EP2698359A2 - Low sensitivity explosive agent mass with a retarding agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine insensitive Sprengstoffwirkmasse, umfassend einen Sprengstoff und ein Phlegmatisierungsmittel.The invention relates to an insensitive explosive active composition comprising an explosive and a phlegmatizer.
Bekannte insensitive Sprengstoffwirkmassen enthalten entweder Ć¼ber 8 Gew.-% Bindemittel und weisen dadurch eine verhƤltnismƤĆig geringe Dichte auf oder sie enthalten ein Bindemittel mit einem Weichmacher, wie die Sprengstoffwirkmasse DXP-1340, die aus Oktogen, Acrylatgummi und Dioctyladipat als Weichmacher besteht und die derzeit leistungsstƤrkste insensitive Sprengstoffwirkmasse ist. Der Weichmacher migriert im Laufe der Zeit in der Sprengstoffwirkmasse und aus der Sprengstoffwirkmasse heraus. Durch die Migration des Weichmachers kann die Empfindlichkeit lokal so steigen, dass die Sprengstoffwirkmasse ihre InsensitivitƤt verliert. Weiterhin verƤndern sich durch die Migration des Weichmachers die mechanischen Eigenschaften der Sprengstoffwirkmasse. Die LagerfƤhigkeit der Sprengstoffwirkmasse wird durch die Migration des Weichmachers begrenzt.Known insensitive explosive compositions contain either more than 8% by weight of binder and thus have a relatively low density or contain a binder with a plasticizer, such as explosive DXP-1340, which consists of octogen, acrylate rubber and dioctyl adipate as plasticizer and which is currently the most powerful Insensitive explosives active substance is. The plasticizer migrates over time in the explosive active mass and out of the explosive active mass. Due to the migration of the plasticizer, the sensitivity can locally increase so that the explosive active material loses its insensitivity. Furthermore, the migration of the plasticizer changes the mechanical properties of the explosive active material. The shelf life of the explosive active mass is limited by the migration of the plasticizer.
Weiterhin zerstƶrt der Weichmacher bei Kontakt nahezu alle bekannten Kunststoffe oder bringt sie zum Quellen. Daher muss eine Weichmacher enthaltende Sprengstoffwirkmasse immer von allen Kunststoffteilen mittels einer metallischen Diffusionssperre isoliert werden. Dies ist verhƤltnismƤĆig aufwendig. DarĆ¼ber hinaus birgt eine BeschƤdigung dieser Diffusionssperre oder ein fehlerhafter oder versehentlich nicht erfolgter Einbau der Diffusionssperre ein groĆes Sicherheitsrisiko in sich.Furthermore, the plasticizer destroys almost all known plastics or causes them to swell on contact. Therefore, a plasticizer-containing explosives active mass must always be isolated from all plastic parts by means of a metallic diffusion barrier. This is relatively expensive. In addition, damaging this diffusion barrier or incorrect or accidentally failed installation of the diffusion barrier poses a great security risk.
Bindemittel und Weichmacher sind im Allgemeinen inerte Stoffe, die die Leistung einer Sprengstoffwirkmasse bei deren Detonation, beispielsweise durch eine Reduktion der Dichte, herabsetzen. Man versucht stets Sprengstoffwirkmassen mit mƶglichst hoher Dichte und damit hoher Leistung herzustellen. Bisher ist es nicht gelungen, ein energetisches Bindemittel bzw. einen energetischen Weichmacher bereitzustellen und damit eine Sprengstoffwirkmasse insensitiv zu gestalten, ohne andere wichtige Eigenschaften oder die Energiedichte negativ zu beeinflussen. Beispielsweise wird Glycidylazidpolymer (GAP) als Bindemittel fĆ¼r Sprengstoffwirkmassen verwendet. Um die Sprengstoffwirkmassen insensitiv zu machen, sind dazu jedoch mehr als 10% GAP und Weichmacher erforderlich. Die GlasĆ¼bergangstemperatur liegt dabei im Bereich von -30Ā°C. Dies wird fĆ¼r militƤrische Zwecke im Allgemeinen fĆ¼r unzureichend erachtet. GewĆ¼nscht wird hƤufig eine GlasĆ¼bergangstemperatur von -54Ā°C oder darunter. Durch GAP als energetischem Bindemittel wird die Dichte und dadurch die Leistung einer damit gebundenen insensitiven Sprengstoffwirkmasse soweit reduziert, dass das GAP gegenĆ¼ber einem inerten Bindemittel hƶherer Dichte keinen Vorteil aufweist. Auch mit anderen energetischen Bindemitteln und/oder Weichmachern ist es bisher nicht gelungen, eine Sprengstoffwirkmasse bereitzustellen, deren Energiedichte diejenige von Sprengstoffwirkmassen mit einem inerten Bindemittel und Weichmacher, wie DXP-1340, Ć¼bersteigt.Binders and plasticizers are generally inert substances which reduce the performance of an explosive active mass when it is detonated, for example by a reduction in density. You always try explosive effects with the highest possible Density and thus high performance produce. So far, it has not been possible to provide an energetic binder or an energetic plasticizer and thus make an explosive active material insensitive without adversely affecting other important properties or the energy density. For example, glycidyl azide polymer (GAP) is used as a binder for explosive actives. However, to make the explosive compounds insensitive, more than 10% of GAP and plasticizer are required. The glass transition temperature is in the range of -30 Ā° C. This is generally considered insufficient for military purposes. Often, a glass transition temperature of -54 Ā° C or below is desired. GAP, as an energetic binder, reduces the density and thus the performance of an insensitive explosive active material bound thereto to such an extent that the GAP has no advantage over an inert higher density binder. Even with other energetic binders and / or plasticizers, it has not been possible to provide an explosive active material whose energy density exceeds that of explosive active compounds with an inert binder and plasticizer, such as DXP-1340.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine insensitive Sprengstoffwirkmasse bereitzustellen, die die obigen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll die Sprengstoffwirkmasse eine lange LagerfƤhigkeit und gute VertrƤglichkeit mit vielen gebrƤuchlichen Kunststoffen aufweisen. GebrƤuchliche Kunststoffe sind z. B. Polyester, Polyamide, Polyolefine, Polytetrafluorethylen (TeflonĀ®), Polyacrylat, Polycarbonate, Nitril-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk (NeoprenĀ®) und Fluorkautschuk (VitonĀ®). Weiterhin soll die Sprengstoffwirkmasse bei ihrer Detonation eine hohe Leistung bereitstellen kƶnnen.The object of the present invention is to provide an insensitive explosive active material which does not have the above disadvantages. In particular, the explosives active material should have a long shelf life and good compatibility with many common plastics. Common plastics are z. As polyesters, polyamides, polyolefins, polytetrafluoroethylene (TeflonĀ®), polyacrylate, polycarbonates, nitrile-butadiene rubber, chloroprene rubber (NeopreneĀ®) and fluororubber (VitonĀ®). Furthermore, the explosive active mass should be able to provide a high power at its detonation.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelƶst. ZweckmƤĆige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der AnsprĆ¼che 2 bis 13.The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the features of claims 2 to 13.
ErfindungsgemĆ¤Ć ist eine insensitive Sprengstoffwirkmasse vorgesehen, die einen Sprengstoff und ein Phlegmatisierungsmittel umfasst. Dabei umfasst das Phlegmatisierungsmittel mindestens eine ionische FlĆ¼ssigkeit. Eine ionische FlĆ¼ssigkeit (FlĆ¼ssigsalz) ist eine FlĆ¼ssigkeit, die ausschlieĆlich aus Ionen bestehen und im Gegensatz zu einer Salzschmelze bereits bei einer Temperatur unter 100Ā°C flĆ¼ssig ist, ohne dass das Salz dabei in einem Lƶsungsmittel, wie Wasser, gelƶst ist. Im Allgemeinen handelt es sich bei einer ionischen FlĆ¼ssigkeit um ein organisches Salz, dessen Ionen durch Ladungsdelokalisierung und sterische Effekte die Bildung eines stabilen Kristallgitters behindern.According to the invention, an insensitive explosive active mass is provided which comprises an explosive and a phlegmatizer. The phlegmatizer comprises at least one ionic liquid. An ionic liquid (liquid salt) is a liquid which consists exclusively of ions and, in contrast to a molten salt, is liquid even at a temperature below 100 Ā° C., without the salt being dissolved in a solvent such as water. In general, an ionic liquid is an organic salt, its ions hinder the formation of a stable crystal lattice through charge delocalization and steric effects.
Ionische FlĆ¼ssigkeiten haben sich als extrem insensitiv erwiesen. Gleichzeitig weisen sie eine verhƤltnismƤĆig hohe Dichte auf. Die ionische FlĆ¼ssigkeit kann in der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse gleichzeitig als Phlegmatisierungsmittel und Weichmacher, jedoch ohne Ć¼bliche Nachteile der bisher bei insensitiven Sprengstoffwirkmassen verwendeten Weichmacher, dienen. Es hat sich nƤmlich gezeigt, dass die ionische FlĆ¼ssigkeit in der insensitiven Sprengstoffwirkmasse nicht migriert. Der bei Ć¼blichen insensitiven Sprengstoffwirkmassen mit dem Weichmacher einhergehende Nachteil der begrenzten LagerfƤhigkeit wegen der Migration des Weichmachers entfƤllt bei der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse.Ionic liquids have proven to be extremely insensitive. At the same time they have a relatively high density. The ionic liquid can simultaneously serve as a phlegmatizer and plasticizer in the explosive active material according to the invention, but without the usual disadvantages of the plasticizer previously used in insensitive explosive compositions. It has been shown that the ionic liquid does not migrate in the insensitive explosive active material. The disadvantage of the limited shelf life due to the migration of the plasticizer associated with conventional insensitive explosive compositions with the plasticizer is eliminated in the case of the explosive active material according to the invention.
Ein Bindemittel ist in der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse nicht unbedingt erforderlich, da ionische FlĆ¼ssigkeiten als Phlegmatisierungsmittel gleichzeitig auch den Sprengstoff binden kƶnnen. Mit einer ionischen FlĆ¼ssigkeit kann eine insensitive Sprengstoffwirkmasse mit einer hƶheren Leistung als bekannte Sprengstoffwirkmassen realisiert werden. Dies liegt zum einen an der verhƤltnismƤĆig hohen Dichte der ionischen FlĆ¼ssigkeit und zum anderen daran, dass ein im Allgemeinen eine verhƤltnismƤĆig geringe Dichte aufweisendes Bindemittel entfallen kann oder, sofern doch ein Bindemittel eingesetzt wird, beim gleichzeitigen Vorhandensein der ionischen FlĆ¼ssigkeit nur eine sehr geringe Menge des Bindemittels benƶtigt wird.A binder is not absolutely necessary in the explosives active composition according to the invention, since ionic liquids can simultaneously bind the explosive as phlegmatizers. With an ionic liquid, an insensitive explosive active mass can be realized with a higher power than known explosive active compounds. This is due, first, to the relatively high density of the ionic liquid and, secondly, to the fact that a binder which generally has a relatively low density can be dispensed with or, if a binder is used, only a very small amount in the simultaneous presence of the ionic liquid Binder is needed.
Weiterhin kann es sich bei der ionischen FlĆ¼ssigkeit um eine energetische FlĆ¼ssigkeit handeln. Eine energetische FlĆ¼ssigkeit ist eine solche, die bei der Reaktion des Sprengstoffs selbst Energie freisetzt.Furthermore, the ionic liquid may be an energetic liquid. An energetic fluid is one that releases energy itself during the reaction of the explosive.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemƤĆe Sprengstoffwirkmasse durch die ionische FlĆ¼ssigkeit verhƤltnismƤĆig gut kneten und einfach und schnell mischen lƤsst. Weiterhin lƤsst sie sich gut pressen und die daraus resultieren Presslinge weisen eine verhƤltnismƤĆig hohe mechanische Festigkeit auf.Furthermore, it has been found that the explosive active composition according to the invention knead relatively well by the ionic liquid and can be mixed easily and quickly. Furthermore, it can be pressed well and the resulting compacts have a relatively high mechanical strength.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass sich die erfindungsgemƤĆe Sprengstoffwirkmasse unbegrenzt mit unpolaren Kunststoffen vertrƤgt, da ionische FlĆ¼ssigkeiten diese Kunststoffe nicht angreifen. Der bei Ć¼blichen insensitiven Sprengstoffwirkmassen mit dem Weichmacher einhergehende Nachteil der UnvertrƤglichkeit des Weichmachers mit den meisten Kunststoffen entfƤllt durch den Einsatz der ionischen FlĆ¼ssigkeit als Phlegmatisierungsmittel.A significant advantage is that the explosive active material according to the invention can be tolerated indefinitely with nonpolar plastics, since ionic liquids do not attack these plastics. The disadvantage of the incompatibility of the plasticizer associated with customary insensitive explosive actives with the plasticizer with most plastics is eliminated by the use of ionic liquid as a phlegmatizer.
Ein weiterer Vorteil besteht in der elektrischen LeitfƤhigkeit der ionischen FlĆ¼ssigkeit. Durch die ionische FlĆ¼ssigkeit wird die Sprengstoffwirkmasse automatisch leitfƤhig und gegebenenfalls auftretende elektrische Ladungen kƶnnen abflieĆen. Dadurch wird das Risiko einer ungewollten ZĆ¼ndung der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse durch eine elektrostatische Entladung drastisch verringert.Another advantage is the electrical conductivity of the ionic liquid. As a result of the ionic liquid, the explosive active mass automatically becomes conductive and any electrical charges that may occur can flow away. As a result, the risk of accidental ignition of the explosive active material according to the invention by an electrostatic discharge is drastically reduced.
Bei einem AusfĆ¼hrungsbeispiel ist die ionische FlĆ¼ssigkeit wasserunlƶslich und nicht hygroskopisch. Dadurch wird verhindert, dass sich die Zusammensetzung und die Eigenschaften der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse durch aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeit verƤndern.In one embodiment, the ionic liquid is water-insoluble and non-hygroscopic. This prevents the composition and the properties of the explosive active composition according to the invention from changing due to moisture absorbed from the air.
Die ionische FlĆ¼ssigkeit kann eine Dichte von mindestens 1100 kg/m3 aufweisen. Dadurch kann die erfindungsgemƤĆe Sprengstoffwirkmasse mit einer hohen Dichte und damit auch einer hohen Sprengleistung bereitgestellt werden.The ionic liquid may have a density of at least 1100 kg / m 3 . As a result, the explosive active material according to the invention can be provided with a high density and thus also a high explosive power.
Die ionische FlĆ¼ssigkeit kann ein Perchlorat-, Nitrat-, Acetat-, Dicyanamid-, Hexafluorophosphat- oder Tetrafluoroborat-Ion als Anion umfassen. Durch die Wahl des in der ionischen FlĆ¼ssigkeit enthaltenden Anions kann das Reaktionsverhalten der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse beim Erhitzen variiert werden. Z. B. kann das Anion oxidierend sein, wie das z. B. bei Perchlorat oder Nitrat der Fall ist. Dadurch wird der durch Erhitzen bedingte Zerfall der ionischen FlĆ¼ssigkeit exotherm. Es kann aber auch ein inertes Anion, wie beispielsweise Acetat, Dicyanamid, Hexafluorophosphat oder Tetrafluoroborat gewƤhlt werden. Dann ist der Zerfall der ionischen FlĆ¼ssigkeit zumindest am Beginn einer ErwƤrmung endotherm. Weiterhin hat die Wahl des Anions einen Einfluss auf die Zerfallstemperatur. Von den oben genannten Anionen zerfƤllt Acetat bei der niedrigsten und Tetrafluoroborat bei der hƶchsten Temperatur. Durch das Vorsehen eines Gemischs dieser Anionen in der ionischen FlĆ¼ssigkeit bzw. einem Gemisch der ionischen FlĆ¼ssigkeiten kann das temperaturabhƤngige Verhalten der FlĆ¼ssigkeit bzw. des Gemischs beeinflusst werden. Durch diese Mƶglichkeiten kann die Empfindlichkeit und das thermische Verhalten der Sprengstoffwirkmasse eingestellt werden. Wenn sich die ionische FlĆ¼ssigkeit bei einer niedrigeren Temperatur als der Sprengstoff zumindest anfƤnglich endotherm zersetzt wird die Empfindlichkeit der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse erheblich reduziert.The ionic liquid may comprise a perchlorate, nitrate, acetate, dicyanamide, hexafluorophosphate or tetrafluoroborate ion as an anion. By choosing the anion containing in the ionic liquid, the reaction behavior of the explosive active material according to the invention can be varied during heating. For example, the anion may be oxidizing, as the z. B. perchlorate or nitrate is the case. As a result, the heating of the disintegration of the ionic liquid is exothermic. However, it is also possible to choose an inert anion, for example acetate, dicyanamide, hexafluorophosphate or tetrafluoroborate. Then, the decomposition of the ionic liquid is endothermic at least at the beginning of heating. Furthermore, the choice of anion has an influence on the decomposition temperature. Of the above anions, acetate decomposes at the lowest temperature and tetrafluoroborate at the highest temperature. By providing a mixture of these anions in the ionic liquid or a mixture of ionic liquids, the temperature-dependent behavior of the liquid or of the mixture can be influenced. These capabilities can be used to adjust the sensitivity and thermal behavior of the explosive active mass. If the ionic liquid at least initially decomposes endothermically at a lower temperature than the explosive, the sensitivity of the explosive active material according to the invention is considerably reduced.
Die ionische FlĆ¼ssigkeit kann 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat (BMIM-BF4), 1-Butyl-3-methylimidazoliumdicyanamid (BMIM-C2N2), n-Butylmethylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4), ein Alkyl-Methylimidazol, insbesondere Dimethylimidazol oder Ethylmethylimidazol, ein Tetrazolat oder ein Triazolat umfassen.The ionic liquid can be 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM-BF 4 ), 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide (BMIM-C 2 N 2 ), n-butylmethylimidazolium perchlorate (BMIM-ClO 4 ), an alkylmethylimidazole, in particular Dimethylimidazole or ethylmethylimidazole, a tetrazolate or a triazolate.
Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse ist die ionische FlĆ¼ssigkeit darin mit einem auf das Gesamtgewicht der Wirkmasse bezogenen Anteil im Bereich von 3 Gew.-% bis 7 Gew.-%, insbesondere 4 Gew.-% bis 6 Gew.-%, enthalten. Dadurch wird selbst bei ionischen FlĆ¼ssigkeiten mit einer Dichte von weniger als 1100 kg/m3 die Gesamtdichte der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse nicht wesentlich beeinflusst. Der genannte Anteil reicht jedoch fĆ¼r eine ausreichende Phlegmatisierung vollkommen aus.In one embodiment of the explosive active material according to the invention, the ionic liquid is contained therein with a proportion based on the total weight of the active material in the range of 3 wt .-% to 7 wt .-%, in particular 4 wt .-% to 6 wt .-%. As a result, even with ionic liquids having a density of less than 1100 kg / m 3, the total density of the explosive active material according to the invention is not significantly affected. However, the said proportion is completely sufficient for adequate phlegmatization.
Die erfindungsgemƤĆe Sprengstoffwirkmasse kann weiterhin ein, insbesondere energetisches, Bindemittel umfassen. Wenn sowohl das Bindemittel als auch die ionische FlĆ¼ssigkeit energetisch sind, kann eine insensitive und dennoch sehr leistungsstarke vollenergetische, d. h. keine inerten Bestandteile aufweisende, Sprengstoffwirkmasse bereit gestellt werden. Das Bindemittel kann ein polares Polymer oder polares MakromolekĆ¼l oder ein Polymer oder MakromolekĆ¼l, das in der ionischen FlĆ¼ssigkeit lƶslich ist oder davon gequollen werden kann, umfassen. Beispielsweise kann das Polymer Polyacrylnitril, Polyvinylhitrat, Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder Nitrocellulose umfassen. Es wird verhƤltnismƤĆig wenig ionische FlĆ¼ssigkeit benƶtigt, um die genannten Polymere durch Lƶsen in eine zƤhflĆ¼ssige und klebrige Masse zu verwandeln. Dadurch kann die fĆ¼r die Phlegmatisierung erforderliche Menge der meist verhƤltnismƤĆig teuren ionischen FlĆ¼ssigkeit verringert werden.The explosive active material according to the invention can furthermore comprise a, in particular energetic, binder. If both the binder and the ionic liquid are energetic, an insensitive yet very powerful full energetic, d. H. no inert constituent explosives active mass are provided. The binder may comprise a polar polymer or polar macromolecule or a polymer or macromolecule which is soluble in or swollen by the ionic liquid. For example, the polymer may comprise polyacrylonitrile, polyvinyl nitrate, polyvinylpyrrolidone (PVP) or nitrocellulose. Relatively little ionic liquid is needed to turn the polymers mentioned by dissolving them into a viscous and sticky mass. As a result, the amount of the usually relatively expensive ionic liquid required for the phlegmatization can be reduced.
Weiterhin hat es sich gezeigt, dass das Mischen mit dem Sprengstoff erheblich einfacher ist als mit herkƶmmlichen polymeren Bindemitteln, da sich FlĆ¼ssigsalze und gegebenenfalls polare Polymere oder MakromolekĆ¼le als Bindemittel in Ethanol, Ethanol-Ethylether (2:1), Ethanol-Aceton (2:1) oder Ethanol-Ethylacetat (2:1) schnell und in allen MischungsverhƤltnissen lƶsen lassen. Somit kƶnnen die Sprengstoffpartikel mit der ionischen FlĆ¼ssigkeit und gegebenenfalls dem Bindemittel beschichtet werden, indem die Sprengstoffpartikel in die Lƶsung der ionischen FlĆ¼ssigkeit und gegebenenfalls zusƤtzlich enthaltenem Bindemittel eingeschlƤmmt werden und wƤhrend des Mischens das Lƶsungsmittel unter reduziertem Druck abgezogen wird. Dabei hat es sich gezeigt, dass es keine Rolle spielt, wie schnell das Lƶsungsmittel abgezogen wird. Die ionische FlĆ¼ssigkeit und gegebenenfalls das Bindemittel setzt/setzen sich auf den Sprengstoffpartikeln ab und beschichtet/beschichten sie gleichmƤĆig. Dies begĆ¼nstigt sehr die Unempfindlichkeit der resultierenden Sprengstoffwirkmasse, da jedes Sprengstoffpartikel vollstƤndig eingebettet wird. Bei bekannten Bindemitteln muss das Lƶsungsmittel dagegen langsam aus einem Gemisch mit Sprengstoffpartikeln entfernt werden, um eine gleichmƤĆige Beschichtung der Sprengstoffpartikel und damit die InsensitivitƤt des Produktes zu gewƤhrleisten.It has also been found that blending with the explosive is considerably easier than with conventional polymeric binders, since liquid salts and optionally polar polymers or macromolecules are used as binders in ethanol, ethanol-ethyl ether (2: 1), ethanol-acetone (2: 1). 1) or ethanol-ethyl acetate (2: 1) quickly and in all proportions. Thus, the explosive particles can be coated with the ionic liquid and optionally the binder by slurrying the explosive particles into the solution of the ionic liquid and optionally additionally contained binder and, during mixing, withdrawing the solvent under reduced pressure. It has been shown that it does not matter how fast that Solvent is removed. The ionic liquid and optionally the binder settle on the explosive particles and coat / coat them evenly. This greatly favors the insensitivity of the resulting explosive active mass, as each explosive particle is completely embedded. With known binders, however, the solvent must be slowly removed from a mixture with explosive particles in order to ensure a uniform coating of the explosive particles and thus the insensitivity of the product.
Weiterhin kann durch ein energetisches Bindemittel, welches unter Gasentwicklung bei einer niedrigeren Temperatur zerfƤllt bzw. sich zersetzt als der Sprengstoff, die Sicherheit eines die Sprengstoffwirkmasse enthaltenden Brand oder Hitze ausgesetzten Wirkkƶrpers erhƶht werden. Bei diesen im sogenannten "fast cook off"- oder "slow cook off'-Test simulierten ZustƤnden bewirkt die Gasentwicklung bei niedriger Temperatur ein Aufbrechen der HĆ¼lle des Wirkkƶrpers. Bei einer dann erfolgenden ZĆ¼ndung des Sprengstoffs kann es nicht mehr zu dem ansonsten stattfindenden plƶtzlichen Druckanstieg kommen. Eine Detonation des Sprengstoffs ist dadurch unwahrscheinlich und findet im Idealfall, wenn der Sprengstoff nur abbrennt, nicht statt. Ein solches sich bei niedriger Temperatur zersetzendes Bindemittel ist z. B. Nitrocellulose, das sich bei etwa 120Ā°C zu zersetzen beginnt und sich im Bereich zwischen etwa 160Ā°C und 180Ā°C stark und vollstƤndig unter Gasentwicklung zersetzt. Ein bei deutlich hƶherer Temperatur sich zersetzender Sprengstoff ist z. B. Oktogen, dessen Zersetzung bei etwa 280Ā°C erfolgt.Furthermore, by an energetic binder, which decomposes with gas evolution at a lower temperature or decomposes as the explosive, the safety of a explosives active material containing fire or heat-exposed active body can be increased. In these conditions, simulated in the so-called "almost cook off" or "slow cook off" test, the evolution of gas at low temperature causes the sheath of the active body to rupture, causing the explosive to ignite in the event of an abrupt increase in pressure Detonation of the explosive is thus unlikely and, ideally, when the explosive only burns out, does not take place, such a low-temperature decomposing binder is, for example, nitrocellulose, which begins to decompose at about 120 Ā° C in the range between about 160 Ā° C and 180 Ā° C decomposes strongly and completely with evolution of gas.A explosive which decomposes at a significantly higher temperature is, for example, octogen, the decomposition of which takes place at about 280 Ā° C.
Bei einer Ausgestaltung ist das Bindemittel in der Sprengstoffwirkmasse mit einem Anteil im Bereich von 1 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 1,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%, enthalten. Durch die Wahl dieser geringen, jedoch ausreichenden Menge des im Allgemeinen eine verhƤltnismƤĆig geringe Dichte aufweisenden Bindemittels wird eine ins Gewicht fallende Verringerung der Dichte der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmasse vermieden.In one embodiment, the binder in the explosive active material in a proportion in the range of 1 wt .-% to 2.5 wt .-%, in particular 1.5 wt .-% to 2 wt .-%, contained. By choosing this small but sufficient amount of the generally relatively low density binder, a significant reduction in the density of the explosive active material of the present invention is avoided.
Bei dem Sprengstoff kann es sich um einen kristallinen Sprengstoff handeln. Der Sprengstoff kann z. B. Oktogen, Hexogen, Nitropenta (PETN), Triaminotrinitrobenzol (TATB), Diaminodinitroethylen (FOX-7) oder Hexanitroisowurtzitan (CL-20) sein.The explosive may be a crystalline explosive. The explosive can z. Octogen, hexogen, nitropenta (PETN), triaminotrinitrobenzene (TATB), diaminodinitroethylene (FOX-7) or hexanitroisowurtzitane (CL-20).
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von AusfĆ¼hrungsbeispielen nƤher erlƤutert. Beispiel 1 stellt einen insensitiven Sprengstoff nach dem Stand der Technik dar, wƤhrend es sich bei den Beispielen 4 und 5 um erfindungsgemƤĆe Sprengstoffwirkmassen und bei den Beispielen 2 und 3 um andere neue insensitive Sprengstoffwirkmassen handelt.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Example 1 represents an insensitive explosive according to the prior art, while Examples 4 and 5 are explosive compositions of the invention and Examples 2 and 3 are other novel insensitive explosive compositions.
200 g der in Beispiel 5 verwendeten ionischen FlĆ¼ssigkeit BMIM-ClO4 wurden wie folgt synthetisiert: 150 g BMIM-Cl wurden in ca. 600 ml trockenem Methanol bei 25Ā°C in einem 2 Liter Einhalskolben aufgelƶst. Eine stƶchiometrische Menge trockenes Natriumperchlorat wurde ebenfalls in 600 ml trockenem Methanol in einem 2 Liter Einhalskolben getrennt aufgelƶst. Dann wurde die gesamte Perchloratlƶsung auf einmal in die BMIM-Chloridlƶsung gegeben. Die Flasche, in der die Perchloratlƶsung war, wurde noch 3 x mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen und das Methanol auch noch zu der BMIM-Chloridlƶsung gegeben. Die resultierende Lƶsung wurde nach einigen Minuten trĆ¼b und gelb, als das entstandene Natriumchlorid begann auszufallen.200 g of the ionic liquid BMIM-ClO 4 used in Example 5 were synthesized as follows: 150 g of BMIM-Cl were dissolved in about 600 ml of dry methanol at 25 Ā° C. in a 2 liter one-necked flask. A stoichiometric amount of dry sodium perchlorate was also separately dissolved in 600 ml of dry methanol in a 2 liter one-necked flask. Then all the perchlorate solution was added all at once to the BMIM chloride solution. The bottle containing the perchlorate solution was washed 3 times with 50 ml of dry methanol and the methanol was added to the BMIM chloride solution. The resulting solution became cloudy and yellow after several minutes as the resulting sodium chloride began to precipitate.
Die gesamte Lƶsung wurde anschlieĆend eine Stunde unter RĆ¼ckfluss gekocht. Die heiĆe Lƶsung wurde danach mittels einer Fritte in einen 2 Liter Einhalskolben filtriert und der Niederschlag noch 3 x mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen. Der praktisch ausschlieĆlich aus Kochsalz bestehende Filterkuchen wurde entsorgt.The entire solution was then refluxed for one hour. The hot solution was then filtered by means of a frit in a 2 liter one-necked flask and the precipitate was washed 3 times with 50 ml of dry methanol. The practically exclusively made of common salt filter cake was disposed of.
Der Einhalskolben wurde anschlieĆend an einen Rotationsverdampfer angeschlossen und das Methanol unter ca. 500 mbar Druck abdestilliert, wobei das Wasserbad im Verdampfer auf 90Ā°C erhitzt wurde. Als das Methanol abdestilliert war, wurde das warme rohe BMIM-ClO4 aus dem Kolben nochmals durch die Fritte in einen 250 ml Scheidetrichter filtriert, weil beim Verdampfen des Methanols noch weiteres Kochsalz ausgefallen ist.The one-necked flask was then connected to a rotary evaporator and the methanol distilled off under about 500 mbar pressure, the water bath was heated to 90 Ā° C in the evaporator. When the methanol was distilled off, the warm crude BMIM-ClO 4 from the flask was again filtered through the frit into a 250 ml separatory funnel, because even more common salt had precipitated upon evaporation of the methanol.
Das fertige BMIM-ClO4 (ein gelbliches, zƤhflĆ¼ssiges Ćl) wurde aus dem Scheidetrichter in eine Laborflasche gefĆ¼llt und gewogen. Die Ausbeute war nahezu quantitativ.The final BMIM-ClO 4 (a yellowish, viscous oil) was filled from the separating funnel into a laboratory flask and weighed. The yield was almost quantitative.
Das BMIM-ClO4 hat sich als sehr gutes Bindemittel und Phlegmatisierungsmittel fĆ¼r energetische Wirkmassen erwiesen. Daraus kƶnnen sehr insensitive Sprengstoffwirkmassen mit kleinem oder groĆem Anteil an polymerem Bindemittel und hoher Dichte und Leistung hergestellt werden. Durch das VerhƤltnis von BMIM-ClO4 zu polymerem Bindemittel kann die HƤrte und mechanische Festigkeit der Wirkmasse in weiten Grenzen eingestellt werden.The BMIM-ClO 4 has proven to be a very good binder and phlegmatizer for energetic active compounds. From this it is possible to produce very insensitive explosive active compounds with a small or large proportion of polymeric binder and high density and performance. The ratio of BMIM-ClO 4 to polymeric binder, the hardness and mechanical strength of the active material can be adjusted within wide limits.
Zur Herstellung der Sprengstoffwirkmassen gemĆ¤Ć der nachfolgenden Beispiele 4 und 5 wurde das Polyvinylpyrrolidon in Ethanol und die Nitrocellulose in Ethanol-Ethylacetat (2:1) aufgelƶst. AnschlieĆend wurde die ionische FlĆ¼ssigkeit in diese Lƶsung eindosiert. Danach wurde noch 1 Minute weitergerĆ¼hrt, um die Lƶsung zu homogenisieren. FĆ¼r 1 kg Sprengstoff wurden etwa 400 ml Lƶsungsmittel benƶtigt.To prepare the explosive compositions of Examples 4 and 5 below, the polyvinylpyrrolidone was dissolved in ethanol and the nitrocellulose in ethanol-ethyl acetate (2: 1). Subsequently, the ionic liquid was metered into this solution. The mixture was then stirred for a further 1 minute to homogenize the solution. For 1 kg of explosive, about 400 ml of solvent were needed.
Zur Herstellung der erfindungsgemƤĆen Sprengstoffwirkmassen wurden der jeweils Ć¼ber Nacht bei 50Ā°C getrocknete Sprengstoff und die Bindemittellƶsung grĆ¼ndlich gemischt. Nach 5 Minuten Mischen wurde ein Vakuum angelegt und eine Temperatur von 70Ā°C eingestellt bis das Lƶsungsmittel verdunstet war. Danach wurde die Sprengstoffwirkmasse aus dem Mischer entleert. Sie lag als leicht klebriges, farbloses Pulver vor.To prepare the explosive compositions according to the invention, the explosive dried over night at 50 Ā° C. and the binder solution were thoroughly mixed. After mixing for 5 minutes, a vacuum was applied and a temperature of 70 Ā° C was set until the solvent had evaporated. Thereafter, the explosive active mass was discharged from the mixer. It was a slightly sticky, colorless powder.
Pressbare herkƶmmliche insensitive Sprengstoffwirkmasse DXP-1340 mit Weichmacher:
Pressbare insensitive Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
Pressbare insensitive Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
ErfindungsgemƤĆe pressbare insensitive Sprengstoffwirkmasse mit ionischer FlĆ¼ssigkeit als Phlegmatisierungsmittel:
ErfindungsgemƤĆe pressbare vollenergetische insensitive Sprengstoffwirkmasse mit ionischer FlĆ¼ssigkeit als Phlegmatisierungsmittel:
24 g der jeweiligen Sprengstoffwirkmasse wurden jeweils in einem Presswerkzeug zu Tabletten von 21 mm Durchmesser gepresst. Die Presslinge wurden gewogen und vermessen. Aus den erhaltenden Werten wurde die Dichte der Presslinge ermittelt. AnschlieĆend wurden die Presslinge im sogenannten Gap-Test eingesetzt. Bei dem Gap-Test handelt es sich um einen Standardtest fĆ¼r die Ermittlung der InsensitivitƤt von Sprengstoffwirkmassen oder Sprengstoffen. Dabei wird die Hƶhe einer standardisierten WassersƤule gemessen, die ausreicht um eine durch Detonation einer Standardsprengladung erzeugte StoĆwelle in der WassersƤule auf die zu untersuchenden Sprengstoffwirkmasse zu Ć¼bertragen, so dass diese noch zuverlƤssig detoniert, bzw. zuverlƤssig nicht mehr detoniert. Die Werte sind dabei jeweils in mm der WassersƤule angegeben. Der erste Wert unter "Gap [mm]" bezeichnet dabei jeweils den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse zuverlƤssig detoniert ("GO") und ein zweiter Wert, den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse nicht mehr detoniert ("NO GO"). Je niedriger diese Werte sind, desto insensitiver ist die Sprengstoffwirkmasse. Die Ergebnisse des Gap-Tests sind in der nachfolgenden Tabelle aufgefĆ¼hrt.
Die fĆ¼r die obigen Beispiele 1 bis 5 berechneten Detonationsgeschwindigkeiten (D[m/s]) und die DetonationsdrĆ¼cke (p[GPa]) bei den tatsƤchlich ermittelten und aus der obigen Tabelle ersichtlichen Dichten sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich.
Claims (13)
wobei das Phlegmatisierungsmittel mindestens eine ionische FlĆ¼ssigkeit umfasst.Insensitive explosive kneading composition comprising an explosive and a phlegmatizer,
wherein the phlegmatizer comprises at least one ionic liquid.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit wasserunlƶslich und nicht hygroskopisch ist.Insensitive explosive active material according to claim 1,
wherein the ionic liquid is water-insoluble and non-hygroscopic.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit eine energetische FlĆ¼ssigkeit ist.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the ionic liquid is an energetic liquid.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit eine Dichte von mindestens 1100 kg/m3 aufweist.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the ionic liquid has a density of at least 1100 kg / m3.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit ein Perchlorat-, Nitrat-, Acetat-, Dicyanamid-, Hexafluorophosphat- oder Tetrafluoroborat-Ion als Anion umfasst.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the ionic liquid comprises a perchlorate, nitrate, acetate, dicyanamide, hexafluorophosphate or tetrafluoroborate ion as anion.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat (BMIM-BF4), 1-Butyl-3-methylimidazoliumdicyanamid (BMIM-C2N2), n-Butylmethylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4), ein Alkyl-Methylimidazol, insbesondere Dimethylimidazol oder Ethylmethylimidazol, ein Tetrazolat oder ein Triazolat umfasst.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the ionic liquid is 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM-BF4), 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide (BMIM-C2N2), n-butylmethylimidazolium perchlorate (BMIM-ClO4), an alkylmethylimidazole, especially dimethylimidazole or ethylmethylimidazole Tetrazolate or a triazolate comprises.
wobei die ionische FlĆ¼ssigkeit darin mit einem auf das Gesamtgewicht der Wirkmasse bezogenen Anteil im Bereich von 3 Gew.-% bis 7 Gew.-%, insbesondere 4 Gew.-% bis 6 Gew.-%, enthalten ist.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the ionic liquid therein is contained in a proportion based on the total weight of the active material in the range from 3 wt .-% to 7 wt .-%, in particular 4 wt .-% to 6 wt .-%.
wobei die Sprengstoffwirkmasse weiterhin ein, insbesondere energetisches, Bindemittel umfasst.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the explosive active material further comprises a, in particular energetic, binder.
wobei das Bindemittel ein polares Polymer oder polares MakromolekĆ¼l oder ein Polymer oder MakromolekĆ¼l, das in der ionischen FlĆ¼ssigkeit lƶslich ist oder davon gequollen werden kann, umfasst.Insensitive explosive active material according to claim 8,
wherein the binder comprises a polar polymer or polar macromolecule or a polymer or macromolecule which is soluble in or swollen by the ionic liquid.
wobei das Polymer Polyacrylnitril, Polyvinylnitrat, Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder Nitrocellulose umfasst.Insensitive explosive active material according to claim 9,
wherein the polymer comprises polyacrylonitrile, polyvinyl nitrate, polyvinylpyrrolidone (PVP) or nitrocellulose.
wobei das Bindemittel darin mit einem Anteil im Bereich von 1 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 1,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%, enthalten ist.Insensitive explosive active material according to one of claims 8 to 10,
wherein the binder is contained therein in a proportion in the range of 1 wt .-% to 2.5 wt .-%, in particular 1.5 wt .-% to 2 wt .-%.
wobei der Sprengstoff ein kristalliner Sprengstoff ist.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the explosive is a crystalline explosive.
wobei der Sprengstoff Oktogen, Hexogen, Nitropenta (PETN), Triaminotrinitrobenzol (TATB), Diaminodinitroethylen (FOX-7) oder Hexanitroisowurtzitan (CL-20) ist.Insensitive explosive active material according to one of the preceding claims,
wherein the explosive is octogen, hexogen, nitropenta (PETN), triaminotrinitrobenzene (TATB), diaminodinitroethylene (FOX-7) or hexanitroisowurtzitane (CL-20).
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