DE102006010471A1

DE102006010471A1 - Treib- und Explosivstoff auf der Grundlage von Schwefelleber

Info

Publication number: DE102006010471A1
Application number: DE200610010471
Authority: DE
Inventors: Achim Brauch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Die seit dem 17. Jahrhundert als Knallpulver bekannte Pulvermischung wurde durch Zusammenschmelzen der Einzelkomponenten Kaliumnitrat, Kaliumcarbonat und Schwefel hergestellt. Aufgrund der Explosionsgefahr während der Herstellung konnte dieser Explosivstoff bisher technisch nicht genutzt werden. Ziel der Erfindung war daher die sichere Herstellung und Weiterentwicklung des Knallpulvers. Das Problem wurde dahingehend gelöst, dass zunächst nur Schwefel und Kaliumcarbonat ohne Kaliumnitrat verschmolzen wurden. Die so entstandene Schwefelleber wird zusammen mit Kaliumnitrat in Wasser gelöst. Das auf diese Weise erhaltene Knallpulver lässt sich gefahrlos trocknen, ist handhabungssicher und lagerstabil. Durch weitere Zusatzstoffe ergeben sich eine Reihe von sehr guten Spreng- und Treibstoffen. Diese Treib- und Explosivstoffe eignen sich besonders für die Pyrotechnik, im Bergbau und aufgrund der extrem hohen Abbrandgeschwindigkeit als Treibstoff für Raketen.

Description

Hintergrund für die Erfindung ist das in der chemischen Literatur als „Knallpulver" bezeichnete Gemisch bestehend aus 3 Teilen Kaliumnitrat, 1,5 Teilen Schwefel und 1 Teil Kaliumcarbonat das erstmals Mitte des 17. Jahrhunderts von Glauber beschrieben wurde.
Knallpulver erwies sich bisher für pyrotechnische oder sprengtechnische Anwendungen als ungeeignet, da die Einzelkomponente erhitzt und miteinander verschmolzen werden mussten. Beim Anschmelzen dieses Gemisches bildet sich zunächst aus dem Kaliumcarbonat und Schwefel die so genannte Schwefelleber welche dann in heißem, flüssigem Zustand mit Kaliumnitrat äußerst heftig explodiert.
Versuche in der Vergangenheit dieses Knallpulver auch in kleinen Mengen herzustellen und zu isolieren, endeten fast immer mit heftigen Explosionen.
Auch Versuche das ungeschmolzene Knallpulver mit Hilfe von Zündschnüren, Schwarzpulver oder Sprengkapseln zur Detonation zu bringen waren bisher erfolglos und das Knallpulver fand aus diesem Grund wenig Beachtung in der Fachwelt.
Grundlage für die Erfindung bildete die Überlegung, nicht alle Einzelkomponente miteinander zu verschmelzen, sondern erst eine Schwefelleber herzustellen und diese im wässrigen Medium mit Kaliumnitrat zu mischen. Dabei stellte sich heraus, dass durch den Zusatz weiterer chemischer Verbindungen bzw. Elementen eine erhebliche Steigerung in Bezug auf Sprengkraft oder als Treibstoff erreicht wird als dies nur bei Knallpulver der Fall ist.
Zunächst wird eine Schwefelleber durch Zusammenschmelzen von trockenem Kaliumcarbonat (K₂CO₃) und Schwefel bei ca. 240–250°C hergestellt:
2 Gew. Teile K₂CO₃ auf 1 bis max. 1,5 Gew. Teile S
Die so gebildete Schwefelleber setzt sich aus Kaliumpolysulfiden (K₂S_X), vorwiegend K₂S₃ und K₂S₄ und Kaliumthiosulfat (K₂S₂O₃) zusammen. Die Schwefelleber ist in Wasser leicht löslich und wird mit Kaliumnitrat (KNO₃) zusammen in Wasser gelöst.
Das für das Knallpulver typische Mischungsverhältnis beträgt:
52–55 g Kaliumnitrat
45–48 g Schwefelleber
Die Komponente werden in 150 ml heißem Wasser gelöst, das Wasser anschließend wieder durch Sprühtrocknen, bei Normaldruck oder im Vakuum bei 50–80°C verdampft. Die Gefahr einer Explosion während der Herstellung ist bei diesem Verfahren nicht mehr gegeben.
Das so entstandene Knallpulver bzw. Explosivstoff ist optimal vermischt, lässt sich leicht entzünden, brennt sehr schnell ab und hat die negativen Eigenschaften des klassischen Knallpulvers damit verloren. Nachteilig ist jedoch die Hygroskopie dieses Pulvers, welche sich aber durch den Zusatz von beispielsweise Graphit oder Paraffin reduzieren bzw. verhindern lasst.
Durch den Zusatz einer Vielzahl organischer und anorganischer Stoffe zu dem Explosivstoff, können gewisse Eigenschaften hinsichtlich Sprengkraft, Abbrandgeschwindigkeit oder Impuls in beträchtlichem Maße gesteigert werden.
Wie im obigen Beispiel werden Schwefelleber, Kaliumnitrat und weitere Zusatz- bzw. Brennstoffe wie in den Patentansprüchen aufgeführt, zur optimalen Vermischung in Wasser gelöst und das Wasser wieder entfernt. Bei nicht wasserlöslichen Stoffen wie z. B. Graphit, wird der Graphit im Wasser dispergiert um auch hier eine möglichst optimale Verteilung zu erhalten.
Abhängig von der jeweiligen Rezeptur variieren die Anteile einzelner Komponente, und liegen in folgenden Bereichen (Gew.-%):
45–70% Kaliumnitrat
20–50% Schwefelleber
4–20% Brennstoffe
Zu den Brennstoffen zählt eine Vielzahl organischer und/oder anorganischer Stoffe. Je nach Wahl eines oder mehrerer Brennstoffe, weisen die Explosivstoffe unterschiedliche Eigenschaften auf. Sie beeinflussen die Abbrandgeschwindigkeit, Sprengkraft, 'Verbrennungstemperatur, Sensibilität, Pressbarkeit oder Rieselfähigkeit.
So verbrennen beispielsweise Mischungen mit Ascorbinsäure oder Lignin mit bis zu 30-facher Geschwindigkeit von Schwarzpulver bzw. lassen sich je nach Mischungsverhältnis, im offenen Abbrand bis zur Explosion steigern. Mischungen mit Graphit wiederum sind im Abbrand etwa mit Schwarzpulver vergleichbar.
Durch den Zusatz von Weichmachern und flüssigen Kohlenwasserstoffen zu den fein vermahlenen Explosivstoffen wird eine leicht plastische Konsistenz erzeugt die es ermöglicht den Explosivstoff zu extrudieren.
Anstelle eines Verpressens des fertigen Explosivstoffes, ist es auch möglich während des Herstellungsvorgangs d. h. während der Trocknung die noch heiße, geringe Menge Wasser enthaltende (H₂O – Gehalt 5–10%) aber noch flüssige Mischung in Formen zu gießen und nach dem Aushärten zu trocknen.
Zurück bleiben sehr harte Formkörper die als Stangen, Blöcke etc. für den Einsatz zum Sprengen oder als Treibladungen geeignet sind.
Der Vorteil liegt bei dieser Methode hierin, dass die Formen eine vollständig homogene und zusammenhängende Masse bilden, vergleichbar mit geschmolzenem und wieder erkaltetem Wachs. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen und störungsfreien Abbrand wie er besonders für Raketentreibladungen gefordert wird.
Bei allen Mischungen erfolgt die Zündung wie bei Treib- und Explosivstoffen üblich, mittels Zündschnur oder elektrisch.
Die einfache und billige Herstellungs- und Verarbeitungsweise, gute Lagerbeständigkeit, die Verfügbarkeit der Rohstoffe und die vielseitigen Eigenschaften dieser. Explosiv- bzw. Treibstoffmischungen machen diese nicht nur zu einem ausgezeichneten Ersatz für Schwarzpulver in der Pyrotechnik, sondern eignen sich ebenso zur Nutzung im Bergbau oder als Treibstoff für Großraketen.

Claims

Treib- und Explosivstoff auf der Grundlage von Schwefelleber bestehend aus 45 bis 70 Gew.-% eines Oxidationsmittels 20 bis 50 Gew.-% Schwefelleber 4 bis 20 Gew.-% Brennstoff
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass das Oxidationsmittel aus den Nitraten der Alkali- und Erdalkalimetallen besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet dass das Oxidationsmittel aus Kaliumnitrat besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass es sich bei der Schwefelleber um die Reaktionsprodukte aus Natrium- oder Kaliumcarbonat mit Schwefel handelt.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Holzmehl besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Graphit besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Holzkohle besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Lignin oder einem Alkalisalz der Ligninsulfonsäure besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus drei- vier- fünf- und sechswertigen Alkoholen besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Mono- und Polysacchariden besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Cellulose besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Stärke (Amylum) besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Alkalisalzen der Citronensäure besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Lycopodium besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Glyceryl-Borsäure besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Harnstoff besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Alkalisalzen der Salicyl- und Benzoesäure besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Ascorbylpalmitat besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus den Alkali- und Erdalkalisalzen der Ascorbinsäure besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Gallussäure oder Pyrogallol besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Kaliumhexacyanoferrat II besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Tannin besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Di-Hydroxibenzolen, insbesondere Brenzcatechin besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff f aus Paraffinöl oder Rizinusöl besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Dimethylphthalat, Diethylphthalat, Dibutylphthalat, Dioctylphthalat und epoxidiertem Sojabohnenöl besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus feinteiligem Aluminiumpulver (45–100 μ) besteht.
Treib- und Explosivstoff nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der Brennstoff aus Magnesiumpulver besteht.