Properties of the Gamma-Cyclodextrin/CL-20 System

Cyclodextrin (CD) is a cyclic compound with a spatial structure in the shape of a toroid. It is characterized by specific properties. The outer portion of the structure has hydrophilic properties, while the cavity of the toroid is hydrophobic. This enables cyclodextrin to form inclusion complexes with the enclosure of lipophilic molecules in the interior. This paper presents the results of attempts to form a complex of γ-CD/CL-20. This study determined unambiguously that a γ-CD with CL-20 complex in a mole ratio 1:1 is formed as a result of mixing of solutions of γ-CD and CL-20. This conclusion was corroborated by FTIR, 1H NMR, UV-Vis spectroscopic techniques and by measurement of the density of the complex obtained. The resulting complex of γ-CD/CL-20 is characterized by much lower sensitivity to friction and impact than CL-20 itself

Ecological rocket propellants with low trail level

Szybko spalające się i wysoko wydajne paliwa rakietowe najczęściej są oparte o dobrze znany utleniacz nadchloran amonu i aluminium. Zasadniczą wadą tego utleniacza jest powstawanie łatwo wykrywalnej smugi i wydzielanie dużych ilości chlorowodoru. Wykrycie trajektorii lotu pozwala z łatwością określić położenie miejsca startu rakiety. Wydzielanie dużych ilości chlorowodoru wpływa niszcząco na środowisko. Podejmowane są badania w kierunku uformowania paliwa, w ktorym utleniacz nie posiadał wymienionych wad. W Zakładzie Materiałów Wysokoenergetycznych Politechniki Warszawskiej podjęto prace mające na celu opracowania paliw niezawierających nadchloranu amonu lub w ilościach na tyle małych, aby smuga powstała w wyniku pracy silnika nie była wykrywalna na obecnym poziomie technicznego zaawansowania. Prowadzone są systematyczne prace nad otrzymaniem i zastosowaniem soli amonowej dinitroaminy jako utleniacza i lepiszcz polimerowych zawierających grupy eksplozoforowe. Wymienione składniki posiadają duże potencjalne możliwości do formowania paliw do rakiet superszybkich.The ammonium perchlorate and aluminium is a well known oxidiser commonly used for highly efficient and fast burning rocket propellants. The main disadvantage of this propellant is the easy detectable trace and great emission of hydrogen chloride what in consequence leads to detection of missile’s trajectory and its launching pad. Moreover the emission of hydrogen chloride has a very negative impact into the environment. The research works are carried out to develop a propellant without these drawbacks and in the Section of High Energetic Materials at the Warsaw’s University of Technology they focus on propellants without ammonium perchlorate or with so low amount of it to prevent the detection of a rocket motor trail by contemporary technical means. Systematic works are under way on the receiving and using of dinitroaminum ammonium salt as a oxidiser and binding polymers with explozophorous groups. The components listed above have great potential possibilities to become propellants of super fast rockets

Palladium Catalyst in the HBIW Hydrodebenzylation Reaction. Deactivation and Spent Catalyst Regeneration Procedure

The polycyclic nitramine 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12- hexaazaisowurtzitane (HNIW, CL-20) is synthesized via hydrodebenzylation of 2,4,6,8,10,12-hexabenzyl-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitane (HBIW) over a palladium-based catalyst. This process is the key step in the synthesis of CL-20, a compound with unique energetic and explosive characteristics. The use of CL-20 is restricted at present by the high cost of the hydrodebenzylation process, during which the palladium-based catalyst becomes rapidly deactivated. The catalyst deactivation has now been shown to consist of deposition of the reaction products on the carbon support with simultaneous blocking of the active centers by these products. The HBIW decomposition products can permanently combine with palladium, thereby reducing the number of the active centers on the catalyst. Other byproducts clog the pores of the active carbon and reduce both the surface area of the active carbon and the pore volume. The reaction yield is also reduced by aggregation of palladium particles. A palladium catalyst regeneration procedure which has now been developed, consists of heating the catalyst for a specific time at 350 °C in a nitrogen and water vapour stream, and allows partial recovery of the activity of the palladium catalyst in a subsequent HBIW hydrodebenzylation reaction. The specific area and overall pore volume of the regenerated catalyst are also enhanced. The yield from the HBIW hydrodebenzylation reaction using the regenerated catalyst was ca. 42%

Purification of Hexabenzylhexaazaisowurtzitane

Hexabenzylhexaazaisowurtzitane (HBIW) is produced by a condensation reaction of benzylamine with glyoxal in suitable organic solvents in the presence of protonic acid catalysts. Impurities have to be removed prior to the subsequent stages of the synthesis of CL-20. The effectiveness of HBIW purification by recrystallization from a variety of solvents has been studied here. This method was compared with a novel approach suggested for HBIW purification that consists of prolonged heating of the crude product in boiling methanol. This new purification method allows the product to be prepared in satisfactory purity, it is simple and easily performed on a large-scale

Pyrotechnic Torch for Burning of the Plastic Mine Casings

W badaniach testowano palnik pirotechniczny zaprojektowany i wykonany w Zakładzie Materiałów Wysokoenergetycznych Politechniki Warszawskiej, który może służyć do przepalania plastikowych obudów min. Palnik ten składał się z tekturowo-gipsowej obudowy, w której umieszczony był ładunek pirotechniczny. Ładunek pirotechniczny składał się z masy termitowej oraz masy generującej tlen. Skonstruowany palnik pirotechniczny w oparciu o zmodyfikowane masy termitowe przepalał w ciągu kilku sekund plastikowe płytki o grubości 3 mm, także te, które były umieszczone pod 5-centymetrową warstwą piasku. Najlepszy efekt uzyskano dla masy termitowej o składzie: Fe2O3 (69%); Al (23%); Viton A (8%). Zastosowanie dodatkowych ładunków generujących tlen pozwoliło efektywniej przepalać plastikowe płytki.Pyrotechnic torch designed and constructed in Division of High Energetic Materials, Warsaw University of Technology, was tested in these studies. It can be used to burning the plastic mine casings. This torch consisted of a cardboard - plaster casing in which a pyrotechnic charge was placed. The charge was composed of a termite and an oxygen-generating mass. The torch based on a modified termite mass burned in a few seconds the plastic plates with a thickness of 3 mm, even those that were placed under 5 cm sand layer. The best effect was achieved for the following mass composition: Fe2O3 (69%); Al (23%); Viton A (8%). Application of additional oxygengenerating charges allowed for more efficient burning of the plastic plate

Safety of Ammonium Dinitramide Synthesis vs. Size of a Commercial Production Scale

Ammonium dinitramide (ADN) is an ecological oxidizer suggested as a substitute for ammonium chlorate(VII) in solid rocket fuels. Three ADN synthetic methods were studied in order to estimate process safety under increased production scale, viz.: from ammonia (Method I), from urea (Method II), or from potassium sulfamate (Method III). The intermediates formed in these processes were identified and their thermal stability was examined. DSC analysis showed that the intermediates in Method II are unstable, they readily decompose and pose an explosion hazard. The intermediate in Method III is more thermally stable and less hazardous than its counterparts in Method II. The most suitable methods for large-scale processes are Methods I and III. The preferred method for commercial ADN production, in terms of safety, is Method III

Nitration of toluene by a nitric(V) acid/dichloromethane mixture

W wyniku przeprowadzonych badań zbadany został wpływ różnych czynników na reakcję nitrowania toluenu przy użyciu 100% kwasu azotowego(V) i mieszaniny kwas azotowy(V)/ dichlorometan. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że zawartość izomeru meta maleje wraz z obniżeniem temperatury reakcji. W przypadku zakresu temperatur (25 ÷ –10) °C zawartość tego izomeru w produktach reakcji była niższa niż dla analogicznego zakresu w przypadku 100% kwasu azotowego(V). Z kolei w zakresie (–20 ÷ –30) °C wyniki dla obu czynników nitrujących były podobne i wynosiły około 2,6% m-nitrotoluenu. Przy nitrowaniu mieszaniną kwas azotowy(V)/dichlorometan należy stosować znacznie większy nadmiar kwasu azotowego(V) niż w przypadku 100% kwasu azotowego(V). Reakcja nitrowania mieszaniną kwas azotowy(V)/dichlorometan jest znacznie mniej egzotermiczna i łatwiejsza w kontroli niż nitrowanie 100% kwasem azotowym.This work has studied the effects on the nitration of toluene by 100% nitric(V) acid and a nitric(V) acid/dichloromethane mixture. The results show that the amount of meta-nitrotoluene decreases with decreases in reaction temperature. From 25 °C to –10 °C the amount of metanitrotoluene was less than for nitrating toluene by a nitric(V)acid/dichloromethane mixture than for nitration by 100% nitric(V) acid. Furthermore, from –20 °C to –30 °C results were similar with 2.6% of meta-nitrotoluene in the reaction products. An excess of nitric(V) acid in the nitration of toluene by the nitric(V) acid/dichloromethane mixture than in nitration by 100% nitric(V) acid. Nitration by the nitric(V) acid/dichloromethane mixture is less exothermic and easier to control than nitration by 100% nitric(V) acid

Study of the effect the rate of addition of the antisolvent on the crystallization of the CL-20

W niniejszej pracy w ramach optymalizacji procesu krystalizacji 2,4,6,8,10,12-heksanitro– 2,4,6,8,10,12-heksazaizowurcytanu (CL-20) metodą wytrącania z układu rozpuszczalnik/ nierozpuszczalnik, określono wpływ szybkości dozowania nierozpuszczalnika na wydajność oraz czystość polimorficzną otrzymywanego produktu. Podsumowując rezultaty badań stwierdzono, że im szybciej dozowany jest nierozpuszczalnik tym większe jest, generowane w roztworze macierzystym, przesycenie, co w efekcie przekłada się na zwiększenie szybkości nukleacji. Przewaga procesu tworzenia nowych zarodków powoduje zmniejszenie szybkości wzrostu kryształów, co ma wpływ na rozkład ziarnowy finalnego produktu krystalizacji. Krótszy czas prowadzenia procesu powoduje, że powstała, jako pierwsza forma, kinetycznie stabilna – β ulega w mniejszym stopniu transformacji do formy stabilnej termodynamicznie – ε, niż ma to miejsce przy dłuższym czasie prowadzenia procesu.In this paper, in order to optimize precipitation process of 2,4,6,8,10,12-hexanitro– 2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitane, from solvent/antisolvent system, effect of antisolvent addition rate on the yield and polymorphic purity of the obtained product, was determined. It was found that higher dispensing rate of the anti-solvent causes higher supersaturation in the mother liquor. This increases the nucleation rate. Dominance of the process of creating new seed reduces the rate of crystal growth. This affects the size distribution of the final crystallization product. Reduced time of process causes that first formed, kinetically stable, polymorph β, is transformed into a thermodynamically stable ε form with a lower yield, than is the case for a longer time of process

Synteza wysokoenergetycznego polimeru : poliazydku glicydylu (GAP)

Glycidyl Azide Polymer (glycidyl polyazide) (GAP) is one of the best known energetic binders, applicable as a component increasing a calorific value of rocket propellants. In this article, a synthesis of GAP is described allowing to obtain a polymer of different molecular masses. The change of a molecular mass can influence on properties of the obtained compounds. The synthesis was carried out according to an active monomer mechanism. The obtained products were characterized using such methods as FTIR, GPC, MALDI-ToF, TG, and NMR.Poliazydek glicydylu (GAP) jest jednym z najbardziej znanych lepiszczy energetycznych, znajdujących zastosowanie jako składnik zwiększający kaloryczność paliw rakietowych. W artykule opisano syntezę GAP-u pozwalającą na uzyskanie polimeru o różnych masach cząsteczkowych. Zmiana masy cząsteczkowej może wpływać na właściwości otrzymanych związków. Syntezę prowadzono według mechanizmu aktywnego monomeru. Otrzymane produkty scharakteryzowano z wykorzystaniem takich technik, jak: FTIR, GPC, MALDI-ToF, TG i NMR

Friction Sensitivity of the ε-CL-20 Crystals Obtained in Precipitation Process

The purpose of this work was to obtain samples of CL-20 by precipitation process in a solvent/nonsolvent system, under variable process parameters such as: antisolvent kind, time of nonsolvent addition, stirrer speed, mass of seeded crystals of ε-CL-20. Received samples were studied in the aspect of their sensitivity to friction. As the results of the crystallization processes were prepared crystals of different sizes and shapes depend on applied parameters. It was affirmed, that applied antisolvent has essential influence on type of received crystals. CL-20 crystals of cuboid shape and sizes of 80-200 μm were obtained by recrystallization from ethyl acetate/chloroform. As the result of the recrystallization from ethyl acetate/xylene crystals with rounded edges were obtained. Crystals, from both samples, were mostly single and showed the lowest sensitivity to friction. Also, the crystals of irregular shape and sharp-edged agglomerates were obtained from systems with n-heptane, isooctane, cyclohexane and toluene, which revealed the highest friction sensitivities