CZ304826B6

CZ304826B6 - Samozápalná kompozice podpůrného činidla

Info

Publication number: CZ304826B6
Application number: CZ2002-75A
Authority: CZ
Inventors: Ryoi Kodama; Kenjiro Ikeda; Yasushi Matsumura; Eishi Sato; Dairi Kubo
Original assignee: Nippon Kayaku Kabushiki-Kaisha
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2014-11-26
Also published as: DE60045843D1; KR20020019480A; KR100450704B1; CZ200275A3; JP2001080986A; EP1205458B1; WO2001004074A1; JP4131486B2; US6562087B1; EP1205458A4; EP1205458A1

Abstract

Je popsána samozápalná kompozice podpůrného činidla zahrnující a) 5-aminotetrazol, b) bor jako kovový prášek, c) dusičnan draselný a d) oxid molybdenový, jejíž výhřevnost je 4500 joulů/gram nebo více. Dále je popsána výše uvedená kompozice, při jejímž spalování vzniká od 0,5 do 2,0 mol plynu/100 gramů uvedené samozápalné kompozice podpůrného činidla.

Description

Předmětný vynález se týká nové výbušné kompozice, kterou je možno použít jakožto podpůrné činidlo (přenášející náboj) pro použití ve vyvíječi plynu, kteiý se používá v airbagovém systému automobilu. Výbušná kompozice podle předmětného vynálezu je charakteristická tím, že je samozápalná při současném zachování vysoké hodnoty výhřevnosti.

Dosavadní stav techniky

Airbagový systém je záchytný systém pro pasažéry, který se v posledních letech všeobecně používá pro zlepšení bezpečnosti pasažérů sedících v automobilu. Airbagový systém pracuje na principu vyvíječe plynu, který pracuje na základě vyhodnocení signálů ze senzorů detekujících srážku a který slouží pro nafouknutí airbagu, takže dochází ke ztlumení nárazu pasažérů na stěnu automobilu v důsledku uvedené srážky.

Uvedený vyvíječ plynu pracuje tak, že nejprve dochází k zapálení zapalovače, poté, co tento zapalovač obdrží signál z uvedených senzorů a následně je toto zapálení přeneseno k podpůrnému činidlu, čímž je způsobeno zapálení plynotvomých látek.

Podpůrná činidla slouží pro zapálení veškerého množství plynotvomé látky během daného časového intervalu. Použití těchto činidel umožňuje plně využít vypočítanou účinnost dané plynotvorné látky bez jakéhokoli zpoždění při jejím zapalování.

Z existujících podpůrných činidel se všeobecně používá podpůrné činidlo obsahující jako hlavní složku bor a dusičnan draselný, které se označuje jako „BKNO₃“. Použití tohoto podpůrného činidla je výhodné, protože je toto činidlo schopné se zapálit během okamžiku, má vysokou výhřevnost a generuje termočástice boru, které slouží pro urychlení uvedeného zapalování. Avšak nevýhodou tohoto činidla je, že na každých 100 gramů BKNO₃ vzniklá 0,4 neb méně mol plynu, takže pokud je toto podpůrné činidlo použito spolu s plynotvomou látkou o nízké zápalnosti, dochází ke vzniku menšího množství plynu, což může způsobit nestabilitu při zapalování.

Na druhé straně se v současnosti široce používá jako materiál, ze kterého je zhotoven zásobník plynotvomé látky, místo nerezavějící oceli hliník, a to za účelem snížení hmotnosti vyvíječe plynu. Běžný zásobník vyrobený z nerezavějící oceli má vynikající pevnost při zvýšené teplotě, takže i při vzrůstu teploty následkem požáru automobilu, spalováním uvedeného vyvíječe tepla a podobně, je možné ponechat danou plynotvomou látku hořet v uvedeném vyvíječi plynu, aniž by došlo k prasknutí uvedeného zásobníku.

Avšak zásobník plynotvomé látky vyrobený z hliníku má výrazně nižší pevnost při zvýšené teplotě. Pokud je vyvíječ tepla vyrobený z hliníku vystaven plameni při požáru automobilu a podobně, a pokud se daná plynotvomá látka obsažená v tomto vyvíječi spaluje, nemůže uvedený hliníkový zásobník, pokud je snížení pevnosti samotného zásobníku způsobeno uvedeným plamenem, vydržet tlak způsobený spalováním plynotvomých látek a může tedy dojít k výbuchu tohoto zásobníku. Díky této skutečnosti existuje obava, že by části explodovaného zásobníku mohly vyletět do okolí a zranit jednak pasažéry uvnitř automobilu a rovněž osoby nacházející se v blízkosti tohoto automobilu.

V této souvislosti bylo navrženo opatření proti možné explozi uvedeného hliníkového zásobníku, přičemž podle tohoto opatření se do uvedeného hliníkového zásobníku kromě plynotvomé látky a podpůrného činidla přidává výbušná směs, která se může sama zapálit při teplotě nižší, než při které dochází ke snížení pevnosti daného hliníkového zásobníku, takže uvedená plynotvomá

- 1 CZ 304826 B6 látka obsažená v hliníkovém zásobníku je ponechána vyhořet dříve než dojde ke snížení pevnosti tohoto hliníkového zásobníku, čímž je zabráněno možnému nebezpečí výbuchu hliníkového zásobníku. Na tomto místě je třeba uvést, že samozápalností uvedené samozápalné výbušniny se rozumí, že daná výbušnina se může zapálit při teplotě v rozmezí od 180 do 210 °C, což je teplota nižší, než při které dochází ke snížení pevnosti hliníkového zásobníku vlivem vysoké teploty.

Tak například v patentu Spojených států amerických US 4 561 657 byl navržen systém pro použití v hliníkovém zásobníku, kdy se používá výbušnina, která se může sama zapálit při teplotě nižší, než je teplota, při které dochází ke snížení pevnosti uvedeného hliníkového zásobníku, přičemž tato výbušnina je umístěna v těsném kontaktu s vnitřním povrchem uvedeného zásobníku. Samozápalná výbušnina, která se používá v tomto případě, obsahuje jako hlavní složku nitrocelulózu. Samotná nitrocelulóza postrádá dlouhodobou stabilitu při zvýšené teplotě a, což je ještě horší, následkem rozkladu může dojít k jejímu spontánnímu vzplanutí. Z tohoto důvodu je nezbytné používat kromě uvedené plynotvomé látky a uvedeného podpůrného činidla další samozápalnou výbušnou kompozici. Navržený systém lze tedy stěží, a to i z hlediska ceny, označit jako výhodný.

Dále byly ve zveřejněných japonských patentových přihláškách Hei 4(1992)-265289, Hei 7(1995)-2328989, Hei 8(1996)-508972 a Hei 8(1996)-511233 popsány samozápalné kompozice, při jejichž použití je však potřeba provést určité změny ve vnitřní struktuře daného vyvíječe plynu, nebo musí být tyto kompozice vpraveny do zapalovací nálože nebo do podpůrného činidla daného zapalovacího činidla, jako v případě výše uvedeného patentu Spojených států amerických. Nevýhodou tohoto řešení tedy je komplikovaná struktura vyvíječe plynu a jeho zvýšená cena.

Ve znovu zveřejněné mezinárodní přihlášce WO 97/20 786 bylo popsáno podpůrné činidlo se samozápalnými vlastnostmi. Avšak toto podpůrné činidlo má výhřevnost 3400 joulů/gram, což je méně než činí výhřevnost BKNO₃, jehož výhřevnost je 6700 joulů/gram, přičemž toto podpůrné činidlo rovněž obsahuje kovové termočástice. Nevýhodou tohoto podpůrného činidla tedy je možnost zpoždění při zapalování plynotvomé látky, což může být příčinou nedostatečného výkonu.

Zápalná teplota již zmíněného běžně používaného podpůrného činidla BKNO₃ je přibližně 470 °C, avšak při teplotě v okolí této teploty není zajištěna zde definovaná funkce samozápalní.

Ve světle výše uvedených nevýhod byl vyvinut předmětný vynález. Cílem tohoto vynálezu je kompozice podpůrného činidla, která má samozapalovací vlastnosti a vysokou hodnotu výhřevnosti.

Podstata vynálezu

Na základě zkoumání pravděpodobnosti úspěšného zapálení plynotvomé látky, které je způsobeno podpůrným činidlem, bylo zjištěno, že je výhodné, aby podpůrné činidlo podle tohoto vynálezu mělo níže uvedené vlastnosti i) až iii). Vývoj předmětného vynálezu byl prováděn na základě předpokladu, že tento vynález je zaměřen na výbušnou kompozici, která se zásadně liší od plynotvomé látky, jejímž cílem je nízká hodnota výhřevnosti a zvýšené množství vytvořeného plynu. Ačkoli je ideální pokud kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má všechny charakteristické rysy uvedené níže v bodech i) až iii), může tato kompozice sloužit jako podpůrné činidlo i v případě, že splňuje pouze požadavek daný bodem i).

-2CZ 304826 B6

Požadované charakteristické rysy podpůrného činidla

i) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu má vysokou hodnotu výhřevnosti, která postačuje pro dodávání takového množství tepla plynotvomé látce podle tohoto vynálezu, které postačuje pro zapálení této plynotvomé látky;

ii) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu produkuje takové množství mol plynu, které postačuje k vytvoření takového proudu plynu, které je dostatečný pro zapálení celých oblastí jednotlivých plynotvomých látek;

a iii) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu obsahuje mnoho kovových termočástic, které slouží pro přilnutí přímo k dané plynotvomé látce za účelem jejího zapálení.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je tedy charakteristická tím, že zahrnuje

a) 5-aminotetrazol,

b) bor jako kovový prášek,

c) dusičnan draselný a

d) oxid molybdenanový, přičemž je výhřevnost je 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více.

V samozápalné kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je zajištěna uvedená samozápalnost přidáním oxidačního činidla, jako je dusičnan draselný a oxidu molybdenového, k

5-aminotetrazolu a boru jako kovovému prášku. Na tomto místě je třeba uvést, že samozápalností se v této souvislosti rozumí, že k zapálení dochází při teplotě v rozmezí od 180 do 210 °C. Je možné říci, že tento rozsah teplot zapálení je nezbytný z hlediska snížení pevnosti hliníku při zvýšené teplotě.

Protože samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má vysokou výhřevnost, která není nižší než 4500 joulů/gram, a zároveň je samozápalná, má tato kompozice vlastnosti vhodné pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla. Zejména pak samozápalná kompozice podpůrného činidla, jejíž výhřevnost je 6000 joulů/gram nebo více, je optimální pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu tedy může zajišťovat samozápalnosti plynotvomé látky, aniž by muselo dojít ke složitější konstrukci struktury plynového vyvíječe.

Dále je samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu charakteristická kombinací výše uvedených vlastností a tím, že množství plynů vyvíjených při spalování této kompozice je v rozmezí od 0,5 do 2,0 mol na každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla.

Pokud se množství vyvinutého plynu pohybuje v rozmezí od 0,5 do 2,0 mol na každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu, je možné k plynotvomé látce přivádět plyn takovým proudem, že množství tohoto plynu postačuje k zapálení uvedené plynotvomé látky.

Samozápalné kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné udělit dobře stabilizované zápalné vlastnosti, a to vyvážením kombinace uvedené vysoké výhřevnosti a řádně

-3CZ 304826 B6 vyvíjeného proudu plynu. Výsledkem této kombinace je, že samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu může mít samozápalné vlastnosti a současně může tato kompozice mít zachovány lepší vlastnosti, než má běžně používané podpůrné činidlo BK.NO3.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu má níže uvedené složení (I) nebo výhodně složení (II):

Složení kompozice podle tohoto vynálezu (I)

a) 3 hmotnostní procenta až 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) 5 hmotnostních procent až 30 hmotnostních procent boru,

c) 50 hmotnostních procent až 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) 0,2 hmotnostního procenta až 10 hmotnostních procent oxidu molybdenového;

nebo

Složení kompozice podle tohoto vynálezu (II)

a) 5 hmotnostních procent až 15 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) 16 hmotnostních procent až 25 hmotnostních procent boru,

c) 60 hmotnostních procent až 80 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) 1 hmotnostní procento až 7 hmotnostních procent oxidu molybdenového.

Tato samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu zahrnuje malé množství organické sloučeniny obsahující dusík, tj. 5-aminotetrazolu, které činí 25 hmotnostních procent nebo výhodně 15 hmotnostních procent, a velké množství práškového boru, jehož množství je v rozmezí od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent nebo výhodně v rozmezí od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent. Toto složení umožňuje, aby k zapálení plynotvomých látek došlo přímo prostřednictvím velkého množství kovových termočástic, čímž je zajištěna stabilita zápalných vlastností a jejich malá závislost na teplotě.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu zahrnuje

a) 5-aminotetrazol,

b) bor jako kovový prášek,

c) dusičnan draselný a

d) oxid molybdenový, přičemž její výhřevnost je 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více.

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu má každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla schopnost vyvinout od 0,5 do 2,0 mol plynu.

5-Aminotetrazol je v kompozici podle předmětného vynálezu obsažen jakožto palivová složka. Z různých organických sloučenin obsahujících dusík se právě 5-aminotetrazol nejlépe hodí pro použití podle předmětného vynálezu, protože se s ním velmi snadno manipuluje a mj. je tepelně stabilní, bezpečný a velmi levný. Obsah 5-aminotetrazolu činí výhodně od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent nebo ještě výhodněji v rozmezí od 5 hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent. Pro zajištění samozápalnosti kompozice podle tohoto vynálezu je dostatečné, pokud obsah 5-aminotetrazolu je na spodní úrovni uvedených rozmezí. Vyšší obsah 5aminotetrazolu než 25 hmotnostních procent má za následek snížení výhřevnosti dané kompozice podpůrného činidla a snížení počtu kovových termočástic nebo nedostatečný přenos náboje. Při obsahu 5-aminotetrazolu nižším než 3 hmotnostní procenta není dosaženo samozápalnosti dané kompozice, což není z hlediska tohoto vynálezu žádoucí.

-4CZ 304826 B6

Kompozice podle tohoto vynálezu obsahují jako oxidační činidlo dusičnan draselný. Použití jiných dusičnanů není žádoucí, protože při jejich samostatném použití není dosaženo samozápalnosti. Avšak pokud se jiné dusičnany používají v kombinaci s alespoň jednou složkou vybranou ze skupiny zahrnující dusičnan draselný, dusičnan sodný a dusičnan strontnatý, může být dosaženo samozápalnosti výsledné kompozice. Zvlášť výhodně se podle tohoto vynálezu používá dusičnan draselný, protože neabsorbuje vlhkost a je možné s ním snadno manipulovat. Obsah oxidačního činidla v kompozicích podle předmětného vynálezu je výhodně v rozmezí od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent nebo výhodněji v rozmezí od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent. Pokud je obsah oxidačního činidla nižší než 50 hmotnostních procent, je množství dodávaného kyslíku nedostatečné, následkem čehož není spalování dané kompozice dokonalé a dochází ke vzniku oxidu uhelnatého (CO). Pokud je obsah oxidačního činidla v kompozicích podle předmětného vynálezu vyšší než 85 hmotnostních procent, dochází ke snížení výhřevnosti dané kompozice a teplota plamene je nedostatečná.

Z důvodů nízkého nebezpečí při manipulaci a nízké ceny se zvlášť výhodně používá bor. Se vzrůstajícím obsahem kovového prášku v kompozicích podle tohoto vynálezu stoupá výhřevnost uvedených kompozic a počet kovových termočástic. Aby vyvíječ plynů pracoval bez jakýchkoli problémů, je třeba, aby výhřevnost kovového prášku byla 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více. Proto je výhodné, pokud obsah kovového prášku v kompozicích podle předmětného vynálezu činí od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent, výhodněji od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent. Pokud je obsah kovového prášku nižší než 5 hmotnostních procent, dochází ke snížení výhřevnosti dané kompozice a snížení počtu kovových termočástic. Pokud je naopak obsah kovového prášku vyšší než 30 hmotnostních procent, je nutně sníženo množství ostatních složek kompozice podle tohoto vynálezu, takže není dosaženo samozápalnosti dané kompozice.

Obsah oxidu molybdenového v kompozicích podle tohoto vynálezu je výhodně v rozmezí od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent, výhodněji v rozmezí od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent. Samozápalnosti kompozice podle předmětného vynálezu je dosaženo i při uvedeném minimálním obsahu oxidu molybdenového. Pokud je obsah oxidu molybdenového nižší než 0,2 hmotnostního procenta, není dosaženo samozápalnosti dané kompozice. Pokud je obsah oxidu molybdenového vyšší než 10 hmotnostních procent, dochází k výraznému snížení výhřevnosti dané kompozice.

Pokud je množství plynu vyvíjeného samozápalnou kompozicí podpůrného činidla podle tohoto vynálezu menší než 0,5 mol na každých 100 gramů kompozice, je vyvíjen menší proud plynu, takže existuje možnost vzniku nestability při zapalování. Na druhé straně pokud množství plynu vyvíjeného samozápalnou kompozicí podpůrného činidla podle tohoto vynálezu je větší než 2,0 mol na každých 100 gramů kompozice, dochází ke snížení výhřevnosti, čímž může dojít k tomu, že není plně využita účinnost dané kompozice jakožto podpůrného činidla.

V případě potřeby je možné do kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu přidávat různé druhy přísad. Skupina přísad, které je možné použít podle předmětného vynálezu, zahrnuje pojivo, činidlo proti spékání a pomocné činidlo pro tvarování dané kompozice. Skupina pojiv, která je možné použít podle tohoto vynálezu, zahrnuje například hydrotalcity a nitrocelulózu. Skupina činidel proti spékání, která je možné použít podle tohoto vynálezu, zahrnuje například nitrid křemičitý a karbid křemičitý. Skupina pomocných činidel pro tvarování kompozice, která je možné použít podle tohoto vynálezu, zahrnuje například stearát hořečnatý a stearát zinečnatý. Obsah uvedené přísady v kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu činí výhodně od 0,1 hmotnostního procenta do 5 hmotnostních procent.

V následujícím textu bude popsáno složení kompozic podpůrného činidla podle tohoto vynálezu.

Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu zahrnuje od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu, od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních pro-5CZ 304826 B6 cent boru, od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent oxidu molybdenanového.

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu zahrnuje kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu od 5 hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu, od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent boru, od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent dusičnanu draselného a od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent oxidu molybdenového.

Uvedené složky jsou vzájemně smíchány v takovém poměru, aby výhřevnost výsledné kompozice byla 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více. Je třeba uvést, že výhřevnost kompozice podle tohoto vynálezu by z důvodu tepelné odolnosti výše popsaného hliníkového zásobníku neměla překročit hodnotu 7500 joulů/gram, a to i přesto, že z hlediska samozápalnosti je žádoucí dosáhnout co nejvyšší výhřevnosti kompozice podle tohoto vynálezu.

Samozápalnou kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné selektivně vytvořit ve formě prášku, granulí nebo ve formě pelet. V alternativním případě je možné směs výše popsaných složek zpracovat do formy tvarovaných nebo extrudovaných výrobků. Například je možné uvedené směsi tvarovat do podoby pelet, do podoby trubiček s jedním otvorem nebo do podoby trubiček s mnoha otvory (tj. do podoby porézního výrobku).

V následujících odstavcích bude popsán způsob výroby kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Samozápalnou kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné vyrobit buď tvarováním lisováním, nebo tvarováním extrudováním. Po vytvarování se kompozice podle tohoto vynálezu zahřívá za účelem úplného vysušení, čímž je zabráněno zpoždění při zapalování této kompozice vlivem vlhkosti a dále touto úpravou získává daná kompozice vyšší odolnost vůči vlivům prostředí.

Pokud se kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu vyrábí tvarováním lisováním, přidává se nejprve k uvedené palivové složce a k uvedenému oxidačnímu činidlu již zmíněné činidlo proti spékání. Poté se jednotlivé složky mísí ve směšovacím zařízení typu V a vzniklá směs se rozmělňuje do formy prášku. Po odměření předepsaného množství palivových složek ve formě prášku, oxidačního činidla ve formě prášku a pomocného činidla pro tvarování kompozice podle tohoto vynálezu, se jednotlivé složky spolu mísí ve směšovacím zařízení typu V. Vzniklá směs se následně tvaruje v tvarovacím lisu a tepelně upravuje. Takto získané tvarované výrobky se používají jakožto kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu.

Podobně i v případě, kdy se kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu vyrábí tvarováním extrudováním, se nejprve uvedené palivové složky a oxidační činidlo rozmělňují do formy prášku. Po odměření předepsaného množství jednotlivých složek do šnekového mísíce se k těmto složkám přidává voda v množství od 8 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent, vztaženo na celkovou hmotnost uvedených složek, a výsledná směs se hněte za vzniku vlhké, viskózní směsi jednotlivých činidel. Poté se tato směs tvaruje do požadované podoby pomocí vakuového šnekového extruderu, řeže na vhodnou velikost a tepelně zpracovává. Takto získané tvarované výrobky se používají jakožto kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu.

V následujícím textu jsou uvedeny velikosti částic jednotlivých složek, které se používají při výrobě kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Ve výhodném provedení mají jednotlivé složky následující velikost částic vyjádřenou jejich poloměrem:

5-aminotetrazol: od 1 mikrometrů do 30 mikrometrů, dusičnan draselný: od 20 mikrometrů do 100 mikrometrů, bor: od 0,5 mikrometru do 20 mikrometrů a oxid molybdenanový: od 1 mikrometru do 40 mikrometrů.

-6CZ 304826 B6

V dalším výhodném provedení mají jednotlivé složky následující velikost částic vyjádřenou jejich poloměrem: 5-aminotetrazol: od 10 mikrometrů do 20 mikrometrů, dusičnan draselný: od 40 mikrometrů do 70 mikrometrů, bor: od 1 mikrometru do 15 mikrometrů a oxid molybdenanový: od 5 mikrometrů do 25 mikrometrů.

Měřicí testy

Pro stanovení různých fyzikálních hodnot kompozic podpůrného činidla podle tohoto vynálezu byly provedeny následující měřicí testy.

Měření výhřevnosti

Měření výhřevnosti bylo provedeno v tlakovém kalorimetru. Byl navážen 1,0 gram kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu a toto množství kompozice bylo umístěno do vzduchotěsného zásobníku z nerezavějící oceli. Poté byl uvedený zásobník uzavřen svým těsným uzávěrem, a to tak, aby topný prvek byl v kontaktu s uvedenou kompozicí podpůrného činidla. Zásobník byl vsunut do tepelně izolované nádoby naplněné vodou a do uvedeného topného prvku byl přiveden elektrický proud, následkem čehož došlo k úplnému spálení kompozice podpůrného prvku nacházející se v uvedeném zásobníku. Hodnota výhřevnosti byla vypočtena ze vzrůstu teploty vody v tepelně izolované nádobě a z měrné tepelné kapacity vody.

Test vznícení

Test vznícení byl proveden níže popsaným způsobem a sloužil pro vyzkoušení samozápalnosti samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Olejová lázeň 10 opatřená automatickým regulátorem teploty, jež je znázorněna na obrázku 1, byla naplněna silikonovým olejem 11 a byla do ní ponořena železná trubka 12, jejíž vnitřní průměr byl 2 centimetry a jejíž délka byla 20 centimetrů. Pomocí topení 13 a teploměru 14 byla teplota olejové lázně udržována na 200 °C. Byl měřen čas potřebný ke vznícení 0,2 gramu samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu nebo doba potřebná k vytvoření zvuku, kterým je takovéto vznícení doprovázeno, po vložení uvedené kompozice do trubky 12. Pokud bylo potvrzeno, že testovaný vzorek se vznítil nebo vydal zvuk doprovázející vznícení do jedné minuty, byl takovýto vzorek označen jako samozápalný.

Test spalování v tanku o objemu 60 litrů

Test spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů byl prováděn s použitím vyvíječe plynu 1, který je znázorněn na obrázku 2, a sloužil pro ověření schopnosti kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu zapálit plynotvomou látku. Uvedený vyvíječ plynu i obsahoval centrální zapalovací komoru 7, ve které byl umístěn zapalovač 2 a činidlo pro přenos náboje 3, spalovací komoru 8, která byla umístěna okolo uvedené centrální zapalovací komory a ve které byla umístěna plynotvomá látka 4, a chladicí/filtrační komoru 9, která byla umístěna okolo uvedené spalovací komory a která byla naplněna kovovým drátem 5. Po namontování do testovacího tanku, jehož vnitřní objem byl 60 litrů, byl vyvíječ plynu i uveden do provozu, aby bylo možné měřit změny tlaku v uvedeném zásobníku. Jakje patrné z grafu na obrázku 3, Pi představuje maximální mezní tlak, ti představuje dobu, která uplynula od přivedení proudu na zapalovač 2 do zahájení činnosti vyvíječe plynu 1 a t₂ představuje dobu, která uplynula od zahájení činnosti vyvíječe plynu i do dosažení tlaku Ρμ Kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu by měla mít takovou zapalovací účinnost, aby doba ti byla maximálně 4 milisekundy. Pokud doba ti překročí uvedenou hodnotu, dochází ve vyvíječi plynu 1 ke zpoždění zapalování, takže není zcela využita účinnost plynotvomé látky. V níže uvedené tabulce I jsou uvedeny hodnoty doby ti, která uplynula od přivedení proudu na zapalovač 2 do zahájení činnosti vyvíječe plynu j_ pro různé kompozice podpůrného činidla.

-7CZ 304826 B6

Plynotvomá látka 4, která byla použita ve vyvíječi plynu I při tomto testu spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů, byla připravena níže uvedeným způsobem.

5-Aminotetrazol a guanidinnitrát, které sloužily jako palivové složky, dusičnan strontnatý, který sloužil jako oxidační činidlo, nitrid křemičitý, který sloužil jako struskotvomé činidlo, a syntetický hydrotalcit, který sloužil jako pojivo, byly v dané kompozici použity v následujícím poměru:

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

24,7 hmotnostního dílu;

guanidinnitrát (poloměr částic 30 mikrometrů):

11,9 hmotnostního dílu;

dusičnan strontnatý (poloměr částic 13 mikrometrů):

53,4 hmotnostního dílu;

nitrid křemičitý (poloměr částic 5 mikrometrů):

5,0 hmotnostních dílů;

syntetický hydrotalcit (poloměr částic 10 mikrometrů):

5,0 hmotnostních dílů.

Uvedené složky byly smíseny za sucha, v mísiči typu V. Poté byla za neustálého míchání vzniklá směs skropena 15 hmotnostními díly vody. Následně byla směs granulována za mokra za vzniku granulovaného prášku, jehož částice neměly průměr větší než 1 milimetr. Po vysušení takto vyrobeného granulovaného prášku zahříváním, byl prášek slisován na rotačním zařízení pro výrobu pelet za vzniku pelet plynotvomé látky o průměru 5 mililitrů a výšce 1,5 milimetrů. Pro použití při uvedeném testu spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů bylo 40 gramů těchto pelet umístěno do shora popsaného vyvíječe plynu 1, kteiý je znázorněn na obrázku 2.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je zobrazeno zařízení pro testování zpoždění při zapalování, které bylo použito v níže popsaných příkladech provedení tohoto vynálezu a ve srovnávacích příkladech.

Na obrázku 2 je schematicky znázorněn průřez základní strukturní části vyvíječe plynů, který byl použit v níže popsaných příkladech provedení tohoto vynálezu a ve srovnávacích příkladech.

Na obrázku 3 je graf znázorňující průběh spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů při použití uvedeného vyvíječe plynů, ve kterém byla použita samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Uvedený graf je závislostí tlaku na čase.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady slouží jen pro názornou ilustraci podstaty tohoto vynálezu a nijak neomezují jeho rozsah. Kompozice připravené v jednotlivých příkladech byly použity při výše popsaných testech.

Příklad 1

Byla připravena kompozice obsahující následující množství jednotlivých složek:

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

19,5 hmotnostního dílu;

jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

-8CZ 304826 B6

8,0 hmotnostních dílů;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

8,0 hmotnostních dílů;

dusičnan draselný (poloměr částic 60 mikrometrů):

64,5 hmotnostního dílu;

roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu (koncentrace roztoku 2 hmotnostní procenta): 50,0 hmotnostních dílů (tj. 1 hmotnostní díl nitrocelulózy).

5-Aminotetrazol, jemný borový prášek a oxid molybdenový byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Ke směsi byl přidán roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu a směs byla dále míchána až do vytvoření suspenze. Ke vzniklé suspenzi byl přidán dusičnan draselný a směs byla dále míchána až do úplného zhomogenizování. Následně byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla potlačena skrz sto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Výsledky výše popsaných testů provedených s touto kompozicí jsou shrnuty v níže uvedené tabulce 1.

Příklad 2

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

11.2 hmotnostního dílu;

jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

16.2 hmotnostních dílů;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

3,0 hmotnostních dílů;

roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu (koncentrace roztoku 2 hmotnostní procenta): 50,0 hmotnostních dílů (tj. 1 hmotnostní díl nitrocelulózy); dusičnan draselný (poloměr částic 60 mikrometrů):

69,6 hmotnostního dílu.

5-Aminotetrazol, jemný borový prášek a oxid molybdenový byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Ke směsi byl přidán roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu a směs byla dále míchána až do vytvoření suspenze. Ke vzniklé suspenzi byl přidán dusičnan draselný a směs byla dále míchána až do úplného zhomogenizování. Následně byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetrů, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Příklad 3

Byla připravena kompozice obsahující následující množství jednotlivých složek: 5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

8,5 hmotnostního dílu;

-9CZ 304826 B6 jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

18,7 hmotnostních dílů;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

1,5 hmotnostních dílů;

71,3 hmotnostního dílu.

5-Aminotetrazol, jemný borový prášek a oxid molybdenový byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Ke směsi byl přidán roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu a směs byla dále míchána až do vytvoření suspenze. Ke vzniklé suspenzi byl přidán dusičnan draselný a směs byla dále míchána až do úplného zhomogenizování. Následně byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Srovnávací příklad 1

Níže popsaným způsobem byl připraven BKNO₃, který se běžně používá jako složka podpůrného činidla.

jemný borový prášek: 25,0 hmotnostních dílů;

dusičnan draselný: 75,0 hmotnostních dílů;

Roztok nitrocelulózy v isoamylacetátu byl přidán ke směsi jemného borového prášku a dusičnanu draselného a vzniklá směs byla míchána až do vytvoření suspenze. Poté byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku kompozice podpůrného činidla na bázi BKNO₃.

Srovnávací příklad 2

Jako srovnávací příklad 2 sloužila samozápalná kompozice, která byla připravena podle příkladu 1 znovu zveřejněné mezinárodní přihlášky WO 97/20 786.

5-aminotetrazol: 34,2 hmotnostních dílu;

dusičnan draselný: 56,8 hmotnostního dílu;

oxid molybdenový: 4,5 hmotnostního dílu;

syntetický hydrotalcit: 4,5 hmotnostního dílu.

- 10CZ 304826 B6

5-Aminotetrazol, dusičnan draselný, oxid molybdenový a syntetický hydrotalcit byly smíchány za sucha v mísiči typu V. Ke vzniklé směsi byla přidána voda jakožto rozpouštědlo a směs byla podrobena granulaci za mokra a následně protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice.

Srovnávací příklad 3

Jako srovnávací příklad 3 sloužila samozápalná kompozice, která byla připravena podle zveřejněné japonské patentové přihlášky Hei 7(1995)-232989.

sacharóza: 23,0 hmotnostních dílů;

chlorečnan draselný: 74,0 hmotnostních dílů;

oxid hořečnatý: 2,0 hmotnostní díly.

Sacharóza, chlorečnan draselný a oxid hořečnatý byly smíchány za sucha v mísiči typu V. Ke vzniklé směsi byla přidána silikonová pryskyřice a směs byla dále hnětena. Poté byla směs protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 48 hodin ponechán stát, čímž došlo kjeho vytvrzení za vzniku samozápalné kompozice.

Tabulka 1 Výsledky testů provedených s jednotlivými kompozicemi

Kompozice	Výhřevnost (joule/gram)	Čas vzplanuti při teplotě 200 °C (sekunda)	ti při testu v tanku o objemu 60 litrů (milisekunda)
Příklad 1	4800	3,0	3,5
Příklad 2	6300	5, 0	2,9
Příklad 3	6550	8,0	2,8
Srovnávací příklad 1	6700	během 180 sekund nedošlo ke vzplanutí	2,8

-11 CZ 304826 B6

Kompozice	Výhřevnost (joule/gram)	Čas vzplanuti při teplotě 200 °C (sekunda)	ti při testu v tanku 0 objemu 60 litrů (milisekunda)
Srovnávací příklad 2	3400	3, 0	8,5
Srovnávací příklad 3	3500	7,0	7,3

Jakje patrné z výsledků uvedených v tabulce 1, kompozice na bázi BKNO₃ (srovnávací příklad 1), která se až dosud velice často používá, nevzplála ani po uplynutí 180 sekund a nevykázala tedy při teplotě 200 °C samozápalné vlastnosti během stanovené doby. Ačkoli kompozice podle znovu zveřejněné mezinárodní přihlášky WO 97/20 786 (srovnávací příklad 2) a kompozice podle zveřejněné japonské patentové přihlášky Hei 7(1995)-232989 (srovnávací příklad 3) byly samozápalné, bylo díky jejich výhřevnosti, která byla nižší než 4500 joulů/gram, způsobeno zpoždění při zapalování plynotvomé látky. Tyto kompozice tedy nesplňovaly podmínky pro použití ve vyvíječi plynů. V této souvislosti je třeba uvést, že při testu prováděném v tanku o objemu 60 litrů byla požadovaná hodnota času ti plynotvomé látky maximálně 4 milisekundy.

Na rozdíl od těchto kompozic byla výhřevnost samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu (příklady 1 až 3) vyšší než 4500 joulů/gram, přičemž tyto kompozice byly zároveň samozápalné a proto tedy nebylo při testu v tanku o objemu 60 litrů pozorováno žádné zpoždění při zapalování plynotvomé látky.

Protože samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má vysokou výhřevnost, je ideální pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla. Kromě toho umožňuje samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu použití hliníkového vyvíječe plynu, aniž by bylo nutní komplikovat jeho strukturu za účelem zachování samozápalných vlastností.

Claims

1. Samozápalná kompozice podpůrného činidla, vyznačující se tím, že zahrnuje

a) od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent boru,

c) od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent oxidu molybdenového, přičemž výhřevnost této kompozice je 4500 joulů/gram nebo více.

2. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje

a) od 5 hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) odl6 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent boru,

c) od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

- 12CL 304826 B6

d) od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent oxidu molybdenového, přičemž výhřevnost této kompozice je 4500 joulů/gram nebo více.

3. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se 5 t í m, že její výhřevnost je 6000 joulů/gram nebo více.

4. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že při jejím spalování vzniká od 0,5 do 2,0 mol plynu/100 gramů uvedené samozápalné kompozice podpůrného činidla.