BR112016026619B1

BR112016026619B1 - PYROTECHNIC COMPOSITION

Info

Publication number: BR112016026619B1
Application number: BR112016026619-6A
Authority: BR
Inventors: John Hultman; Patrick McKee
Original assignee: Defense Technology, Llc
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2023-06-06

Abstract

COMPOSIÇÃO PIROTÉCNICA E MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO PIROTÉCNICA. Uma composição pirotécnica inclui um combustível, um oxidante, agentes de controle de fluxo e de taxa e resina de óleo de capsicum, como um material irritante. a composição é útil em produtos de controle de multidão. a composição contém ingredientes de controle de taxa para manter a combustão em uma temperatura abaixo do ponto de degradação da resina de óleo de capsicum, equilibrada com um material impulsor auxiliar para manter a combustão. (Figura 1)PYROTECHNICAL COMPOSITION AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF A PYROTECHNICAL COMPOSITION. A pyrotechnic composition includes a fuel, an oxidizer, flow and rate control agents, and capsicum oil resin as an irritant material. the composition is useful in crowd control products. The composition contains rate controlling ingredients to maintain combustion at a temperature below the capsicum oil resin degradation point, balanced with an auxiliary propellant material to maintain combustion. (Figure 1)

Description

Background of the Invention

[001] A presente invenção refere-se a produtos para o controle de multidão. Mais especificamente a invenção se refere a um material pirotécnico que contém um material irritante conforme é comumente usado em aplicações não letais e pouco letais, e a uma munição que contém tal material pirotécnico. Tal munição pode ser arremessada a mão, tal como uma granada de mão. Alternativamente, tal munição pode ser ejetada ou lançada a partir de um dispositivo lançador/ejetor tal como uma arma de fogo; uma forma bastante conhecida de tal munição é o projétil de 40 mm, o qual é relativamente grande, de baixa velocidade e um projétil de curta distância.[001] The present invention relates to products for crowd control. More specifically, the invention relates to a pyrotechnic material that contains an irritant material as commonly used in non-lethal and low-lethal applications, and to ammunition that contains such a pyrotechnic material. Such ammunition can be hand-thrown, just like a hand grenade. Alternatively, such ammunition may be ejected or launched from a launcher/ejector device such as a firearm; a well-known form of such ammunition is the 40mm projectile, which is a relatively large, low-velocity, short-range projectile.

[002] Tipicamente, tal projétil inclui como seu ingrediente ativo, um material irritante. O material irritante é disperso por intermédio de produtos de uma reação pirotécnica, incluindo fumaça. A fumaça é gerada por intermédio da queima de uma mistura de combustível e oxidante. Esta mistura pode sofrer ignição quando do lançamento do produto ou a mesma pode sofrer ignição durante o vôo depois de um período de retardo predeterminado, ou quando do impacto. Depois de a mistura sofrer ignição, a fumaça que é produzida dispersa e com ela transporta o material irritante.[002] Typically, such a projectile includes as its active ingredient, an irritant material. Irritating material is dispersed via products of a pyrotechnic reaction, including smoke. Smoke is generated by burning a mixture of fuel and oxidizer. This mixture can ignite when the product is launched or it can ignite during flight after a predetermined delay period, or upon impact. After the mixture is ignited, the smoke that is produced disperses and carries with it the irritating material.

[003] Historicamente, o gás lacrimogêneo CN e CS tem sido usado como o material irritante em tais munições. O gás lacrimogêneo é um agente lacrima tório (um composto químico que irrita os olhos assim causando lágrimas, dores e em alguns casos cegueira temporária. O material pirotécnico contendo gás lacrimogêneo tem sido efetiva e eficientemente fabricado como um material seco e granulado e montado em munições.[003] Historically, CN and CS tear gas has been used as the irritant material in such munitions. Tear gas is a tear gas agent (a chemical compound that irritates the eyes thus causing tears, pain and in some cases temporary blindness. Pyrotechnic material containing tear gas has been effectively and efficiently manufactured as a dry, granulated material and assembled into munitions .

[004] Outro agente lacrimatório é o pulverizador de pimenta, ou resina de óleo de capsicum (Oleoresin Capsicum = OC). Os aerossóis de pulverizador de pimenta foram desenvolvidos e ganharam uma popularidade alternativa mais amigavelmente/politicamente/socialmente correta, ambos fisiológica e ambientalmente, do que o “gás lacrimogêneo”. Ao passo que predominantemente usado na forma de aerossol, a resina de óleo de capsicum (OC) também tem sido fabricada com um agente de pó explosivo.[004] Another lacrimation agent is pepper spray, or capsicum oil resin (Oleoresin Capsicum = OC). Pepper spray aerosols were developed and gained popularity as a more friendly/political/socially correct alternative, both physiologically and environmentally, than “tear gas”. While predominantly used in aerosol form, oil of capsicum (OC) resin has also been manufactured with a powder explosive agent.

[005] As características comuns a todos esses tais materiais irritantes incluem uma iniciação rápida (medida em segundos ao invés de minutos); uma breve duração de efeitos agudos (10-30 minutos); uma dose relativamente baixa sendo requerida para causar irritação tecidual ou dor; e uma dose significativamente maior requerida para (indesejavelmente) causar a morte.[005] Characteristics common to all such irritating materials include rapid initiation (measured in seconds rather than minutes); a brief duration of acute effects (10-30 minutes); a relatively low dose being required to cause tissue irritation or pain; and a significantly higher dose required to (undesirably) cause death.

[006] Uma preocupação com as munições contendo um material irritante é o efeito de produção de lágrimas. Especificamente muita lacrimação pode acarretar em visão não clara e uma perda de visão clara prevenindo o alvo de sair seguramente de uma área afetada (dispersão de multidões).[006] One concern with ammunition containing an irritating material is the tear-producing effect. Specifically, too much tearing can lead to blurred vision and a loss of clear vision preventing the target from safely leaving an affected area (crowd dispersion).

[007] A resina de óleo de capsicum (OC) em bruto é classificada como um material inflamatório causando queimas agudas e fechamento dos olhos, acompanhado de inflamação severa das membranas de mucosa e do sistema respiratório superior. Todavia, em algumas formulações é mostrado um efeito lacrimal reduzido e, assim sendo, é mais desejável do que material químico de “gás lacrimogêneo”; afeta apenas os sistemas respiratórios de alvos específicos, deixando os seus olhos praticamente não perturbados. Isto poderia auxiliar o alvo no que diz respeito a reter uma clareza ótica suficiente para uma saída segura.[007] Crude capsicum oil (OC) resin is classified as an inflammatory material causing acute burning and closing of the eyes, accompanied by severe inflammation of the mucous membranes and upper respiratory system. However, in some formulations a reduced tear effect is shown and, as such, is more desirable than “tear gas” chemical material; it only affects the respiratory systems of specific targets, leaving their eyes largely undisturbed. This could assist the target in retaining sufficient optical clarity for safe egress.

[008] No passado a resina de óleo de capsicum (OC) não foi usado com sucesso em um produto deste tipo por várias razões. Em primeiro lugar, a resina de óleo de capsicum (OC) é um extrato com base em uma planta em uma fase líquida e, assim sendo, é difícil der ser incluído como parte de um combustível seco e de uma mistura oxidante de fácil consolidação e ignição (a configuração necessária para tal munição). Em segundo lugar o componente do a resina de óleo de capsicum (OC) que é responsável pelas suas propriedades irritantes pode degradar quando exposto a altas temperaturas que ocorrem com algumas reações pirotécnicas; em contraste, a redução de uma reação por intermédio do abaixamento de temperatura de combustão pode, indesejavelmente, reduzir o tempo de reação e/ou pode resultar em uma queima incompleta.[008] In the past capsicum oil (OC) resin has not been used successfully in a product of this type for several reasons. First, Capsicum Oil Resin (OC) is a plant-based extract in a liquid phase and, as such, is difficult to include as part of a dry fuel and easy-setting oxidizing blend and ignition (the required setting for such ammunition). Secondly, the component of capsicum oil (OC) resin that is responsible for its irritating properties can degrade when exposed to the high temperatures that occur with some pyrotechnic reactions; in contrast, slowing down a reaction by lowering the combustion temperature may undesirably shorten the reaction time and/or may result in incomplete burning.

Brief Description of the Drawings

[009] A Figura 1 é um diagrama simplificado de uma munição do tipo que pode conter um material pirotécnico de acordo com a invenção, especificamente, uma granada de mão; e[009] Figure 1 is a simplified diagram of a munition of the type that can contain a pyrotechnic material according to the invention, specifically, a hand grenade; It is

[010] a Figura 2 é um fluxograma simplificado mostrando o processo de fabricação de acordo com a invenção.[010] Figure 2 is a simplified flowchart showing the manufacturing process according to the invention.

Detailed Description of Preferred Achievement

[011] Em geral esta invenção se refere a uma composição de fumaça compreendendo resina de óleo de capsicum (OC) que é parte de uma composição pirotécnica contendo oxidantes e redutores que são especialmente fabricados para permitir uma reação de combustão sem a completa degradação dos compostos de resina de óleo de capsicum (OC). Com aumentos no material sólido de resina de óleo de capsicum (OC) um procedimento de mistura foi desenvolvido o qual adiciona agentes de fluxo para a solução líquida, misturada separadamente, antes de combinar com outros componentes pirotécnicos. Juntamente com um impulsor auxiliar adicional (intensificador de combustão) e, componentes de agente de fluxo, este processo produz um material pirotécnico que atende os requerimentos de parâmetros aqui acima mencionados. O mesmo também gera um material que pode ser reproduzido e usado sem a questão de fabricação de munições associadas.[011] In general this invention relates to a smoke composition comprising capsicum oil resin (OC) which is part of a pyrotechnic composition containing oxidants and reducers that are specially manufactured to allow a combustion reaction without the complete degradation of the compounds of capsicum oil resin (OC). With increases in the solid material of capsicum oil resin (OC) a mixing procedure was developed which adds fluxing agents to the liquid solution, mixed separately, before combining with other pyrotechnic components. Together with an additional auxiliary impeller (combustion enhancer) and fluxing agent components, this process produces a pyrotechnic material that meets the parameter requirements mentioned above. It also generates a material that can be reproduced and used without the issue of associated ammunition manufacturing.

[012] Esta invenção incorpora a resina de óleo de capsicum (OC) em uma composição pirotécnica. Componentes secos de combustível, oxidantes e agentes de fluxo são misturados conjuntamente, uns com os outros. Separadamente, um componente de ligação, incluindo a resina de óleo de capsicum (OC), é misturado como uma solução. Agentes de fluxo secos e estabilizantes também são mesclados na solução líquida de ligação. A mistura úmida e seca é então mesclada conjuntamente para formar a composição pirotécnica.[012] This invention incorporates capsicum oil resin (OC) in a pyrotechnic composition. Dry fuel components, oxidizers and flow agents are mixed together with each other. Separately, a binding component, including capsicum oil resin (OC), is mixed as a solution. Dry flow agents and stabilizers are also mixed into the liquid binding solution. The wet and dry mixture is then blended together to form the pyrotechnic composition.

[013] Um material impulsor auxiliar (intensificador de combustão) na forma de um pó é mesclado na composição pirotécnica. Este material impulsor auxiliar promove a habilidade de fabricação por intermédio de absorção adicional de umidade e a redução de fricção da composição no lado de dentro do equipamento de pressão. Adicionalmente, este material impulsor auxiliar acarreta em um desempenho mais consistente por intermédio da redução da quantidade de energia requerida para a transferência de ignição a partir do dispositivo de disparo para a composição pirotécnica consolidada. A adição de agentes de fluxo da solução de ligação da resina de óleo de capsicum (OC), e a adição do material impulsor auxiliar produzem uma consolidação e um desempenho com sucesso de toda a composição, a qual pode ser facilmente misturada, comprimida e pode sofrer ignição com os efeitos desejados.[013] An auxiliary propellant material (combustion enhancer) in the form of a powder is mixed into the pyrotechnic composition. This auxiliary propellant material promotes manufacturability through additional moisture absorption and reduced friction of the composition on the inside of the pressure equipment. Additionally, this auxiliary propellant material leads to more consistent performance by reducing the amount of energy required to transfer ignition from the firing device to the consolidated pyrotechnic composition. The addition of capsicum oil resin (OC) binding solution flow agents, and the addition of the auxiliary propellant material produce successful consolidation and performance of the entire composition, which can be easily mixed, compressed and can be undergo ignition with the desired effects.

[014] A composição da presente invenção pode ser transportada por intermédio de um contêiner tal como uma granada do tipo ilustrada, geralmente, na Figura 1. A composição pode ser preparada conforme aqui a seguir.[014] The composition of the present invention can be transported via a container such as a grenade of the type illustrated generally in Figure 1. The composition can be prepared as follows.

[015] Geralmente, o método inclui as seguintes etapas: preparar uma primeira mistura (a qual pode ser uma mistura seca) incluindo combustível e oxidante, fazer uma segunda mistura (a qual pode ser uma solução úmida) incluindo OC; mesclar a primeira mistura com a segunda mistura para formar a composição de fumaça; secar e granular a composição de fumaça; e preparar e adicionar um material impulsor auxiliar.[015] Generally, the method includes the following steps: preparing a first mixture (which may be a dry mixture) including fuel and oxidant, making a second mixture (which may be a wet solution) including OC; blending the first blend with the second blend to form the smoke composition; drying and granulating the smoke composition; and preparing and adding an auxiliary propellant material.

[016] Em uma etapa inicial, uma primeira mistura é preparada (Figura 2, etapa 102) que inclui de 14% a 24% e preferivelmente de 17% a 21%, clorato de potássio; de 3% a 22%, e preferivelmente de 11 a 16% de açúcar de confeitar; de 6% a 22% e preferivelmente de 8% a 13%, de carbonato de magnésio (um agente de controle de taxa); de 20% a 40% e preferivelmente de 25% a 30%, de ácido tereftálico; de 2% a 28% e preferivelmente de 2% a 6% de tintura; de 1% a 25%, e preferivelmente de 2% a 6% de estearato de magnésio (agente de controle de taxa de fluxo e de secagem); e de 20% a 35%, e preferivelmente de 26% a 30% de nitrocelulose. Estes componentes são misturados e então secos em temperatura ambiente.[016] In an initial step, a first mixture is prepared (Figure 2, step 102) which includes from 14% to 24% and preferably from 17% to 21%, potassium chlorate; from 3% to 22%, and preferably from 11 to 16%, icing sugar; from 6% to 22%, and preferably from 8% to 13%, of magnesium carbonate (a rate controlling agent); from 20% to 40%, and preferably from 25% to 30%, of terephthalic acid; from 2% to 28% and preferably from 2% to 6% of tincture; from 1% to 25%, and preferably from 2% to 6% magnesium stearate (flow rate and drying control agent); and from 20% to 35%, and preferably from 26% to 30% nitrocellulose. These components are mixed and then dried at room temperature.

[017] Em uma etapa separada, uma segunda mistura é preparada (etapa 104) que inclui a resina de óleo de capsicum (OC), o qual é o ingrediente irritante. A segunda mistura é uma mescla de 3% a 26%, e preferivelmente de 6% a 10% da resina de óleo de capsicum (OC); e de 74% a 97%, e preferivelmente de 90% a 94% de acetona. Preferivelmente, a segunda mistura também inclui um agente de fluxo na forma de 1% a 10%, e preferivelmente, 1% de estearato de magnésio. O uso de um agente de fluxo com as proporções apropriadas pode intensificar a homogeneidade e reduzir agregação desta mescla. Uma quantidade excessiva de um agente de fluxo, por exemplo, mais do que 8% a 20% em peso total e possivelmente menos do que 8% a 20%, pode inibir a consolidação e ignição da composição final.[017] In a separate step, a second mixture is prepared (step 104) which includes the oil of capsicum (OC) resin, which is the irritating ingredient. The second blend is a blend of 3% to 26%, and preferably 6% to 10% of the capsicum oil resin (OC); and from 74% to 97%, and preferably from 90% to 94% acetone. Preferably, the second mixture also includes a flow agent in the form of 1% to 10%, and preferably 1% magnesium stearate. The use of a flow agent with the proper proportions can enhance the homogeneity and reduce aggregation of this mixture. An excessive amount of a fluxing agent, for example more than 8% to 20% by total weight and possibly less than 8% to 20%, can inhibit consolidation and ignition of the final composition.

[018] A segunda mistura é então adicionada a primeira mistura (etapa 106) para fazer a composição básica de fumaça pirotécnica, a qual é então seca e granulada (etapa 108).[018] The second mixture is then added to the first mixture (step 106) to make the basic pyrotechnic smoke composition, which is then dried and granulated (step 108).

[019] Separadamente, um material impulso auxiliar (intensificador de combustão) é preparado para adicionar a composição básica de fumaça pirotécnica, para aumentar o peso do lote em até 3% a 15%, e preferivelmente de 7% a 10%. Especificamente um material impulsor auxiliar é proporcionado (etapa 110) que é uma combinação de (a) estearato de magnésio e (b) um pó de pasta fluida seca que é feito de aproximadamente de 10% a 20% e preferivelmente de 15% a 18% de silício; de 20% a 35% e preferivelmente de 25% a 28% de nitrato de potássio; de 1% a 15% e preferivelmente de 2% a 5% de carbono; de 15% a 30% e preferivelmente de 25% a 28% de óxido de ferro; de 5% a 20% e preferivelmente de 10% a 15% de alumínio; e de 15% a 25% e preferivelmente de 16% a 20% de nitrocelulose. Este material impulsor auxiliar é adicionado (etapa 112) a composição pirotécnica na forma de um pó.[019] Separately, an auxiliary impulse material (combustion enhancer) is prepared to add to the basic composition of pyrotechnic smoke, to increase the weight of the batch by up to 3% to 15%, and preferably from 7% to 10%. Specifically an auxiliary propellant material is provided (step 110) which is a combination of (a) magnesium stearate and (b) a dry slurry powder which is made from approximately 10% to 20% and preferably from 15% to 18% % silicon; from 20% to 35% and preferably from 25% to 28% of potassium nitrate; from 1% to 15% and preferably from 2% to 5% of carbon; from 15% to 30% and preferably from 25% to 28% of iron oxide; from 5% to 20% and preferably from 10% to 15% aluminum; and from 15% to 25% and preferably from 16% to 20% nitrocellulose. This auxiliary propellant material is added (step 112) to the pyrotechnic composition in the form of a powder.

[020] Um material pirotécnico típico sem agentes de controle de taxa pode gerar temperaturas que excedem 1000 °F em condições atmosféricas padrão. Tais temperaturas podem, conforme é aqui acima observado, degradar a resina de óleo de capsicum (OC). Todavia, com a presente invenção, a degradação da resina de óleo de capsicum (OC) é limitada através do controle de temperatura via os agentes de controle de taxa. Este efeito é equilibrado por intermédio do uso do material impulsor auxiliar, o qual aumenta a sensibilidade do material pirotécnico, por exemplo, a sua habilidade de queimar. Este equilíbrio mantém a combustão do material pirotécnico bruto em uma taxa controlada enquanto evita uma saída térmica excessiva da reação a qual poderia acarretar na decomposição da resina de óleo de capsicum (OC).[020] A typical pyrotechnic material without rate control agents can generate temperatures that exceed 1000 °F under standard atmospheric conditions. Such temperatures can, as noted hereinabove, degrade capsicum oil resin (OC). However, with the present invention, the degradation of the capsicum oil (OC) resin is limited through temperature control via the rate controlling agents. This effect is balanced through the use of auxiliary propellant material, which increases the sensitivity of the pyrotechnic material, ie its ability to burn. This balance maintains combustion of the raw pyrotechnic material at a controlled rate while preventing excessive thermal output from the reaction which could lead to decomposition of the capsicum oil (OC) resin.

[021] Fumaça, um material particulado sólido, é gerada a partir da queima da composição pirotécnica consolidada. A fumaça é acoplada ao material sólido da resina de óleo de capsicum (OC) transportando-o no ar. A exposição à composição pirotécnica da resina de óleo de capsicum (OC) da presente invenção produz uma rápida inflamação do trato respiratório e dificulta a respiração sem causar dor. Em doses altamente concentradas, a resina de óleo de capsicum (OC) aplicado pode induzir uma tosse severa e também vômito. Quase todos os efeitos imediatos (tais como descarga/coriza nasal e tosse) acabam brevemente logo após a cessação da exposição, dentro de 10 minutos quando comparado a 30 a 60 minutos no caso de gás lacrimogêneo, embora em alguns casos uma sensação de queimar e de irritação na pele pode persistir por horas. A limpeza do ambiente também á algo mais fácil e mais rápido quando comparado aos produtos tradicionais da resina de óleo de capsicum (OC) e de gás lacrimogêneo, uma vez que o gás lacrimogêneo penetra em superfícies enquanto a resina de óleo de capsicum (OC) não; a resina de óleo de capsicum (OC) pode ser simplesmente lavado.[021] Smoke, a solid particulate material, is generated from the burning of the consolidated pyrotechnic composition. The smoke is coupled with the solid material of the capsicum oil resin (OC) carrying it in the air. Exposure to the capsicum oil resin (OC) pyrotechnic composition of the present invention produces rapid inflammation of the respiratory tract and makes it difficult to breathe without causing pain. In highly concentrated doses, applied capsicum oil (OC) resin can induce severe coughing and also vomiting. Almost all immediate effects (such as discharge/runny nose and coughing) wear off shortly after exposure ceases, within 10 minutes as compared to 30 to 60 minutes for tear gas, although in some cases a burning sensation and of skin irritation can persist for hours. Cleaning the environment is also easier and faster compared to traditional capsicum oil (OC) resin and tear gas products, as tear gas penetrates surfaces while capsicum oil (OC) resin no; the capsicum oil resin (OC) can be simply washed off.

[022] A partir da descrição aqui acima mencionada, aqueles indivíduos com especialização na técnica perceberão melhorias, mudanças e modificações na invenção. Tais melhorias, mudanças e modificações dentro da especialização na técnica são intencionadas como sendo cobertas pelas reivindicações aqui apensadas.[022] From the above-mentioned description, those individuals skilled in the art will notice improvements, changes and modifications in the invention. Such improvements, changes and modifications within the skill in the art are intended to be covered by the appended claims.

Claims

1. Pyrotechnic composition comprising: a fuel; an oxidant; flow and rate control agents; and a capsicum oil resin, characterized in that it is formed by preparing a first mixture including the fuel and the oxidant; preparing a second mixture including the capsicum oil resin; combining the first mixture and the second mixture to form a smoke composition; and drying and granulating the smoke composition.

2. Pyrotechnic composition according to claim 1, characterized in that it additionally comprises an auxiliary reinforcing material that includes: (a) magnesium stearate; and (b) a dry pulp powder that is made from 10% to 20% silicon; 20% to 35% potassium nitrate; 1% to 15% carbon; 15% to 30% iron oxide; 5% to 20% aluminum; and 15% to 25% nitrocellulose.

3. Pyrotechnic composition according to claim 2, characterized in that the dry slurry powder is made from 15% to 18% silicon; 25% to 28% potassium; 2% to 5% carbon; 25% to 28% iron oxide; 10% to 15% aluminum; and 16% to 20% nitrocellulose.

4. Pyrotechnic composition according to claim 2, characterized in that a mixture including the fuel and the oxidant includes 13% to 24% of potassium chlorate; 3% to 22% icing sugar; 6% to 22% magnesium carbonate; 20% to 40% terephthalic acid; 2% to 28% tincture; 1% to 25% magnesium stearate; and 20% to 35% nitrocellulose.