DE4323776A1 - Novel Azidoalkylformale, their preparation and their use as plasticizers in solid pyrotechnic compositions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft neue Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I, $F1 in der bedeuten: n eine ganze Zahl mit 1 <= n <= 3 UND R<SUB>1</SUB> und R<SUB>2</SUB>, die gleich oder verschieden sein können, H oder CH<SUB>3</SUB>, sowie ihre Verwendung als Plastifizierungsmittel in festen pyrotechnischen Zusammensetzungen. Die Erfindung betrifft ferner neue feste pyrotechnische Zusammensetzungen, die aus einer weichgemachten und mit einem Füllstoff versehenen Polymermatrix bestehen, wobei das Plastifizierungsmittel ein Azidoalkylformal der allgemeinen Formel I umfaßt und der Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel oder einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält. Die Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I sind relativ stabil und wenig empfindlich und können durch einfache und billige Synthese hergestellt werden.The invention relates to new Azidoalkylformale of the general formula I, $ F1 in which: n is an integer with 1 <= n <= 3 AND R <SUB> 1 </ SUB> and R <SUB> 2 </ SUB>, the may be the same or different, H or CH <SUB> 3 </ SUB>, and their use as plasticizers in solid pyrotechnic compositions. The invention further relates to novel solid pyrotechnic compositions consisting of a plasticized and filled polymeric matrix, wherein the plasticizer comprises an azidoalkyl formal of general formula I and the filler contains at least one inorganic oxidizing agent or one organic nitro-explosive. The Azidoalkylformale of general formula I are relatively stable and not very sensitive and can be prepared by simple and inexpensive synthesis.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet energetischer Plastifizierungsmittel für feste pyrotechnische Zusammensetzungen, Sprengstoffe oder Treibmittel und insbesondere für feste Propergole.The This invention relates to the field of energetic plasticizers for solid pyrotechnic compositions, explosives or propellants and in particular for solid propellants.
Das Interesse an der Verwendung energetischer Plastifizierungsmittel in derartigen Zusammensetzungen im Vergleich mit der Verwendung inerter Weichmacher, wie Triacetin und Dibutylphthalat, ist dem Fachmann des vorliegenden Gebiets geläufig. Energetische Plastifizierungsmittel erlauben insbesondere eine Erhöhung des Energiepotentials entsprechender Zusammensetzungen sowie im Fall der festen Propergole eine Erhöhung der Abbrandgeschwindigkeit und des spezifischen Impulses.The Interest in the use of energetic plasticizers in such compositions as compared to use inert plasticizers, such as triacetin and dibutyl phthalate, is the Person skilled in the art. energetic Plasticizers allow in particular an increase the energy potential of corresponding compositions as well as in Case of solid propellants an increase in the burning rate and the specific impulse.
Aufgrund der geringen Gestehungskosten und seines Energiebeitrags wird Nitroglycerin als Plastifizierungsmittel in Propergolen in weitem Umfang verwendet. Diese Verbindung ist allerdings außerordentlich gefährlich und verlangt besondere Vorkehrungen bei der Handhabung. Darüber hinaus erlaubt sie nicht die Erzielung höherer Brenngeschwindigkeiten. Andere Salpetersäureester, wie 1,1,1-Trimethylolethantrinitrat (TMETN) oder 1,2,4-Trihydroxybutantrinitrat (auch als Butantrioltrinitrat oder BTTN bezeichnet) oder auch nitrierte Derivate, wie Bis(2,2-dinitropropylacetal)formal (BDNPAF), die weniger empfindlich sind als Nitroglycerin, werden ebenfalls verwendet, was jedoch auch auf Kosten der Eigenschaften geht, da diese Zusammensetzungen einen geringeren Energieinhalt als im Fall der Verwendung von Nitroglycerin aufweisen.by virtue of the low production cost and its energy contribution is nitroglycerin used as plasticizer in propellants to a large extent. This connection is extremely dangerous and requires special precautions in handling. About that It also does not allow you to achieve higher burning speeds. Other nitric esters, such as 1,1,1-trimethylolethane trinitrate (TMETN) or 1,2,4-trihydroxybutane trinitrate (also known as butanetriol trinitrate or BTTN) or nitrated derivatives, such as bis (2,2-dinitropropylacetal) formally (BDNPAF), which are less sensitive than nitroglycerin also used, but at the expense of the properties goes as these compositions have a lower energy content than in the case of using nitroglycerin.
Es sind auch andere energetische Plastifizierungsmittel bekannt, die jedoch eine relativ komplexe chemische Struktur aufweisen, wodurch ihre Synthese, ausgehend von in der chemischen Industrie verfügbaren Ausgangsmaterialien, zahlreiche Verfahrensschritte erfordert und daher sehr kostenintensiv ist.It There are also known other energetic plasticizers which however, have a relatively complex chemical structure, thereby their synthesis, starting from starting materials available in the chemical industry, requires numerous process steps and therefore very costly is.
Der Fachmann sah sich daher der Aufgabe gegenüber, neue energetische Plastifizierungsmittel für feste pyrotechnische Zusammensetzungen anzugeben, die ähnliche Eigenschaften wie die bisher verwendeten energetischen Plastifizierungsmittel aufweisen, deren Synthese jedoch einfach und billig ist und zugleich von in der chemischen Industrie erhältlichen Rohstoffen ausgeht.Of the Specialist was therefore faced with the task of new energetic Plasticizer for solid pyrotechnic compositions specify similar properties to those used previously have energetic plasticizer, but their synthesis is easy and cheap and at the same time in the chemical industry available raw materials.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.The Task is solved according to the claim. The Subclaims relate to advantageous embodiments the inventive concept.
Der Erfindung liegt die unerwartete Feststellung zugrunde, daß neue Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I, worin n eine ganze Zahl mit 1 ≤ n ≤ 3 und R1 und R2, die gleich oder verschieden sein können, H oder CH3 bedeuten, und insbesondere Bis(2-azidoethyl)formal, in dessen Formel entsprechend n = 1 und R1 und R2 = H sind, deren Synthese einfach und billig ist und von Formaldehyd oder Acetaldehyd undausgeht, alle physikalischen, chemischen und Explosiveigenschaften aufweisen, die sie, und zwar ohne vorhergehende Reinigung des erhaltenen Syntheserohprodukts, zur Verwendung als energetische Plastifizierungsmittel in festen pyrotechnischen Zusammensetzungen geeignet machen. Die erfindungsgemäßen Azidoalkylformale erlauben ferner eine mit bekannten energetischen Plastifizierungsmitteln vergleichbare Erhöhung des Energiepotentials entsprechender Zusammensetzungen sowie, im Fall der festen Propergole, eine Erhöhung der Abbrandgeschwindigkeit und des spezifischen Impulses.The invention is based on the unexpected finding that new Azidoalkylformale the general formula I, wherein n is an integer with 1 ≦ n ≦ 3 and R 1 and R 2 , which may be the same or different, are H or CH 3 , and especially bis (2-azidoethyl) formal, in the formula of which n = 1 and R 1 and R 2 = H, the synthesis of which is simple and inexpensive and of formaldehyde or acetaldehyde and have all the physical, chemical and explosive properties that make them suitable for use as energetic plasticizers in solid pyrotechnic compositions, without prior purification of the resulting crude synthesis product. The Azidoalkylformale invention also allow comparable with known energetic plasticizers increase the energy potential of corresponding compositions and, in the case of solid propellants, an increase in the burning rate and the specific pulse.
Diese Feststellungen sind umso überraschender, als die Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I keine weiteren energieliefernden Gruppen als die beiden Azidogruppen aufweisen, im Gegensatz zu bekannten Azido-Plastifizierungsmitteln für feste pyrotechnische Zusammensetzungen, die noch andere energieliefernde Gruppen, wie C-NO2, N-NO2 und -CF(NO2)2 , enthalten.These findings are all the more surprising since the Azidoalkylformale of general formula I have no other energy-providing groups than the two azido groups, in contrast to known azido plasticizers for solid pyrotechnic compositions containing other energy-providing groups, such as C-NO 2 , N-NO 2 and -CF (NO 2) 2, included.
Die Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I, und insbesondere Bis(2-azidoethyl)formal, sind relativ stabil und weisen nur geringe Empfindlichkeit auf.The Azidoalkylformale of the general formula I, and in particular bis (2-azidoethyl) formal, are relatively stable and have low sensitivity.
Ihre Bildungswärme ist besonders vorteilhaft, insbesondere die von Bis(2-azidoethyl)formal, die +243 kJ/mol (58 kcal/mol) beträgt.Your Educational heat is particularly advantageous, in particular the of bis (2-azidoethyl) formal which is +243 kJ / mol (58 kcal / mol).
Die Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I können durch Umsetzung eines Metallazids, vorzugsweise eines Alkalimetallazids, wie Natriumazid oder Kaliumazid, mit einem Bis(halogenalkyl)formal der allgemeinen Formel II, in der n, R1 und R2 die obige Bedeutung besitzen und X ein Halogenatom bedeutet, vorzugsweise Chlor, hergestellt werden.The azidoalkylformals of the general formula I can be obtained by reacting a metal azide, preferably an alkali metal azide, such as sodium azide or potassium azide, with a bis (haloalkyl) formal of the general formula II, in which n, R 1 and R 2 have the above meaning and X represents a halogen atom, preferably chlorine, are prepared.
Diese Reaktion der Einführung einer Azidogruppe ist einfach und wird allgemein in einem polaren aprotischen Lösungsmittelmedium wie Dimethylsulfoxid (DMSO) oder Dimethylformamid (DMF) vorgenommen. Die Reaktionstemperatur liegt allgemein im Bereich von 20 bis 100°C und vorzugsweise im Bereich von 60 bis 95°C. Es ist ferner bevorzugt, das Azid in bezug auf das Bis(halogenalkyl)formal der allgemeinen Formel II im Überschuß einzusetzen.These Reaction of the introduction of an azido group is easy and becomes generally in a polar aprotic solvent medium such as dimethyl sulfoxide (DMSO) or dimethylformamide (DMF) made. The reaction temperature is generally in the range of 20 to 100 ° C and preferably in the range of 60 to 95 ° C. It is further preferably, the azide with respect to the bis (haloalkyl) formally the general formula II in excess.
Die Bis(halogenalkyl)formale der allgemeinen Formel II sind bekannte Verbindungen, die leicht durch Umsetzung von Formaldehyd, wenn R2 Wasserstoff bedeutet, oder von Acetaldehyd, wenn R2 Methyl bedeutet, mit Halogenalkanolen der allgemeinen Formel III, in der X, n und R1 die obige Bedeutung besitzen, in saurem Medium hergestellt werden können.The bis (haloalkyl) -formals of the general formula II are known compounds which are easily prepared by reacting formaldehyde, when R 2 is hydrogen, or acetaldehyde, when R 2 is methyl, with haloalkanols of the general formula III, in which X, n and R 1 have the above meaning, can be prepared in acidic medium.
Diese
Umsetzung kann beispielsweise unter Verfahrensbedingungen vorgenommen
werden, die von
Formaldehyd, Acetaldehyd und Halogenalkanole der allgemeinen Formel III, insbesondere 2-Chlorethanol, sind handelsübliche Produkte, die leicht zugänglich sind.Formaldehyde, Acetaldehyde and haloalkanols of the general formula III, in particular 2-chloroethanol, are commercial products that are light are accessible.
Man erhält auf diese Weise in zwei Stufen nach einem einfachen und billigen Verfahren ohne zusätzliche Reinigung aus in der chemischen Industrie preiswert und leicht erhältlichen Ausgangsmaterialien wie Formaldehyd und 2-Chlorethanol ein direkt als energetisches Plastifizierungsmittel in festen pyrotechnischen Zusammensetzungen, wie Komposit-Sprengstoffen und festen Komposit-Propergolen, zweibasigen Propergolen oder zweibasigen Komposit-Propergolen, verwendbares Produkt.Obtained in this way in two stages by a simple and inexpensive process without additional purification from the chemical industry inexpensive and readily available starting materials such as formaldehyde and 2-chloroethanol directly as an energetic plasticizer in solid pyrotechnic compositions such as composite explosives and solid composite -Propergolen, dibasic Propergo len or dibasic composite propellants, usable product.
Die vorliegende Erfindung betrifft entsprechend auch die Verwendung der Azidoalkylformale der allgemeinen Formel I, und in besonders bevorzugter Weise von Bis(2-azidoethyl)formal, als Plastifizierungsmittel in festen pyrotechnischen Zusammensetzungen, beispielsweise Komposit-Sprengstoffen und festen Propergolen, insbesondere zweibasigen Komposit-Propergolen.The The present invention accordingly also relates to the use the Azidoalkylformale of the general formula I, and in particular preferably bis (2-azidoethyl) formal, as plasticizer in solid pyrotechnic compositions, for example composite explosives and solid propellants, in particular dibasic composite propellants.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auf die übliche Fachterminologie Bezug genommen:
- – Unter einer "festen pyrotechnischen Zusammensetzung" wird eine Zusammensetzung verstanden, die zu Abbrennen, Deflagration oder Detonation befähigt ist und unter normalen Temperatur- und Druckverhältnissen (20°C und 105 Pa) in festem Zustand vorliegt;
- – unter "Komposit-Sprengstoff" wird eine feste, in funktioneller Hinsicht detonierbare pyrotechnische Zusammensetzung verstanden, die im wesentlichen aus einem mit Füllstoff gefüllten und ggf. einen Weichmacher enthaltenden Polymermaterial besteht, wobei der Füllstoff pulverförmig ist und einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält;
- – unter "zweibasigem Komposit-Propergol" wird eine feste, in funktioneller Hinsicht verbrennbare pyrotechnische Zusammen setzung verstanden, die im wesentlichen aus einer Polymermatrix besteht, die mit einem energetischen Plastifizierungsmittel weichgemacht ist und als Füllstoff ein anorganisches Oxidationsmittel und ggf. einen organische Nitro-Sprengstoff und/oder ein reduzierendes Metall enthält, wobei der Füllstoff pulverförmig ist;
- – unter "organischem Nitro-Sprengstoff" wird ein Sprengstoff verstanden, der unter den nitrierten aromatischen Sprengstoffen (die mindestens eine Gruppe C-NO2 aufweisen, wobei das Kohlenstoffatom dieser Gruppe Teil des aromatischen Rings ist), den Salpetersäureester-Sprengstoffen (die mindestens eine Gruppe C-O-NO2 aufweisen) und den Nitramin-Sprengstoffen (die mindestens eine Gruppe C-N-NO2 aufweisen) ausgewählt ist.
- - a "solid pyrotechnic composition" is understood to mean a composition which is capable of burning, deflagration or detonation and which is in solid state under normal temperature and pressure conditions (20 ° C and 10 5 Pa);
- "Composite explosive" means a solid, functionally detonable, pyrotechnic composition consisting essentially of a filled and optionally plasticized polymeric material, the filler being powdered and containing an organic nitro explosive;
- - "dibasic composite propellant" is understood to mean a solid, functionally combustible pyrotechnic composition consisting essentially of a polymer matrix plasticized with an energetic plasticizer and an inorganic oxidant and optionally an organic nitro explosive as filler and / or a reducing metal, wherein the filler is powdery;
- - "organic nitro explosive" is understood to mean an explosive which is among the nitrated aromatic explosives (which have at least one group C-NO 2 , wherein the carbon atom of this group is part of the aromatic ring), the nitric acid ester explosives (the at least one Group CO-NO 2 ) and the nitramine explosives (having at least one group CN-NO 2 ) is selected.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner neue feste pyrotechnische Zusammensetzungen, die im wesentlichen aus einer mit einem Weichmacher weichgemachten Polymermatrix bestehen, die einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff pulverförmig ist und mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel oder einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß das Plastifizierungsmittel ein Azidoalkylformal der allgemeinen Formel I ist, vorzugsweise Bis(2-azidoethyl)formal.The The present invention further relates to novel solid pyrotechnic Compositions consisting essentially of one with a plasticizer plasticized polymer matrix containing a filler, wherein the filler is powdery and at least an inorganic oxidizing agent or an organic nitro explosive contains. They are characterized in that the Plasticizer Azidoalkylformal the general formula I is, preferably bis (2-azidoethyl) formal.
Die Polymermatrix kann beispielsweise eine Nitrocellulose, ein Polyester, ein Polyether oder ein Polyurethan sein.The Polymer matrix may be, for example, a nitrocellulose, a polyester, a polyether or a polyurethane.
Wenn die Polymermatrix ein Polyurethan ist, wird sie im allgemeinen durch Umsetzung eines Präpolymers mit endständigen Hydroxygruppen mit einem Polyisocyanat hergestellt.If The polymer matrix is a polyurethane, it is generally by Reaction of a hydroxy terminated prepolymer prepared with a polyisocyanate.
Beispiele für Präpolymere mit Hydroxy-Endgruppen sind Präpolymere mit einem Gerüst auf der Basis eines Polyisobutens, Polybutadiens, Polyethers, Polyesters, Polysiloxans oder Polycaprolactons.Examples for prepolymers with hydroxy end groups are prepolymers with a framework based on a polyisobutene, polybutadiene, Polyethers, polyesters, polysiloxanes or polycaprolactones.
Beispiele für Polyisocyanate sind etwa Isophorondiisocyanat (IPDI), Toluoldiisocyanat (TDI), Dicyclohexylmethylendiisocyanat (Hylène W), Hexamethylendiisocyanat (HMDI) und Biuret-trihexanisocyanat (BTHI) sowie deren Gemische.Examples for polyisocyanates are about isophorone diisocyanate (IPDI), Toluene diisocyanate (TDI), dicyclohexylmethylene diisocyanate (Hylène W), hexamethylene diisocyanate (HMDI) and biuret trihexane isocyanate (BTHI) and their mixtures.
Wenn die Polymermatrix eine Polyestermatrix ist, wird sie im allgemeinen durch Umsetzung eines Präpolymers mit endständigen Carboxygruppen, vorzugsweise eines Polybutadiens mit endständigen Carboxygruppen (PBCT) oder eines Polyesters mit endständigen Carboxygruppen, mit einem Polyepoxid, beispielsweise einem Kondensationsprodukt von Epichlorhydrin mit Glycerin, oder einem Polyaziridin, beispielsweise Trimethylaziridinylphosphinoxid (MAPO), hergestellt.If the polymer matrix is a polyester matrix, it generally becomes by reacting a prepolymer with terminal Carboxy groups, preferably a terminal polybutadiene Carboxy groups (PBCT) or a terminal polyester Carboxy groups, with a polyepoxide, for example a condensation product of epichlorohydrin with glycerin, or a polyaziridine, for example trimethylaziridinylphosphine oxide (MAPO).
Die Polymermatrix kann allgemein inert oder aktiv sein, d. h. energieliefernde Gruppen, wie Azidogruppen, Nitraminogruppen oder Fluordinitroethylgruppen, enthalten.The Polymer matrix may be generally inert or active, i. H. energizing Groups, such as azido groups, nitramino groups or fluoro-diethyl groups, contain.
Das anorganische Oxidationsmittel wird vorzugsweise unter Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat, Ammoniumnitrat und Natriumnitrat sowie Gemischen dieser Verbindungen ausgewählt.The inorganic oxidizing agent is preferably ammonium perchlorate, Potassium perchlorate, ammonium nitrate and sodium nitrate, and mixtures selected from these compounds.
Der organische Nitro-Sprengstoff wird vorzugsweise unter Hexogen (RDX), Octogen (HMX), 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol (ONTA), Pentrit, Triaminotrinitrobenzol (TATE) und Nitroguanidin sowie Gemischen dieser Verbindungen ausgewählt.Of the organic nitro explosive is preferably under hexogen (RDX), Octogen (HMX), 5-oxo-3-nitro-1,2,4-triazole (ONTA), pentritol, triaminotrinitrobenzene (TATE) and nitroguanidine and mixtures of these compounds selected.
Nach einer bevorzugten Variante enthält der Füllstoff ein anorganisches Oxidationsmittel und einen organischen Nitro-Sprengstoff.To a preferred variant contains the filler an inorganic oxidizer and an organic nitro explosive.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Füllstoff ein reduzierendes Metall, das vorzugsweise unter Aluminium, Zirkonium, Magnesium und Bor und Gemischen dieser Metalle ausgewählt ist.To another preferred embodiment the filler is a reducing metal, preferably among aluminum, zirconium, magnesium and boron and mixtures of these Metals is selected.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das anorganische Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat, der organische Nitro-Sprengstoff Hexogen (RDX), Octogen (HMX), ONTA oder ein Gemisch von mindestens zwei dieser drei Sprengstoffe, und das reduzierende Metall Aluminium.To In a particularly preferred embodiment, the inorganic Oxidizing agent ammonium perchlorate, the organic nitro explosive Hexogen (RDX), octogen (HMX), ONTA or a mixture of at least two of these three explosives, and the reducing metal aluminum.
Das Azidoalkylformal der allgemeinen Formel I kann als alleiniger Weichmacher in entsprechenden Zusammensetzungen verwendet werden. Es kann aber auch im Gemisch mit einem inerten Plastifizierungsmittel und/oder einem weiteren energetischen Plastifizierungsmittel, wie sie auf diesem Gebiet bekannt sind, verwendet werden.The Azidoalkylformal the general formula I can as the sole plasticizer be used in appropriate compositions. But it can also in admixture with an inert plasticizer and / or Another energetic plasticizer, as on are known in this field.
Neben den oben genannten wesentlichen Komponenten können die neuen festen pyrotechnischen Zusammensetzungen gemäß der Erfindung ferner auch ein oder mehrere Additive, wie sie üblicherweise in diesem Typ von Zusammensetzungen verwendet werden, enthalten, d. h., ohne daß die folgende Aufzählung einschränkend wäre, beispielsweise Stabilisierungsmittel, Netzmittel, Antioxidationsmittel, Katalysatoren für die Reaktion zwischen den Grundbestandteilen der Polymermatrix, ballistische Modifikatoren und mündungsfeuerdämpfende Mittel.Next The above-mentioned essential components may be new solid pyrotechnic compositions according to the Invention furthermore also one or more additives, as they usually do contained in this type of compositions, d. h., without the following enumeration limiting would be, for example, stabilizers, wetting agents, Antioxidants, catalysts for the reaction between the basic components of the polymer matrix, ballistic modifiers and Mündungsfeuerdämpfende means.
Die erfindungsgemäßen festen pyrotechnischen Zusammensetzungen unterscheiden sich wesentlich von den bekannten Zusammensetzungen durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz des energetischen Plastifizierungsmittels durch ein Azidoalkylformal der allgemeinen Formel I und können nach einem den bekannten Verfahren analogen Verfahren unter Ersatz des gesamten energetischen Weichmachers oder eines Teils davon durch ein Azidoalkylformal der allgemeinen Formel I hergestellt werden.The solid pyrotechnic compositions according to the invention differ significantly from the known compositions by the partial or complete replacement of the energetic plasticizer by an azidoalkyl formal of the general formula I and can according to a method analogous to the known method with replacement all or part of the energetic plasticizer an azidoalkyl formal of general formula I are prepared.
Wenn die Polymermatrix ein Polyurethan ist, kann z. B. zunächst ein Vorgemisch hergestellt werden, das mindestens ein Polyol, das Plastifizierungsmittel, die Füllstoffe und die ggf. zugesetzten Additive enthält. Das Plastifizierungsmittel muß mit dem Polyol mischbar sein, um ein homogenes Gemisch zu erzielen.If the polymer matrix is a polyurethane, z. B. first a premix is prepared, the at least one polyol, the Plasticizers, fillers and any added Contains additives. The plasticizer must with be miscible with the polyol to obtain a homogeneous mixture.
Anschließend wird das Vorgemisch mit mindestens einem Polyisocyanat versetzt, um durch Polykondensation der OH-Funktionen des Polyols mit den NCO-Funktionen des Polyisocyanats das Polyurethan herzustellen.Subsequently if the premix is mixed with at least one polyisocyanate, by polycondensation of the OH functions of the polyol with the NCO functions of the polyisocyanate to produce the polyurethane.
Anschließend wird das so erhaltene pastose Gemisch im Vakuum, vorzugsweise bei einem Druck von einigen Torr, vorzugsweise während einer Dauer von etwa 0,5 h, und vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 60°C, verknetet.Subsequently is the resulting impasto mixture in vacuo, preferably at a pressure of a few Torr, preferably during one Duration of about 0.5 h, and preferably at a temperature of 30 up to 60 ° C, kneaded.
Danach wird dieses Gemisch in eine Form gegossen, worauf die Paste einige Tage, allgemein 10 bis 20 Tage, bei einer Temperatur gehärtet wird, die im allgemeinen im Bereich von 10 bis 90°C und vorzugsweise im Bereich von 40 bis 70°C liegt.After that This mixture is poured into a mold, whereupon the paste some Days, generally 10 to 20 days, cured at a temperature which is generally in the range of 10 to 90 ° C and preferably in the range of 40 to 70 ° C.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung und die durch sie erzielbaren Vorteile, wobei die Angaben nicht einschränkend sind.The The following examples illustrate the invention and the advantages obtainable by them, the data being non-limiting are.
Beispiel 1 Synthese von Bis(2-azidoethyl)formal.Example 1 Synthesis of bis (2-azidoethyl) formal.
In einen mit einem Rührsystem ausgerüsteten Reaktor mit einem Fassungsvermögen von 100 ml werden 50 ml DMSO, 10 g (0,15 mol) Natriumazid und 3,46 g (0,02 mol) Bis(2-chlorethyl)formal, das durch Umsetzung von Formaldehyd mit 2-Chlorethanol in einem H2SO4-Medium nach der oben angegebenen Verfahrensweise von Vinokurov (Chemical Abstracts 57: 16378c) unter Anwendung der Variante mit Ethanol hergestellt wurde, eingebracht.Into a stirred reactor equipped with a capacity of 100 ml, 50 ml of DMSO, 10 g (0.15 mol) of sodium azide and 3.46 g (0.02 mol) of bis (2-chloroethyl) formally, by reacting Formaldehyde with 2-chloroethanol in a H 2 SO 4 medium according to the procedure given above by Vinokurov (Chemical Abstracts 57: 16378c) using the variant prepared with ethanol introduced.
Nach 5 h Rühren bei 90°C wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und mit 50 ml Wasser versetzt, worauf dreimal mit 50 ml CH2Cl2 extrahiert wird. Die organischen Extraktphasen werden vereinigt und zweimal mit 50 ml Wasser gewaschen. Nach Trocknen und Eindampfen unter vermindertem Druck werden 3,2 g (Ausbeute 87%) Bis(2-azidoethyl)formal in reiner Form erhalten, wie sich durch 1H-NMR-Analyse ergibt. Die Substanz liegt in Form einer Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,181 g/ml, einem Brechungsindex nD von 1,470 und einem Schmelzpunkt von –109 bis –112°C vor. Die Bildungswärme beträgt +1,3 kJ/g (+311 cal/g), d. h. +243 kJ/mol (+58 kcal/mol).After 5 h stirring at 90 ° C, the reaction mixture is cooled and treated with 50 ml of water, whereupon it is extracted three times with 50 ml of CH 2 Cl 2 . The organic extract phases are combined and washed twice with 50 ml of water. After drying and evaporation under reduced pressure, 3.2 g (yield 87%) of bis (2-azidoethyl) are obtained formally in pure form, as shown by 1 H-NMR analysis. The substance is in the form of a liquid with a density of 1.181 g / ml, a refractive index n D of 1.470 and a Melting point of -109 to -112 ° C before. The heat of formation is +1.3 kJ / g (+311 cal / g), ie +243 kJ / mol (+58 kcal / mol).
Beispiel 2 Herstellung einer festen Polymermatrix für Propergole unter Verwendung von Bis(2-azidoethyl)formal als Weichmacher.Example 2 Preparation of a Solid Polymer Matrix for proppergols using bis (2-azidoethyl) formal as a plasticizer.
Durch Vormischen eines Diethylenglycol-polyadipats mit endständigen Hydroxygruppen und in Beispiel 1 erhaltenem Bis(2-azidoethyl)formal wurde ein Vorgemisch hergestellt, das dann mit Biuret-trihexanisocyanat (BTHI) versetzt wurde, wonach einige Stunden bei 40°C im Vakuum verknetet wurde. Im Anschluß daran wurde 14 d bei 60°C polymerisiert.By Premixing a diethylene glycol polyadipate with terminal Hydroxy groups and obtained in Example 1 bis (2-azidoethyl) formal a premix was prepared which was then treated with biuret trihexane isocyanate (BTHI), after which several hours at 40 ° C in Vacuum was kneaded. This was followed by 14 d at Polymerized at 60 ° C.
Auf diese Weise wurde eine feste, plastifizierte Polymermatrix erhalten, die aus 70 Masse-% Bis(2-azidoethyl)formal und 30 Masse-% durch Umsetzung des Polyols mit BTHI erhaltenem Polymer (Funktionalitätsverhältnis NCO/OH = 1,20) bestand.On this way a solid, plasticized polymer matrix was obtained, consisting of 70% by mass of bis (2-azidoethyl) formal and 30% by mass Reaction of the polyol with polymer obtained from BTHI (functionality ratio NCO / OH = 1.20).
Die Brenngeschwindigkeit dieser Matrix, die mit dem Strand-Burner an entsprechenden Stäben bestimmt wurde, betrug 6,6 mm/s bei einem Druck von 7 MPa.The Burning speed of this matrix, with the beach Burner on corresponding bars was 6.6 mm / s at a pressure of 7 MPa.
Parallel dazu wurde ein dem Stand der Technik entsprechender Vergleichsversuch durchgeführt, bei dem das Bis(2-azidoethyl)formal durch Nitroglycerin ersetzt wurde und alle sonstigen Bedingungen gleich waren. Die erzielte Brenngeschwindigkeit betrug 5,3 mm/s bei einem Druck von 7 MPa.Parallel For this purpose, a prior art comparative experiment carried out in which the bis (2-azidoethyl) formally by Nitroglycerin has been replaced and all other conditions are the same were. The burn rate achieved was 5.3 mm / s at one Pressure of 7 MPa.
Die Verwendung von Bis(2-azidoethyl)formal führt entsprechend zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit.The Use of bis (2-azidoethyl) formally leads accordingly to an increase in the burning speed.
Beispiel 3 Herstellung einer festen Polymermatrix für Propergole unter Verwendung eines Gemischs von Bis(2-azidoethyl)formal und TMETN als Weichmacher.Example 3 Preparation of a Solid Polymer Matrix for proppergols using a mixture of bis (2-azidoethyl) formal and TMETN as a plasticizer.
In gleicher Weise wie in Beispiel 2 wurde eine plastifizierte feste Polymermatrix hergestellt, die bestand aus:
- – 65 Masse-% Plastifizierungsmittel, das aus einem Gemisch von Bis(2-azidoethyl)formal aus Beispiel 1 und TMETN im Massenverhältnis 70/30 bestand;
- – 35 Masse-% eines durch Umsetzung von BTHI mit einem Azidogruppen enthaltenden Polyepichlorhydrin mit endständigen Hydroxygruppen (PAG) erhaltenen Polymers.
- - 65 mass% plasticizer, which consisted of a mixture of bis (2-azidoethyl) formally from Example 1 and TMETN in the mass ratio 70/30;
- 35% by weight of a polymer obtained by reaction of BTHI with an azido group-containing polyepichlorohydrin (PAG).
Die Brenngeschwindigkeit dieser Matrix betrug 12,4 mm/s bei 7 MPa.The Burning rate of this matrix was 12.4 mm / s at 7 MPa.
Parallel dazu wurde ein dem Stand der Technik entsprechender Vergleichsversuch durchgeführt, bei dem das Bis(2-azidoethyl)formal durch TMETN ersetzt wurde, wobei alle übrigen Bedingungen identisch waren. Die erhaltene Brenngeschwindigkeit betrug in diesem Fall 7,5 mm/s bei 7 MPa.Parallel For this purpose, a prior art comparative experiment carried out in which the bis (2-azidoethyl) formally by TMETN was replaced, all other conditions being identical were. The obtained burning rate was in this case 7.5 mm / s at 7 MPa.
Die Verwendung von Bis(2-azidoethyl)formal führt entsprechend zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit.The Use of bis (2-azidoethyl) formally leads accordingly to an increase in the burning speed.
Beispiel 4 Herstellung eines festen zweibasigen Komposit-Propergols.Example 4 Preparation of a solid dibasic Composite propellant.
Zunächst wurde ein Vorgemisch aus 28 Masse-% PAG, 2 Masse-% Nitrocellulose und 70 Masse-% Plastifizierungsmittel hergestellt, wobei das eingesetzte Plastifizierungsmittel aus einem Gemisch von Bis(2-azidoethyl)formal aus Beispiel 1 und TMETN im Massenverhältnis 70/30 bestand. Dann wurde als Füllstoff pulverförmiges Ammoniumnitrat in einer solchen Menge zugesetzt, daß der Füllstoffgehalt 65 Masse-% im resultierenden Propergol betrug, und danach BTHI in einer solchen Menge zugesetzt, daß das Verhältnis NCO/OH 1,20 betrug. Im Anschluß daran wurde etwa 0,5 h bei 40°C im Vakuum verknetet, worauf 14 d bei 60°C polymerisiert wurde.First was a premix of 28 mass% PAG, 2 mass% nitrocellulose and 70 mass% plasticizer produced, the used Plasticizer made from a mixture of bis (2-azidoethyl) formal from Example 1 and TMETN in the mass ratio 70/30. Then, the filler was powdered ammonium nitrate added in such an amount that the filler content 65% by mass in the resulting propellant, and then BTHI in added in such an amount that the ratio NCO / OH 1.20. This was followed by about 0.5 h at 40 ° C kneaded in vacuo, whereupon 14 d polymerized at 60 ° C. has been.
Man erhielt so eine feste pyrotechnische Zusammensetzung, die ein zusammengesetztes zweibasiges Propergol darstellte, das aus einer plastifizierten Polymermatrix mit Füllstoffgehalt bestand, in welcher der pulverförmige Füllstoff, das Ammoniumnitrat, 65 Masse-% und die plastifizierte Polymermatrix 35 Masse-% ausmachten. Diese plastifizierte Polymermatrix bestand ihrerseits aus 35 Masse-% eines durch Umsetzung von BTHI mit PAG und Nitrocellulose erhaltenen Polyurethans und 65 Masse-% Plastifizierungsmittel, das ein Gemisch von Bis(2-azidoethyl)formal und TMETN im Massenverhältnis 70/30 darstellte.you So received a solid pyrotechnic composition, which is a composite dibasic propellant which consisted of a plasticized Polymer matrix with filler content consisted, in which the powdered Filler, the ammonium nitrate, 65% by weight and the plasticized Polymer matrix 35% by mass. This plasticized polymer matrix itself consisted of 35% by mass of one by reaction of BTHI Polyurethane obtained with PAG and nitrocellulose and 65% by mass Plasticizer containing a mixture of bis (2-azidoethyl) formal and TMETN in mass ratio 70/30.
Die Brenngeschwindigkeit dieses Propergols, die mit dem Strand-Burner an Stäben bestimmt wurde, betrug 13 mm/s bei 7 MPa und 41,6 mm/s bei 13 MPa. Der nach dem dem Fachmann geläufigen Konusverfahren bestimmte kritische Durchmesser betrug etwa 45 mm.The Burning speed of this Propergols, with the beach Burner on rods was 13 mm / s at 7 MPa and 41.6 mm / s at 13 MPa. The familiar to those skilled in the art Cone process certain critical diameter was about 45 mm.
Parallel dazu wurden zu Vergleichszwecken zwei Propergole hergestellt, die dem Stand der Technik entsprachen.Parallel For comparison, two propellants were prepared, the corresponded to the state of the art.
Beim ersten Vergleichs-Propergol war das Plastifizierungsmittel ein Gemisch von Nitroglycerin und BDNPAF im Massenverhältnis 70/30.At the In the first comparative Propergol, the plasticizer was a mixture of nitroglycerin and BDNPAF in mass ratio 70/30.
Beim zweiten Vergleichs-Propergol bestand das Plastifizierungsmittel aus einem Gemisch von TMETN und BTTN im Massenverhältnis 50/50.At the second comparative propellant was the plasticizer from a mixture of TMETN and BTTN in mass ratio 50/50.
Alle übrigen Bedingungen waren ansonsten identisch. Diese beiden dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichs-Propergole unterschieden sich entsprechend von dem erfindungsgemäßen Propergol von Beispiel 3 nur in der Art des Plastifizierungsmittels.The rest Conditions were otherwise identical. These two the state of the Technology corresponding comparative Propergole differed correspondingly from the propellant according to the invention Example 3 only in the nature of the plasticizer.
Beim ersten Vergleichs-Propergol betrug die Brenngeschwindigkeit 7,5 mm/s bei 7 MPa und 11,5 mm/s bei 13 MPa. Der nach dem Konusverfahren bestimmte kritische Durchmesser lag unter 20 mm.At the first comparative propellant, the burning rate was 7.5 mm / s at 7 MPa and 11.5 mm / s at 13 MPa. The after the cone process certain critical diameters were less than 20 mm.
Beim zweiten Vergleichs-Propergol betrug die Brenngeschwindigkeit 7,6 mm/s bei 7 MPa und 11 mm/s bei 13 MPa. Der nach dem Zylinderverfahren bestimmte kritische Durchmesser betrug 35 mm. Es ist festzustellen, daß die an Zylindern erhaltenen Werte im allgemeinen höher liegen als die an Kegeln bestimmten Werte.At the second comparative propellant, the burning rate was 7.6 mm / s at 7 MPa and 11 mm / s at 13 MPa. The after cylinder process certain critical diameter was 35 mm. It should be noted that the values obtained on cylinders are generally higher lie as the values determined on cones.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die erfindungsgemäße Verwendung von Bis(2-azidoethyl)formal als Plastifizierungsmittel einerseits eine sehr ausgeprägte Erhöhung der Brenngeschwindigkeit des Propergols und andererseits eine Verringerung der Empfindlichkeit und der Vulnerabilität zu erzielen erlaubt.In summary It should be noted that the inventive Use of bis (2-azidoethyl) formally as plasticizer on the one hand a very pronounced increase in Burning speed of Propergols and on the other hand, a reduction sensitivity and vulnerability allowed.
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- - D. M. Vinokurov in Izv. Vysshikh Uchebn. Zavedenii, Khim-i Khim. Tekhnol. 4, 988-91 (1961) [0016] - DM Vinokurov in Izv. Vysshikh Uchebn. Zavedenii, Khim-i Khim. Tekhnol. 4, 988-91 (1961) [0016]
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