DE69610302T2

DE69610302T2 - Einlagerungsverbindungen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung insbesondere in der pyrotechnik

Info

Publication number: DE69610302T2
Application number: DE69610302T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Gachon; Daniel Guerard; Genevieve Leichter
Original assignee: Etienne LaCroix Tous Artifices SA
Current assignee: Etienne LaCroix Tous Artifices SA
Priority date: 1995-05-05
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: CA2221030A1; EP0823883A1; WO1996034825A1; JPH11507319A; EP0823883B1; AU692710B2; DE69610302D1; AU5824996A; US5972506A; FR2733747A1; FR2733747B1

Description

Die Erfindung betrifft neue Interkalationsverbindungen. Sie betrifft gleichermaßen ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung, insbesondere in der Pyrotechnik.
Es ist bekannt, geeignete Materialien herzustellen, die in Kontakt mit Luft ausreichend Wärme erzeugen, um in der Pyrotechnik verwertbar zu sein. Meistens liegen diese Materialien in pulverisierter Form vor, und es handelt sich vor allem um anorganische Verbindungen.
Unter den anorganischen Verbindungen können a priori Legierungen und intermetallische Verbindungen gute Perspektiven bieten. Legierungen auf der Basis von Calcium sind beispielsweise interessant: Sie sind hart, fragil und sehr veränderlich durch Wasser und besitzen nutzbare Schmelztemperaturen. Zum Zwecke der Illustration sei angemerkt, daß die Schmelztemperatur von Ca&sub2;Sn bei 1120ºC liegt und die Schmelztemperatur von CaSn&sub3; bei 627ºC.
Man kann gleichermaßen die Calcium-Magnesium-Legierungen MgCa oder Mg&sub2;Ca nennen, deren Schmelztemperaturen jeweils bei 517 bzw. 714ºC liegen. Man kann auch die Legierungen Calcium-Zink erwähnen, z. B. ZnCa, deren Schmelztemperatur bei 385ºC liegt.
Die Enthalpien der Reaktion (ΔH) sind folgende nach der Hypothese, daß sich die Okide nach einer Reaktion des Typs
MA + MB + O&sub2; → MHOy + MBO&sub2;
bilden.
Die Legierungen auf der Basis von Natrium und Kalium sind größtenteils für etwaige pyrotechnische Anwendungen untersucht worden. Man hat auch den Beweis dafür erbringen können, daß gewisse dieser Legierungen, z. B. die Natrium- Kalium-Legierung bei 50-80 Gew.-% Kalium, möglicherweise in der Pyrotechnik interessant sein könnten. Tatsächlich reagieren unter diesen gewisse in Gegenwart von Sauerstoff oder Wasser mit heftiger Wärmefreisetzung.
Bezüglich der intermetallischen Verbindungen, die aus Natrium oder Kalium gebildet werden, ist deren Reaktion mit Luft weniger heftig als wenn Natrium oder Kalium allein vorliegen, was insoweit ein positiver Punkt ist.
Titan bildet äußerst zahlreiche binäre oder ternäre Legierungen mit den meisten Elementen des Periodensystems (nouveau traité de Chimie Minerale, Paul PASCAL, MASSON).
Metallisches Titan hat die Eigenschaft, spontan in Gegenwart von Sauerstoff unter Freisetzung einer großen Wärmemenge oxidiert zu werden.
Unter anderem sind zahlreiche Arbeiten zum Studium der lichtfreisetzenden Materialien ausgeführt worden (es handelt sich um kombinierte intermetallische Materialien, wobei diese Produkte sozusagen, nachdem sie die Reaktionstemperatur erreicht haben, in der Lage sind, bedeutende Quantitäten an. Energie freizusetzen).
Man kann z. B. nennen:
Die Dokumente WO 089/10340 und US 4 830 931 offenbaren Verfahren zur Aktivierung von metallischen Oberflächen, um diese pyrophorisch zu machen.
Das Grundprinzip ist die Bearbeitung der metallischen Oberfläche durch eine Mischung eines Metalls und seines Chlorids bei einer solchen Temperatur, daß das Trägermaterial in festem Zustand verbleibt und die Mischung in flüssigem Zustand ist. Die Reaktion ist lang, da sie etliche zehn Stunden dauert.
Das so mit einer intermetallischen Schicht bedeckte Metall wird daraufhin mit einer Natriumhydroxidlösung aktiviert.
Das pyrophorisch gewordene Metall muß daher in einer wenig volatilen Flüssigkeit gelagert werden (Beispiele: Fluoroethan, Nonan, Glycerol).
Die Herstellung dieser Verbindungen ist jedoch kostspielig und diese sind folglich industriell nur wenig verwertbar.
Verbindungen, die Gegenstand anderer Untersuchungen in diesem Bereich gewesen sind, sind Metallpaare, die imstande sind, bis die Reaktionsstemperatur erreicht ist, relativ große Energiequantitäten mit der Legierungsbildung freizusetzen.
Es ist daher notwendig, eine ausreichende Energiemenge zu diesen Materialien hinzuzuführen, um die Schmelztemperatur von einem der Metalle des Paars zu erreichen und um die Reaktion stattfinden zu lassen.
Im allgemeinen verwendet man explosive Ladungen.
Die exotherme Reaktion ist kurz.
Diese Verbindungen sind jedoch gleichfalls teuer und aus diesem Grund sind sie auch im industriellen Maßstab kaum verwertbar.
Die Legierungen auf der Basis von Lithium sind gleichfalls wohlbekannt. Man kennt z. B. ihre heftige Reaktivität in der Gegenwart feuchter Luft, wobei die Reaktivität ausführlich bei J. C. Bailar in "Comprehensive Inorganic Chemistry", Volume 1, 1973 - 335-37, F. A. Cotton und G. Wilkinson in "Advanced Inorganic Chemistry", 1972 - 189-91 und F. E. Wang, M. A. Mitchell in "J. Less Common Metals", 1978 - 61, 237, beschrieben wird.
Es wird festgestellt, daß die organometallischen Verbindungen oftmals für pyrotechnische Anwendungen ausgeklammert werden. Tatsächlich erweisen sich diese oft als ungeeignet, um heftig in Gegenwart von Wasser zu reagieren. Oder der Gehalt von Wasser in der Luft hängt wesentlich von den meteorologischen Bedingungen ab. Man kann sich daher sehr gut vorstellen, daß das Ergebnis des In-Kontakt-Bringens dieser Verbindungen mit Luft zufallsabhängig ist und daß in der Tat diese Verbindungen gänzlich von pyrotechnischen Anwendungen ausgenommen werden sollten.
Tatsächlich ist man in diesem Bereich ganz besonders an Verbindungen interessiert, die Anlaß zu Reaktionen geben, die Gebrauch von Luftsauerstoff (ggf. Stickstoff) machen, um äquivalente Ergebnisse beim Produkt, wie auch immer die Umgebungsbedingungen sind, einzuhalten.
Es handelt sich darum, Wärme in der Atmosphäre zu erzeugen, indem dort ein pulverförmiges Produkt verteilt wird, das spontan oxidiert werden kann. Um es genauer zu sagen, han delt es sich darum, ein Luftvolumen (typischerweise 1000 m³) zu erwärmen, wobei eine allzu hohe Temperaturspitze (eine sog. "pic thermique") vermieden wird.
Diesbezüglich zeigen Versuche, daß der größte Teil der anorganischen Verbindungen, die oben genannt wurden, vor allem die folgenden Nachteile aufweisen:
- ihre Verbrennungsdauer ist allzu kurz,
- die erreichte Temperatur ist allzu hoch.
Außerdem sind diese Verbindungen vom Gesichtspunkt ihrer intrinsischen Eigenschaften her verbesserungsfähig, z. B. ihre Toxizität. Unter anderem würde es gleichermaßen wünschenswert sein, das Ensemble der Werte zu verbessern, die bei ihrer Reaktion mit Luft auftreten, und zwar die Energien und die Reaktionszeiträume.
Vom Standpunkt praktischer Sichtweise wäre es auch vorteilhaft, ein Herstellungsverfahren von solchen Verbindungen zur Verfügung zu stellen, das einfacher und schneller als jene, die heute bekannt sind, ist.
Gewisse Interkalationsverbindungen von Graphit, und zwar diese von schweren Alkalimetallen, sind seit 1926 bekannt [K. FREDENHAGEN, G. CADENBACH, Z. anorg. Allgem. Chemie (1926) 158]. Material Science and Engineering, Aug. 1980, CH, Vol. 45, Nr. 1, ISSN 0025-5416, Seiten 55-59, Billaud et al., "The Synthesis and Resistivity of the ternary Graphite-K-Na Compounds" und Synthetic Metals, Apr. 1981, CH, Vol. 3, Nr. 3, 4, ISSN 0379-6779, Seiten 279-288, Billaud et al., "Synthesis and Resistivity as a Function of Composition and Stage for some ternary Intercalation Compounds" beschreiben Interkalationsverbindungen von Kalium und Natrium.
Schließlich kann man die Beschreibung des Standes der Technik durch die Nennung des Dokuments US 3 160 670 vervoll ständigen, das die Verwendung von KC&sub8; als Katalysator von chemischen Reaktionen lehrt.
Die Erfindung hat zum Zweck, eine Verbindung bereitzustellen, die die folgenden Eigenschaften aufweist:
- sie reagiert mit Luft auf eine sofortige Weise, d. h. in weniger als 0,5 Sekunden,
- ihre Verbrennungsdauer mit Luft liegt oberhalb von 5 Sekunden,
- ihr Brennwert ist hoch,
- ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Alterung ist gut,
- sie ist nicht-toxisch,
- sie wird mit mindestens einem Verfahren leicht industriell hergestellt,
- ihr Preis ist mäßig,
- sie gibt keinen Anlaß zu einer heftigen Reaktion bei ihrem Eintauchen ins Wasser.
Hierhin gelangt man erfindungsgemäß, wenn man eine Interkalationsverbindung nach der allgemeinen Formel I realisiert
Nax K1-x Zy (I)
bei welcher:
Z für einen Kohlenstoff oder ein Polymer mit zyklische Struktur, insbesondere aromatischer Struktur, ganz besonders ein Polymer, bei welchem die Basisstruktur C&sub6;H&sub4; ist, steht;
0 < x < 1 ist, und
2 ≤ y ≤ 6 ist,
y eine ganze Zahl sein kann oder nicht.
Die Erfindung betrifft ganz besonders Verbindungen der Formel I, bei welcher Z für Kohlenstoff steht.
A priori läßt die Gegenwart von Alkalien eine sofortige Reaktion dieser Verbindungen mit Luft vermuten; die Tatsache, daß diese Verbindungen reich an Kohlenstoff sind, ergibt eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine exotherme Reaktion, die für eine gewisse Zeit bzw. früher ablaufen wird.
Die Produkte der Reaktion mit Luft können Natrium, Kalium und ihre Oxide und Kohlenstoff, CO, CO&sub2; und die Formen CH, CH&sub2; sein.
Unter anderem sind diese Verbindungen nicht-toxisch und leicht industriell einsetzbar. Sie reagieren spontan in Gegenwart von Luftsauerstoff oder von gewissen organischen Verbindungen, indem eine große Reaktionswärme freigesetzt wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere außerdem noch Interkalationsverbindungen der allgemeinen Formel I, bei welcher
0,15 ≤ x ≤ 0,70 ist.
Solche Verbindungen können beispielsweise von einer Mischung aus Natrium und Kalium bei einer Umgebungstemperatur von 20ºC hergestellt werden.
Vorzugsweise wählt man dort auch:
3 ≤ y ≤ 5.
Vorteilhafterweise würde man für diese Verbindungen Quantitäten von Natrium und Kalium wählen, die entsprechen:
0,25 ≤ x ≤ 0,45.
Solche Verbindungen werden erhalten, indem beispielsweise Natrium und Kalium um 0ºC herum vermischt werden.
Weiter vorteilhaft wählt man einen Wert von x, der einem Wert nahe dem Eutektikum im Natrium-Kalium-Phasendiagramm entspricht.
Das Natrium-Kalium-Phasendiagramm ist in der Fig. 1 dargestellt. Es ist aus dem Werk mit dem Titel "Binary Alloy Phase Diagrams" 2. Ed., Vol. 3, Hsg. Thaddeus B. Massalski, entnommen.
Aus diesem Diagramm kann man insbesondere ableiten, daß das Eutektikum eine Grobformel, die sich näherungsweise als Na0,32 K0,68 schreiben läßt, darstellt. Anders ausgedrückt, entspricht die Zusammensetzung beim Eutektikum ungefähr x = 0,32.
Die Farbe der Verbindungen kann als Funktion der Interkalationsstadien von Natrium und Kalium in Kohlenstoff zwischen gelb, braun, blau oder schwarz mit - in gewissen Fällen - einem metallischen Glanz variieren.
Der Kohlenstoff liegt vorteilhafterweise in einer Partikelform nach der Granulometrie von zwischen 10&supmin;&sup5; und 1 mm vor.
Die Leistungsfähigkeit dieser Produkte, insbesondere interessant in der Pyrotechnik, steht vor allem mit ihrem hohen Wärmepotential (zwischen 4000 und 8000 J·g&supmin;¹) in Zusammenhang; sowie auch mit ihrer gänzlich an diese Art der Anwendung (oberhalb von 10 Sekunden) angepaßte Strahlungsdauer.
Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Interkalationsverbindung I umfaßt:
- einen Entgasungsschritt des kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffs Z, im besonderen von Kohlenstoff,
- einen Schritt zur Bildung einer flüssigen Legierung Nax K1-x durch In-Kontakt-Bringen der Metalle Natrium und Kalium in fester Form bei einer geeigneten Temperatur, vorgegeben durch das Natrium-Kalium- Phasendiagramm, im besonderen bei Umgebungstemperatur, und in einer inerten Atmosphäre, und
- einen Schritt des In-Kontakt-Bringens des kohlenstoffhaltigen entgasten Ausgangsstoffs Z, im besonderen von entgastem Kohlenstoff, mit der flüssigen Legierung Nax K1-x vorzugsweise unter Rühren, um Nax K1-x Zy zu erhalten, im besonderen Nax K1-x Cy, in inerter Atmosphäre und ohne jede externe Zuführ von Wärme.
Es empfiehlt sich daher, eine flüssige Legierung auf der Basis von Natrium und Kalium bei einer gewählten Temperatur zu erhalten. Hierfür bezieht man sich in der Praxis auf das Natrium-Kalium-Phasendiagramm, z. B. auf jenes, das in der Fig. 1 dargestellt ist. Man setzt Natrium und Kalium für die gewählte Temperatur bei einer Konzentration so ein, daß sie eine flüssige Verbindung bilden.
Man findet in der nachfolgenden Tabelle 1 als Hinweis den Prozentsatz von Natrium zum Gebrauch in einer Natrium- Kalium-Mischung, um eine flüssige Mischung zu erhalten. Die Prozentsätze sind bloß näherungsweise angegeben.

Tabelle 1

Temperatur (ºC) Prozentsatz an Na

15ºC 21 bis 64
18ºC 18 bis 60
40ºC 9 bis 79
64ºC 0 bis 90
Die Reaktion findet auf sofortige Weise (spontan) statt oder am Ende von einigen Stunden, je nach Art von Z und nach der gewählten Stöchiometrie, und zwar nach den Werten von x und y.
Die in geeigneten Anlagen durchgeführten Messungen haben gezeigt, daß diese Interkalationsverbindungen ein Wärmepo tential von zwischen 4000 und 8000 J·g&supmin;¹ und eine Strahlungsdauer oberhalb von 10 Sekunden besitzen.
Um diese Interkalationsverbindungen in der Luft zu dispergieren, verwendet man eine solche Bruchlast, daß die Verteilung (Dispersion) des Materials sofort stattfindet. Man kann auch einen Gasgenerator verwenden, der die Bewegung eines Kolbens ausübt, der das Material fortschreitend auf einer Flugbahn herausschleudert, oder man kann kontinuierlich Material ausgehend von einem Aufnahmebehälter erzeugen, der mit Druck versorgt wird.
Es unterliegt der Wahl, eine flüssige Legierung Nax K1-x zu bilden, die dem Eutektikum entspricht. Für diesen Fall können die Alkalimetalle Natrium und Kalium, die für die Bildung des Eutektikums verwendet werden, in Form von festen Stücken in Suspension in einem Mineralöl oder organischen Öl vorliegen, wobei das Gewichtsverhältnis von Natrium und Kalium zum Öl unterhalb von 50% ist, meistens von zwischen 3 und 20%.
Wenn man das Eutektikum zu bilden wünscht, wird die Reaktion durch einfaches In-Kontakt-Bringen von festem Kalium und Natrium in inerter Atmosphäre ausgeführt. Der Kohlenstoff, der beispielsweise aus pflanzlichem Kohlenstoff stammt, wird gleichzeitig getrennt entgast, hernach kann die Legierung auf den entgasten Kohlenstoff gegossen werden. Das Ensemble wird mechanisch geschüttelt bzw. gerührt; die Reaktion ist sehr schnell und ihre Exothermik ist ausreichend, um eine gute Homogenisierung der Verbindung zu gewährleisten.
In diesem Fall kann das Verhältnis von Kohlenstoff in der Zusammensetzung des Eutektikums von Natrium und Kalium in hinlänglich breiten Grenzen bis zum Erhalt einer Verbindung angepaßt werden, die aus Natrium und Kalium in einer Stöchiometrie, nah an jener der eutektischen Verbindung, gebildet wird, wobei die Stöchiometrie des Kohlenstoffs so gewählt ist, daß sie dort nahe bei 2 liegt. Diese letzte Verbindung verhält sich u. a. noch wie eine feste Verbindung, selbst wenn jedes einzelne Teilchen von einem Film aus Natrium und Kalium in der Zusammensetzung des Eutektikums umschlossen ist, wobei dieser Film geeignet ist, sich unter Einwirkung eines starken Drucks zu verflüssigen.
Vorzugsweise liegt der eingesetzte Kohlenstoff in Form von Körnern eines Durchmessers von zwischen 1 und 4 mm vor und besonders bevorzugt von zwischen 2 und 3 mm.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schritt des In-Kontakt-Bringens des entgasten Kohlenstoffs mit der flüssigen Legierung Nax K1-x dadurch verwirklicht, daß die besagte flüssige Legierung auf den entgasten Kohlenstoff gegossen wird.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist ohne Zweifel das einfachste, das man sich vorstellen kann. Es erlaubt beispielsweise, eine Quantität von ungefähr 400 g der Verbindung auf ein einziges Mal zu erhalten, während die Quantitäten an Interkalationsverbindungen, die aus komplizierteren Methoden stammen, lediglich die Größenordnung von einigen Gramm erreichen. Die hergestellten Verbindungen empfehlen sich für die Industrie und besitzen eine sehr annehmbare Kaustizität: in einem Volumen von 1000 m³ verbleibt der Anteil an Hydroxyden eindeutig diesseits des tolerierbaren Schwellenwerts.
Die Interkalationsverbindungen der allgemeinen Formel I können als Bestandteile einer pyrotechnischen Zusammensetzung verwendet werden.
Sie können vorteilhafterweise Gegenstand einer Verwendung für das Wiederaufwärmen von bestimmten Bereichen, wie Landebahnen oder von empfindlichen Stellen von Fabrikationsanlagen, für den Schutz für Kulturen gegen Frost, sein.

Einfluß von verschiedenen Parametern auf die Qualitäten der Interkalationsverbindungen

1. Natur und Granulometrie von Kohlenstoff

Die für KC&sub8; durchgeführten Messungen mit Kohlenstoffen unterschiedlicher Herkunft machen den Beitrag der Art und der Granulometrie des Kohlenstoffs für die Produktleistung offensichtlich:

Tabelle 2

Art des Kohlenstoffs/Granulometrie Reaktionswärme (J·g&supmin;¹)

Gasruß/13 nm 4200
Kohlenstoff von Edelholz 2500
Graphit/ < 5 um 2500
Graphit/2 um 2000
Man beobachtet, daß die Reaktionswärme dieser Verbindungen mit Luft im allgemeinen eindeutig oberhalb der theoretischen Wärme, die für KC&sub8; erhalten wird, und zwar 2030 J·g&supmin;¹, liegt.

2. Art der Alkalien

Auf der Basis des Verfahrens ist es insbesondere interessant, bei einer eutektischen NaK-Mischung zu arbeiten, denn diese ist bei Raumtemperatur flüssig.
Unter anderem können die Alkalien in zwei Formen beschickt werden, und zwar als reine Alkalien oder auch als Alkalien, konditioniert in Öl.
Demnach beeinflussen zwei neue Parameter die Qualität der Interkalationsverbindungen einerseits und die Dauer des Verfahrens andererseits. Es handelt sich um die relativen Prozentsätze von Natrium und Kalium um den eutektischen Punkt herum und um den Ölgehalt, die das Leistungsprofil des Endmaterials beeinflussen.

a) Relative Natrium-Kalium-Prozentsätze.

Die um den eutektischen Punkt herum ausgeführten Versuche haben gezeigt, daß die Anreicherung an Natrium leicht vorteilhaft für den wärmeerzeugenden Charakter ist, aber daß sie die Oxidationskinetik wesentlich beschleunigt, während die Anreicherung an Kalium die Wärmeerzeugung leicht reduziert und stärker klebrige Pulver ergibt. Die eutektische Legierung bleibt also diejenige, die den besten Kompromiß darstellt.

b) Einfluß des Ölgehalts.

Es scheint, daß die Erhöhung des Ölanteils dazu führt, daß sich die Verbrennungsdauer verlängert. Wenn also die Mengen an Öl und des aktiven Produkts äquivalent sind, gibt es keine sichtbare Verbrennung mehr, sondern die Flocken erwärmen sich allmählich.
Man muß jedoch bemerken, daß ein wesentlicher Ölanteil das Material klebrig macht, was mit einer guten Verteilung (Dispersion) inkompatibel ist.
Der Einfluß des Ölanteils ändert sich je nach Art des verwendeten Kohlenstoffs.

3. Einfluß nehmende Parameter

Die endgültige Wahl des Produkts sollte verschiedene Erfordernisse in Betracht ziehen. Man wird in der folgenden Tabelle die wählbaren Elemente auffinden.
Nachfolgend sind die für eine besondere anvisierte Eigenschaft Einfluß nehmenden Parameter und die Werte zusammengetragen, die man diesen Parametern fallabhängig zu geben wünscht.
In dieser Tabelle muß "NaK" als vereinfachte Schreibweise für Na0,32 K0,68 gelesen werden.
Die Erfindung wird mit Hilfe von nicht-beschränkenden Beispielen, die folgen und die die bevorzugten Realisierungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Verbindung darstellen, besser verständen werden können.

Beispiele

Beispiel 1: Wärme, die durch verschiedene Verbindungen Na0,324 K0,676Cz abgegeben wird.
Es werden verschiedene Verbindungen des Typs NaKCz verwirklicht, indem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird.
Man bestimmt für jede einzelne Verbindung das Wärmepotential. In der nachfolgenden Liste sind diese wiedergegeben:
Na0,324K0,676C&sub2; (Sobrep®) 6400 J·g&supmin;¹
Na0,324K0,676C&sub4; (Graphite Carbone Lorraine®) 4600 J·g&supmin;¹
Na0,324K0,676C&sub6; (Graphit 10 um) 4000 J·g&supmin;¹
Na0,324K0,676C&sub4; (Gasruß) 4600 J·g&supmin;¹
Na0,324K0,676C&sub2; (Holzkohle) 6400 J·g&supmin;¹
(bis 8000 J·g&supmin;¹).
In dieser Liste wird - in Klammern - der für die Herstellung jeder einzelnen Verbindung verwendete Kohlenstoff bezeichnet.
Man beobachtet, daß die Wärme, die durch die Verbrennung dieser diversen Verbindungen abgegeben wird, in der Größenordnung von 4000 bis 8000 J·g&supmin;¹ liegt. Diese Werte sind daher gut in einer Skala inbegriffen, die für Verbindungen gewünscht ist, die für pyrotechnische Anwendungen bestimmt sind.
Beispiel 2: Physikalische Eigenschaften von Interkalationsverbindungen von Polymeren auf der Basis von C&sub6;H&sub4;.
Verwirklicht ist eine Interkalationsverbindung eines Polymers auf der Basis von C&sub6;H&sub4;. Ihre Basisstruktur wird geschrieben:
C&sub6;H&sub4;-CH&sub2;-C&sub6;H&sub4;.
Zusammengefaßt handelt es sich um zwei Benzolringe, die untereinander über eine Methylgruppe verbunden sind.
Man interkaliert Natrium und Kalium, vorzugsweise in einem Verhältnis nahe am Eutektikum, in das besagte Polymer.
Man mißt gewisse physikalische Eigenschaften der erhaltenen Verbindungen. Diese Messungen werden für die verschiedenen Quantitäten der Verbindungen durchgeführt. Der mittlere Wert des Wärmepotentials liegt in der Größenordnung von 2800 J/g.
Es wird festgehalten, daß die erfindungsgemäße Interkalationsverbindung ausgezeichnete wärmeerzeugende Eigenschaften aufweist, die in der Pyrotechnik weithin verwertbar sind.

Claims

1. Interkalationsverbindung der allgemeinen Formel I

Nax K1-x Zy (I),

in welcher:

Z für Kohlenstoff oder ein Polymer mit zyklischer Struktur, im besonderen aromatischer Struktur, insbesondere ein Polymer, bei welchem die Basisstruktur C&sub6;H&sub4; ist, steht;

0 < x < 1 und

2 ≤ y ≤ 6 ist, wobei

y eine ganze Zahl sein kann oder nicht.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Z für Kohlenstoff steht.

3. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0,15 ≤ x ≤ 0,70 ist.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 3 ≤ y ≤ 5 ist.

5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 0,25 ≤ x ≤ 0,45 ist.

6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß x einem Wert nahe dem Eutektikum in dem Na-K-Phasendiagramm entspricht.

7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in Form von Par tikeln von einer Korngröße von zwischen 10&supmin;&sup5; und 1 mm vorliegt.

8. Verfahren zur Herstellung einer Interkalationsverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

- einen Entgasungsschritt des kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffes Z, im besonderen von Kohlenstoff,

- einen Schritt zur Bildung einer flüssigen Legierung Nax K1-x durch In-Kontakt-Bringen der Metalle Na und K in fester Form bei einer geeigneten Temperatur, vorgegeben durch das Na-K- Phasendiagramm, im besonderen bei Umgebungstemperatur, und in einer inerten Atmosphäre, und

- einen Schritt des In-Kontakt-Bringens des kohlenstoffhaltigen, entgasten Ausgangsstoffes Z, im besonderen von entgastem Kohlenstoff, mit der flüssigen Legierung Nax K1-x vorzugsweise unter Bewegung, um Nax K1-x Zy zu erhalten, im besonderen Nax K1-x Cy, in inerter Atmosphäre und ohne jede externe Zufuhr von Wärme.

9. Verfahren nach Ansprüch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Kohlenstoff in Form von Körnchen eines Durchmessers von zwischen 1 und 4 mm, vorzugsweise von zwischen 2 und 3 mm, vorliegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des In-Kontakt- Bringens von entgastem Kohlenstoff mit der flüssigen Legierung Nax K1-x dadurch erfolgt, daß die vorgenannte flüssige Legierung über den entgasten Kohlenstoff gegossen wird.

11. Verwendung einer Interkalationsverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Bestandteil einer pyrotechnischen Zusammensetzung.

12. Verwendung einer Interkalationsverbindung nach Anspruch 11 für die Erwärmung von bestimmten Bereichen, wie von Landebahnen oder von empfindlichen Stellen von Fabrikationsanlagen, für den Schutz von Kulturen gegen Frost.