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JP3981356B2 - Solid pyrotechnic composition with low moisture uptake and method for producing the same - Google Patents

Solid pyrotechnic composition with low moisture uptake and method for producing the same Download PDF

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JP3981356B2
JP3981356B2 JP2003526862A JP2003526862A JP3981356B2 JP 3981356 B2 JP3981356 B2 JP 3981356B2 JP 2003526862 A JP2003526862 A JP 2003526862A JP 2003526862 A JP2003526862 A JP 2003526862A JP 3981356 B2 JP3981356 B2 JP 3981356B2
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solid pyrotechnic
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Description

本出願は2001年1月12日に米国特許商標庁に出願された米国仮出願番号60/261111号の優先権の利益を請求する。この出願の全開示がここに参照によって組み込まれる。
本発明は、新規な黒色火薬代替物及びホウ素/硝酸カリウム代替物の組成物を含む、固体の火工品用組成物に関する。本発明はまた、該固体火工品用組成物を製造するための方法に関する。
This application claims the benefit of priority of US Provisional Application No. 60/261111, filed with the US Patent and Trademark Office on January 12, 2001. The entire disclosure of this application is hereby incorporated by reference.
The present invention relates to a solid pyrotechnic composition comprising a novel black powder substitute and a boron / potassium nitrate substitute composition. The present invention also relates to a method for producing the solid pyrotechnic composition.

黒色火薬及びホウ素/硝酸カリウム(B/KNO3)は、2種の古典的な点火薬配合物であり、種々の用途において現在広い用途を有する。黒色火薬は72〜75重量%の硝酸カリウム、15〜18重量%の炭、及び10重量%の硫黄から成る。この基本的な黒色火薬配合物の変形物は既知である。黒色火薬のための最適の配合は一般に、75重量%の硝酸カリウム、15重量%の炭、及び10重量%の硫黄からなると一般的に受容されている。この配合物の黒色火薬は1000psiにおいて1950Kの予想火炎温度を有する。一方、最適の配合においてホウ素/硝酸カリウムは75重量%の硝酸ナトリウム及び25重量%のホウ素から成る。黒色火薬と比較して、ホウ素/硝酸カリウムは1000psiにおいて3034Kの有意に高い火炎温度を有する。 Black powder and boron / potassium nitrate (B / KNO 3 ) are two classic igniter formulations and currently have wide application in various applications. Black powder consists of 72-75% by weight potassium nitrate, 15-18% by weight charcoal, and 10% by weight sulfur. Variations on this basic black powder formulation are known. The optimum formulation for black powder is generally accepted as consisting of 75 wt% potassium nitrate, 15 wt% charcoal, and 10 wt% sulfur. The black powder of this formulation has an expected flame temperature of 1950K at 1000 psi. On the other hand, in the optimum formulation, boron / potassium nitrate consists of 75% by weight sodium nitrate and 25% by weight boron. Compared to black powder, boron / potassium nitrate has a significantly higher flame temperature of 3034 K at 1000 psi.

黒色火薬とホウ素/硝酸カリウムの火炎温度が有意に異なるので、これらの点火薬組成物が使用される用途は幾分異なる。黒色火薬は2種の組成物のうちではるかに低価格であり、より低い火炎温度を有し、そしてホウ素/硝酸カリウムよりもスラグ形成が少ない。これらの理由から、黒色火薬はしばしば、多用途ハードウエア(種々の大きさ及び用途の銃を含む)の点火系列においてホウ素/硝酸カリウムを超えてしばしば選択される。ホウ素/硝酸カリウムは通常、迅速で再現性のある点火のためにより高い温度が重要である用途において利用される。例えば、B/KNOのための通常の用途は、ロケット類、おとり照明(decoy flares)、及び自動車用二次安全拘束手段又は「エアバッグ」装置のガス発生装置を含む。しかし、ホウ素/硝酸カリウムはBKNOの経費及び高いBKNO炎温度(これは再使用可能なハードウエアの時期尚早の腐食を引き起し得る)によって、多用途ハードウエア中に同様にしばしばには用いられない。 Because the flame temperatures of black powder and boron / potassium nitrate are significantly different, the applications in which these igniter compositions are used are somewhat different. Black explosives are much less expensive of the two compositions, have lower flame temperatures, and have less slag formation than boron / potassium nitrate. For these reasons, black powder is often selected over boron / potassium nitrate in the firing series of versatile hardware (including guns of various sizes and applications). Boron / potassium nitrate is typically utilized in applications where higher temperatures are important for rapid and reproducible ignition. For example, typical applications for B / KNO 3 include gas generators for rockets, decoy flares, and secondary safety restraints for automobiles or “airbag” devices. However, boron / potassium nitrate by cost and high BKNO 3 flame temperature of BKNO 3 (which can cause premature corrosion of the reusable hardware), likewise often used in versatile hardware I can't.

黒色火薬を製造するための方法は本技術において既知である。例えば、炭及び硫黄をボールミルで粉砕して、押出機内に供給するための均質な混合物とする。ボールミル粉砕はまた、炭の粒子サイズを減じるために役立つ。硝酸カリウムは乾燥され、そして同様にロッドミルを通して処理されて、平均粒子サイズを約50ミクロンに減じる。グラファイトが所望によって静電放電感度(ESD)を下げる目的のためにロッドミル内に導入され得る。粉砕された炭、硫黄及び硝酸カリウム、及び所望によりグラファイトを次に周知の方法に従って配合する。   Methods for producing black powder are known in the art. For example, charcoal and sulfur are pulverized with a ball mill to form a homogeneous mixture for feeding into an extruder. Ball milling also helps to reduce the charcoal particle size. The potassium nitrate is dried and similarly processed through a rod mill to reduce the average particle size to about 50 microns. Graphite can be introduced into the rod mill for the purpose of reducing electrostatic discharge sensitivity (ESD) if desired. The ground charcoal, sulfur and potassium nitrate, and optionally graphite are then compounded according to well-known methods.

黒色火薬の燃焼は過多の排出物を生じる。黒色火薬の燃焼はかなりの量の一酸化炭素、二酸化硫黄、及び硫化水素を発生すると計算される。硫化カリウムが燃焼生成物の20%より多くを構成すると予想される。火炎温度において、硫化硫黄は液状で生成され、そして大気酸素による後燃焼を受けて多量の二酸化硫黄を生じやすい。一酸化炭素及び硫化水素も後燃焼を受けやすく、ニ酸化炭素及び二酸化硫黄をそれぞれ生じる。   Black powder combustion produces excessive emissions. It is calculated that the combustion of black powder generates significant amounts of carbon monoxide, sulfur dioxide, and hydrogen sulfide. It is expected that potassium sulfide will constitute more than 20% of the combustion products. At flame temperatures, sulfur sulfide is produced in a liquid state and is susceptible to post combustion with atmospheric oxygen to produce large amounts of sulfur dioxide. Carbon monoxide and hydrogen sulfide are also susceptible to post-combustion, producing carbon dioxide and sulfur dioxide, respectively.

二酸化硫黄は粘膜の組織、上部呼吸管、眼及び皮膚に極端に害がある。吸入は、喉頭及び気管支の発作、炎症、及び浮腫、化学品肺炎、肺浮腫を起こす。従って、二酸化硫黄への暴露は重大な健康上の問題に、長期間の暴露の場合には死につながり得る。   Sulfur dioxide is extremely damaging to mucosal tissues, upper respiratory tract, eyes and skin. Inhalation causes laryngeal and bronchial attacks, inflammation, and edema, chemical pneumonia, pulmonary edema. Thus, exposure to sulfur dioxide can lead to serious health problems and death in the case of prolonged exposure.

黒色火薬の炭成分は、点火薬組成物の性能にある程度の非予測性を付与する。炭は、木材の炭化によって製造される。米国特許第5320691号に記述されるように、木材の化学的物理的性質は、木の種類、土壌の組成、及び木材が得られた環境条件に依存して大きく変化する。木材の本来の変動及び炭化処理における変動によって、炭の性質はバッチ間で変化する傾向にある。これらの変動は黒色火薬の性能の一貫性に影響し得る。   The charcoal component of the black powder imparts some degree of unpredictability to the performance of the igniter composition. Charcoal is produced by carbonization of wood. As described in US Pat. No. 5,320,691, the chemical and physical properties of wood vary greatly depending on the type of tree, the composition of the soil, and the environmental conditions from which the wood was obtained. Due to the inherent variation of wood and variations in the carbonization process, the nature of the charcoal tends to change from batch to batch. These variations can affect the consistency of black powder performance.

黒色粉末に関連した他の問題はその吸湿性である。黒色火薬は24時間で、21.1℃(70°F)において75%相対湿度で約1.5重量%の水分を吸収する。もし黒色火薬が十分な量の水分を取り込むと、黒色粉末が速く燃焼しない可能性がある。点火薬又は黒色火薬を含む他の装置は高い相対湿度における規格まで、実現できないかもしれない。また、水が硝酸カリウムを黒色火薬粉末から外へ移行させ、そして装置の金属部分を腐食させる原因となる。
黒色火薬代替組成物が、Weberへの米国特許第5320691号に記述されている。この組成物はフェノールフタレイン、硝酸カリウム及び硫黄の、フェノールフタレイン塩の結合相中の分散物である。フェノールフタレインはフェノール化合物と無水フタル酸との反応生成物である。フェノールフタレイン塩のカチオンは、ナトリウム、カリウム、リチウム、及びアンモニウムより成る群から選択される。フェノールフタレイン塩(所望によって有機フェノールフタレインとの組合せ)が使用されるが、これはフェノールフタレイン塩が有機フェノールフタレインと比較して付与する弾道性の改良による。フェノールフタレイン塩で炭を置換することは、慣用の黒色火薬粉末組成物の炭によって起こされる予測可能性の問題を除去するが、硫黄は代替組成物の必須成分として残ったままである。米国特許第5320691号の黒色火薬代替物は、硫黄及び二酸化硫黄の生成と関連した上記の問題と取り組んでいない。また、フェノールフタレイン塩は吸湿性であり、そして水分取り込みの問題を克服しない。 他の黒色火薬粉末代替物がWiseらへの米国特許商標庁文書H72に記述されている。この固体火工品組成物は、75重量%の硝酸カリウム、10重量%の元素硫黄、及び15重量%の結晶質化合物を含む。この結晶質化合物はフルオレセイン、フェノールフタレイン、1,5−ナフタレンジオール、アントラフラビン酸、テレフタル酸、及びこれらのアルカリ金属塩であり得る。他の既知の黒色火薬粉末代替組成物の場合には、H72は点火薬の点火の遅れを最小化するために元素硫黄に依存する。
Another problem associated with black powder is its hygroscopicity. Black explosives absorb about 1.5% by weight of water at 75% relative humidity at 21.1 ° C. (70 ° F.) in 24 hours. If the black powder takes in enough water, the black powder may not burn fast. Other devices, including igniters or black powders, may not be able to achieve specifications at high relative humidity. Water also causes potassium nitrate to migrate out of the black powder and corrodes the metal parts of the device.
A black powder alternative composition is described in US Pat. No. 5,320,691 to Weber. This composition is a dispersion of phenolphthalein, potassium nitrate and sulfur in a phenolphthalein salt binder phase. Phenolphthalein is a reaction product of a phenol compound and phthalic anhydride. The cation of the phenolphthalein salt is selected from the group consisting of sodium, potassium, lithium, and ammonium. Phenolphthalein salt (optionally in combination with organic phenolphthalein) is used, due to the improved ballistic properties that the phenolphthalein salt imparts compared to organic phenolphthalein. Replacing the charcoal with a phenolphthalein salt removes the predictability problem caused by the charcoal of conventional black powder compositions, but sulfur remains an essential component of the alternative composition. The black powder substitute of US Pat. No. 5,320,691 does not address the above problems associated with the production of sulfur and sulfur dioxide. Also, phenolphthalein salts are hygroscopic and do not overcome the problem of moisture uptake. Another black powder powder alternative is described in US Patent and Trademark Office document H72 to Wise et al. The solid pyrotechnic composition comprises 75 wt% potassium nitrate, 10 wt% elemental sulfur, and 15 wt% crystalline compound. The crystalline compound can be fluorescein, phenolphthalein, 1,5-naphthalenediol, anthraflavic acid, terephthalic acid, and alkali metal salts thereof. In the case of other known black powder powder replacement compositions, H72 relies on elemental sulfur to minimize the ignition delay of the igniter.

明細書中で複数として表現していなくても、その文脈が明らかに他の方法で説明していない限り複数の形態を含む。例えば、用語「有機結晶質化合物」は、その単一の有機結晶質化合物のみならず、2種以上の有機結晶質化合物の組合せも包含する。   Where the specification does not express as plural, it includes plural forms unless the context clearly dictates otherwise. For example, the term “organic crystalline compound” encompasses not only a single organic crystalline compound but also a combination of two or more organic crystalline compounds.

用語「ポリマー」は、ホモポリマー、コポリマー、及びターポリマーを包含する。ターポリマーは3種又はそれより多いモノマーから製造されるポリマーを意味する。
ここで使用するとき、用語「有機結晶質化合物」は、文脈で他の方法で明らかに説明していない限り、塩として存在するのではない有機化合物を意味する。
The term “polymer” includes homopolymers, copolymers, and terpolymers. Terpolymer means a polymer made from three or more monomers.
As used herein, the term “organic crystalline compound” means an organic compound that is not present as a salt, unless the context clearly indicates otherwise.

ここで使用するとき、用語「有機結晶質化合物の塩」は、有機化合物の負電荷を相殺する金属カチオン又はアンモニウムカチオンにイオン的に結合した負に帯電した有機化合物を意味する。例はフェノールフタレイン2カリウムである。   As used herein, the term “salt of an organic crystalline compound” means a negatively charged organic compound that is ionically bonded to a metal cation or ammonium cation that counteracts the negative charge of the organic compound. An example is phenolphthalein dipotassium.

本発明の目的は、火炎温度を有し、かつ黒色火薬に匹敵する弾道性能を示す固体火工品組成物(好ましくは(必須ではないが)炭も硫黄も含まない様に処方されている)を提供することである。   The object of the present invention is a solid pyrotechnic composition having a flame temperature and exhibiting ballistic performance comparable to black powder (preferably (although not required) formulated to contain no char or sulfur) Is to provide.

本発明の一面において、固体火工品組成物を構成する黒色火薬代替品は、上記及び他の目的を達成するために提供される。本組成物は約40重量%〜約90重量%の、約30ミクロン以下の平均粒径を有する酸化剤粒子を含む。酸化剤粒子は(a)アルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種、及び(b)アルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む。好ましいアルカリ金属はカリウムである。固体の火工品組成物はさらに、有機結晶質粒子及び所望により有機結晶質粒子の塩を含む。有機結晶質粒子及び所望による有機結晶質粒子の塩は好ましくは約30ミクロン以下の平均粒径を有し、そして好ましくは固体火工品組成物の全重量の約10〜約60重量%を構成する。有機結晶質粒子は好ましくはフェノールフタレインを含む。   In one aspect of the present invention, a black powder substitute constituting a solid pyrotechnic composition is provided to achieve the above and other objects. The composition comprises from about 40 wt% to about 90 wt% oxidizer particles having an average particle size of about 30 microns or less. The oxidant particles include (a) at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrate, and (b) at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate. . A preferred alkali metal is potassium. The solid pyrotechnic composition further comprises organic crystalline particles and optionally a salt of the organic crystalline particles. The organic crystalline particles and optionally the salt of the organic crystalline particles preferably have an average particle size of about 30 microns or less and preferably constitute from about 10 to about 60% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition. To do. The organic crystalline particles preferably contain phenolphthalein.

第2の面に従い、本発明の目的は火炎温度を有し、そしてホウ素/硝酸カリウムに匹敵する弾道性能を示し、そして好ましくは(必須ではない)ホウ素を含まない固体火工品組成物を提供することである。   In accordance with the second aspect, the object of the present invention is to provide a solid pyrotechnic composition having a flame temperature and exhibiting ballistic performance comparable to boron / potassium nitrate and preferably (not essential) free of boron. That is.

本発明の第2の面に従い、直前に述べた目的及び他の目的を達成するために、ホウ素/硝酸カリウム代替物を含む固体火工品組成物が提供される。この組成物は、約30ミクロン以下の平均粒径を有する酸化剤粒子約40〜約90重量%を含む。酸化剤粒子は、アルカリ金属過塩素酸塩、及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む。過塩素酸塩粒子は、組成物の全重量の約20〜約90重量%、さらに好ましくは組成物の全重量の30〜90重量%を構成する。酸化剤粒子は他の材料も含み得、これはアルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む。過塩素酸塩及び硝酸塩のための好ましいアルカリ金属はカリウムである。固体の火工品組成物はさらに、有機懸想質粒子及び所望により有機結晶質粒子の塩を含む。有機結晶質粒子及び所望による有機結晶質粒子の塩は好ましくは30ミクロン以下平均粒径を有し、そして好ましくは固体火工品組成物の全重量の約10〜約60重量%を構成する。有機結晶質粒子は好ましくはフェノールフタレインである。   In accordance with the second aspect of the present invention, a solid pyrotechnic composition comprising a boron / potassium nitrate substitute is provided to achieve the objectives just described and other objectives. The composition includes about 40 to about 90 weight percent oxidizer particles having an average particle size of about 30 microns or less. The oxidant particles include at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate. The perchlorate particles comprise about 20 to about 90% by weight of the total weight of the composition, more preferably 30 to 90% by weight of the total weight of the composition. The oxidant particles may also include other materials, including at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrate. The preferred alkali metal for perchlorate and nitrate is potassium. The solid pyrotechnic composition further comprises organic suspended particles and optionally a salt of organic crystalline particles. The organic crystalline particles and optionally the salt of the organic crystalline particles preferably have an average particle size of 30 microns or less and preferably constitute from about 10 to about 60% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition. The organic crystalline particles are preferably phenolphthalein.

これらのそれぞれの好ましい態様において、これらの新規の黒色火薬及びB/KNO代替組成物の成分の選択は、硫黄から誘導される有害な排出物の生成をかなり減じることができる。このように、本発明は、該組成物を使用する製品の燃焼及び燃焼後の清掃操作を実施する間の、環境への影響及び作業者の健康の危険性における改善を提供できる。さらに、現在好ましい態様に従う固体の火工品組成物は優秀な衝撃及び熱感受性を有し、それによって、衝撃、摩擦、熱及び/又は静電放電のような刺激に対する応答による爆発及び時期尚早な点火への、点火薬の初期の事故を減じることができる。さらに、結晶質塩の代わりに(または部分的に代わりに)有機結晶質化合物を使用すること、並びに非吸湿性バインダーを使用することは、黒色火薬粉末と比較して有意に本発明の固体火工品組成物の水分取り込みを低下できる。さらに、本発明の好ましい態様から炭を除去することは火工品組成物の弾道性能の再現性及び均一性を改善でき、並びに組成物の水分取り込みを最少化できる。 In each of these preferred embodiments, the selection of these novel black powder and B / KNO 3 alternative composition components can significantly reduce the generation of harmful emissions derived from sulfur. Thus, the present invention can provide improvements in environmental impacts and worker health risks while performing products that use the composition and post-burn cleaning operations. Furthermore, solid pyrotechnic compositions according to presently preferred embodiments have excellent impact and thermal sensitivity, thereby causing explosion and premature response in response to stimuli such as impact, friction, heat and / or electrostatic discharge. The initial accident of the igniting agent to ignition can be reduced. Furthermore, the use of an organic crystalline compound in place of (or in place of) a crystalline salt, as well as the use of a non-hygroscopic binder, is significantly more significant than the solid powder of the present invention. The water uptake of the product composition can be reduced. Furthermore, removing the charcoal from the preferred embodiment of the present invention can improve the reproducibility and uniformity of the ballistic performance of the pyrotechnic composition and minimize the moisture uptake of the composition.

黒色火薬代替物及びホウ素/硝酸カリウムを製造するための新規な方法を提供することが本発明の第3の面に従う本発明の他の目的である。
本発明のこの第3の面の原理に従い、上述の目的及び他の目的は、アルカリ金属ヒドロオキシドを少なくとも1種の有機結晶質化合物と組み合わせて有機結晶質化合物の塩を含む溶液を製造するという方法によって達成される。有機結晶質化合物は好ましくは、フェノールフタレイン並びにフェノール化合物と無水フタル酸との反応から誘導される化合物より成る群から選択される。次に溶液を、硝酸及び過塩素酸より成る群から選択される少なくとも1種の酸と組み合わせる。アルカリ金属ヒドロキシドが硝酸又は過塩素酸と反応してアルカリ金属硝酸塩粒子又はアルカリ金属過塩素酸粒子を、それぞれ形成する。さらに、酸は塩を有機結晶質化合物へ転化して戻し、同時に有機結晶質化合物の粒径を約30ミクロン以下に減じるために役立つ。約30ミクロン以下の平均粒径を有する追加の酸化剤粒子を追加できる。追加の酸化剤粒子は過塩素酸塩及び/又は硝酸塩粒子を含む。次に火工品組成物を乾燥する(必要か望まれる場合)。
It is another object of the present invention according to the third aspect of the present invention to provide a black powder substitute and a novel method for producing boron / potassium nitrate.
In accordance with the principles of this third aspect of the present invention, the above and other objects are that an alkali metal hydroxide is combined with at least one organic crystalline compound to produce a solution comprising a salt of the organic crystalline compound. Achieved by the method. The organic crystalline compound is preferably selected from the group consisting of phenolphthalein and compounds derived from the reaction of phenolic compounds with phthalic anhydride. The solution is then combined with at least one acid selected from the group consisting of nitric acid and perchloric acid. Alkali metal hydroxide reacts with nitric acid or perchloric acid to form alkali metal nitrate particles or alkali metal perchloric acid particles, respectively. In addition, the acid serves to convert the salt back into the organic crystalline compound, while at the same time reducing the particle size of the organic crystalline compound to about 30 microns or less. Additional oxidizer particles having an average particle size of about 30 microns or less can be added. The additional oxidizer particles include perchlorate and / or nitrate particles. The pyrotechnic composition is then dried (if necessary or desired).

本発明の追加の目的及び利点は以下の説明において記載され、そして部分的には該説明から明らかであり、又は本発明の実施によって習得することができる。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に指摘した方法及び組合せによって実現され、そして得られる。   Additional objects and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be obvious from the description, or may be learned by practice of the invention. The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the methods and combinations pointed out in the appended claims.

本明細書に組み込まれ、そしてその一部を構成する添付図面は、商業的に利用されるB/KNO点火薬と本発明に従い調製される実施例15のホウ素を含まない点火薬との点火性能の比較を示す。図面は、上述の一般的な説明と、以下の好ましい態様及び方法の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。 The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the ignition of a commercially available B / KNO 3 igniter and the boron-free igniter of Example 15 prepared according to the present invention. A performance comparison is shown. The drawings, together with the above general description and the following detailed description of preferred embodiments and methods, serve to explain the principles of the invention.

本発明の現在好ましい態様に従い、酸化剤粒子と有機結晶質粒子を含む、黒色火薬代替物の火工品組成物が提供される。
この態様に従う酸化剤粒子は、該固体火工品組成物の全重量の約40〜約90重量%、さらに好ましくは65〜80重量%を構成する。酸化剤粒子の平均粒径は約30ミクロン以下、好ましくは20ミクロン以下、そしてさらに好ましくは5〜20ミクロンの範囲である。
In accordance with the presently preferred embodiment of the present invention, there is provided a pyrotechnic composition for black powder alternative comprising oxidant particles and organic crystalline particles.
Oxidant particles according to this embodiment comprise about 40 to about 90% by weight, more preferably 65 to 80% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition. The average particle size of the oxidizer particles is in the range of about 30 microns or less, preferably 20 microns or less, and more preferably 5 to 20 microns.

この態様の酸化剤粒子は少なくとも1種の硝酸塩を含む。この硝酸塩は好ましくは、アルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種をである。例示のアルカリ金属硝酸塩は硝酸カリウム、硝酸セリウム、硝酸ルビジウム、及び硝酸アンモニウムであり、硝酸カリウムが好ましい。   The oxidant particles of this embodiment include at least one nitrate. The nitrate is preferably at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrate. Exemplary alkali metal nitrates are potassium nitrate, cerium nitrate, rubidium nitrate, and ammonium nitrate, with potassium nitrate being preferred.

この態様の酸化剤粒子はまた、少なくとも1種の過塩素酸塩を含む。過塩素酸塩は好ましくは、過塩素酸カリウム及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種であり、過塩素酸カリウムが好ましい。約30ミクロン又はそれより小さい好ましい粒径で使用される場合、過塩素酸塩は弾道性能を犠牲にすることなく火工品組成物から硫黄を削除することを可能とする。この固体火工品組成物に点火したとき、過塩素酸塩は火工品組成物の点火遅延を減じ、同時に圧力上昇を増すことができる。固体火工品組成物の全重量の0.5〜30重量%が過塩素酸塩を構成するのが好ましい。さらに好ましくは、固体火工品組成物の5〜20重量%が過塩素酸塩からなる。   The oxidant particles of this embodiment also include at least one perchlorate salt. The perchlorate is preferably at least one selected from the group consisting of potassium perchlorate and ammonium perchlorate, with potassium perchlorate being preferred. When used at a preferred particle size of about 30 microns or less, perchlorate allows sulfur to be removed from the pyrotechnic composition without sacrificing ballistic performance. When igniting this solid pyrotechnic composition, perchlorate can reduce the ignition delay of the pyrotechnic composition and at the same time increase the pressure rise. It is preferred that 0.5 to 30% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition constitute the perchlorate. More preferably, 5 to 20% by weight of the solid pyrotechnic composition is composed of perchlorate.

この態様の有機結晶質粒子、並びに所望により存在する有機結晶質粒子の塩は、火工品組成物の全重量の約10〜約60、さらに好ましくは13〜22重量%を占める。塩が存在する場合、有機結晶質化合物の少なくとも50重量%、さらに好ましくは少なくとも80重量%、さらに好ましくは約90重量%が塩でない状態で存在する。有機結晶のみを使用することが可能であり、かつ好ましく、その結果該固体火工品組成物は有機結晶質化合物の塩を含まない。有機結晶質粒子及びその所望による塩は100ミクロン程度に大きい平均粒径を有してもよいが、それらは好ましくは約30ミクロン以下、さらに好ましくは20ミクロン以下、さらに好ましくは15ミクロン以下、そしてさらに好ましくは10ミクロン以下の平均粒径を有する。   The organic crystalline particles of this embodiment, as well as optionally present salts of organic crystalline particles, comprise from about 10 to about 60, more preferably from 13 to 22% by weight of the total weight of the pyrotechnic composition. When a salt is present, at least 50%, more preferably at least 80%, more preferably about 90% by weight of the organic crystalline compound is present in a non-salt state. It is possible and preferred to use only organic crystals, so that the solid pyrotechnic composition does not contain salts of organic crystalline compounds. Although the organic crystalline particles and their optional salts may have an average particle size as large as 100 microns, they are preferably about 30 microns or less, more preferably 20 microns or less, more preferably 15 microns or less, and More preferably, it has an average particle size of 10 microns or less.

好ましくは、有機結晶質粒子は、フェノールフタレイン、並びにフェノール化合物と無水フタル酸との間の反応から誘導される有機結晶質化合物より成る群から選択される少なくとも1種を含む。例えば、フェノール化合物の2〜6位の1つ以上、及び/又は無水フタル酸化合物の2〜5位の1つ以上が、官能基、例えば−R、−NH、−NRH、−NR、−NO、−OR等(R、R、Rは例えばアルキル及びアリールから独立して選択される)によって置換されていてよい。 Preferably, the organic crystalline particles comprise at least one selected from the group consisting of phenolphthalein and organic crystalline compounds derived from the reaction between the phenolic compound and phthalic anhydride. For example, 2-6 of one or more phenolic compounds, and / or one or more 2-5 of phthalic anhydride compound, functional groups, such as -R, -NH 2, -NR 1 H , -NR 1 R 2 , —NO 2 , —OR and the like (R, R 1 , R 2 are independently selected from, for example, alkyl and aryl).

本発明の固体火工品組成物は、フェノールフタレインとその誘導体に限定されない。本技術において既知の他の有機結晶質化合物及び未だ発見されていないものも使用できる。本発明と共に使用できる代表的な有機結晶質化合物は、Wiseらへの米国特許商標庁文書H72に記述され、フルオレセイン、1,5−ナフタレンジオール、アントラフラビン酸、テレフタル酸を含む。   The solid pyrotechnic composition of the present invention is not limited to phenolphthalein and its derivatives. Other organic crystalline compounds known in the art and those not yet discovered can also be used. Exemplary organic crystalline compounds that can be used with the present invention are described in US Patent and Trademark Office document H72 to Wise et al. And include fluorescein, 1,5-naphthalenediol, anthraflavic acid, terephthalic acid.

本発明の固体火工品組成物は所望により、追加の成分(例えば非吸湿性ポリマーバインダーを包含する)を含み得る。本発明のこの態様において使用し得る適切な非吸湿性ポリマーバインダーは、75%の相対湿度(21.1℃(70°F))で24時間で4%未満の水分を取り込む(すなわち吸収)ものを包含する。代表的なバインダーは、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(酢酸ビニル−ビニルアルコール)、ナイロン、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、ポリエチレングリコール、アルキルセルロース(例えばエチルセルロース)、ニトロセルロース、及びある種の鎖で延長されたオキセタン(oxetanes)(例えばポリBAMO)、グリシジルアジドポリマー(GAP)、及び関連するポリマーを包含する。バインダーを溶解し、製造中の粘度を下げるために適切な溶媒を使用し得る。例えば、酢酸エチルはポリ(酢酸ビニル)のために適切な溶媒である。組成物がポリマーバインダーを含まない場合、混合を容易にするために水を使用し得る。例えば、必ずしも限定ではなく、バインダーは組成物中に約10重量%以下、好ましくは3〜6重量%の濃度で存在し得る。   The solid pyrotechnic composition of the present invention can optionally include additional components, including non-hygroscopic polymer binders. Suitable non-hygroscopic polymer binders that can be used in this aspect of the invention are those that incorporate less than 4% moisture (ie, absorb) in 24 hours at 75% relative humidity (21.1 ° C. (70 ° F.)). Is included. Typical binders are poly (vinyl acetate), poly (vinyl acetate-vinyl alcohol), nylon, poly (ethylene-vinyl acetate), polyethylene glycol, alkyl cellulose (eg, ethyl cellulose), nitrocellulose, and certain chains. Includes extended oxetanes (eg, poly BAMO), glycidyl azide polymer (GAP), and related polymers. Any suitable solvent may be used to dissolve the binder and reduce the viscosity during manufacture. For example, ethyl acetate is a suitable solvent for poly (vinyl acetate). If the composition does not contain a polymer binder, water can be used to facilitate mixing. For example, but not necessarily, the binder may be present in the composition at a concentration of about 10 wt% or less, preferably 3-6 wt%.

グラファイト、金属又はメタロイド燃料及び充填剤を包含する他の成分も、固体火工品組成物の意図される用途に望まれるか必要とされる場合に許容される。
慣用の黒色火薬と比較して、非吸湿性バインダー及び結晶質化合物の使用は、本発明の固体火工品組成物の水分取り込みを下げる。好ましい態様において、固体火工品組成物の水分取り込みは、75%の相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり0.3重量%以下、さらに好ましくは0.25重量%以下である。
Other components, including graphite, metal or metalloid fuels and fillers are also acceptable if desired or required for the intended use of the solid pyrotechnic composition.
Compared to conventional black explosives, the use of non-hygroscopic binders and crystalline compounds reduces the water uptake of the solid pyrotechnic composition of the present invention. In a preferred embodiment, the moisture uptake of the solid pyrotechnic composition is no more than 0.3 wt%, more preferably no more than 0.25 wt% over 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 ° C (70 ° F). It is.

さらに、酸化剤塩及び有機結晶質化合物の比率を調節することによって、点火時に2300K以下、好ましくは1750K〜2300Kの理論火炎温度を有する配合物を得ることができる。一般に、過塩素酸塩の濃度を増すことは、火炎温度を増し、過塩素酸の濃度を減らすことは理論火炎温度を下げる。一方、理論火炎温度は有機結晶質化合物と逆相関関係を有する。理論火炎温度はNASA-Lewis熱化学計算によって計算される。このプログラムのコピーはオハイオ州クリーブランドのNASA Glenn Research Centerを通じて入手できる。   Furthermore, by adjusting the ratio of the oxidant salt and the organic crystalline compound, it is possible to obtain a blend having a theoretical flame temperature of 2300K or less, preferably 1750K to 2300K at the time of ignition. In general, increasing the concentration of perchlorate increases the flame temperature, and decreasing the concentration of perchloric acid decreases the theoretical flame temperature. On the other hand, the theoretical flame temperature has an inverse correlation with the organic crystalline compound. The theoretical flame temperature is calculated by NASA-Lewis thermochemical calculation. A copy of the program is available through the NASA Glenn Research Center in Cleveland, Ohio.

本発明の現在好ましい態様において、黒色火薬代替物(BPS)組成物は61.6重量%の15ミクロン硝酸カリウム、15重量%の20ミクロン過塩素酸カリウム、18.9重量%の6ミクロンフェノールフタレイン、及び4.5重量%の500000分子量のポリ(酢酸ビニル)を含む。   In a presently preferred embodiment of the present invention, a black powder substitute (BPS) composition comprises 61.6% by weight 15 micron potassium nitrate, 15% by weight 20 micron potassium perchlorate, 18.9% by weight 6 micron phenolphthalein. And 4.5% by weight of 500,000 molecular weight poly (vinyl acetate).

本発明の他の態様に従い、過塩素酸塩酸化剤粒子及び有機結晶質粒子を含む、B/KNOの代替火工品組成物が提供される。
本発明のこの態様のために適切な過塩素酸塩及び有機結晶質粒子は、黒色火薬代替組成物と関連して上述し列挙したものから選択できる。一般に、ホウ素/硝酸カリウムは比較的高い理論火炎温度、好ましくは少なくとも2300K、さらに好ましくは2300K〜3000Kの範囲で燃焼する。そのような高い火炎温度を、比較的高い過塩素酸塩含量、例えば固体火工品組成物の全重量を基準として約20重量%〜約90重量%、さらに好ましくは30〜90重量%を使用することによって得ることが可能である。過塩素酸塩は、理論火炎温度を上昇させるために硝酸塩のような他の酸化剤より大きい効果を有することが発見された。一般に、理論火炎温度を調節するために、有機結晶質化合物と所望のバインダーと比較して、低めの含量の過塩素酸塩と高めの含量の他の酸化剤(例えば硝酸塩)を組み合わせる。一方、有機結晶質粒子及び所望のバインダーと比較して、高めの含量の過塩素酸が低い含量の他の酸化剤と組み合わされる。
In accordance with another aspect of the present invention, there is provided an alternative pyrotechnic composition of B / KNO 3 comprising perchlorate oxidant particles and organic crystalline particles.
Suitable perchlorate and organic crystalline particles for this aspect of the invention can be selected from those listed and listed above in connection with the black powder replacement composition. In general, boron / potassium nitrate burns at relatively high theoretical flame temperatures, preferably at least 2300K, more preferably in the range of 2300K to 3000K. Such a high flame temperature is used at a relatively high perchlorate content, for example from about 20% to about 90% by weight, more preferably from 30 to 90% by weight, based on the total weight of the solid pyrotechnic composition. Can be obtained. It has been discovered that perchlorate has a greater effect than other oxidants such as nitrate to raise the theoretical flame temperature. In general, to adjust the theoretical flame temperature, a lower content of perchlorate and a higher content of other oxidants (eg, nitrates) are combined as compared to the organic crystalline compound and the desired binder. On the other hand, a higher content of perchloric acid is combined with a lower content of other oxidants compared to the organic crystalline particles and the desired binder.

黒色火薬及びホウ素/硝酸カリウム組成物を製造するための慣用の方法が、本発明の固体火工品組成物を製造するために実施し得る。例えば、Dillehayらへの米国特許第5670098号に記述されるツインスクリュー押出機が使用し得る。同様に、ボールミリング、ミュラーミリング、及び他のミリング技術が使用し得る。これらの方法は本技術において既知であり、文献に記載されている。   Conventional methods for producing black gunpowder and boron / potassium nitrate compositions can be implemented to produce the solid pyrotechnic compositions of the present invention. For example, a twin screw extruder described in US Pat. No. 5670098 to Dillehay et al. Can be used. Similarly, ball milling, Muller milling, and other milling techniques may be used. These methods are known in the art and are described in the literature.

本発明と共に使用することが企図される1つの例の方法に従って、バインダーをホバート(Hobert)ミキサー内で適切な溶媒中に溶解し、そして有機結晶質粒子(例えばフェノールフタレイン)をこの溶解したバインダーに加える。次に、酸化剤粒子をホバートミキサーに加える。酸化剤粒子は同時に又は互いに異なった時に加え得る。1種より多い酸化剤粒子を使用する場合には、粒子は予備混合する必要はない。溶媒を例えば真空又は蒸発等で除去するときに、材料を小球にするまで成分をホバートミキサー内でブレンドする。小球を適切な大きさに、例えばストークスグラニュレーターで細粒化する。次に細粒を適切な条件下、例えば135°Fの対流オーブン内でアルミニウムトレー上で乾燥する。乾燥後、追加の細粒化を実施して凝集物を粉砕することができる。この技術は単に例示である。多くの修正をこの技術になし得る。例えば、溶媒を加える前に、バインダーを有機結晶質粒子と予備ブレンドし得る。同様の条件及び工程を、ツインスクリュー押出機で処理するために使用し得る。   In accordance with one example method contemplated for use with the present invention, a binder is dissolved in a suitable solvent in a Hobert mixer, and organic crystalline particles (eg, phenolphthalein) are dissolved in the dissolved binder. Add to. Next, the oxidant particles are added to the Hobart mixer. Oxidant particles can be added simultaneously or at different times. If more than one oxidizer particle is used, the particles need not be premixed. When the solvent is removed, such as by vacuum or evaporation, the ingredients are blended in a Hobart mixer until the material is globuled. The small spheres are refined to an appropriate size, for example, with a Stokes granulator. The granules are then dried on aluminum trays under appropriate conditions, for example in a 135 ° F. convection oven. After drying, additional atomization can be performed to grind the agglomerates. This technique is merely exemplary. Many modifications can be made to this technique. For example, the binder can be preblended with the organic crystalline particles prior to adding the solvent. Similar conditions and processes can be used for processing in a twin screw extruder.

所望により、もし細粒がペレットにプレス加工されるべきであれば、細粒と適切な処理助剤、例えばステアリン酸カルシウムとのブレンドを実施することができる。好ましくは、ステアリン酸カルシウムコーティングは粒子の約0.5重量%を構成する。ペレットはそのまま使用、あるいはさらに処理して(例えばグラインディングによって)細粒化黒色火薬に匹敵する弾道性を有する高密度グラニュールを作ることができる。   If desired, if the granules are to be pressed into pellets, blending of the granules with a suitable processing aid such as calcium stearate can be performed. Preferably, the calcium stearate coating comprises about 0.5% by weight of the particles. The pellets can be used as is or further processed (eg by grinding) to produce high density granules with ballistic properties comparable to finely divided black powder.

本発明の方法の好ましい面において、アルカリ金属ヒロドキシド、例えば水酸化カリウムを少なくとも1種の有機結晶質化合物(例えばフェノールフタレイン又はフェノールフタレイン誘導体)と組み合わせて有機結晶質化合物の塩を含む溶液を製造する。この溶液を硝酸又は過塩素酸と混合、又は望まれるのであればこれらの酸の組合せと混合する。アルカリ金属ヒドロキシドが硝酸又は過塩素酸と反応してアルカリ金属硝酸塩粒子又はアルカリ金属過塩素酸塩粒子をそれぞれ形成する。さらに、酸は、塩を有機結晶質化合物に転化して戻すのに役立ち、同時に、好ましくは有機結晶質化合物の粒径を約30ミクロン以下、さらに好ましくは20ミクロン以下に減じる。約30ミクロン以下の平均粒径を有する追加の酸化剤粒子を添加し得る。この添加又は組合せ工程は、その場で、アルカリ金属ヒドロキシドと硝酸又は過塩素酸の反応によって酸化剤粒子を形成することによってなし得る。酸化剤粒子は硝酸塩及び/又は過塩素酸塩を含む。火工品組成物は、必要か又は望まれる場合には、次に乾燥され得る。例として、そして限定なしに、乾燥は減圧又は周囲圧下で実施でき、そして室温又は高温で実施し得る。乾燥方法は本技術において周知である。   In a preferred aspect of the method of the present invention, a solution comprising a salt of an organic crystalline compound in combination with an alkali metal hydroxide, such as potassium hydroxide, in combination with at least one organic crystalline compound (eg, phenolphthalein or a phenolphthalein derivative). To manufacture. This solution is mixed with nitric acid or perchloric acid or, if desired, with a combination of these acids. Alkali metal hydroxide reacts with nitric acid or perchloric acid to form alkali metal nitrate particles or alkali metal perchlorate particles, respectively. In addition, the acid serves to convert the salt back into an organic crystalline compound, while at the same time preferably reducing the particle size of the organic crystalline compound to about 30 microns or less, more preferably 20 microns or less. Additional oxidant particles having an average particle size of about 30 microns or less may be added. This addition or combination step can be accomplished in situ by forming oxidant particles by reaction of alkali metal hydroxide with nitric acid or perchloric acid. The oxidant particles include nitrate and / or perchlorate. The pyrotechnic composition can then be dried if necessary or desired. By way of example and without limitation, drying can be performed under reduced or ambient pressure and can be performed at room temperature or elevated temperature. Drying methods are well known in the art.

平均粒径の決定は、規格ISO-13320-1:1999(E), “Particle Size Analysis-Laser Diffraction Methods”に従って実施され、この開示は明確な参照によってここに組み込まれる。一般に、この規格は光の散乱角度と波長の関数としての角光散乱強度のマトリックス転化から平均粒径を導くことを説明する。適切なアルゴリズムは、フラウンフォーファー前方光散乱理論に基づいており、これは当該物及び担体媒質の両方の屈折率を組み込んでいる。   The determination of the average particle size is carried out according to the standard ISO-13320-1: 1999 (E), “Particle Size Analysis-Laser Diffraction Methods”, the disclosure of which is hereby incorporated by express reference. In general, this standard explains that the average particle size is derived from matrix conversion of angular light scattering intensity as a function of light scattering angle and wavelength. A suitable algorithm is based on Fraunhofer forward light scattering theory, which incorporates the refractive indices of both the object and the carrier medium.

MICROTRAC(R)系を使用して、再循環浴が、装置の光学セルに粒子の懸濁流れを与えるために使用される。セルの内側で、粒子の懸濁流れと、光の回折パターンをつくる小レーザー線とが衝突する。この光の回折パターンは、エネルギー分布マトリックスへの転換され、これは種々の粒径の性質、例えば強度、分布、平均直径、累積体積等を与えられた試料について生じる。 Use MICROTRAC (R) system, re-circulating bath is used to give a suspension particle flow into optical cell of the device. Inside the cell, the suspended particle flow collides with a small laser beam that creates a light diffraction pattern. This light diffraction pattern is transformed into an energy distribution matrix, which occurs for samples given various particle size properties such as intensity, distribution, average diameter, cumulative volume, and the like.

本発明の固体の火工品組成物は種々の用途(例えば開始剤、熱線と共に使用される一番点火組成物、ガス発生剤、推進薬等を含む)に有用である。本発明の固体の火工品組成物は、例えばフレア、ロケットモーター、及び乗り物内の二次拘束システム(エアバッグ装置)に使用し得る。   The solid pyrotechnic composition of the present invention is useful for a variety of applications, including, for example, initiators, primary ignition compositions used with heat rays, gas generants, propellants and the like. The solid pyrotechnic composition of the present invention may be used, for example, in flares, rocket motors, and secondary restraint systems (airbag devices) in vehicles.

以下の実施例は、本発明の態様をさらに詳細に説明するために役立つ。これらの実施例は本発明の範囲に関して網羅的であるとも排他的であるとも解釈されるべきではない。   The following examples serve to illustrate aspects of the invention in further detail. These examples should not be construed as exhaustive or exclusive with respect to the scope of the invention.

実施例1
ミニペイントシェーカー内で、50mLのNalgeneバイアル中で、3.78g(18.9重量%)の6-ミクロンフェノールフタレイン、12.32g(61.6重量%)の15-ミクロン硝酸カリウム、及び3g(15重量%)の20-ミクロン過塩素酸カリウムを1分間乾燥ブレンドした。これらの粉末に、2.92gの30.87%のポリ(酢酸ビニル)(酢酸エチル中)(4.5重量%のPVA乾燥重量)、並びに2.0gの酢酸エチルを加えた。次に成分をペイントシェーカー内で1分間混合し、その後スパチュラでNalgene容器の端部をかきとり、そしてさらに1分間ペイントシェーカー内で混合した。酢酸エチルの一部を換気フード内でときどき攪拌しながら周囲温度で蒸発させた。得られたペーストを10、16及び30メッシュの篩を順次通して粒状化した。得られた細粒を73.9℃(165°F)のオーブン内で乾燥し、次に40/+100メッシュにふるい分けた。弾道性能を、45ccの密閉ボンベ内で熱線で2gの試料を点火することによって決定した。水分取り込みデータを、21.1℃(70°F)において飽和塩化ナトリウム溶液上の密閉容器内のアルミニウム秤量皿内にほぼ3gの試料を置くことによって得た。
Example 1
3.78 g (18.9 wt%) 6-micron phenolphthalein, 12.32 g (61.6 wt%) 15-micron potassium nitrate, and 3 g (15 wt%) 20 in a 50 mL Nalgene vial in a mini paint shaker. -Micron potassium perchlorate was dry blended for 1 minute. To these powders were added 2.92 g of 30.87% poly (vinyl acetate) in ethyl acetate (4.5 wt% PVA dry weight), as well as 2.0 g ethyl acetate. The ingredients were then mixed for 1 minute in a paint shaker, after which the end of the Nalgene container was scraped with a spatula and mixed for an additional 1 minute in the paint shaker. A portion of ethyl acetate was evaporated at ambient temperature with occasional stirring in a fume hood. The resulting paste was granulated by passing sequentially through 10, 16, and 30 mesh screens. The resulting granules were dried in an oven at 73.9 ° C. (165 ° F.) and then screened to 40 / + 100 mesh. Ballistic performance was determined by igniting a 2 g sample with hot wire in a 45 cc sealed bomb. Moisture uptake data was obtained by placing approximately 3 g of sample in an aluminum weighing dish in a closed container on saturated sodium chloride solution at 21.1 ° C. (70 ° F.).

実施例2
70−ミクロンのフェノールフタレインを使用したことを除き、実施例1と同じ方法で試料を調製し、そして弾道性能を試験した。水分取り込みデータを、21.1℃(70°F)において飽和塩化ナトリウム溶液上の密閉容器内の1gのアルミニウム秤量皿内にほぼ3gの試料を置くことによって得た。得られた弾道性能及び水分取り込みデータを表1に示す。
Example 2
Samples were prepared and tested for ballistic performance in the same manner as Example 1 except that 70-micron phenolphthalein was used. Moisture uptake data was obtained by placing approximately 3 g of sample in a 1 g aluminum weighing pan in a closed container over saturated sodium chloride solution at 21.1 ° C. (70 ° F.). The obtained ballistic performance and moisture uptake data are shown in Table 1.

実施例3
実施例1における同じ処方を50gサイズにスケールアップした。100mLのプラスチックバイアル内で、9.45gの6ミクロンのフェノールフタレイン(18.9重量%)、30.8gの15ミクロン硝酸カリウム(61.6重量%)、7.5gの20ミクロン過塩素酸カリウム(15重量%)を1分間、ミニペイントシェーカー内で乾燥ブレンドした。この粉末に、7.3gの30.87%のポリ(酢酸ビニル)(酢酸エチル中)(4.5重量%のPVA乾燥重量)、並びに5.0gの酢酸エチルを加えた。実施例1のように試料を混合し、細粒化し、そして弾道性能を試験し、そして実施例2のように水分取り込みについて試験した。
Example 3
The same formulation in Example 1 was scaled up to 50 g size. In a 100 mL plastic vial, 9.45 g of 6 micron phenolphthalein (18.9 wt%), 30.8 g of 15 micron potassium nitrate (61.6 wt%), 7.5 g of 20 micron potassium perchlorate (15 wt%) Dry blend in a mini paint shaker for minutes. To this powder was added 7.3 g of 30.87% poly (vinyl acetate) in ethyl acetate (4.5 wt% PVA dry weight), as well as 5.0 g of ethyl acetate. Samples were mixed, granulated and ballistic performance tested as in Example 1 and tested for moisture uptake as in Example 2.

実施例4
水分取り込み試験を除き、実施例3を繰り返した。
実施例5〜9
黒色火薬代替物の20g試料を混合、細粒化、乾燥し、そして弾道性能について試験した。これらの配合物は異なる量の6−ミクロンフェノールフタレイン、20−ミクロンの過塩素酸カリウム、及び15ミクロンの硝酸カリウムを有する。酢酸エチル及び酢酸エチル中に溶解したポリ(酢酸ビニル)の量は同じままである。配合と試験データを表1にまとめる。
Example 4
Example 3 was repeated except for the moisture uptake test.
Examples 5-9
A 20 g sample of black powder substitute was mixed, granulated, dried, and tested for ballistic performance. These formulations have different amounts of 6-micron phenolphthalein, 20-micron potassium perchlorate, and 15 micron potassium nitrate. The amount of poly (vinyl acetate) dissolved in ethyl acetate and ethyl acetate remains the same. The formulation and test data are summarized in Table 1.

実施例10〜12
実施例2に列挙した成分に加えて硫黄が一成分である配合物も調製した。調製の方法は、70ミクロンのフェノールフタレイン及び硫黄をペイントシェーカー上で125mLのプラスチックバイアル内で0.635cm(0.25インチ)直径のプラスチックビーズの存在下に予備ブレンドし、その後にブレンドした材料を20gのNalgeneバイアル内の黒色火薬代替物のミックスに加えた。弾道性能データは表1中の実施例2のものと比較すべきである。これはこの配合が匹敵する粒子サイズのフェノールフタレインを有するからである。
Examples 10-12
In addition to the ingredients listed in Example 2, a formulation was also prepared in which sulfur was one component. The method of preparation involves pre-blending 70 micron phenolphthalein and sulfur in a 125 mL plastic vial on a paint shaker in the presence of 0.635 cm (0.25 inch) diameter plastic beads, after which 20 g of the blended material is added. Added to the black powder substitute mix in Nalgene vials. Ballistic performance data should be compared with that of Example 2 in Table 1. This is because this formulation has phenolphthalein of comparable particle size.

実施例13
実施例10〜12と同様に、硫黄を含むこの配合物を調製し、そして実験した。ただじ6−ミクロンのフェノールフタレインを調製に使用したので、これらの弾道性能は実施例1及び3〜9と比較することができる。
Example 13
Similar to Examples 10-12, this formulation containing sulfur was prepared and tested. Since only 6 micron phenolphthalein was used in the preparation, these ballistic performances can be compared to Examples 1 and 3-9.

実施例14
50mLのNalgeneバイアル内で、0.9gの85-90% KOHを0.9gの水に溶解した。この溶液に、2.24gのフェノールフタレインを加え、そして成分を全てのフェノールフタレインがその2カリウム塩に転化されて粘稠な紫色のシロップが生じるまで攪拌した。このシロップに2.33mLの6M硝酸を加え、そしてこの今後打つを白色のスラリーが生じるまで攪拌した。追加の4.84gのKNO3及び1.5gのKClO4を加えた。スラリーを部分的に乾燥し、そして実施例1のペーストと同様に細粒化した。弾道性能結果及び配合百分率を表1に示す。
Example 14
In a 50 mL Nalgene vial, 0.9 g of 85-90% KOH was dissolved in 0.9 g of water. To this solution was added 2.24 g of phenolphthalein and the ingredients were stirred until all the phenolphthalein was converted to its dipotassium salt resulting in a viscous purple syrup. To this syrup was added 2.33 mL of 6M nitric acid, and this future strike was stirred until a white slurry formed. An additional 4.84 g KNO 3 and 1.5 g KClO 4 were added. The slurry was partially dried and ground as in the paste of Example 1. The ballistic performance results and blend percentages are shown in Table 1.

実施例15
50mLのNalgeneバイアル内で、2.62gのフェノールフタレインを0.5gの70%水/30%エタノールの溶液に加えた。このスラリーに、1.34gの30%の水性KOH溶液を加えた。成分を混合して紫―赤のスラリーを得、そして11.98gのKClO4を加えた。スラリーを乾燥し、そして−12メッシュへ細粒化した。自動車の安全バッグドライバー側ガス発生装置をエミュレートする再使用可能なハードウエア(図1)内で、高い炎温度点火薬の性能をB/KNO3配合物のものと比較した。具体的には、点火薬をドライバー側の自動車安全バッグの膨張機を模倣して設計された再使用可能なハードウエア内で点火した。両方の試験において利用された非アジドガス発生剤の充填量は38gであった(”Metal Complexes For Use As Gas Generants”; Jerald C. Hinshaw, Daniel W. Doll, Reed J. Blau, Gary K. Lund; Patent 5,592,812(1/14/97)、5,673,935(10/7/97)、5,725,699(3/10/98)及び5,735,118(4/7/98))。水分取り込みデータ及び成分の百分率を表2にまとめる。
Example 15
In a 50 mL Nalgene vial, 2.62 g phenolphthalein was added to 0.5 g of 70% water / 30% ethanol solution. To this slurry was added 1.34 g of 30% aqueous KOH solution. The ingredients were mixed to give a purple-red slurry and 11.98 g KClO 4 was added. The slurry was dried and granulated to -12 mesh. Within the reusable hardware (Figure 1) that emulates a car safety bag driver side gas generator, the performance of the high flame temperature igniter was compared to that of the B / KNO 3 formulation. Specifically, the igniter was ignited in reusable hardware designed to mimic the expander of a driver's car safety bag. The loading of the non-azide gas generant used in both tests was 38 g (“Metal Complexes For Use As Gas Generants”; Jerald C. Hinshaw, Daniel W. Doll, Reed J. Blau, Gary K. Lund; Patent 5,592,812 (1/14/97), 5,673,935 (10/7/97), 5,725,699 (3/10/98) and 5,735,118 (4/7/98)). The moisture uptake data and component percentages are summarized in Table 2.

実施例16〜21
配合物を実施例15のものと同様に混合した。バインダーを酸化剤と同時に加えた。水分の取り込みを実施例2に記述したように決定した。データを表2にまとめる。
Examples 16-21
The formulation was mixed as in Example 15. The binder was added simultaneously with the oxidant. Water uptake was determined as described in Example 2. The data is summarized in Table 2.

Figure 0003981356
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Figure 0003981356
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表1からわかる様に、本発明の配合物は従来の黒色粉末及び従来の黒色火薬代替物組成物と等しいか又はそれらより優れた弾道性能を有した。硫黄を含まない態様のものでは、弾道性能は実施例1、3、5、7及び8において特に良好であり、これらの実施例においては全酸化剤濃度は65〜80重量%の範囲で存在し、そしてフェノールフタレインが13〜22重量%の範囲で存在する。実施例2は比較的おおきな70ミクロンのフェノールフタレイン粒子を使用する。実施例6及び9は80重量%より多い酸化剤を有する。こっらの因子は、実施例1、3〜5及び7と比較して弾道性能、特に平均スロープ測定値を下げる。   As can be seen from Table 1, the formulations of the present invention had ballistic performance equal to or better than conventional black powder and conventional black powder substitute compositions. For those embodiments that do not contain sulfur, ballistic performance is particularly good in Examples 1, 3, 5, 7, and 8, in which the total oxidant concentration is in the range of 65-80 wt%. And phenolphthalein is present in the range of 13-22% by weight. Example 2 uses relatively large 70 micron phenolphthalein particles. Examples 6 and 9 have greater than 80 wt% oxidizer. These factors reduce ballistic performance, especially the average slope measurement, compared to Examples 1, 3-5 and 7.

表2は、フェノールフタレインの結晶がもつ、その有機結晶質状態でのフェノールフタレインと比較して高い水分取り込みを示す。有機結晶質化合物の塩に対する比は水分取り込みと逆相関し、すなわち比が増すほど水分取り込みは減少する。   Table 2 shows the high water uptake of phenolphthalein crystals compared to phenolphthalein in its organic crystalline state. The ratio of organic crystalline compound to salt is inversely related to water uptake, ie, water uptake decreases as the ratio increases.

本発明の前述の詳細な説明は本発明の原理及びその実際上の用途を説明し、それによって本技術の当業者が本発明を種々の態様及び意図あれる実際上の用途に適した種々の修正を理解できるようにする目的のために与えらている。この説明は網羅的であることを意図するものでも、開示した正確な態様に本発明を限定することを意図するものではない。修正及び均等が本技術における当業者に明らかであり、そして特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる。   The foregoing detailed description of the invention explains the principles of the invention and its practical application, so that those skilled in the art can make the invention suitable for various aspects and intended practical applications. It is given for the purpose of making the modifications understandable. This description is intended to be exhaustive and is not intended to limit the invention to the precise form disclosed. Modifications and equivalents will be apparent to those skilled in the art and are included within the spirit and scope of the claims.

商業的に利用されるB/KNO点火薬と本発明に従い調製される実施例15のホウ素を含まない点火薬との点火性能の比較を示す。2 shows a comparison of ignition performance between a commercially utilized B / KNO 3 igniter and the boron-free igniter of Example 15 prepared according to the present invention.

Claims (61)

固形火工品組成物であって、
40〜90重量%の酸化剤粒子、酸化剤粒子は30ミクロン以下の平均粒径を有し、かつアルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種、及びアルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む、
有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩、ここで有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が、固体火工品組成物の全重量の10〜60重量%を占める、ここで有機結晶質粒子が、フェノール化合物と無水フタル酸との反応から誘導される有機結晶質化合物及びフェノールフタレインより成る群から選択される少なくとも1種を含む有機結晶質化合物を含む;並びに
非吸湿性バインダー
から成る、前記の固形火工品組成物。
A solid pyrotechnic composition,
40 to 90% by weight of oxidant particles, the oxidant particles having an average particle size of 30 microns or less and at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrates, and alkali metal perchlorates and Comprising at least one selected from the group consisting of ammonium perchlorate,
The organic crystalline particles and optionally a salt of at least one organic crystalline particle, wherein the organic crystalline particles and optionally a salt of at least one organic crystalline particle are 10 of the total weight of the solid pyrotechnic composition. Organic crystals comprising ˜60% by weight, wherein the organic crystalline particles comprise at least one selected from the group consisting of organic crystalline compounds derived from the reaction of phenolic compounds and phthalic anhydride and phenolphthalein A quality compound; and
Non-hygroscopic binder
Consisting of, said of solid pyrotechnic composition.
酸化剤粒子が硝酸カリウムを含む、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the oxidizer particles comprise potassium nitrate. 酸化剤粒子が過塩素酸カリウムを含む、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the oxidizer particles comprise potassium perchlorate. 酸化剤粒子の平均粒径が5〜20ミクロンの範囲である、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 1, wherein the average particle diameter of the oxidant particles is in the range of 5 to 20 microns. 酸化剤粒子が固体火工品組成物の65〜80重量%を構成する、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the oxidizer particles comprise 65 to 80 wt% of the solid pyrotechnic composition. 固体火工品組成物の全重量の0.5重量%〜30重量%が、アルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種から成る、請求項1に記載の固体火工品組成物。2. The solid pyrotechnic composition comprising 0.5% -30% by weight of at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate. Solid pyrotechnic composition. 固体火工品組成物の全重量の5重量%〜20重量%が、アルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種から成る、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid according to claim 1, wherein 5 to 20% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition is at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate. Pyrotechnic composition. 固体火工品組成物の全重量の5重量%〜20重量%が、過塩素酸カリウムより成る、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 1, wherein 5 to 20 wt% of the total weight of the solid pyrotechnic composition comprises potassium perchlorate. 有機結晶質粒子がフェノールフタレインを含む、請求項1に記載の固体の火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the organic crystalline particles comprise phenolphthalein. 固体火工品組成物の13〜22重量%がフェノールフタレインと所望によるフェノールフタレイン塩から成る、請求項10に記載の固体火工品組成物。11. The solid pyrotechnic composition of claim 10, wherein 13-22% by weight of the solid pyrotechnic composition comprises phenolphthalein and optionally a salt of phenolphthalein. 有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が30ミクロン以下の平均粒径を有する、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the organic crystalline particles and optionally the salt of at least one organic crystalline particle has an average particle size of 30 microns or less. 有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が15ミクロン以下の平均粒径を有する、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the organic crystalline particles and optionally the salt of at least one organic crystalline particle has an average particle size of 15 microns or less. 火工品組成物内の有機結晶質粒子の、少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩に対する重量比が少なくとも80:20である、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 1, wherein the weight ratio of the organic crystalline particles in the pyrotechnic composition to the salt of at least one organic crystalline particle is at least 80:20. 固体火工品組成物が少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩を含まない、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 1, wherein the solid pyrotechnic composition does not contain a salt of at least one organic crystalline particle. 非吸湿性バインダーが非吸湿性ポリマーバインダーであり、非吸湿性ポリマーバインダーは75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり4重量%以下の水分取り込みを有する、請求項1に記載の固体火工品組成物。 The non-hygroscopic binder is a non-hygroscopic polymer binder, wherein the non-hygroscopic polymer binder has a moisture uptake of no more than 4 wt% over 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 ° C (70 ° F). The solid pyrotechnic composition described in 1. 非吸湿性ポリマーバインダーが固体火工品組成物の全重量の10重量%以下を構成する、請求項15に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 15 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises 10 wt% or less of the total weight of the solid pyrotechnic composition. 非吸湿性ポリマーバインダーが固体火工品組成物の全重量の3〜6重量%を構成する、請求項15に記載の固体火工品組成物。 16. A solid pyrotechnic composition according to claim 15 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises 3-6% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition. 非吸湿性ポリマーバインダーがポリ(酢酸ビニル)を含む、請求項15に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 15 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises poly (vinyl acetate). 非吸湿性ポリマーバインダーが、エチルセルロース及びナイロンより成る群から選択される少なくとも1種を含む、請求項15に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 15 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises at least one selected from the group consisting of ethyl cellulose and nylon. 非吸湿性ポリマーバインダーが、ポリ(酢酸ビニル−ビニルアルコール)、ナイロン、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、ポリエチレングリコール、ニトロセルロース、及び鎖延長BAMOより成る群から選択される少なくとも1種を含む、請求項15に記載の固体火工品組成物。The non-hygroscopic polymer binder comprises at least one selected from the group consisting of poly (vinyl acetate-vinyl alcohol), nylon, poly (ethylene-vinyl acetate), polyethylene glycol, nitrocellulose, and chain extended BAMO. Item 16. A solid pyrotechnic composition according to Item 15 . 固体火工品組成物は75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり0.25重量%以下の水分取り込みを有する、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the solid pyrotechnic composition has a moisture uptake of 0.25 wt% or less over 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 ° C. (70 ° F.). 固体火工品組成物が、点火したときに2300K以下の理論炎温度を有するように配合されている、請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 1, wherein the solid pyrotechnic composition is formulated so as to have a theoretical flame temperature of 2300K or less when ignited. 固体火工品組成物が、点火したときに1750K〜2300Kの範囲の理論炎温度を有するように配合されている請求項1に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 1, wherein the solid pyrotechnic composition is formulated to have a theoretical flame temperature in the range of 1750K to 2300K when ignited. 固形火工品組成物であって、
40〜90重量%の酸化剤粒子、酸化剤粒子は30ミクロン以下の平均粒径を有し、かつアルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種、及び所望によってアルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む
有機結晶質粒子、及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩、ここで有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が、固体火工品組成物の全重量の10〜60重量%を構成し、ここで有機結晶質粒子が、フェノール化合物と無水フタル酸との反応から誘導される有機結晶質化合物及びフェノールフタレインより成る群から選択される少なくとも1種を含む結晶質有機化合物を含み;並びに
非吸湿性バインダーから成り、
固体火工品組成物の20〜90重量%が、アルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種から成る
前記の固形火工品組成物。
A solid pyrotechnic composition,
40-90% by weight oxidant particles, the oxidant particles having an average particle size of 30 microns or less and at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate, and desired Including at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrates ;
Organic crystalline particles, and salts of at least one organic crystalline particles that by the desired salt wherein the organic crystalline particles and at least one organic crystalline particles by desirable, solid pyrotechnic compositions all At least one selected from the group consisting of organic crystalline compounds derived from the reaction of phenolic compounds with phthalic anhydride and phenolphthalein, comprising 10-60% by weight of the organic crystalline particles A crystalline organic compound comprising:
Consisting of a non-hygroscopic binder,
The solid pyrotechnic composition as described above, wherein 20 to 90% by weight of the solid pyrotechnic composition comprises at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate.
酸化剤粒子がアルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種を含む、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the oxidizer particles comprise at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrate. 酸化剤粒子が硝酸カリウムを含む、請求項24に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the oxidant particles comprise potassium nitrate. 酸化剤粒子が過塩素酸カリウムを含む、請求項24に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 24 , wherein the oxidizer particles comprise potassium perchlorate. 酸化剤粒子の平均粒径が5〜20ミクロンの範囲である、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the average particle size of the oxidizer particles is in the range of 5 to 20 microns. 固体火工品組成物の全重量の30〜90重量%がアルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種からなる、請求項24に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic product according to claim 24 , wherein 30 to 90% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition is at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorate. Composition. 固体火工品組成物の全重量の30〜90重量%が過塩素酸カリウムから成る、請求項28に記載の固体火工品組成物。29. The solid pyrotechnic composition according to claim 28 , wherein 30 to 90% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition comprises potassium perchlorate. 固体火工品組成物の全重量の65〜80重量%が酸化剤粒子から成る、請求項24に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition according to claim 24 , wherein 65 to 80 wt% of the total weight of the solid pyrotechnic composition is comprised of oxidizer particles. 有機結晶質粒子がフェノールフタレインを含む、請求項24に記載の固体の火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the organic crystalline particles comprise phenolphthalein. 固体火工品組成物の13〜22重量%がフェノールフタレインと所望によるフェノールフタレインの塩から成る、請求項32に記載の固体火工品組成物。33. The solid pyrotechnic composition of claim 32 , wherein 13-22% by weight of the solid pyrotechnic composition comprises phenolphthalein and optionally a salt of phenolphthalein. 有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が30ミクロン以下の平均粒径を有する、請求項24に記載の固体火工品組成物。Salts of at least one organic crystalline particles that by the organic crystalline particles and optionally have an average particle size of less than or equal to 30 microns, solid pyrotechnic composition according to claim 24. 有機結晶質粒子及び所望による少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩が15ミクロン以下の平均粒径を有する、請求項24に記載の固体火工品組成物。Salts of at least one organic crystalline particles that by the organic crystalline particles and optionally have an average particle size of less than or equal to 15 microns, solid pyrotechnic composition according to claim 24. 固体火工品組成物において有機結晶質粒子の、少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩に対する重量比が少なくとも80:20である、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24, wherein the weight ratio of the organic crystalline particles to the salt of at least one organic crystalline particle in the solid pyrotechnic composition is at least 80:20. 固体火工品組成物が少なくとも1種の有機結晶質粒子の塩を含まない、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the solid pyrotechnic composition does not include a salt of at least one organic crystalline particle. 非吸湿性バインダーが非吸湿性ポリマーバインダーであり、非吸湿性ポリマーバインダーは75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間で4重量%以下の水分取り込みを有する、請求項24に記載の固体火工品組成物。 25. The non-hygroscopic binder is a non-hygroscopic polymer binder, the non-hygroscopic polymer binder having a water uptake of 4% by weight or less in 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 ° C. (70 ° F.) The solid pyrotechnic composition described in 1. 非吸湿性ポリマーバインダーが固体火工品組成物の全重量の10重量%以下を構成する、請求項38に記載の固体火工品組成物。39. The solid pyrotechnic composition of claim 38 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises 10 wt% or less of the total weight of the solid pyrotechnic composition. 非吸湿性ポリマーバインダーが固体火工品組成物の全重量の3〜6重量%を構成する、請求項38に記載の固体火工品組成物。39. The solid pyrotechnic composition of claim 38 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises 3-6% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition. 非吸湿性ポリマーバインダーがポリ(酢酸ビニル)を含む、請求項38に記載の固体火工品組成物。40. The solid pyrotechnic composition of claim 38 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises poly (vinyl acetate). 非吸湿性ポリマーバインダーが、エチルセルロース及びナイロンより成る群から選択される少なくとも1種を含む、請求項38に記載の固体火工品組成物。40. The solid pyrotechnic composition of claim 38 , wherein the non-hygroscopic polymer binder comprises at least one selected from the group consisting of ethyl cellulose and nylon. 非吸湿性ポリマーバインダーが、ポリ(酢酸ビニル−ビニルアルコール)、ナイロン、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、ポリエチレングリコール、ニトロセルロース、及び鎖延長BAMOより成る群から選択される少なくとも1種を含む、請求項38に記載の固体火工品組成物。The non-hygroscopic polymer binder comprises at least one selected from the group consisting of poly (vinyl acetate-vinyl alcohol), nylon, poly (ethylene-vinyl acetate), polyethylene glycol, nitrocellulose, and chain extended BAMO. Item 39. The solid pyrotechnic composition according to Item 38 . 固体火工品組成物が75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり0.3重量%以下の水分取り込みを有する、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the solid pyrotechnic composition has a moisture uptake of 0.3 wt% or less over 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 [deg.] C (70 [deg.] F). 固体火工品組成物が75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり0.25重量%以下の水分取り込みを有する、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the solid pyrotechnic composition has a moisture uptake of 0.25 wt% or less over 24 hours at 75% relative humidity and 21.1 [deg.] C (70 [deg.] F). 固体火工品組成物が、点火したときに2300Kより高い理論炎温度を有するように配合されている、請求項24に記載の固体火工品組成物。25. The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the solid pyrotechnic composition is formulated to have a theoretical flame temperature greater than 2300K when ignited. 固体火工品組成物が、点火したときに2300K〜3000Kの理論炎温度を有するように配合されている、請求項24に記載の固体火工品組成物。The solid pyrotechnic composition of claim 24 , wherein the solid pyrotechnic composition is formulated to have a theoretical flame temperature of 2300K to 3000K when ignited. 固体火工品組成物を製造する方法であって、
アルカリ金属ヒドロキシドと少なくとも1種の有機結晶質化合物とを組み合わせて、少なくとも1種の有機結晶質化合物の塩を含む溶液を生成すること、
該溶液と硝酸とを組み合わせてアルカリ金属硝酸塩を形成し、そして該塩を粒子態の少なくとも1種の有機結晶質化合物に転化してもどすこと、ここでアルカリ金属硝酸塩粒子及び粒子形態の少なくとも1種の有機結晶質化合物はそれぞれ30ミクロン以下の平均粒径を有し、
アルカリ金属硝酸塩粒子及び粒子形態の少なくとも1種の有機結晶質化合物を、追加の酸化剤粒子組み合わせて火工品組成物を形成すること、ここで追加の酸化剤粒子は30ミクロン以下の平均粒径を有し、そしてアルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムから成る群から選択される少なくとも1種を含み、そして追加の酸化剤粒子は所望によってアルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種をさらに含み、
所望によって火工品組成物を乾燥して固体火工品組成物を得ること
を含み、
該固体火工品組成物の全重量の40〜90重量%が、アルカリ金属硝酸塩粒子及び追加の酸化剤粒子から成る、
前記の方法。
A method for producing a solid pyrotechnic composition comprising:
Combining an alkali metal hydroxide and at least one organic crystalline compound to produce a solution comprising a salt of at least one organic crystalline compound;
Combining the solution with nitric acid to form an alkali metal nitrate and converting the salt back into at least one organic crystalline compound in particulate form, wherein the alkali metal nitrate particles and at least one in particulate form Each of the organic crystalline compounds has an average particle size of 30 microns or less,
At least one organic crystalline compound of an alkali metal nitrate particles and particle morphology, forming a pyrotechnic composition in combination with an additional oxidizing agent particles, wherein additional oxidizer particles 30 microns or less in average particle And having at least one selected from the group consisting of alkali metal perchlorates and ammonium perchlorates, and the additional oxidant particles are optionally selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrates. Further comprising at least one of
Optionally drying the pyrotechnic composition to obtain a solid pyrotechnic composition;
40-90% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition consists of alkali metal nitrate particles and additional oxidant particles;
Said method.
アルカリ金属硝酸塩粒子が硝酸カリウムを含む、請求項48に記載の方法。49. The method of claim 48 , wherein the alkali metal nitrate particles comprise potassium nitrate. 追加の酸化剤粒子が過塩素酸カリウムを含む、請求項48に記載の方法。49. The method of claim 48 , wherein the additional oxidant particles comprise potassium perchlorate. 少なくとも1種の有機結晶質化合物がフェノールフタレインを含む、請求項48に記載の方法。49. The method of claim 48 , wherein the at least one organic crystalline compound comprises phenolphthalein. 固体火工品組成物が少なくとも1種の有機結晶質化合物の塩を含まない、請求項48に記載の方法。49. The method of claim 48 , wherein the solid pyrotechnic composition does not comprise a salt of at least one organic crystalline compound. 非吸湿性ポリマーバインダーを加えることをさらに含み、該吸湿性ポリマーバインダーは、75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間にわたり4重量%以下の水分取り込みを有する、請求項48に記載の方法。Further comprising adding a non-hygroscopic polymeric binder, the hygroscopic polymeric binder has a 4% by weight of water uptake over 75% relative humidity and 21.1 ℃ (70 ° F) in 24 hours, according to claim 48 The method described in 1. 固体火工品組成物が硫黄及び炭を含まない、請求項48に記載の方法。49. The method of claim 48 , wherein the solid pyrotechnic composition is free of sulfur and charcoal. 固体火工品組成物を製造する方法であって、
アルカリ金属ヒドロキシドと少なくとも1種の有機結晶質化合物とを組み合わせて、少なくとも1種の有機結晶質化合物の塩を含む溶液を生成すること、
該溶液と過塩素酸とを組み合わせてアルカリ金属過塩素酸塩を形成し、そして有機結晶質化合物の該塩を粒子形態の少なくとも1種の有機結晶質粒子に転化してもどすこと、ここでアルカリ金属過塩素酸塩粒子及び少なくとも1種の粒子形態の有機結晶質化合物はそれぞれ30ミクロン以下の平均粒径を有し、
アルカリ金属過塩素酸塩粒子及び粒子形態の少なくとも1種の有機結晶質化合物を、追加の酸化剤粒子組み合わせて火工品組成物を形成するこ、ここで追加の酸化剤粒子は30ミクロン以下の平均粒径を有し、そして
アルカリ金属硝酸塩及び硝酸アンモニウムから成る群から選択される少なくとも1種と、
アルカリ金属過塩素酸塩及び過塩素酸アンモニウムより成る群から選択される少なくとも1種
うちの少なくとも1種を含み、そして
所望によって火工品組成物を乾燥して固体火工品組成物を得ること
を含み、
該固体火工品組成物の全重量の40〜90重量%が、アルカリ金属過塩素酸粒子及び追加の酸化剤粒子から成る、
前記の方法。
A method for producing a solid pyrotechnic composition comprising:
Combining an alkali metal hydroxide and at least one organic crystalline compound to produce a solution comprising a salt of at least one organic crystalline compound;
Combining the solution with perchloric acid to form an alkali metal perchlorate and converting the salt of the organic crystalline compound into at least one organic crystalline particle in particulate form, wherein an alkali The metal perchlorate particles and the organic crystalline compound in at least one particle form each have an average particle size of 30 microns or less;
Alkali metal perchlorate particles and at least one organic crystalline compound in particle form are combined with additional oxidant particles to form a pyrotechnic composition, wherein the additional oxidant particles are 30 microns or less And at least one selected from the group consisting of alkali metal nitrates and ammonium nitrates,
Comprises at least one at least one of selected from the group consisting of ammonium alkali metal perchlorate and perchloric acid, and obtaining a solid pyrotechnic composition by drying the pyrotechnic composition by the desired Including
40-90% by weight of the total weight of the solid pyrotechnic composition consists of alkali metal perchloric acid particles and additional oxidant particles;
Said method.
追加の酸化剤粒子が硝酸カリウムを含む、請求項55に記載の方法。 56. The method of claim 55 , wherein the additional oxidant particles comprise potassium nitrate. アルカリ金属過塩素酸塩粒子が過塩素酸カリウムを含む、請求項55に記載の方法。 56. The method of claim 55 , wherein the alkali metal perchlorate particles comprise potassium perchlorate. 少なくとも1種の有機結晶質化合物がフェノールフタレインを含む、請求項55に記載の方法。 56. The method of claim 55 , wherein the at least one organic crystalline compound comprises phenolphthalein. 固体火工品組成物が少なくとも1種の有機結晶質化合物の塩を含まない、請求項55に記載の方法。 56. The method of claim 55 , wherein the solid pyrotechnic composition does not comprise a salt of at least one organic crystalline compound. 非吸湿性ポリマーバインダーを加えることをさらに含み、該非吸湿性ポリマーバインダーは、75%相対湿度及び21.1℃(70°F)において24時間で4重量%以下の水分取り込みを有する、請求項55に記載の方法。56. The method further comprises adding a non-hygroscopic polymer binder, the non-hygroscopic polymer binder having a moisture uptake of 4% by weight at 75% relative humidity and 24 hours at 21.1 ° C. (70 ° F.) . The method described in 1. 固体火工品組成物が硫黄及び炭を含まない、請求項55に記載の方法。 56. The method of claim 55 , wherein the solid pyrotechnic composition is free of sulfur and charcoal.
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