[发明专利]低粘度高硝化度含能B棉的煮洗工艺

说明书

本发明公开了一种低粘度高硝化度含能B棉的煮洗工艺，属于硝化棉生产技术领域。本发明通过降低煮洗初始酸度，减少酸煮过程对B棉硝化度的破坏，同时提高酸煮温度和延长酸煮时间，确保B棉安定性；再降低加碱量和碱煮温度，减少碱煮过程的皂化反应对B棉硝化度的破坏，进一步提高B棉硝化度，从而能够制得粘度1.7‑2.0°E、硝化度214.9～215.5mL/g的低粘度高硝化度含能B棉。

技术领域

本发明属于硝化棉生产技术领域，具体涉及一种低粘度高硝化度含能B棉的煮洗工艺。

背景技术

硝化棉是一个聚合物，其分子量很大，它的分子式是(C₆H₇O₂(ONO₂)a(OH)_3-a)n，其中a为酯化度，n为聚合度。工业上习惯采用硝化度代表酯化程度。

实际生产中，常采用的是硝酸、硫酸与水介质形成的混合硝化体系，即HNO₃-H₂SO₄-H₂O混酸硝化体系对纤维素进行硝化。通过改变各组分的组成及其它工艺条件可以得到各种品号的硝化棉产物。硝化棉是发射药和双基推进剂的主要成分，对火药的能量性能、力学性能、弹道性能和工艺性能等有很大影响。

根据GJB3204《军用硝化棉通用规范》，单品号含能硝化棉主要分为A级、B级、C级和D级含能硝化棉，各品号含能硝化棉区分的关键在于硝化度的差异，通常认为，硝化度越大，说明酯化程度越大，含的能量越高。硝化度在210.3mL/g以上的硝化棉称为B棉。目前常规生产的含能B棉硝化度范围为：210.3-215.0mL/g，粘度≥20mm²/s(对应恩氏粘度：≥2.95°E)。

酯化、驱酸后硝化棉中含有许多杂质，这些杂质的化学安定性很差，它的存在直接影响着硝化棉的安全使用，杂质主要分为：

(1)在精制棉与硝酸进行酯化反应的同时伴随一系列副反应，诸如纤维素与硫酸和硝酸起酯化反应，生成纤维素硫酸酯和硝硫混合酯。纤维素中聚合度较低的半纤维素经氧化和水解副反应生成的氧化纤维素、水解纤维素，它们又参与硝化反应，生成硝化糖类等不安定杂质。纤维素硫酸酯及硝化糖类在高温酸性条件下容易被水解。因此一般采用在容器内采用一定酸度的水溶液对驱酸后的硝化棉进行蒸煮，以提高其硝化棉产品的安定性。

(2)当精制棉被硝硫混酸硝化时，由于混酸对纤维的膨润，使得混酸扩散进入到纤维内部毛细管中。经离心驱酸后用大量的水洗涤，只能除去大部分残留酸。另外，纤维素在混酸中呈高度的膨润状态，遇到大量冷水洗涤时，膨润状态会骤然收缩，使硝化棉大分子内部的细长毛细管中残留的酸不能彻底除净，这样就有少量的酸仍然残留在纤维内部，它的浓度比较大，一般为2～3％，这部分残酸严重地影响着硝化棉的化学安定性，加速了硝化棉的分解速度。因此在硝化棉制造的工艺过程中，必须将硝化棉吸附的游离酸清除干净。游离酸去除主要依靠煮洗、细断、精洗来完成。

硝化棉生产过程中，煮洗的主要目的为：对硝化棉产品进行预安定处理，硝化棉驱酸和洗涤工艺加强后，棉料带入煮洗过程的酸量得以大幅度降低，含能棉经过一定碱度的高温条件下进行蒸煮，降低煮洗预安定处理的难度，而酯化反应过程中低级消化物在一定的酸性高温条件下容易被去除。因此煮洗过程着重在于调整硝化棉产品的粘度指标要求。

硝化棉煮洗工艺分为连续高压蒸煮和间歇式高压蒸煮，两种方式相比而言，间歇式蒸煮设备利用效率偏低，但其过程灵活性更好，设备结构简单，被广泛应用，就含能B棉而言，目前采用的煮洗工艺如下：

A、驱酸后酸性棉进入水棉槽，控制物料浓度约1.5-3.0％，泵送至煮洗桶设备，煮洗桶下部设置有激光打孔排水假底，进料过程煮洗桶出口废水打开排水，以增加其设备装量，根据煮洗设备容积装量高度控制范围70-80％进行组批；