SE512396C2 - Sätt att framställa prills av ammoniumdinitramid (ADN) - Google Patents

Description

l l Il.-i l _....-l t 10 15 20 25 30 35 512 396 2 för kompakta ADN-baserat krut är det dock önskvärt med så små partiklar. En bimodal blandning består av två olika partikelstorlekar, som ståri sådant förhållande till varandra att en hög packningstäthet kan uppnås.

Ett annat problem med den ovan refererade metoden för prillning i vätskefas är att partiklama måste tvättas rena med ett organiskt lösningsmedel innan de kan användas i krutframställning.

Ett övergripande ändamål med föreliggande uppfinning är att bidraga till en förbätt- rad framställning av ADN baserade krut och att medge framställning av ADN- baserade krut som är mycket svåra att initiera till detonation. Sålunda tillhandhålles ett sätt att framställa ADN-prills som har hög homogenitet. Enligt en utföringsform av uppfinningen framställs homogena ADN-prills av tillräckligt liten partikelstorfek för att lämpliga bimodala blandningar skall kunna framställas. Enligt yttedigare en utfö- ringsform av uppfinningen framställs homogena ADN-prills i en vätskefas som medger att partiklama direkt kan blandas med ett polymersystem utan föregående tvättning. Detta åstadkommes genom det sätt som definieras av efterföljande patentkrav.

Enligt uppfinningen framställs prills av ADN genom att droppar av smält ADN fram- ställs och att droppama bringas att stelna under lågt tryck. Trycket skall vara till- räckligt lågt för att lösta och inneslutna gaseri droppen skall hinna avgå innan droppen stelnar. Hur lågt tryck som erfordras för detta varierar med övriga process- betingelser, tex. smältans temperatur och viskositet och den tid som droppen utsätts för det låga trycket innan den stelnar. Normalt är trycket mindre än 1/5 av atmosfärstrycket och företrädesvis mindre än 1/10 av atmosfärstrycket.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen bringas droppama att stelna under ett vakuum av lägre än 25 mm Hg, företrädesvis 20-0,5 mm Hg. Dvs ett vakuum som kan uppnås med en konventionell oljevakuumpump.

Prillningen kan utföras i ett s.k. falltom eller prilltom som konstruerats för det låga tryck som används vid förfarandet. Flera olika sätt att åstadkomma droppar av det smälta materialet är kända. Ett föredraget sätt är att mata in partiklar av ADN i fast form i tomet och att droppar framställs genom att partiklama faller genom en upp- värmd zon itomets övre del. Droppama faller sedan genom en kylzon itomet där de stelnar till prills och matas ut från botten av tomet via en trycktät sluss. Genom detta förfarande sker såväl smältning som stelning under det låga trycket. I den *il 10 15 20 25 30 35 512 396 3 försöksanordning som använts har även inmatningssystemet för det fasta materia- let, en matningsficka och en matningsskruv, ingått i lågtryckssystemet.

Ett annat tillvägagångssätt enligt uppfinningen är att utföra prillningen i vätskefas i en reaktor av något slag där trycket på motsvarande sätt sänks till en låg nivå. ADN smälts och dispergeras till droppari ett opolärt medium i reaktom. Därefter kyls mediet för stelning av droppama till prills, som avskiljs från mediet.

Det opolära mediet kan med fördel tillsättas en liten mängd ytaktivt medel. Det ytaktiva medlet gör att prillsen får en slät och fin yta. Tillsatsen är normalt mindre än 5 vikts% räknat på det opolära mediet.

Enligt en föredragen utföringsforrn består det opolära mediet i huvudsak av en mjukgörare, varvid en mjukgörare som normalt används i polymersystem vid fram- ställning av kompositkrut lämpligen väljs.

Lämpliga mjukgörare är DOS, DOA, vakuumolja, transforrnatorolja, K-10, BTTN, M/E-NENA, TMETN, Me-NENA, Et-NENA, WM3, FEFO, BDNPF/A, DANPE, DINA och GAPA. K-10 t.o.m. GAPA år alla energetiska mjukgörare.

Fördelen med att använda en mjukgörare som icke polärt medium är att erhållna prillsen direkt kan blandas med ett polymersystem vid framställning av kompositkrut utan att partiklama först behöver tvättas. Mjukgöraren kan väljas med hänsyn till det polymersystem som prillsen ska blandas med. Mjukgöraren skyddar även parti- klama från luftens fuktighet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen tillföres ultraljud till det opolära mediet för dispergering av droppama av ADN i mediet. Företrädesvis tillföres ultra- ljud med hjälp av en ultraljudsgivare som doppar neri mediet. Med hjälp av ultraljud kan mycket små prills med en diameter mindre än 40 pm framställas, vilket i sin tur möjliggör framställning av lämpliga bimodala blandningar för ADN-krut och dänned täta ADN-baserade laddningar.

En lämplig bimodal blandning av ADN prills innefattar en första storleksfraktion med en partikelstorlek större än 80 pm och en andra storleksfraktion med en partikelstor- lek mindre än 40 pm. Den större partikelstorleken kan framställas i falltom elleri vätskefas enligt uppfinningen och den mindre partikelstorleken kan framställas i vätskefas med ultraljud enligt uppfinningen. lnrli . lill-lll || ll llllil |l .l .. ...L llilllll Elli. lill i. li i Hi llllll ll 10 15 20 25 30 35 512 396 4 Förhållandet mellan partikelstorleken i den första storleksfraktionen och partikelstor- leken i den andra storleksfraktionen kan t.ex. vara ca. 5:1. Även viktförhàllandet mellan den första och andra storleksfraktionen är lämpligen ca. 5:1.

Ultraljud kan med fördel användas i kombination med ett opolärt medium bestående av en mjukgörare och ev. ytaktivt medel. Metoden lämpar sig utmärkt för kontinuer- lig framställning då den erhållna emulsionen av smälta ADN droppari det opolära mediet är relativt stabil.

Uppfinningen skall i det följande exemplifieras l anslutning till bifogade figurer av vilka: Fig 1 visar i snitt ett falltom för prillning i gasfas enligt uppfinningen.

Fig 2 visar i snitt en satsreaktor för prillning i vätskefas enligt uppfinningen.

Fig 3 visari snitt en satsreaktor med ultraljudsgivare för prillning enligt uppfin- ningen.

Exempel 1.

Prillning i falltom utfördes i en anordning enligt figur 1. Själva falltomet bestod av ett vertikalt schakt 1 i forrn av ett upprättstående rostfritt rör med en längd av 4 m och en innerdiameter på 6 cm. Röret var i sin övre del försedd med en värmezon 2 och i sin nedre del en kylzon 3. Vännezonen åstadkoms med en utvändig elektrisk vär- memantel 4 pà röret och kylzonen med en kylmantel 5 för ett genomströmmande kylmedium. Vännezonen upptog ca. 1/4 av rörets längd och i huvudsak hela den resterande längden utgjorde kylzon. l den nedre delen var röret försett med en anslutning 6 till en vakuumpump. En oljevakuumpump som maximalt presterade ett vakuum av 0,5 mm Hg användes (ej visad). l den nedre änden var röret försett med en sluss 7 för utmatning av prills från lågtryckssystemet. Slussen bestod av tvâ ventiler 8,9 och en mellanliggande kammare 10, som kunde anslutas till vakuum- pumpen via en ventil 11. l den övre änden var röret försett med ett lnmatningssys- tem 12 för ADN partiklar. lnmatningssystemet bestod av en matningsficka 13 med en matningsskruv 14 och en förbindningsdel 15 från skruvens utmatningsände till falltomets topp. Förbindningsdelen 15 var försedd med en kylanordning 16 för att förhindra att vännen från värrnezonen 2 nådde matningsskruven. Matningsskruven 10 15 20 25 30 35 512 596 5 14 drevs av en motor 17 via en vakuumgenomföring 18 (magnetisk kraftöverföring).

Matningsfickan 13 kunde förslutas gastätt och ingick liksom skruven 14 i lågtrycks- systemet.

Kristaller av ADN av samma storleksordnlng som de önskade prillsen satsades i matningsfickan 13. Matningsfickan stängdes och systemet evakuerades med vakuumpumpen via anslutningen 6. Kristallema av ADN matades fram mycket långsamt med skruven 14 och temperaturen i värrnezonen 2 ökades tills kristallema smälte till droppar under sin passage av vännezonen. Kylmedium genomströmma- de kylmanteln 5 för att säkerställa att droppama stelnade under sin passage av kyl- zonen 3. Prills uppsamlades på botten av röret och togs ut via slussen 7. På detta sätt framställdes prills av hög homogenitet i storlekar från 80 pm och uppåt. Försök gjordes med olika undertryck i falltomet ner till 0,5 mm Hg. En förbättrad homogeni- tet hos prillsen kunde konstateras vid undertryck motsvarande 1/5 av atmosfär- strycket. Mycket hög homogenitet erhölls vid ett vakuum av 25 mm Hg och dänJn- der.

Exempel 2 Prillning i vätskefas utfördes i en satsreaktor enligt fig 2, bestående av en cylindrisk behållare 19 med ett tätlslutande lock 20. Behållaren var försedd med en propel- leromrörare 21 och bafflar 22. Behållaren omgavs av en mantel 23 för genom- strömning av värrnemedium resp kylmedium. Propelleromröraren drevs av en motor 24 via en vakuumgenomföring 25 (magnetisk kraftöverfönng) i locket 20. Genom locket var anordnat en anslutning till en vakuumpump. En oljevakuumpump som maximalt presterade ett vakuum av 0,5 mm Hg användes (ej visad).

Reaktom satsades med 5 g ADN, 700 ml mjukgörare (DOS, dioktylsebacat) som opolärt medium och 200 mg ytaktivt medel (lauryliumsulfat). Reaktom stängdes och evakuerades på gaser med vakuumpumpen. Trycket hölls under 25 mm Hg under den följande smältnings och stelningsprocessen. Blandningen värrndes till 96 °C och hölls vid denna temperatur i 5 minuter under omröming med propelleromröra- ren med en hastighet av 60 rpm. Blandningen kyldes därefter snabbt till 20 °C. De erhållna prillsen filtrerades av med sugflltrering på ett pappersfilter. Prillsen hade hög homogenitet och partikelstorleken var runt 200 pm. Vid upprepade försök öka- des intensiteten på omröming varvid prills med en partikelstorlek runt 120 pm fram- ställdes. 10 15 20 25 512 396 6 Erhållna prills blandades med ett polymersystem (HTPB) utan föregående tvättning och kmtkroppar framställdes. Krutkroppar av hög hållfasthet erhölls efter härdning utan problem.

Upprepade försök gjordes med andra mjukgörare som opolärt medium varvid DOA, vakuumolja, transforrnatorolja, K-10, B1TN, M/E-NENA, TMETN, Me-NENA, Et- NENA, WM3, FEFO, BDNPF/A, DANPE, DINA och GAPA testades.

Exempel 3 Prillning i vätskefas med tillförsel av ultraljud utfördes len satsreaktor enligt fig 3.

Reaktom var lika som i exempel 2 frånsett att den var försedd med en magnetomrö- rare 27 och en genom locket 20 anordnad ultraljudsgivare 28, som doppade ner i mediet i reaktorn. Detaljer som motsvarar varandra i fig 2 och 3 har givits samma hänvisningsbeteckning.

På samma sätt som i exempel 2 satsades 5 g ADN, 700 ml mjukgörare (DOS) och ca. 200 mg ytaktivt medel (lauryliumsulfat) i reaktom, som därefter stängdes och evakuerades på gaser med vakuumpumpen. Blandningen värmdes till 96 °C och hölls vid denna temperatur i 5 minuter under omrömlng med magnetomröraren.

Ultraljudsgivaren kördes på max effekt i 3 minuter och stängdes därefter av och blandningen kyldes snabbt till 20 °C. Erhållna prills filtrerades av från mjukgöraren.

Prills av hög homogenitet med en partikelstorlek mindre än 40 pm utvanns. Även prills med större partikelstorlek kunde framställas genom att intensiteten på ultra- ljudsbehandlingen sänktes.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 -512 396 7 Patentkrav:

1. Sätt att framställa prills av ADN kännetecknat av att droppar av smält ADN fram- ställs och att droppama bringas att stelna under lågt tryck.

2. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att trycket är under 1/5 av atmosfärstrycket.

3. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att trycket motsvarar ett vakuum av lägre än 25 mm Hg, företrädesvis 20-0,5 mm Hg.

4. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att prillningen skeri ett falltom.

5. Sätt enligt krav 4 kännetecknat av att droppama framställs genom att partiklar av ADN bringas falla genom en vånnezon i tomets övre del.

6. Sätt enligt krav 4 eller 5 kännetecknat av att droppama bringas att stelna genom passage av en kylzon i tomet.

7. Sätt enligt krav 1 kännetecknat av att prillningen skeri vätskefas.

8. Sätt enligt krav 7 kännetecknat av att ADN smälts och dispergeras till droppar i ett opolärt medium; att mediet kyls för stelning av droppama till prills och att nämnda prills avskiljs från mediet.

9. Sätt enligt krav 8 kännetecknat av att ultraljud tillföres mediet för dispergeríng av Q droppama av ADN i mediet.

10. Sätt enligt krav 9 kännetecknat av att prills med en partikelstorlek mindre än 40 pm framställs.

11. Sätt enligt krav 9 kännetecknat av att nämnda ultraljud tillföres mediet med hjälp av en ultraljudsgivare som doppar ner i mediet.

12. Sätt enligt krav 8 kännetecknat av att ett ytaktivt medel tillsätts det opolâra mediet.

13. Sätt enligt krav 8 kännetecknat av att det opolâra mediet i huvudsak består av en mjukgörare. wn-HI .J - m 512 396

14. Sätt enligt krav 13 kännetecknat av att mjukgöraren är vald ur en grupp bestå- ende av DOS. DOA, vakuumolja, transformatorolja, K-10, BTTN, M/E-NENA, TMETN, Me-NENA, Et-NENA, WM3, FEFO, BDNPF/A, DANPE, DINA och GAPA.