СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОКТОГЕНА ПОЛИАКРИЛАМИДОМ
METHOD OF MODIFYING SURFACE OF OCTOGENE WITH POLYACRYLAMIDE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к способу получения компонентов смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) и баллиститного топлива, а также к промышленным взрывчатым веществам, которые используют в горнодобывающей, нефтяной и газовой промышленности для проведения работ, связанных с применением энергии взрыва. Предлагаемое изобретение может использоваться для утилизации взрывчатых веществ, порохов и СТРТ, снятых с вооружения по истечению срока службы и замене на более совершенные.
Регулирование скорости горения топлив, содержащих октоген, достигается путем использования различных специальных добавок (модификаторов), с помощью которых можно регулировать взрывчатые, реологические характеристики, чувствительность к статическому электричеству, технологические характеристики наполнителей, такие как сыпучесть, слеживаемость, комкуемость.
Все обозначенные характеристики можно улучшить при использовании полиакриламида (ПАА), который является модификатором октогена. Важнейшим свойством ПАА является способность понижать в результате адсорбции поверхностную энергию. ПАА способствует тому, что он адсорбируется и даже при очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного натяжения на поверхности раздела раствора с твердым телом, которым является октоген.
ПАА позволяет равномерно распределить на поверхности октогена продукты, входящие в состав топлива, и улучшить его свойства.
Известен ряд патентов, в которых использовался полиакриламид для приготовления составов СТРТ: патенты - RU 2082704, C06B 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2082705, C06B 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2288208, МПК C06D 5/06 от 27.11.2006. Недостатком метода является добавление ПАА в конце процесса, что способствует, по-видимому, образованию сгустков.
В патентах US 3925123 НКИ 149/60, опубл. 1975, RU 2217401, C06B 25/00, 31/32, опубл. 06.09.2002 полиакриламид использовался в качестве загустителя для уничтожения топлива с истекшим сроком хранения.
Известна статья «Влияние формиатов и оксалатов металлов на скорость распада октогена», напечатанная в журнале «Физика горения и взрыва», 2004, т.40, №5, с.86-90, в которой на кристаллы октогена наносят покрытие в виде солей формиата и оксалата свинца и меди в присутствии растворителя - ацетона. Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатком способа является использование большого количества огнеопасного, легколетучего органического растворителя - ацетона. Необходимость его рекуперации делает процесс пожароопасным, малотехнологичным и дорогим.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа высаживания частиц ПАА на кристаллы октогена в дистиллированной воде, устранение органического растворителя при растворении ПАА и снижение пожароопасности процесса, а также снижение чувствительности к механическим воздействиям и электрической искре.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят раствор полиакриламида концентрацией 0,05…0,5% в дистиллированной воде, присыпают октоген при весовом соотношении октогена к водному раствору полиакриламида 1:10…15 в течение 10…15 минут, перемешивают при температуре 15…30°C в течение 40…60 минут, охлаждают до температуры +5…+10°C, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 60±5°C в течение 24 часов, а количество высаженного полиакриламида на октоген определяют седиментационным методом.
Процесс модификации октогена является непожароопасным, нетоксичным, а технологическая вода по данным анализа после высаживания является чистой, поскольку практически не содержит октогена, а ПАА полностью высажен на октоген.
Весовое соотношение октогена к воде составляет 1:10…15, которое взято из соотношения безопасности процесса, а соотношение 1:20 не желательно по причине снижения производительности реактора. Соотношение 1:8 приводит к образованию густой массы.
Присыпание октогена к водному раствору ПАА необходимо для получения суспензии, проводимого при непрерывном перемешивании в течение 10…15 минут. Следует отметить, что перемешивание менее 10 минут не желательно, поскольку октоген не успевает полностью распределиться в растворе ПАА. Увеличение перемешивания выше 15 минут приводит к увеличению длительности производственного цикла.
Модификация октогена ПАА протекает при температуре 15…30°C. Повышение температуры выше 30°C нежелательно, поскольку способствует перерасходу энергии и удорожанию процесса, а понижение - ниже 15°C способствует замедлению процесса высаживания, а также способствует коагуляции ПАА.
В результате проведенных исследований выявлено, что максимальное время перемешивания суспензии октогена в водном растворе ПАА составляет 60 минут, уменьшение времени ниже 40 минут перемешивания приводит к неполному покрытию поверхности октогена.
Водный раствор ПАА, взятый в нашем варианте в пределах 0,05…0,5 вес. частей, при указанных условиях, вполне соответствует полному высаживанию его на октоген, что позволяет сохранить энергетические характеристики октогена. Выход модифицированного октогена составляет 93,5-98,3%.
Параллельно с работой по модификации октогена ПАА разработан способ определения его в водной суспензии октогена. Для анализа выбран седиментационный метод, который основан на ускорении седиментации каолина, который вносится в воду, содержащую полиакриламид, с последующим измерением оптической плотности раствора на спектрофотометре ЮНИКО 1201. Количественная оценка содержания полиакриламида в воде проводится путем построения градуировочного графика.
Пример выполнения предлагаемого изобретения
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для присыпания, наливают заранее приготовленный водный раствор полиакриламида в воде при соотношении 0,05…0,5:100 вес.ч. Присыпают октоген порционно при постоянном перемешивании в течение 10…15 минут при температуре 15…30°C. После окончания присыпания октогена реакционную массу перемешивают в течение 40…60 минут, охлаждают до температуры +5…+10°C, осадок отфильтровывают. Осадок переносят на противень, сушат при температуре 60±5°C до постоянного веса.
Полученный модифицированный октоген анализируют седиментационным методом на определение количества высаженного полиакриламида. Данные представлены в Таблице 1.
Следует помнить, что в процессе хранения растворенный полиакриламид в воде подвергается деструкции в результате взаимодействия его с кислородом воздуха (или остаточным количеством пероксидных катализаторов полимеризации), что способствует разрушению молекулярной цепочки и снижению его адгезионных свойств. Из этого следует, что сроки хранения полиакриламида должны быть минимальными, желательно в день анализа провести процесс высаживания.
Известно также, что при использовании водопроводной воды, в которой присутствуют соли железа, происходит разрушение полиакриламида, поэтому при работе с ним необходимо пользоваться дистиллированной водой или проводить очистку водопроводной воды.
Водный раствор полиакриламида представляет собой гелеобразную бесцветную вязкую массу. Водные растворы его не горючи, не взрывоопасны и относятся к малотоксичным веществам.
Модифицированный полиакриламидом октоген представляет собой белый порошок, который хорошо рассыпается.
Использование воды в качестве реакционной среды резко снижает пожароопасность процесса модификации полиакриламидом октогена, позволяет уменьшить чувствительность к удару, трению, а также уменьшить чувствительность к электрической искре (Таблица 2).
9
12
12
14
Из Таблицы 2 видно, что чувствительность к трению у модифицированного октогена улучшается с 110 до 130 МПа, эклектические характеристики также улучшаются (удельное объемное сопротивление с 5,4·10 до 5,1·10 Ом·м, удельное поверхностное сопротивление с 8,5·10 до >10 Ом).
Положительный эффект изобретения состоит в разработке технологического способа нанесения покрытия на кристаллы октогена. Данные Таблицы 1 иллюстрируют параметры процесса, которые позволяют высадить ПАА на октоген, а разработанный седиментационный метод позволяет количественно определить высаженный ПАА на октоген.
Модифицированный октоген полиакриламидом может использоваться в качестве компонента СТРТ, БТ и порохов, а также применен в составах с другими окислителями: CL-20, перхлорат аммония и др.
Приготовление модифицированного полиакриламидом октогена осуществлено на существующем оборудовании, способ опробован с положительным результатом в опытно-заводских условиях ФГУП «НИИПМ» и предложен для отработки новых составов.
Таблица 1
Параметры процесса модификации полиакриламида на октоген
№ п/п
Октоген:вода 1:10…15, вес.ч.
Время присыпания октогена, мин
Температура реакции, °C
Концентрация водного раствора ПАА 0,05…0,5%
Время перемешивания, мин
Температура охлаждения, °C
Выход модифицированного октогена, %
1
1:15
15
30
0,05
60
5
97,8
2
1:15
15
20
0,05
60
7
96,0
3
1:10
10
30
0,05
40
10
94,5
4
10
10
15
0,05
60
10
93,4
5
10
15
20
0,5
50
8
97,2
6
1:15
15
30
0,5
60
6
98,3
7
1:15
10
25
0,5
40
0
96,9