Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1 Химия

.pdf
Скачиваний:
128
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.61 Mб
Скачать

ского 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

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,

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)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