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Gasentwickelnde Ladung Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen
an festen, gasentwickelnden Ladungen, bei denen durch die Ladungen hindurch eine
sich selbst aufrechterhaltende exotherme, nicht detonierende gasentwickelnde Zersetzung
fortschreitet, wenn nur ein kleiner Teil der Ladung von Zimmertemperatur auf die
Temperatur erwärmt wird, bei der die aktive Zersetzung beginnt. Derartige gasentwickelnde
Ladungen finden die verschiedenartigste Anwendung, beispielsweise zur Erzeugung
eines Gasdruckes bei durch Gasdruck angetriebenen mechanischen Vorrichtungen, für
Sprengzwecke, zum Antrieb von Raketen und zum Auspressen von Flüssigkeiten aus Behältern,
wie beispielsweise Feuerlöschern.
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Es ist bekannt, daß Guanidinnitrat eine exotherme gasentwickelnde
Zersetzung erfährt, wenn es stark erhitzt wird; jedoch unter atmosphärischen Druckbedingungen
hält diese Reaktion sich nicht selbst aufrecht, wenn nur ein Teil der Menge der
Verbindung von Normaltemperatur auf die Zersetzungstemperatur erwärmt wird, wenn
nicht eine äußere Erhitzung stattfindet. Durch die Zersetzung entsteht Wasserdampf,
Stickstoff, Ammoniak und Kohlenoxyd. Es wird jedoch auch eine gewisse Menge von
schwer schmelzbaren gelben, stickstoffhaltigen organischen Rückstandsverbindungen
gebildet. Wenn die Arbeitsbedingungen derart sind, daß der vorherrschende Gasdruck
verhältnismäßig hoch ist, nämlich in der Größenordnung von 7o at liegt, schreitet,
wenn die Reaktion einmal örtlich eingeleitet worden ist, diese selbst durch die
Masse des Guanidinnitrats fort, und unter solchen Gasdruckbedingungen bestehen die
sich bildenden Produkte nur aus Gasen und Dämpfen.
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Es wurden schon Ladungen vorgeschlagen, die bei ihrer Zersetzung eine
hohe Ausbeute an permanenten Gasen ergeben, wenn sie durch einen nicht detonierenden
Zünder auf einen geringeren Druck als dem bei Guanidinnitrat erforderlichen erhitzt
werden. Diese Mischungen bestehen aus Guanidinnitrat mit einem gewissen Verhältnis
eines Metallhypophosphits
oderAmmoniumhypophosphits, wodurch gewünschtenfalls
Ladungen erhalten werden können, bei denen selbst bei Atmosphärendruck ihre Zersetzung
selbst fortschreitet, wenn sie örtlich erhitzt werden. Infolge der Natur oder der
Menge des Rückstandes, den die Hypophosphite zurücklassen oder infolge anderer Nachteile,
die bei deren Anwendung auftreten, besitzen diese Ladungen nur eine begrenzte Anwendungsmöglichkeit,
und es ist wünschenswert, verbesserte gasentwickelnde Ladungen vorzuschlagen, welche
sich auf Guanidinnitrat aufbauen und die geeignet sind, eine sich selbst erhaltende
Zersetzung unter einem viel geringeren Gasdruck als bei Verwendung von Guanidinnitrat
allein aufrechtzuerhalten.
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Es ist auch bekannt, daß der Druck, der erforderlich ist, um die sich
selbst erhaltende Zersetzung einer Ladung möglich zu machen, welche auf Guanidinnitrat
beruht, dadurch schrittweise verringert werden kann, daß dem Guanidinnitrat in den
Ladungen in fortschreitender Steigerung gewisse Mengen an kolloidaler Nitrocellulose
als Bindemittel zugegeben werden. Hierbei wird in der Weise vorgegangen, daß das
Guanidinnitrat mit einer Lösung von Nitrocellulose in einem flüchtigen Lösungsmittel
gemischt wird, worauf die entstehende Paste in die gewünschte Form gebracht und
das flüchtige Lösungsmittel verdampft wird. Die Verwendung eines flüchtigen Lösungsmittels
vergrößert jedoch die Herstellungskosten und erfordert eine Trockenbehandlung, wobei
auch die Anwendbarkeit dieses Verfahrens ziemlich begrenzt ist.
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Es wurde nun gefunden, daß gasentwickelnde Ladungen, welche für die
verschiedenartigsten Zwecke gebraucht werden können und die nicht die Nachteile
aufweisen, welche bei der Anwendung von Hypophosphiten oder gelatinierter Nitrocellulose
auftreten, und die eine sich selbst aufrechterhaltende, nicht detonierende Zersetzung
erfahren, wenn sie nur örtlich erhitzt werden, unter Bildung von großen Mengen heißer
Gase von verhältnismäßig geringem Gasdruck, als sie für Guanidinnitrat erforderlich
sind, dadurch erhalten werden können, daß Guanidinnitrat in Mischung mit einem Polynitrophenol
oder Polynitrosophenol verarbeitet wird.
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Bei Abwesenheit von Verdünnungsmitteln oder gasabsorbierenden Stoffen
reicht eine Menge des Polynitrophenols oder Polynitrosophenols von etwa 8 bis 2o
Gewichtsprozent des Guanidinnitrats aus, um zu erreichen, daß die Stoffzusammensetzung
eine sich selbst aufrechterhaltende Zersetzung erfährt, wenn sie örtlich selbst
unter atmosphärischen Druckbedingungen erhitzt wird.
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Als Polynitrophenol findet zweckmäßig 2, 4.-Dinitroresorcin Anwendung,
jedoch können auch 2, q., 6-Trinitroresorcin, 2, 4-Dinitrosoresorcin, 4, 6-Dinitroo-kresol,
3, 5-Dinitrocatechol, 2, 6-Dinitro-p-kresol und 3, 5-Dinitrosalicylsäure angewandt
werden.
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Gewünschtenfalls können die Ladungen gemäß der Erfindung auch eine
aliphatische Carbonsäure enthalten, welche aus der Gruppe ausgewählt wird, die Weinsäure,
Maleinsäure, Zitronensäure und Ameisensäure enthält. Durch die Gegenwart einer aliphatischen
Carbonsäure können weniger Polynitrophenol oder Polynitrosophenol in der Stoffzusammensetzung
zugegen sein. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Stoffzusammensetzung
aus einer einfachen Mischung der Bestandteile bestehen kann und daß, wenn die Ladung
eine kompakte Struktur und eine vorher bestimmte Form besitzen soll, so daß sie
nur an ihrer äußeren Oberfläche reagiert, dies einfach durch Pressen der Mischung
in einer Form der gewünschten Gestalt erzielt werden kann. Wenn es darüber hinaus
erwünscht ist, einen Teil der Oberfläche der komprimierten Ladung gegenüber den
sich entwickelnden heißen Gasen zu schützen, und zwar durch einen Belag von wärmeisolierendem
Material, so kann dies einfach in der Weise erfolgen, daß der Preßvorgang in einem
mit einer Ausfütterung aus einem entsprechenden Material versehenen Rohr od. dgl.
erfolgt, anstatt daß ein Schutzmaterial auf die Oberfläche der Ladung aufgebracht
wird, nachdem diese geformt worden ist. Wenn Ladungen aus Guanidinnitrat und einem
Polynitrophenol oder Polynitrosophenol unter den Bedingungen des atmosphärischen
Druckes oder unter einem verhältnismäßig geringen überatmosphärischen Druck, beispielsweise
bis zu io at, verarbeitet werden, so ist ihre Zersetzung in gasförmige Produkte
nicht ganz vollkommen, und es kann eine gewisse Menge, gewöhnlich 15 bis 2o °/o,
des schon erwähnten, nur schwer schmelzenden, stickstoffhaltigen organischen Rückstandes
zurückbleiben. Bei diesen Drücken enthalten die Gase beträchtliche Mengen an verdampften,
kondensierbaren organischen Stoffen, deren Anwesenheit bei gewissen Anwendungen
der Ladungen unerwünscht ist, beispielsweise wenn diese zum Antreiben von Maschinen
oder zur Betätigung anderer mechanischer Vorrichtungen verwendet werden, wobei diese
organischen Dämpfe kondensieren und ein Verstopfen von Rohrleitungen oder eine Behinderung
von beweglichen Teilen hervorrufen.
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Es wurde jedoch gefunden, daß durch die Einverleibung einer geringen
Menge von Vanadiumpentoxyd, beispielsweise von etwa o,2 bis i Gewichtsprozent des
Guanidinnitrats, die vollständige Durchführung der Zersetzung des Guanidinnitrats
herbeigeführt werden kann, wodurch die Bildung des erwähnten gelben, schwer schmelzbaren
organischen Rückstandes verhindert und dementsprechend auch die Ausbeute an heißen
Gasen bei dem Arbeitsdruck vergrößert wird, bei dem sonst der erwähnte Rückstand
entstehen würde. Aus diesem Grund wird der Masse eine entsprechende Menge an Vanadiumpentoxyd
oder eine äquivalente Menge einer chemisch gleichartig wirkenden Vanadiumverbindung,
beispielsweise Ammoniumvanadat, hinzugefügt. Es wurde auch gefunden, daß eine Molybdänverbindung,
beispielsweise Molybdänsäure, an Stelle einer Vanadiumverbindung verwendet werden
kann.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß die kondensierbar verdampfenden organischen
Verbindungen, welche anderenfalls bei Drücken in der Nähe des atmosphärischen Druckes
gebildet worden wären, durch eine exothermische Reaktion zersetzt werden können,
wodurch wiederum die Gasausbeute vergrößert wird, indem die Mischung von Gasen und
Dämpfen, bevor eine Kühlung derselben stattfindet, über eine geeignete
wärmewiderstandsfähige,
katalytisch wirkende feste Oberfläche geleitet wird, wie beispielsweise Eisen-,
Stahl- oder Platindrahtgaze oder Asbest. Es kann aber auch in der Mischung ein geringer
Prozentsatz an Asbestfasern oder einem anderen wärmewiderstandsfähigen Material
enthalten sein, wodurch eine große Oberfläche gebildet wird. Dieser Zusatzstoff
beträgt nicht weniger als etwa 0,250/, des Gewichts der Ladung. Dieses die
große Oberfläche liefernde Material unterstützt auch die Selbstzersetzung der Masse
und hält die Aschenrückstände zusammen. Es mag wünschenswert sein, der Masse auch
noch einen geringen Prozentsatz an Kaliumnitrat einzuverleiben, etwa o,25 bis i0/"
da dieses Kaliumnitrat die Reaktion zwischen den Gasen und Dämpfen auf der festen
katalytisch wirkenden Oberfläche unterstützt. Die Verwendung von Kaliumnitrat ist
besonders zweckmäßig, wenn die Ladung sich in einem ungewöhnlich kalten Zustand
befindet, bevor sie örtlich gezündet wird, oder wenn eine Umgebung vorliegt, die
bewirkt, daß die Gase und Dämpfe mit einer niedrigeren Temperatur entstehen, als
es der Fall ist, wenn sie unter normalen Verhältnissen erzeugt werden.
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Ladungen der gemäß der Erfindung hergestellten Art.können beispielsweise
zum Betätigen von durch Gasdruck angetriebenen Maschinen dienen, beispielsweise
für Antriebsmaschinen oder zur Betätigung von pneumatischen Werkzeugen, zur Betätigung
von Feuerlöschern, zum Antreiben von Raketen oder anderen durch die Gasaustrittsreaktion
angetriebenen Vorrichtungen, zur Herstellung von gefärbtem Rauch oder für Sicherheitssprengvorrichtungen
mit Hilfe von Sprengeinrichtungen, bei denen die Ladung eine Zersetzung in einem
druckwiderstandsfähigen Behälter erfährt, wobei die Gase, wenn sich ein vorher bestimmter
Druck in dem Behälter gebildet hat, abgelassen werden. Es ist selbstverständlich,
daß die Masse je nach dem gewünschten Zweck in pulvriger, körniger oder kompakter
Form beliebiger Gestalt angewandt werden kann, wobei sie auch noch Stoffe enthalten
kann, durch die die Temperatur der erzeugten Gase verringert oder vergrößert werden
kann. Es können aber der Masse auch noch Stoffe zugefügt werden, durch die die Temperatur
der Gase verringert werden kann. Andererseits können aber auch chemische Verbindungen
verwendet werden, durch die die Temperatur der Gase erhöht wird, wie beispielsweise
Ammoniumperchlorat und Ammoniumnitrat.
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Die Ladungen gemäß der Erfindung können auch durch Wärme sich verflüchtigende
Stoffe enthalten, wie beispielsweise Insektenvernichtungsmittel, fungicide, baktericide
und andere pesticide Stoffe. Sie können aber auch raucherzeugende Verbindungen oder
gefärbte Farbstoffe enthalten. In diesem Fall müssen sich die Ladungen gewöhnlich
unter atmosphärischen Druckbedingungen zersetzen. Wenn der wirkungsvolle Stoff eine
organische Verbindung ist, so ist dafür zu sorgen, daß die Ladung Asbestfasern oder
einen anderen eine große Oberfläche liefernden Stoff enthält, und ihre Zersetzung
muß derart vor sich gehen, daß die Gase und Dämpfe nicht eine Reaktion auf deren
Oberfläche ausüben, da hierdurch unter Umständen die zu verflüchtigende Verbindung
in dem Gasstrom zersetzt wird. Durch die Verflüchtigung der organischen Verbindung
findet eine Abkühlung der Gase statt, so daß, wenn eine genügende Menge dieser Verbindung
angewandt wird, die Temperatur unter Umständen zu niedrig ist, daß eine derartige
unerwünschte Oberflächenreaktion stattfindet. Das schon erwähnte q., 6-Dinitro-o-kresol
ist ein Beispiel für ein Polynitrophenol, welches an sich schon bemerkenswerte,
Insekten und Spinnen vernichtende Eigenschaften besitzt.
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In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen angegeben,
worin die Teile Gewichtsteile sind.
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Beispiel i Es wird eine Mischung folgender Zusammensetzung hergestellt
Guanidinnitrat . . . . . . . . . . . . . 88,750/, 2, q.-Dinitroresorcin . . . .
. . . . . io,o 0/0 Asbestfasern ............... 0,5 0/0 Vanadiumpentoxyd .........
0,5 0/0 Kaliumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . 0,25 0/0
Diese Mischung
wird in einer Kugelmühle behandelt, bis die Stoffe gut gemischt und pulverisiert
sind. 1,5 kg dieser Mischung werden dann in vier gleiche Teile geteilt und in ein
7,5 cm starkes offenes Stahlrohr eingebracht, welches mit einem Belag aus gepreßter
Asbestfaser ausgelegt ist, und jede dieser Ladungen wird in diesem Rohr i Minute
lang einem Druck von 491 kg/cm2 ausgesetzt. Die so gepreßte Stoffzusammensetzung
füllt das Rohr bis auf 2,5 cm auf jedem Ende des Rohres aus. Dann wird ein Loch
von 2,5 cm axial durch die ganze Länge der gepreßten Stoffzusammensetzung gebohrt.
Vier oder fünf Rollen Eisendrahtgaze, jede von einem Durchmesser von 7,5 cm und
von einer Maschenweite von io bis 5o auf 2,5 cm, werden in das eine Ende des Rohres
eingesteckt, und ein elektrischer Zünder mit einer Stange mit einem Gewicht von
2o g wird an das andere Ende des Rohres angebracht, wobei sich der Sprengstoff in
das Bohrloch erstreckt. Das die Stoffzusammensetzung enthaltende Rohr wird zum Antrieb
eines Motors eines Turbogebläses verwendet, welches mit sich fortlaufend steigender
Geschwindigkeit umläuft und einen konstanten Arbeitsdruck ungefähr von 8,4 kg/cm2
liefert. Nach dem Zersetzen der Charge bleibt ein nichtschmelzendes Gerüst zurück,
welches weniger als 1,25 0/0 des Gewichtes der Ladung ausmacht. Bei der Zersetzung
der angegebenen Masse bleiben keine kondensierten organischen Stoffe in der Apparatur
zurück. Beispiel 2 Es wird folgende Stoffzusammensetzung hergestellt: Guanidinnitrat
........:.... 88,7 0/ 0 2, 4-Dinitroresorcin . . . . . . . . . 9,8 0/0 Kaliumnitrat
. . . . . . . . . . . . . . . o,250/, Vanadiumpentoxyd ......... o,5 0% Mineralöl
.................. 0,5 0/ 0 Asbestfaser ... . . . . . . . . . . . . . 0,250/0
Diese
Masse wird in einer Kugelmühle verarbeitet, bis die Bestandteile gut gemischt und
in ein feines Pulver übergeführt sind. 2o g dieser Mischung werden in einem Formrohr
von 24 mm Durchmesser, das mit Asbestpapier ausgekleidet ist, unter einem solchen
Druck verpreßt, daß ein gut zusammenhaltendes Formstück entsteht. Dieses Formstück
mit der Asbesthülle wird aus der Form ausgepreßt und in einen zylindrischen Behälter
mit ungefähr 25 mm Durchmesser eingebracht, der an einem Ende geschlossen und an
dem anderen Ende mit einer Schraubkappe versehen ist, die eine Düse von 1,3 mm Durchmesser
enthält. Die Zündvorrichtung für das Formstück ist an dem offenen Ende des Rohres
angebracht und besteht aus einem Zündersprengstoff aus 65 °,', Schießbaumwolle,
30 °/o Nitroglycerin und 5 °/o Vaseline, der dicht an der Oberfläche der Stoffzusammensetzung
durch einen kreisförmigen Zuschnitt eines Stückchen Maschendrahtes eines Siebes
einer Maschenweite von o,oog8 mm gehalten wird. Dieses Sieb besteht aus einem Drahtgewebe
aus nichtrostendem Stahl, das eine kleine Schwarzpulverladung enthält, welche sich
von dem Zündersprengstoff bis an die Außenseite durch die Düse in dem Deckel des
Behälters erstreckt.
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Dieser Miniaturdüsenmotor bildet die Antriebsvorrichtung für ein Rennwagenmodell.
Die Zündung erfolgt durch Entzünden des Zünders mittels eines Streichholzes, wodurch
der Zündersprengstoff entzündet wird, welcher seinerseits die Stoffzusammensetzung
örtlich auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Gasentwicklung wirksam wird. Die
Zersetzung schreitet dann durch die ganze Masse selbst fort. Auf diese Weise wird
ein Stoß von 1,5 kg 2o Minuten lang auf das Renüwagenmodell ausgeübt. Die Asche
besteht aus einem zusammenhängenden Gerüst des Formkörpers und macht ungefähr 10/,
der Körpermasse aus.