Катализатор скорости горения на основе продукта осф

Изобретение относится к катализатору скорости горения смесевых твердых ракетных топлив на основе продукта ОСФ. При этом с целью повышения скорости горения топлива и сохранения высоких эксплуатационных характеристик он содержит олигомерный бис-(диметилгидросилил)ферроцен следующей структуры:

, где n=2-5, в количестве 40-60% масс, при этом содержание железа в катализаторе составляет 14,5-18,5% масс. Технический результат заключается в получении нового состава катализатора скорости горения топлив, содержащего смесь продуктов ОСФ и олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена, которая близка по физико-химическим характеристикам к продукту ОСФ, с одновременным повышением железа на 50-60% масс. 2 табл.

 

Известно, что добавка соединений двухвалентного железа в твердые ракетные топлива повышает эффективность и скорость горения. Причем чем выше содержание железа в топливе, тем выше скорость горения топлива. Проблема состоит в том, как, в каком виде и в каком количестве ввести железо в состав топлив, не нарушая требований к самому топливу, технологии производства и срокам гарантийного хранения его. В качестве таких добавок (катализаторов горения) выступают различные соединения ферроцена. Ряд производных ферроцена (диэтилферроцен, 4-бутилферроцен и др.) нашли практическое применение в качестве катализаторов скорости горения топлив [Дж. П. Агровал. Высокоэнергетические материалы, ТРТ, взрывчатые вещества и пиротехника, г. Пермь, НИИ ПМ, 2012 г., Патент РФ 2276162С2 (2006 г.), Патент США 4023994 (1997), Патент США 4108696 (1978 г.), Патент США 4070212 (1978 г.), Патент РФ 2430902, Заявка на патент РФ 2010105568105, Н.Н. Кондакова, Ю.М. Лотменцев, Н.А. Лыков, Успехи в химии и химической технологии, Том 29, 2015, №18, стр. 45-47].

Высокий процент твердой фазы (окислителя) в смесевых твердых ракетных топливах накладывает определенные требования к жидким компонентам по физико-химическим характеристикам для обеспечения необходимых реологических показателей смеси и прочностных свойств отвержденных составов [Ю.К. Воронина, В.А. Домбров, Н.Н. Кондакова, Ю.М. Лотменцев, Успехи в химии и химической технологии, Том 28, 2014, №2, стр. 61-69].

Низкомолекулярные производные ферроцена, несмотря на высокую эффективность в качестве катализаторов скорости горения топливных масс, обусловленную высоким содержанием железа, обладают существенными недостатками:

- высокая летучесть;

- способность к миграции к краевым слоям горючей массы ракетного топлива;

- отсутствие пластифицирующих свойств;

- способность к кристаллизации при низких температурах.

В связи с этим для обеспечения стабильных свойств топлива в процессе хранения и эксплуатации содержание жидких низкомолекулярных ферроценовых соединений в топливе, как правило, не превышает 1%, ограничивая возможности повышения скорости горения топливных составов.

В зарубежных патентах [Патент США 4108696 (1978), Патент США 3673232 (1972)] в качестве катализаторов предложен ряд ферроценовых структур с более высоким содержанием железа и уменьшенной массой органических заместителей в молекуле катализатора, что отрицательно отражается на физико-химических характеристиках:

- повышенная температура стеклования;

- появление кристаллической фазы при низких температурах;

- ограниченная совместимость с жидкими компонентами топлив,

а следовательно, приводит к ухудшению эксплуатационных показателей топлива, прежде всего в области низких температур.

Более успешно проблемы летучести и совместимости ферроценовых катализаторов с остальными компонентами топлив решены при применении ферроценсодержащего полимера бутадиена с содержанием железа около 8% [Заявка Франции 2567895 (1986), Патент США 4661608 (1987), Патент США 4647628 (1987), Заявка Великобритании 2285256А (1994), Дж. П. Агровал. Высокоэнергетические материалы]. Однако этот полимер труднодоступен, так как технология введения ферроценового фрагмента в полимер многостадийная, а концентрация его в топливных составах ограничена, и, следовательно, ограничена и концентрация железа [Патент США 5190671 (1993), Патент США 5214175 (1993)]. Увеличение содержания железа в топливных составах возможно при использовании органических соединений ферроцена, объединяющих в одной молекуле два и более ферроценил-радикалов. Одним из лучших катализаторов таких ферроценовых структур является 1,3-диферроценил-1-бутен [Патент США 4108696 (1978)].

где Fc - ферроценил.

Применение этого катализатора позволяет преодолеть проблему летучести, снизить миграцию, а следовательно, и отрицательное влияние на физические характеристики твердого топлива во время хранения. Однако производные ферроцена такого типа характеризуются достаточно высокими температурами стеклования, высокой вязкостью, низкой растворимостью в полимерной составляющей состава смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ).

Близкими по структуре катализаторами явились би- и олигоферроценилэтиленовые и -метиленовые производные, описанные в китайских заявках [CN 101186625А (2008), CN 103566972A (2014)]

В первой заявке предложены замещенные бис-(ферроценил)-этаны.

X-Fc-СН2-СН2-Fc-X

где

Fc - ферроценовый радикал,

X=Н, Cl, Me, Et.

В следующей заявке описан олигомерный ферроценовый катализатор, полученный на основе этилферроцена и трифосгена:

где n=0-2.

Ранее был предложен также биферроценильной структуры катализатор, известный под техническим названием - катоцен [Патент США 4708754(A) (1987), Патент США 5281286(A) (1994)]:

Заявленные катализаторы горения СТРТ отличаются высокой температурой кипения, а следовательно, низкой летучестью и высоким содержанием железа. Данные о поведении катализаторов при низких температурах в патентах не приводятся. Применение их в качестве компонентов твердых ракетных топлив, учитывая, что некоторые из них являются твердыми или высоковязкими соединениями, создает определенные технические трудности по равномерному распределению их в топливных композициях. Нет данных о совместимости их с пластифицирующими компонентами топлив.

Задачей настоящего изобретения явилась разработка на основе известного продукта ОСФ, взятого за прототип, состава катализатора с более высоким содержанием железа при сохранении высоких эксплуатационных характеристик, свойственных продукту ОСФ.

Для продукта ОСФ [ТУ 2257-040-82006400-2015] свойственна низкая летучесть (Ткип. 200-220°С при 1,0-1,5 мм рт.ст.), низкая температура структурного стеклования (минус 105°С), хорошая совместимость с жидкими компонентами топлив, наличие пластифицирующих свойств, что положительно отражается на реологических и механических показателях отверждаемых масс и топлива.

Однако эффективность продукта ОСФ как катализатора горения топлив определяется содержанием железа, которое равно 10±0,5%. Поэтому для получения более высоких скоростей горения топливных композиций требуется применение повышенных концентраций катализатора, что неизбежно отразится на изменении физико-механических характеристик топливных зарядов.

Нами получен олигомерный по ферроценовому фрагменту бис-(диметилгидросилил)ферроцен, который по содержанию железа близок к таким известным летучим катализаторам горения, как диэтилферроцен (ДАФ) и бутилферроцен, но отличается от них низкой летучестью, низкой температурой стеклования и совместимостью с применяемыми пластификаторами. Ограничивающим показателем для самостоятельного применения олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена в качестве катализатора горения является относительно высокая вязкость - 220-250 мПа⋅с (25°С). Результатом предлагаемого изобретения является новый состав катализатора скорости горения топлив, содержащий смесь продуктов ОСФ и олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена, которая близка по физико-химическим характеристикам к продукту ОСФ, с одновременным повышением железа на 50-60% масс.

В таблице 1 приведены физико-химические показатели продуктов ОСФ и олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена и смесей, содержащих 60-40% масс. продукта ОСФ и 40-60% олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена.

* - олигомерный бис-(диметилгидросилил)ферроцен

Данные таблицы показывают, что, в целом, физико-химические показатели смесевого катализатора, влияющие на эксплуатационные свойства топлив, мало отличаются от показателей, свойственных продукту ОСФ, в интервале концентраций 40-60% каждого из компонентов. Оптимальным составом, обеспечивающим повышение содержания железа на 50-70%, при сохранении физико-химических показателей на уровне, близком к показателям для продукта ОСФ, является смесь, содержащая 50% продукта ОСФ и 50% олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена.

Смесевой катализатор скорости горения топлив, содержащий 50% масс. продукта ОСФ и 50% масс. олигомерного бис-(диметилгидросилил)ферроцена, прошел испытания в модельных составах топливных композиций в АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (г. Пермь).

Для подтверждения эффективности были изготовлены образцы смесевого твердого ракетного топлива с использованием в качестве горючего олигодиенуретанэпоксидного каучука и проведены сравнительные испытания по скорости горения составов, содержащих 4,0% и 2,0% смесевого катализатора и продукта ОСФ. Результаты приведены в таблице 2.

Данные по физико-механическим характеристикам модельных топливных композиций, содержащих 2 и 4% катализаторов ОСФ и смесевого катализатора, свидетельствуют о том, что прочностные показатели находятся на одном уровне. Сравнение результатов по скорости горения топливных составов при давлениях 40 и 100 атм показывает, что при замене катализатора ОСФ на смесевой катализатор в одинаковых концентрациях скорость горения возрастает на 25-27%. По заключению АО «НИИПМ» (г. Пермь) замена штатного катализатора ОСФ на смесевой катализатор в топливных составах позволяет значительно повысить одну из важнейших характеристик изделий - скоростной параметр наполнителя двигательной установки.

В тех случаях, когда не требуется повышения уровня «быстроты», для сохранения заданных значений ее при замене катализатора потребуется меньшее количество смесевого катализатора, что позволит вести корректировку составов топливных композиций по другим жидким компонентам, например, пластификаторам, с целью улучшения физико-механических и баллистических характеристик ЭКС (энергетических конденсированных систем).

В технологическом плане (на снаряжательном производстве) появляется возможность перевести технологию заполнения изделий со смесителей периодического типа на смесители непрерывного действия.

В целом, замена в смесевых твердых ракетных топливах катализатора ОСФ на смесевой катализатор повышает основную характеристику топливных составов - скорость горения, позволяет повысить эксплуатационные показатели топлив и технологические возможности производства.

Катализатор скорости горения смесевых твердых ракетных топлив на основе продукта ОСФ, отличающийся тем, что с целью повышения скорости горения топлива и сохранения высоких эксплуатационных характеристик он содержит олигомерный бис-(диметилгидросилил)ферроцен следующей структуры:

, где n=2-5

в количестве 40-60% масс., при этом содержание железа в катализаторе составляет 14,5-18,5% масс.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к топливной композиции, состоящей из карбоксилата натрия и углеродсодержащего соединения, где в качестве углеродсодержащего соединения используется угольная пыль, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбоксилат натрия 40-50; угольная пыль - остальное.

Изобретение относится к способу получения высококачественного кокса путем нанесения бората на раскаленный кокс после выдачи из коксовых печей с температурой 1050±50°C, причем его тушение производят водным раствором боратов с содержанием боратов 3-10 г/дм3 в виде раствора и пульпы в тушильном вагоне под тушильной башней в течение 90-120 сек, при этом в качестве боратов используют тетраборат натрия пентагидрат, буру десятиводную, дисодиум октаборат тетрагидрат.

Изобретение относится к способу получения нефтяных коксов с пониженным содержанием оксидов серы в дымовых газах горения, основанному на применении веществ, связывающих серу, при этом высокосернистый нефтяной кокс пропитывают водной дисперсией вещества, связывающего серу, на основе сланца, тщательно перемешивают до пастообразного состояния, выпаривают воду при температуре 120-150°C до постоянной массы и охлаждают.

Изобретение относится к применению соли железа и органической кислоты, выбранной из муравьиной кислоты, карбоновых кислот, содержащих 3 или более атомов углерода, и сульфоновых кислот, для снижения содержания углерода в летучей золе, получаемой при сжигании угля.
Изобретение относится к модификатору горения твердого, жидкого и газообразного топлива, в частности древесины, природного газа, угля, мазута и других углеводородов, в энергетических котлах, в закрытых или открытых камерах, характеризующемуся тем, что указанный модификатор содержит от 10 до 30 масс.% воды, от 20 до 80 масс.% по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс.% карбамида или его производных, выбранных из алкилмочевины типа R1R2N(CO)NR1R2, где R1, R2 являются одинаковыми или различными и представляют собой С1-С6 алкильные группы, и от 5 до 15 масс.% моноацетилферроцена.
Изобретение относится к способу модификации поверхности углерода окисью меди. Способ включает подготовку суспензии углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении С:H2O:Cu(CHCOO)2·H2O=1:10…15:0,25…0,30, нагревание до 90…100°C, дозирование водного раствора едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05…1,2 в течение 20…30 минут, добавление водного раствора поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида к углероду при массовом отношении ОФП:С=0,005…0,02:1.

Изобретение относится к способу понижения содержания углерода в золе из топки, включающему операцию нагревания в топке ископаемого топлива в присутствии присадки - улучшителя топлива, в составе которой преобладают оксид железа и диоксид кремния.

Изобретение относится к способу снижения выбросов от топок с факельным сжиганием топлива, включающему подачу адсорбента в топку и сбор отработанного адсорбента, отличающемуся тем, что подачу адсорбента производят в дымовые газы, образованные в послепламенной зоне котла, в количестве 5-7% от расхода топлива.

Изобретение относится к присадке к топливу на основе алифатических спиртов, карбамида (мочевины) и воды, отличающейся тем, что она дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, % мас.: алифатические спирты С2-С4 10-97,99 карбамид (мочевина) 1-30борная кислота0,01-3 вода 1-85Также изобретение относится к топливной композиции на основе жидкого или твердого топлива с добавлением указанной присадки в количестве 0,0001-0,1 мас.%.

Изобретение относится к способу получения брикетированного твердого топлива, который может снизить стоимость брикетирования при сохранении прочности брикетированного продукта.

Изобретение относится к области химии координационных соединений, в частности к способу получения хелатных цис-S,S-комплексов диацетат(дибромид)[ди-1,6-(3,5-диметилизоксазол-4-ил)-2,5-дитиагексан]палладия(II) общей формулы (1) Способ включает взаимодействие бидентатного реагента - 1,2-бис[сульфанилметил(3,5-диметилизоксазол-4-ил)]этана с диацетатом (дибромидом) палладия(II) в среде ацетонитрила при мольном соотношении бис[сульфанилметил(3,5-диметилизоксазол-4-ил)]этан : диацетат (дибромид) палладия(II), равном 1:1, при температуре 15-25°C и атмосферном давлении в течение 3-5 ч.
Изобретение относится к способу получения катионных комплексов палладия, содержащих органические и элементоорганические лиганды общей формулы [Pd(acac)(L)]A, где А – BF4.
Изобретение относится к способу получения катионных комплексов палладия, содержащих органические и элементорганические лиганды общей формулы [(acac)Pd(L1)]2[BF4]2 и [(acac)Pd(L2)2]BF4.

Изобретение относится к оксоалкилиденовым комплексам вольфрама, а именно к соединению формулы I-c: где каждый из R1 и R2 независимо представляет собой R, R3' представляет собой R3 или -OSi(R)3, R3 представляет собой -N(R)2 или -OR, R4 представляет собой галоген, -N(R)2 или -OR, каждый R5 независимо представляет собой монодентатный лиганд, n представляет собой 0 или 1.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза поликарбоната. Способ включает этап осуществления реакции диоксида углерода по меньшей мере с одним эпоксидом в присутствии катализатора формулы (I), где R1 и R2 представляет водород, галогенид, нитрогруппу, нитрильную группу, имин, амин, группу простого эфира, или группу простого силилового эфира, или необязательно замещенную алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, алициклическую или гетероалициклическую группу; R3 выбран из необязательно замещенного алкилена, алкенилена, гетероалкилена, гетероалкенилена, арилена, гетероарилена или циклоалкилена, где алкилен, алкенилен, гетероалкилен и гетероалкенилен необязательно могут быть прерваны арильной, гетероарильной, алициклической или гетероалициклической группой; R4 выбран из Н или необязательно замещенной алифатической или гетероалифатической группы; R5 представляет Н или необязательно замещенную алифатическую, гетероалифатическую, арильную, гетероарильную группу; E1 представляет собой С, Е2 представляет О; X выбран из OC(O)Rx, OSO2Rx, OSORx, OSO(Rx)2, ORx, фосфината, галогенида, нитрата, карбоната или необязательно замещенной алифатической, гетероалифатической, арильной или гетероарильной группы; Rx представляет собой водород или необязательно замещенную алифатическую, гетероалифатическую, арильную или гетероарильную группу; G отсутствует или выбран из нейтрального или анионного лиганда-донора, который является основанием Льюиса; М выбран из Zn(II), Cr(II), Co(II), Mg(II), Fe(II), Cr(III)-X, Co(III)-X, Fe(III)-X или Al(III)-X; и регулятора степени полимеризации, выбранного из воды или соединения формулы (II).

Изобретение относится к катализаторам предварительной гидроочистки нефтяных фракций с температурой начала кипения выше 360°С для получения сырья с низким содержанием серы, которое далее перерабатывается в процессе гидрокрекинга.

Изобретение относится к способам получения ароматических или жирноароматических кетонов по реакции ароматических хлоридов, или бромидов, или йодидов с алифатическими или ароматическими нитрилами, включая внутримолекулярные реакции содержащих нитрильную группу ароматических хлоридов, бромидов или йодидов, причем первоначально образующееся соединение со связью C=N подвергается последующему гидролизу с образованием целевого продукта.

Предложены новая каталитическая система, новый способ её получения и применение каталитических систем для получения продукта тримеризации олефинов. Каталитическая система содержит: а) композицию, содержащую С3-С25-карбоксилат хрома(III), b) пиррольное соединение; и c) соединение гидрокарбил-металл.
Изобретение относится к способу получения бис(2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентил)карбоната, использующегося в качестве растворителя, как компонент химических композиций, например, для формирования электролитов химических источников тока.

Изобретение относится способам получения сырья гидрокрекинга с пониженным содержанием серы и азота. Описан способ гидроочистки сырья гидрокрекинга, заключающийся в гидроочистке нефтяных фракций, имеющих температуру начала кипения выше 360°С, в присутствии гетерогенного катализатора, где используемый катализатор содержит, мас.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения алкиловых эфиров 4-бифенилкарбоновой кислотыгде R=Me, Et, Prn, которые используются в качестве исходных соединений для получения лекарственных препаратов и термотропных полимеров. Сущность способа заключается во взаимодействии бифенила с четыреххлористым углеродом и спиртами (МеОН, EtOH, PrnOH) в присутствии катализатора, выбранного из ряда Fe(acac)3, Fe(OAc)2, Fe(OAc)2*4H2O, FeCl2 и Fe2(CO)9, при 130-150°C в течение 4-10 ч при мольном соотношении [Fe]:[бифенил]:[ССl4]:[ROH]=5-20:100:100-2000:100-2000. Оптимальными для проведения реакции являются следующие соотношения катализатора и реагентов [Fе]:[бифенил]:[ССl4]:[RОН]=10:100:1000:1000, при температуре 130°С в течение 8 ч. При температуре 130°С и продолжительности реакции 8 ч выход метилового эфира 4-бифенилкарбоновой кислоты составляет 41%, этилового эфира 4-бифенилкарбоновой кислоты - 14%, пропилового эфира - 90%. 1 табл., 22 пр.

Изобретение относится к катализатору скорости горения смесевых твердых ракетных топлив на основе продукта ОСФ. При этом с целью повышения скорости горения топлива и сохранения высоких эксплуатационных характеристик он содержит олигомерный бис-ферроцен следующей структуры: , где n2-5, в количестве 40-60 масс, при этом содержание железа в катализаторе составляет 14,5-18,5 масс. Технический результат заключается в получении нового состава катализатора скорости горения топлив, содержащего смесь продуктов ОСФ и олигомерного бис-ферроцена, которая близка по физико-химическим характеристикам к продукту ОСФ, с одновременным повышением железа на 50-60 масс. 2 табл.

Наверх