DE69808494T2 - Chemische verbindung, diese chemische verbindung enthaltender sprengstoff und verwendung dieser verbindung in gasgeneratoren - Google Patents
Chemische verbindung, diese chemische verbindung enthaltender sprengstoff und verwendung dieser verbindung in gasgeneratorenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine neue Verbindung, die sich zur Verwendung als Sprengstoff eignet. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues Dinitramid-Salz. Das Salz kann als brisanter Sprengstoff, Treibmittel oder gaserzeugende Verbindung in Gasgeneratoren, in reiner Form oder als Bestandteil in explosiven Gemischen, verwendet werden.
- Die Herstellung von Dinitramid-Salzen wie ADN (Animonium-Dinitramid) und KDN (Kalium-Dinitramid) ist beispielsweise in der WO 91/19669, der WO 91/19670, der WO 93/16002 und der WO 97/06099 offenbart. Diese Dinitramid-Salze sind in erster Linie für die Verwendung als Oxidationsmittel gedacht, zum Beispiel um Ammoniumperchlorat in explosiven Gemischen zu ersetzen. Die Nichtexistenz von Chlor ist vorteilhaft hinsichtlich der Luftverschmutzung, und in militärischen Anwendungen in Hinblick auf eine geringere Erfassbarkeit von Verbrennungsgasen.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung zu schaffen, die sich als Sprengstoff eignet und die das Dinitramid-Ion enthält und eine niedrige Wasserlöslichkeit sowie eine geringe Stoß- und Reibungsempfindlichkeit aufweist.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein homogenes Treibmittel zu schaffen, das das Dinitramid-Ion enthält und das gute Presseigenschaften besitzt.
- Eine letzte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung zu schaffen, die sich als gaserzeugende Verbindung in Gasgeneratoren für die Sicherheitsausstattung in Fahrzeugen, wie z. B. Airbags, eignet.
- Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
- Erfindungsgemäß besteht die Verbindung aus Guanylharnstoff-Dinitramid mit der Formel
- das im Folgenden als GUDN bezeichnet wird.
- Die Erfindung betrifft auch einen Sprengstoff, der die Verbindung enthält; ein Treibmittel, das die Verbindung enthält; eine gepresste Raketenantriebsladung, die die Verbindung als Hauptbestandteil enthält, sowie die Verwendung der Verbindung als gaserzeugende Verbindung in Gasgeneratoren für die Sicherheitsausstattung in Fahrzeugen, wie z. B. Airbags.
- GUDN ist ein weißes kristallines Pulver, das eine niedrige Wasserlöslichkeit aufweist, keinen Schmelzpunkt besitzt und dessen Zersetzungstemperatur bei etwa 180ºC liegt. Die Kristallgröße kann je nach Herstellungsbedingungen variieren. Das Pulver ist pressbar und kann beispielweise zu Treibmittelgranulat und Raketenantriebsladungen verschiedener Form gepresst werden. Die Verbrennungseigenschaften sind günstig. Die Verbrennungsgeschwindigkeit ist hoch und linear abhängig vom Druck, und die entstehenden Verbrennungsgase sind leicht. GUDN ist höchst unempfindlich gegenüber Stößen und Reibung. Beim Prüfen der Stoßempfindlichkeit in einem BAM Fallharnmer mit einem Fallgewicht von 2 kg wurde die Verbindung nicht einmal dann ausgelöst, als die Fallhöhe auf 2 m erhöht wurde. Zum Vergleich kann gesagt werden, dass RDX bei einem vergleichbaren Fallgewicht bei einer Fallhöhe von 38 cm ausgelöst wird. Die Reibungsempfindlichkeit konnte in einer normalen Julius-Peter-Reibungstestvorrichtung nicht geprüft werden, da die Verbindung nicht innerhalb des Kapazitätsbereichs der Testvorrichtung (36 kp Pistil-Last) ausgelöst wurde.
- GUDN kann hergestellt werden, um zu detonieren, und besitzt dann eine Detonationsgeschwindigkeit, die mit RDX vergleichbar ist. Die Verbindung kann so als brisanter Sprengstoff in reiner Form oder als Bestandteil in explosiven Zusammensetzungen verwendet werden. In vielen Anwendungen, in denen Sprengstoffe verwendet werden, wurden Bindersysteme und Herstellungsverfahren für Sprengstoffe entwickelt, die nicht wasserlöslich sind, wie z. B. HMX und RDX. GUDN kann in solchen Bindersystemen und Herstellungsverfahren verwendet werden und die vorher verwendeten Sprengstoffe ersetzen.
- GUDN kann als Treibmittel alleine oder als Bestandteil in Treibmittelzusammensetzungen verwendet werden und kann in vielen Anwendungen beispielsweise Nitramin-Treibmittel, Composit-Treibmittel und Nitrozellulose-Treibmittel ersetzen. Die Stabilität ist besser als bei NC-Treibmittel und Composit-Treibmittel und die Verbrennungsgeschwindigkeit ist höher als bei Nitramin- Treibmittel. GUDN erzeugt deutlich leichtere Verbrennungsgase als beispielsweise ein NC-Treibmittel, was bei Projektil-Treibmittelladungen vorteilhaft ist, wenn höhere Mündungsgeschwindigkeiten gewünscht sind. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Schrotflintenmunition, wenn Stahlkügelchen anstelle der deutlich schwereren Bleikügelchen verwendet werden. Treibmittel, die auf GUDN basieren, können so bei einer Reihe von Anwendungen, bei denen NC-Treibmittel derzeit vorherrschen, große Vorteile aufweisen.
- GUDN besitzt geeignete Eigenschaften für die Verwendung als Raketenantriebsmittel und Reketenantriebsladungen können, dank der ausgezeichneten Presseigenschaften, mit GUDN als Hauptbestandteil hergestellt werden. Ein kleiner Anteil eines Bindemittels, zum Beispiel eines Polymers, kann verwendet werden, um die Pressbarkeit und die Festigkeit des Pulverpresslings zu verbessern, aber für viele Anwendungen kann eine ausreichende Festigkeit ohne Zugabe eines Bindemittels erreicht werden.
- Insbesondere für Raketen wie Notraketen und Ähnliches, die in regelmäßigen Abständen ausgetauscht und verschrottet werden, bringt eine gepresste Antriebsladung aus GUDN große Vorteile. In Notraketen werden in den meisten Fällen Treibmittelladungen aus Ammoniumperchlorat und einem Polymerbinder, beispielsweise einem Phenolharz, das zu einem vernetzten Gefüge ausgehärtet wird, verwendet. Die Betriebssicherheit einer Notrakete sinkt mit der Zeit, weswegen die Rakete regelmäßig ausgetauscht werden muss. Der Antrieb nimmt unter anderem Feuchtigkeit auf, da Ammoniumperchlorat Feuchtigkeit anzieht. Nach dem Auswechseln wird die alte Rakete zum Hersteller zurückgebracht und die Raketenantriebsladung wird zerstört (verbrannt).
- GUDN zieht keine Feuchtigkeit an und bietet auch in dieser Hinsicht einen Vorteil im Vergleich zu Treibmittelladungen, die Ammoniumperchlorat enthalten. GUDN weist eine sehr niedrige Löslichkeit in kaltem Wasser und eine mässige Löslichkeit in warmem Wasser auf. Eine gepresste Ladung, die aus GUDN als Hauptbestandteil besteht, kann daher verschrottet werden, indem es in warmem Wasser als Lösungsmittel aufgelöst wird, und reines GUDN kann aus der wässrigen Lösung rekristallisiert und wiederverwendet werden. Auf diese Weise kann ein umweltfreundliches Verschrotten der Raketenantriebsladung und die Wiederverwertung des Treibmittels erzielt werden.
- Darüber hinaus ist die Verbindung vollständig in ADN löslich und kann als Additiv zu ADN verwendet werden, beispielsweise bei Raketenantriebsmitteln zur Verringerung des Verbrennungsexponenten.
- Ein weiteres, sehr vorteilhaftes Anwendungsgebiet für GUDN ist die Verwendung als gaserzeugende Verbindung in Gasgeneratoren für die Sicherheitsausstattung in Fahrzeugen, wie z. B. Airbags und Ähnlichem. Genau wie bei den Notraketen ist die Möglichkeit, die gaserzeugende Verbindung umweltfreundlich zurückzugewinnen auch bei diesen Gasgeneratoren wesentlich. In Gasgeneratoren für Airbags und Ähnlichem werden heute Zusammensetzungen verwendet, die Azide enthalten, oder Composit-Treibmittel, NC-Treibmittel und Nitramin-Treibmittel, die alle Vor- und Nachteile aufweisen. Azide sind giftig; Composit-Treibmittel enhält Chlor, das giftige Verbrennungsgase erzeugt, genauso Dioxine und HCl; NC- Treibmittel führt zu Problemen bei der Langzeitstabilität; Nitramin-Treibmittel erzeugt zwar keine giftigen Gase, besitzt aber eine niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit und die Verbrennung ist schwer zu katalysieren.
- GUDN besitzt alle Vorteile und erzeugt keine giftigen Gase, hat eine gute Stabilität und eine Verbrennungsgeschwindigkeit, die mit NC-Treibmittel vergleichbar ist.
- Die niedrige Wasserlöslichkeit der Verbindung in Wasser erleichtert die Herstellung durch eine Fällungsreaktion aus einer wässrigen Lösung. Eine wässrige Lösung aus einem Guanylharnstoff- Salz, z. B. Guanylharnstoff-Sulfat, reagiert mit einem wasserlöslichen Dinitramid-Salz, wobei Guanylharnstoff-Dinitramid ausfällt.
- Für die Herstellung eignen sich solche Guanylharnstoff-Salze, die wasserlöslich sind. Eine gewisse Säuerung des Wassers kann erforderlich sein, um das Salz zu lösen.
- Für die Herstellung eignen sich an Dinitramid-Salzen beispielsweise ADN, KDN und andere wasserlösliche Dinitramid-Salze, die unter der Vorraussetzung ausgewählt werden, dass das positive Ion keinen zusätzlichen Niederschlag bilden soll, der die Extraktion des Guanylharnstoff-Dinitramids erschwert.
- Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe von Beispielen beschrieben.
- 3,2 g Guanylharnstoff-Sulfat wurden in 15 ml Wasser aufgelöst, nachdem der pH-Wert auf 5-7 eingestellt wurde, indem verdünnte Schwefelsäure in das Wasser getröpfelt wurde. Es entstand eine klare Lösung.
- 2,5 g ADN wurden in 3 ml Wasser aufgelöst.
- Lösung 1 wurde der Lösung 2 zugegeben, wobei sich ein Niederschlag bildete. Der Niederschlag wurde ausgefiltert und mit Wasser gewaschen. 3,4 g Guanylharnstoff-Dinitramid wurden als feines weißes Pulver erhalten.
- Das Pulver wurde zu Kügelchen gepresst und die Verbrennungseigenschaften wurden in einer Verbrennungskammer (Minibombe) geprüft. Das gemessene Druck-Zeit-Diagramm der Verbrennung ist in Fig. 1 gezeigt, Fig. 2 zeigt die Verbrennungsgeschwindigkeit als Funktion von Druck. Die Verbrennungsgeschwindigkeit war linear abhängig vom Druck und grundsätzlich vergleichbar mit einem NC-Treibmittel.
- 3,2 g Guanylharnstoff-Sulfat wurden in 30 ml Wasser auf gleiche Weise gelöst wie in Beispiel 1.
- 2,5 g ADN wurden in 30 ml Wasser gelöst.
- Beide Lösungen wurden auf 40ºC erwärmt und vermischt. Das Produkt kristallisierte langsam bei Abkühlung des Gemisches. Die Kristalle wurden ausgefiltert und mit Wasser gewaschen. Es entstanden 3,2 g Guanylharnstoff-Dinitramid in Form von weißen Kristallen. In diesem Fall waren die Kristalle erheblich größer als bei dem Produkt aus Beispiel 1.
- Auf die in den Beispielen 1 und 2 beschriebene Art, kann das Produkt durch Verwendung von KDN oder einem anderen wasserlöslichen Dinitramid-Salz hergestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, Guanylharnstoff-Dinitramid in direkter Verbindung mit der Herstellung des Dinitramid-Salzes herzustellen. Beispielsweise offenbart die WO 97/06099, wie Dinitramid-Salz durch Neutralisieren von durch Nitrieren hergestellter Dinitramid-Säure hergestellt wird. Ein Guanylharnstoff-Salz kann direkt diesem Gemisch zugegeben werden, ahne das Dinitramid-Salz vorher zu isolieren. Es kann jedoch eine gewisse Mitfällung von Nitraten entstehen.
- Ein feines Pulver aus GUDN wurde zu einer Ladung mit Abmessungen von 30 mm Durchmesser und 2 mm Höhe gepresst. Die Ladung wurde mit kochendem Wasser in einem Soxhlet-Extraktor extrahiert. Die Ladung wurde vollständig aufgelöst und GUDN in dem Kolben rekristallisiert. Aus der rekristallisierten Substanz konnte eine neue Ladung gepresst werden.
Claims (5)
1. Verbindung, die sich zur Verwendung als Sprengstoff eignet,
dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Guanylharnstoff-Dinitramid
mit der Formel
besteht.
2. Sprengstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er Guanylharnstoff-
Dinitramid enthält.
3. Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, dass es Guanylharnstoff-
Dinitramid enthält.
4. Gepresste Raketenantriebsladung, dadurch gekennzeichnet, dass
sie Guanylharnstoff-Dinitramid als Hauptbestandteil enthält.
5. Verwendung von Guanylharnstoff-Dinitramid als gaserzeugende
Verbindung in Gasgeneratoren für die Sicherheitsausstattung in
Fahrzeugen, z. B. Airbags.
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