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

Изобретение относится к получению тонкодисперсных частиц высококачественного энергетического кристаллического материала вторичных взрывчатых веществ (ВВ), 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 №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; невозможность применения способа для интенсификации детонационных процессов, описываемое изобретение применимо только для процессов горения.

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.), что свидетельствует о меньшей универсальности известного способа.

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 способа для обработки вторичных ВВ; неприменимость способа для работы в докавитационном режиме; необходимость применения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; необходимость последующей утилизации или перегонки используемых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; необходимость существенного измельчения обрабатываемых частиц; невозможность применения способа для интенсификации детонационных процессов, т.к. описываемое изобретение применимо только для процессов горения; наличие агломерации частиц в жидкой фазе, что приводит к необходимости введения опасной и вредной для здоровья работников операции - протирки частиц пиротехнического состава через сетки.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ, описанный в патенте на изобретение CN №102320903 А, МПК С06В 21/00, опубл. 18.01.2012, под названием «Method for preparing high-quality energetic crystal material fine particles» (Способ получения тонкодисперсных частиц высококачественного энергетического кристаллического материала), включающий ультразвуковую обработку раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе, фильтрование вторичных взрывчатых веществ и их сушку.

К недостаткам данного технического решения следует отнести:

- в описанном способе обработке подвергается раствор, далее вливается жидкость, запускающая процесс кристаллизации;

- не регламентируется скорость подачи жидкости, запускающей процесс кристаллизации, несмотря на существенное значение данного фактора;

- используется продолжительное время обработки (1 час);

- способ предполагает принудительное перемешивание, что усложняет аппаратурное оформление процесса;

- описанный способ обладает меньшей унификацией и не применим для обработки, производных нитробензофуроксанов, производных триазола;

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 высокой унификации метода за счет того, что можно выбирать требуемую дисперсность получаемых кристаллов ВВ из широкого размерного диапазона, более высокой однородности свойств кристаллов вторичных ВВ за счет отсутствия неконтролируемых примесей, возможности применения сред малой токсичности (класс опасности применяемых растворителей не выше IV), прецизионностью за счет отсутствия неконтролируемых примесей при обработке.

Это достигается тем, что в способе получения высокодисперсных кристаллов вторичных взрывчатых веществ (ВВ), включающем ультразвуковую обработку раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе, фильтрование вторичных взрывчатых веществ и их сушку, согласно изобретению, проводят ультразвуковую обработку акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных взрывчатых веществ, при электрической мощности 400-3500 Вт и частоте 20 кГц, при температуре в интервале от 0°С до 70°С, с добавлением раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе при соотношении акустическая жидкость: раствор вторичных взрывчатых веществ в интервале от 1:1 до 15:1, со скоростью подачи раствора вторичных взрывчатых веществ в акустическую жидкость в интервале 0,5 мл/мин - 100 мл/мин, с последующими фильтрованием кристаллов вторичных взрывчатых веществ в вакууме и сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов.

Кроме того, с целью обеспечения широкой унификации в качестве вторичного ВВ используют вторичное ВВ из класса нитраминов или нитроэфиров.

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 широкой унификации в качестве вторичного ВВ используют вторичное ВВ из класса производных нитробензофуроксанов или производных триазола.

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 погружением волновода в акустическую жидкость.

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 получение высокодисперсных кристаллов ВВ путем осаждения из раствора при включенном ультразвуковом воздействии осуществляют следующим образом:

• готовят раствор вторичных ВВ в органическом растворителе. Важным фактором, напрямую влияющим на размер получаемых кристаллов, является насыщенность раствора. Так, более насыщенный раствор позволяет получать более крупные кристаллы, из слабых растворов можно получать мелкие кристаллы, в том числе в нанометровом размерном диапазоне;

• волновод ультразвукового аппарата помещают в емкость с акустической жидкостью. Температуру акустической жидкости выбирают в диапазоне от ≈ 0 до 70°С. В общем виде повышение температуры акустической жидкости способствует получению более крупных кристаллов вторичного ВВ. Применение температур акустической жидкости менее 0°С требует замены воды на специализированные смеси, что негативно сказывается на качестве получаемых кристаллов вторичного ВВ. Применение температуры акустической жидкости более 70°С нецелесообразно, так как требует усложнения аппаратурного оформления процесса и приводит к получению крупных кристаллов, соизмеримых по размерам с исходным сырьем. Массовое соотношение акустическая жидкость: раствор вторичного ВВ выбирают из соотношения в диапазоне 1:1-15:1. Так, размер получаемых кристаллов будет уменьшаться при увеличении количества акустической жидкости. Применение соотношений меньше 1:1 не эффективно, так как это будет способствовать получению крупных кристаллов, соизмеримых по размерам с исходным сырьем. Применение соотношений больше 15:1 приводит к существенному ухудшению однородности получаемых кристаллов по размерам, так как требует применения реакционных емкостей увеличенного размера;

• производят включение ультразвука. При этом мощность ультразвукового воздействия является существенным фактором для получения кристаллов вторичного ВВ необходимой дисперсности. Высокая мощность от 400 до 3500 Вт и сравнительно небольшая площадь излучателя, например, в ультразвуковых аппаратах, снабженных волноводами, позволяет получать кристаллы вторичного ВВ размером от 30 нм и выше; низкая мощность и большая площадь излучателя, например, ультразвуковые ванны различных конструкций, позволяют получать более крупные кристаллы размером до 50 мкм и выше;

• раствор вторичных ВВ в органическом растворителе (далее раствор) дозируют в акустическую жидкость. Скорость подачи раствора в акустическую жидкость могут выбирать в диапазоне от 0,5 мл/мин до 100 мл/мин. Скорость подачи раствора в акустическую жидкость оказывает существенное влияние на размер получаемых кристаллов. При медленной скорости можно получать мелкие кристаллы, при высокой скорости подачи раствора, образуются более крупные кристаллы. Скорость подачи раствора менее 0,5 мл/мин приводит к существенному увеличению продолжительности процесса, и, как следствие, приводит к увеличению износа оборудования и загрязнению образца вследствие действия кавитационной эрозии волновода. Скорость подачи раствора более 100 мл/мин приводит к существенному ухудшению однородности получаемых кристаллов по размерам, так как требует применения реакционных емкостей увеличенного размера;

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

• осуществляют сушку при 60-80°С в течение 4-16 часов. Работоспособность способа была подтверждена следующими примерами.

Пример 1. Готовят насыщенный раствор гексогена (вторичное ВВ) в ацетоне (органический растворитель) при температуре 56°С, массовое соотношение гексоген: ацетон составило 30:300 грамм. Массовое соотношение акустическая жидкость: раствор вторичных ВВ составило 15:1 грамм. 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; дозировка раствора в акустическую жидкость (вода) производится со скоростью 10 мл/мин; режим действия ультразвука - кавитационный; температура акустической жидкости во время обработки 45°С.

Размер полученных кристаллов гексогена анализировался методом сканирующей электронной микроскопии и составил 1,0-3,0 мкм.

Пример 2. Готовят насыщенный раствор гексогена в ацетоне при температуре 56°С, массовое соотношение гексоген: ацетон составило 30:300 грамм. Массовое соотношение акустическая жидкость: раствор вторичных ВВ составило 15:1 грамм. 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; дозировку раствора в акустическую жидкость производят со скоростью 10 мл/мин; режим действия ультразвука - кавитационный; температура акустической жидкости во время обработки 60°С.

Размер полученных кристаллов гексогена анализировался методом сканирующей электронной микроскопии и составил 3,0-7,2 мкм.

В зависимости от постановки заявляемый способ позволяет получать кристаллы вторичного ВВ размером от 30 нм до 50 мкм.

Заявляемый способ получения высокодисперсных кристаллов вторичных ВВ позволил применить его для различных классов вторичного ВВ: нитрамины, нитроэфиры, алифатические нитросоединения, производные нитробензофуроксанов, производные триазола.

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 акустическую жидкость при одновременном дозировании раствора вторичных ВВ в органическом растворителе, однородность свойств кристаллов вторичных ВВ достигают за счет подачи раствора вторичных ВВ в область развитой кавитации непосредственно под волноводом.

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

Изобретение относится к получению тонкодисперсных частиц высококачественного энергетического кристаллического материала вторичных взрывчатых веществ (ВВ), которые в дальнейшем могут быть использованы как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения. При получении высокодисперсных кристаллов вторичных взрывчатых веществ осуществляют ультразвуковую обработку раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе, фильтрование вторичных взрывчатых веществ и их сушку. Проводят ультразвуковую обработку акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных взрывчатых веществ, при электрической мощности 400-3500 Вт и частоте 20 кГц, при температуре в интервале от 0° до 70°С. Обработку проводят с добавлением раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе при соотношении акустическая жидкость : раствор вторичных взрывчатых веществ в интервале от 1:1 до 15:1. Скорость подачи раствора вторичных взрывчатых веществ в акустическую жидкость находится в интервале 0,5-100 мл/мин. Осуществляют последующее фильтрование кристаллов вторичных взрывчатых веществ в вакууме и сушкой при температуре 60-80°С в течение 4-16 часов. Обеспечивается возможность выбора требуемой дисперсности получаемых кристаллов ВВ из широкого размерного диапазона, более высокая однородность свойств кристаллов вторичных ВВ за счет отсутствия неконтролируемых примесей, возможность применения сред малой токсичности - класс опасности применяемых растворителей не выше IV, прецизионность за счет отсутствия неконтролируемых примесей при обработке. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения высокодисперсных кристаллов вторичных взрывчатых веществ, включающий ультразвуковую обработку раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе, фильтрование вторичных взрывчатых веществ и их сушку, отличающийся тем, что проводят ультразвуковую обработку акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных взрывчатых веществ, при электрической мощности 400-3500 Вт и частоте 20 кГц, при температуре в интервале от 0°С до 70°С, с добавлением раствора вторичных взрывчатых веществ в органическом растворителе при соотношении акустическая жидкость : раствор вторичных взрывчатых веществ в интервале от 1:1 до 15:1, со скоростью подачи раствора вторичных взрывчатых веществ в акустическую жидкость в интервале 0,5 мл/мин - 100 мл/мин, с последующими фильтрованием кристаллов вторичных взрывчатых веществ в вакууме и сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов.

2. Способ получения высокодисперсных кристаллов вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вторичного ВВ используют вторичное ВВ из класса нитраминов или нитроэфиров.

3. Способ получения высокодисперсных кристаллов вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вторичного ВВ используют вторичное ВВ из класса производных нитробензофуроксанов или производных триазола.

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

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

6. Способ получения высокодисперсных кристаллов вторичных ВВ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку производят погружением волновода в акустическую жидкость.