необходимости введения опасной и вредной операции - протирки частиц пиротехнического состава через сетки; в патенте отсутствует описание механической части проведения обработки, несмотря на то, что именно постановка обработки имеет ключевое значение для получения удовлетворительного результата; применение веществ, оказывающих существенное влияние на чувствительность.

Известен способ, описанный в патенте RU №2425820, МПК С06В 21/00, С06В 33/00, опубл. 10.08.2011, под названием «Способ измельчения твердых компонентов для изготовления смесевого ракетного твердого топлива», который заключается в одновременном измельчении окислителя и модификатора горения при соотношении 100:(1…10) вес.ч., при помощи ультразвуковой энергии в неорганической среде при температуре (20±5)°С.

К недостаткам данного способа следует отнести: необходимость измельчения обрабатываемых частиц; строгие температурные условия проведения процесса (20±5)°С; описанный в патенте способ предполагает обязательное одновременное смешение нескольких компонентов, что ограничивает его применение для индивидуальных веществ; приведенная формула для определения длительности обработки не учитывает связь твердости обрабатываемых частиц и скорость измельчения; в способе присутствует опасная операция просеивания кристаллов ВВ через сито, для определения величины (скорости)) измельчения.

Известен способ, описанный в патенте RU №2607206, МПК С06В 45/06, С06В 25/00, С06В 21/00, опубл. 29.12.2014, под названием «Способ приготовления пластичного взрывчатого состава», который заключается в смешении кристаллического взрывчатого вещества (ВВ) с раствором пластичного полимера в летучем растворителе, последующей отгонке растворителя, грануляции и сушке. Перед смешиванием компонентов кристаллическое ВВ обрабатывают путем измельчения для увеличения дефектности кристаллов ВВ и получения округлой формы частиц, близкой к сфере или эллипсоиду, со средним размером 5-10 мкм. Измельчение осуществляют механически, путем обработки в шаровой или планетарной мельницах или в ультразвуковом диспергаторе в виде суспензии.

К недостаткам данного способа следует отнести: ограниченную универсальность данного способа, т.к. он подходит к использованию обработанных кристаллов только в пластичных ВВ и не подходит для других способов изготовления смесевых ВВ (например литье, эмульсии, золь-гель технологии) или деталей из индивидуальных кристаллических вторичных ВВ (например прессование, шнекование и т.д.); описанный подход применим только для классов ВВ нитроэфиры и нитроамины, что в значительной степени ограничивает применимость данного метода к другим классам вторичных ВВ.

Известен способ, описанный в патенте RU №2674970, опубл. 13.12.2018 г., МПК С06В 21/00, С30В 30/06, С30В 29/54, С30В 29/60, под названием «Способ сфероидизации кристаллов циклических нитраминов», включающий перемешивание суспензии ВВ в жидкой рабочей среде с последующей ультразвуковой обработкой.

К недостаткам известного способа относятся: описанный подход узконаправлен и применим только для класса ВВ нитроамины, что не позволяет применять его к другим классам вторичных ВВ и, в значительной степени, ограничивает универсальность предложенного способа; в описанном методе требуется дополнительное оборудование для перемешивания суспензии, что вызывает необходимость в усложнении аппаратурного оформления процесса обработки кристаллов ВВ; способ описывает смешение компонентов и не предполагает их измельчение; применение при включенном ультразвуке в качестве рабочей среды (акустической жидкости) для перемешивания кристаллов ВВ растворителей различных классов опасности существенно увеличивает токсичность процесса и вызывает опасность возгорания из-за подвода энергии ультразвуковых волн к ЛВЖ.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ), описанный в патенте RU №2768622, опубл. 24.03.2022 г., МПК С06В 21/00, включающий механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ до получения однородной суспензии в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ, ультразвуковую обработку в кавитационном режиме с последующими фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов.

К недостаткам известного способа относятся: описанный способ не позволяет получать высокодисперсные кристаллы ВВ, так как в способе описывается вариант активации ВВ в суспензии; наличие операций гомогенизации суспензии. что существенно усложняет процесс подготовительных операций и увеличивает время обработки ВВ; узкий температурный диапазон, при котором проводится процесс обработки.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей, а именно универсальности способа получения высокодисперсных кристаллов вторичных ВВ и однородности свойств вторичных ВВ для различных классов вторичных ВВ, с одновременным упрощением аппаратурного оформления.

Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в том, что удалось добиться более высокой однородности свойств кристаллов вторичных ВВ за счет узкого диапазона размеров получаемых кристаллов вторичных ВВ, применение сред малой токсичности в сравнении со способами, требующими применения реактивов различных классов опасности, прецизионностью за счет отсутствия неконтролируемых примесей при обработке, а также удаления примесных включений в кристаллах вторичных ВВ, вследствие их разрушения.

Это достигается тем, что в способе получения высокодисперсных вторичных взрывчатых веществ (ВВ), включающем механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ до получения однородной суспензии в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ, ультразвуковую обработку в кавитационном режиме с последующими фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов, согласно изобретению, перемешивание суспензии осуществляют в течение 10-20 минут при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 1:10 до 2,5:30, не включая 2,5:30 вес.ч., ультразвуковую обработку производят в области развитой кавитации на расстоянии от волновода не более 40 мм, продолжительностью от 120, не включая 120, до 180 минут, при температуре суспензии от 20 до 30°С, не включая 30°С.

Кроме того, с целью обеспечения широкой унификации в качестве кристаллического вторичного ВВ используют ароматические нитросоединения или нитрамины, или нитроэфиры. Кроме того, с целью обеспечения широкой унификации в качестве кристаллического вторичного ВВ используют производные нитробензофуроксанов или производные триазола. Кроме того, с целью снижения токсичности процесса и, как следствие, снижение опасности для персонала в качестве акустической жидкости использована вода. Кроме того, с целью обеспечения большего разнообразия классов вторичных ВВ растворимых или частично растворимых в воде в качестве акустической жидкости использован неполярный растворитель. Кроме того, с целью обеспечения простоты аппаратурного оформления процесса ультразвуковую обработку производят размещением емкости с акустической жидкостью под волноводом.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

Способ получения высокодисперсных вторичных взрывчатых веществ (ВВ) осуществляют следующим образом:

• кристаллы ВВ помещают в акустическую жидкость, не смешивающуюся и не взаимодействующую с ВВ. Массовое соотношение ВВ: акустическая жидкость выбирают в интервале от 1:10 до 1:30 весовых частей. При изменении указанного интервала соотношений компонентов не гарантируется требуемая дисперсность получаемых кристаллов. При использовании соотношения компонентов менее 1:30 вес.ч. существенно снижается производительность предложенного способа. При использовании соотношения компонентов более 1:10 вес. ч. не обеспечивается удовлетворительная равномерность обработки кристаллов ВВ;

• производят механическое перемешивание до получения однородной суспензии. Оптимальное время перемешивания составляет 10-20 минут. Перемешивание менее 10 минут не приводит к удалению воздуха из суспензии, вследствие слабой смачиваемости поверхности кристаллов ВВ. Перемешивание более 20 минут нецелесообразно, так как не улучшается однородность суспензии;

• под волновод ультразвукового аппарата помещают емкость с суспензией ВВ и акустической жидкости;

• производят включение ультразвука в кавитационном режиме. Важно, чтобы ВВ находилось в области развитой кавитации, так как интенсивность ультразвука существенно снижается из-за поглощения энергии ультразвука акустической жидкостью. Рекомендуемое расстояние от волновода до ВВ не должно превышать 40 мм;

• продолжительность обработки выбирают в интервале от 30 до 180 минут. Обработка продолжительностью менее 30 минут не приводит к достижению однородного распределения частиц по размерам; обработка, продолжительностью более 180 минут приводит к увеличению износа оборудования, загрязнению образца вследствие действия кавитационной эрозии волновода;

• рекомендуемая температура суспензии находится в диапазоне от плюс 20 до плюс 80°С и достигается за счет поглощения энергии ультразвуковых волн акустической жидкостью. Температуры суспензии менее плюс 20°С или более плюс 80°С могут быть достигнуты путем применения дополнительного холодильного или нагревательного оборудования;

• отбор кристаллов ВВ производят на химической воронке с бумажным или керамическим фильтром, допускается, для ускорения процесса отбора кристаллов ВВ фильтрование проводить под вакуумом на воронке Бюхнера с бумажным или керамическим фильтром;

• сушка при 60-80°С в течение 4-16 часов. Температурные режимы сушки выбраны из соображений безопасности.

Работоспособность способа была подтверждена следующими примерами.

Пример 1. Навеску ВВ из класса ароматических нитросоединений смешивают с водой в массовом соотношении 1:15 вес.ч. Параметры ультразвука: частота 20 кГц, электрическая мощность (т.е. подаваемая на генератор ультразвуковых волн) 1500 Вт, волновод сужающийся (коэффициент трансформации амплитуды ультразвуковой волны 1:1,3); тип преобразователя - магнитострикционный; длительность обработки суспензии ультразвуком составила 60 минут. Режим действия ультразвука - кавитационный, расстояние от волновода до дна контейнера - 40 мм, температура суспензии во время обработки 25°С. Размер кристаллов ТАТБ анализировался методом сканирующей электронной микроскопии. До обработки размер кристаллов составлял 160-200 мкм, после обработки составил 0,2-3,5 мкм.

Пример 2. Навеску гексогена смешивают с водой в массовом соотношении 1:10 вес.ч. Параметры ультразвука: частота 20 кГц, электрическая мощность (т.е. подаваемая на генератор ультразвуковых волн) 1500 Вт, волновод сужающийся (коэффициент трансформации амплитуды ультразвуковой волны 1:1,3), тип преобразователя - магнитострикционный; длительность обработки суспензии ультразвуком составила 30 минут. Режим действия ультразвука - кавитационный, обеспечивают расстоянием от волновода до дна контейнера равным 40 мм, температура суспензии во время обработки 40°С.

Размер кристаллов гексогена анализировался методом сканирующей электронной микроскопии. До обработки размер кристаллов составлял 250-300 мкм, после обработки составил 0,3-4,2 мкм.

Заявляемый способ получения высокодисперсных вторичных ВВ позволил применить его для труднорастворимых вторичных ВВ, например 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТБ, класс - ароматические нитросоединения). Эффективность также подтверждена для следующих классов ВВ: нитрамины (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан (гексоген), 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан (октоген), гексанитрогексаазаизовюрцитан (CL-20)), нитроэфиры (тетранитропентаэритрит (ТЭН)) алифатические нитросоединения (1,1-диамино-2,2-динитроэтилен (Апрол)), производные нитробензофуроксанов (бензо-трис-(1,2,5-оксадиазол-2-оксид) (БТФ)), производные триазола (5-оксо-3-нитро-1,2,4-триазол (НТО)).

Кроме того, предлагаемый способ отличается простотой аппаратурного оформления, так как не требует применения нестандартного оборудования и дополнительных перемешивающих устройств. Ультразвуковую обработку проводят путем погружения ультразвукового волновода в суспензию вторичного ВВ и акустической жидкости, однородность свойств достигается за счет действия ультразвуковых волн и перемешивания суспензии эккартовскими и рэлеевскими течениями, также возникающими в среде вследствие действия ультразвуковых волн.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа повышения детонационной способности вторичных ВВ и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к взрывчатым веществам, которые в дальнейшем могут быть использованы как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения с применением энергии взрыва. При получении высокодисперсных вторичных взрывчатых веществ (ВВ) осуществляют механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ до получения однородной суспензии в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ. Производят ультразвуковую обработку в кавитационном режиме с последующими фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60-80°С в течение 4-16 часов. Перемешивание суспензии осуществляют в течение 10-20 минут при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 1:10 до 2,5:30, не включая 2,5:30 вес. ч. Ультразвуковую обработку производят в области развитой кавитации на расстоянии от волновода не более 40 мм, не включая 40 мм, продолжительностью от 120, не включая 120, до 180 минут, при температуре суспензии от 20°С до 30°С, не включая 30°С. Обеспечивается более высокая однородность свойств кристаллов вторичных ВВ за счет узкого диапазона размеров получаемых кристаллов вторичных ВВ, применение сред малой токсичности в сравнении со способами, требующими применения реактивов различных классов опасности, прецизионность за счет отсутствия неконтролируемых примесей при обработке, а также удаления примесных включений в кристаллах вторичных ВВ вследствие их разрушения. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения высокодисперсных вторичных взрывчатых веществ (ВВ), включающий механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ до получения однородной суспензии в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ, ультразвуковую обработку в кавитационном режиме с последующими фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60-80°С в течение 4-16 часов, отличающийся тем, что перемешивание суспензии осуществляют в течение 10-20 минут, при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 1:10 до 2,5:30, не включая 2,5:30 вес. ч., ультразвуковую обработку производят в области развитой кавитации на расстоянии от волновода не более 40 мм, не включая 40 мм, продолжительностью от 120, не включая 120, до 180 минут, при температуре суспензии от 20°С до 30°С, не включая 30°С.

2. Способ получения высокодисперсных вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кристаллического вторичного ВВ используют ароматические нитросоединения, или нитрамины, или нитроэфиры.

3. Способ получения высокодисперсных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кристаллического вторичного ВВ используют производные нитробензофуроксанов или производные триазола.

4. Способ получения высокодисперсных вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве акустической жидкости используют воду.

5. Способ получения высокодисперсных вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве акустической жидкости используют неполярный растворитель.

6. Способ получения высокодисперсных вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку производят размещением емкости с акустической жидкостью под волноводом.