-
Die Erfindung betrifft einen Sprengstoff.
-
Aus Jensen, K. A. und Nygaard, B., Acta Chemica Scandinavica 3 (1949), Seiten 481–486 sind Nickelverbindungen von Aminoguanidin, Diaminoguanidin und Triaminoguanidin bekannt.
-
Aus der
WO 2006/128910 A1 ist ein pyrotechnisches Mittel bekannt, dass als Komponente ein Aminoguanidin-5,5'-Azotetrazolat enthält.
-
Aus der
DE 195 81 541 T1 ist eine Gaserzeuger-Zusammensetzung bekannt, welche zur Erzeugung eines Betriebsgases in einem Airbag-System Diaminoguanidin und Triaminoguanidin umfasst.
-
Derzeit sind Zünder stets mehrstufig aufgebaut. Sie weisen mindestens zwei, üblicherweise aber drei bis fünf Stufen auf. Jede dieser Stufen muss separat zusammengesetzt und gepresst werden. Dadurch sind die Zahl der Fehlermöglichkeiten bei der Herstellung sowie der Aufwand und die Kosten der Herstellung verhältnismäßig hoch. Es sind bisher jedoch keine Initialsprengstoffe bekannt, deren Zündleistung ausreichen würde, um einen einstufigen Zünder bereitstellen zu können.
-
Zur Einstellung der Empfindlichkeit von Initialsprengstoffen wird üblicherweise Tetrazen eingesetzt. Tetrazen ist jedoch thermisch sehr instabil. Es zerfällt bereits bei 120°C. Pro Jahr zersetzen sich 2 bis 5% des Tetrazens unter normalen Lagerungsbedingungen eines Sprengstoffs. Dadurch verändern sich die Eigenschaften eines Tetrazen enthaltenden Sprengstoffs. Darüber hinaus setzt der Zusatz von Tetrazen die Zündleistung eines Sprengstoffs herab. Wird zum Ausgleich Bleiazid und/oder Bleitrizinat beigemischt, wird der Sprengstoff thermisch instabil und bleihaltig. Tetrazen ermöglicht daher nicht die Herstellung eines bleifreien Initialsprengstoffs. Auch das ersatzweise eingesetzte Diazol zerfällt bereits bei 150°C. Bei Lagerung zersetzt es sich so, dass eine sichere Einsatzfähigkeit nach 5 bis 10 Jahren nicht mehr gewährleistet werden kann.
-
Als Ersatz für Tetrazen ist ein Bleisalz von bis-Tetrazolyltriazenat bekannt. Die Verwendung von Bleisalzen sollte jedoch generell aus Umweltschutzgründen und wegen der Gefährdung der Gesundheit der an der Produktion beteiligten Personen vermieden werden.
-
Zur Einstellung der Empfindlichkeit eines Sprengstoffs werden oft Gemische mit so vielen Komponenten eingesetzt, dass nicht vorherzusagen ist, wie sich ein solches Gemisch bei längerer Lagerung verändert und wie sich dadurch die Zündeigenschaften des Sprengstoffs ändern.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sprengstoff bereitzustellen, der als Initialsprengstoff verwendet werden kann und der insbesondere eine ausreichende Zündleistung bereitstellen kann, um einen einstufigen Zünderaufbau zu ermöglichen. Bei dem Sprengstoff sollen weder Tetrazen noch kompliziert zusammengesetzte Gemische zum Erreichen der erforderlichen Empfindlichkeit und Zündleistung erforderlich sein. Darüber hinaus soll der Sprengstoff lagerstabiler sein als bisher bekannte, insbesondere Tetrazen enthaltende, Sprengstoffe. Weiterhin soll eine Verwendung des Sprengstoffs angegeben werden.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 14.
-
Erfindungsgemäß ist ein Sprengstoff umfassend ein Komplexsalz, welches Monoaminoguanidin als Liganden, ein energetisches Ion oder ein Ion, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren und ein vom Liganden komplexiertes Gegenion umfasst, vorgesehen.
-
Die Erfinder des erfindungsgemäßen Sprengstoffs haben festgestellt, dass das genannte Komplexsalz eine sehr hohe Leistung zeigt. Seine Dichte kann 2000 kg/m3 übersteigen. So betragen 90% der theoretischen Dichte eines Monoaminoguanidinkomplexsalzes mit einem Nickel-Ion als Gegenion und einem Perchlorat-Ion als den Liganden potentiell oxidierendem oder als energetischem Ion 2130 kg/m3, während 90% der theoretischen Dichte von Hexogen nur 1625 kg/m3 betragen. Der Detonationsdruck des genannten Komplexsalzes beträgt bei 90% theoretischer Dichte 330 kbar und die Detonationsgeschwindigkeit 8175 m/s. Der Detonationsdruck von Hexogen beträgt bei 90% der theoretischen Dichte 265 kbar und die Detonationsgeschwindigkeit 8260 m/s. 90% der theoretischen Dichte werden als grober Schätzwert für die erreichbare Pressdichte angenommen.
-
Der erfindungsgemäße Sprengstoff kann sowohl als Initialsprengstoff als auch als Sekundärsprengstoff eingesetzt werden. Er ist hochenergetisch und energetischer als viele herkömmliche Initialsprengstoffe und Sekundärsprengstoffe. Der Detonationsdruck des erfindungsgemäßen Sprengstoffs kann in Einzelfällen sogar den Detonationsdruck von Hexogen übersteigen.
-
Die Zündleistung des erfindungsgemäßen Sprengstoffs ist verhältnismäßig hoch. Sie ist höher als die Zündleistung von Bleiazid und ermöglicht die Bereitstellung eines einstufigen bleifreien Zünders. Aufgrund der hohen Zündleistung kann mit dem Sprengstoff sogar ein miniaturisierter einstufiger Zünder bereitgestellt werden. Der erfindungsgemäße Sprengstoff weist außerdem einen außerordentlich kleinen kritischen Durchmesser auf. Der kritische Durchmesser ist der minimale Durchmesser eines Sprengstoffs, bei dem dieser noch detoniert.
-
Weiterhin ist der erfindungsgemäße Sprengstoff neutral, d. h. weder sauer noch basisch. Daher verträgt er sich sowohl mit sauren als auch mit basischen Verbindungen, insbesondere Sekundärsprengstoffen, d. h. es kommt nicht zu Zersetzungsreaktionen mit anderen Sprengstoffen während der Lagerung. Das Komplexsalz ist darüber hinaus äußerst schwerlöslich. Auch dadurch wird eine ungewollte Zersetzungsreaktion mit anderen Sprengstoffen vermieden.
-
Durch die gute Verträglichkeit kann der erfindungsgemäße Sprengstoff, insbesondere im Vergleich zu Tetrazen, mit einer großen Zahl herkömmlicher Sprengstoffe, insbesondere Sekundärsprengstoffe, gemischt oder in Kontakt gebracht werden, ohne dass es zu einer Zersetzungsreaktion kommt. Bei der Gestaltung von Sprengsätzen ergibt sich dadurch eine größere Gestaltungsfreiheit im Hinblick auf deren Zusammensetzung.
-
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sprengstoffs besteht darin, dass dieser sehr einfach und aus wässriger Lösung durch Ausfällen hergestellt werden kann. Dadurch sind die Investitionskosten für Produktionsanlagen gering.
-
Im Gegensatz zu anderen Initialsprengstoffen ist der erfindungsgemäße Sprengstoff, sofern er kein Silber enthaltendes Komplexsalz enthält, nicht lichtempfindlich. Er kann daher ohne größere Vorsichtsmaßnahmen gehandhabt werden. Dadurch ist dessen Herstellung einfach. Darüber hinaus ist die Lagerfähigkeit von den erfindungsgemäßen Sprengstoff enthaltenden Wirkmitteln hoch.
-
Weiterhin hat sich der erfindungsgemäße Sprengstoff als laserempfindlich erwiesen. Dadurch eignet er sich für den Bau sogenannter Laserzünder, d. h. Zünder, bei denen der Initialsprengstoff durch einen Laserstrahl gezündet wird.
-
Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, dass die Eigenschaften eines Sprengsatzes, der den erfindungsgemäßen Sprengstoff enthält, durch die Wahl der Sprengstoffmenge, die Wahl des Gegenions, die Wahl eines Monoaminoguanidins und die Wahl eines energetischen Ions oder eines Ions, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren, eingestellt werden können. Auch die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Sprengstoffs kann durch die Wahl des Gegenions, die Wahl eines Monoaminoguanidins und die Wahl eines energetischen Ions oder eines Ions, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren, eingestellt werden. Dadurch kann die Empfindlichkeit, insbesondere auch die Laserempfindlichkeit, an die vorgesehene Anwendung angepasst werden. Ein Zusatz von Kaliumchlorat, einem anderen Chlorat oder Perchlorat, wie er bei herkömmlichen Sprengsätzen zur Einstellung der Empfindlichkeit üblich ist, ist nicht erforderlich.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sprengstoff um einen, insbesondere einstufigen, Initialsprengstoff. Da der erfindungsgemäße Sprengstoff laserempfindlich ist, eignet er sich besonders gut als ein durch einen Laserstrahl zu zündender Sprengstoff.
-
Bei dem Gegenion kann es sich um ein Na-, K-, Ca-, Mg-, Sr-, Ba-, La-, Cu-, Ni-, Fe-, Zn-, Co-, Mn-, Cd-, In-, Al-, Cr-, Ag-, Yb-, Y- oder Gd-Ion handeln.
-
Das energetische Ion oder das Ion, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren, kann ein Perchlorat-, Chlorat-, Bromat-, Jodat-, Perjodat-, Persulphat-, Trinitromethanat-, Dinitromethanat-, Chromat-, Dichromat-, Dinitramin-, Permanganat-, Nitrotetrazolat-, Nitriminotetrazolat-, Bistetrazolat-, Bistetrazolyltriazenat-, Bistetrazolylamin-, Azotetrazolat- oder Azid-Ion sein.
-
Besonders vorteilhaft ist ein Sprengstoff, der ein Gemisch aus mindestens zwei unterschiedlichen Sprengstoffen umfasst, wobei jeder der unterschiedlichen Sprengstoffe einer der bisher genannten erfindungsgemäßen Sprengstoffe ist. Durch das Mischen dieser unterschiedlichen Sprengstoffe lässt sich die Empfindlichkeit und die Leistung von Zünd- und Anzündsätzen ohne den Zusatz von Fremdstoffen einfach einstellen. Vorteilhaft ist es dabei, wenn jeder der unterschiedlichen Sprengstoffe ein solches Komplexsalz ist, wie es für den erfindungsgemäßen Sprengstoff spezifiziert wurde. Dann ändert sich die Gesamtzusammensetzung des Gemischs durch mit der Zeit darin stattfindende Ionenaustauschreaktionen nicht. Dadurch bleiben die Eigenschaften des Gemischs, wie Empfindlichkeit und Zündleistung, auch bei langer Lagerung konstant. Dadurch ist die Zuverlässigkeit des Sprengstoffs gegenüber einem Sprengstoffgemisch aus ganz verschiedenen Stoffen erheblich erhöht.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Komplexsalzes, welches Mono-, Di- oder Triaminoguanidin als Liganden, ein energetisches Ion oder ein Ion, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren, und ein vom Liganden komplexiertes Gegenion umfasst, als Initialsprengstoff. Das Gegenion kann dabei ein Na-, K-, Ca-, Mg-, Sr-, Ba-, La-, Cu-, Ni-, Fe-, Zn-, Co-, Mn-, Cd-, In-, Al-, Cr-, Ag-, Yb-, Y- oder Gd-Ion sein. Bei dem energetischen Ion oder dem Ion, das dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren, kann es sich um ein Perchlorat-, Chlorat-, Bromat-, Jodat-, Perjodat-, Persulphat-, Trinitromethanat-, Dinitromethanat-, Chromat-, Dichromat-, Dinitramin-, Permanganat-, Nitrotetrazolat-, Nitriminotetrazolat-, Bistetrazolat-, Bistetrazolyltriazenat-, Bistetrazolylamin-, Azotetrazolat- oder Azid-Ion handeln. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Gemischs als Initialsprengstoff, wobei das Gemisch mindestens zwei unterschiedliche Initialsprengstoffe umfasst, wobei jeder der unterschiedlichen Initialsprengstoffe ein wie oben spezifiziertes Komplexsalz umfasst. Vorzugsweise ist jeder der unterschiedlichen Initialsprengstoffe ein solches Komplexsalz, wie es oben spezifiziert wurde. Der Initialsprengstoff kann ein einstufiger Initialsprengstoff sein. Bevorzugt ist der Initialsprengstoff ein Initialsprengstoff zum Zünden durch einen Laserstrahl.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 und von Ausführungsbeispielen erläutert.
-
1 zeigt zum Größenvergleich links ein Streichholz und rechts einen Zentimetermaßstab. In der Mitte ist eine Glaskapillare mit einer schwarzen Zündschnur zu sehen. Im unteren Teil der Glaskapillare befindet sich ein erfindungsgemäßer Sprengstoff.
-
Bei dem in 1 in der Glaskapillare gezeigten Sprengstoff handelt es sich um nicht verdichtetes Nickel-di(aminoguanidin)diperchlorat. In der Kapillare sind weniger als 3 mg des Sprengstoffs enthalten. Bereits diese geringe Menge des Sprengstoffs war in der Lage, bei Zündung durch eine glühende Flamme der Zündschnur eine Sekundärladung aus Nitropenta zu zünden und damit als Zünder zu dienen. Der kritische Durchmesser des Sprengstoffs ist sehr klein. Ein vergleichbarer Zünder mit Bleiazid würde etwa 20 mg Bleiazid erfordern.
-
1. Allgemeine Arbeitsvorschriften zur Herstellung des Sprengstoffs
-
1.1 Allgemeine Arbeitsvorschrift 1 (AAV 1)
-
Der Komplexbilder (= Ligand) Mono-, Di- oder Triaminoguanidin wird in kaltem Wasser aufgeschlämmt und die Konzentration, wenn nicht anders angegeben, auf 1 mol/l eingestellt. Das zu komplexierende Metallsalz mit den Komplexbilder potentiell oxidierendem Anion, wie zum Beispiel Nitrat oder Perchlorat, wird als Lösung, wenn nicht anders angegeben mit einer Konzentration von 0,4 mol/l, auf einmal zugegeben. Die resultierende Lösung wird für fünf Minuten gekocht und danach bei Raumtemperatur mindestens vier Stunden stehen gelassen. Die dabei entstandenen Kristalle werden filtriert, mit einer kleinen Menge destilliertem Wasser und anschließend zwei Mal mit Ethanol gewaschen und bei 30°C getrocknet.
-
1.2 Allgemeine Arbeitsvorschrift 2 (AAV 2)
-
Es wird wie bei der allgemeinen Arbeitsvorschrift 1 vorgegangen, wobei statt dem Komplexbilder eine Komplexbildersalzlösung, wenn nicht anders angegeben in einer Konzentration von 1 mol/l, eingesetzt wird. Das Salz besteht dabei aus dem Komplexbilderkation und dem den Komplexbilder potentiell oxidierenden Anion. Bei dem Salz kann es sich beispielsweise um Monoaminoguanidinperchlorat handeln. Die Salzlösung wird aus Komplexbilderhydrogencarbonat und entsprechender Säure im richtigen molaren Verhältnis direkt in Lösung hergestellt, wobei das dabei entstehende Kohlendioxid entweicht.
-
1.3 Allgemeine Arbeitsvorschrift 3 (AAV 3)
-
Es wird wie bei der allgemeinen Arbeitsvorschrift 1 vorgegangen, wobei statt des Metallsalzes ein festes Metallamminkomplexsalz und statt des aufgeschlämmten Komplexbilders eine Komplexbildersalzlösung eingesetzt wird. Beispielsweise wird zur Herstellung von Metallmonoaminoguanidinperchlorat Monoaminoguanidinperchlorat als Lösung wie in der allgemeinen Arbeitsvorschrift 2 beschrieben bereitgestellt und zu dieser Lösung festes Metallamminperchlorat, beispielsweise Nickelamminperchlorat, zugesetzt.
-
2. Herstellung von Sprengstoffen
-
2.1 Herstellung von Nickel(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat nach einem ersten Verfahren
-
Es wurde nach AAV 1 vorgegangen. Dabei wurden 1,36 g (10,0 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat und 1,4 g (4,0 mmol) Nickelperchlorathexahydrat eingesetzt. Die Ausbeute betrug 40% in Form orangener Kristalle.
-
2.2 Herstellung von Nickel(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat nach einem zweiten Verfahren
-
Es wurde nach AAV 2 vorgegangen. Dabei wurden 1,6 g (12,0 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat und 2,0 g 60 %ige Perchlorsäure in 25 ml Wasser sowie 1,4 g (4,0 mmol) Nickelperchlorathexahydrat eingesetzt. Die Ausbeute betrug 70% in Form orangener Kristalle.
-
2.3 Herstellung von Nickel(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat nach einem dritten Verfahren
-
Es wurde nach AAV 3 vorgegangen. Dabei wurden 1,6 g (12,0 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat, 2,0 g 60 %ige Perchlorsäure in 25 ml Wasser und 1,0 g (2,8 mmol) Hexaamminnickelperchlorat eingesetzt. Die Ausbeute betrug 89% (2,5 mmol) in Form dunkelorangener Kristalle. Die Kristalle haben sich als sehr leistungsstarker Initialsprengstoff erwiesen. Bei der zur Untersuchung des Arbeitsvermögens eingesetzten Bleiblockausbauchung nach Trauzl zeigte das Nickel(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat eine Ausbauchung von 39,6 cm3/g. Im Vergleich dazu beträgt die Bleiblockausbauchung von Bleiazid 11,0 cm3/g, von Bleitrizinat 13,0 cm3/g, von TNT 30,0 cm3/g und von Hexogen 48,0 cm3/g. Bei Untersuchung der Laserempfindlichkeit zeigte sich, dass der Sprengstoff mittels 532 nm-Strahlung zur Detonation und mittels 630 nm-Strahlung zur Deflagration gebracht werden konnte.
-
2.4 Herstellung von Kupfer(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat
-
Die Herstellung erfolgte nach AAV 1. Es wurden 1,5 g (11 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat in 10 ml Wasser und 2,0 g (5,4 mmol) Kupferperchlorathexahydrat in 10 ml Wasser eingesetzt. Abweichend von der AAV 1 wurde die Lösung nicht gekocht. Die Umsetzung erfolgte bei Raumtemperatur. Die Ausbeute betrug 72% = 1,6 g (3,9 mmol) in Form dunkelvioletter Kristalle. Der gebildete Stoff stellt einen sehr leistungsstarken Initialsprengstoff dar. Die Bleiblockausbauchung nach Trauzl beträgt 38,2 cm3/g. Der Stoff ist laserempfindlich. Er kann mittels 630 nm-Strahlung zur Deflagration gebracht werden.
-
2.5 Herstellung von Kobalt(II)di(monoaminoguanidin)diperchlorat
-
Die Herstellung erfolgte nach AAV 1. Es wurden 1,36 g (10 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat in 10 ml Wasser und 1,46 g (4 mmol) Kobalt(II)perchlorathexahydrat in 10 ml Wasser eingesetzt. Das bei der Umsetzung gebildete Kobaltcarbonat wird aus der heißen Lösung abfiltriert und das Filtrat eingeengt. Es entsteht ein dunkelbrauner, fast schwarzer Sirup, der bei 200°C stark explodiert. Eine Kristallbildung erfolgte nicht.
-
2.6 Herstellung von Kobalt(II)di(monoaminoguanidin)dinitrat
-
Die Herstellung erfolgte nach AAV 1. Es wurden 1,36 g (10 mmol) Monoaminoguanidinhydrogencarbonat in 10 ml Wasser und 1,2 g (4 mmol) Kobalt(II)nitrathexahydrat in 10 ml Wasser eingesetzt. Das gebildete Kobaltcarbonat wird aus der heißen Lösung abfiltriert und das Filtrat eingeengt. Es entsteht ein dunkelbrauner Sirup. Eine Kristallbildung erfolgte nicht. Der Stoff zersetzt sich bei 150°C unter Vergasung.
-
Beispiele außerhalb des Umfangs der Patentansprüche:
-
Ein Sprengstoff umfassend ein Komplexsalz, welches Di- oder Triaminoguanidin als Liganden, ein den Liganden potentiell oxidierendes oder ein energetisches Ion und ein vom Liganden komplexiertes Gegenion umfasst. Bei einem den Liganden potentiell oxidierenden Ion handelt es sich um ein Ion, dass dazu in der Lage ist, den Liganden in einer Redoxreaktion zu oxidieren.
-
Beispiele für das Gegenion außerhalb des Umfangs der Patentansprüche: Bei dem Gegenion kann es sich um ein Hydrazin-, Guanidin- oder Ammoniak-Ion handeln.
