JP2002540058A - 赤外スペクトル内で強度に放射性でありかつ可視スペクトル内で不透過性のエーロゾルを発生させる花火技術的活性材料 - Google Patents

赤外スペクトル内で強度に放射性でありかつ可視スペクトル内で不透過性のエーロゾルを発生させる花火技術的活性材料

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JP2002540058A JP2000607944A JP2000607944A JP2002540058A JP 2002540058 A JP2002540058 A JP 2002540058A JP 2000607944 A JP2000607944 A JP 2000607944A JP 2000607944 A JP2000607944 A JP 2000607944A JP 2002540058 A JP2002540058 A JP 2002540058A
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コッホ エルンスト−クリスティアン
ドッホナール アクセル
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ピーペンブロック ピュロテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、カムフラージュ及びおとり目的のための可視スペクトル内で不透過性かつ赤外スペクトル内で強度に放射性の花火技術的活性材料に関し、その際主成分として赤燐、アルカリ金属硝酸塩又はアルカリ金属硝酸塩の混合物、及び二次成分として少なくとも1種の遷移金属もしくはその金属富有化合物又は合金、少なくとも1種の非金属並びに結合剤が含有されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明の対象は、赤外スペクトル(3−5,8−14μm)内で強度に放射性
でありかつ可視スペクトル内で不透過性エーロゾルを発生するために適当である
、赤燐、遷移金属、好ましくはチタン、ジルコニウム又は鉄の群から選択される
金属燃料、非金属ホウ素及びケイ素の群から選択される調節剤、アルカリ金属硝
酸塩、好ましくは硝酸セシウム及び硝酸カリウムの群から選択される酸化剤から
なる、ヒト及び生態毒物学的に許容される花火技術的有効材料である。
【0002】 花火技術で発生されたエーロゾルは、今日主としてカムフラージュ、おとり、
シールド、シュミレーション及びマーキングのために軍事分野において使用され
る。
【0003】 マーキング及びシュミレーションのための用途のためには、好ましくはスペク
トルの可視範囲においてのみ吸収する有機アゾ染料をベースとする有色のエーロ
ゾル(白、オレンジ、赤、バイオレット、緑、青)が使用されるが、カムフラー
ジュ、おとり及びシールドのためには、好ましくは種々の機構により0.3−1
.5;1.6−1.8;2.0−2.5;3.0−5.0及び8.0−14μm
で特に大気透過窓の範囲内の電磁スペクトルの赤外線範囲をも中断するエーロゾ
ルが使用される。この機構には、ビームの散乱、吸収及び放射が数えられる。
【0004】 ビームの散乱及び吸収は、ランベルト−ベールの法則により記載される: I=Iexp- αcl この場合、Iは交互作用により減衰されたビーム強度を表し、Iは初期の強
度を表す。cは単位体積当たりのエーロゾルの濃度であり、Iはエーロゾル雲に
よって仮定されるアイソトロープ密度のパス長さである。αは、所定の物質にお
いて散乱係数と吸収係数の和: α(λ)=α散乱(λ)+α吸収(λ) として構成されるエーロゾル粒子の波長依存質量吸光係数である。
【0005】 散乱プロセスは主として粒子形態構造及び粒子の大きさに依存するが、吸収は
粒子の化学的組成だけによって決定される。物理的特性並びにまた化学的特性に
よって決定されるエーロゾルの屈折率が専ら、散乱挙動並びにまた吸収挙動に影
響を及ぼす。
【0006】 エーロゾルがビームを散乱させることができるようにするには、レイリー(Ra
yleih)に基づき粒子の仮定の球状形態構造における粒子直径と、散乱すべきビ
ームの波長とが一致しなければならない。このことは、マクロメータの範囲内の
ビームの最適な散乱のために粒子直径0.3〜14μmを有する粒子が存在すべ
きことを意味する。
【0007】 このような粒子は、確立された方式で以下の方法により形成することができる
: a)酸素不足の、炭素富有花火技術的バッチの燃焼。その際、燃焼の際に悪い酸
素バランスに基づき重要な粒度範囲内の粒子直径を有する大量のカーボンブラッ
クが発生する(DD301646A7,DE3326884C2)。
【0008】 b)適当な粒度範囲内の既製の粒子、好ましくは黄銅ダストの爆発的放散(Expl
osive-Dissiminierung)。
【0009】 前記a)及びb)に記載したエーロゾルは、その化学的組成により赤外線の吸
収のために貢献する。カーボンブラックも黄銅ダストも導電性であり、従って 赤外線を入力結合するために適当である。
【0010】 赤外線をシールドするエーロゾル煙幕を発生させる前記方法の欠点は、a)の
場合には発生したカーボンブラック粒子の例えば発癌性ポリ芳香族炭化水素(P
AH)での汚染及びこのような花火技術的バッチにおけるエネルギーのハロゲン
含有成分においてはカーボンブラック粒子の多ハロゲン化オキシアレン、例えば
ポリハロゲンジベンゾフラン及びポリハロゲンジベンゾジオキシラン或いはまた
多ハロゲン化ビフェニレンでの汚染である。
【0011】 既製の粒子の爆発分散の場合には、常にいわゆるバードネスティング(Bird-n
esting)が生じる。これは爆発プロセスによりエーロゾル煙幕内に惹起される、
極めて小さい粒子密度を有する穴であると解されるべきである。この煙幕の位置
では、ライン・オブ・サイト(Line of sight: LOS)はブロックされない。
さらに、黄銅ダストは極めて急速に地上に落下するので、不満足なシールド効果
が達成されるにすぎない。また、黄銅ダストのヒト及び環境に対する毒性効果も
極めて顕著であるので、大量の使用は特に訓練目的のためには度外視されるべき
である。
【0012】 DE4030430には、調和せしめられた量比のマグネシウム粉末、フッ素
化有機ポリマー、クロロパラフィン及び芳香族化合物、特にアントラセン又は無
水フタル酸により燃焼の際に芳香族ラジカルを発生する有効材料が記載されてお
り、この場合には前記ラジカルは反応してポリ芳香族化合物を形成し、該化合物
は繊維状構造を有する嵩張る凝集物として1〜20μmの範囲内の直径を有し、
これはIRビーム散乱及び吸収のために適当であるが、それにもかかわらず大き
な比表面積に基づき空気中で浮遊する。ポリ芳香族化合物の代わりに微粒子状の
カーボンブラックの形成を抑制するためには、隠蔽作用がまず比較的遅く開始す
るように、約15g/秒の燃焼速度を維持しなければならない。従って、この特
許においてはさらに、燃焼の際に短時間で強度のIR放射を発生し、ひいては初
期の隠蔽ギャップを埋める、フッ素含有ポリマー、マグネシウム粉末及び有機結
合剤からなる急速に燃焼する混合物を添加することが提案されている。
【0013】 この方法の欠点は、形成されたポリ芳香族化合物がまたなお発癌性物質を含有
し、かつ放射作用がマグネシウムの使用のために極めて迅速に沈静することであ
る。
【0014】 前記方式の従来の不透過性エーロゾルの主問題は、移動する熱いターゲット(
ヒト、飛行機、装甲プラットフォーム)をCLOS及びSACLOS誘導弾動兵
器(例えばMilan、TOW等)に対して有効に保護するために無効であるこ
とにある。この誘導弾動兵器は、ワイヤ又はガラスファイバを介して操縦者によ
り制御され、操縦者は熱イメージ装置(8〜14μm)を介してターゲットを狙
う。ターゲット捕獲が行われた後に、操縦者は最後の認識された運動から大凡の
位置を見積もりかつ典型的にエーロゾル煙幕内に存在する透過穴を通して放射性
ターゲットをさらに追跡しかつ飛行物体をターゲットに向かって操縦する。
【0015】 本発明の課題は、可視範囲内での不透過性の他にまたIR範囲内で長く持続す
る隠蔽を可能にする煙幕を発生させることであった。
【0016】 前記課題は、請求項1記載の特徴により解決されかつ請求項2以降記載の特徴
により有利に構成される。
【0017】 本発明による煙幕ユニットは、主成分として赤燐、アルカリ金属硝酸塩例えば
硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ルビジウム及び硝酸セシウ
ム、もしくはこれらの混合物、並びに二次成分として遷移金属例えばチタン、ジ
ルコニウム又は鉄もしくはこれらの元素の金属富有合金又は化合物例えばTiH
,Zr/Ni,Zr/Fe又はZrSiの群から選択される金属燃料、少なく
とも1種の非金属例えばホウ素又はケイ素もしくはこれらの元素の電子供与化合
物並びにポリマー有機結合剤を含有する。
【0018】 可視範囲内の透過減衰作用のキャリアとしての赤燐は従来公知であるが、それ
に対して、赤燐が一定の状況下で赤外範囲内での放射性作用のキャリアとしても
作用するという認識は新規である。赤燐はエネルギー性の成分硝酸塩/金属/非
金属の反応の際に十分に蒸発し(式3)かつ式(4)に基づき空気酸素の存在下
に燃焼して五酸化燐を生成する: P(赤) + 燃焼熱 → P4(g) (3) P4(g) + 5O → 2P + 熱 (4)。
【0019】 五酸化リンは、式5に基づき空気湿分と反応して燐酸を生成する: P + 3HO → 2HPO + 熱 (5)。
【0020】 本発明による酸化剤としてのアルカリ金属硝酸塩の使用は、燃焼の際にアルカ
リ金属酸化物を提供し、該アルカリ金属酸化物は空気湿気の存在下に式6に基づ
き反応して水酸化物を生成する: M(s) + HO → 2MOH(aq)+ 熱 (6) M=Na,K,Rb,Cs。
【0021】 このエーロゾル滴は、燐酸滴と激しい発熱反応において相応するジヒドロゲホ
スフェートを生成する: MOH + HPO4(aq) → 2MHPO+HO+熱(7)。
【0022】 ジヒドロゲンホスフェートの水和作用は同様に発熱反応でありかつ再度熱を提
供する: MHPO + nHO → MHPO・(HO)+熱(8)。
【0023】 形成されたエーロゾル滴は、0.01〜2μmの大きさを有し、それにより0
.3〜1.9μmの可視及び短波赤外スペクトル範囲内で高い吸収及び散乱係数
及び2〜14μmの中及び長波赤外スペクトルにおいて低い減衰値を有する。そ
れにかかわりなく、反応4〜6によって、しかし特に反応工程7及び8において
発生された熱は中及び長波の赤外スペクトル内のエーロゾル滴の強度の放射を引
き起こし、かつそうしてこのスペクトル範囲内で低い散乱及び吸収係数を補償す
る。燃焼の際に直接生じかつその後沈静するマグネシウム含有有効材料の公知の
強度の放射とは異なり、本発明による熱発生は部分的に、エーロゾル滴の遅延さ
れて発生する形成により初めて可能になる化学的プロセスにより生じるので、こ
の放射作用は50〜200秒間、即ちカムフラージュのために必要な時間持続さ
れる。
【0024】 本発明に基づく、その酸化物が高い発熱を示す遷移金属、例えばジルコニウム
及びチタン、並びに非金属例えばホウ素及び/又はケイ素の使用により、極めて
高い燃焼温度が達成され、従ってエーロゾル粒子は高い熱エネルギーを有し、こ
のことは長波IR内での放射を高める。
【0025】 さらに、本発明に基づく、遷移金属及びその合金もしくは金属富有化合物の使
用は、ホスファン形成体の発生を抑制する。燃焼に際に酸素アンダーバランスに
基づき形成される金属ホスフィド(ジルコニウムホスフィド又はチタンホスフィ
ド)は非イオン性特性を有し、それ故に空気湿分又は酸性雨とホスファンの遊離
を伴う加水分解又は酸分解を生じない。
【0026】 従って、本発明に基づき実験した煙幕ユニットはヒト及び生態毒物学的に許容
されかつ赤燐及び例えばマグネシウム又はアルミニウムのような軽金属をベース
とする慣用の煙幕ユニットよりも著しく安全である。従ってまた、赤燐をベース
とする慣用の煙幕において典型的に生じる焼却残渣の自己発火性ももはや生じな
い。
【0027】 以下に実施例により本発明を説明するが、該実施例は本発明を制限するもので
はない。
【0028】 実施例 赤燐2750g、硝酸カリウム990g、ケイ素220g、ホウ素220g、
ジルコニウム220g及びマクロプラスト結合剤(固体30%)990gから、
赤燐に対して成分を、赤燐に各成分を段階的に添加することによりペースト状バ
ッチを製造する。溶剤で湿った材料を篩い分け(メッシュ幅7mm)かつ真空中
40℃及び20ミリバールで20分間乾燥する。グラニュール42gを20トン
のプレス圧で辺の高さ10mm、外径57mm及び内径15mmのリング状プレ
ス成形体にプレス成形する。1つのタブレットは、約35秒間の燃焼時間を有し
かつ可視スペクトル内で濃い白色煙幕を生じる。
【0029】 ソースの距離4mにおける発生したエーロゾルのラジオメータによる測定で、
赤外スペクトル範囲内で以下のビーム強度が判明した: バンドV(8〜14μm) バンドII(3〜5μm) >100W/sr>25s >20W/sr>25s > 60W/sr>75s >10W/sr>75s 図1は、ソースから5mの距離で材料120gの本発明に基づき実験したプレ
ス成形体の燃焼により発生されるエーロゾル煙幕のビーム強度を示す。本発明に
基づき発生したエーロゾル煙幕を用いると、色温度300℃の放射性ターゲット
の極めて良好な過剰放射(>95%)が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ソースから5mの距離で材料120gの本発明に基づき実験したプレス成形体
の燃焼により発生されるエーロゾル煙幕のビーム強度を示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年1月25日(2001.1.25)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アクセル ドッホナール ドイツ連邦共和国 ラムシュタイン ヤコ ブシュトラーセ 1ツェー Fターム(参考) 2C014 JJ03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カムフラージュ及びおとり目的のための可視スペクトル内で
    不透過性でありかつ赤外スペクトル内で強度に放射性の花火技術的活性材料にお
    いて、主成分として赤燐、アルカリ金属硝酸塩又はアルカリ金属硝酸塩の混合物
    、及び二次成分として少なくとも1種の遷移金属もしくはその金属富有化合物又
    は合金、少なくとも1種の非金属並びに結合剤が含有されていることを特徴とす
    る、赤外スペクトル内で強度に放射性でありかつ可視スペクトル内で不透過性の
    エーロゾルを発生させる花火技術的活性材料。
  2. 【請求項2】 赤燐45%〜75%、アルカリ金属硝酸塩15%〜35%、
    非金属2〜20%及び結合剤0.5〜8%が含有されていることを特徴とする請
    求項1記載の花火技術的活性材料。
  3. 【請求項3】 赤燐55%〜62%、アルカリ金属硝酸塩18%〜23%、
    非金属10〜18%及び結合剤5〜7%が含有されていることを特徴とする請求
    項1又は2記載の花火技術的活性材料。
  4. 【請求項4】 赤燐58.5%、硝酸カリウム21.1%、ホウ素、ケイ素
    及びジルコニウムそれぞれ4.7%並びにポリクロロプレン結合剤6.3%が含
    有されていることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項記載の花火技
    術的活性材料。
JP2000607944A 1999-03-27 2000-01-24 赤外スペクトル内で強度に放射性でありかつ可視スペクトル内で不透過性のエーロゾルを発生させる花火技術的活性材料 Pending JP2002540058A (ja)

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