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 для 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 их 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 адсорбируясь на поверхности октогена даже при очень малой концентрации, приводит к резкому снижению поверхностного натяжения, ПАА позволяет равномерно распределить на поверхности октогена компоненты, входящие в состав топлива и улучшить его свойства.
Известен ряд патентов, в которых использовался полиакриламид для приготовления составов СТРТ: патенты - RU 2082704, С06В 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2082705, С06В 31/02, 29/22, опубл. 06.27.1997, RU 2288208, МПК С06D 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, С06В 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 нами 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 нового способа высаживания из водного раствора полиакриламида на октоген со 100% выходом продукта, а также увеличение производительности аппарата и снижение пожароопасности процесса.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в водный раствор полиакриламида концентрацией 0,01…0,5% дозируют октоген при постоянном перемешивании в течение 10…15 минут при температуре 15-25°С при весовом соотношении октогена к водному раствору полиакриламида 1:(4…5), выдерживают при перемешивании в течение 10…20 минут, полученную суспензию дополнительно дозируют в течение 50…60 минут, осадитель - этиловый спирт при весовом соотношении октоген : осадитель 1:(5…6) и выдерживают при перемешивании 10…20 минут при температуре 15…25°С, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 60±5°С в течение двух часов.
Весовое соотношение октогена к водному раствору ПАА составляет 1:(4…5), которое при равномерном перемешивании образует суспензию. Увеличение соотношения нежелательно по причине снижения производительности аппарата. Дозирование октогена проводят в течение 10…15 минут к водному раствору ПАА, это время необходимо для получения суспензии. Перемешивание менее 10 минут нежелательно, поскольку октоген не успевает полностью распределиться в растворе ПАА. Перемешивание более 15 минут приводит к увеличению длительности производственного цикла.
Модификация октогена ПАА протекает при температуре от 15…25°С. Повышение температуры выше 25°С нежелательно, поскольку способствует перерасходу энергии и удорожанию процесса, а понижение - ниже 15°С способствует коагуляции ПАА.
В результате проведенных исследований выявлено, что время выдержки реакционной массы при перемешивании в течение 10…20 минут способствует образованию устойчивой суспензии.
Водный раствор ПАА, взятый в пределах 0,01…0,5% весовых частей, вполне соответствует высаживанию его на октоген, что позволяет сохранить энергетические характеристики состава.
Для выполнения поставленной задачи необходимо подобрать компонент - осадитель - для системы октоген : водный раствор ПАА.
Основные требования, предъявляемые к осадителю, заключаются в том, что он должен быть дешевым, нетоксичным, доступным, не образовывать взрывоопасных смесей, хорошо смешиваться с водой, не растворять октоген.
Назначение осадителя состоит в высаживании ПАА из водного раствора на октоген. В качестве такого осадителя были рассмотрены: спирты, ацетон, этилацетат, тетрагидрофуран. Из перечисленных растворителей наиболее удовлетворяющим всем требованиям являются спирты.
3
3
3
Известно, что низшие алифатические спирты, такие как метиловый, этиловый, изопропиловый, смешиваются с водой во всех отношениях. Метиловый спирт не используют, поскольку относится к ядовитым веществам с ярко выраженным кумулятивным действием, а его ПДК составляет 5 мг/м. Изопропиловый спирт имеет ПДК 10 мг/м, а этиловый спирт имеет ПДК 1000 мг/м. (Вредные вещества в промышленности. Том 1. Изд-во «Химия», Ленинградское отделение, 1976 г., стр.369).
Спирты обладают низкой летучестью, что связано с ассоциацией спиртов, благодаря наличию межмолекулярных водородных связей. Образование водородных связей между спиртами и водой являются причиной того, что метанол, этанол, изопропанол смешиваются с водой во всех отношениях (З.Гауптман и др. Органическая химия. М.: Химия, 1979 г.).
Ацетон не подходит, поскольку частично растворяет октоген и является пожароопасным. Растворимость октогена в ацетоне составляет 2,65% при 27°С.
Растворимость октогена в воде около 0,003% при 15-20°С. (Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960 г.).
В связи с вышеперечисленным для нашей системы в качестве осадителя выбран этиловый спирт в качестве наиболее безопасного осадителя, доступности, простоты сырьевой базы, поскольку он удовлетворяет всем поставленным требованиям.
ПАА понижает поверхностное натяжения твердых частиц порошкообразных компонентов, что способствует лучшему их распределению. ПАА адсорбирует (прилипая) на частицы октогена, образует адсорбционный слой, который препятствует агломерации частиц. Водный раствор ПАА представляет собой гелеобразную бесцветную вязкую массу. Водные растворы его негорючи, не взрывоопасны и относятся к малотоксичным веществам.
Весовое соотношение октоген - осадитель составляет 1:(5…6), при этом соотношении этиловый спирт, смешивая с водным раствором полиакриламида, способствует высаживанию растворенного ПАА на октоген. Это соотношение самое оптимальное для полного высаживания ПАА на октоген. Выход высаженного ПАА на октоген составляет по результатам анализа 99,9%. При соотношении октоген - осадитель выше 6 способствует снижению производительности аппарата.
Время дозировки осадителя составляет 50…60 минут. Снижение времени менее 50 минут приводит к неполному высаживанию ПАА на октоген, а увеличение времени способствует перерасходу электроэнергии.
Модифицированный ПАА октоген представляет собой белый порошок, который хорошо рассыпается, что является важным при использовании различных концентраций ПАА.
Пример выполнения предлагаемого изобретения
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для дозирования, наливают приготовленный раствор полиакриламида в воде при соотношении 0,01…0,5:100 вес.ч. Октоген присыпают равномерно при постоянном перемешивании в течение 10... 15 минут при температуре 15…25°С. Далее реакционную массу выдерживают в течение 10…20 минут. В суспензию дозируют этиловый спирт при весовом соотношении октоген и этиловый спирт 1:(5…6) в течение 50…60 минут и выдерживают при перемешивании 10…20 минут при температуре 15…25°С, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 60±5°С в течение двух часов.
Положительный эффект изобретения состоит в разработке технологического способа нанесения покрытия на кристаллы октогена с количественным выходом. Данные таблицы иллюстрируют параметры процесса, которые позволяют высадить ПАА количественно на октоген с помощью осадителя - этилового спирта.
Модифицированный октоген ПАА может использоваться в качестве компонента СТРТ, БТ и порохов, а также применяться в составах с окислителями типа CL-20, перхлората аммония и др.
Приготовление модифицированного октогена ПАА осуществлено на существующем оборудовании, способ опробован с положительным результатом в опытно-заводских условиях ФГУП «НИИПМ» и предложен для отработки новых составов.
Положительный эффект изобретения состоит в разработке технологического способа нанесения покрытия на кристаллы октогена. Данные таблицы иллюстрируют параметры процесса, которые позволяют высадить ПАА на октоген количественно.
Модифицированный октоген полиакриламидом может использоваться в качестве компонента СТРТ, БТ и порохов, а также применяться 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
ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ ПОЛИАКРИЛАМИДА НА ОКТОГЕН
№№ ПП
Октоген: водный р-р ПАА
Время присыпания октогена, мин
Температура дозирования октогена, °С
Концентрация водного р-ра ПАА, %
Время выдержки, мин
Октоген: осадитель 1:(6…7)
Время дозировки осадителя, мин
Время выдержки, мин
Выход модифицированного октогена, %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.
1:6
15
30
0,01
30
1:4
70
5
98,7
2.
1:5
15
25
0,01
20
1:6
60
20
99,9
3.
1:5
10
25
0,01
10
1:5,5
50
15
99,0
4.
1:3,5
8
10
0,5
5
1:4,5
40
10
98,0
5.
1:4
10
15
0,5
10
1:5,5
55
15
99,1
6.
1:5,5
20
20
0,5
15
1:5,1
50
10
98,9
7.
1:6
15
25
0,5
20
1:6
60
20
99,5
8.
1:6,5
12
23
0,2
10
1:5
50
20
99,2