CZ11700U1

CZ11700U1 - Pyrotechnic compositions for electric primers with reduced toxicity

Info

Publication number: CZ11700U1
Application number: CZ200112196U
Authority: CZ
Inventors: Ondřej Ing. Němčák; Vladimír Ing. Guriča
Original assignee: Indet Safety Systems A.S.
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2001-11-16

Description

Pyrotechnické směsi pro elektrické iniciátory se sníženou toxicitouPyrotechnic mixtures for electric initiators with reduced toxicity

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká pyrotechnických směsí používaných v elektrických iniciátorech, přičemž tyto směsi a především jejich zplodiny vykazují oproti třaskavinovým směsím dosud používaným v elektrických iniciátorech výrazně sníženou toxicitu. Pyrotechnické směsi podle technického řešení jsou využitelné především pro elektrické iniciátory v automobilovém průmyslu.The invention relates to pyrotechnic mixtures used in electric initiators, which compounds, and in particular their products, have a significantly reduced toxicity compared to the explosive mixtures previously used in electric initiators. Pyrotechnic mixtures according to the technical solution are usable mainly for electric initiators in the automotive industry.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Jak je známo v daném oboru, třaskavinové směsi pro elektrické iniciátory téměř výhradně obsahují soli těžkých a toxických kovů jako je olovo, rtuť, baryum, chrom apod. (např. trinitrorezorcinát olovnatý, dinitrorezorcinát olovnatý, pikraminan olovnatý, dinitroortokresolát olovnatý, olovnatá sůl l,3,5-trihydroxy-2,4,6-trinitrobenzenu, trinitrorezorcinát bamatý, atd.). Tyto sloučeniny se již tradičně používají pro svůj vyhovující primární účinek, jejich nevýhoda zejména při běžných civilních aplikacích však spočívá v tom, že při výbuchu produkují toxické látky a zatěžují tak okolní prostředí a škodí lidskému zdraví. Zdravotní a ekologická hlediska jsou v posledních letech stále více v centru pozornosti odborníků i široké veřejnosti, což vede k četným omezením dosud používaných látek nebo postupů a tím k nutnosti hledat nová, z těchto hledisek přijatelnější technická řešení.As is known in the art, explosive compositions for electric initiators almost exclusively contain salts of heavy and toxic metals such as lead, mercury, barium, chromium and the like (eg, lead trinitroresorcinate, lead dinitroresorcinate, lead picaminate, lead dinitroortocresolate, lead salt 1, 3,5-trihydroxy-2,4,6-trinitrobenzene, barium trinitroresorcinate, etc.). These compounds have traditionally been used for their satisfactory primary effect, but their disadvantage, in particular in common civil applications, is that they produce toxic substances in an explosion and thus burden the environment and harm human health. In recent years, health and environmental concerns have increasingly been the focus of attention by professionals and the general public, leading to numerous limitations on substances or processes in use so far, and the need for new, more acceptable technical solutions.

Třaskavinové pyrotechnické směsi zpravidla obsahují kromě třaskaviny ještě mnoho dalších pomocných látek, jako jsou oxidovadla, paliva, stabilizátory, pojivá a plnidla, jejichž druh a množství ve směsi je dán předpokládaným použitím směsi. Základní použití třaskavinových pyrotechnických směsí je při výrobě různých typů elektrických iniciátorů, např. máčením, nakapáváním nebo lisováním na odporové elementy známé v daném oboru.Explosive pyrotechnic compositions generally contain many other excipients, such as oxidants, fuels, stabilizers, binders, and fillers, the nature and amount of which are determined by the intended use of the composition. The basic use of explosive pyrotechnic compositions is in the manufacture of various types of electric initiators, for example by dipping, dropping or pressing into resistive elements known in the art.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých pyrotechnických směsí pro elektrické iniciátory do značné míry odstraňují pyrotechnické směsi pro elektrické iniciátory podle tohoto technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že směsi jsou tvořeny'10 až 98 % hmotn. třaskaviny, kterou je jedna nebo více látek ze skupiny obsahující: trinitrorezorcinát distříbmý, dinitrobenzofuroxanát stříbrný, dinitrobenzofuroxanát draselný, azid stříbrný, pikrát stříbrný,Said disadvantages and drawbacks of the prior art pyrotechnic compositions for electric initiators largely eliminate pyrotechnic compositions for electric initiators according to the present invention. The essence of the invention is that the mixtures are 10 to 98% by weight. explosives which are one or more of the group consisting of: silver trinitroresorcinate, silver dinitrobenzofuroxanate, potassium dinitrobenzofuroxanate, silver azide, silver picrate,

4,6-dinitro-3-karboxy-o-diazooxid monohydrát, o velikosti částic třaskavin 0,1 pm až 100 pm, nejlépe od 0,5 do 50 pm, a 90 až 2 % hmotn. příměsí, jako jsou paliva, oxidovadla, stabilizátory, plniva a pojivá.% 4,6-dinitro-3-carboxy-o-diazooxide monohydrate, having a particle size of 0.1 to 100 µm, preferably from 0.5 to 50 µm, and 90 to 2 wt. admixtures such as fuels, oxidizers, stabilizers, fillers and binders.

Pyrotechnické směsi pro elektrické iniciátory se sníženou toxicitou podle technického řešení s výhodou obsahují jako paliva látky ze skupiny zahrnující: práškový bor, zirkon, titan, hliník, molybden, wolfram, hydrid titanu, uhlík, rhodanid měďný, a/nebo jejich směs, v množství do 50 % hmotn., nejlépe 5 až 45 % hmotn., o velikosti částic 0,5 až 15 pm, nejlépe 1 až 5 pm.The reduced-toxicity pyrotechnic compositions for the electrical initiators of the present invention preferably comprise as fuel a substance selected from the group consisting of: boron powder, zirconium, titanium, aluminum, molybdenum, tungsten, titanium hydride, carbon, copper (I) rhodanide, and / or mixtures thereof, % to 50% by weight, preferably 5 to 45% by weight, with a particle size of 0.5 to 15 µm, preferably 1 to 5 µm.

Pyrotechnické směsi podle technického řešení dále s výhodou obsahují jako oxidovadla látky ze skupiny zahrnující: bezvodý dusičnan strontnatý nebo draselný, chloristan amonný nebo draselný, oxid železitý nebo měďný a/nebo jejich směs, v množství do 55 % hmotn., nejlépe 4 až 42 % hmotn. o velikosti částic 1 až 70 pm, nejlépe 5 až 60 pm.The pyrotechnic compositions of the present invention further preferably comprise as oxidizing agents a substance selected from the group consisting of: anhydrous strontium or potassium nitrate, ammonium or potassium perchlorate, iron (III) or copper (I) oxide and / or a mixture thereof in an amount of up to 55% by weight. wt. having a particle size of 1 to 70 µm, preferably 5 to 60 µm.

Stabilizátorem nebo plnivem pro pyrotechnické směsi podle technického řešení je zejména oxid křemičitý, oxid hořečnatý a/nebo oxid vápenatý, v množství do 5 % hmotn., nejlépe 0,5 až 1 % hmotn., o velikosti částic kolem 1 pm.In particular, the stabilizer or filler for pyrotechnic compositions according to the invention is silica, magnesium oxide and / or calcium oxide, in an amount of up to 5% by weight, preferably 0.5 to 1% by weight, with a particle size of about 1 µm.

- 1 CZ 11700 Ul- 1 CZ 11700 Ul

Jako pojivo pro pyrotechnické směsi podle technického řešení je možno použít zejména nitrocelulózu, fluoroelastomerové pojivo (Viton B), styren-butadien-styrenové pojivo (Kraton D) a/nebo acetobutyrát celulózy, v množství 1 až 10 % hmotn., nejlépe 2 až 7 % hmotn., a toto pojivo je rozpuštěno v rozpouštědle, jako je etylacetát, butylacetát, n-amylacetát a/nebo izoamylacetát.In particular, nitrocellulose, fluoroelastomer binder (Viton B), styrene-butadiene-styrene binder (Kraton D) and / or cellulose acetobutyrate, in an amount of 1 to 10% by weight, preferably 2 to 7 and the binder is dissolved in a solvent such as ethyl acetate, butyl acetate, n-amyl acetate and / or isoamyl acetate.

Pyrotechnické směsi podle technického řešení obsahující jako třaskavinu draselnou sůl 4,6dinitrobenzofuroxanu, jsou na bázi soli připravitelné konverzí ze sodné soli 4,6-dinitrobenzofuroxanu s dusičnanem draselným v alkoholickém prostředí, vakuovou dehydratací a případně následnou hydratací vzniklého monohydrátu draselné soli 4,6-dinitrobenzofuroxanu.Pyrotechnic mixtures according to the invention containing 4,6-dinitrobenzofuroxane potassium salt as a detonating agent are salt-based prepared by conversion from 4,6-dinitrobenzofuroxane sodium salt with potassium nitrate in an alcoholic medium, vacuum dehydration and optionally subsequent hydration of the resulting 4,6-dinitrobenzofuroxane potassium monohydrate .

Výhodou pyrotechnických směsí podle technického řešení je použití uvedených třaskavin s výrazně sníženou toxicitou oproti doposud používaným třaskavinám obsahujícím těžké a toxické kovy, jako je olovo, rtuť, baryum, chrom apod. Třaskavinové směsi na bázi těchto třaskavin jsou určeny pro máčení pilulí nebo nakapávání a/nebo lisování na známé odporové elementy elektrických iniciátorů - odporové drátkové můstky, odporové tenkovrstvé fólie, reaktivní odporové fólie.The advantage of pyrotechnic mixtures according to the invention is the use of said explosives with a significantly reduced toxicity compared to hitherto used explosives containing heavy and toxic metals such as lead, mercury, barium, chromium, etc. or pressing on known resistance elements of electrical initiators - resistance wire bridges, resistance thin film films, reactive resistance films.

Pyrotechnické směsi podle technického řešení neobsahují ani při výbuchu netvoří toxické sloučeniny těžkých kovů jako je olovo, rtuť, baryum, chrom apod. a nezatěžují tak okolní prostředí a neškodí lidskému zdraví. Vzhledem k těmto výhodným vlastnostem je hlavní oblast použití takových směsí předpokládána v elektrických iniciátorech pro bezpečností automobilové systémy, jako jsou inflátory airbagů (vyvíječe plynů), předpínače bezpečnostních pásů, přerušovače napájení od automobilového akumulátoru, omezovače pro předpínače bezpečnostních pásů atd.According to the invention, pyrotechnic mixtures do not contain toxic compounds of heavy metals such as lead, mercury, barium, chromium, etc. even in an explosion and do not burden the environment and do not harm human health. Because of these advantageous properties, the main field of application of such mixtures is envisaged in electric initiators for safety automotive systems such as airbag inflators, seat belt pretensioners, automotive battery breakers, seat belt pretensioners, etc.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží následující příklady konkrétního provedení pyrotechnických směsí se sníženou toxicitou.The following examples of specific embodiments of pyrotechnic compositions with reduced toxicity serve to further elucidate the nature of the invention.

Příklad 1Example 1

Máčecí třaskavinová směs na bázi směsi jemného α-azidu stříbra a jemného vakuově dehydratovaného dinitrobenzofuroxanátu draselného byla připravena z 10 g jemného a-azidu stříbra o velikosti částic 0,1-5 pm, 40 g jemného vakuově dehydratovaného dinitrobenzofuroxanátu draselného o velikosti částic 2-50 pm, 44,5 g jemného chloristanu draselného o velikosti částic 5-56 pm, 5 g jemného zirkonového prachu o velikosti částic do 5 pm, 0,5 g jemného oxidu křemičitého jako plniva a stabilizátoru rozmícháním s roztokem 8 g Vitonu B (fluoroelastomerového pojivá) v butylacetátu. Takto připravená slož je velmi rychlá a má dobrou zažehovací schopnost. Je velmi vhodná jako primární směs pro strukturované pilule.A dipping explosive mixture based on a mixture of fine silver α-azide and fine vacuum-dehydrated potassium dinitrobenzofuroxanate was prepared from 10 g fine silver a-azide having a particle size of 0.1-5 µm, 40 g fine vacuum dehydrated potassium dinitrobenzofuroxanate having a particle size of 2-50 pm, 44.5 g fine potassium perchlorate with particle size 5-56 pm, 5 g fine zirconium dust with particle size up to 5 pm, 0.5 g fine silica filler and stabilizer by mixing with a solution of 8 g Viton B (fluoroelastomer binder) ) in butyl acetate. This composition is very fast and has a good ignition ability. It is very suitable as a primary blend for structured pills.

Příklad 2Example 2

Máčecí třaskavinová směs na bázi tricinátu distříbmého byla připravena z 65 g jemné suché třaskaviny o velikosti částic 5-60 pm smísením s 5 g práškového boru, 5 g práškového titanu a 22 g jemného dusičnanu draselného o velikosti částic 30 - 70 pm. Jako pojivá bylo použito 3 g nitrocelulózy v isoamylacetátovém roztoku. Takto byla získána směs s dobrou zažehovací schopností a spolehlivou funkcí, vhodná i pro pilule iniciátorů zapojovaných do sériových sítí.The dipping composition based on tricinate tricinate was prepared from 65 g of fine dry explosive of 5-60 µm particle size by mixing with 5 g of boron powder, 5 g of titanium powder and 22 g of fine potassium nitrate of 30-70 µm particle size. 3 g of nitrocellulose in isoamylacetate solution was used as binder. In this way a mixture with good ignition capability and reliable function was obtained, suitable also for initiator pills connected to serial networks.

Příklad 3Example 3

Máčecí třaskavinová směs na bázi trinitrorezorcinátu distříbmého byla připravena zlOg třaskaviny, 45 g chloristanu draselného a 45 g jemného zirkonového prachu rozmícháním v roztoku 2,5 g nitrocelulózy v isoamylacetátu. Slož takto získaná má velmi dobrou zažehovací schopnost.The trinitroresorcinate dipping explosive mixture was prepared from 10 g of the explosive, 45 g of potassium perchlorate and 45 g of fine zirconium dust by stirring in a solution of 2.5 g of nitrocellulose in isoamyl acetate. The composition thus obtained has a very good ignition ability.

-2CZ 11700 Ul-2EN 11700 Ul

Příklad 4Example 4

Máčecí třaskavinová směs na bázi jemného azidu stříbra ve speciální β-formě o velikosti částic 0,5-15 pm byla připravena z 60 g třaskaviny smísením s 20 g jemného práškového rhodanidu mědi o velikosti částic do 4 pm a 17,5 g jemného chloristanu draselného o velikosti částic 1 - 50 pm. Jako pojivá bylo použito 3,5 g Kratonu D (styren-butadien-styrenového pojivá) v butylacetátu. Směs takto získaná, s dobrou zažehovací schopností a velkou spolehlivostí, je velmi brizantní a okamžitě trhá odporový můstek.A dipping composition based on fine silver azide in a special β-form with a particle size of 0.5-15 µm was prepared from 60 g of explosive by mixing with 20 g of fine copper rhodanide powder up to 4 µm and 17.5 g of fine potassium perchlorate with a particle size of 1-50 µm. 3.5 g of Kraton D (styrene-butadiene-styrene binder) in butyl acetate were used as binders. The mixture thus obtained, with good ignition capability and high reliability, is very high and immediately breaks the resistance bridge.

Příklad 5Example 5

Máčecí třaskavinová směs na bázi vakuově dehydratovaného a znovu hydratovanéhoDipping explosive mixture based on vacuum dehydrated and rehydrated

4,6-dinitrobenzofuroxanátu draselného pro získání vhodné krystalické formy 0,5-35 pm byla připravena z 48 g třaskaviny smísením s 45 g jemného práškového chloristanu draselného o velikosti částic 5-56 pm a7g jemné hliníkové moučky o velikosti částic do 10 pm. Jako pojivá bylo použito 6 g Vitonu B v butylacetátu. Získaná směs má dobrou zažehovací schopnost, má rychlou a spolehlivou funkci aje velmi stabilní i při dlouhodobé temperaci na 105 °C. Je ale dost brizantní a rychle trhá odporový můstek, a proto není vhodná pro pilule elektrických iniciátorů zapojovaných do sériových sítí.Potassium 4,6-dinitrobenzofuroxanate to obtain a suitable crystalline form of 0.5-35 µm was prepared from 48 g of explosive by mixing with 45 g fine powdered potassium perchlorate having a particle size of 5-56 µm and 7 g fine aluminum flour having a particle size of up to 10 µm. 6 g of Viton B in butyl acetate were used as binders. The obtained mixture has good ignition ability, has a fast and reliable function and is very stable even at long-term tempering at 105 ° C. However, it is quite brilliant and quickly breaks the resistance bridge and is therefore not suitable for electric initiator pills connected to serial networks.

Příklad 6Example 6

4,6-dinitrobenzofuroxanátu draselného pro získání vhodné krystalické formy 0,5 - 35 pm byla připravena z 54 g třaskaviny a 46 g jemného chloristanu draselného o velikosti částic 5-56 pm rozmícháním v roztoku 7 g Vitonu B v butylacetátu. Takto připravená slož je velmi rychlá, ale má krátký výš leh plamene a není vhodná k zažehování necitlivých pyrotechnických výšlehových směsí.Potassium 4,6-dinitrobenzofuroxanate to obtain a suitable crystalline form of 0.5 - 35 µm was prepared from 54 g of explosive and 46 g of fine potassium perchlorate having a particle size of 5-56 µm by stirring in a solution of 7 g of Viton B in butyl acetate. The composition thus prepared is very fast, but has a short height of light flame and is not suitable for igniting insensitive pyrotechnic lift mixtures.

Příklad 7Example 7

Máčecí třaskavinová směs na bázi 4,6-dinitro-3-karboxy-o-diazooxid monohydrátu o velikosti částic do 30 pm byla připravena z 98 g třaskaviny smísením se 2 g acetobutyrátu celulózy rozpuštěného v butylacetátu jako pojivém. Tato směs má velké množství plynných zplodin a relativně chladný plamen, což může být výhodné pro některé aplikace v bezpečnostních pyrotechnických systémech pro automobily.A dipping explosive mixture based on 4,6-dinitro-3-carboxy-o-diazooxide monohydrate having a particle size of up to 30 µm was prepared from 98 g of explosive by mixing with 2 g of cellulose acetobutyrate dissolved in butyl acetate as a binder. This mixture has a large amount of gaseous fumes and a relatively cool flame, which may be advantageous for some applications in automotive safety pyrotechnic systems.

Příklad 8Example 8

Kapaná třaskavinová směs na bázi jemného dinitrobenzofuroxanátu stříbrného o velikosti částic 2-32 pm, byla připravena z 55 g třaskaviny, 25 g oxidu měďného o velikosti částic do 4 pm a 20 g mikronizovaného hliníku o velikosti částic kolem 2 pm. Jako pojivá bylo použito 7g Kratonu D s dobrou tepelnou stálostí. Kapaná směs takto získaná je vhodná pro použití v GTMS iniciátorech pro všechny typy odporových elementů (odporový drátkový můstek, odporová fólie, reaktivní můstek), má dobrou zažehovací schopnost, je dostatečně rychlá a zároveň netrhá odporové elementy.The liquid silver dinitrobenzofuroxanate liquid droplet having a particle size of 2-32 µm was prepared from 55 g of explosive, 25 g of cuprous oxide up to 4 µm and 20 g of micronized aluminum having a particle size of about 2 µm. 7 g of Kraton D with good thermal stability were used as binders. The drip mixture thus obtained is suitable for use in GTMS initiators for all types of resistance elements (resistance wire bridge, resistance film, reactive bridge), has good ignition capability, is fast enough and does not tear the resistance elements at the same time.

Příklad 9Example 9

Třaskavinová směs pro plnění lisováním na odporový element na bázi pikrátu stříbrného je připravena z 10 g třaskaviny o velikosti částic 50 - 100 pm smísením s 35 g práškového hydridu titanu o velikosti částic do 10 pm a 55 g chloristanu amonného o velikosti částic do 56 pm. Směs se předem flegmatizuje 4 g Vitonu B v butylacetátu, granuluje a suší. Měkké granulky se potom přímo lisují na odporový element elektrického iniciátoru. Směs má dlouhý a teplý plamen a dává hodně plynných zplodin, což může být výhodné pro některé aplikace v bezpečnostních pyrotechnických systémech pro automobily.A crimping mixture for crimping on a silver picrate resist element is prepared from 10 g of a 50-100 µm particle size explosive by mixing with 35 g of titanium hydride powder up to 10 µm particle size and 55 g of ammonium perchlorate up to 56 µm particle size. The mixture was pre-phagmatized with 4 g of Viton B in butyl acetate, granulated and dried. The soft granules are then directly pressed onto the resistance element of the electric initiator. The mixture has a long and warm flame and gives a lot of gaseous fumes, which may be advantageous for some applications in automotive safety pyrotechnic systems.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Pyrotechnic mixtures for electric initiators with reduced toxicity, characterized in that they consist of 10 to 98 wt. explosives which are one or more of the group consisting of silver trinitroresorcinate, silver dinitrobenzofuroxanate, potassium dinitrobenzofuroxanate, silver azide, silver picrate, 4,6-dinitro-3-carboxy-o-diazooxide monohydrate, particle size of explosives 0.1 to 100 %, preferably from 0.5 to 50 µm, and 90 to 2 wt. admixtures such as fuels, oxidizers, stabilizers, fillers and binders.

Pyrotechnic compositions for reduced-toxicity electric initiators according to claim 1, characterized in that the fuels are substances from the group consisting of powdered boron, zirconium, titanium, aluminum, molybdenum, tungsten, titanium hydride, carbon, copper (I) rhodanide, and / or a mixture, in an amount of up to 50% by weight, preferably 5 to 45% by weight, with a particle size of 0.5 to 15 µm, preferably 1 to 5 µm.

Pyrotechnic compositions for reduced-toxicity electric initiators according to claim 1, characterized in that the oxidizing agents are substances selected from the group consisting of anhydrous strontium or potassium nitrate, ammonium or potassium perchlorate, iron (III) or copper (I) oxide and / or mixtures thereof in amounts up to 55%. % by weight, preferably 4 to 42% by weight, with a particle size of 1 to 70 µmη, preferably 5 to 60 µm.

Pyrotechnic compositions for reduced-toxicity electric initiators according to claim 1, characterized in that the stabilizer or filler is in particular silica, magnesium oxide and / or calcium oxide, in an amount of up to 5% by weight, preferably 0.5 to 1%. %, a particle size of about 1 µm.

Pyrotechnic compositions for reduced initiator electric initiators according to claim 1, characterized in that the binder is in particular nitrocellulose, a fluoroelastomer binder, a styrene-butadiene-styrene binder and / or a cellulose acetobutyrate in an amount of 1 to 10% by weight, preferably 2 %, and is dissolved in a solvent such as ethyl acetate, butyl acetate, n-amyl acetate and / or isoamyl acetate.