СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ОКТОГЕНА
METHOD OF MODIFIYING OCTOGENE

Изобретение относится к модификации октогена эпоксидным соединением с отвердителем, которое способно изменять физико-механические характеристики взрывчатых веществ (ВВ). Эти соединения находят применение как компоненты смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), баллиститного (БТ) и порохов.
В настоящее время наиболее используемым в промышленности ВВ является октоген, но он обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям, что создает опасные ситуации при использовании в СРТТ. Известно, что СРТТ с высоким содержанием октогена имеют пониженную прочность, обусловленную отсутствием адгезии октогена к горючему-связующему. Одним из возможных путей улучшения прочностных характеристик является использование адгезионных добавок, в том числе эпоксидных соединений. Применение эпоксидного соединения с отвердителем способствует обеспечению технологической безопасности, а также улучшению физико-механических и эксплуатационных характеристик СРТТ.
С целью улучшения прочностных характеристик СРТТ разработан способ модификации поверхности частиц октогена соединением, имеющим хорошую совместимость с компонентами СРТТ. Этим соединением являются эпоксидные смолы. Для модификации выбрана эпоксидная смола Э-44, представляющая собой твердое соединение, состоящее из дифенолпропана и эпихлоргидрина с молекулярной массой ~1100…2800, содержанием эпоксидных групп 3…12%, с температурой плавления 54…56°С по ТУ 6-10-1347-78.
В последние годы в ряде опубликованных работ отмечается, что для формирования адгезии октогена к активному связующему, содержащему нитроэфиры, необходимо поверхность октогена модифицировать. Модифицирующее вещество должно препятствовать явлениям адсорбции жидких компонентов на поверхности октогена, тем самым обеспечивая свое целевое назначение - статья «Исследование смачиваемости жидкостями порошка октогена с модифицированной поверхностью» авторов Е.А.Кукариной, A.M.Громова, И.С.Кононова, напечатана в сборнике «Современные проблемы технической химии», материалы докладов международной научно-технической конференции, 2006, Казань.
Из литературы также известно о применении эпоксидной смолы Э-44 в статье «Адгезия полимера к кристаллическим компонентам в топливах на активном связующем» авторов Ю.М.Баранцева, Д.А.Бакулина, Д.В.Кондратьевой, А.Астахова «Боеприпасы и спецхимия», №2, 2009, с.34-38.
Известен патент RU №2358957 МПК С06В 25/34, С06 23/00, С06В 45/22 от 20.06.09 на способ модификации октогена поливинилбутиралем. Одним из недостатков данного способа является высокая энергоемкость процесса, заключающаяся в нагреве реакционной массы с последующим охлаждением. Сложность процесса также связана с разделением твердой и жидкой фазы. Большие энергозатраты вызваны сушкой продукта, а также длительностью технологического процесса, обусловленной сушкой продукта в течение суток. Данный способ выбран нами в качестве прототипа.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка нового способа модифицирования октогена эпоксидным соединением с отвердителем, который позволяет улучшить взрывчатые характеристики СРТТ, а также понизить температуру начала интенсивного разложения компонента.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят раствор эпоксидной смолы Э-44 во фреоне, перемешивают при температуре (20±5)°С в течение 8…10 минут до полного растворения смолы, дозируют октоген тремя равными порциями при весовом соотношении эпоксидной смолы Э-44, фреона, октогена (0,3…0,5):(300…400):100 в течение 5…7 минут, выдерживают при перемешивании в течение 20…30 минут и дополнительно дозируют раствор отвердителя эпоксидной смолы Э-44 - полиэтиленполиамина во фреоне при весовом соотношении 1:(4…5) в течение 10…15 минут, весовое соотношение эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина составляет 10:(1…1,05), фреон отгоняют и сушат в течение 1,5…2,0 часов.
Сущность предлагаемого нового способа модификации октогена эпоксидной смолой состоит в том, что смола Э-44 высаживается на поверхность октогена с добавлением отвердителя в процессе модификации при температуре 20±5°С (меньше энергозатраты), а количество используемого растворителя резко сокращается (8…10 раз) по сравнению с прототипом. Все это делает процесс более безопасным, уменьшает временные и энергетические затраты, увеличивает производительность аппарата.
Высаживание эпоксидной смолы на октоген с последующим отверждением способствует более прочному закреплению Э-44 на поверхности октогена, понижает взрывчатые характеристики модифицированного компонента, а также способствует понижению температуры начала интенсивного разложения.
В качестве отвердителя используются полиамины, а именно полиэтиленполиамин (ПЭПА) по ТУ 2413-357-00203447-99.
Отверждение происходит по реакции взаимодействия эпоксидных групп смолы Э-44 с аминными группами ПЭПА по следующей схеме:
или
Из таблицы 1 видно, что температурный предел высаживания эпоксидной смолы на октоген составляет 20±5°С. Повышение температуры нежелательно, поскольку способствует более быстрой отгонке фреона, что может привести к образованию сгустков эпоксидной смолы на поверхности октогена (опыт 5). Снижение температуры приводит к замедлению процесса высаживания (опыт 1).
Соотношение общего количества эпоксидной смолы, растворителя и октогена составляет (0,3…0,5):(300…400):100, что позволяет получить суспензию, которая необходима для проведения процесса модификации октогена (опыт 2).
Перемешивание эпоксидной смолы во фреоне 8…10 минут необходимо для получения раствора смолы. Увеличение времени перемешивания более 10 минут приводит к увеличению длительности производственного цикла (опыт 6). Уменьшение времени приводит к неполному растворению смолы, что может привести к комкованию октогена (опыт 1).
Дозировка октогена в три приема в течение 5…7 минут необходима для равномерного распределения раствора эпоксидной смолы на поверхности октогена. Дозировка менее 5 минут нежелательна, поскольку октоген не успевает распределиться в растворе (опыт 4), а увеличение времени способствует увеличению длительности производственного цикла (опыт 5, 6).
Время выдержки суспензии октогена в растворе эпоксидной смолы составляет 20…30 минут. Увеличение времени выдержки более 30 минут экономически нецелесообразно (опыт 5, 6), а уменьшение времени выдержки может привести к неполному высаживанию смолы на октоген (опыт 1).
Приведенное соотношение эпоксидной смолы и отвердителя соответствует тому уровню получаемых характеристик, которые необходимы для разработки нового продукта для использования в новых составах разрабатываемых топлив и порохов (опыт 2,3). Октоген, модифицированный эпоксидной смолой с отвердителем, позволяет решить задачу по равномерному распределению ее в составе топливе, что необходимо для получения стабильных характеристик топлива с улучшенными свойствами.
Благодаря отвержденному покрытию удается регулировать технологические и эксплуатационные свойства разрабатываемого топлива.
Процесс отверждения эпоксидной смолы на октогене приводит к получению твердой, нерастворимой, неплавкой композиции, которая менее подвержена воздействию нитроэфиров (в случае применения активного связующего), поэтому адгезия наполнителя к связующему улучшается. Применение такого способствует увеличению физико-химической стабильности смесевых составов на его основе.
Пример выполнения заявленного изобретения
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для дозирования, помещают фреон и присыпают эпоксидную смолу Э-44, перемешивают при температуре 20±5°С в течение 10 минут до полного растворения смолы, далее равномерно через воронку присыпают в три приема октоген в течение 5…7 минут при весовом соотношении фреона к октогену и эпоксидной смоле 400:100:0,5, перемешивают до получения однородной суспензии и выдерживают при равномерном перемешивании в течение 20…30 минут, дополнительно дозируют раствор полиэтиленполиамина во фреоне в соотношении 1:5 в течение 15 минут, а соотношение эпоксидной смолы к полиэтиленполиамину составляет 10:1,05, фреон отгоняют, продукт сушат в течение 1,5-2 часов.
Полученный октоген, модифицированный эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем ПЭПА, представляет собой порошок с желтоватым оттенком, который хорошо рассыпается, не слипается, не комкуется.
Результаты эксперимента приведены в таблице 1, в которой представлены параметры процесса высаживания эпоксидной смолы и отвердителя на октоген, выполненные в пределах предлагаемого изобретения.
В результате проведенных экспериментов следует, что покрытие получается равномерное, модифицированный октоген имеет хорошие технологические характеристики.
В таблице 2 приведены взрывчатые характеристики модифицированного октогена и температура начала интенсивного разложения.
0
Из таблицы 2 следует, что октоген, модифицированный эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем, стал менее чувствителен к удару (было при нагрузке Р=10 кг, 50 мм, а стало при Р=10 кг, 250 мм) и менее чувствителен к трению (было Р=110 МПа, а стало >500 МПа), чувствительность к электрической искре осталась на прежнем уровне.
В данном изобретении предлагается новый компонент СРТТ в виде кристаллов октогена с высаженной на его поверхности отвержденной эпоксидной смолой Э-44 в виде адгезионной добавки. Полученный модифицированный октоген предназначен для использования в составах с целью улучшения взрывчатых характеристик СРТТ.
Высаживание на поверхности октогена эпоксидной смолы с последующим отверждением способствует ее закреплению на кристаллах октогена, что приводит к улучшению адгезии наполнителя к связующему.
Предложенный способ модификации октогена эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем может быть использован для приготовления СРТТ. Топлива, изготовленные с использованием октогена, модифицированного эпоксидной смолой и отвердителем ПЭПА, имеют меньшую чувствительность к механическим воздействиям.
Получен новый продукт - октоген, модифицированный эпоксидной смолой с отвердителем, который может быть использован для приготовления СРТТ с улучшенными свойствами.
Данный способ получения модифицированного октогена эпоксидной смолой с отвердителем проверен на опытно-промышленной установке ФГУП «НИИПМ» с положительным результатом.
Таблица 1
Условия проведения модификации октогена эпоксидной смолой Э-44 с отверждением полиэтиленполиамином (ПЭПА)
Температура (20±5)°С
№ опыта
Соотношение эпоксидная смола:фреона:октогена, вес.ч.
Время перемешивания, минут
Дозировка октогена, минут
Время выдержки, минут
Соотношение ПЭПА:фреон, вес.ч.
Время дозировки, минут
Соотношение Э-44:ПЭПА, вес.ч
Качественная оценка покрытия (визуальная на электронном микроскопе)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0,2:200:100
6
3
15
1:3
5
10:0,9
покрытие не совсем однородное и трудно перемешиваемое
2
0,5:400:100
10
7
30
1:5
15
10:1
полное покрытие, хорошо перемешивается
3
0,4:400:100
9
6
25
1:4,7
14
10:1
равномерное покрытие
4
0,3:400:100
8,5
4
22
1:5,5
10
10:1,05
имеются непокрытые участки
5
0,6:500:100
7
8,5
31
1:6
12
10:1,02
имеются сгустки покрытия
6
0,7:300:100
12
9
40
1:8
20
10:1,1
имеются сгустки покрытия
Таблица 2
Взрывчатые характеристики модифицированного и исходного октогена
Наименование соединений
Чувствительность к удару
Чувствительность к трению
Чувствительность к ударному сдвигу
Чувствительность к электрической искре, мДж
Т<sub>НИР</sub>, °С
по ОСТВ 84-892-74
по ОСТ В 84-894-74 при скорости трения 520 об/мин
по ОСТВ 84-895-74
по МТ 840-83
по ОСТВ 84-615-72
Н<sub>о</sub>, мм при Р=10 кг
нижний предел, Р<sub>0</sub>, МПа
нижний предел, Р<sub>0</sub>, МПа
Октоген м. В по ОСТ В 84-2515
50
110
250
>100
242
Октоген м. В модифицированный Э-44 и отвердителем
250
>500
300
>100
234