DE10027413B4

DE10027413B4 - A method of making a blowing agent composition using a dry blending method

Info

Publication number: DE10027413B4
Application number: DE10027413.7A
Authority: DE
Inventors: Douglas Clive Wagstaff
Original assignee: BAE Systems Land Systems Munitions and Ordnance Ltd
Current assignee: BAE Systems Global Combat Systems Munitions Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: GB9913262D0; GB2374867B; SE524594C2; US20040221934A1; US20110108171A1; US20140261928A1; SE0002149L; ES2190838A1; ES2190838B2; NL1015399C2; GB2374867A; FR2840604B1; DE10027413A1; CA2301392C; CA2301392A1; FR2840604A1; ITRM20000309A1; NL1015399A1; GB0011861D0

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Treibmittelzusammensetzung, wobei ein energetischer Füller, ein Plastifizierer und ein Binder in einem Trockenmischverfahren gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Zwischenprodukt hergestellt wird, das in Pulverform vorliegt und 90 bis 99 Gew.-% teilchenförmiges kristallines energetisches Material und 1 bis 10 Gew.-% eines energetischen Plastifizierers enthält, in dem das kristalline energetische Material und der energetische Plastifizierer durch Nassmischen gemischt und das wassernasse vermischte Material zum pulverförmigen Zustand ausgetrocknet wird, wobei der energetische Plastifizierer die einzelnen Teilchen des energetischen kristallinen Materials im wesentlichen überzieht, und wobei in einem weiteren Verfahrensschritt das Mischen und/oder Verschneiden des Zwischenprodukts nach dem vorhergehenden Schritt mit zusätzlichen Mengen von Plastifizierer- und Bindematerial nach Bedarf im Trockenmischverfahren gemischt wird.Method for producing a blowing agent composition, in which an energetic filler, a plasticizer and a binder are mixed in a dry mixing process, characterized in that first an intermediate product is produced which is in powder form and contains 90 to 99% by weight of particulate crystalline energetic material and 1 contains up to 10% by weight of an energetic plasticizer in which the crystalline energetic material and the energetic plasticizer are mixed by wet mixing and the water-wet mixed material is dried to the powdery state, the energetic plasticizer essentially coating the individual particles of the energetic crystalline material, and wherein in a further process step the mixing and / or blending of the intermediate product after the previous step is mixed with additional amounts of plasticizer and binding material as required in the dry mixing process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Treibmittelzusammensetzung, wobei ein energetischer Füller, ein Plastifizierer und ein Binder in einem Trockenmischverfahren gemischt werden. Dieses Verfahren umfaßt als Zwischenstufe die Desensibilisierung von energetischen kristallinen Materialien, im besonderen Hexanitrohexaazaisowurtzitan (HNIW) (auch als CL20 bezeichnet), aber auch andere Nitramin-Sprengstoffe wie beispielsweise Cyclotrimethylen-Trinitramin (RDX) und Cyclotetramethylen-Tetranitramin (HMX).The invention relates to a process for producing a blowing agent composition wherein an energetic filler, a plasticizer and a binder are mixed in a dry mixing process. This process includes as an intermediate desensitization of energetic crystalline materials, in particular hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW) (also referred to as CL20), but also other nitramine explosives such as cyclotrimethylene trinitramine (RDX) and cyclotetramethylene tetranitramine (HMX).

HNIW besteht aus einem hochdichten käfigartigen Molekül, das man als geeigneten energetischen Füller für Treibmittel und Sprengstoffe erkannt hat. Seine Verwendungsmöglichkeit als Ersatz für existierende Füllstoffe wie beispielsweise RDX und HMX in gegossenen doppelbasigen Komposit- und neuen Treibmitteln und anderen Explosivmaterialien ist bereits erwähnt worden.HNIW consists of a high density cage-like molecule that has been identified as a suitable energetic filler for propellants and explosives. Its use as a replacement for existing fillers such as RDX and HMX in cast double base composite and new blowing agents and other explosive materials has already been mentioned.

Treibmittelzusammensetzungen, die zum Abschuß von Projektilen verhältnismäßig hoher Masse eingesetzt werden, sollen hochenergetisch und energetisch dicht sein, d. h. ein kleines Materialvolumen haben, das ein hohes kinetischen Energiepotential durch schnelle Vergasung bei Zündung erzeugt. Im allgemeinen umfaßt eine solche Treibmittelzusammensetzung drei Materialkomponenten, nämlich einen energetischen Füller, einen Plastifizierer und einen Binder, wobei die beiden letzteren Komponenten hauptsächlich die wünschenwerten mechanischen Eigenschaften des resultierenden Treibmittelmaterials ergeben. Die Wahl eines Plastifizierers und eines Binders für einen bestimmten energetischen Füller hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie beispielsweise der Schußweite für das Projektil, den Temperaturextremen, unter welchen das Endprodukt einsetzbar sein soll, und den chemischen und physikalischen Wechselwirkungen dieser Materialien.Propellant compositions used to launch projectiles of relatively high mass are said to be high energy and energetically dense, i. H. have a small volume of material that generates a high kinetic energy potential through rapid gasification on ignition. In general, such a blowing agent composition comprises three material components, namely an energetic filler, a plasticizer, and a binder, the latter two components providing primarily the desirable mechanical properties of the resulting blowing agent material. The choice of a plasticizer and a binder for a particular energetic filler depends on a number of factors, such as the projectile firing range, the temperature extremes under which the end product is to be used, and the chemical and physical interactions of these materials.

Abgesehen von der funktionellen Leistungsfähigkeit des Treibmittelmaterials als Endprodukt müssen jedoch industrielle Hersteller neuer Materialien die Sicherheitsgesichtspunkte bei der Herstellung dieser Füller-, Binder- oder Plastifizierermaterialien und deren Einbringung in Raketentriebwerke berücksichtigen. Während vom Leistungsgesichtspunkt her ein energetischen Material zur Verwendung als Binder, Plastifizierer oder Füllstoff in der vorhergesagten Treibstoffformulierung als wünschenswert erscheinen kann, muß das Material jedoch auch bei der Einbringung, bei der Verarbeitung und beim Transport sicher sein. Wenn ein unsicheres energetisches Material in ein Treibmittel- oder Explosivsystem eingebracht würde, könnte das unsichere Material entweder schon beim Herstellungsprozeß oder während des Transports des Endprodukts zünden. Diese Zündung könnte durch zufällige Reibungs- oder Schlagstimulation ausgelöst werden, was zu einer Verpuffung oder möglicherweise einem Verpuffungs-/Detonationsübergang innerhalb des Explosivmaterials in ausreichendem Maße führen kann, um eine unerwünschte vorzeitige Explosion zu verursachen. Aus diesen Sicherheitsgründen enthalten die meisten bekannten Treibmittelmaterialien (z. B. Ammoniumperchlorat/Hydroxy-abgeschlossene Komposittreibmittel auf Polybutadienbasis) vergleichsweise energetisch inerte Plastifizierer- und Binderkomponenten.However, apart from the functional performance of the blowing agent material as the final product, industrial manufacturers of new materials must take into account the safety issues involved in making these filler, binder or plasticizer materials and incorporating them into rocket engines. While from the point of view of performance, an energetic material may appear desirable for use as a binder, plasticizer, or filler in the predicted fuel formulation, the material must also be safe to incorporate, process, and transport. If an unsafe energetic material were introduced into a propellant or explosive system, the unsafe material could either ignite during the manufacturing process or during the transportation of the final product. This ignition could be triggered by accidental friction or stroke stimulation, which can lead to deflagration or possibly a deflagration / detonation transition within the explosive material sufficiently to cause undesirable premature explosion. For these safety reasons, most known propellant materials (eg, ammonium perchlorate / hydroxy-terminated polybutadiene based composite propellant) contain comparatively energetically inert plasticizer and binder components.

Im allgemeinen werden feste Treibmittelmaterialien wie beispielsweise solche auf Basis von Ammoniumperchlorat, Hydroxyabgeschlossenem Polybutadien (Binder) und Dioctyl-Sebacat (Plastifizierer) durch einen Trockenmischprozeß hergestellt. Dies bedeutet, daß kein zusätzliches desensibilisierendes Lösungsmittel (z. B. Wasser) zu diesem Gemisch zugegeben wird außer solchen, die zur fertigen Treibmittelformulierung gehören. Dieses Trockengemisch, nachdem es hergestellt wurde, wird behandelt, um das Abbinden des Bindermaterials zu erleichtern, um die wünschenswerten mechanischen Eigenschaften für das Treibmittelmaterial herzustellen. Dieses Verfahren wird allgemein als gegenüber einem Naßmischverfahren (bei welchem zusätzliches Lösungsmittel als Transportmedium oder Verarbeitungshilfe oder als Desensibilisierer zur Verbesserung der Sicherheit verwendet wird) bevorzugt angesehen, da es eine bessere Homogenität des Mischens ergibt und Verzögerungen bei der Reinigung der Mischapparatur oder beim Austrocknen des gemischten Endprodukts vor der weiteren Verarbeitung (z. B. Gießen und Aushärten) minimiert.In general, solid propellant materials such as those based on ammonium perchlorate, hydroxy terminated polybutadiene (binder) and dioctyl sebacate (plasticizer) are prepared by a dry blending process. This means that no additional desensitizing solvent (eg, water) is added to this mixture except those belonging to the final propellant formulation. This dry mix, once made, is treated to facilitate setting of the binder material to produce the desirable mechanical properties for the blowing agent material. This method is generally considered preferable to a wet mixing process (in which additional solvent is used as the transport medium or processing aid or desensitizer for safety improvement) because it gives better mixing homogeneity and delays in cleaning the mixing apparatus or drying the mixed one End product before further processing (eg, casting and curing) minimized.

Typischerweise enthalten existierende Treibmittelmaterialien etwa 6 Gew.-% Plastifizierer bei etwa 85 Gew.-% energetischem Füller. Das Treibmittelmaterial enthält auch im allgemeinen etwa 9% des Gesamtgewichts an Binder- und anderen Füllstoffmaterialien.Typically, existing blowing agent materials contain about 6 weight percent plasticizer at about 85 weight percent energetic filler. The propellant material also generally contains about 9% of the total weight of binder and other filler materials.

HNIW ist ein in hohem Maße reibempfindliches Material mit einer Reibzahl von 0,7 im Rotationsreibtest und reagiert auf eine Reibstimulierung mit außerordentlich heftigem Ansprechen. Die außerordentlich niedrige Reibzahl von HNIW (im Vergleich zu anderen Bestandteilen, die gewöhnlich in Treibmittel-/Explosivstoffformulierungen verwendet werden) bedingt ein beträchtliches Risiko beim anfänglichen Trockenmischverfahren von Plastifizierer, Binder und Füller, wie es herkömmlicherweise bei der Herstellung fester Treibmittel eingesetzt wird. Der niedrige Reibwert schließt die Verwendung von CL20 bei der Treibmittelherstellung in großem Maßstab in einigen Explosivstoffirmen aus.HNIW is a highly friction-sensitive material with a coefficient of friction of 0.7 in the rotary rubbing test and responds to friction stimulation with extremely strong response. The extremely low coefficient of friction of HNIW (compared to other ingredients commonly used in propellant / explosive formulations) poses a considerable risk in the initial dry blending process of plasticizer, binder and filler, as has conventionally been used in the production of solid propellants becomes. The low coefficient of friction precludes the use of CL20 in large scale propellant manufacture in some explosive companies.

Aus der US 5 587 553 A ist es bekannt, preßbare Explosivzusammensetzungen mit hohem Feststoffgehalt in einem Verfahren herzustellen, bei welchem ein flüssiger energetischer Polymer in einem Lösungsmittel angesetzt wird und dann der trockene Feststoffgehalt zugegeben wird, so dass diese Bestandteile also nass vermischt werden. Danach wird das Material in einem Vakuumofen zum Austreiben des Lösungsmittels getrocknet, wobei sich der Polymer als Überzug auf den Feststoffteilchen absetzt, und das sich so ergebende getrocknete Feststoffpulver, dessen Teilchen mit dem energetischen Polymer überzogen sind, in die für die jeweilige Anwendung gewünschte Form gepreßt werden kann.From the US 5 587 553 A It is known to prepare high solids compressible explosive compositions in a process wherein a liquid energetic polymer is prepared in a solvent and then the dry solids content is added so that these ingredients are wet mixed. Thereafter, the material is dried in a vacuum oven to drive off the solvent, wherein the polymer is deposited as a coating on the solid particles, and the resulting dried solid powder, whose particles are coated with the energetic polymer, pressed into the desired shape for the particular application can be.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zum Herstellen einer Treibmittelzusammensetzung derart zu schaffen, dass ein Kombinieren eines energetischen Füllers und eines Binders in einem gefahrlosen Trockenmischverfahren erfolgen kann.The object of the invention is in contrast to provide a method for producing a blowing agent composition such that a combination of an energetic filler and a binder can be done in a safe dry mixing process.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention by the method specified in claim 1. Advantageous embodiments of this method are the subject of the dependent claims.

Durch die bei den erfindungsgemäßen Verfahren zunächst erfolgende Herstellung eines Zwischenprodukts mit Überziehen der einzelnen Teilchen des energetischen kristallinen Materials mit einem energetischen Plastifizierer wird das energetische kristalline Material desensibilisiert, so dass das sonst bei einem Trockenmischverfahren aufgrund der dabei stattfindenden Reibung zwischen den einzelnen Teilchen auftretende Gefährdungspotential überwunden wird.As a result of the first production of an intermediate product according to the invention with coating of the individual particles of the energetic crystalline material with an energetic plasticizer, the energetic crystalline material is desensitized, so that otherwise the risk potential occurring in a dry mixing process due to the friction occurring between the individual particles is overcome becomes.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die Kombination nur einer kleinen Menge von energetischem Plastifizierermaterial mit dem energetischen kristallinen Material vor dessen Einbringen in die Masse des Plastifizierer-, Binder- und Füllergemischs einer Explosiv- oder Treibmittelzusammensetzung zwei unerwartete und vorteilhafte Wirkungen hat. Erstens führt die Zugabe von Plastifizierer zu einer Verringerung der Reibempfindlichkeit des energetischen kristallinen Materials auf einen Wert, der gleich oder kleiner als diejenige von vielen üblicherweise verwendeten energetischen Füllermaterialien wie beispielsweise Ammoniumperchlorat ist, und zweitens führt die Plastifiziererzugabe auch zu einer verringerten Ansprechheftigkeit bei Stimulation. Das resultierende neue Zwischenprodukt aus dem energetischen kristallinen Material und dem Plastifizierer kann dann mit größerer Sicherheit als Ausgangsmaterial für die Trockenmisch- und Aushärteverfahren eingesetzt werden, die vorstehend beschrieben wurden und bei der Herstellung bekannter Treibmittel- und Explosivzusammensetzungen verwendet werden. Diese neuen Zwischenprodukte aus energetischem kristallinem Material mit zugegebenem Plastifizierer können auch sicherer gehandhabt und transportiert werden als das reine energetische kristalline Material.The inventors have discovered that combining only a small amount of energetic plasticizer material with the energetic crystalline material prior to its incorporation into the bulk of the plasticizer, binder and filler mixture of an explosive or propellant composition has two unexpected and beneficial effects. First, the addition of plasticizer results in a reduction of the friction sensitivity of the energetic crystalline material to a value equal to or less than that of many commonly used energetic filler materials such as ammonium perchlorate, and secondly, plasticizer addition also results in a reduced pacing responsiveness. The resulting novel energetic-crystalline material-plasticizer intermediate can then be used with greater certainty as a starting material for the dry-mix and cure processes previously described and used in the preparation of known blowing agent and explosive compositions. These new intermediates of energetic crystalline material with added plasticizer can also be handled and transported more safely than the pure energetic crystalline material.

Bei einem besonderen Verfahren nach der Erfindung werden zur Herstellung eines energetischen Materials, das aus einem Gemisch aus einem energetischen kristallinen Material und einem energetischen Plastifizierer besteht, wünschenswerterweise das energetische kristalline Material und der energetische Plastifizierer mittels eines Naßmischverfahrens gemischt, wobei das Plastifizierermaterial beispielsweise zu wassernassem HNIW zugegeben wird. Die Eigenschaften des Naßmischens verringern die Reibung, die während des Mischvorgangs innerhalb des Gemischs auftritt, und minimiert daher die Gefahr einer Explosivreaktion in dem energetischen kristallinen Material durch Reibstimulierung. Nach dem Mischen kann das wassernasse plastifizierte energetische kristalline Material zum pulverigen Zustand austrocknen, und das resultierende Trockenpulver wird mit der energetischen Plastifiziererkomponente dünn überzogen. Das resultierende Gemisch aus energetischem kristallinem Material und energetischem Plastifizierer stellt ein verhältnismäßig reibunempfindliches energetisches Material im Vergleich zu reinem trockenen energetischem kristallinen Material dar.In a particular method of the invention, to produce an energetic material consisting of a mixture of an energetic crystalline material and an energetic plasticizer, it is desirable to mix the energetic crystalline material and the energetic plasticizer by a wet-mix method, wherein the plasticizer material becomes, for example, water-wet HNIW is added. The properties of the wet mixing reduce the friction that occurs during the mixing process within the mixture, and therefore minimizes the risk of explosive reaction in the energetic crystalline material by friction stimulation. After mixing, the water-wet plasticized energetic crystalline material may dry to the powdery state, and the resulting dry powder is thinly coated with the energetic plasticizer component. The resulting mixture of energetic crystalline material and energetic plasticizer provides a relatively friction-insensitive energetic material compared to pure dry energetic crystalline material.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die Kombination gerade nur einer kleinen Menge von Plastifizierermaterial mit einem energetischen kristallinen Material wie beispielsweise HNIW bei der Herstellung einer Explosiv- oder Treibmittelzusammensetzung eine unerwartete und vorteilhafte Wirkung der Verringerung der Reibempfindlichkeit von HNIW auf einen Wert von gleich oder weniger als demjenigen von üblicherweise verwendeten energetischen Füllermaterialien wie beispielsweise Ammoniumperchlorat oder HMX hat. Die resultierenden, nach diesem Desensibilierungsverfahren gefertigten neuen Zwischenprodukte können sicherer als Ausgangsmaterial für die Trockenmisch- und Aushärteprozesse verwendet werden, die üblicherweise bei der Herstellung bekannter Treibmittel- und Explosivzusammensetzungen eingesetzt werden. Diese neuen Zwischenprodukte können auch sicherer gehandhabt und transportiert werden als das reine Produkt. Eine weitere unerwartete, jedoch vorteilhafte Eigenschaft dieser neuen Materialien besteht darin, daß sie, wenn sie einmal initiiert werden, eine verringerte Ansprechheftigkeit im Vergleich zu derjenigen des reinen Produkts zeigen.The inventors have discovered that the combination of just a small amount of plasticizer material with an energetic crystalline material such as HNIW in preparing an explosive or blowing agent composition has an unexpected and beneficial effect of reducing the friction sensitivity of HNIW to a value equal to or less than that of commonly used energetic filler materials such as ammonium perchlorate or HMX. The resulting novel intermediates made by this desensitization process can be more safely used as a starting material for the dry mix and cure processes commonly employed in the preparation of known blowing agent and explosive compositions. These new intermediates can also be handled and transported more safely than the pure product. Another An unexpected but advantageous feature of these new materials is that once initiated, they exhibit a reduced level of tack compared to that of the pure product.

Der energetische Plastifizierer ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die Butan-Triol-Trinitrat (BTTN), Trimethylanol-Ethan-Trinitrat (TMETN), Diazidonitrazapentan (DANPE), Glycidyl-Azid-Polymer (Azid-Derivat) (GAP-Azid), Bis(2,2-Dinitropropyl)Acetal/Bis(2,2-Dinitropropyl)Formal (BDNPA/F) oder Gemischen von zwei oder mehr dieser Plastifizierer umfaßt. Diese Plastifizierer bringen nicht nur den gewünschten Desensibilisierungseffekt, sondern diese Plastifizierer bringen auch zusätzliche Energie in das Treibmittelsystem im Vergleich zur Verwendung inerter Analoge. Infolgedessen hat das so hergestellte Zwischenmaterial eine höhere Energiedichte im Vergleich zu inerten Analogen. Dies stellt eine wünschenswerte Eigenschaft von Materialien zur Verwendung bei Raketen/Explosivprogrammen dar, da alle Bestandteile der nachfolgend unter Verwendung des Zwischenprodukts hergestellten Explosiv/Treibmittelformulierung energetisch zur Fertigformulierung beitragen. Die Verwendung von energetischen kristallinen Materialien, die mit energetisch inertem Plastifizierern desensibilisiert sind, hätten vergleichsweise weniger Energie als die vorgeschlagenen Formulierungen mit energetischen Plastifizierern.The energetic plasticizer is preferably selected from the group consisting of butane triol trinitrate (BTTN), trimethyl ethanol ethane trinitrate (TMETN), diazidonitrazapentane (DANPE), glycidyl azide polymer (azide derivative) (GAP azide), Bis (2,2-dinitropropyl) acetal / bis (2,2-dinitropropyl) formal (BDNPA / F) or mixtures of two or more of these plasticizers. These plasticizers not only provide the desired desensitizing effect, but these plasticizers also add extra energy to the leavening system as compared to using inert analogs. As a result, the intermediate material thus produced has a higher energy density compared to inert analogs. This is a desirable property of materials for use in rocket / explosive applications, since all of the constituents of the explosive / propellant formulation subsequently prepared using the intermediate contribute energetically to the final formulation. The use of energetic crystalline materials desensitized with energetic inert plasticizers would have comparatively less energy than the proposed formulations with energetic plasticizers.

Das energetische Plastifizierermaterial kann 100% irgendeines der oben aufgelisteten Plastifizierer, Gemische der oben aufgelisteten Plastifizierer, oder gegebenenfalls ein Gemisch aus einem energetischen Plastifizierer und einem Bindermaterial (z. B. Poly(3-Nitratomethyl-3-Methyloxetan) (PolyNIMMO), Polyglycidyl-Nitrat (Poly GLYN) oder Glycidyl-Azid-Polymer (GAP)) umfassen, in Anteilen, die von einer Minimalmenge von 10 Gew.-% Plastifizierer zu 90% Binder bis zu 100% Plastifizierer zu 0% Binder reichen. Der Begriff ”energetisches Plastifizierermaterial” ist hier entsprechend der obigen Beschreibung zu verstehen.The energetic plasticizer material may be 100% of any of the plasticizers listed above, mixtures of the plasticizers listed above, or optionally a mixture of an energetic plasticizer and a binder material (e.g., poly (3-nitratomethyl-3-methyloxetane) (polyNIMMO), polyglycidyl). Nitrate (poly GLYN) or glycidyl azide polymer (GAP)) in proportions ranging from a minimum of 10% plasticizer to 90% binder up to 100% plasticizer to 0% binder. The term "energetic plasticizer material" is to be understood here in accordance with the above description.

Vorzugsweise enthält das neue energetische Material zwischen 1 und 5 Gew.-% energetisches Plastifizierermaterial und höchst vorzugsweise zwischen 3 und 5 Gew.-% energetisches Plastifizierermaterial.Preferably, the new energetic material contains between 1 and 5 wt.% Of energetic plasticizer material and most preferably between 3 and 5 wt.% Of energetic plasticizer material.

Für Systeme mit gemischtem Binder und Plastifizierer enthält das energetische Plastifizierermaterial vorzugsweise zwischen 30 und 100% energetischem Plastifizierer und 70 bis 0% Binder. Höchst vorzugsweise liegt der Plastifizierergehalt im Bereich von 60 bis 100%.For mixed binder and plasticizer systems, the energetic plasticizer material preferably contains between 30 and 100% energetic plasticizer and 70 to 0% binder. Most preferably, the plasticizer content is in the range of 60 to 100%.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet also ein Verfahren zur Herstellung eines hochenergetischen Zwischenmaterials, basierend auf einem energetischen kristallinen Material, das für ein sicheres Einbringen in Treibmittel- oder Explosivformulierungen desensibilisiert ist.Thus, the present invention includes a method of making a high energy intermediate based on an energetic crystalline material desensitized for safe incorporation in propellant or explosive formulations.

Nach einem zweiten Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Treibmittelmaterials, das ein energetisches kristallines Material enthält, mit folgenden Schritten:

i) Mischen von 1 bis 10 Gew.-% eines energetischen Plastifizierermaterials mit 99 bis 90 Gew.-% des energetischen kristallinen Materials,
ii) Mischen und/oder Verschneiden des resultierenden Produkts nach Schritt i) mit zusätzlichen Mengen Plastifizierer- und Bindermaterial nach Bedarf für die Endanwendung des Treibmittelmaterials,
iii) Aushärten des resultierenden Produkts nach Schritt ii).

In a second aspect, the present invention includes a process for producing a propellant material containing an energetic crystalline material, comprising the steps of:

i) mixing from 1 to 10% by weight of an energetic plasticizer material with 99 to 90% by weight of the energetic crystalline material,
ii) mixing and / or blending the resulting product after step i) with additional amounts of plasticizer and binder material as needed for the end use of the propellant material,
iii) curing the resulting product after step ii).

Das energetische Plastifizierermaterial enthält vorzugsweise einen Plastifizierer, der aus Butan-Triol-Trinitrat (BTTN), Trimethylanol-Äthan-Trinitrat (TMETN), Diazidonitrazapentan (DANPE), Glycidyl-Azid-Polymer (Azid-Derivat) (GAP-Azid), Bis(2,2-Dinitropropyl)Acetal/Bis(2,2-Dinitropropyl)Formal (BDNPA/F) oder Gemischen von zwei oder mehr dieser Plastifizierer ausgewählt ist.The energetic plasticizer material preferably contains a plasticizer composed of butane triol trinitrate (BTTN), trimethyl ethanol ethane trinitrate (TMETN), diazidonitrazapentane (DANPE), glycidyl azide polymer (azide derivative) (GAP azide), bis (2,2-dinitropropyl) acetal / bis (2,2-dinitropropyl) formal (BDNPA / F) or mixtures of two or more of these plasticizers is selected.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Explosiv- oder Treibmittelzusammensetzung aus einem energetischen Material hergestellt, das besteht aus

i) 90 bis 99 Gew.-% HNIW, und
ii) 1 bis 10 Gew.-% eines energetischen Plastifizierermaterials mit einem Plastifizierer, der ausgewählt ist aus der Gruppe Butan-Triol-Trinitrat (BTTN), Trimethylanol-Ethan-Trinitrat (TMETN), Diazidonitrazapentan (DANPE), Glycidyl-Azid-Polymer (Azid-Derivat) (GAP-Azid), Bis(2,2-Dinitropropyl)Azetal/Bis(2,2-Dinitropropyl)Formal (BDNPA/F) oder Gemischen aus zwei oder mehr dieser Komponenten.

According to a third aspect of the invention, an explosive or propellant composition is prepared from an energetic material consisting of

i) 90 to 99% by weight of HNIW, and
ii) 1 to 10% by weight of an energetic plasticizer material with a plasticizer selected from the group consisting of butane triol trinitrate (BTTN), trimethyl ethanol ethane trinitrate (TMETN), diazidonitrazapentane (DANPE), glycidyl azide polymer (Azide derivative) (GAP azide), bis (2,2-dinitropropyl) acetal / bis (2,2-dinitropropyl) formal (BDNPA / F), or mixtures of two or more of these components.

Um die neuen Verfahren mehr im einzelnen zu erläutern, werden nun Produkte und Anwendungsfälle der Erfindung und ihre zugehörigen Vorteile sowie Versuchsdaten für einige spezifische Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielshalber angegeben. obwohl alle Analysen unter Verwendung der Y-Form von HNIW durchgeführt wurden, ist anzunehmen, daß dieses Verfahren der Desensibilisierung bei anderen kristallinen Polymorphen von HNIW sowie bekannten energetischen kristallinen Materialien wie beispielsweise Cyclotrimethylen-Trinitramin (RDX) und Cyclotetramethylen-Tetranitramin (HMX) in gleicher Weise wirksam ist.

1) Ein Drehreibungstest von HNIW in der Ypsilon-Kristallform wurde durchgeführt und eine Reibzahl von 0,7 wurde erhalten. Das Ansprechen der Probe während der Untersuchung bestand in einem heftigen Knall und Blitz.
2) 0,25 g TMETN, das mit 1% 2-Nitrodiphenylamin (2NDPA) stabilisiert war, wurde zu 5 g trockenem HNIW in Ypsilonform zugegeben und gemischt. Das so gebildete Material war ein hellorangefarbenes Pulver. Das Material wurde durch Drehreibungsversuch untersucht und es ergab sich eine Reibzahl von 2,2. Zusätzlich zu der Verringerung der Reibempfindlichkeit war die Heftigkeit der Reaktion von einem heftigen Knall/Blitz für das reine HNIW-Material auf einen schwachen Knall ohne Blitz reduziert.
3) Eine Wiederholungsanalyse des in Beispiel 2 angegebenen Formulierungsbeispiels wurde mit Substitution des TMTN mit BTTN, einem Gemisch von BTTN und TMETN, DANPE, GAP-Azid, BDNPA/F, PolyNIMMO, PolyGLYN und GAP durchgeführt. Alle Materialien erschienen als weiße/gelbe Pulver. Für diese Gemische wurden Reibempfindlichkeiten festgestellt, wie sie in Tafel 1 angegeben sind.

Tafel 1

Probe Reibzahl CL20:TMETN 2,2 CL20:BTTN 2,1 CL20.BTTN/TMETN (50/50) 2,4 CL20:GAP Azid 2,1 CL20:DANPE 1,9 CL20:PolyGLYN 2,2 CL20:PolyNIMMO 1,9 CL20:GAP 1,6

4) Eine Wiederholungsanalyse der in Beispiel 2 angegebenen Formulierung wurde durchgeführt, jedoch mit Substitution des TMETN mit gemischten Binder/Plastifizierer-Formulierungen. Alle Gemische bildeten weiße/hellgelbe Pulver. Für diese Gemische wurden Reibempfindlichkeiten festgestellt, wie sie in Tafel 2 angegeben sind.

Tafel 2

Feststoff Binder Plastifizierer Reibzahl CL20 PolyGLYN GAP-Azid 2,7 CL20 PolyGLYN DANPE 2,5 CL20 PolyGLYN BTTN/TMETN (80:20) 2,7 CL20 PolyGLYN BDNPA/F 2,1 CL20 PolyNIMMO GAP-Azid 2,9 CL20 PolyNIMMO DANPE 2,9 CL20 PolyNIMMO BTTN/TMETN (80:20) 3,1 CL20 PolyNIMMO BDNPA/F 2,4 CL20 GAP GAP-Azid 2,8 CL20 GAP DANPE 2,7 CL20 GAP BTTN/TMETN (80:20) 2,8 CL20 GAP BDNPA/F 2,7

5) 40 g CL20 wurden auf 25% Feuchtigkeitsgehalt mit deionisiertem Wasser angenäßt und sorgfältig gemischt. 2 g TMETN (mit 2% 2NDPA stabilisiert) wurden zugegeben und wiederum sorgfältig gemischt. Das Endgemisch aus CL20/Wasser/TMETN/2NDPA wurde auf eine offene Bank aufgebracht, um Wasser verdampfen zu lassen, und abschließend wurde Wasser unter Vakuumlagerung bei 80°C während 2 Stunden entfernt. Eine Reibempfindlichkeitsversuchung des trockenen Pulvers wurde durchgeführt und es wurde eine Reibzahl von 2,4 bestimmt.

In order to explain the new methods in more detail, products and applications of the invention and their associated advantages as well as experimental data for some specific embodiments of the invention will now be given by way of example only. Although all analyzes were performed using the Y-form of HNIW, it is believed that this method of desensitization in others crystalline polymorphs of HNIW and known energetic crystalline materials such as cyclotrimethylene-trinitramine (RDX) and cyclotetramethylene-tetranitramine (HMX) are equally effective.

1) A twisting test of HNIW in the Ypsilon crystal form was carried out and a friction coefficient of 0.7 was obtained. The response of the sample during the study was a violent bang and lightning.
2) 0.25 g of TMETN stabilized with 1% 2-nitrodiphenylamine (2NDPA) was added to 5 g of dry HNIW in the form of a ysilicone and mixed. The material thus formed was a light orange powder. The material was examined by Drehreibungsversuch and it resulted in a coefficient of friction of 2.2. In addition to reducing friction sensitivity, the severity of the reaction was reduced from a sharp blast for the pure HNIW material to a faint blast with no flash.
3) A repeat analysis of the formulation example given in Example 2 was performed with substitution of TMTN with BTTN, a mixture of BTTN and TMETN, DANPE, GAP azide, BDNPA / F, PolyNIMMO, PolyGLYN and GAP. All materials appeared as white / yellow powders. Friction sensitivities as shown in Table 1 were found for these blends.

Table 1

sample coefficient of friction CL20: TMETN 2.2 CL20: BTTN 2.1 CL20.BTTN / TMETN (50/50) 2.4 CL20: GAP azide 2.1 CL20: DANPE 1.9 CL20: PolyGLYN 2.2 CL20: polyNIMMO 1.9 CL20: GAP 1.6

4) A repeat analysis of the formulation given in Example 2 was performed but substituting the TMETN with mixed binder / plasticizer formulations. All mixtures formed white / pale yellow powders. Friction sensitivities as shown in Table 2 were found for these mixtures.

Board 2

solid fuel binder plasticizer coefficient of friction CL20 PolyGLYN GAP azide 2.7 CL20 PolyGLYN DANPE 2.5 CL20 PolyGLYN BTTN / TMETN (80:20) 2.7 CL20 PolyGLYN BDNPA / F 2.1 CL20 polyNIMMO GAP azide 2.9 CL20 polyNIMMO DANPE 2.9 CL20 polyNIMMO BTTN / TMETN (80:20) 3.1 CL20 polyNIMMO BDNPA / F 2.4 CL20 GAP GAP azide 2.8 CL20 GAP DANPE 2.7 CL20 GAP BTTN / TMETN (80:20) 2.8 CL20 GAP BDNPA / F 2.7

5) 40 g of CL20 were wet to 25% moisture content with deionized water and mixed thoroughly. 2 g of TMETN (stabilized with 2% 2NDPA) were added and mixed thoroughly again. The final mixture of CL20 / water / TMETN / 2NDPA was applied to an open bench to allow water to evaporate and finally water was removed under vacuum storage at 80 ° C for 2 hours. Friction sensitivity testing of the dry powder was performed and a coefficient of friction of 2.4 was determined.

Der sachkundige Leser erkennt, das die Prinzipien dieser Erfindung in gleicher Weise auf irgendwelche zukünftigen energetischen Materialien ähnlicher chemischer Natur wie HNIW anwendbar sind, die jedoch selbst noch herzustellen sind.The skilled reader recognizes that the principles of this invention are equally applicable to any future energetic materials of similar chemical nature as HNIW, but which are themselves still to be manufactured.

Claims

A process for producing a blowing agent composition, wherein an energetic filler, a plasticizer and a binder are mixed in a dry mixing process, characterized by first producing an intermediate product which is in powder form and comprises 90 to 99% by weight of particulate crystalline energetic material and 1 contains up to 10% by weight of an energetic plasticizer in which the crystalline energetic material and the energetic plasticizer are mixed by wet mixing and the water-wet mixed material is dried to the powdery state, wherein the energetic plasticizer substantially coats the individual particles of the energetic crystalline material, and wherein in a further process step the mixing and / or blending of the intermediate product after the previous step is mixed with additional amounts of plasticizer and binder material as needed in the dry blending process.

The method of claim 1, wherein the amount of energy plasticizer used in the intermediate is between 1 and 5% by weight.

The method of claim 1, wherein the amount of energy plasticizer used in the intermediate is between 3 and 5% by weight.

A process according to claim 1 wherein the energetic plasticizer used for the intermediate is selected from butane triol trinitrate (BTTN), trimethyl ethanol ethane trinitrate (TMETN), diazidonitrazapentane (DANPE), glycidyl azide polymer (azide derivative) ( GAP azide), bis (2,2-dinitropropyl) acetal / bis (2,2-dinitropropyl) formal (BDNPA / F), and mixtures thereof.

The method of claim 1, wherein the energetic material used for the intermediate product is hexanitrohexaazaisowurtzitane.

The method of claim 1, wherein a binder is also used for the intermediate.

The method of claim 6, wherein in the production of the intermediate, the relative proportions of energetic plasticizer and binder range from 10% to 100% energy plasticizer and 90% to 0% binder.

A method according to claim 6, wherein an energetic binder is used as binder.

The method of claim 6, wherein the binder is selected from the group consisting of poly (3-nitratomethyl-3-methyloxitane) (polyNIMMO), polyglycidyl nitrate (polyGLYN) and glycidyl azide polymer (GAP).