книги / Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1 Химия
.pdfского глицерина на базе нефтяных газов (через хлорили бро мопроизводные):
С2Н2 |
СН3СНО |
-*СН3 - |
СООН - 2СН3СООН |
||
СН3 - СО - |
СН3 -* СН3 - СНОН - СН3 |
СН3 - |
СН = СН2 |
||
-*• СН2Вг - |
СНОН - |
СН2Вг |
СН2 - |
СНВг - |
СН2Вг; |
СЫзОСОСНз |
сн2 —он |
СНОСОСНз |
I |
сн —он |
|
I |
I |
СН2ОСОСНз |
сн,—он |
Основные нормативные (по ГОСТ) показатели жирового динамитного глицерина и синтетического, получаемого хлор ным методом из пропилена, приведены в табл. 26.
Таблица 26
Физико-химические показатели динамитного и синтетического глицерина
Наименование показателей |
Значения показателей для глицеринов |
||
динамитный Д-98 |
синтетический |
||
|
|||
Внешний вид |
Прозрачная |
Прозрачная |
|
|
жидкость |
жидкость |
|
Массовая доля глицерина, %, не |
98 |
98 |
|
менее |
1,255 |
1,255 |
|
Плотность при 20°С, г/см3, не |
|||
менее |
0,14 |
0,01 |
|
Массовая доля золы, %, нс более |
|||
Массовая доля воды, %, не более |
0,5 |
0,5 |
|
Массовая доля хлора, %, не более |
следы |
0,001 |
Нитроглицерин (тринитрат глицерина)
Нитроглицерин (НГЦ) впервые получен Собреро в 1846 г. Представляет собой полный сложный эфир глицерина и азот ной кислоты. Название — нитроглицерин — неправильное, но является общепринятым и сохранилось до сих пор. Получает ся при взаимодействии глицерина с азотной кислотой в при сутствии водоотнимающего средства (Н2304):
сн,—он |
СП, — (>N0, |
I ■ |
|
СН —ОН ' ЗНШз ---- ►ЗН,0 + |
СН —ОИО, |
СН, — он |
I |
СН,— оы о. |
Нитрующая смесь берется в избытке, так как разбавление азотной кислоты образующейся реакционной водой тормозит реакцию. В процессе нитрации получается незначительное ко личество мононитрата и динитрата глицерина:
о |
—*о< |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
СГЬ — О Ж >2 |
|
_ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
||
си —он |
+ |
ГОЮз |
----- ►Н20 |
1 |
|||
с и — о н |
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
с н 2 — о н |
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
|
СГЬ — ОН |
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
мононитрат глицерина |
|
СН2 — О Ж )2 |
|
|
|
СН2 — О Ж .)2 |
|||
1 |
|
|
1 нио3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
СН |
— ОН |
|
► |
+ |
с н — о н |
||
1 |
|
|
|
— и2о |
|
1 |
|
с и 2— о н |
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
|
с н 2— о ы о 2 |
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
динитрат глицерина |
|
Каждый из нитратов существует в двух изомерных формах |
|||||||
(а и |
/?; а, а |
и |
а, /?). |
|
|
|
|
Чистый |
нитроглицерин представляет |
собой прозрачную |
бесцветную маслянистую жидкость. В производстве техничес кий продукт имеет желтоватый оттенок. При обычной темпе ратуре НГЦ не имеет запаха, при нагревании более 50°С — жгуче сладковатый запах.
Некоторые физические свойства глицерина и его нитратов приведены в табл. 27 [99].
Таблица 27
Физические свойства нитроглицеринов
Значение характеристик
Наименование характеристик
|
|
|
Пшцерин |
Удельный вес при 15°С, |
1,2653 |
||
г/см3 |
|
|
|
Точка |
плавления, |
"С |
17 |
Точка |
кипения |
при 15 |
150...160 |
мм рт. |
ст., °С |
|
|
Мононит |
Динитрат |
Т^инитрат |
||
рат |
||||
|
|
|||
1,40 |
1,496 |
1,60 |
||
^ 3 |
-ООТ* |
Р гидрат 26 |
Неустойчи |
|
Р гидрат жид |
вая 2,2 |
|||
|
|
кий |
Устойчивая |
|
|
|
|
12.2 |
|
155... 160 |
Около 145 |
Быстро ис |
||
|
|
|
паряется |
|
|
|
|
при 160 |
медленном нагревании 215...218°С. В тонком слое НГЦ при поджигании горит голубым пламенем, при горении больших количеств продукта его горение переходит во взрыв.
Механические воздействия на НГЦ (удар, трение) вызывают взрыв, поэтому продукт в чистом виде не допускается к пере возкам.
Нитроглицерин хорошо растворяется в органических рас творителях. Он смешивается во всех соотношениях с ацето ном, этиловым эфиром, нитротолуолом, жидким динитрото луолом и др.
Растворимость НГЦ в воде по данным Лоури [101] приве
дена в табл. |
29. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 29 |
|
Растворимость НГЦ в воде при различных температурах |
|
|||||||
Температура, °С |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
Растворимость, |
0,126 |
0,138 |
0,148 |
0,170 |
0,198 |
0,238 |
0,289 |
0,344 |
г/ 100 см3 воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нитросоединения ароматического ряда при нагревании смешиваются с НГЦ во всех отношениях, образуя прозрачный раствор. Это свойство НГЦ имеет большое значение при изго товлении баллиститных П и ТРТ, некоторые составы которых содержат подобные соединения (ДНТ, ТНТ и пр.).
Гликоли (двухатомные спирты)
Этиленгликоль, простейший из гликолей, находится в од ном гомологическом ряду с глицерином и этиловым спиртом: С2Н5ОН, С2Н4(ОН)2, С3Н5(ОН)3. Имеет очень важное значение в промышленности и быту: растворитель для лаков, противозамерзающее средство и т. д. Представляет собой жидкость, является промежуточным по свойствам между глицерином и этиловым спиртом. Имеет горьковато-сладкий вкус, не ядо вит, гигроскопичен и смешивается с водой и спиртом во всех отношениях.
Этиленгликоль может быть получен различными способа
ми:
— из ацетилена:
СН2ОН СНоОН
С,Но + Н, -» С,Н4 + НОС1— 1 |
+ НоО -» 1 |
+ НС1; |
СН,С1 СН,ОН
—из этилена через хлоргидрид действием хлорноватистой кислоты;
—из хлоргидрида путем гидролиза.
Основные свойства этиленгликоля приведены в табл. 30.
|
|
|
Таблица 30 |
|
Физико-химические свойства этиленгликоля |
|
|
|
Наименование показателей |
Значение пока |
|
|
зателей |
||
Молекулярная масса |
|
||
|
62.05 |
||
Температура |
кипения, |
°С |
197, 2 |
Температура замерзания, вС |
12,3 |
||
Плотность, |
г/см3 |
|
1.1176 |
Вязкость, П, при температурах, °С |
|
||
15 |
|
|
0,26 |
20 |
|
|
0,21 |
25 |
|
|
0,17 |
Удельная теплоемкость, кал/гтрад, при температурах, °С |
0,537 |
||
9,8 |
|
|
|
15 |
|
|
0,571 |
Температура |
вспышки, |
°С |
116 |
Температура |
горения, |
°С |
120 |
Температура воспламенения на воздухе, °С |
417 |
||
Скрытая теплота плавления, кал/г |
44,76 |
||
Скрытая теплота испарения, кал/г, при температурах, ’С |
235,5 |
||
130,6 |
|
|
|
160,3 |
|
|
282,2 |
188,4 |
|
|
210,3 |
Диэтиленгликоль (ДЭГ) — симметричный дигидрооксидиэтиловый эфир — получают дегидратацией гликоля или соеди нением окиси этилена с этиленгликолем:
СН2ч |
сн2—он |
сн2—он |
2 |
||
I > |
-I- I |
сн |
сн, |
сн2—он |
СНг |
|
|
сн2 —он |
Как побочные |
продукты при |
этом получаются триэтилен |
и тетраэтиленгликоль. |
|
|
Конденсация двух молекул гликоля дает диэтиленгликоль |
||
(симметричный диоксиэтиловый |
эфир): |
НОСН2СН2ОН + НОСН2СН2ОН НОСН2СН2ОСН2СН2ОН + Н20
Конденсация этиленгликоля в диэтиленгликоль протекает довольно легко даже при процессе получения этиленгликоля. Продолжая конденсацию, получают более высокомолекуляр ные гликоли, включая декаэтиленгликоль. Однако эти произ водные имеют незначительное практическое значение в отли чие от ДЭГ, который находит широкое применение в химиче ской промышленности и в производстве баллиститных П и
ТРТ. |
Основные |
свойства диэтиленгликоля |
приведены |
||
в табл. |
31. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 31 |
|
|
|
Физико-химические свойства ДЭГ |
|
|
|
|
|
Наименование показателей |
Значение по |
|
|
|
|
казателей |
||
|
|
|
|
|
|
Молекулярная |
масса |
|
106,08 |
||
Температура |
кипения, |
°С |
244,5 |
||
Температура |
замерзания, “С |
10,4 |
|||
Плотность, |
г/см3 |
|
1,1212 |
||
Вязкость, П, при температурах, °С |
|
||||
15 |
|
|
|
|
0,5 |
30 |
|
|
|
|
0,3 |
Удельная теплоемкость при температуре 20°С, кал/г град |
0,5509 |
||||
Температура воспламенения на воздухе, "С |
351 |
||||
Скрытая теплота испарения при температуре кипения, кал/г |
150 |
||||
|
|
|
|
Нитраты гликолей |
|
Нитрогликоль (динитроэтиленгликоль), |
|
||||
СН20М 02 - |
СН2(Ж 0 2. |
|
Оптимальные условия получения нитрогликоля, включая состав кислотных смесей, отделение нитрующей смеси от про дукта, промывки и т. д., те же, что и у нитроглицерина. В производственных условиях нитрогликоль получают на той же установке, что и НГЦ. Экзотермический эффект этерифи кации гликоля близок к тепловому эффекту получения НГЦ, растворимость в кислотах и выход готового продукта также близки.
Нитрогликоль — прозрачная жидкость с плотностью 1,496 г/см3 при 15°С, довольно летуч даже при обычной температу ре, малогигроскопичен, растворим в этиловом, метиловом
186
спиртах, ацетоне, бензоле, хлороформе. Растворимость в воде: 6,2 г при 15°С и 9,2 г при 50° Пластифицирующая способ ность нитрогликоля выше, чем у НГЦ.
Динитродиэтиленгликоль (диэтиленгликольдинитрат) (ДНДЭГ)
- О -С Н 2 - СН2 - О - СН2 - СН2 - О - Ы02 Оптимальные условия нитрования, обеспечивающие выход
продукта до 85% (к теоретическому), по результатам исследо ваний [100] следующие:
— состав кислотной смеси: 50% Н1Ч03 45% Н2$04 : 5% Н20;
— соотношение массовых количеств диэтиленгликоля
икислотной смеси 1 4;
—температура нитрации Ю...25°С.
При этом потери динитрата при промывках и с кислотой достигают 1 1 % от массы полученного продукта.
По физическим свойствам ДНДЭГ представляет собой жидкость прозрачную или светло-желтого цвета почти без за паха. Плотность при 15°С равна 1,3908 г/см3, температура за твердевания минус 1ГС, теплота сгорания равна 2792 ккал/кг (11700 кДж/кг). ДНДЭГ хорошо растворим в нитроглицерине, эфире, ацетоне, метаноле, хлороформе и др. Не растворим или плохо растворим в этиловом спирте, СС14, сероуглероде. В воде растворяется 4г/л при обычной температуре (20°С).
ДНДЭГ имеет меньшую чувствительность, чем НГЦ и нит рогликоль к тепловым и механическим воздействиям, токси чен.
Используется в качестве пластификатора в некоторых со ставах баллиститных П и ТРТ.
6.3 Дополнительные пластификаторы
Дополнительные низкокалорийные пластификаторы были использованы в составе баллиститных порохов на начальном этапе создания «холодных» артиллерийских и ракетных П и ТРТ (типа НДТ, ДГ, Н, НМ и др.). В производстве широко использовались динитротолуол и дибутилфталат.
Динитротолуол (ДНТ), С7Н6(Ж )2)2
ДНТ применяется в качестве дополнительного пластифика тора в составах баллиститных П и ТРТ для снижения темпе ратуры горения.
Получают нитрованием о — нитротолуола в 2-х изомерных формах:
2.4-динитротолуол |
2,6-динитротолуол |
|
2.4- |
динитротолуол |
кристаллизуется в виде моноклиниче- |
ских игл с желтоватым оттенком. Температура плавления хи мически чистого продукта — 69,5...70,5*С. Кипит с разложени ем при 300°С при нормальном давлении, температура вспыш
ки |
150°С, самовоспламенения 330°С. |
|
|
|
|
||||||
|
2 ,6-динитротолуол кристаллизуется в виде желтоватых игл. |
||||||||||
Температура плавления 64...65'С. |
|
|
|
|
|||||||
|
Физические |
свойства ДНТ представлены |
в табл. |
32. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 32 |
|
|
|
|
|
Физические свойства ДНТ |
|
|
|
||||
Изомер |
Внешний вид |
Тпл» С |
Плотность, |
дн0бр, |
|
Растворимость, |
|||||
г/100 г растворителя |
|||||||||||
кристаллов |
г/см3 |
(Т, -О |
кДж/моль |
||||||||
|
|
|
|
(Т, -С) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2,3- |
|
Иглы (из пет- |
59,5 |
1,263 |
(111) |
-15,9 |
Плохо растворимы |
||||
|
|
ролейного |
|
|
|
|
|
в |
воде, |
хорошо |
|
|
|
эфира) |
|
|
|
|
|
в |
орг. растворит. |
||
2,4- |
|
Моноклинные |
71 |
1,521 |
(15) |
- 68,1 |
Вода - |
0,027 (22) |
|||
|
|
(из бензола) |
|
|
|
|
Толуол — 45,5 (15) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ацетон — 82 (15) |
|||
2,5- |
|
То же |
|
52,5 |
1,28 (111) |
-34,3 |
Плохо растворимы |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
воде, |
хорошо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
орг. растворит. |
||
2,6- |
|
Игольчатые |
65,5 |
1,283 |
(111) |
-43,9 |
|
- |
|||
|
|
кристаллы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4- |
|
Моноклинные |
60 |
1,259 (111) |
-14,6 |
|
— |
||||
|
|
призмы |
(из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бензола) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,5- |
|
Призмы, иглы |
91 |
1,272 |
(111) |
-43,5 |
|
— |
ДНТ в промышленном изготовлении состоит из 6 изоме
ров: 95% — |
вышеназванные |
изомерные формы |
— |
2,4 |
|
и 2,6-ДНТ; 2,25% |
- 3,4-ДНТ; |
1,23% - 2,3-ДНТ; |
0,54% |
- |
|
2,5-ДНТ; 0,08% |
- |
3,5-ДНТ. |
|
|
|
ДНТ — малореакционные соединения, с трудом вступаю щие в реакции как электрофильного, так и нуклеофильного замещения. При восстановлении ДНТ водородом на катализа торах получают соответствующие толуилендиамины с выходом, близким к количественному.
ДНТ растворяется в бензоле, сероуглероде, спирте, раство римость в воде мала. Имеет невысокую чувствительность к ударной волне и как ВВ не используется. Широко применя ется в производстве полиуретана и тротила.
Дибутилфталат (ДБФ) — ди-н-бутиловый эфир ортофталевой кислоты, С16Н2204.
О
^||- С - О - СН2 - СН2 - СН2 - СНз
<4^ |
У - С - 0 - С Н 2-С Н 2 -С Н 2-С Н 3 |
|
II |
|
о |
Молекулярная |
масса 273,35. |
Основные свойства ДБФ приведены в таблице 33.
Таблица 33
Физико-химические свойства ДБФ
Наименование показателей
Внешний вид
Плотность при 20“С, г/см3 Температура плавления, °С Температура кипения, °С Температура вспышки, вС Вязкость при 25вС, сП Растворимость
Значение показателей
Прозрачная бесцветная жидкость с фрукто вым запахом
1,045... 1,049
-35
330...340
168
20
Хорошо растворим в этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле. Плохо растворим в воде — 0,1 %
Получают ДБФ этерификацией фталевого ангидрида бута нолом в присутствии кислого катализатора, например, бензолсульфокислоты, при температуре 120...140°С по периодической или непрерывной схеме. Реакционную смесь нейтрализуют водными растворами гидроксидов или карбонатов щелочных металлов.
ДБФ, как и другие эфиры ортофталевой кислоты (диметилфталат, диоктилфталат), является хорошим пластификато ром коллоксилина.
Триацетин — глицеринтриацетат, СзН5(СНзС02)з,
сн2- о - с
|
|
|
I |
|
|
СНз |
|
|
|
|
|
сн -о -с |
х |
|
|
||
|
|
|
I |
4 СНз |
|
|
||
|
|
|
сн2- о - с ^ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
СНз |
|
|
Молекулярная |
масса 218. |
|
|
|
|
|
||
Основные свойства триацетина |
приведены |
в табл. 34. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 34 |
|
|
Физико-химические свойства триацетина |
|
|||||
Наименование показателей |
|
|
Значение |
показателей |
||||
Внешний |
вид |
|
Прозрачная бесцветная жидкость |
|||||
Плотность |
при 25*С, |
г/см3 |
|
|
1,1562 |
|
||
Температура |
кипения, |
“С |
|
|
258...260 |
|
||
Температура |
вспышки, “С |
|
|
130...133 |
|
|||
Температура самовоспламенения, °С |
|
|
433 |
|
||||
Температура |
разложения, °С |
|
|
Более 250 |
||||
Растворимость |
|
Растворяется в спирте, эфире и дру |
||||||
|
|
|
|
гих |
|
органических |
растворителях. |
|
|
|
|
|
В 100 мл насыщенного водного рас |
||||
|
|
|
|
твора |
при |
15°С |
содержится |
|
|
|
|
|
7,17 |
г триацетина |
|
|