JP2009051692A - 多面体化したｒｄｘ、ｒｄｘの多面体化方法、球状化ｒｄｘの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 結晶表面に孔やクラックがなく、角部および辺部を溶かした場合に球状状態になりやすい形状、すなわち、八面体や十面体のような多面体で析出された再結晶ＲＤＸを球状化処理する材料とするＲＤＸの多面化化およびその方法に適用する。
【解決手段】 ＲＤＸを有機溶剤で溶解し再結晶化してなることを特徴とする。ＲＤＸを多面体化する方法において、ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有することを特徴とする。球状化ＲＤＸを製造する方法において、ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有することを特徴とする。ここで、有機溶剤は、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルである。
【選択図】 図５

Description

本発明は、産業用爆薬や軍用爆薬に使用される爆薬組成物に関し、詳しくは爆薬組成物の主成分である爆発性物質〔化合火薬類：シクロトリメチレントリニトラミン（以下、ＲＤＸと称する）〕の多面体化に関する技術およびそれを用いた球状化ＲＤＸの製造方法に関するものである。

爆薬組成物の主成分となる化合火薬類には、例えば、ＴＮＴ、ＲＤＸ、ＨＭＸ、ＣＬ−２０等がある（例えば、非特許文献１参照）。
２０世紀半ばまでは、ＴＮＴ系またはＴＮＴ／ＲＤＸ系の爆薬が弾薬類に装填されてきたが、品質的な問題が起こった。
近年は、石油化学の進歩により多種のプラスチックが出現し、プラスチックを爆薬組成物の添加剤として使用することにより、品質面および安全面を考慮した爆薬組成物の開発が行われている。

現在は、安全面を考慮しプラスチックを添加剤として添加し、爆薬組成物を鈍感化する手段としてPlastic Bonded Explosive（以下、ＰＢＸと称する）が開発されており、ＰＢＸに使用される爆薬はコスト、性能面からＨＭＸ、ＲＤＸが殆どである。理由としては、ＰＢＸ化〔化合火薬類とプラスチック（以後、バインダと称する）を混ぜること〕する、すなわち、化合火薬類の結晶粒子間の隙間をバインダで埋めることにより爆薬を使用目的に合わせた形状に成形したときの爆薬組成物の密度を理論値に近くできることから、ＨＭＸ、ＲＤＸが持っている基本的な威力を最大限に引き出すことが可能となる。更に、爆薬組成物の密度が理論値に近いことから、爆薬組成物の感度に影響を及ぼす空隙（エアースポット）が少なくなり、安全性も確保できるからである。

ＰＢＸ等の爆薬組成物の填薬方法としては、爆薬組成物をプレスで圧填して成形する方法（圧填方法）と、爆薬組成物を使用する目的の容器（弾頭）に流し込んで填薬する方法（注型方法）とがある。
圧填方法は、主に化合火薬成分９０質量％以上の場合に適用される方法であって、化合火薬成分とバインダとで爆薬組成物を造粒し、プレス等で加圧して成形する。注型方法は、主に化合火薬類成分９０質量％以下の場合に適合される方法であって、化合火薬類成分とバインダと可塑剤とを混合し、容器へ流し込むか、若しくは低圧で圧入したのち、固めて成形する。

注型方法の場合、容器に流し込む際の流動性は、作業性および性能面に大きな影響を及ぼす。ＰＢＸ等の爆薬組成物の流動性が良いと、容器への流し込み作業が容易になり、作業時間の大幅な短縮にもなる。さらには、注型作業時に容器中に入り込む空隙（エアースポット）を減圧処理等により効率よく除去することができる。
空隙が存在する場合、断熱的に又は衝撃的に圧縮を受けたときに生ずる発熱が起爆点になると考えられ、空隙の存在数の大小は、衝撃感度に及ぼす影響が大きいと考えられている。
流動性を向上させるには、ＰＢＸ等の爆発組成物の主成分である化合火薬類の形状を球状化させることが効果的であり、さらに、球状化はＰＢＸ充填率の向上にも効果がある。充填率の向上は、ＰＢＸのような炸薬とした場合の炸薬密度を向上させ、填薬密度が理論密度に近いほど衝撃に対して鈍感化し、爆轟性能が増大すると言われている。
爆薬組成物を球状化する技術は知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、飽和しているＲＤＸシクロヘキサノン溶液においてＲＤＸ結晶を攪拌および加温し、エタノールで洗浄して得られるＲＤＸの球状化が開示されている。
米国特許第４０６５５２９号明細書 「火器弾薬技術ハンドブック」、改訂版、財団法人防衛技術協会、2003年5月、P374、P375、P376、P383、P387、P395

ＲＤＸの製造方法は、硝酸法と酢酸法に大別できるが、これらの方法で出来たＲＤＸは、不定形の形状を有しており、結晶内に孔、クラックなどの欠陥をもっている。また、硝酸法および酢酸法で製造したＲＤＸは、再結晶化してから使用する。
再結晶化する目的は、硝酸法ＲＤＸでは、結晶内に含まれる酸の除去である。また、酢酸法ＲＤＸでは、結晶内の酸の除去と、結晶内に含まれる不純物であるHigh Melting point Explosive（以下、ＨＭＸと称する）の安定化にある。ＨＭＸはα、β、γ、δ型の結晶異性体をもち、α、γ、δ型は不安定である為、安定なβ型に整える為に再結晶化している。
しかしながら、前記の再結晶化では、硝酸法ＲＤＸの場合、結晶内に含まれる酸の除去と、酢酸法ＲＤＸの場合、結晶内の酸の除去と、結晶内に含まれる不純物であるＨＭＸの安定化にある為、結晶の形状、状態は管理せず、量産性を考慮して再結晶の時間を管理していた。その為、図１の通り、結晶の大きさ・形状はバラツキが多く、多面体結晶のものおよび不定形結晶のものが混在しており、また、結晶内の孔、クラックなどの欠陥が除去できていないという課題があった。

また、特許文献１では、ＲＤＸの飽和しているシクロヘキサノン溶液に、不定形状および孔、クラックなどの欠陥をもったＲＤＸを入れて、攪拌および加温してアルコールで洗浄して得られるＲＤＸの球状化方法が開示されている。
しかしながら、不定形状および孔、クラックなどの欠陥をもったＲＤＸは、球状化を行っても、球状化されたＲＤＸは、孔、クラックなど欠陥を残しているという課題があった。

本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、結晶表面に孔やクラックがなく、角部および辺部を溶かした場合に球状状態になりやすい形状、すなわち、八面体や十面体のような多面体化で析出された再結晶ＲＤＸを球状化処理する材料とするＲＤＸの多面体化およびその方法に適用することにある。

本発明者は、ＲＤＸの球状化の手法について探索すると共に、その効果について鋭意研究を行ってきた。その結果、ＲＤＸを再結晶することにより、結晶形状が多面体化することを見出し、本発明を完成させた。
ＲＤＸを多面体化する方法としては、ＲＤＸを有機溶剤に投入し、徐々に加温しながら完全溶解させ、溶解液を冷却し、ＲＤＸを再析出（再結晶）させることにより、多面体化したＲＤＸを得ることが可能となる。

そこで、請求項１に係る発明は、ＲＤＸを有機溶剤で溶解し再結晶化してなることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の多面体化したＲＤＸにおいて、有機溶剤が、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯと称する）、ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと称する）、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、ＲＤＸを多面体化する方法において、ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項３記載のＲＤＸの多面体化方法において、有機溶剤が、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルであることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、球状化ＲＤＸを製造する方法において、ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項５記載の球状化ＲＤＸの製造方法において、有機溶剤が、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルであることを特徴とする。

本発明によれば、ＲＤＸを有機溶剤に投入し、徐々に加温しながら完全溶解させ、溶解液を冷却し、ＲＤＸを再析出（再結晶）させることにより、多面体化したＲＤＸを得ることが可能となり、多面体化したＲＤＸを球状化処理する材料として使用することにより、従来の球状化したＲＤＸでは達成することが難しかった結晶内の孔、クラックの除去が可能になった。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
本実施形態に係わる化合火薬類は、例えば、ＰＢＸ等の爆薬組成物の主成分として用いられるＲＤＸとする。
次に使用する有機溶剤について述べる。
有機溶剤として、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、アセトン、アセトニトリル等の温度に対するＲＤＸの溶解度を調査した結果を図２、表１に示す。
図２、表１より、前記有機溶剤が温度上昇によりＲＤＸの溶解度が高くなることを示しており、ＲＤＸ投入量、飽和溶液量、溶解度を把握することで、狙い値まで温度を上昇させ、冷却することにより再結晶できることがわかる。これらのことから、前述の有機溶剤が多面体処理に適しているとがわかった。

本発明の特徴は、ＲＤＸの球状化処理するのに最適な形状に原料ＲＤＸを再結晶化させることにある。特許文献１では、飽和しているＲＤＸシクロヘキサノン溶液において不定形状のＲＤＸを攪拌および加温してアルコールで洗浄して得られるＲＤＸの球状化方法が開示されている。
しかし、不定形状のＲＤＸは、結晶表面に孔やクラックなどの外部欠陥が多数存在し、結晶角部や辺部に加えてこれらの外部欠陥を溶解（排除）して球状化を達成するためには、有機溶剤（飽和液）への原料ＲＤＸの溶解量を多くする必要がある。これには、有機溶剤の使用量や温度条件管理、さらに処理効率の低下につながる課題があった。
本発明では、結晶表面に孔やクラックがなく、角部および辺部を溶かした場合に球状状態になりやすい形状、すなわち八面体や十面体のような多面体で析出された再結晶ＲＤＸを球状化処理する材料（ＲＤＸ）とすることにより、球状化の処理時間を短縮することが可能になる。

（第１実施形態）
球状化に使用する多面体ＲＤＸの製造方法について述べる。
図３は、多面体ＲＤＸの製造装置の概要図を示す。
セパラブルフラスコ（下）４にＲＤＸ２００ｇ（乾燥品 クラスＡ）と、予めＲＤＸを過剰に溶解させた過飽和溶液よりＲＤＸ結晶を取り除いた飽和溶液４００ｍｌ（ＤＭＳＯ）とを投入後、セパラブルフラスコ（上）（下）３，４をクランプ等で密閉し、良溶媒中に熱電対２が浸るようにセパラブルフラスコ（上）３に固定させ、攪拌機１を稼動することにより、フラスコ内の攪拌翼６を攪拌させ、溶液中のＲＤＸを流動状態とし、ＲＤＸ結晶同士が常に溶液中で接触する状態にさせる。
その後、ジャッキ８を上昇させ、セパラブルフラスコ（下）４をオイルバス７に浸してセパラブルフラスコ（下）４内のＲＤＸ／ＤＭＳＯ混合液を１００℃まで上昇させ、ＲＤＸ溶解液５とする。
１００℃を数分維持後、セパラブルフラスコ（下）４内のＲＤＸが完全に溶解したことを確認後、ジャッキ８を下降させ、セパラブルフラスコ（下）４内のＲＤＸ溶解液を常温まで冷却させることにより、ＲＤＸを再結晶化させ、多面体形状のＲＤＸを得る。
なお、得られるＲＤＸの粒子径は、冷却速度（１〜２０℃／ｍｉｎ）および攪拌翼６の回転速度（５０〜２０００ｒｐｍ）により平均粒子径として１００〜１０００μｍの範囲で調整が可能である。
図４は、ＲＤＸ粒子（ＲＤＸクラスＡ）を撮影した電子顕微鏡写真である。結晶が不定形の形状であることがわかる。
図５は、多面体処理したＲＤＸ粒径を撮影した電子顕微鏡写真である。結晶の不定形な形状が解消され正八面体や正十面体の形状を有することがわかる。
本実施形態においては、有機溶剤はＤＭＳＯを使用したが、他の有機溶剤であるγ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、ＤＭＦ、アセトン、アセトニトリルを使用しても同様な多面体化したＲＤＸが得られた。

（球状化確認試験）
（シクロヘキサノンを用いた試験）
セパラブルフラスコ（下）４に、有機溶剤シクロヘキサノンを使用して再結晶化した多面体形状ＲＤＸ１００ｇと、予めＲＤＸを過剰に溶解させた過飽和溶液よりＲＤＸ結晶を取り除いた飽和溶液４００ｍｌ（シクロヘキサノン）とを投入後、セパラブルフラスコ（上）（下）３，４をクランプ等で密閉し、良溶媒中に熱電対２が浸るようにセパラブルフラスコ（上）３に固定させ、攪拌機１を稼動することにより、フラスコ内の攪拌翼６を攪拌させ、溶液中のＲＤＸを流動状態とし、ＲＤＸ結晶同士が常に溶液中で接触する状態にさせる。
オイルバス７は、粒子形状に角部、辺部が存在した痕跡は見受けられない形状、すなわち球状化が完了したと判断した温度１００℃に設定し、オイルが１００℃まで温度上昇するまで待つ。
その後、ジャッキ８を上昇させ、セパラブルフラスコ（下）４をオイルバス７に浸してセパラブルフラスコ（下）４内のＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液を加温した。この際の加温時間は、１２０分程度で完了する。
その後、溶解温度を下げないように直ちにろ過を行った。
得られたＲＤＸをエタノールで洗浄し、再びろ過を行う。
図６は、ろ過後に得られたＲＤＸ粒子を撮影した電子顕微鏡写真である。ＲＤＸの形状を観察すると、結晶が球状化されていることがわかる。ＲＤＸ痕跡および結晶内の孔、クラックはなかった。

（比較例）
（不定形状のＲＤＸを球状化処理材料に用いた試験）
セパラブルフラスコ（下）４に不定形状のＲＤＸ１００ｇ（乾燥品 クラスＡ）と、予めＲＤＸを過剰に溶解させた過飽和溶液よりＲＤＸ結晶を取り除いた飽和溶液４００ｍｌ（シクロヘキサノン）とを投入後、セパラブルフラスコ（上）（下）３，４をクランプ等で密閉し、良溶媒中に熱電対２が浸るようにセパラブルフラスコ（上）３に固定させ、攪拌機１を稼動することにより、フラスコ内の攪拌翼６を攪拌させ、溶液中のＲＤＸを流動状態とし、ＲＤＸ結晶同士が常に溶液中で接触する状態にさせる。
その後、ジャッキ８を上昇させ、セパラブルフラスコ（下）４をオイルバス７に浸して除々にオイルバスの設定温度を上げ、セパラブルフラスコ（下）４内のＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液を加温し、常温から２０℃上昇毎にサンプリングし結晶形状を観察した。
常温（２０℃）から加温し、ＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液温度が３０℃時にサンプリングしたＲＤＸ粒子は、不定形の形状であった。
ＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液が６０℃時にサンプリングしたＲＤＸ粒子は、不定形の形状であった。
ＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液温度が８０℃時にサンプリングしたＲＤＸ粒子は球状化の傾向が若干見受けられた。
図７は、ＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液温度が１００℃時にサンプリングしたＲＤＸ粒子を撮影した電子顕微鏡写真である。球状化の傾向が見受けられたが、粒子表面にＲＤＸの痕跡が残っており、結晶内の孔、クラックも残っていた。
多面体ＲＤＸを球状化処理した場合と比較すると、球状化処理後の結晶表面の問題が発生し、球状化処理の材料にはＲＤＸは不適格であることを確認した。

結晶内に含まれる酸の除去、または、結晶内に含まれる不純物であるＨＭＸの安定化を目的に再結晶化したＲＤＸ粒子の電子顕微鏡写真である。 有機溶剤として、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、アセトン、アセトニトリル等の温度に対するＲＤＸの溶解度を調査した結果を示す図である。 第１実施形態および比較例におけるＲＤＸ再結晶化装置および球状化装置の概略図である。 ＲＤＸ粒子（ＲＤＸクラスＡ）を撮影した電子顕微鏡写真である。 多面体処理したＲＤＸ粒子を撮影した電子顕微鏡写真である。 ろ過後に得られたＲＤＸ粒子を撮影した電子顕微鏡写真である。 ＲＤＸ／シクロヘキサノン混合液温度が１００℃時にサンプリングしたＲＤＸ粒子を撮影した電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１ 攪拌機
２ 熱電対
３ セパラブルフラスコ（上）
４ セパラブルフラスコ（下）
５ ＲＤＸ及び飽和溶液
６ 攪拌翼
７ オイルバス
８ ジャッキ

Claims (6)

1. シクロトリメチレントリニトラミン（以下、ＲＤＸと称する）を有機溶剤で溶解し再結晶化してなることを特徴とする多面体化したＲＤＸ。
2. 請求項１記載の多面体化したＲＤＸにおいて、
   有機溶剤が、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯと称する）、ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと称する）、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルである
   ことを特徴とする多面体化したＲＤＸ。
3. ＲＤＸを多面体化する方法において、
   ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有する
   ことを特徴とするＲＤＸの多面体化方法。
4. 請求項３記載のＲＤＸの多面体化方法において、
   有機溶剤が、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルである
   ことを特徴とするＲＤＸの多面体化方法。
5. 球状化ＲＤＸを製造する方法において、
   ＲＤＸを有機溶剤で溶解して再結晶化することにより多面体化したＲＤＸを生成する工程を有する
   ことを特徴とする球状化ＲＤＸの製造方法。
6. 請求項５記載の球状化ＲＤＸの製造方法において、
   有機溶剤が、ＤＭＳＯ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルである
   ことを特徴とする球状化ＲＤＸの製造方法。