СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ ГЕКСАНИТРОГЕКСААЗАИЗОВЮРЦИТАНА
METHOD OF MODIFYING SURFACE OF HEXANITROHEXAAZA-ISOWURTZITANE PARTICLES

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа получения компонентов смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) с повышенными энергетическими характеристиками.
3
Из литературы известно (Методы синтеза, свойства гексанитрогексаазаизовюрцитана. Успехи химии, 2005, т.74, №8), что к таким компонентам относится высокоплотный высокоэнергетический гексанитрагексаазаизовюрцитан (CL-20), поскольку он имеет плотность более 2,04 г/см, скорость детонации более 9400 кг/с, теплоту образования  ккал/моль, обладает достаточно высокой температурой начала разложения - 190°С, поэтому он может быть использован как окислитель для создания новых высокоэффективных СТРТ, взрывчатых составов и артиллерийских порохов. Регулирование баллистических характеристик топлива может быть достигнуто благодаря использованию модификаторов горения. Однако их эффективность определяется способом ввода и равномерным распределением в топливной массе.
Следует отметить, что в литературе отсутствуют данные по изготовлению модифицированного CL-20, но приведены составы, где в качестве окислителя используется CL-20 либо самостоятельно, либо в смеси с другими окислителями либо компонентами.
В статье В.П.Синдицкий, В.К.Егоршев, М.В.Березин "Горение энергоемких циклических нитроаминов", Химическая физика, 2003, т.22 N4, с.56-63 показано, что все указанные циклические нитроамины обладают высокой скоростью горения и зависимостью скорости горения от давления.
Также известны СТРТ по патентам US №6682614, US №6790299 и др., имеющие высокие скорости горения и зависимость скорости горения от давления. Для снижения скорости горения и зависимости скорости горения от давления в СТРТ и баллиститных пороках применяют ингибитор баллистических свойств топлива - транс-1,4,5,8-тетранитрозо-1,4,5,8-тетраазадекалин (Ц-2). В сухом виде (при влаге менее 0,1%) данный компонент чувствителен к статическому электричеству.
Предлагается новый компонент СТРТ в виде кристаллов гексанитрогексаазаизовюрцитана, с нанесенным на поверхность его компонента Ц-2, предназначенный для создания топливных композиций с невысокой скоростью горения, без снижения энергетических характеристик топлива.
Известен способ нанесения на кристаллы октогена покрытия из кристаллов формиата и оксалата меди. Для этого октоген растворяют в ацетоне при температуре 60-70°С и в раствор при постоянном перемешивании вводят насыщенный водный раствор соли либо измельченную добавку. Затем растворитель медленно испаряют, при этом добавка оксалат меди осаждается на поверхности октогена.
См. статью Степанова Р.С. и др. "Влияние формиатов и оксалатов металлов на скорость распада октогена" Физика горения и взрыва, 2004, т.40, N5, с.86-90. Недостатками способа является применение больших количеств огнеопасного низкокипящего органического растворителя - ацетона, а также необходимость его рекуперации, что делает процесс дорогим, малотехнологичным. Этот способ выбран нами в качестве прототипа.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения покрытия на поверхность частиц гексанитрогексаазаизовюрцитана и снижение опасности процесса - устранение органического растворителя ацетона.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что гексанитрогексаазаизовюрцитан помещают в воду при соотношении 1:100 при комнатной температуре, перемешивают в течение 5-10 минут до получения однородной суспензии, добавляют суспензию транс-1,4,5,8-тетранитрозо-1,4,5,8-тетраазадекалин (Ц-2) в воде в соотношении 1:100, перемешивают в течение 10-20 минут до полного распределения, затем приливают при перемешивании 1%-ный водный раствор неионогенного праестола при следующем весовом соотношении компонентов: CL-20, Ц-2 и 1%-ый водный неионогенный праестол: 100: (1÷10):(0,01÷0,05) и перемешивают в течение 30±10 минут при комнатной температуре, охлаждают водой до температуры 5÷10°С, отфильтровывают и сушат до постоянного веса при 50÷70°С.
Сущностью предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего получить гексанитрогексаазаизавюрцитан с модифицированной поверхностью частиц Ц-2, который путем применения 1%-ного водного неионогенного праестола образует водородные связи между амидными группами праестола и атомами кислорода нитроаминных групп CL-20 и Ц-2.
Способ модификации поверхности частиц CL-20 представлен примером.
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для дозирования, закачивают воду и помещают CL-20 исходя из соотношения CL-20 к воде 1:100, перемешивают в течение 5÷10 минут при комнатной температуре до получения однородной суспензии, приливают суспензию Ц-2 в воде, перемешивают в течение 10÷20 минут до полного распределения Ц-2 в суспензии. Далее приливают в течение 5÷10 минут приготовленный ранее 1%-ный водный раствор неионогенного праестола в количестве 0,01…0,05% в пересчете на сухой продукт по отношению к CL-20. По окончании дозирования 1%-ного водного раствора неионогенного праестола реакционную массу перемешивают в течение 30±10 минут при комнатной температуре. Осадок отфильтровывают, промывают охлажденной водой. Далее сырой продукт переносят на противень и сушат до постоянного веса при 50÷70°С.
Анализ технологических вод показал отсутствие Ц-2, а исследование модифицированного CL-20 установило, что количество высаженного Ц-2 на поверхности частиц CL-20 составляет 94÷98% (см. Таблицу).
С целью освобождения отфильтрованной воды от растворенного в ней CL-20 проводят нейтрализацию содой.
Высаживание Ц-2 происходит при комнатной температуре. Повышение температуры нежелательно, т.к. происходит дополнительный расход электроэнергии и удорожание процесса, снижение температуры приводит к замедлению процесса высаживания.
Весовое соотношение общего количества Ц-2 и CL-20 к воде составляет 1:100, которое принято из соображения безопасности процесса. Соотношение больше 100 нежелательно ввиду снижения производительности аппарата. Перемешивание CL-20 с водой в течение 5-10 минут необходимо для получения однородной суспензии. Добавление Ц-2 в виде водной суспензии к суспензии CL-20 в воде в течение 10-20 минут необходимо для полного распределения Ц-2. Время перемешивания менее 10 минут нежелательно, т.к. Ц-2 не успевает распределиться в суспензии CL-20. Однако увеличение времени перемешивания свыше 20 минут нецелесообразно, поскольку увеличивается длительность производственного цикла.
Количество 0,01÷0,05% 1%-ного водного раствора неионогенного праестола (в пересчете на сухой продукт по отношению к CL-20) вполне достаточно для полного высаживания Ц-2 на CL-20, меньшее количество 1%-ного водного раствора неионогенного праестола нежелательно, поскольку приводит к неполному высаживанию Ц-2.
Время выдержки суспензии после смешения всех реагентов составляет 30±10 минут. Увеличение времени более 30 минут экономически нецелесообразно, а уменьшение - может способствовать неполной модификации CL-20 Ц-2.
Положительный эффект изобретения состоит в создании технологического способа распределения Ц-2 на поверхности кристаллов высокочувствительного к механическим воздействиям продукта CL-20 в присутствии поверхностно-активного вещества неионогенного 1%-ного водного раствора неионогенного праестола. Использование в качестве реакционной среды воды снижает пожароопасность процесса. Полученный продукт нашел применение в качестве высокоэнергетического компонента для СТРТ и порохов.
Составы, приготовленные с модифицированным CL-20, имеют пониженный уровень горения и могут быть использованы в высокоэнергетических составах как отдельно, так и в смеси с другими окислителями типа октоген, гексоген и перхлорат аммония и др.
Данный способ модификации поверхности частиц CL-20 опробован с положительным результатом в опытных условиях ФГУП «НИИПМ» и предложен для отработки новых высокоэффективных составов.