JP2001501898A - 球状エネルギー化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 実質的に球状な、ＡＤＮ等の固体エネルギー化合物を製造する方法で、ＡＤＮの融解状態の時間を最小限にできる。上記製造方法は、（１）ＡＤＮを提供する工程、（２）制御された連続流で固体のエネルギー化合物を加熱手段に供給する工程、（３）ＡＤＮを融解する工程、（４）ＡＤＮの固化する温度よりも低い温度に非溶媒冷却流体を維持しながら、融解したＡＤＮを連続的に非溶媒冷却流体に供給する工程、（５）所定の粒径を有する液滴を形成することを促進するように冷却流体を撹拌する工程から成り、上記液滴は冷却溶媒中で実質的に球状に固化し、固化したＡＤＮの粒径が液滴の粒径と対応することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 球状エネルギー化合物の製造方法 発明の分野 本発明はガス発生および／または推進剤に関する。本発明は、詳しくは、実質 的に球状形態を有するアンモニウムジニトラミド等のエネルギー化合物の製造方 法に関する。 背景技術 アンモニウムジニトラミドは、ロケットの推進剤に使用される塩素を含有しな い酸化剤や、エアーバッグ等に使用されるガス発生剤として知られている。例え ば、米国特許公報第５，３２４，０７５号公報には、アンモニウムジニトラミド がエアーバッグ用ガス発生剤として好ましいことが記載されている。又、米国特 許公報第５，３１６，７４９号公報は、無煙ロケット推進剤として使用される安 定なアンモニウムジニトラミド塩の製造方法について開示している。アンモニウ ムジニトラミド化合物は多くの機能的性質を有する一方、実際の利用を困難にす る物理的制約がある。 例えば、アンモニウムジニトラミド（以下ＡＤＮと略すことがある）は、一般 に、針状または板状に結晶化し、その後の製造工程においてこの結晶形を変更す ることができない。推進剤やガス発生剤として使用するためには、予測可能で粒 径を制御できる固体粒状ＡＤＮが必要とされる。粒子の粒径としては、利用上１ ０〜１０００ミクロンが好ましいと考えられている。しかしながら、目的の粒径 を有するＡＤＮを得るために、結晶化の制御や固体ＡＤＮの物理的加工を試みた が、固体ＡＤＮは不安定であるために粉砕したり他の物理的な加工を行うことが 出来ず、その試みは達成されていない。 又、非溶媒流体中でＡＤＮを融解させ、激しく撹拌して分散させ、融解ＡＤＮ が凝集する前に急冷することにより粒状ＡＤＮを製造する方法もある。 しかしながら、この方法は、ＡＤＮの融解状態が長時間続くと激しくＡＤＮが 分解してしまうため不適である。又、もし分解を起した際の衝撃を最小限にする ために、流体中のＡＤＮの総量を少なくしなければならない。実験室規模でＡＤ Ｎを製造するのであれば可能であるが、推進剤等のように工業的に大量生産する 必要がある場合にこの方法は採用できない。 発明の開示 本発明の目的は、限られた時間内に製造され、所定の粒径を有し、実質的に球 状な、ＡＤＮ等の固体エネルギー化合物（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎ ｄｓ、火薬材料、ガス発生剤）を提供することである。 本発明の他の目的は、実質的に球状なＡＤＮ等の固体エネルギー化合物を工業 的な規模で連続的に製造する方法を提供することである。 上記目的を達成すべく、本発明の要旨は、実質的に球状のエネルギー化合物の 製造方法であって、上記製造方法は、（１）固体エネルギー化合物を提供する工 程、（２）制御された連続流で固体のエネルギー化合物を加熱手段に供給する工 程、（３）上記加熱手段により固体エネルギー化合物を融解する工程、（４）エ ネルギー化合物の固化する温度よりも低い温度に維持しながら非溶媒冷却液体を 供給する工程、（５）上記非溶媒冷却液体を供給する速度と同じ供給速度で融解 エネルギー化合物を添加する工程、（６）融解したエネルギー化合物を所定の粒 径を有する液滴として非溶媒冷却液体中に分散させるために制御可能に撹拌する 工程から成り、上記液滴は非溶媒冷却液体中で実質的に球状に固化し、固化した エネルギー化合物の粒径が液滴の粒径と対応することを特徴とする製造方法に存 する。 液体状のエネルギー化合物を所望の粒径を有する液滴として分散させるように 冷却媒体を撹拌させる。冷却媒体の流れは濾過装置に供給され、球状のエネルギ ー化合物を回収した後、再度系内に戻されて連続使用される。 本発明の方法において、何れの場所に於てもＡＤＮ等のエネルギー化合物の融 解量が最小限になると供に、融解状態の時間も最小限になる。このように融解量 と融解時間を最小化することにより、エネルギー化合物の分解を最小化する。更 に、エネルギー化合物を冷却媒体から濾過により分離し、洗浄し、乾燥した後、 使用のために貯蔵される。流体媒体の温度、添加速度、撹拌量を制御することに より、１０〜１０００ミクロンの粒径を有する粒子を得ることが出来る。 図面の簡単な説明 図１は本発明の製造方法の概略図である。 図２は本発明の製造方法の他の実施態様の概略図である。 発明の実施形態 本発明は、以下、アンモニウムジニトラミドを例として説明するが、他の不安 定で実質的に球状の粒子を製造することが困難なエネルギー化合物についても、 本発明を適用できる。例えば、１，３，３，−トリニトロアゼチジンの様なエネ ルギー化合物も本発明の製造方法を適用でき、本発明のエネルギー化合物はＡＤ Ｎに限定されない。 本発明における「球状」および「実質的に球状」という語は、特定のメッシュ を有する篩いを通過する割合によって分類されるエネルギー化合物の粒または粒 子の形成として互換的に使用される。よく知られている様に、粒子は所定の口径 を有する篩いを通過した量によって分類される。完全な球形である必要はないが 、実質的に粒径を有することが必要である。 アンモニウムジニトラミド等のエネルギー化合物は公知の方法により合成され る。例えば、Ｈａｍｉｌｌらの米国特許公報第３，４２８，６６７号公報には、 イオン化ニトロニウム塩とＲ−［Ｎ（ＮＯ₂）₂］_nの化学式で示される１級有機 ニトラミドとを反応させて、Ｎ、Ｎ−ジニトラミドを合成する方法が記載されて いる。尚、式中、ｎ＝１〜２及びＲは１価または２価の有機基である。 図１に本発明の製造方法の概略図を示す。粉体状の固体のエネルギー化合物１ はコンベヤー３に接続している供給ホッパー２に供給される。コンベヤー３とし ては、制御された速度で固体物質を搬送することが出来れば特にその種類に制限 は無く、スクリューコンベヤーやベルトコンベヤー等が使用できる。コンベヤー ３の制御性は必要であり、コンベヤー３によるエネルギー化合物１の供給速度に より、エネルギー化合物１の供給量を調節する。 コンベヤー３の排出口に加熱装置が配置されている。図示した加熱装置は、共 通軸を有する２つの管から成る２重管熱交換器４であり、内側の管５の内部をエ ネルギー化合物１が通過する。内側の管５と外側の管６の間には所定の空間７が 設けられてジャケットを形成し、空間７に加熱媒体を流すことにより内側の管５ の内部を加熱する。熱交換器４は、搬送されてきたエネルギー化合物１の量を融 解するのに充分な温度に加熱制御する。エネルギー化合物１は固体パウダーとし て管内に送られ、内側の管５の中において融解される。融解された後、エネルギ ー化合物１は内側の管５の出口１０から放出される。例えば、ＡＤＮは約１００ ℃で融解するので、エネルギー化合物１が加熱装置を通過する際の過剰な加熱を 避けるために、加熱装置を１００〜１１０℃に維持するのが好ましい。 熱交換器４の入口から出口に向かって融解エネルギー化合物１が重力によって 流れ落ちる様にするために、加熱装置は好ましくは下向きの角度を有する様に配 置する。熱交換器４の出口は、冷却タンク１３の上部開口部１２の上方に配置す る。 冷却タンク１３は、その内部に、撹拌装置１５によって混合される非溶媒流体 （冷却流体）１４を有する。融解エネルギー化合物１が冷却流体１４中に落下し た際に直ちに固化する様に、冷却流体１４の温度は融解エネルギー化合物１の融 解温度よりも低い状態を維持する。好ましくは、冷却流体１４の温度がＡＤＮの 加工温度より約２０℃低く維持される。 融解エネルギー化合物１は、冷却流体１４中に入った後、固化する前に、撹拌 装置１５で液滴を剪断し且つ分散させることにより、所望の粒径を有し実質的に 球状の液滴として分散させられる。融解エネルギー化合物１の固化が起こるまで 液滴を分離分散させた状態を維持する様に、撹拌が行われる。 冷却流体１４の一部をポンプ１８によって取出し、濾過装置１９に供給し、実 質的に球状の固体エネルギー化合物２０を濾別回収する。冷却流体１４はポンプ ２１によって再度冷却タンク１３に戻される。 好ましくは、第２濾過装置２２を設け、連続的に固体エネルギー化合物２０を 製造できる様にする。第２濾過装置２２は、第１濾過装置１９から球状の固体エ ネルギー化合物２０を洗浄、乾燥および回収できるように配置する。 本発明の製造方法により、エネルギー化合物、特にＡＤＮの連続的な製造が可 能になる。更に、融解状態にするエネルギー化合物の量を最小限に出来ると供に 、エネルギー化合物が融解状態である時間を最小限にすることが出来る。 図２に本発明の製造方法の他の実施態様の概略図を示す。 この製造方法では、タンク２５に、エネルギー化合物２３を含有するキャリア ー流体２４を供給する。キャリアー流体２４として、非溶媒の冷却流体と同一の 物を使用することが好ましい。エネルギー化合物２３がキャリアー流体２４中に 分散している様なスラリーを形成させるために、エネルギー化合物２３とキャリ アー流体２４を混合する。好ましくは、エネルギー化合物２３がキャリアー流体 ２４中に分散する状態を維持する様に、撹拌装置２６によって連続的に撹拌する 。前述した様な２重管を有する熱交換器２７にスラリーの一部を供給する。加熱 媒体２８によって、エネルギー化合物２３の融解温度よりも高くなる様に、内側 の管の中を通過するスラリーを加熱し、エネルギー化合物２３を融解させる。エ ネルギー化合物２３はキャリアー流体２４に溶解しないので、２液相２９に分離 する。２液相２９は出口２９から冷却タンク３１に供給される。冷却タンク３１ には制御された撹拌装置により撹拌されている冷却流体が入っている。エネルギ ー化合物２３の相は、撹拌装置によって液滴３２として分散し、更に冷却流体３ ３中で固化し、実質的に球状のエネルギー化合物粒子が製造される。前述した様 に、球状の固体エネルギー化合物粒子を含有する冷却流体３３を濾過装置に供給 し、固体エネルギー化合物粒子を濾別、回収し、冷却流体を製造工程内に再び戻 す。 固体エネルギー化合物を含有できる非溶媒流体として、種々の溶媒が使用でき 、鉱物油、フッ化炭素油（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｏｌｌ）、シリコーンオ イル等が例示される。充分な高沸点を有する「非溶媒」流体も使用できる。この 場合の「非溶媒」の意味は、エネルギー化合物の融解温度以上でエネルギー化合 物と反応しないという意味である。 本発明の製造方法によれば、冷却流体の温度、添加速度、撹拌速度、滴下位置 を制御することにより、１０〜１０００ミクロンの粒径を有する実質的に球状の ＡＤＮ等のエネルギー化合物粒子が製造できる。例えば、融解エネルギー化合物 が落下した位置を撹拌装置に近づけると、冷却流体中に入った融解エネルギー化 合物の液滴がより物理的に剪断される様になり、液滴の径が減少し、その結果、 固体粒子の粒径も減少する。一方、撹拌速度を遅くし、添加速度を増加させると 、液滴の径が増大し、破損無く固化する。推進剤として使用するためには、ＡＤ Ｎ粒子の粒径が４２５ミクロンより小さいことが好ましく、粒子の大部分が粒径 １０〜２００ミクロンを有していることがより好ましい。 実施例 安定剤（へキサミン）を０．１〜２％含有するパウダー状ＡＤＮ１ｋｇをホッ パーに供給した。テフロンでコーティングしたスクリューフィードコンベヤーを 使用し、１時間当り１００ｇの供給速度で２重管熱交換器に供給した。１００℃ の熱水を熱交換器のジャケットに流し、ＡＤＮを融解した。熱交換器の出口には 径１．５ｍｍのキャピラリーを取付け、液滴を落下させた。熱交換器は約２０度 の角度で傾斜させて配置し、融解したＡＤＮが出口に向かって重力により流れる 様にした。鉱物油の入った冷却タンクを出口の下に配置した。冷却タンクは、そ の中に冷却コイルを有しており、タンク内の温度を約２０℃に維持した。隔壁を キャピラリー出口の近くに配置し、融解したＡＤＮの液滴が落下する地点の撹拌 状態を一定に維持した。撹拌装置により隔壁内の部分の撹拌速度を２０００〜４ ０００ｒｐｍに変化させて調製し、３４００ｒｐｍに設定した。撹拌装置の直径 は１．７５インチであった。上記の装置を利用してＡＤＮの固体粒子を製造し、 粒径による分離を行った結果、製造されたＡＤＮの６５％は、粒径４２５ミクロ ン未満の実質的に球状の固体ＡＤＮであった。 上記の実施例に於て、撹拌機の直径を２．５インチに、撹拌速度を２３００ｒ ｐｍに変化した以外は上記の実施例と同様の操作を行ったところ、粒径４２５ミ クロン未満の実質的に球状の固体ＡＤＮが同じ割合で得られた。 本発明を利用してアンモニウムジニトラミド等の球状エネルギー化合物を連続 的に製造でき、更に、最小の融解量かつ最小の融解時間で球状エネルギー化合物 を大規模に製造できる。粒径を調節するパラメーターは容易に制御できる。例え ば異なる粒径の粒子を製造するために、冷却流体の総リサイクル量を調節すると 供に、撹拌速度を上昇させる。本発明の製造方法は材料も装置コストを最小限に でき、安全性も高められている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年５月２２日（１９９８．５．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １． 実質的に球状のエネルギー化合物の製造方法であって、上記製造方法は、 （１）固体エネルギー化合物を供給する工程、（２）制御された連続流の中の固 体のエネルギー化合物を加熱手段に供給する工程、（３）上記加熱手段により固 体エネルギー化合物を融解する工程、（４）エネルギー化合物の固化する温度よ りも低い温度に維持しながら非溶媒冷却液体を供給する工程、（５）上記非溶媒 冷却液体を供給する速度と同じ供給速度で融解エネルギー化合物を添加する工程 であり、そして上記液滴は非溶媒冷却液体で実質的に球状に固化され、固化され たエネルギー化合物の粒径が液滴の粒径と対応し、（６）生成した球状粒子を濾 過装置で回収することにより非溶媒冷却液体を連続的に循環させる工程から成る ことを特徴とする製造方法。 ２． 移動媒体液（キャリアー）を供給する工程と、前記加熱手段に前記エネル ギー化合物を供給する前に前記エネルギー化合物と上記キャリアーを混合する工 程を更に含む請求項１に記載の製造方法。 ３． 撹拌の中心に近い非溶媒冷却液体部分に前記融解エネルギー化合物を添加 する請求項１に記載の製造方法。 ４． 前記エネルギー化合物がアンモニウムジニトラミドである請求項１に記載 の製造方法。 ５． 前記加熱手段の温度が１００〜１１０℃に維持されている請求項１に記載 の製造方法。 ６． 前記非溶媒冷却液体の温度を１００℃未満に維持する請求項１に記載の製 造方法。 ７． 前記非溶媒冷却液体の温度を１０〜９０℃に維持する請求項１に記載の製 造方法。 ８． 前記非溶媒冷却液体の温度を約２０℃に維持する請求項１に記載の製造方 法。 ９． 前記非溶媒冷却液体が、鉱物油、シリコーン油、フッ化炭素から成る群か ら選択される請求項１に記載の製造方法。 １０． 実質的に球状のエネルギー化合物を連続的に製造する装置であって、上 記製造装置は、（１）固体エネルギー化合物を供給する手段、（２）制御された 連続流の中の固体のエネルギー化合物を加熱手段に供給する手段、（３）上記加 熟手段により固体エネルギー化合物を融解する手段、（４）エネルギー化合物の 固化する温度よりも低い温度に維持しながら非溶媒冷却液体を供給する手段、（ ５）上記非溶媒冷却液体を供給する速度と同じ供給速度で融解エネルギー化合物 を添加する手段、（６）融解したエネルギー化合物を所定の粒径を有する液滴と して非溶媒冷却液体中に分散させるために制御可能に撹拌する手段であり、そし て上記液滴は非溶媒冷却液体中で実質的に球状に固化され、固化されたエネルギ ー化合物の粒径が液滴の粒径と対応し、（７）生成した球状粒子を濾過手段で回 収し、非溶媒冷却液体を連続的に循環させる手段から成ることを特徴とする製造 装置。 １１． パウダー状前記固体エネルギー化合物を非溶媒のキャリアー液体と混合 する混合手段、前記融解手段に上記混合物を所定速度で供給する供給手段および 前記冷却手段に上記混合物が届く前に２相混合するようにエネルギー化合物を融 解させる融解手段を更に含む請求項１０に記載の製造装置。 １２． 前記濾過手段が第１濾過装置および第２濾過装置から成り、前記循環手 段が第１濾過装置および第２濾過装置の何れにも前記非溶媒冷却液体を循環する ことが出来る請求項１０に記載の製造装置 １３． 前記循環手段を前記第２濾過装置に接続する工程および前記第１濾過装 置で濾別された球状粒子を洗浄、乾燥、回収する工程を更に含む請求項１に記載 の製造方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 実質的に球状のエネルギー化合物の製造方法であって、上記製造方法は、 （１）固体エネルギー化合物を供給する工程、（２）制御された連続流で固体の エネルギー化合物を加熱手段に供給する工程、（３）上記加熱手段により固体エ ネルギー化合物を融解する工程、（４）エネルギー化合物の固化する温度よりも 低い温度に維持しながら非溶媒冷却液体を供給する工程、（５）上記非溶媒冷却 液体を供給する速度と同じ供給速度で融解エネルギー化合物を添加する工程、（ ６）融解したエネルギー化合物を所定の粒径を有する液滴として非溶媒冷却液体 中に分散させるために制御可能に撹拌する工程から成り、上記液滴は非溶媒冷却 液体中で実質的に球状に固化し、固化したエネルギー化合物の粒径が液滴の粒径 と対応することを特徴とする製造方法。 ２． 移動媒体液（キャリアー）を供給する工程と、前記加熱手段に前記エネル ギー化合物を供給する前に前記エネルギー化合物と上記キャリアーを混合する工 程を更に含む請求項１に記載の製造方法。 ３． 前記非溶媒冷却液体から固化した粒子を分離する工程を更に含む請求項１ に記載の製造方法。 ４． 前記撹拌の中心に近い前記非溶媒冷却液体部分に融解したエネルギー化合 物を添加する請求項１に記載の製造方法。 ５． 前記エネルギー化合物がアンモニウムジニトラミドである請求項１に記載 の製造方法。 ６． 前記加熱手段の温度が１００〜１１０℃に維持されている請求項１に記載 の製造方法。 ７． 前記非溶媒冷却液体の温度を１００℃未満に維持する請求項１に記載の製 造方法。 ８． 前記非溶媒冷却液体の温度を１０〜９０℃に維持する請求項１に記載の製 造方法。 ９． 前記非溶媒冷却液体の温度を約２０℃に維持する請求項１に記載の製造方 法。 １０． 前記非溶媒冷却液体が、鉱物油、シリコーン油、フッ化炭素から成る群 から選択される請求項１に記載の製造方法。 １１． 実質的に球状のエネルギー化合物を製造する装置であって、上記製造装 置は、（１）固体エネルギー化合物を提供する手段、（２）制御された連続流の 中の固体のエネルギー化合物を加熱手段に供給する手段、（３）上記加熱手段に より固体エネルギー化合物を融解する手段、（４）エネルギー化合物の固化する 温度よりも低い温度に維持しながら非溶媒冷却液体を供給する手段、（５）上記 非溶媒冷却液体を供給する速度と同じ供給速度で融解エネルギー化合物を添加す る手段、（６）融解したエネルギー化合物を所定の粒径を有する液滴として非溶 媒冷却液体中に分散させるために制御可能に撹拌する手段から成り、上記液滴は 非溶媒冷却液体中で実質的に球状に固化し、固化したエネルギー化合物の粒径が 液滴の粒径と対応することを特徴とする製造装置。 １２． パウダー状固体エネルギー化合物を非溶媒のキャリアー液体と混合する 混合手段、前記融解手段に上記混合物を所定速度で供給する供給手段および冷却 手段に届く前に２相混合するようにエネルギー化合物を融解させる融解手段を更 に含む請求項１１に記載の製造装置。