DE2113934B2

DE2113934B2 - Pyrotechnische Leuchtmasse

Info

Publication number: DE2113934B2
Application number: DE19712113934
Authority: DE
Inventors: Dudley Charles Salisbury Wiltshire Murray (Grossbritannien)
Original assignee: PAINS-WESSEX Ltd SALISBURY WILTSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: PAINS-WESSEX Ltd SALISBURY WILTSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1970-03-26
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1979-06-13
Also published as: GB1284499A; DE2113934A1; FR2085012A5; DE2113934C3

Description

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Leuchtmassc nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Leuchtmasse ist beispielsweise aus der DE-PS 7 50 642 bekannt; sie wird normalerweise in Form von Tabletten oder Säulen verwendet, wobei die Masse unter Druck verfestigt wird, oder sie wird als Masse in einen Behälter eingesetzi, in dem sie ebenfalls verfestigt worden sein kann.

Die Herstellung von Tabletten oder Säulen durch Kompression kann dadurch begünstigt werden, daß den lichterzeugenden Bestandteilen, die normalerweise in Teilchenform vorliegen, ein Uindermalcrial zugesetzt wird. Beispiele für die Substanzen, die für die Verwendung als Bindermaterial vorgeschlagen wurden, umfassen warmhärtende Harze und verschiedene öle. insbesondere Lcinsamenöl oder Firnis. Leinsamenöl und Firnis haben jedoch den Nachteil, daß sie einer langsamen exothermen Oxydalionsreaktion unterliegen, wenn sie der Luft ausgesetzt sind, und es muß Sorge getragen werden, sicherzustellen, daß dies nicht zu einer Spontanziindung der Leuchtmasse führt.

Für bestimmte Anwendungsfälle hat auch die Verwendung von warmhärtenden Harzen als Binder Nachteile, da deren Anwendung zu unbefriedigenden Abbrenncharakteristiken führen kann oder zu einer uneirwünschten Empfindlichkeit der Leuchtmasse. Da ferner nicht alle Binder, die warmhärtende Harze umfassen, chemisch inert sind, kann die Anwendung solcher Binder in unerwünschter Weise die Auswahl der Bestandteile für die Leuchtmasse selbst beschränken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine pyrotechnische Leuchtmasse nach dem Oberbegriff des Anspruchs I zu schaffen, bei der der Binder weder zu Spontanzündungen noch zu unbefriedigenden Abbrenncharakieristiken

ίο führt sowie die Auswahl der Bestandteile für die Leuchtmasse nicht in unerwünschter Weise beschränkt Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Binder Polyisobutylen ist.
Die Plastizität der Leuchtmassen hängt ab von der spezifischen Oberfläche der in Teilchenform vorliegenden Bestandteile, von der Viskosität des verwendeten Polyisobutylene und von dem Anteil des Polyisobutylen in der Masse. Polyisobutylen kann in e'nem weiten Viskositätsbereich erhalten werden von einer sirupartigen leichtfließenden Flüssigkeit bis zu einem Material mit gummiartiger Textur. Verschiedene unterschiedliche Arten von Polyisobutylen sind im Hände! erhältlich, und wenn ein Polybiobutylen eingesetzt werden soll, dessen Viskosität zwischen den erhältlichen Qualitäten liegt, können Quantitäten von Polyisobutylen mit unterschiedlichen Molekulargewichten und demgemäß unterschiedlichen Viskositäten gemischt werden, um ein solches Material herzustellen. Zwar kann dieser Verschnitt bei Zimmertemperatur stattfinden, doch wird er manchmal bequemerweise bei leicht erhöhter Temperatur durchgeführt, beispielsweise bis zu etwa 90⁰C

Die Verwendung von Polyisobutylen als Binder ermöglicht die Herstellung einer Leuchtmasse, welche

J5 die gewünschten physikalischen Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungen besitzt. Beispielsweise kann durch entsprechende Auswahl der Viskosität und der Anteile des verwendeten Polyisobutylene eine Masse erzeugt werden, die plastisch ist und auf diese Weise leicht in jede gewünschte Form gebracht werden kann, oder man kann eine Masse herstellen, die unter Druck verfestigt wird, um so kohärente Tabletten oder Säulen zu formen. Es ist auch möglich, eine Masse herzustellen, die extrudiert werden kann, um leicht deformierbare

v> Fasern zu erzeugen. Im allgemeinen ist mit wachsendem Anteil eines bestimmten Polyisobutylen-Binders eine Zunahme der Plastizität der erhaltenen Masse zu erwarten.

Das gegebenenfalls verwendete Magnesiumpulver

ίο kann geschnitten oder geblasen vorliegen. »Geschnittenes« Magnesium erhält man durch Verspanung des Metalls, während »geblasenes« Magnesium im allgemeinen aus kugeligen oder nahezu kugeligen Granalien besteht, die erzeugt werden durch Eingießen geschmol-

» zenen Magnesiums in einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit.

Wenn eine Magnesium enthaltende Leuchtmasse gezündet wird, brennt das Magnesium ab und erzeugt ein intensives weißliches Licht. Wenn, wie es gewöhn-

Wi lieh der Fall ist, eine von der Magnesiumflamme abweichende Farbe gewünscht wird, muß eine Färbungssubstanz in die Masse eingebracht werden, um die Farbe des erzeugten Lichtes bei Zündung der Masse zu slcuern. Beispiele solcher Materialien, die als Färbungs-

h5 substanz in Frage kommen, sind Salze von Lithium, Natrium, Kalium, Strontium und Barium. Die Auswahl der Färbungssubstanz hängt natürlich von der bestimmten Farbe ab, die erzeugt werden soll. Beispielsweise

ergibt eine Strontiumverbindung rotes Licht, eine Bariumverbindung grünes Licht und eine Natriumveibindung gelbes Licht

Manchmal ist es vorteilhaft, ein Gemisch verschiedener Färbungssubstanzen anzuwenden. Die in solchen s Fällen erzeugte Farbe hängt ab von den Anteilen jeder Färbungssubstanz, die verwendet wird, und der Farbe, welche jede einzelne Färbungssubstanz allein erzeugen würde. Beispielsweise führt eine Kombination von Strontiumnitrat und Bariumnitrat zu einem weißein Licht.

Wenn blaues Licht erzeugt werden soll, muß das Magnesium aus der Leuchtmasse weggelassen werden, und mindestens 5 Gewichtsprozent, gerechnet auf dai Gesamtgewicht der Masse, einer Kupferverbindung-. muß eingesetzt werden, um als Färbungssubstanz zu dienen, beispielsweise Kupferarsenat. Wenn man da:; Magnesium nicht wegließe, würde die intensive weiße Glut desselben vollständig die relativ weiche blaue Emission überdecken.

Das Feststoffen.;ydationsmittel kann ein Nitrat, Karbonat, Perchlorai ader Qxaiat sein. Vorzugsweise wire! ein Nitrat oder Perchlorat eingesetzt. Im allgemeinen beeinflußt das Festsioffoxydationsmittel etwas die Farbe des emittierten Lichtes, und dies muß berücksichtigt werden, wenn eine Leuchtmasse zusammengestelll. wird. In manchen Fällen ist es nicht einmal erforderlich, eine besondere Färbungssubstanz einzusetzen. Mil anderen Worten können die Oxydations- und Färbungsfunktionen beide von ein- und derselben Substanz erfüllt jo werden. Beispielsweise braucht eine Masse für die Erzeugung von gelbem Licht nur Magnesiumpulver und Natriumnitrat zu enthalten, die mit Polyisobuten als Binder gemischt sind.

Vorteilhafterweise isl mindestens einer der Bestand- J5 teile der Leuchtmasse eine Chlorverbindung. Wenn eine solche Verbindung vorliegt, kann Emission von Chlorionen ausgehen, beispielsweise SrCL⁺ und BaCI ⁺ . und die Emission solcher Ionen ist relativ intensiv. Die Chlorverbindung kann ein chloriertes, organisches Material sein, ist jedoch vorzugsweise eine Verbindung, die entweder als Oxydationsmittel oder als Färbungssubstanz dient.

Die Leuchtmasse kann ein Moderiermittel enthalten, beispielsweise Oxamid.

Wenn kein intensives Licht benötigt wird, kann das Magnesium aus der Leuchtmasse weggelassen werden, und die Färbungssubstanz ist dann vorzugsweise ein Strontium- oder Bariumsalz.

Die lichterzeugenden Bestandteile der Masse werden bequemerweise in den Polyisobutylenbinder in einem Mischverfahren eingebracht. Die Durchführung des Mischverfahrens bei etwas erhöhten Temperaturen verringert die Viskosität des Polyisobutylene und begünstigt so die gleichförmige Mischung, die dann leichter erreicht wird. Alternativ können die Feststoffbestandteile auch mit einer Lösung des Polyisobutylene in einem flüchtigen Lösungsmittel, beispielsweise Pctroläther, gemischt werden, wobei man das Lösungsmittel danach verdunsten läßt oder zur Verdunstung zwingt. Vorteilhafterweise wird das Magnesiumpulver mit dem Polyisobutenbinder beschichtet, bevor es mit den anderen Bestandteilen der Masse gemischt wird. Dieses Vorgehen vermeidet das Risiko, daß die Masse während des Mischprozesses spontan zündet. b5

Durch Anwendung der bekannten Technik des Mischens unter verringertem Druck ergibt sich ein dichteres Produkt als bei der Durchführung des Mischvorgangs unter atmosphärischem Druck, und dies kann vorteilhaft sein, wenn das zur Verfugung stehende Volumen begrenzt ist. Ein weiterer Vorteil dieser sogenannten Vakuummischtechnik besteht darin, daß eine gleichförmigere Verbrennung erzielt wird.

Um die Wirkung des Binders zu steigern, kann ihm ein geringfügiger Anteil von oberflächenaktivem Mittel zugegeben werden. Vorzugsweise ist das oberflächenaktive Mittel ein Gemisch von mindestens zwei Verbindungen, die aus der Gruppe organische Sulfate, anorganische Salze von veresterten dibasischen sulfonierten Säuren und Ester von langkettigen Fettsäuren ausgewählt werden. Als Beispiel kann der Anteil des oberflächenaktiven Mittels im Binder etwa 5 Gewichtsprozent betragen.

Die wichtigsten Eigenschaften einer Leuchtmasse sind die Lichtflußdichte (gewöhnlich in Candela pro Flächeneinheit gemessen) und die Verbrennungsrate. Diese Werte der Leuchtmasse gemäß der Erfindung können dadurch geändert werden, daß nur der Anteil des Polyisobutylenbinders geändert wird, der eingesetzt wird, im allgemeinen und mit der Ausnahme, daß der Anteil von Polyisobutylen sehr gering ist, führt eine Vergrößerung des Anteils von Polyisobutylenbinder zu einer Verringerung sowohl der Candelaleistung als auch der Verbrennungsrate einer Leuchtmasse.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Die Beispiele 1 bis 5 zeigen brauchbare Leuchtmassen zur Erzeugung verschiedener Farben, und das Beispiel 6 zeigt die Abhängigkeit der Candelaleistung und der Verbrennungsrate von den Anteilen an den verschiedenen Bestandteilen.

Das in den Beispielen ! bis 5 eingesetzte Magnesiumpulver war zerspantes Magnesium, und die Korngrößenverteilung der Partikeln war so, daß im wesentlichen die Gesamtheit der Partikeln eine Größe von 0,125—0,6 mm hatte, während 70% zwischen 0,15 und 035 mm lagen.

Der Binder, der in allen Beispielen verwendet wurde, bestand aus einem Gemisch von P0I5-snbutylen sowie einem oberflächenaktiven Mittel, wobei das Gewichtsverhältnis von Polyisobutylen zum oberflächenaktiven Mittel 20 : I betrug.

Jeder der Leuchtmassen, die in den Beispielen 1 bis 4 und 6 beschrieben wird, wurde wie folgt hergestellt:

Der Polyisobutylenbinder und das Magnesiumpulver wurden auf etwa 70⁰C erhitzt und dann miteinander gemischt, um das Magnesium mit dem Binder zu beschichten. Die anderen Bestandteile der Masse wurden dann in den angegebenen Proportionen zugegeben und gründlich durchgemischt. In den Fällen, wo die Masse mehr als einen weiteren Bestandteil zusätzlich zum Binder und Magnesiumpulver enthielt, wurden diese anderen Bestandteile vorgemischt, bevor sie mit dem Binder und dem Magnesium gemischt wurden. Mischen von Hand mittels eines Spatels hat sich als geeignet erwiesen für die Herstellung relativ kleiner Quantitäten der Leuchtmassen, beispielsweise in Mengen von 100 bis 400 g. Für größere Quantitäten, etwa von I kg aufwärts, wurde ein Planetenmischen verwendet. Während des Mischens wurde die Temperatur des Gemisches im Bereich zwischen etwa 50 bis 7Ö^aC gehalten.

Im Falle des Beispiels 5 wurde die Leuchtmasse dadurch hergestellt, daß das Kaliumperchlorat mit dem Binder gemischt wurde und dann das Kupferarsenat eingemischt wurde. Die Mischung wurde wie oben beschrieben durchgeführt.

Beispiel I: Rotes Licht
MagriesiumpulverGrad 0*) 40 Gew.-%

Binder 10Gew.-%

Strontiumnitrat 30 Gew.-°/o

Kaliumperchlorat 20 Gew.-%

*) Magnesiumpulver Grad 0 gemäß Spezifikation des britischen Verteidigungsministeriums.

Die Leuchtdichte oder Lichtflußdichte der Leuchtmasse gemäß Beispiel I betrug etwa 10 000 cd/cm² und die Abbrennzeit pro cm ca. 2,5 s.

Beispiel 2: Grünes Licht
Magnesiumpulver Grad 0 40Gew.-%

Binder 10Gew.-%

Bariumnitrat 30 Gew.-%

Kaliumperchlorat 20 Gew.-°/o

Die Leuchtstärke der Masse des Beispiels 2 betrug etwa 5500 cd/cm² und die Abbrennzeit 45 s/cm.

Beispiel 3: Weißes Licht

Magnesiumpulver Grad 0 35 Gew.-%

Binder 10 Gew.-%

Bariumnitrat 22Gew.-°/o

Kaliumnitrat 33 Gew.-%

Rotes Licht

10

Die Leuchtdichte der Zusammensetzung gemäß Beispiel 3 betrug 1720 cd/cm² und die Abbrennzeit 4,5 s/crn.

Beispiel 4: Gelbes Licht

Magnesiumpulver Grad 0 50Gew.-%

Binder 10Gew.-%

Natriumnitrat 40 Gew.-%

Die Leuchtstärke der Masse gemäß Beispiel 4 betrug 5500 cd/cm² und die Abbremizeit 5 s/cm.

15

Beispiel

Kaliumperchlorat

Binder

Kupferarsenat

5: Blaues Licht

72,5 Gew.-%

7,0 Gew.-%

22,5 Gew.-%

Beispiel 6

Fünf Leuchtmassen zur Erzeugung roten Lichtes und fünf Lsuchtmassen zur Erzeugung gelben Lichtes,

beziffert 1 bis 5 und 6 bis 10, wr. den, wie in der unten

angegebenen Tabelle aufgeführt, zubereitet, wobei

jeweils die Anteile in Gew.-% gegeben sind. Es wurde

geblasenes Magnesiumpulver verwendet, wobei 78% der Granalien eine Körngröße im Bereich von

0,06 -0,15 hatte. Der Binder war der gleiche wie in den

Beispielen 1 bis 5 oben angegeben.

	1	6	2	7	3	g	4	9	5
Magnesiumpulver	40	40	40	40	40
Kaliumperchlorat	20	20	20	20	20
Strontiumnitrat	30	30	30	30	30
Binder	3	6	9	12	15
Leuchtstärke, cd/cm²	11.250	11.700	10.000	6.400	5.000
Abbrennzeit, s/cm	2.5	2.35	2.5	3.6	4.5
Gelbes Licht
	10

Magnesiumpulver
Natriumnitrat
Binder

Leuchtstäike, cd/cm^
Brennzeit, s/cm

Man entnimmt der Tabelle, daß im allgemeinen, je höher ι'ί,τ Binderanteil ist, die Leuchtstärke desto niedriger und die Abbrennzeit immer länger werden.

49	48	47	46	45
49	48	47	46	45
2	4	6	8	10
> 23.400	> 23.400	> 15.600	-12.550	5.300
1.38	2	3.1	4.75	6.1

Claims

Patentansprüche:

1. Pyrotechnische Leuchtmasse aus einem Feststoffoxydationsmittel und einem Binder sowie gegebenenfalls Magnesium und — sofern das Oxydationsmitte! kein Chlor enthält — einer zusätzlichen, vorzugsweise organischen Chlorverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder Polyisobutylen ist.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Moderiermittel beigegeben ist.

3. Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Moderiermittel Oxamit ist.

4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Binder ein relativ geringer Anteil von oberflächenaktiven Substanzen beigegeben ist.

5. Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktive Substanz ein Gemisch von mindestens zwei Verbindungen aus der Gruppe Qi-CTQnjc^hg Sulfate 2nor^CT2nische Salze von veresterten dibasischen sulfonierten Säuren und Ester von langkcttigcn Fettsäuren ist.

6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 5 Gew.-% Kupferverbindungen, bezogen auf das Gewicht der Masse, enthält, und magnesiumarm oder magnesiumfrei ist.

7. Masse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferverbindung Kupferarsenat ist.

8. Masse nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwesenheit eines Strontium- oder Bariumsalzes der Magncsiumgehalt der Masse gering bzw.die Masse magnesiumfrei ist.