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La présente invention est relative à la préparation du nouveau compo-
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sé, le décaborane de sodium Ila 2B10H14Y et se rapporte plur particulièrement p la préparation du décaborane de sodium par la réaction directe de deux moles de sodium avec une mole de décarborane, tandis qu'ils sont dissous dans de l'ammonia-
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que liquide, La réaction est généralement menée à une température de -60 à +40oc9 des pressions élevées étant utilisées, lorsque c'est nécessaire, pour maintenir l'ammoniaque en phase liquide. Cette réaction est exprimée par l'équation :
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2Na + B 10 H14 >Na 2B10H 14 Le composé Na B OH14 est un solide hydroscopique non volatil blanc qui est stable en dessous de 120 C et se décompose lentement entre 120 et 190 C mais sans autre changement visible.
Il est soluble dans l'ammoniaque et le tétrahydro- furane sans altération et dans l'eau et le méthanol avec décomposition. Il est insoluble dans l'éther diéthylique et les solvants de faible polarité. Sa disso- lution dans de l'eau ou du méthanol libère lentement de l'hydrogène, et à partir d'un milieu aqueux, au moins une partie du décaborane peut être récupérée par aci- dification si l'hydrolyse n'a pas progressé trop loin. La solution du décarborane de sodium dans du tétrahydrofurane est incolore et est stable indéfiniment. Des déterminations de poids moléculaires tensiométriques et cryoscopiques dans de l'ammoniaque liquide, de même qu'une analyse élémentaire, sont en accord avec la
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formule Na2B1 H14. Le composé montre les spectres remarquables de diffraction des rayons X, montres au tableau I.
Le décarborane de sodium peut être incorporé à des oxydants convenables, tels que le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le perchlorate de sodium, le perchlorate de lithium, le perchlorate d'aluminium, le nitrate d'ammonium, etc, pour produire un agent de propulsion solide convenant pour les
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installations de puissance à fusée et autres dispositif s mus à réaction. De te1sagmJBde :gti'I!>piSim l:rtflaitavec mes vi tessès- de flamme, élevées,-'ont des chaleurs élevées de ' combustion et sont du type à -Le décaboxane- de sodium, lorsqu'il est inccrp3rs à des oxydants est cqpble d'êtiiB'canfbmié Et uag 1-xe --varié t clL- Épains, , tablettes, et artresfar- mesya,nttQUS des propriétés mécaniques et chimiques avantageuses.
Des agents de propulsion produits par les procédés décrits dans le présent brevet brûlent de façon uniforme sans désintégration lorsqu'ils sont enflammés par des moyens cou- rants, tels qu'un allumeur du type pyrotechnique, et sont mécaniquement suffisam- ment solides pour résister aux manipulations ordinaires.
Les exemples suivants illustrent l'invention. Dans les exemples, le terme "moles" signifie "moles-grammes".
EXEMPLE I.
L'appareil du dessin était attaché à une conduite à vide, totalement
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mise sous le vide et balayée par de l'azote sec exempt d'oxygène. Le d6carborane (3,49 millimoles) était transféré au réacteur (ballon A) (C: c8ne standard 19/38; D : filtre en fritte moyen ; E: c8ne standard).
Après que l'appareil a été remis sous le vide et balayé avec de l'azo- te, 12,10 millimoles de sodium étaient également transférées au réacteur. L'appa- reil était une fois encore mis sous vide et une certaine quantité d'ammoniaque sec, suffisante pour donner environ 10 ml de solvant liquide, était condensée dans le réacteur à -196 C. Le contenu était chauffé jusqu'à -45 C et agité par un secouage modéré pendant quelques minutes dès que l'ammoniaque se liquéfiait. La température était maintenue à -45 C pendant 60 minutes pour assurer une réaction totale.
Le réacteur était ensuite refroidi jusqu'à -196 F et on récupérait 0,107 millimcle d'hydrogène ou 0,031 millimole d'hydrogène par millimole de dé-
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ccaborane.-'Apiès récupération de l'hydrogène, le bain à-196 F était enlevé des environs du réacteur pour permettre une évaporation. La tension de vapeur de l'ammoniaque (403 mm de mercure à -45,2 C; dans la littérature, 403 mm) montrait
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qu'elle était pure. Après l'enlèvement de l'ammoniaque, le réacteur était de nou- veau refroidi jusqu'à -196 C, et environ 10 ml de tétrahydrofurane sec étaient con- densés sur le résidu. Après réchauffement jusqu'à la température ambiante, la so- lution était filtrée. Finalement, le tétrahydrofurane était distillé du flacon.
Après évaporation du solvant à partir du filtrat, on obtenait 0,645 gr (en théorie 0,588 gr) de Na2B10H14
Le résidu insoluble dans le tétrahydrofurane et d'apparence métalli- que, retenu sur le filtre, se dissolvait dans le méthanol, et l'hydrogène produit était équivalent à 4,92 minimales de sodium libre. Par conséquent, 12,10 - 4.92 = 7,18 millimoles de sodium ou 2,05 millimoles par mole de décaborane avaient réa- gi. Le méthanol était distillé'et on trouvait qu'il ne contenait que 0,04 milli- moles de bore, ce qui montre que la matière insoluble dans le tétrahydrofurane ne contenait pas de composé de bore. Le résidu contenant du sodium était ensuite dis- sous dans de l'acide sulfurique dilué, évaporé jusqu'à siccité et enflammé.
De la quantité de ce résidu (0,3605 gr sous forme de Na2S04), une teneur en sodium de 5,07 millimoles était calculée. Une concordance entre cette analyse et les résul- tats protolytiques précédents identifie la matière insoluble dans le tétrahydrofu- rane obtenue dans la réaction comme étant du sodium métallique et confirme l'équa- tion 2Na B10H14 # Na2B10H14. tion 2Na + B10H14 # Na2B10H14
Une analyse élémentaire d'échantillons pesés du produit de réaction récupéré du tétrahydrofurane donnait :
Na : 24, 8 % B : 62,5 % H : 7,85% Calcul pour Na2B10H14 Na : 27,3% B : 64,3 % H : 8,34 %
Le rapport élémentaire calculé à partir de cette analyse est Na1.9B10H1 Une analyse de l'azote sur les produits d'autres préparations indiquai? une Teneur en azote de moins de 0,10 % Les résultats analytiques légère- ment inférieurs et le bilan de matière,-quelque peu élevé peuvent être attribué à une solvolyse ou hydrolyse de la.matière durant la manipulation.
Des mesures de poids moléculaires cryoscopiques et tensiométriques du produit dans l'ammoniaque étaient en accord avec la formule monomère : cryos- copique : 163 + 6 ; Tensiométrique : 159 + 6 ; massemoléculaire : 168,3. Le com- posé montre un spectre de diffraction remarquable des rayons X, comme montré au tableau I. On n'observait aucune raie qui pouvait être attribuée à d'autres compo- sés possibles de sodium-hydrogène-bore (NaH, NaBH4, etc).
D'autres réactions menées sous des conditions similaires sont résumées aux tableaux II et III
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TABLEAU 1.
Résultats de la diffraction des rayons X pour le Na2B10H14
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<tb> degrés <SEP> d <SEP> (A) <SEP> Intensité <SEP> relative <SEP> degrés <SEP> d(A) <SEP> Intensité <SEP> relative
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7,89 <SEP> 5,66 <SEP> très <SEP> forte <SEP> 18,71 <SEP> 2,54 <SEP> faible
<tb>
<tb> 11,98 <SEP> 3,77 <SEP> forte <SEP> 19,48 <SEP> 2,44 <SEP> très <SEP> faible
<tb>
<tb> 13,59 <SEP> 3,37 <SEP> très <SEP> faible <SEP> 20,57 <SEP> 2,34 <SEP> moyenne
<tb>
<tb>
<tb> 15,94 <SEP> 2.92 <SEP> moyenne <SEP> 21,12 <SEP> 2,30 <SEP> moyenne
<tb>
<tb>
<tb> 16,78 <SEP> 2,79 <SEP> moyenne <SEP> 22,31 <SEP> 2,19 <SEP> faible
<tb>
<tb>
<tb> 17,35 <SEP> 2970 <SEP> très <SEP> faible <SEP> 23,13 <SEP> 2,13 <SEP> très <SEP> faible
<tb>
<tb> 18,07 <SEP> 2,61 <SEP> faible <SEP> 23,82 <SEP> 2,08 <SEP> faible
<tb>
TABLEAU II.
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<tb> Ex.
<SEP> Produits <SEP> réagissants <SEP> Couleur <SEP> Mmoles <SEP> Na <SEP> ayant <SEP> Mmoles <SEP> Mmoles
<tb> mmoles <SEP> de <SEP> mmoles <SEP> de <SEP> de <SEP> la <SEP> de <SEP> Na <SEP> réagi <SEP> de <SEP> H2 <SEP> de <SEP> NH3
<tb> Na <SEP> B10H14 <SEP> solution <SEP> n'ayant <SEP> B10H14 <SEP> obte- <SEP> reted'ammo- <SEP> pas <SEP> nues <SEP> nues
<tb> niaque <SEP> réagi*
<tb>
<tb> 2 <SEP> 5,08 <SEP> 2,09 <SEP> bleue <SEP> 0,854 <SEP> 2,03 <SEP> 0,140 <SEP> 0,151
<tb> 3 <SEP> 9,13 <SEP> 3,97 <SEP> " <SEP> 0,828 <SEP> 2,09 <SEP> 0,520 <SEP> 0,505
<tb> 4 <SEP> 3,81 <SEP> 1,77 <SEP> " <SEP> 0,312 <SEP> 1,99 <SEP> 0,069 <SEP> 0,063
<tb> 5 <SEP> 5,40 <SEP> 2,72 <SEP> incolore <SEP> néant <SEP> 1,98 <SEP> 0,237 <SEP> 0,263
<tb> 6 <SEP> 4,76 <SEP> 2,41 <SEP> " <SEP> " <SEP> 1,97 <SEP> 0,044 <SEP> 0,069
<tb>
@ par dissolution dans MeOH
TABLEAU III.
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<tb>
7 <SEP> 4,13 <SEP> 4,03 <SEP> incolore <SEP> néant <SEP> 0,98 <SEP> 0,054 <SEP> 0,013
<tb>
<tb> 8 <SEP> 4,76 <SEP> 2,41 <SEP> " <SEP> " <SEP> 1,97 <SEP> 0,044 <SEP> 0,018
<tb>
<tb> 9 <SEP> 3,81 <SEP> 1,77 <SEP> bleue <SEP> 0,312 <SEP> 1,99 <SEP> 0,069 <SEP> 0,039
<tb>
Lorsque du décaborane et un excès de sodium sont amenés rapidement ensemble dans de l'ammoniaque liquide, deux atomes-grammes de sodium sont consom- més pour chaque mole-gramme de décaborane. Si moins de deux atomes-grammes de so- dium sont employés pour chaque mole-gramme de déoaborane, le sodium réagit com- plètement et une partie importante du décaborane qui n'a pas réagi peut être récu- pérée.
Aucune substance volatile, autre que des traces d'hydrogène comme noté ci-après, n'est produite et la réaction peut être décrite adéquatement par l'équa- tion : 2Na + B10 H14 # Na2B10H14
Sous certaines conditions, de petites déviations à partir de la stoe- chiométrie de l'équation sont observées. Si les produits réagissants sont amenés lentement ensemble, une petite quantité d'hydrogène est produite et une quantité équivalente d'ammoniaque est retenue par les produits. La réaction produisant de l'hydrogène peut être mnimisée àmoins de 0,5 % de l'hydrogène total disponible du décaborane, si la réaction est soigneusement effectuée.
Lorsqu'un peu plus de 2 atomes-grammes de sodium sont pris par mole- gramme de décaborane, la solution retient la couleur bleue caractéristique des solutions de sodium-ammoniaque liquide, même si on permet de longues périodes de réaction ; du décaborane ne peut pas être récupéré des produits de réaction. Ce- pendant, lorsqu'une quantité moindre de sodium est prise, la couleur bleue de la solution est rapidement perdue et le décaborane qui n'a pas réagi peut être sé- paré des produits de réaction par une extraction avec de l'hexane normal. Dans une
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expérience particulière, on récupérait 62 % de l'excès (identifié par le point de fusion de 97-99); et le résidu était totalement soluble dans le tétrahydrofu- rane.
Par comparaison des résultats des colonnes 5 et 6 du tableau II, il est évi- dent que le rapport de réaction sodium/ décaborane est de 2.
Dans des expériences utilisant un excès de sodium, le résidu métalli- que, insoluble dans le tétrahydrofurane, qui restait après récupération du pro- duit, était mis en réaction avec du méthanol, et le gaz hydrogéné produit était mesuré. Cette quantité d'hydrogène était prise comme équivalent pour le sodium en excès. La solution au méthanol était distillée dans de l'acide aqueux dilué et il s'avérait que la solution contenait une quantité négligeable de bore. De ce fait, tout le bore était présent dans la matière soluble dans le tétrahydrofurane.
La matière solide contenant le bore, Na2B10H14' produite par la mise en oeuvre du procédé de la présente invention peut être employée comme ingrédient des composés d'agents propulsifs solides suivant les processus généraux qui sont bien connus en pratique, attendu que les solides produits par le présent procédé sont facilement oxydés en utilisant des oxydants solides courants, tels que du perchlorate d'ammonium, de potassium et de sodium, du nitrate d'ammonium, etc.
Dans la composition d'un agent propulsif solide utilisant du décaborane de sodium, généralement 10 à 35 parties en poids de matière contenant du bore et 65 à 90 par- ties en poids d'oxydant, tel que du perchlorate d'ammonium, sont présentes dans la composition d'agents propulsifs finals. Dans l'agent propulsif, l'oxydant et le produit du présent procédé sont combinés en mélange intime l'un avec l'autre, comme, par exemple, par fine subdivision de chacune des matières séparément et ensuite leur mélange intime. Le but de cela, comme on le sait, est de procurer des caractéristiques convenables de combustion dans l'agent de propulsion final.
En plus de l'oxydant et de la matière oxydable, l'agent de propulsion final peut également contenir une résine artificielle, généralement du type urée-formaldéhy- de ou phénol-formaldéhyde, la fonction de la résine étant de donner la résistance mécanique à l'agent de propulsion et en même temps d'améliorer ses caractéristi- ques de combustion.
C'est ainsi que dans la fabrication d'un agent de propulsion convenable, des proportions appropriées de l'oxydant finement divisé et du Na2B10H14 finement divisé peuvent être mélangées avec une solution à teneur éle- vée en solides d'une résine d'urée-formaldéhyde ou de phénol-formaldéhyde partiel- lement condensée, les proportions étant telles que la quantité de la résine soit d'environ 5 à 10 % en poids par rapport au poids de l'oxydant et du Na2B10H14 Les ingrédients sont totalement mélangés avec enlèvement simultané du solvant, et après cela le mélange exempt de solvant est moulé à la forme désirée, par exemple par extrusion. Ensuite, la résine peut être cuite par un chauffage à des températures modérées.
Pour d'autres informations concernant la composition d'agents de propulsion solide, on se référera au brevet U.S.A. n 2.622.277 de Bonnell et consorts et au brevet U.S.A. n 2.646.596 de Thomas et consorts.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de préparation de désaborane de sodium de la formule Na2B10H14' qui comprend la mise en réaction de deux moles de sodium métallique et d'une mole de décaborane à une température de -60 à +40 C, tandis que les produits réagissants sont dissous dans de l'ammoniaque liquide, et ensuite la récupération du décaborane de sodium, du mélange de réaction.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to the preparation of the novel compound.
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se, sodium decaborane Ila 2B10H14Y and particularly relates to the preparation of sodium decaborane by the direct reaction of two moles of sodium with one mole of decarborane, while they are dissolved in ammonia-
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than liquid. The reaction is generally carried out at a temperature of -60 to + 40 ° C with elevated pressures being used, when necessary, to maintain the ammonia in the liquid phase. This reaction is expressed by the equation:
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2Na + B 10 H14> Na 2B10H 14 The compound Na B OH14 is a white non-volatile hydroscopic solid which is stable below 120 C and decomposes slowly between 120 and 190 C but without other visible changes.
It is soluble in ammonia and tetrahydrofuran without deterioration and in water and methanol with decomposition. It is insoluble in diethyl ether and solvents of low polarity. Its dissolution in water or methanol slowly releases hydrogen, and from an aqueous medium at least part of the decaborane can be recovered by acidification if hydrolysis has not progressed. too far. The solution of sodium decarborane in tetrahydrofuran is colorless and is stable indefinitely. Tensiometric and cryoscopic molecular weight determinations in liquid ammonia, as well as elemental analysis, are in agreement with the
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formula Na2B1 H14. The compound shows the remarkable X-ray diffraction spectra, shown in Table I.
Sodium decarborane can be incorporated with suitable oxidants, such as ammonium perchlorate, potassium perchlorate, sodium perchlorate, lithium perchlorate, aluminum perchlorate, ammonium nitrate, etc. produce a solid propellant suitable for
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rocket power installations and other jet powered devices. De te1sagmJBde: gti'I!> PiSim l: reflaitwith my flame speeds, high, - 'have high heats of' combustion and are of the sodium-decaboxane- type, when it is inccrp3rs with oxidants is responsible for etiiB'canfbmié Et uag 1-xe --varié t clL- Breads,, tablets, and artresfarmesya, nttQUS advantageous mechanical and chemical properties.
Propellants produced by the processes described in this patent burn uniformly without disintegration when ignited by common means, such as a pyrotechnic type igniter, and are mechanically strong enough to withstand the effects of fire. ordinary manipulations.
The following examples illustrate the invention. In the examples, the term "moles" means "mole-grams".
EXAMPLE I.
The apparatus in the drawing was attached to a vacuum pipe, totally
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evacuated and flushed with dry oxygen free nitrogen. The d6carborane (3.49 millimoles) was transferred to the reactor (flask A) (C: standard 19/38 c8ne; D: medium frit filter; E: standard c8ne).
After the apparatus was returned to vacuum and flushed with nitrogen, 12.10 millimoles of sodium was also transferred to the reactor. The apparatus was again evacuated and a quantity of dry ammonia sufficient to give about 10 ml of liquid solvent was condensed in the reactor at -196 C. The contents were heated to -45. C and stirred with moderate shaking for a few minutes as soon as the ammonia liquefied. The temperature was kept at -45 ° C for 60 minutes to ensure complete reaction.
The reactor was then cooled to -196 F and 0.107 millimoles of hydrogen or 0.031 millimoles of hydrogen were recovered per millimole of de-
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ccaborane. After recovery of the hydrogen, the 196 F bath was removed from the vicinity of the reactor to allow evaporation. The vapor pressure of ammonia (403 mm of mercury at -45.2 C; in the literature, 403 mm) showed
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that she was pure. After removal of the ammonia, the reactor was again cooled to -196 ° C, and about 10 ml of dry tetrahydrofuran was condensed on the residue. After warming to room temperature, the solution was filtered. Finally, the tetrahydrofuran was distilled from the vial.
After evaporation of the solvent from the filtrate, 0.645 g (in theory 0.588 g) of Na2B10H14 were obtained.
The tetrahydrofuran insoluble and metallic residue retained on the filter dissolved in methanol, and the hydrogen produced was equivalent to a minimum of 4.92 free sodium. Therefore, 12.10 - 4.92 = 7.18 millimoles of sodium or 2.05 millimoles per mole of decaborane had occurred. The methanol was distilled off and found to contain only 0.04 millimoles of boron, showing that the tetrahydrofuran insoluble material did not contain a boron compound. The sodium-containing residue was then dissolved in dilute sulfuric acid, evaporated to dryness and ignited.
From the amount of this residue (0.3605 g as Na2SO4) a sodium content of 5.07 millimoles was calculated. Agreement between this analysis and the previous protolytic results identifies the tetrahydrofuran insoluble material obtained in the reaction as metallic sodium and confirms the equation 2Na B10H14 # Na2B10H14. tion 2Na + B10H14 # Na2B10H14
Elemental analysis of weighed samples of the recovered reaction product of tetrahydrofuran gave:
Na: 24.8% B: 62.5% H: 7.85% Calculation for Na2B10H14 Na: 27.3% B: 64.3% H: 8.34%
The elemental ratio calculated from this analysis is Na1.9B10H1 An analysis of nitrogen on the products of other preparations indicated? Nitrogen content of less than 0.10% Slightly lower analytical results and somewhat high material balance can be attributed to solvolysis or hydrolysis of the material during handling.
Cryoscopic and tensiometric molecular weight measurements of the product in ammonia were in agreement with the monomeric formula: cryoscopic: 163 + 6; Tensiometric: 159 + 6; molecular mass: 168.3. The compound shows a remarkable X-ray diffraction spectrum, as shown in Table I. No lines were observed which could be attributed to other possible sodium-hydrogen-boron compounds (NaH, NaBH4, etc. ).
Other reactions carried out under similar conditions are summarized in Tables II and III
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TABLE 1.
X-ray diffraction results for Na2B10H14
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<tb> degrees <SEP> d <SEP> (A) <SEP> Intensity <SEP> relative <SEP> degrees <SEP> d (A) <SEP> Intensity <SEP> relative
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7.89 <SEP> 5.66 <SEP> very <SEP> strong <SEP> 18.71 <SEP> 2.54 <SEP> weak
<tb>
<tb> 11.98 <SEP> 3.77 <SEP> strong <SEP> 19.48 <SEP> 2.44 <SEP> very <SEP> weak
<tb>
<tb> 13.59 <SEP> 3.37 <SEP> very <SEP> low <SEP> 20.57 <SEP> 2.34 <SEP> medium
<tb>
<tb>
<tb> 15.94 <SEP> 2.92 <SEP> average <SEP> 21.12 <SEP> 2.30 <SEP> average
<tb>
<tb>
<tb> 16.78 <SEP> 2.79 <SEP> medium <SEP> 22.31 <SEP> 2.19 <SEP> low
<tb>
<tb>
<tb> 17.35 <SEP> 2970 <SEP> very <SEP> weak <SEP> 23.13 <SEP> 2.13 <SEP> very <SEP> weak
<tb>
<tb> 18.07 <SEP> 2.61 <SEP> low <SEP> 23.82 <SEP> 2.08 <SEP> low
<tb>
TABLE II.
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<tb> Ex.
<SEP> Reacting <SEP> products <SEP> Color <SEP> Mmoles <SEP> Na <SEP> having <SEP> Mmoles <SEP> Mmoles
<tb> mmoles <SEP> of <SEP> mmoles <SEP> of <SEP> of <SEP> the <SEP> of <SEP> Na <SEP> reacted <SEP> of <SEP> H2 <SEP> of <SEP > NH3
<tb> Na <SEP> B10H14 <SEP> solution <SEP> having <SEP> B10H14 <SEP> obtained <SEP> reted'ammo- <SEP> not <SEP> bare <SEP> bare
<tb> niaque <SEP> reacted *
<tb>
<tb> 2 <SEP> 5.08 <SEP> 2.09 <SEP> blue <SEP> 0.854 <SEP> 2.03 <SEP> 0.140 <SEP> 0.151
<tb> 3 <SEP> 9.13 <SEP> 3.97 <SEP> "<SEP> 0.828 <SEP> 2.09 <SEP> 0.520 <SEP> 0.505
<tb> 4 <SEP> 3.81 <SEP> 1.77 <SEP> "<SEP> 0.312 <SEP> 1.99 <SEP> 0.069 <SEP> 0.063
<tb> 5 <SEP> 5.40 <SEP> 2.72 <SEP> colorless <SEP> none <SEP> 1.98 <SEP> 0.237 <SEP> 0.263
<tb> 6 <SEP> 4.76 <SEP> 2.41 <SEP> "<SEP>" <SEP> 1.97 <SEP> 0.044 <SEP> 0.069
<tb>
@ by dissolution in MeOH
TABLE III.
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<tb>
7 <SEP> 4.13 <SEP> 4.03 <SEP> colorless <SEP> none <SEP> 0.98 <SEP> 0.054 <SEP> 0.013
<tb>
<tb> 8 <SEP> 4.76 <SEP> 2.41 <SEP> "<SEP>" <SEP> 1.97 <SEP> 0.044 <SEP> 0.018
<tb>
<tb> 9 <SEP> 3.81 <SEP> 1.77 <SEP> blue <SEP> 0.312 <SEP> 1.99 <SEP> 0.069 <SEP> 0.039
<tb>
When decaborane and excess sodium are rapidly brought together in liquid ammonia, two gram atoms of sodium are consumed for every gram mole of decaborane. If less than two gram atoms of sodium are used for each mole-gram of deoaborane, the sodium reacts completely and a significant portion of the unreacted decaborane can be recovered.
No volatile substance, other than traces of hydrogen as noted below, is produced and the reaction can be adequately described by the equation: 2Na + B10 H14 # Na2B10H14
Under certain conditions, small deviations from the stoichiometry of the equation are observed. If the reactants are slowly brought together, a small amount of hydrogen is produced and an equivalent amount of ammonia is retained by the products. The hydrogen producing reaction can be minimized to less than 0.5% of the total available hydrogen of decaborane, if the reaction is carefully carried out.
When a little more than 2 gram-atoms of sodium are taken per molegram of decaborane, the solution retains the blue color characteristic of sodium-liquid ammonia solutions, even if long reaction periods are allowed; decaborane cannot be recovered from the reaction products. However, when less sodium is taken, the blue color of the solution is quickly lost and unreacted decaborane can be separated from the reaction products by extraction with normal hexane. . In
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In particular experiment, 62% of the excess was recovered (identified by the melting point of 97-99); and the residue was completely soluble in tetrahydrofuran.
By comparing the results of columns 5 and 6 of Table II, it is evident that the sodium / decaborane reaction ratio is 2.
In experiments using excess sodium, the metallic residue, insoluble in tetrahydrofuran, which remained after recovery of the product, was reacted with methanol, and the hydrogenated gas produced was measured. This quantity of hydrogen was taken as equivalent for excess sodium. The methanol solution was distilled from dilute aqueous acid and the solution was found to contain a negligible amount of boron. Therefore, all of the boron was present in the tetrahydrofuran soluble material.
The boron-containing solid, Na2B10H14 'produced by carrying out the process of the present invention can be employed as an ingredient of solid propellant compounds following general procedures which are well known in the art, since the solids produced by The present process are easily oxidized using common solid oxidants, such as ammonium, potassium and sodium perchlorate, ammonium nitrate, etc.
In the composition of a solid propellant using sodium decaborane, generally 10 to 35 parts by weight of boron-containing material and 65 to 90 parts by weight of oxidant, such as ammonium perchlorate, are present. in the composition of final propellants. In the propellant, the oxidant and the product of the present process are combined intimately admixed with each other, such as, for example, by finely subdividing each of the materials separately and then mixing them intimately. The purpose of this, as is known, is to provide suitable combustion characteristics in the final propellant.
In addition to the oxidant and the oxidizable material, the final propellant may also contain an artificial resin, generally of the urea-formaldehyde or phenol-formaldehyde type, the function of the resin being to provide mechanical resistance to the propellant and at the same time improve its combustion characteristics.
Thus, in making a suitable propellant, appropriate proportions of the finely divided oxidant and finely divided Na2B10H14 can be mixed with a high solids solution of a urea resin. -formaldehyde or phenol-formaldehyde partially condensed, the proportions being such that the amount of the resin is approximately 5 to 10% by weight relative to the weight of the oxidant and of the Na2B10H14 The ingredients are completely mixed with removal simultaneous solvent, and after that the solvent-free mixture is molded into the desired shape, for example by extrusion. Then, the resin can be cured by heating at moderate temperatures.
For further information regarding the composition of solid propellants, reference is made to U.S. Patent No. 2,622,277 to Bonnell et al. And U.S. Patent No. 2,646,596 to Thomas et al.
CLAIMS.
1.- A process for preparing sodium desaborane of the formula Na2B10H14 'which comprises reacting two moles of metallic sodium and one mole of decaborane at a temperature of -60 to +40 C, while the reactants are dissolved in liquid ammonia, and then recovering sodium decaborane from the reaction mixture.
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