Способ модификации поверхности октогена полиакриламидом

Способ модификации поверхности октогена полиакриламидом

Реферат

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).

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 5,4·10⁹ до 5,1·10¹² Ом·м, удельное поверхностное сопротивление с 8,5·10¹² до >10¹⁴ 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

1. Способ модификации поверхности октогена полиакриламидом, включающий приготовление водного раствора полиакриламида, отличающийся тем, что готовят 0,05…0,5%-ный раствор полиакриламида в дистиллированной воде, присыпают октоген при постоянном перемешивании в течение 10…15 мин при температуре 15…30°С при весовом отношении октогена и водного раствора полиакриламида 1:(10…15) и продолжают перемешивать в течение 40…60 мин, охлаждают до температуры +5…+10°С, осадок отфильтровывают и сушат при температуре 60±5°С до постоянного веса.

2. Способ модификации по п.1, отличающийся тем, что количество высаженного полиакриламида на октоген определяют седиментационным методом.