Способ получения сферического пороха
Изобретение относится к области получения сферических порохов для охотничьего оружия. Предложенный способ получения сферического пороха включает приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы, дифениламина с ацетатом, дибутилфталата, нитроглицерина и динитротолуола, приготовление дисперсионной среды, включающей эмульгатор - натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или оксиэтилцеллюлозу, диспергирование порохового лака на сферические пороховые частицы в дисперсионной среде, обезвоживание сферических пороховых частиц, удаление этилацетата, опыление графитом. Изобретение направлено на повышение эффективности сферического пороха за счет создания способа его получения, позволяющего снизить полидисперсность, увеличить плотность пороха. 1 табл.
Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для охотничьего оружия и может найти применение для снаряжения патронов стрелкового оружия.
Известен способ получения сферического пороха для охотничьего оружия, включающий приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы (НЦ) и дифениламина с этилацетатом, добавление костного клея, диспергирование порохового лака на сферические частицы и удаление этилацетата при нагревании смеси.
При этом в качестве НЦ используют пироксилин №1 или пироксилин №1 с возвратно-технологическими отходами совместно с дифениламином (ДФА), вводя технический углерод в виде водной суспензии и медь (II)-свинец (II) фталатоксид [а.с. 1727375, МПК С 06 В 21/00 БИ №4, 10.02.97].
Недостатком данного способа является неоднородные сферические частицы, которых необходимо возвращать обратно в производство, низкая насыпная плотность, что увеличивает скорость газообразования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сферического пороха путем приготовления нитрата целлюлозного лака при перемешивании в воде нитратов целлюлозы, стабилизатора химической стойкости и нерастворимого в воде растворителя нитратов целлюлозы. Продолжая перемешивание с частотой вращения мешалки 50-90 об/мин, вводят эмульгатор костный клей, желатин или растительную резину и растворимую в воде соль щелочного или щелочно-земельного металла. Пороховой лак диспергируется на отдельные сферические частицы. Дальнейшее уменьшение скорости перемешивания вызывает коагуляцию частиц. Затем второй раз добавляют эмульгатор и растворимую в воде соль щелочного или щелочно-земельного металла, а скорость перемешивания увеличивают до уровня, соответствующего 60-95% от начального. Это вызывает повторное диспергирование лака на отдельные сферические частицы. Растворитель удаляют дистилляцией, а частицы отделяют от воды [патент США № 3824108, кл. С 08 В 21/12, 1974 г.].
Недостатком данного способа является сложность ведения технологического процесса, так как при снижении частоты вращения мешалки на стадии диспергирования происходит коагуляция сферических частиц и налипание их на поверхность мешалки, чему также способствует низкая концентрация эмульгатора в водной среде; необходимость ступенчатого ввода растворов эмульгатора и соли приводит к ступенчатому разбавлению смеси и ухудшению процесса диспергирования, т.е. скачкообразные увеличения модуля по воде вызывают неоднородность структурообразования сферических частиц, что в конечном итоге приводит к увеличению разброса скорости полета пули. Для получения низкой насыпной плотности 0,4-0,6 кг/дм3 нужно снизить интенсивность перемешивания порохового лака на стадии диспергирования с последующим увеличением интенсивности перемешивания при повторном диспергировании в сочетании с вводом сернокислого натрия. Повторное диспергирование способствует образованию пористых сферических частиц, а дозировка сернокислого натрия приводит к получению высокоплотных частиц СФП. Наличие этих двух факторов, действующих в противоположных направлениях, создает неустойчивость технологического процесса. Такой порох не обеспечивает требуемых баллистических характеристик, имеет высокое дульное давление пороховых газов при выстреле из охотничьего оружия.
Задачей данного изобретения является повышение эффективности получения сферического пороха за счет снижения полидисперсности, увеличения плотности, уменьшения разброса скорости полета пули и упрощение технологического процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы и дифениламина с этилацетатом, приготовление дисперсионной среды, включающей эмульгатор, диспергирование порохового лака на сферические пороховые частицы в дисперсионной среде, обезвоживание сферических пороховых частиц и удаление этилацетата при нагревании полученных сферических пороховых частиц, при приготовлении порохового лака дополнительно вводят дибутилфталат, нитроглицерин и динитротолуол, в качестве эмульгатора используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или оксиэтилцеллюлозу в количестве 0,1-0,5 мас.% по отношению к дисперсионной среде, в качестве нитрата целлюлозы используют пироксилин №1, а после удаления этилацетата сферические пороховые частицы опыляют графитом.
Дисперсионная среда, содержащая 0,1-0,5 мас.% Na-КМЦ или ОЭЦ, обеспечивает требуемый уровень вязкости, а также повышается поверхностное натяжение на границе раздела фаз: дисперсионная среда - дисперсная фаза (вода - пороховой лак), что приводит к снижению пористости сферических пороховых частиц. Получаемый сферический порох по предлагаемому способу более однороден по форме, снижается его полидисперсность и увеличивается плотность получаемых сферических пороховых частиц. Снижение содержание эмульгатора (Na-КМЦ или ОЭЦ) менее 0,1% приводит к образованию сферических пороховых частиц неправильной формы с высокой пористостью и большим разбросом по размерам. Увеличение содержания эмульгатора (Na-КМЦ или ОЭЦ) более 0,5% приводит к увеличению вязкости дисперсионной среды, в которой эмульгирование (диспергирование) порохового лака становится затруднительным, и качество получаемого сферического пороха ухудшается.
Кроме того, жизнеспособность 0,1-0,5% водного раствора Na-КМЦ или ОЭЦ определяется сохранностью свойств в течение 7 суток, а жизнеспособность водного раствора костного клея определяется в промышленности 7 часами. При использовании в качестве эмульгатора Na-КМЦ или ОЭЦ практически не образуется пена при эмульгировании (диспергировании) порохового лака и удалении растворителя (этилацетата) из эмульгированных (диспергированных) сферических пороховых частиц при нагревании, в то время как в промышленности по существующей технологии большое количество брака получается из-за процесса пенообразования в присутствии костного клея.
Количественное использование Na-КМЦ или ОЭЦ значительно меньше, чем у костного клея: 0,1-0,5% вместо 1,5-2,5%. Кроме того, для обеспечения эффективной работы костного клея как эмульгатора необходимо создание определенной вязкости дисперсионной среды путем добавления к дисперсионной среде загустителя (декстрина или крахмала) в количестве 1,5-2,5%. В случае использования Na-КМЦ или ОЭЦ дополнительного ввода загустителя среды не требуется, т.к. роль загустителя и эмульгатора выполняют Na-КМЦ или ОЭЦ.
Пример. СФП получают по эмульсионной технологии лаковым способом.
Для приготовления порохового лака 28 г нитрата целлюлозы - пироксилин №1 (П№1), 3,68 г динитротолуола (ДНТ), 2,8 г дибутилфталата (ДБФ), 4,5 г нитроглицерина (НГЦ) и 0,52 г дифениламина (ДФА) растворяют в 156 мл этилацетата (ЭА) (4 объем.ч. ЭА на 1 вес.ч. пороховой массы). Полученный высоковязкий, гомогенный раствор компонентов пороха в этилацетате, так называемый пороховой лак, эмульгируют (диспергируют) в дисперсионной среде (воде), содержащей Na-КМЦ в количестве 0,1%, при температуре 50-60°С в течение 30 мин при скорости вращения мешалки 110 об/мин. Дисперсионная среда (вода) по отношению к дисперсной фазе (пороховому лаку) берется в соотношении 56:44.
Дисперсионная среда, представляющая собой водный раствор 0,1% Na-КМЦ, готовится следующим образом: навеска Na-КМЦ 0,2 г растворяется в 200 мл воды при 40-50°С в течение 30 мин до полного растворения навески Na-КМЦ.
Для обезвоживания эмульгированных (диспергированных) сферических пороховых частиц вводят 6,84 г сульфата натрия (2,5% по отношению к воде (дисперсионной среде) из расчета на кристаллогидрат). Через 35-40 мин после ввода сульфата натрия удаляют этилацетат (ЭА) ступенчатой отгонкой в течение 120 мин при медленном повышении температуры от 68 до 80°С. Полученный сферический порох в количестве 35 г промывают, опыляют графитом, сушат, рассеивают на фракции и определяют физико-химические и баллистические характеристики. Остальные примеры проводят аналогично для дисперсионной среды, содержащей соответственно: 0,5% Na-КМЦ, 0,1% ОЭЦ и 0,5% ОЭЦ.
Физико-химические и баллистические характеристики предлагаемого и известного способа приведены в таблице.
Как следует из данных, приведенных в таблице, примеров получения сферического пороха по предлагаемому способу, как в пределах граничных условий (примеры 2 и 3), так и за их пределами (примеры 1 и 4), изготовление сферического пороха с использованием в качестве эмульгатора Na-КМЦ или ОЭЦ обеспечивает требуемый уровень физико-химический и баллистических характеристик, при улучшении некоторых из них, а также улучшении технологических параметров процесса. Так, например, использование 0,1-0,5% Na-КМЦ или ОЭЦ в качестве эмульгатора вместо 3% костного клея совместно с декстрином обеспечивает требуемый уровень вязкости дисперсионной среды, при этом выход годной фракции сферического пороха увеличивается до 75% (в аналоге выход годной фракции не превышает 60%), насыпная плотность увеличивается в 1,5 раза, увеличивается истинная плотность, существенно уменьшается разброс скорости полета дробового снаряда в серии выстрелов и другие баллистические характеристики, кроме того, отсутствует пенообразование эмульгатора при повышенной температуре, снижается процента брака при производстве сферического пороха. При изготовлении сферического пороха за пределами граничных условий (примеры 1 и 4), т.е. введение эмульгатора менее 0,1% и более 0,5%, приводит к нарушению технологического режима, при этом получаются частицы неправильной формы с меньшей насыпной плотностью, с меньшей истинной плотностью, с большим разбросом по размерам, что влечет за собой изменение баллистических свойств получаемого пороха не в лучшую сторону.
При изготовлении сферического пороха использовались компоненты, выпускаемые отечественной промышленностью: нитроцеллюлоза - ОСТ В 84-2373-87, дифениламин - ГОСТ 194-80, графит - ОСТ 6-08-431-75, этилацетат - ГОСТ 8981-78, Na-КМЦ - ТУ 6-55-41-90, дибутилфталат ГОСТ 2102-67, нитроглицерин ОСТ В 84-238688, динитротолуол ГОСТ В7059-73. Физико-механические испытания определяют по ГОСТ 14685-78, баллистические характеристики определяют по ОСТ В84-902-74.
Таким образом, использование 0,1-0,5% Na-КМЦ или ОЭЦ в качестве эмульгатора в замен 1,5% костного клея и 1,5% декстрина обеспечивает эффективность технологического процесса производства сферического пороха за счет исключения пенообразования и обеспечения определенной вязкости дисперсионной среды, в результате чего снижается полидисперсность получаемого продукта, увеличивается выход годной фракции, увеличиваются насыпная и истинная плотности сферических частиц, улучшаются баллистические характеристики получаемого пороха, кроме того, снижаются затраты на вспомогательные материалы за счет снижения количества используемого эмульгатора, что экономически целесообразно.
Формула изобретения
Способ получения сферического пороха, включающий приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы и дифениламина с этилацетатом, приготовление дисперсионной среды, включающей эмульгатор, диспергирование порохового лака на сферические пороховые частицы в дисперсионной среде, обезвоживание сферических пороховых частиц и удаление этилацетата при нагревании полученных сферических пороховых частиц, отличающийся тем, что при приготовлении порохового лака дополнительно добавляют дибутилфталат, нитроглицерин и динитротолуол, в качестве эмульгатора используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или оксиэтилцеллюлозу в количестве 0,1-0,5 мас.% по отношению к дисперсионной среде, в качестве нитрата целлюлозы используют пироксилин № 1, а после удаления этилацетата сферические пороховые частицы опыляют графитом.
