Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОДИСПЕРСНОГО СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП), в частности крупнодисперсных.

Известны способы получения сферических порохов по водно-дисперсионной технологии путем растворения нитратов целлюлозы (НЦ) или НЦ с нитроглицерином в этилацетате (ЭА) в водной среде. Получаемый пороховой лак в присутствии эмульгаторов диспергируется на сферические частицы заданного размера. После этого производится обезвоживание частиц и отгонка ЭА, которая осуществляется при температуре 72-96°С.

К настоящему времени разработан ряд технических решений, которые на базе водно-дисперсионной технологии позволили получить крупнодисперсные СФП с диаметром гранул до 2,5-3,0 мм [1-4]. Они основаны на рецептурных и технологических факторах, повышающих коалесцентную и седиментационную устойчивость лаковой частицы. К рецептурным факторам относятся использование низковязких нитратов целлюлозы и ввод дисперсных наполнителей. Технологические факторы включают:

- проведение диспергирования лака при температурах, приближающихся к температуре отгонки этилацетата (68-69°С);

- применение загустителей водной среды;

- двухпорционная дозировка обезвоживателя с частичной экстракцией растворителя;

- двухстадийный метод формирования гранул;

- ввод мелкодисперсных гранул СФП аналогичного состава для экстракции выделяющегося ЭА после ввода обезвоживателя;

- снижение дозировки ЭА за счет ввода энергетического пластификатора, в частности нитроглицерина.

Недостатками данных способов являются длительность и стадийность процесса, низкий выход целевой фракции.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) [5] является способ получения крупнодисперсного сферического пороха, включающий приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде этилацетата и пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами (ВТО), диспергирование порохового лака на сферические частицы, отличающийся тем, что приготовление порохового лака ведут с использованием пироксилина с вязкостью не более 4°Э и этилацетата в количестве 1,8-2,5 мас. ч. по отношению к 1 мас. ч. пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами при температуре 68°С, в приготовленный пороховой лак вводят эмульгатор, после диспергирования порохового лака на сферические частицы вводят 50 мас. % сернокислого натрия от общего его количества, составляющего 2,5-6,0 мас. % по отношению к воде, перемешивают 10-15 минут, нагревают до температуры 75°С, удаляют отгонкой 15 об. % этилацетата от общего его количества, вводят оставшиеся 50 мас. % сернокислого натрия от общего его количества и удаляют отгонкой оставшееся количество этилацетата.

По данному способу изготавливается порох с плотностью 1,58-1,60 г/см³, обеспечивающий насыпную плотность в пределах 0,94-0,97 г/см³.

Недостатком прототипа является двухстадийность ввода обезвоживателя и экстракции растворителя, а также низкий выход целевой фракции (1,5-2,5 мм).

Задачей изобретения является снижение температуры отгонки ЭА из крупнодисперсных СФП и повышение выхода продукта за счет исключения вторичного диспергирования лаковых частиц.

Технический результат достигается тем, что в способе получения крупнодисперсного СФП, включающем приготовление порохового лака при перемешивании НЦ (пироксилина, пороховой массы или их смесей с возвратно-технологическими отходами) с этилацетатом в водной среде, диспергирование порохового лака на сферические частицы, обезвоживание и удаление этилацетата, после диспергирования при температуре 65-69°С температуру водной среды снижают до 45-50°С, вводят обезвоживатель, перемешивают с ним 15-20 минут, подключают вакуум и проводят удаление этилацетата при указанной температуре при давлении 0,031-0,040 МПа.

Под пороховой массой понимается смесь пироксилина с нитроглицерином при дозировке последнего до 30 мас. %. В зависимости от того, какой состав пороха необходимо получить, корректируется дозировка пироксилина при формировании гранул пороха.

Диспергирование полимерного лака осуществляется при температуре 65-69°С. Повышение температуры среды при экстракции растворителя с 72°С до 94-96°С по штатным режимам изготовления уменьшает вязкость лака и тем самым снижает устойчивость эмульсии. Негативное воздействие этого фактора особенно заметно при получении крупнодисперсных частиц, которые из-за большой массы трудно удерживать в гидродинамическом поле дисперсионной среды.

Кроме того, введение обезвоживателя при температуре 65-69°С в результате залпового выброса ЭА из объема лаковых частиц приводит к вторичному диспергированию, для предотвращения которого в прототипе используется специальный прием: порционная дозировка сернокислого натрия и частичная отгонка ЭА, способствующая снижению вязкости лака за счет увеличения «сухого» остатка в капле.

По разработанному способу стабилизация эмульсии осуществляется за счет повышения вязкости лака путем понижения температуры до 45-50°С (таблица, примеры 1-3).

Снижение температуры после диспергирования ниже 45-50°С нецелесообразно, так как в результате повышения вязкости лака в частице затрудняется влагоудаление из нее после ввода обезвоживателя. Экстракция растворителя осуществляется при данной температуре в результате снижения давления до 0,031-0,040 МПа (вместо атмосферного давления, равного 0,101 МПа = 760 мм), величина которого обеспечивает указанную температуру смеси.

В таблице приведены примеры выполнения способа получения крупнодисперсного СФП в пределах граничных условий, за их пределами и по известному варианту.

Пример 1. В реактор объемного типа, снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева, заливается 12 л воды, загружается 3 кг НЦ (пироксилина, пороховой массы или их смеси с возвратно-технологическими отходами) и 5,4 л ЭА. Смесь нагревается до 65°С и перемешивается 30 минут, загружается 0,1 кг мездрового клея и проводится диспергирование в течение 20 минут. Затем содержимое реактора охлаждается до температуры 45°С, вводится 0,24 кг (2 мас. %) обезвоживателя (сернокислого натрия) и эмульсия перемешивается 15 минут. Подключается вакуум, при давлении 0,031 МПа проводится отгонка растворителя при температуре ≈45°С. В дальнейшем содержимое реактора охлаждается до комнатной температуры, порох отжимается, сушится и фракционируется известными способами.

Остальные образцы изготавливаются аналогично при постоянной загрузке НЦ (пироксилина, пороховой массы или их смеси с ВТО) 3 кг. Примеры 2-5 (см. таблицу) отличаются от примера 1 температурой диспергирования, давлением и температурой отгонки растворителя.

Из данных таблицы видно, что при изготовлении крупнодисперсного СФП по заявленным режимам (примеры 1-3) уменьшается фактор деформируемости массы (стабилизируются геометрические размеры) в результате увеличения вязкости при снижении температуры массы от 65÷69°С до 45÷50°С, тем самым исключается вторичное диспергирование, что приводит к увеличению выхода целевой фракции по сравнению с прототипом.

Изготовление пороха за пределами граничных условий приводит к снижению выхода крупнодисперсной фракции (пример 4) или увеличению остаточного содержания ЭА в результате повышения вязкости капли при аналогичных режимах изготовления (пример 5).

При сравнении примера 2 с прототипом (модуль по ЭА равен 2), видно, что вязкость капли увеличивается с 240÷252 Па⋅с до 258÷270 Па⋅с при снижении температуры отгонки ЭА с 72÷75°С до 47÷48°С, что приводит к снижению деформируемости лаковой частицы (т.е. снижается вероятность повторного диспергирования).

Таким образом, стабилизация геометрических размеров полученных лаковых частиц (исключение вторичного диспергирования при вводе обезвоживателя) за счет повышения вязкости лака в результате снижения температуры дисперсионной среды после диспергирования является новым техническим решением.

Литература

1. Патент №2382018 (Россия), МПК С06В 21/00, 25/18. Способ получения сферического пороха. - З. №2007136125 от 28.09.2007.

2. Патент №2439042 (Россия), МПК С06В 21/00. Способ получения крупнодисперсного сферического пороха. - З. №2009124850 от 29.06.2009.

3. Патент №2437865 (Россия), МПК С06В 21/00. Способ получения сферического пороха.- З. №2010101584 от 19.01.2010.

4. Патент №2386607 (Россия), МПК С06В 21/00, 25/18. Способ получения сферического пороха.- З. №2007129167 от 30.07.2007.

5. Патент №2379271 (Россия), МПК С06В 21/00, 25/18. Способ получения сферического пороха. - З. №2007127402/02 от 17.07.2007.