CC BY
145
ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 662.1
Р. Р. Димухаметов, Д. В. Фадеев, И. А. Абдуллин,
З. И. Сафина, Г. И. Сафина
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СВЯЗУЮЩЕГО И РАСТВОРИТЕЛЯ
ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Ключевые слова: пиротехнический состав, водно-дисперсионная технология гранулирования, связующее, растворитель.
Водно-дисперсионная технология пиротехнических составов (ПС) позволяет существенно улучшить объемноструктурные характеристики гранул. В данной работе обоснован выбор связующего и растворителя для приготовления гранулированных ПС по водно-дисперсионной технологии.
Keywords: slightly gassy composition, water-dispersion technique of granulation, the binder and the solvent/
Water-dispersion technology pyrotechnic compositions (PS) can significantly improve the volume and structural characteristics of the pellets. In justified selection of the binder and a solvent to prepare granular formulations of this technology.
Многие пиротехнические составы (ПС), например, замедлительные, зажигательные, дымовые, трассирующие, сигнальные и др., изготавливаются и применяются в гранулированном виде. В настоящее время в промышленности
гранулирование ПС в основном осуществляют на механических грануляторах типа ПВГ, продавливая вязкую массу ПС через металлические или
синтетические сетки с разным размером ячеек [1].
Полученные этим способом ПС имеют
удовлетворительные, но не постоянные объемноструктурные характеристики (сыпучесть, насыпную плотность и др.), которые во многом определяет специальные характеристики пиротехнических изделий. Таким образом, исследования по
совершенствованию технологии гранулирования ПС являются актуальными.
Анализ методов гранулирования различных материалов [2-6] в химической промышленности показал, что водно-дисперсионная технология
гранулирования представляет большой интерес. По своей сути данный метод - это микрокапсулирование [4] ПС в оболочку пленкообразующего вещества (ПВ) - связующего. По аппаратурному оформлению он близок к технологии получения сферических порохов [5]. Такой вид микрокапсюлирования (физикохимический), основан на разделении фаз в водной среде или органической жидкости. Процесс протекает по схеме: образование двухфазной
системы в виде эмульсии (или дисперсии)
капсюлируемого вещества в растворе
ПВ^образование новой фазы, обогащенной ПВ^образование микрокапсул^обезвоживание оболочек.
Обоснование выбора связующего и растворителя
При использовании водно-дисперсионной технологии для гранулирования ПС существует следующее ограничение: все компоненты,
используемые в ПС, не должны растворяться в воде и должны быть негигроскопичными.
Для получения высоконаполненных гранул при диспергировании в жидкой среде необходимо полноценное связывание наполнителя (компонентов ПС) матрицей - связующим - высокомолекулярным соединением (ВМС). Данное обстоятельство необходимо для получения гранул ПС с неизменным составом компонентов. В данном случае ВМС выступает в роли адсорбтива.
Рассматривая влияние химической природы адсорбтива (ВМС) на его способность адсорбироваться на поверхности твердого тела (компонентов УВС), можно руководствоваться правилом [7], сформулированным П. А. Ребиндером:
«вещество В может адсорбироваться на границе раздела фаз А и С, если оно будет уравнивать полярности этих фаз».
В качестве косвенной характеристики полярности на практике широко используется значение диэлектрической проницаемости веществ (е).
Таким образом, должно соблюдаться
условие:
е А > еВ > еС или еА < еВ < еС (1)
Из правила Ребиндера следует, что ВМС должен выравнивать полярности фаз «растворитель - наполнитель».
При неизменных значениях диэлектрических проницаемостей наполнителей основной задачей на данном этапе исследований является выбор связки «растворитель - ВМС».
В качестве связующих можно использовать компоненты [8], указанные в таблице 1.
В качестве растворителей можно использовать вещества [8,9], указанные в таблице 2.
Таблица 1 - Диэлектрическая проницаемость некоторых связующих
Таблица 2 - Диэлектрическая проницаемость некоторых растворителей
Исходя из уравнения 1 и данных таблиц 1, 2, для наилучшего адсорбирования связующего на поверхности наполнителя при диспергировании в
жидкой среде наиболее целесообразно использовать, например, пару этилацетат (е ~ 6) и нитроцеллюлоза (е ~ 7,5).
В данном случае ВМС - нитроцеллюлоза (е ~ 7,5) выравнивает полярности фаз растворителя (этилацетат (е ~ 6)) и наполнителя (наименьшая диэлектрическая проницаемость, например, одного из компонентов ПС - графита равна 10). Нитроцеллюлоза будет выступать в роли ПАВ и может адсорбироваться на границе раздела фаз (растворитель - наполнитель), то есть на поверхности наполнителя, при этом выполняется правило Ребиндера:
этилацетат (е ~ 6) < нитроцеллюлоза (е ~ 7,5) < наполнитель (еграфит > 10)
Литература
1. Жуков, Б. П. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь / Жуков Б. П. - М.: Янус К, 2000. - 596 с.
2. Классен, П. В. Основы техники гранулирования / П. В. Классен, И. Г. Гришин. - М.: Химия, 1982. - 272 с.
3. Вилесов, Н. Г. Процессы гранулирования в промышленности / Н. Г. Вилесов, В. Я. Скрипко, В. Л. Ломазов и др. - Киев: Технжа, 1976. - 191 с.
4. Солодовник, В. Д. Микрокапсюлирование / В. Д. Солодовник. - М.: Химия, 1980. - 216 с.
5 Михайлов, Ю. М. Сферические пороха / Ю. М. Михайлов. - Черноголовка: ИПХФ РАН, 2003. - 204 с.
6. С. А. Арутюнян, И. А. Абдуллин, З. И. Сафина, Г. И.
Сафина, А. С. Русалкина, Вестник Казанского технологического университета, 15, 5, 23-25 (2012).
7. Письменко В.Т. Коллоидная химия: Методические указания к лабораторным работам, 2007.- 64 с.
8. http://www.deltacnt.com/99-00032.htm
9. Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей, Справочник М.: Издательство стандартов, 1972.- 412 с.
Вещество Диэлектрическая проницаемость
Метилцеллюлоза 3,6
Этилеллюлоза 3,3
Пропилцеллюлоза 3,0
Бутилцеллюлоза 2,7
Гексилцеллюлоза 2,3
Бензилцеллюлоза 3,1
Нитрацеллюлоза 7,5
Фторпласт 32л 3,2
Канифоль 2,5
Поливинилхорид 56
Каучук СКН-40т 2,4
Полистирол 2,5
Вещество Диэлектрическая проницаемость
Ацетон 21,4
Вода 80,08
Керосин 2,0
Четыреххлористый углерод 2,24
Этиловый спирт 25
Эфир 4,38
Этиловый эфир уксусной кислоты 6
Хлористый метилен 8,93
© Р. Р. Димухаметов - доц. каф. технологии изделий из композиционных и пиротехнических материалов КНИТУ; Д. В. Фадеев - начальник КТОИР ОАО «МПЗ»; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии изделий из композиционных и пиротехнических материалов КНИТУ, ilnur@kstu.ru; З. И. Сафина - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Г. И. Сафина - асс. той же кафедры.
