DE69822465T2

DE69822465T2 - Thermisch stabilisierte perlförmige ammoniumdinitramidkörner und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69822465T2
Application number: DE69822465T
Authority: DE
Inventors: K. Thomas HIGHSMITH; S. Corey MCLEOD; B. Robert WARDLE; Roger Hendrickson
Original assignee: Alliant Techsystems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Innovation Systems LLC
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: DE69822465D1; AU8378898A; EP0994829A1; US6136115A; EP0994829B1; WO1999001408A1

Description

VERTRAG MIT U.S. REGIERUNG
Die Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter Contract No. 0174-95-C-0078, zugesprochen durch das Department of the Navy, durchgeführt, wobei die U.S. Regierung bestimmte Rechte an der Erfindung haben kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Umgebungseinspeisungs-Kugelbildungsverfahren zur Herstellung von Körnern von Ammoniumdinitramid ("ADN"). Mehr spezifisch erzeugt die vorliegende Erfindung wenigstens im wesentlichen feste kugelförmige Teilchen ("Körner") von thermisch stabilisiertem Ammoniumdinitramid mit der Fähigkeit der Auswahl der relativen Ausführungen, z. B. Teilchengrößenverteilung, der Körner. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die gekörnten Teilchen und energetische Formulierungen, welche die Körner enthalten, wie beispielsweise feste Treibmittel und Explosivstoffe.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ammoniumdinitramid bietet das Versprechen von erwünschten Oxidationsmitteleigenschaften, einschließlich relativ hoher Dichte, hohem Sauerstoffgehalt und einer annehmbaren Wärmebildung, während es die Umweltgefährdungen, welche mit halogenhaltigen und insbesondere chlorhaltigen Oxidationsmitteln verbunden sind, vermeidet.
Unglücklicherweise wurde das Versprechen dieses relativ neuen Oxidationsmittels nicht vollständig realisiert, da ADN ebenfalls an schädlichen Eigenschaften, einschließlich hygroskopischer Eigenschaft, schlechter Morphologie (Platten) und niedriger thermischer Stabilität, leidet. Hinsichtlich dieser letzten Eigenschaft ist ADN merklich weniger thermisch stabil als Ammoniumnitrat, welches ein wohlbekanntes und üblicherweise eingesetztes Oxidationsmittel ist. Tatsächlich kann der erste Beginn der ADN-Zersetzung zu Ammoniumnitrat und N₂O bei einer so relativ niedrigen Temperatur wie annähernd 90–92°C beobachtet werden.
Während der vergangenen letzten Jahre richteten sich die Anstrengungen auf Verfahren zur Herstellung von ADN und die Verwendung von ADN in Treibmittelformulierungen und anderen Formulierungen. Diese neueren Verfahren schließen solche ein, wie sie im US-Patent Nr. 5 198 204, US-Patent Nr. 5 415 852 und US-Patent Nr. 5 316 749 angegeben sind.
Trotz der Fortschritte, welche durch die in diesen Patenten angegebenen Verfahren geliefert werden, verbleibt weiterhin eine Notwendigkeit für ein kommerziell durchführbares Verfahren zur Herstellung von ADN-Körnern, welches die schädlichen Eigenschaften des Oxidationsmittels minimiert oder ausschaltet.
ZUSAMMENFASSUNG UND ZIELE DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme zu überwinden und die oben genannten Notwendigkeiten des anerkannten Standes der Technik zu beheben, indem ein Körnungsverfahren zur Bildung von gekörnten Teilchen, die ADN als Hauptkomponente enthalten, bereitgestellt wird, bei welchem die thermische Instabilität von ADN als ein reiner Inhaltsstoff und als ein Oxidationsmittel in Treibmittelformulierungen reduziert, falls nicht sogar ausgeschaltet wird.
Zusätzlich zu den vorteilhaften Eigenschaften, welche durch die resultierenden ADN-Körner gezeigt werden, bietet das Verfahren weiter den Herstellungsvorteil, daß es ADN in unterschiedlichen Sorten, d. h. unterschiedlichen Teilchengrößen herstellen kann. Dieser Herstellungsvorteil erleichtert die effektive Verwendung einer ausgewählten Sorte von ADN bei der Formulierung von Treibmitteln. Dies bedeutet, die vorliegende Erfindung liefert ADN-Produkte mit verbesserter Morphologie, einschließlich signifikant und unerwartet hoher Gleichförmigkeit, basierend auf einer maßgeschneiderten Teilchengrößenverteilungsbasis, mit dem daraus resultierenden erwünschten Nutzen von stark verbesserter Sicherheit im Vergleich zu konventionell hergestelltem ADN. Ein weiterer hiermit zusammenhängender Vorteil ist die Herstellung eines gekörnten Produktes (kugelförmig gestaltet), was im Prinzip weniger detonierbar als konventionell hergestelltes ADN ist.
Das vorliegende Verfahren erzeugt ein ADN-Produkt, das verbesserte Verarbeitbarkeit und höhere Schüttdichte zeigt. Merklich niedrigere Mischviskosität, verbesserte Homogenität von resultierenden Produkten (Körnern und Körner enthaltende Treibmittel), wenige Hohlstellen in Körnern und verbesserter Widerstand gegen Feuchtigkeit gehören zu den zusätzlichen Vorteilen der vorliegenden Erfindung. Höhere Schüttdicht und weniger Hohlstellen in Körnern können miteinander in Beziehung stehen. Widerstand gegen Feuchtigkeit erleichtert, und kann in einigen Fällen ausschalten, spezielle Handhabungen von Inhaltsstoffen und von Treibmitteln, welche die erfindungsgemäßen ADN-Körner enthalten.
Höhere Körnerbildungs-Leistungsfähigkeiten sind ebenfalls ein Vorteil der vorliegenden Erfindung. Körnerbildungs-Leistungsfähigkeiten von 99% oder mehr sind erreichbar.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht es ebenfalls, ADN-Körner zu erhalten, die eine scheinbare Schüttdichte haben, welche annähernd vergleichbar mit der theoretischen ADN-Kristalldichte ist, und im allgemeinen kann die Schüttdichte leicht etwa 98–99% der ADN-Kristalldichte sein.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von gekörnten ADN-Teilchen und insbesondere kugelförmig gestalteten ADN-Teilchen, die zur Verwendung von festen Treibmittelformulierungen geeignet sind. Die vorliegende Erfindung umfaßt daher weiter Treibmittelformulierungen, welche die erfindungsgemäßen gekörnten ADN-Teilchen einschließen.
Das Verfahren zur Herstellung von Körnern, bestehend aus Ammoniumdinitramid (ADN) gemäß der Erfindung umfaßt:
Bereitstellung eines festen teilchenförmigen ADN-Ausgangsmaterials;
Bereitstellung einer Körnerbildungskolonne, wobei diese Körnerbildungskolonne wenigstens eine heiße Zone und wenigstens eine Kühlzone hat;
Einführen dieses ADN-Ausgangsmaterials in diese Körmerbildungskolonne und Erlauben seines Durchfallens durch die heiße Zone zur Bildung von geschmolzenen teilchenförmigen Teilchen, Vorkörnern;
Lieferung einer Strömung von einem inerten Fluidmedium in diese Körnerbildungkolonne, wobei die Strömung dieses Fluidmediums Gegenstromströmung ist, welche für die Kugelbildung ausreicht, während übermäßige Turbulenz innerhalb der Körnerbildungskolonne vermieden wird;
Erlauben des Durchfallens diese ADN-Vorkörner durch diese Kühlzone und ihre Kugelbildung in dieser Körnerbildungskolonne;
Erlauben des Durchtretens dieser kugelgeformten ADN durch die Kühlzone in dieser Körnerbildungskolonne, wobei diese Kühlzone auf einer ausreichenden Temperatur ist, um diese kugelgeformten ADN-Teilchen zu Körnern zu härten, während übermäßige Kondensation vermieden wird, wobei diese Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von ADN liegt; und
Sammeln der so geformten Körner.
Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung, welche beispielhaft die Prinzipien der vorliegenden Erfindung erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die anliegende Zeichnung erläutert die vorliegende Erfindung. In der Zeichnung sind:
1 zeigt ein Fließdiagramm, welches Aspekte der Verfahrensausführung der vorliegenden Erfindung erläutert.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Rahmens einer ADN-Körnungsapparatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Körnungsrohres (ADN-Körnungskolonne) gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt Heiz- und Kühlspiralen für die erhitzten bzw. kalten Zonen, welche zur Verwendung mit der ADN-Körnungskolonne von 3 geeignet sind.
5 zeigt die Isoliermäntel, welche zur Verwendung in Kombination mit der ADN-Körnungsapparatur (Kolonne) von 3 geeignet sind.
6 zeigt, teilweise geschnitten, eine Ausführungsform der ADN-Körnungsapparatur der vorliegenden Erfindung.
7A bzw. 7B zeigen die relative Verteilung des Ausgangsmaterials und das annähernde Maximum der Ausgangsma terial-Teilchengröße bei einem erläuternden gekörnten Produkt. Die Verteilung kann um das Maximum herum verschmälert werden.
8 zeigt, wie Kartenspalttesten durchgeführt werden kann.
9A und 9B zeigen die Teilchengrößenverteilung vor und nach dem Körnen gemäß Beispiel 2.
10A und 10B zeigen die Teilchengrößenverteilung vor und nach dem Körnen gemäß Beispiel 3.
11 zeigt die Teilchengrößenverteilung nach Körnen gemäß Beispiel 4.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden wird spezieller auf die Zeichnungen eingegangen, in 1 ist ein schematisches Fließdiagramm eines Körnungsverfahrens gezeigt, das in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung anwendbar ist.
Bei einer Ausführungsform wird das Ausgangsmaterial zur Herstellung von ADN in eine Einspeiseinrichtung wie einen Einfülltrichter oder eine vergleichbare Vorrichtung eingeführt. Der Einfülltrichter kann mit der gewählten Menge von ADN beladen werden, jedoch wird es bevorzugt, daß das ADN in einer ausgewählten relativ feinen Teilchenform vorliegt. Es wird bevorzugt, daß das ADN in dem Einfülltrichter nicht verdichtet wird. Daher wird es bevorzugt, daß die Tiefe des Bettes von ADN, welche sich in dem Einfülltrichter ausbilden kann, beschränkt ist. Andere Einspeisvorrichtungen wie Schneckeneinspeiser oder dergleichen können verwendet werden.
Die Morphologie des ADN-Ausgangsmaterials kann, falls gewünscht, ausgewählt werden, um Variationen der Verfahrensparameter zu reduzieren, welche die Körnergrößen und verteilung beeinflussen könnten. Das ADN enthaltende Ausgangsmaterial ist bevorzugt trocken oder wenigstens praktisch trocken. Feuchtigkeit ist nicht erwünscht.
Das ADN für das Körnungsausgangsmaterial kann durch Kristallisation bis zu einer gewünschten Teilchengröße hergestellt werden. Geeignete Methoden schließen Kristallisation unter Verwendung von Isopropanol/Hexan (1) ein. Die Form der einzelnen ADN-Teilchen oder ADN enthaltenden Teilchen in dem Körnungsausgangsmaterial ist nicht kritisch. Das Gesamtvolumen der ADN-Kristalle wird in dem gekörnten ADN-Produkt wiedergegeben. Daher können selbst ADN-Kristalle mit einem hohen Aspektverhältnis (Länge/Briete) als Körnungsausgangsmaterial verwendet werden.
Um sicherzustellen, daß das ADN-Ausgangsmaterial irgendwelche Erfordernisse der Teilchengrößenverteilung erfüllt, kann das Ausgangsmaterial wahlweise vor seinem Einführen in die Einspeiseinrichtung vorgesiebt werden. Im allgemeinen kann das ADN-Ausgangsmaterial eine Spitzenteilchengröße in einem Bereich von etwa 20 μm bis etwa 300 μm haben. Bevorzugt hat das ADN-Ausgangsmaterial eine Teilchengröße in einem Bereich bis zu etwa 40 μm, obwohl zur Herstellung von anderen Körnungssorten ADN-Ausgangsmaterial mit größeren Abmessungen verwendet werden kann, beispielsweise ADN-Teilchen bis zu etwa 180 μm. Die Größenverteilung der erhaltenen ADN-Körner kann direkt durch die Einspeisungsgröße beeinflußt werden. Daher können die relative maximale Teilchengröße in dem Ausgangsmaterial und die Verteilung um diese ausgewählte maximale Spitzenteilchengröße ausgenutzt werden, um die relative Spitzenteilchengröße und die Verteilung um die maximale Spitzenkörnergröße der resultierenden gekörnten ADN-Produkte zu steuern. Beispielsweise, wie in 7A und 7B angegeben, kann die relative Spitzenteilchengrößenverteilung des Ausgangsmaterials (7A) um die annähernde maximale Spitzenteilchengröße in dem gekörnten Produkt (7B) verschmälert werden. Daher ist die letztgenannte Spitzenteilchengröße etwa dieselbe in dem Ausgangsmaterial, jedoch mit einer schmaleren Verteilung.
Bevorzugt enthält das zu dem Einfülltrichter zugesetzte ADN einen ausgewählten thermischen Stabilisator, wie einen Stickstoff enthaltenden organischen Stabilisator, wovon Harnstoff und/oder ein Mono- und/oder ein Poly-Kohlenwasserstoffharnstoffderivat, wie 1,1-Dialkylharnstoff und/oder 1,3-Dialkylharnstoff Beispiele sind.
In den kohlenwasserstoffhaltigen Harnstoffderivaten enthalten die Kohlenwasserstoffgruppen 1 bis 10 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatome, und sie können geradkettig, verzweigt oder cyclisch (einschließlich Aryl) sein. Wenn ein Harnstoffderivat mehr als eine Kohlenwasserstoffgruppe enthält, kann jede Gruppe gleich oder verschieden von der/den anderen Gruppe/n sein. Daher kann in den polyalkyl-substituierten Harnstoffstabilisatoren jede Alkylgruppe gleich oder verschieden sein. Geeignete Alkylgruppen können unabhängig voneinander ausgewählt sein und unter anderem einschließen: Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl, Pentyl, Cyclopentyl, Hexyl, Cyclohexyl, Octyl, Nonyl und Decyl. Geeignete Arylgruppen schließen unter anderem Phenyl ein. So können beispielsweise 1,1-Dimethylharnstoff, 1,3-Dimethylharnstoff und N,N'-Diethyl- und N,N'-Diphenylharnstoff verwendet werden.
Die Konzentration des ausgewählten thermischen Stabilisators, z. B. eines Stickstoff enthaltenden Stabilisators wie Harnstoff in dem gekörnten ADN-Teilchen kann über die Menge des in die Formulierung des Ausgangsmaterials eingeführten Stabilisators gesteuert werden. Beispielsweise kann der thermische Stabilisator in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,25 Gew.% bis etwa 2 Gew.-% und mehr bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1,25 Gew.-% (von Ausgangsmaterial oder vom Körnergewicht) liegen.
Bei einer Ausführungsform kann der ausgewählte Stabilisator mit einem geeigneten Lösungsmittel zu dem ADN während einer Reinigungs- oder Kristallisationsstufe vor dem Einfüh ren des Ausgangsmaterials in die Einspeisvorrichtung, z. B. den Einspeistrichter oder dergleichen, zugesetzt werden. Geeignete solcher Lösungsmittel schließen ein: CH₃CN, Ether, MTBE, Ethylacetat, Heptan (n-Heptan oder eine Mischung von beliebigen Heptanen), Hexan (n-Hexan, Cyclohexan oder eine Mischung von beliebigen Hexanen), Alkanole (wie Methylalkohol, Ethylalkohol, i-Propyl- oder n-Propylalkohol, Butylakohol (t-Butyl-, n-Butyl- oder i-Buhylalkohol) oder ein beliebiger hiervon) und eine Mischung von beliebigen solcher geeigneter Lösungsmittel.
Die unerwarteten Verbesserungen, welche mit dem Stabilisator enthaltenden Ausgangsmaterial ersichtlich sind, können durch simuliertes Massen-Autozündungstesten ("SBAT") demonstriert werden, welches aus einer Arbeitsweise besteht, bei welcher eine Probe von 0,5 Gramm in einem Testrohr in einem erhitzten Block angeordnet wird. Die Erhitzungsgeschwindigkeit des Blockes betrug 4,44°C/Stunde (24°F/Stunde) für Geländeversuche bis zu einer ausgewählten Temperaturobergrenze wie 260°C (500°F). Die isothermen Werte wurden unter Verwendung der Probe in dem erhitzten Block mit einem Testrohr erhalten. Ein Thermoelement wird zwischen den Proben positioniert. Die thermischen Ereignisse und insbesondere der Beginn der Zersetzung für die Proben wurde als Funktion der Zeit überwacht. SBAT-Werte können verwendet werden, um die ADN-Einspeisung in der Erhitzungszone zu bewerten. In der folgenden Tabelle I sind die Ergebnisse eines SBAT-Testens aufgelistet, das an ADN-Ausgangsmaterial einschließlich bezeichneter Mengen von Harnstoff durchgeführt wurde.
TABELLE I
Die Proben, aus denen die oben angegebenen Werte erhalten wurden, wurden durch Vermischen von ADN mit Harnstoffstabilisator präpariert. Keine spezielle Vorrichtung ist für dieses Mischen erforderlich.
Agglomerierung in der Einspeisungsvorrichtung ist unerwünscht. Daher können ein oder mehrere Zusatzstoffe, wie sie im folgenden angegeben werden, und andere zur Vermeidung von Agglomerierung und zur Erteilung von anderen günstigen Eigenschaften bei dem fertigen gekörnten Produkt zugesetzt werden. So enthält das in den Einfülltrichter eingegebene ADN bevorzugt ebenfalls einen Verarbeitungshilfsstoff wie fein zerteiltes Produkt vom Siliziumdioxidtyp. Das Produkt vom Siliziumdioxidtyp wird in das ADN eingemischt, um eine Mischung zu erhalten, welche derzeit bevorzugt eine im wesentlichen homogene Mischung ist. Bevorzugt werden das ADN, der thermische Stabilisator und der Zusatz, wie ein Verarbeitungshilfsstoff, in einer relativ kurzen, jedoch ausreichenden Zeitspanne gemischt, um eine gewünschte Homogenität zu erreichen. Im allgemeinen haben sich Mischzeiten in der Größenordnung von Minuten, beispielsweise 1–2 Minuten, als zufriedenstellend bei der Herstellung des Ausgangsmaterials zur Herstellung von Mengen mit mäßiger Größe von ADN-Körnern erwiesen. Übermäßig lange Mischzeiten sind derzeit nicht bevorzugt.
Mischer vom V-Manteltyp können benutzt werden, um dieses Mischen für Mengen mit kleinen Größen durchzuführen, und sie können ebenfalls für Schichtgrößenmengen (Kilogramm-Mengen) verwendet werden. Zusätzlich können, falls gewünscht, statische Mischer zum Erzielen des Mischens von Feststoff-Feststoff von ADN, thermischem Stabilisator und anderen Zusätzen (wie dem Verarbeitungshilfsstoff) verwendet werden.
Beispiele von fein zerteiltem Siliziumdioxid, wie durch Zersetzung hergestelltes Siliziumdioxid schließen ohne Beschränkung das kommerziell erhältliche, durch Zersetzung hergestellte Siliziumdioxid, wie die Marken Tulanox oder Cab-O-Sil ein. Das durch Zersetzung hergestellte Siliziumdioxid kann unterschiedliche Oberflächen pro Einheitsgewicht haben. Beispielsweise schließen die Sorten von durch Zersetzung hergestelltem Siliziumdioxid der Marke Cab-O-Sil die Sorten TS-720 (100 m²/g), TS-610 (120 m²/g) und TS-530 (200 m²/g) sowie nichtbehandelte Sorten wie L-90 (100 m²/g), LM-130, LM-150, M-5 (PTG M-7D) (200 m²/g), MS-55 (255 m²/g), H-5 (300 m²/g), HS-5. (325 m²/g) und TH-5 (380 m²/g) ein. Obwohl nicht besonders eingeschränkt, kann die Oberfläche eines geeigneten durch Zersetzung hergestellten Produktes vom Siliziumdioxidtyp von etwa 100 m²/Gramm bis etwa 400 m²/Gramm betragen. Zusätzlich können einige Metalloxide, wie ZnO oder MgO, als Verarbeitungshilfsstoffe verwendet werden. Jedoch ist es erwünscht, daß der Verarbeitungshilfsstoff in dem ADN-Ausgangs material vor Bildung der ADN-Vorkörner gut dispergiert vorliegt.
Die Menge von Verarbeitungshilfsstoff kann variieren, jedoch kann im allgemeinen eine Menge, welche zum Halten des nicht-konsolidierten und freifließenden Gemisches in der Lage ist, bei der Formulierung des ADN-Ausgangsmaterials verwendet werden. Verarbeitungshilfsstoffe können alleine oder in Kombination eingesetzt werden. Eine kleine jedoch effektive Menge des ausgewählten Verarbeitungshilfsstoffes, wie eine Menge, die zur Verhütung des Zusammenbackens (Agglomerierung, etc.) ausreicht, ist bevorzugt. Solche Mengen können allgemein in einem Bereich von etwa 0,25 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% vorliegen, jedoch kleinere Mengen in dem Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des ADN in dem Ausgangsmaterial, können ebenfalls verwendet werden.
Eine kleine jedoch effektive Menge eines Verarbeitungshilfsstoffes kann ebenfalls dazu dienen, das ADN-Ausgangsmaterial von einem Zusammenbacken oder Verlaufen bei einer hohen Feuchtigkeit, wie einer relativen Feuchtigkeit von 70% (r. F.) zu schützen. Beispielsweise ermöglichte die Eingabe von etwa 1,0 Gew.-% Cab-O-Sil in das ADN-Ausgangsmaterial, daß das kristalline ADN ein freifließender Feststoff blieb, selbst nach 200 Stunden bei 70% r. F.. Das behandelte ADN-Ausgangsmaterial kann sich auf das Anfangsgewicht unter reduzierten Feuchtigkeitsbedingungen wieder ins Gleichgewicht setzen.
Zufriedenstellende ADN-Körner wurden unter Verwendung von Ausgangsmaterial erhalten, zu welchem 0,5 Gew.-% eines durch Zersetzung hergestellten Siliziumdioxids (wie Siliziumdioxid der Marke Cab-O-Sil) und 0,5 Gew.-% von Stabilisator (wie Harnstoff) zugesetzt worden war.
Bevorzugt wird bei einer Ausführungsform das ADN-Ausgangsmaterial in der Einspeisvorrichtung gut gemischt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann ein getrennt hergestelltes ADN-Ausgangsmaterial, das Stabilisator und Zusatz/Zusätze einschließt, in das Ausgangsmaterial eingeführt werden.
Das vorliegende Verfahren wird vorteilhafterweise unter Vermeidung des konventionellen Vorratsbehälters von Kunstdüngerschmelze, wie sie üblicherweise bei Kunstdünger-Körnungsverfahren angewandt wird, durchgeführt. Stattdessen wird das feste ADN-Ausgangsmaterial aus dem Einfülltrichter in 6 in die ADN-Körnerbildungskolonne eingeführt und geschmolzen. Bevorzugt wird die ADN-Schmelze in der Kolonne gebildet, wenn die Teilchen durch die erhitzte oder heiße Zone der Körnerbildungskolonne infolge Schwerkraft durchfallen, während sie sich im Gegenstrom zu einem inerten Fluidmedium befinden, welches in den Boden der Körnerbildungskolonne eingeblasen wird. Für kleine Einsatzmengen, wie weniger als ein Kilogramm, kann das ADN-Ausgangsmaterial zu der vorliegenden Körnerbildungskolonne mit etwa 1–5 Gramm/Minute eingespeist werden. Höhere Einspeisungsraten können erreicht werden. Unabhängig jedoch von der Einspeisungsrate ist es erwünscht, nicht-konsolidierte Teilchen vorliegen zu haben. Beispielsweise können mit größeren Teilchen und höheren Einspeisungsraten, falls gewünscht, sogenannte Körnungsplatten an dem Oberteil der Körnerbildungskolonne vor der heißen Zone installiert werden, so daß die Teilchen nicht konsolidiert werden. In dem Einfülltrichter befindet sich das Ausgangsmaterial bevorzugt bei einer Umgebungstemperatur, welche geringer als etwa 40°C ist, um Agglomerierung zu vermeiden und das Potential für Abbau zu reduzieren.
In dem vorliegenden Verfahren ist die Zeit, für welche sich das ADN auf einer erhöhten Temperatur befindet, relativ kurz, und sie kann in der Größenordnung von Sekunden oder sogar Millisekunden liegen. Die Aufenthaltszeit bei einer erhöhten Temperatur kann so kurz wie 10 Sekunden sein, im allgemeinen geringer als etwa 5 Sekunden und bevorzugt geringer als etwa 2 Sekunden, oder sie kann sogar Millisekunden (100–500 Millisekunden) betragen. Die kürzeren Aufenthaltszeiten in der Größenordnung von Millisekunden sind für Produktionen mit kleinen Ansatzmengen sehr geeignet. Der Übergang zu einer Apparatur im größeren Maßstab kann etwas längere Aufenthaltszeiten bei Schmelztemperatur mit sich bringen (Vorkörnerbildung in der heißen Zone), jedoch ist die Aufenthaltszeit dennoch kürzer als sie üblicherweise bei der konventionellen Körnerbildung von Ammoniumnitrat und Verwendung von Schmelz- und Sprühköpfen. Die Aufenthaltszeit innerhalb der heißen Zone (bei erhöhter Temperatur) reicht im allgemeinen nur dazu aus, Vorkörner durch Schmelzen des festen teilchenförmigen ADN-Ausgangsmaterials zu Tröpfchen ("Vorkörnern") zu bilden. Ausgedehnte Aufenthaltszeit bei erhöhter Temperatur ist nicht erwünscht. Die Temperatur in der heißen Zone kann 90°C–150°C, bevorzugt 100 bis 130°C, betragen. Gute Produkten wurden unter Verwendung einer heißen Zone mit einer Temperatur von etwa 125°C erhalten.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird ein inertes Fluid durch die Körnerbildungskolonne in nach oben gerichtetem Gegenströmungsfluß, bezogen auf die herunterfallenden ADN enthaltenden Tröpfchen (Vorkörnern) gezogen. Das inerte Fluidmedium kann wenigstens ein Inertgas umfassen, einschließlich beispielsweise und ohne Beschränkung Edelgasen, wie Argon, Helium, Krypton, Neon, Stickstoff und N₂O. Im Prinzip kann trockene Luft verwendet werden.
Das Fluidmedium kann in einen unteren Abschnitt der Körnerbildungskolonne eingeführt werden, und bevorzugt an einer ausgewählten Stelle unterhalb des Einlasses für eine Kühlzone, wie in 6 gezeigt. Obwohl nicht erforderlich, können ADN-Feinanteile oder andere Abfallprodukte, welche in dem nach oben gerichteten Fluidfluß mitgerissen werden, gewünschtenfalls anschließend mit Filtern oder anderen Teilchenseparatoren (nicht gezeigt) entfernt werden. Die gefilterten Fluidmedien können für die weitere Verwendung rückgeführt werden. In gleicher Weise können die herausgefilterten ADN-Feinanteile zur Herstellung von Ausgangsmaterial rückgeführt werden, und sie verbessern auf diese Weise die Effizienz des Gesamtverfahrens.
Die Fluidmedien können mit einem auswählbaren Druck oder innerhalb eines auswählbaren Druckbereiches eingeführt werden. Der ausgewählte Druck ist im allgemeinen ausreichend niedrig, um eine übermäßige Turbulenz der Aufwärtsströmung der Fluidmedien zu vermeiden. Eine solche übermäßige Turbulenz könnte bewirken, daß in der Körnerbildungskolonne sich bildende ADN-Körner miteinander kollidieren oder auf die inneren Oberflächen der Körnerbildungskolonne aufschlagen, was in negativer Weise die Morphologie der resultierenden Körner beeinträchtigen könnte. Andererseits sollte der Druck im allgemeinen ausreichen, um Kugelbildung (Körnerbildung) sicherzustellen, wobei jedoch übermäßige Turbulenz in der ADN-Körnerbildungskolonne vermieden wird. Die Fluidmedien sind bevorzugt trocken. Drücke in der Größenordnung von etwa 1 bis etwa 2 Atmosphären haben sich bei der Herstellung im kleinen Maßstab als zufriedenstellend erwiesen.
Das vorliegende Verfahren kann, falls gewünscht, eine sogenannte Abkühlzone oder kalte Zone einschließen, um die geschmolzenen ADN-Tröpfchen, welche durch die Körnerbildungskolonne herabfallen, einzufrieren, z. B. zu verfestigen, um die Verfestigung der ADN-Tröpfchen (Vorkörner) zu Körnern zu beschleunigen. In 6 ist die kalte Zone allgemein mit Bezug auf den Abschnitt der Kolonne, welcher Kühleinrichtungen (Kühlmäntel, Kühlschlangen, etc.) hat, bezeichnet. Die Aufenthaltszeit innerhalb der kalten Zone kann, falls gewünscht, in der Größenordnung von etwa Millisekunden bis etwa 10 Sekunden reichen, wobei die Dauer der Aufenthaltszeit in der Kühlzone in starkem Maße eine Funktion der verwendeten Ausrüstung ist. Längere Zeiten werden im allgemeinen durch die Größe der Ausrüstung beschränkt. Es wurden ADN-Körner unter Verwendung einer Körnerbildungsapparatur erhalten, in welcher die geschätzte Dauer des Abkühlens annähernd die Hälfte derjenigen der geschätzten Aufenthaltsdauer in der heißen Zone war. Für kleine Ansätze wurden 150 Millisekunden bei Schmelztemperatur in der heißen Zone und annähernd 75 Millisekunden in der kalten Zone angewandt.
Die heißen und kalten Abschnitte einer ADN-Körnerbildungsapparatur können daher so ausgelegt sein, um die Dauer der ADN-Exposition bei den ausgewählten Temperaturen zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann die Länge Oberteil bis Unterteil der kalten Zone annähernd 50% der Länge der heißen Zone sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Aufenthaltszeit der Teilchen (Vorkörner oder Körner) in der kalten Zone geringer als 50% der Aufenthaltszeit innerhalb der heißen Zone, weil die Geschwindigkeit, bei welcher die Teilchen durch die Körnerbildungszone fallen, als Folge der Schwerkraft ansteigt. Unter Berücksichtigung der Effekte der Schwerkraft und des Fluidmedienflusses kann daher eine Körnerbildungskolonne bereitgestellt werden, welche die gewünschten relativen Aufenthaltszeiten in der heißen bzw. kalten Zone hat.
Im allgemeinen kann die kalte Zone sich auf einer Temperatur in einem Bereich befinden, welcher zur Bildung von harten Körnern ausreicht, während übermäßige Kondensation vermieden wird, beispielsweise von etwa unterhalb 0°C bis unterhalb des Schmelzpunktes von ADN. Eine relativ wärmere Kühltemperatur kann angewandt werden, um ein langsameres Gefrieren/Körnerbilden zu bewirken. Derzeit ist der kritische Faktor eine Kühltemperatur unterhalb des Schmelzpunktes von ADN. Eine geeignete obere Temperatur kann bis zu etwa 40°C betragen, bevorzugt bis zu etwa 25°C. Ein geeigneter bevorzugter Temperaturbereich kann von etwa –15°C bis etwa 0°C für ein Körnerbildungssystem, wie es in den 2–6 gezeigt ist, betragen. Ein geeigneter Zieltemperaturbereich für die kalte Zone kann in einfacher Weise hergestellt und für eine spezielle Kolonne beibehalten werden. Es ist erwünscht, Kondensation innerhalb der Körnerbildungskolonne zu vermeiden. Bei einer Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist eine Kühl schlange (4), welche um den Umfang eines Abschnittes der Körnerbildungskammer gewickelt ist, verwendet werden, um die "kalte Zone" zu bilden. Ein ausgewähltes Kühlmedium kann innerhalb der Kühlschlange zirkuliert werden.
Die Temperatur in den jeweiligen heißen und kalten Zonen kann durch Steuerung der jeweiligen Geschwindigkeiten und der Temperatur der Heiz- und Kühlmedien und der Rezirkulationseinheit gesteuert werden. Die Fluidmedien in der Kolonne selbst können ebenfalls überwacht und geprüft werden und je nach Eignung kontrolliert werden, beispielsweise mittels des Ausgangswertes eines Thermoelementes in der Gasströmung innerhalb der Kolonne (Körnerturm).
Die Körnerbildungskolonne kann thermisch isoliert werden, um die Energieeffizienz der Kolonne zu verbessern.
Die Höhe der Körnerbildungskolonne und damit der Fallweg, die Geschwindigkeit des inerten Kühlfluids und, falls benutzt, die Temperatur der heißen Zone und der Kühlzone werden so eingestellt, daß die ADN-Körner ausreichend hart, z. B. widerstandsfähig, sind, wenn sie auf die Oberfläche des Körnersammlers auftreffen. Im Hinblick auf die Angaben in dieser Beschreibung sind im allgemeinen die Auswahl dieser und anderer Parameter, welche sich auf die Konfiguration und Größe der Körnerbildungskolonne und ihrer Komponenten beziehen, für den Fachmann offensichtlich und ohne übermäßige Versuche erhältlich.
Die aus der kalten Zone (Kühlzone oder einem Kühlabschnitt) austretenden gekörnten ADN-Teilchen werden dann in einem Körnersammler, wie in den 2 und 5 gezeigt, gesammelt. Bevorzugt treffen die ADN-Körner nicht auf eine flache Oberfläche senkrecht zu ihrem durch die Schwerkraft bestimmten Körnerbildungspfad auf. Beispielsweise können in einer Anlage vom Pilotmaßstab die Körner die Körnerbildungskolonne beispielsweise über ein gekrümmtes Rohr verlassen. Dies ermöglicht das Sammeln der ADN-Körner unter Reduzierung von Körnerbruch, Vermeiden des Rückpralls von Teilchen in die nach oben gerichtete Fluidströmung und Vermeiden von übermäßigen Kollisionen zwischen den Körnern während des Sammelverfahrens. Gegeneinanderprallen der Körner kann Teilchen verformen, aufbrechen oder koaleszieren, abhängig von der Stufe des vorliegenden Verfahrens.
Das gekörnte ADN-Produkt, das an dem unteren Abschnitt der Körnerbildungskolonne abgegeben wird, kann weiter gekühlt und, falls gewünscht, gesiebt werden. Gekörntes ADN- oder ein gesiebtes gekörntes ADN-Produkt kann bei anderen energetischen Anwendungen, einschließlich solcher, die hier beschrieben sind, wie auch in solchen, die im US-Patent Nr. 5 292 387 beschrieben sind, eingesetzt werden. Die durch das Sieb durchtretenden Feinanteile können rückgeführt werden.
Die Teilchengrößenverteilung in den wie vorliegend gekörnten ADN-Produkten kann maßgeschneidert werden. Beispielsweise sind relativ maßgeschneiderte ballistische Leistungsfähigkeit und mechanische Eigenschaften des gekörnten ADN mit dem vorliegenden Verfahren erreichbar, da eine schmale Körnchengrößenverteilung auf einer mono- oder multi-modalen Basis jetzt erreichbar ist. Multi-modale Teilchengrößen, einschließlich bi-modaler Teilchen mit schmalen Teilchengrößenverteilungen, wie solchen in dem Bereich von etwa 30 μm bis 40 μm und etwa 110 μm bis etwa 200 μm, bieten die weiteren Vorteile der Formulierung eines dichteren Treibmittels. Im allgemeinen ist die Packung in einer Standardrakete oder einem Shuttle bi-modal, um die Packdichte zu erhöhen. Die Räume zwischen größeren Teilchen können mit kleineren ADN-Körnern gefüllt werden.
Die derzeit hergestellten ADN-Körner können eine scheinbare Schüttdichte vergleichbar zu ADN-Kristallen haben, und sie sind gegenüber Bruch weniger anfällig, thermisch stabiler, sicherer und weniger hydroskopisch.
Das gekörnte ADN kann einen Schmelzpunkt in dem Bereich von 92–94°C haben, ist nicht hydroskopisch (im Gegensatz zu durch konventionelle Mittel hergestelltem ADN), kann eine geringere Schlagempfindlichkeit haben, hat eine kugelförmige Gestalt anstelle der Nadeln, die beim konventionellen ADN-Verfahren sichtbar sind, und zeigt verbesserte thermische Zersetzungseigenschaften im Vergleich zu konventionell hergestelltem ADN.
Der Kartenspalt ist proportional zum Schockdruck. Kartenspalttests zeigen eine unerwartet signifikant erhöhte Sicherheitsgrenze für die Detonation mit den Produkten des vorliegenden Verfahrens an. Dies bedeutet eine Zunahme im Druck für die Detonation. 8 zeigt einen Mechanismus zur Erzeugung von Kartenspalttestwerten. Die Wichtigkeit einer Zunahme beim Kartenspalt wird beschrieben in Rudolf Meyer, Explosives, Verlag Chemie, N.Y. (3. Aufl. 1987), wobei auf die Angaben hierin Bezug genommen wird. Die signifikante Verbesserung ist ein Anzeichen der Teilchenqualität einschließlich von Freiheit von Hohlräumen oder wenigstens praktische Freiheit von Hohlräumen und dem Vorliegen von wenigen, falls überhaupt Defekten.
Im Prinzip sind Treibmittel, welche mit den vorliegenden gekörnten ADN-Teilchen formuliert werden, in der Lage, vom ballistischen Standpunkt aus besser leistungsfähig zu sein, verglichen mit formulierten Treibmittelzusammensetzungen, welche ADN-Teilchen enthalten, die nach konventionellen Verfahren erhalten wurden.
Die vorliegenden gekörnten ADN-Teilchen können in nützlicher Weise in einer Vielzahl von Treibmittelzusammensetzungen und mit einer Vielzahl von Bindemittelformulierungen verwendet werden. Nicht-energetische, energetische Bindemittel oder eine Kombination hiervon können in nützlicher Weise bei der Formulierung der Treibmittelzusammensetzungen verwendet werden. Bindemittelsysteme für Treibmittelformulierungen schlieflen unter anderem ein: substituierte Oxetanpolymere, Nitraminpolymere, Polyether und Polycaprolactone (beliebige hiervon können weichgemacht oder nicht-weichgemacht sein).
Beispielhafte geeignete Bindemittel schließen ein: hydroxyterminiertes Polybutadien (HTPB), Poly(glycidylnitrat) (PGN), Poly(nitratomethylmethyl-oxetan) ("poly-NMMO"), Glycidylazidpolymeres ("GAP"), Diethylenglykoltriethylenglykolnitraminodiessigsäureterpolymeres ("9DT-NIDA), Poly(bisazidomethylocetan) ("poly-BAMO"), Polyazidomethylmethyl-oxetan ("poly-AMMO"), Poly(nitraminomethylmethyl-oxetan) ("poly-NAMMO"), Copoly-BAMO/NMMO, Copoly-BAMO/AMMO, Polybutadien-acrylnitril-Acrylsäureterpolymeres ("PBAN"), Nitrocellulose und eine Mischung von beliebigen von diesen. Diese Formulierungen schließen typischerweise einen für das Bindemittel geeigneten Härter ein. Beispielsweise wird typischerweise ein Polyisocyanathärter mit Polyglycidylnitrat, Polyoxetanen, Polyglycidylazid, hydroxyterminierten Polybutadienen und Polyethern (Polypropylenglykol und Polyethylenglykol) verwendet, während ein Epoxyhärter typischerweise mit anderen Bindemitteln wie PBAN verwendet wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Härter beschränkt ist.
Diese ADN-Bindemittelkombinationen können als ein Treibmittel verwendet werden, obwohl zusätzliche Typen von Formulierungen, die hierauf basieren, wie Komposittreibmittel ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. Beispielsweise können Kompositformulierungen zusätzlich ein reaktives Metall oder Metalloid wie Aluminium, Beryllium, Bor, Magnesium, Zirkonium, Silizium oder Mischungen oder Legierungen hiervon und wahlweise weitere Inhaltsstoffe einschließen. Geeignete Kompositformulierungen, welche zur Verwendung mit den vorliegenden ADN-Körnern angewandt werden können, sind im US-Patent Nr. 5 498 303 angegeben. Beispielsweise können die Kompositformulierungen des '303-Patentes für die ADN-Körner, beispielsweise durch höhere Feststoffbeladung, angepaßt werden.
Das vorliegende gekörnte Ammoniumdinitramid kann in einer dem Fachmann auf dem Gebiet bekannten Weise oberflächenbeschichtet sein.
In den 2–3 beziehen sich die kleinen Zahlen auf Maßeinheiten (wie Zoll) zur Illustrierung der relativen Abmessungen einer beispielhaften Anlage im Pilotmaßstab einer ADN-Körnerbildungsvorrichtung. Die relativen Abmessungen können als ein Leitfaden bei der Konstruktion von Ausrüstung von größerem Maßstab, die für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindungen geeignet ist, herangezogen werden.
Die folgenden nichtbeschränkenden Beispiele dienen ebenfalls zur Erklärung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im weiteren Detail.
BEISPIELE
In den Beispielen wurden ADN-Körner unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem senkrecht angeordneten Glasrohr (eine emaillierte Kolonne kann ebenfalls verwendet werden) hergestellt, die einen annähernd 122 cm langen Heizabschnitt und eine annähernd 61 cm langen Kaltabschnitt ("kalte Zone") hatte. Das Rohr hatte einen inneren Querschnittsdurchmesser von annähernd 5 cm. Heiz- und Kühlspiralen wurden zum Erhalt der jeweiligen Abschnitte in der Körnerbildungskolonne benutzt. Außen angeordnete Kreislaufeinrichtungen wurden zum Zirkulieren der Heiz- oder Arbeitsmedien verwendet. Ein Einspeistrichter wurde am Oberteil der Körnerbildungskolonne angeordnet. Ein Vibrator mit Druckluft kann zur Einspeisung des ADN-Ausgangsmaterials zu der Körnerbildungskolonne verwendet werden. Eine gebogene konusförmige Körnersammelführung wurde am Fuß der Körnerbildungskolonne vorgesehen. Das Rohr ist in den 3 und 6 gezeigt, und kann im übrigen auch als Körnerbildungskolonne im folgenden bezeichnet werden.
Die Reinheit der Körner wurde unter Verwendung von Ionenchromatograhie bestimmt. Proben wurden unter Verwendung von 115 Milligramm, verdünnt auf 100 Milligramm unter Verwen dung von entionisiertem Wasser hergestellt. Die Lösung wurde dann in einen Ionenchromatographen injiziert, der zuvor unter Verwendung von ADN-Standards geeicht worden war. Der Ionenchromatograph war ebenfalls zuvor geeicht, um die Menge von Ammoniumnitrat und Ammoniumnitrit zu bestimmen. Die erhaltenen Werte wurden benutzt, um die Reinheiten der Körner, die in den, Beispielen angegeben sind, zu berechnen.
Die Testarbeitsweisen für die Gefährdungseigenschaften sind beschrieben in B. Cragan, Hazards Properties of a Magnesium Neutralized Propellant, AIAA Meeting Paper No. 91-28-60 (27. April–1. Mai 1991).
Beispiel 1
Ein ADN-Ausgangsmaterial, enthaltend 0,5 Gew.-% Cab-O-Sil und 0,5% Harnstoff, wurde in den Einspeistrichter eingeführt und unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung gekörnt. Die resultierenden ADN-Körner waren weniger empfindlich als das ADN-Ausgangsmaterial. Das gekörnte ADN-Produkt blieb thermisch stabil nach der Verarbeitung (DSC-Start oberhalb 182°C), was die Anwesenheit von verfügbarem Stabilisator zeigte. Die ADN-Körner (kugelgeformtes Material) hatten weniger als 1% Zunahme der Nitratkonzentration und kein Nitrit, bestimmt mittels IC-Analyse.
Die Sicherheitswerte für das Ausgangsmaterial und das gekörnte ADN sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
TABELLE 2
In Tabelle 2 bezieht sich ABL auf einen modifizierten Test vom Büro of Mines, TC stellt einen Thiokol-Test dar, und ESD bezieht sich auf elektrostatische Entladung. Das gekörnte ADN hat eine Schüttdichte von 1,79 g/cm³ (Flüssigkeitspyknometer) oder 98% der Kristalldichte.
Ein Inertgas wurde in die Körnerbildungskolonne über einen Einlaß, wie in den Figuren gezeigt, eingeführt, um den nach oben gerichteten Gegenstromfluß zu erzeugen.
Beispiel 2
50 g reines kristallines Ammoniumdinitramid ("ADN") wurde mit 500 mg eines durch Zersetzung hergestelltes Siliziumdioxid der Marke Cab-O-Sil und 500 mg Harnstoff (Aldrich Chemical Co.) in einem V-Mantelmischer kombiniert. Die kombinierten Inhaltsstoffe wurden für etwa 2 Minuten trockengemischt. Die resultierende Feststoffmischung wurde aus dem Mischer entfernt und gesiebt, wobei ein Laborsieb (200 mesh) verwendet wurde. Die gesiebte Mischung wurde dann in dem Einfülltrichter der Körnerbildungsapparatur angeordnet, und der Körnerbildungsprozeß wurde danach durchgeführt. Die Innentemperatur der heißen Zone in der Körnerbildungskolonne (Turm) betrug etwa 289°F (143°C), und die Kühlzone (Abschnitt) der Körnerbildungskolonne befand sich auf etwa –15°C. Das Feststoffteilchengemisch wurde in dem Oberteil der Körnerbildungskolonne mit einer eingestellten Rate von etwa 2,5 Gramm/Minute eingespeist. Das Inertgasfluidmedium wurde von dem Boden der Körnerbildungskolonne, wie in den Figuren gezeigt, eingeführt. Die Gasströmungsrate wurde eingeregelt. Das gekörnte ADN-Produkt wurde am Boden der Körnerbildungskolonne gesammelt und der Teilchengrößenanalyse und Ionenchromatographie unterworfen. Die Reinheit vor und nach dem Verfahren wurde durch Ionenchromatographie bestimmt, während die Teilchengrößen durch Mikrotrax bestimmt wurden.
Die Reinheit der Körner betrug 96,71 ADN, 1,40% Ammoniumnitrat und weniger als 0,2% Ammoniumnitrit.
Beispiel 3
Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme befolgt, daß die Maschenzahl der Siebstufe 250 mesh war.
Die Reinheit der Körner war 96,78 ADN, etwa 1,06% Ammoniumnitrat und weniger als 0,2% Ammoniumnitrit.
Beispiel 4
Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die Maschenzahl 300 mesh war.
Die Reinheit der Körner war 96,71 ADN, 1,4% Ammoniumnitrat und weniger als 0,2% Ammoniumnitrit.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Körnern, bestehend aus Ammoniumdinitramid (ADN), wobei dieses Verfahren umfaßt: Bereitstellung eines festen teilchenförmigen ADN-Ausgangsmaterials; Bereitstellung einer Körnerbildungskolonne, wobei diese Körnerbildungskolonne wenigstens eine heiße Zone und wenigstens eine Kühlzone hat; Einführen dieses ADN-Ausgangsmaterials in diese Körnerbildungskolonne und Erlauben seines Durchfallens durch die heiße Zone zur Bildung von geschmolzenen teilchenförmigen Teilchen, Vorkörnern; Lieferung einer Strömung von einem inerten Fluidmedium in diese Körnerbildungskolonne, wobei die Strömung dieses Fluidmediums im Gegenstrom zu dem Strömungspfad dieser ADN-Vorkörner verläuft, wobei diese Gegenstrom-Strömung ausreichend zur Kugelbildung ist, während übermäßige Turbulenz innerhalb der Körnerbildungskolonne vermieden wird, Erlauben des Durchfallens dieser Vorkörner durch diese Kühlzone und ihre Kugelbildung in dieser Körnerbildungskolonne, Erlauben des Durchtretens dieses kugelgeformten ADN durch die Kühlzone in dieser Körnerbildungskolonne, wobei diese Kühlzone auf einer ausreichenden Temperatur ist, um diese kugelgeformten ADN-Teilchen zu Körnern zu härten, während übermäßige Kondensation vermieden wird, wobei diese Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von ADN liegt; und Sammeln der so geformten Körner.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem dieses ADN-Ausgangsmaterial wenigsten einen thermischen Stabilisator enthält, der einen stickstoffhaltigen Stabilisator umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem dieser organische Stickstoff-Stabilisator Harnstoff, ein Monokohlen wasserstoffharnstoffderivat, ein Polykohlenwasserstoffharnstoffderivat oder eine Mischung von irgendeinem hiervon umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Kohlenwasserstoffgruppe in diesem Monokohlenwasserstoffharnstoffderivat 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Kohlenwasserstoffgruppe in diesem Polykohlenwasserstoffharnstoffderivat 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthält.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2, 3 oder 4, bei welchem dieser thermische Stabilisator einen oder mehrere von 1,1-Dialkylharnstoff, 1,3-Dialkylharnstoff oder N,N'-Diphenylharnstoff umfaßt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2, 3, 4, 5 oder 6, bei welchem dieses Ausgangsmaterial etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% dieses thermischen Stabilisators enthält.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei welchem dieses Ausgangsmaterial 0,25 Gew.-% bis 2 Gew.-% dieses thermischen Stabilisators enthält.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, bei welchem dieses Ausgangsmaterial weiter einen Verarbeitungshilfsstoff umfaßt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1–9, bei welchem dieses feste teilchenförmige ADN-Ausgangsmaterial auf einer Temperatur von geringer als 40°C ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1–10, bei welchem die Temperatur in der heißen Zone von 90°C bis 150°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Temperatur in der heißen Zone 100°C bis 130°C beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1–12, bei welchem in dieser Kühlzone die Temperatur bis zu etwa 40°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem in dieser Kühlzone die Temperatur bis zu etwa 25°C beträgt.
Ammoniumdinitramidkörner, erhalten aus dem Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1–14.
Treibmittelzusammensetzung, formuliert aus: wenigstens einem Bindemittel und Ammoniumdinitramidkörnern, hergestellt nach irgendeinem der Ansprüche 1–14.