DE3809297C1 - Bindemittel für Treibmittelkörper - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines vernetzbaren Gemisches aus

• a) Hydroxylgruppen enthaltenden Polymeren und
• b) Polymeren auf Basis eines 1,3-Butadiens mit seiten­ ständigen Bernsteinsäureanhydridgruppen

als Bindemittel zur Herstellung von Treibmittelkörpern, die auf kristallinen Explosivstoffen aufgebaut sind.

Es ist bekannt, gebundene Treibmittelkörper aus kristal­ linen Explosivstoffen in der Weise herzustellen, daß man die kristallinen Explosivstoffe mit einem Bindemittel, bestehend aus einem Prepolymer mit funktionellen Gruppen und einem Di- bzw. Polyisocyanat, vermischt und das er­ haltene Gemisch mit Hilfe von bekannten Verfahren, z. B. Topfpressen, Extrudieren oder mit Hilfe von Gießapparaten in die gewünschte Form bringt.

Die Nachteile dieser bekannten Verfahren liegen darin, daß viele als Binderkomponente einsetzbare Di- bzw. Polyisocyanate toxisch sind und daher relativ niedrige MAK-Werte besitzen. Außerdem sind sie infolge ihrer Reaktivität unspezifische Reaktionspartner, die teil­ weise unerwünschte störende Nebenreaktionen mit ande­ ren Komponenten, wie z. B. Hilfsstoffen und Additiven, sowie mit Wasserspuren aus der Luftfeuchtigkeit unter Kohlendioxid-Abspaltung eingehen. Dadurch tritt in dem dann erhaltenen Treibmittelkörper eine unerwünschte Porosität auf, die sich auf die Innenballistik des Kör­ pers nachteilig auswirkt.

Weiterhin haben viele Bindergemische auf Isocyanatbasis den Nachteil, daß sie einen relativ hohen Dampf­ druck und damit eine hohe Flüchtigkeit besitzen. Bei ihrer Verarbeitung zu Formkörpern, die im allgemeinen unter Vakuum oder bei Temperaturen über etwa 30°C durchgeführt wird, tritt deshalb leicht in diesen Form­ körpern eine ungewünschte Lunkerbildung ein; diese Lunker verhindern einen regelmäßigen Abbrand eines solchen Treibmittelkörpers.

Es bestand deshalb die Aufgabe, ein Bindersystem auf­ zufinden, dessen Komponenten vor und während des Aus­ härtens keine gasbildenden Reaktionen mit der Luft­ feuchtigkeit eingehen und mit den Bestandteilen des Treibmittelkörpers möglichst keine oder nur solche Nebenprodukte bilden, die inert für den Treibmittel­ körper sind und zu keiner negativen Beeinflussung der Treibmittelkomponenten führen.

Auch soll das Bindemittel einen möglichst niedrigen Dampfdruck - insbesondere bei den zur Herstellung von Treibmittelkörpern üblichen Verarbeitungsbedingungen - besitzen, damit die vorgenannten Nachteile aufgrund der hohen Flüchtigkeit der Isocyanate nicht auftreten.

In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun gefunden, daß sich ein vernetzbares Gemisch aus a) hydroxylgruppenhaltigen Polymeren und b) einem Polymeren auf Basis eines 1,3- Butadiens mit seitenständigen Bernsteinsäureanhydrid­ gruppen als ein in der Wärme aushärtendes Bindemittel für Treibmittelkörper auf Basis kristalliner Explosivstoffe verwenden läßt.

Die vorgenannten Gemische werden in der DE 34 36 556 A1 zwar bereits als Bindemittel für eine große Zahl von Füllstoffen genannt, wobei als ein mögliches Anwendungs­ gebiet Raketentreibstoffe erwähnt werden. In diesen Ra­ ketentreibstoffen werden diese Bindemittel zusammen mit den Füllstoffen eingesetzt; dies ist bei den vorliegenden Treibmittelkörpern jedoch nicht der Fall.

In der DE 31 39 716 C2 werden Bindemittel beschrieben, die Polybutadien mit endständigen Maleinsäureanhydrid­ gruppen enthalten. Diese Bindemittel härten unter Zusatz eines Katalysators aus und unterscheiden sich deshalb von den beanspruchten Bindemitteln.

Das hydroxylgruppenhaltige Polymere hat im allgemeinen ein mittleres numerisches Molgewicht zwischen 1000 und 10 000 und eine Hydroxylzahl zwischen 5 und 200 [mg KOH/g]. Es reagiert mit dem Polymeren auf Basis des 1,3-Butadiens mit seitenständigen Bernsteinsäureanhydridgruppen zu ver­ netzten Polymeren und kann deshalb auch als Prepolymeres in dem Gemisch bezeichnet werden. Es ist bei Raumtempe­ ratur flüssig. Das bevorzugte hydroxylgruppenhaltige Polymere ist ein hydroxylgruppenhaltiges Polybutadien. Solche Verbindungen sind an sich bekannt; ihre Herstel­ lung wird beispielsweise in der DE-OS 34 36 556 beschrie­ ben. Die Hydroxylgruppen können demzufolge in dem Poly­ meren primär oder sekundär sein und auch an den jewei­ ligen Kettenenden angeordnet sein. Auch ist es möglich, daß diese Hydroxylgruppen über Methylgruppen mit der Ket­ te verbunden sind. Solche Hydroxymethylgruppen tragenden Polymere sind als Bestandteil a) des beanspruchten Ge­ misches weiterhin bevorzugt.

Als Bestandteil a) des einzusetzenden Gemisches können jedoch auch andere hydroxylgruppenhaltige Polymere, die bei Raumtemperatur flüssig sind, verwendet werden. Als Beispiele seien genannt: Polyethylenglykole, Polypropy­ lenglykole, Polyester oder Polyetheralkohole.

Der zweite bekannte Bestandteil des erfindungsgemäß eingesetzten Bindergemisches ist ein Polymerisat auf Basis von 1,3-Butadien mit seitenständigen Bernstein­ säureanhydridgruppen. Solche Polymeren sind ebenfalls an sich bekannt; sie werden auch als maleinierte Butadienpolymerisate bezeichnet. Ihre Herstellung er­ folgt in der Regel durch Anlagerung von Maleinsäure­ anhydrid an ein Polymerisat auf Basis von 1,3-Buta­ dien (vgl. auch DE-A1 34 36 556). Es reagiert, wie bereits gesagt, mit dem hydroxylgruppenhaltigen Poly­ meren unter Vernetzung zu höhermolekularen Verbindun­ gen. Dieses Polymere wird deshalb im folgenden auch als Vernetzer bezeichnet.

Die Vernetzungsreaktion erfolgt zwischen den Anhydrid­ gruppen dieses Vernetzers und den OH-Gruppen des hydro­ xylgruppenhaltigen Polymeren. Wenn eine vollständige Vernetzung zwischen dem Prepolymeren und dem Vernetzer gewünscht wird, soll deshalb in dem einzusetzenden Ge­ misch das Verhältnis dieser Gruppierungen im stöchio­ metrischen Bereich liegen. Zur Einstellung bestimmter Eigenschaften des vernetzten Gemisches ist es jedoch auch möglich, solche Mengen des Vernetzers einzusetzen, die unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses liegen.

Das zu bindende Treibmittelsystem umfaßt kristalline Explosivstoffe, z. B. Nitramine, aromatische oder aliphatische Nitroverbindungen oder Amino-Nitrover­ verbindungen, deren Einsatz in Treibmittelkörpern an sich bekannt ist. Ihr Anteil im gebundenen Treibmittelkörper liegt zwischen 70 und 95 Gew.-%, bevorzugt zwischen 80 und 90 Gew.-%.

Das Treibmittelgemisch umfaßt fernerhin noch die in Treib­ mittelsystemen bekannten Additive. Zu diesen Additiven gehören Abbrandmoderatoren, Emulgatoren und Gleitmittel. Die Art und Menge dieser Zusätze hängen von dem gewähl­ ten Treibmittel ab; die einzusetzenden Stoffe sind dem Fachmann bekannt. Im allgemeinen liegt die Menge dieser Additive zwischen 0,1 und 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Treibmittelsystem.

Das Gemisch aus Treibmittelkomponenten und Bindemittel­ system kann im nichtvernetzten Zustand längere Zeit ge­ lagert werden, ohne daß negative Beeinträchtigungen ein­ treten. Im Gegensatz zu den bekannten Systemen schrumpft ein solches System beim Lagern nicht und kann auch nach einer längeren Lagerzeit zu den festen Treibmittelkör­ pern ausgehärtet werden, ohne daß diese die vorgenannten Nachteile der bekannten Treibmittelkörper aufweisen.

Die Herstellung des Gemisches aus Treibmittelkomponenten und dem Bindersystem erfolgt in an sich bekannter Weise. Alle Komponenten können gemeinsam vermischt werden; das erhaltene Gemisch wird zu Formkörpern gewünschter Dimen­ sion verarbeitet und anschließend durch Temperaturbe­ handlung ausgehärtet. Bei dieser Aushärtung findet die obengenannte Vernetzung statt. Die Härtungstemperatur hängt von dem gewählten Bindemittelsystem ab; im allge­ meinen liegt sie oberhalb 35°C. Die Obergrenze der Härtungstemperatur soll deutlich unterhalb der Verpuf­ fungs- oder Zersetzungstemperatur des Explosivstoffge­ misches des Treibladungspulvers liegen.

Treibladungskörper, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gemisches gebunden sind, enthalten die einzelnen Treib­ mittelkörner homogen in dem Gemisch verteilt. Die erhal­ tenen Körper enthalten keine Luftbläschen oder Lunker, wie sie bei den bisher bekannten Treibmittelkörpern, die mit Hilfe von Isocyanaten gebunden sind, aufgetreten sind. Auch brennen die Körper gleichmäßig ab.

Die Treibmittelkörper, die mit Hilfe des beanspruchten Bindersystems hergestellt werden, werden bevorzugt als gasliefernde Komponenten für Munition, insbesondere für großkalibrige Munition, eingesetzt.

Beispiele

1. Es wurden vermischt:

9,0 Gewichtsteile eines OH-gruppenhaltigen Polybutadiens
6,3 Gewichtsteile maleiniertes Polybutadien
84,0 Gewichtsteile Hexogen
0,7 Gewichtsteile Additive.

Das Gemisch wurde 30 Minuten bei Raumtemperatur ge­ knetet und anschließend zu Strängen verpreßt. Diese Stränge wurden bei 35°C ausgehärtet und zu Treib­ mittelkörpern geschnitten.

Die Körper sind auch bei Temperaturen bis -40°C elastisch und zeigen keinen Sprödbruch; beim Tempern bis ca. 100°C erweichen sie nicht und behalten ihr Gewicht bei. Ein Gewichtsverlust tritt demzufolge nicht ein. Das Abbrandverhalten entspricht dem be­ kannter Treibmittelkörper.

2. Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt. Die eingesetzten Komponenten waren die gleichen, le­ diglich das Gewichtsverhältnis wurde wie folgt geän­ dert:

13,4 Gewichtsteile Prepolymer
9,5 Gewichtsteile Vernetzer
75,0 Gewichtsteile Hexogen
2,1 Gewichtsteile Additive.

Die Additive enthielten außer den im Beispiel 1 ein­ gesetzten Emulgatoren und Gleitmitteln zusätzlich noch Abbrandmoderatoren.

Das erhaltene Gemisch wurde zu Formkörpern vergossen und bei 40°C ausgehärtet. Die Eigenschaften der er­ haltenen Treibmittelkörper entsprachen denen des Beispiels 1.

Claims (4)

1. Verwendung eines vernetzbaren Gemisches aus

• a) hydroxylgruppenhaltigen Polymeren und
• b) einem Polymeren auf Basis eines 1,3-Butadiens mit seitenständigen Bernsteinsäureanhydrid­ gruppen

als ein in der Wärme aushärtendes Bindemittel für Treibmittelkörper auf Basis kristalliner Explosiv­ stoffe.

2. Verwendung eines vernetzbaren Gemisches gemäß An­ spruch 1, bei dem die Vernetzung in Abwesenheit von Vernetzungskatalysatoren durch Erhitzen auf Temperaturen über 35°C erfolgt.

3. Verwendung eines vernetzbaren Gemisches gemäß An­ spruch 1 und 2, bei dem als hydroxylgruppenhalti­ ge Polymere solche auf Basis von 1,3-Butadien ein­ gesetzt werden, die primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen enthalten und eine Hydroxylzahl von 5 bis 200 [mg KOH/g] besitzen.