JP2012515709A - 鉛フリー起爆薬の調合 - Google Patents
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Abstract
本主題の実施形態は、鉛フリーの起爆薬として使用し得る化合物と材料とを提供する。本主題の実施形態は、ニトロテトラゾレート銅（I）化合物を提供する。本主題の特定の実施形態は、鉛フリーの起爆薬を調合する方法を提供する。この方法は、第２銅塩を用意し、水を用意し、５−ニトロテトラゾレート塩を用意し、第２銅塩と水と５−ニトロテトラゾレート塩とを合せて、混合物を生成し、この混合物を加熱し、還元剤を加えて、継続して加熱しつつかき混ぜることを含む。この方法はまた、塩化第２銅と５−ニトロテトラゾレートナトリウムとアスコルビン酸ナトリウムとを用意することを含んでいてもよい。本主題の特定の実施形態はまた、ニトロテトラゾレート銅（I）を調合する方法を提供する。この方法は、第２銅塩を用意し、水を用意し、５−ニトロテトラゾレート塩を用意し、第２銅塩と水と５−ニトロテトラゾレート塩とを合せて、混合物を生成し、この混合物を加熱し、還元剤を加えて、継続して加熱しつつかき混ぜることを含む。この方法はまた、塩化第２銅塩と５−ニトロテトラゾレートナトリウムとアスコルビン酸ナトリウムとを用意することを含んでいてもよい。
Description
＜関連出願への相互参照＞
本願は、「鉛フリーの起爆薬組成物及び調合方法」と題する２００６年５月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／８００，８１６の利益を主張する、「鉛フリーの起爆薬組成物及び調合方法」と題する２００７年２月２０日に出願された米国一部継続特許出願第１１／６７６，８４６号であって、「鉛フリーの起爆薬の調合」と題する２００９年１月２３日付で出願された米国仮特許出願６１／１４６，７００の利益を主張し、且つ、これらの出願の各々の全体の内容を援用して本文の一部とする。
本願は、「鉛フリーの起爆薬組成物及び調合方法」と題する２００６年５月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／８００，８１６の利益を主張する、「鉛フリーの起爆薬組成物及び調合方法」と題する２００７年２月２０日に出願された米国一部継続特許出願第１１／６７６，８４６号であって、「鉛フリーの起爆薬の調合」と題する２００９年１月２３日付で出願された米国仮特許出願６１／１４６，７００の利益を主張し、且つ、これらの出願の各々の全体の内容を援用して本文の一部とする。
本発明は爆薬に関しており、より具体的には、鉛を含有しない起爆薬の調合に関している。
爆発材料には、幅広い様々な用途がある。起爆薬は、二次爆薬または主爆薬の爆発（charge）を開始するために、比較的少量で使用される感度の高い爆発材料である。起爆薬は、確実に爆発するように十分に感度が高くあるべきだが、取り扱いが過度に危険となるほどに感度が高くあるべきではない。さらには、起爆薬は、長期間での貯蔵や温度変動で分解しないように十分な熱安定性を有するべきである。現在使用される多くの起爆薬は鉛を含有しており、最も知られた例は、アジ化鉛である。これらの鉛含有爆薬は、それらの使用及び製造によって鉛汚染の一因または原因となり得るため、環境の観点から好ましいものではない。
このため、当該技術分野においては、鉛フリーの爆発材料、より具体的には、鉛フリーの起爆薬が必要とされている。特定の鉛フリーの起爆薬が提案されている。例えば、ニトロテトラゾール系の起爆薬が、米国特許第４，０９３，６２３号及び同第４，０９４，８７９号と、ならびに米国出願公開第２００６／００３０７１５号において提案されてきた。様々な理由のために、これらの提案された化合物のいくつかは、鉛含有起爆薬の商業的に実現可能な代替物として役割を果たすことができず、一方で、他の化合物は、少なくともいくつかの商業用の用途には望ましくない特徴を示す。例えば、米国出願公開第２００６／００３０７１５号は、特定のニトロテトラゾール錯体（銅（II）錯体）を開示しており、これは、取り扱いの観点及び武器装填の観点から、機能することが難しい結晶構造を形成している。
本発明の実施形態は、鉛フリーの起爆薬として使用され得る化合物と材料とに関しており、そのような化合物と材料とを調合する方法に関している。
ある実施形態では、化合物は、塩化第２銅と５−ニトロテトラゾレートナトリウムとアスコルビン酸ナトリウムと水との反応により調合される。
他の実施形態では、起爆薬として適した化合物を調合する方法は、第２銅塩を用意する工程と、溶媒を用意する工程と、５−ニトロテトラゾレート塩を用意する工程と、この第２銅塩とこの溶媒とこの５−ニトロテトラゾレート塩とを合せて、混合物を生成する工程と、この混合物を加熱する工程と、還元剤を加える工程と、その配合物を加熱する工程と、を含んでいる。
実施形態のいくつかでは、化合物は、塩化第２銅を用意し、水を用意し、５−ニトロテトラゾレートナトリウムを用意し、この塩化第２銅とこの水とこの５−ニトロテトラゾレートナトリウムとを合せて、混合物を生成し、この混合物を加熱し、アスコルビン酸ナトリウム溶液を加えて、その配合物を加熱することによって調合される。
本主題の一態様は、ニトロテトラゾレート銅（I）化合物を調合することである。有意な量（すなわち、約１重量％より大きい、あるいは、約５重量％より大きい）のニトロテトラゾレート銅（I）を包含するいかなる混合物もまた企図されている。
本出願において企図されているものは、ニトロテトラゾレート銅（I）を調合する方法である。ニトロテトラゾレート銅（I）は、銅（II）塩（例えば、塩化第２銅）と５−ニトロテトラゾレート塩（例えば、５−ニトロテトラゾレートナトリウム）と還元剤（例えば、アスコルビン酸ナトリウム）を溶媒（例えば水）中で反応して調合され得る。いかなる適した銅（II）塩または銅（II）塩の配合物を使用し得る。適した銅（II）塩は、これに限られるものではないが、塩化第２銅と臭化第２銅を含む。同様に、いかなる適した５−ニトロテトラゾレート塩または５−ニトロテトラゾレート塩の配合物を使用し得る。適した５−ニトロテトラゾレート塩は、これに限られるものではないが、５−ニトロテトラゾレートナトリウムと５−ニトロテトラゾレートカリウムとを含む。いかなる適した還元剤または還元剤の配合物を使用し得る。適した還元剤は、これに限られるものではないが、アスコルビン酸ナトリウムとアスコルビン酸とを含む。同様に、いかなる適した溶媒または溶媒の配合物を使用し得る。適した溶媒は、これに限られるものではないが、他の極性有機溶媒と同様に、水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む。
上記で引用されている塩のイオンのバリエーション（variation）をニトロテトラゾレート銅（I）の調合において使用してもよいと理解されるでしょう。言い換えると、ニトロテトラゾレート銅（I）は、銅（I）イオンと５−ニトロテトラゾレートイオンとを合せて、ニトロテトラゾレート銅（I）を生成する反応によって調合され得る。
その成分を、ニトロテトラゾレート銅（I）を合成するのに適した条件下で反応させてもよい。あるいは、それらの成分を、共に混合し、次いで、その混合物を加熱することによって、反応させてもよい。その混合物を、約７０℃〜約１５０℃の温度範囲で加熱してもよく、あるいは、約８０℃〜約１３０℃の温度範囲で加熱してもよく、あるいは、約１００℃で加熱してもよい。また、他には、還流凝縮器を使用してもよいし、その混合物を還流点まで加熱してもよい。加熱あるいは還流の工程の時間は、約１分より長く、あるいは、約３５分より長く、あるいは、約２０分〜約２時間、あるいは約３５分〜約１時間、あるいは約５０分、というような時間であってもよい。
使用される成分の量について、銅（II）１モルにつき５−ニトロテトラゾレートが約０．５〜約２モルのモル比で、５−ニトロテトラゾレートを供給してもよい。あるいは、銅（II）１モルにつき５−ニトロテトラゾレートが約０．８〜約１．５のモル比で、５−ニトロテトラゾレートを供給してもよい。あるいは、銅（II）１モルにつき５−ニトロテトラゾレートが約１．０〜約１．２のモル比で、５−ニトロテトラゾレートを供給してもよい。例えば、塩化第２銅１モルにつき５−ニトロテトラゾレートナトリウム（ＮａＮＴ）が約０．５〜約４モルのモル比で、あるいは、塩化第２銅１モルにつきＮａＮＴが約０．８〜約１．５モルのモル比で、あるいは、塩化第２銅１モルにつきＮａＮＴが約１〜約１．２モルのモル比で、５−ニトロテトラゾレートナトリウムを供給してもよい。同様に、銅（II）１モルにつき約０．５〜約２モルのモル比で、還元剤を供給してもよい。あるいは、銅（II）１モルにつき約０．８〜約１．５モルのモル比で、還元剤を供給してもよい。あるいは、銅（II）１モルにつき約１〜約１．２モルのモル比で、還元剤を供給してもよい。例えば、塩化第２銅１モルにつき約０．５〜約４モルのモル比で、あるいは、塩化第２銅１モルにつき約０．８〜約１．５モルのモル比で、あるいは、塩化第２銅１モルにつき約１〜約１．２モルのモル比で、アスコルビン酸ナトリウムを供給してもよい。
５−ニトロテトラゾレート及び生成された銅（I）との間の反応を実現するのに適した量の溶媒を供給してもよい。例えば、５−ニトロテトラゾレート塩と銅（I）塩との間の反応を実現するのに適した量で水（または他の溶媒）を供給してもよい。より具体的な例としては、ＮａＮＴと生成された塩化第１銅との間の反応を実現するのに適した量で、水（または他の溶媒）を供給してもよい。
反応成分を、その反応を実施するのに適したいかなる順序や順番で合わせさせてもよい。限定的ではない例として、５−ニトロテトラゾレート塩の水溶液を、銅（II）の水溶性の懸濁液へ加え、そして、適した還元剤を加えて、逆もまた同様にして、５−ニトロテトラゾレート塩と生成された銅（I）塩との反応を実行してもよい。
第２銅塩（例えば、塩化第２銅）と還元剤（例えば、アスコルビン酸ナトリウム）と水と５−ニトロテトラゾレート塩（例えば、５−ニトロテトラゾレートナトリウム）との反応によって生成されるニトロテトラゾレート銅（I）は、沈殿物になり得る。当業者に知られる適切な方法によって、この沈殿物を分離してもよい。あるいは、濾過によってこの沈殿物を分離してもよい。更に、別の代替手段として、あるいは別に、浮遊法を用いて、この沈殿物を分離してもよい。より粗くまたは重い沈殿粒子から、より細かくまたより軽い沈殿粒子を分離することが望ましいだろう（例えば、より粗くあるいはより重い粒子は、容易な取り扱いや装填の観点から望ましいものだろう）。そのような分離を実現するように、浮遊法を使用してもよいし、当業者に知られている他の技術を使用してもよい。あるいは、細かな粒子は、注意深いデカンテーションによって取り除いてもよい。あるいは、沈殿物（例えば、暗茶の沈殿物であるかもしれない）を、フィルタ紙を通して集める。
第２銅塩（例えば、塩化第２銅）と還元剤（例えば、アスコルビン酸ナトリウム）と水と５−ニトロテトラゾレート塩（例えば、５−ニトロテトラゾレートナトリウム）との反応によって生成された沈殿物を洗浄してもよい。例えば、一回あるいは複数回、その製品を水で洗浄してもよい。あるいは、一回あるいは複数回、アルコール、例えば、イソプロパノールで、その製品を洗浄してもよい。あるいは、その製品を、水とアルコールとの両方で、複数の工程でかついかなる順番で洗浄してもよい。例えば、その製品を、逐次的に水で洗浄し、次いで、イソプロパノールで洗浄してもよい。後に、その製品を乾燥してもよい。例えば、その製品を、空気乾燥してもよい。あるいは、その製品を、６５℃〜８０℃のオーブンで乾燥してもよい。
本願はまた、上述の方法によって製造された製品も企図している。言い換えると、本願は、上述の条件の下及び成分量の下で、第２銅塩（例えば、塩化第２銅）と５−ニトロテトラゾレート塩（例えば、５−ニトロテトラゾレートナトリウム）と還元剤（例えば、アスコルビン酸ナトリウム）とを水中で反応させて製造された製品を企図している。
本願の方法によって企図されかつ製造された製品（本主題の少なくともいくらかの側面における、ニトロテトラゾレート銅（I））は、鉛を含有していないし、爆発物として、具体的には、起爆薬としての使用に適していることが判明した。このため、本願はまた、起爆薬として使用するのに適した化合物を調合する方法や、そのような化合物を使用する爆発の装置をも企図している。利益としては、低コストである点、調合が容易な点、軍事用途と商業用途との両方において低鉛物質に関連して、低毒性の廃水流れが得られる点や健康面での利点が含まれる。
本願の方法によって製造され企図された製品（ニトロテトラゾレート銅（I）を含む）は、装填及び取り扱いに適した結晶構造を表す。
以上の記載は、本願発明の実施形態を例示し、説明し、記述するために与えられている。これらの実施形態に対する更なる改変及び改造は、当業者にとっては明白だろうし、その発明の範囲または精神から逸脱することなしに行い得る。
次の実施例は、ここで教示されている材料の調合及び特性を示している。
［実施例１］
ニトロテトラゾレート銅（I）は、次の通りに調合された。２５０ｍｌのビーカーにおいて、塩化銅（II）（０．７９ｇ、０．００８ｍｏｌ）と、５−ニトロテトラゾレートナトリウム二水和物（１．７０ｇ、０．００９６ｍｏｌ）との撹拌された高温（９５〜１００℃）の１００ｍＬの水溶液へ、シリンジポンプを用いて、１ｍＬ／分の速度で、０．５モルのアスコルビン酸ナトリウム水溶液８ｍＬが加えられた。８分間の添加後に、反応混合物を更に２分間沸騰させた。形成された沈殿物を、ワットマンＮｏ．１のフィルタ紙上に集めて、３回水で洗浄し、２回イソプロパノールで洗浄し、次いで、対流式のオープンで、７０℃で乾燥した。小さな赤錆の結晶の収量は、１．２１８ｇ（８５．７％）であった。
ニトロテトラゾレート銅（I）は、次の通りに調合された。２５０ｍｌのビーカーにおいて、塩化銅（II）（０．７９ｇ、０．００８ｍｏｌ）と、５−ニトロテトラゾレートナトリウム二水和物（１．７０ｇ、０．００９６ｍｏｌ）との撹拌された高温（９５〜１００℃）の１００ｍＬの水溶液へ、シリンジポンプを用いて、１ｍＬ／分の速度で、０．５モルのアスコルビン酸ナトリウム水溶液８ｍＬが加えられた。８分間の添加後に、反応混合物を更に２分間沸騰させた。形成された沈殿物を、ワットマンＮｏ．１のフィルタ紙上に集めて、３回水で洗浄し、２回イソプロパノールで洗浄し、次いで、対流式のオープンで、７０℃で乾燥した。小さな赤錆の結晶の収量は、１．２１８ｇ（８５．７％）であった。
この個体についての示差走査熱量測定（ＤＳＣ）分析の結果は図１に示される。この個体についてのフーリエ変換赤外分光スペクトル法（ＦＴＩＲ）の分析は図２に示される。
［実施例２］
ニトロテトラゾレート銅（I）は次のように調合された。２５０ｍｌのビーカーに、塩化銅（II）（０．７９ｇ）と、無水５−ニトロテトラゾレートナトリウム（１．７０ｇ）との撹拌された高温（９５〜１００℃）の１００ｍＬの水溶液へ、シリンジポンプを用いて、１ｍＬ／分の速度で、０．５モルのアスコルビン酸水溶液を８ｍＬが加えられた。８分間の添加後に、反応混合物を更に２分間沸騰させた。形成された沈殿物を、ワットマンＮｏ．１のフィルタ紙上に集めて、３回水で洗浄し、２回イソプロパノールで洗浄し、次いで、対流式のオープンで、７０℃で乾燥した。
ニトロテトラゾレート銅（I）は次のように調合された。２５０ｍｌのビーカーに、塩化銅（II）（０．７９ｇ）と、無水５−ニトロテトラゾレートナトリウム（１．７０ｇ）との撹拌された高温（９５〜１００℃）の１００ｍＬの水溶液へ、シリンジポンプを用いて、１ｍＬ／分の速度で、０．５モルのアスコルビン酸水溶液を８ｍＬが加えられた。８分間の添加後に、反応混合物を更に２分間沸騰させた。形成された沈殿物を、ワットマンＮｏ．１のフィルタ紙上に集めて、３回水で洗浄し、２回イソプロパノールで洗浄し、次いで、対流式のオープンで、７０℃で乾燥した。
本主題は、特定の実施形態を引用することによって記述しかつ例示してきたが、本主題が、ここに例示されていない多くの異なるバリエーションに適すると当業者には理解されるであろう。それゆえに、これらの理由によって、本発明の範囲を定めるために、添付の請求の範囲のみが参照されるべきである。
従属請求項は、米国特許実務に従う単項従属性を有しているけれども、いかなる従属請求項における特徴の各々は、主請求項あるいは他の従属請求項の特徴の各々と組み合わせることが可能である。
Claims (18)
- 起爆薬としての使用に適する化合物を調合する方法であって、
（ａ）第２銅塩を用意する工程と、
（ｂ）溶媒を用意する工程と、
（ｃ）５−ニトロテトラゾレート塩を用意する工程と、
（ｄ）前記第２銅塩と前記溶媒と前記５−ニトロテトラゾレート塩とを合せて、混合物を生成する工程と、
（ｅ）前記混合物を加熱する工程と、
（ｆ）還元剤を用意する工程と、
（ｇ）前記配合物を加熱する工程と、を含む、起爆薬としての使用に適する化合物を調合する方法。 - 前記第２銅塩が、塩化第２銅と臭化第２銅とからなるグループから選択される請求項１に記載の方法。
- 前記溶媒が、極性有機溶媒である請求項１に記載の方法。
- 前記溶媒が、水とジメチルスルホキシドとからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
- 前記５−ニトロテトラゾレート塩が、５−ニトロテトラゾレートナトリウムと５−ニトロテトラゾレートカリウムとからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
- 前記還元剤が、アスコルビン酸ナトリウムとアスコルビン酸とからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
- 前記５−ニトロテトラゾレート塩が、第２銅塩１モルにつき、約０．５〜約４モルの範囲の量で用意される請求項１に記載の方法。
- 前記還元剤が、前記第２銅塩の１モルにつき、約０．５〜約４モルの範囲の量で用意される請求項１に記載の方法。
- 前記５−ニトロテトラゾレート塩が、前記第２銅塩１モルにつき約１モルのモル比で用意される請求項１に記載の方法。
- 前記混合物が、少なくとも１００℃まで加熱される請求項１に記載の方法。
- 前記加熱された混合物が前記溶液中で沈殿物を生成する請求項１に記載の方法。
- 前記溶液から前記沈殿物を分離する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
- プロセスによって調合される生成物であって、
（ａ）塩化第２銅を用意する工程と、
（ｂ）水を用意する工程と、
（ｃ）５−ニトロテトラゾレートナトリウムを用意する工程と、
（ｄ）前記塩化第２銅と前記水と前記５−ニトロテトラゾレートナトリウムとを合せて、混合物を生成する工程と、
（ｅ）前記混合物を加熱する工程と、
（ｆ）アスコルビン酸ナトリウムの溶液を加える工程と、
（ｇ）前記配合物を加熱する工程と、を含むプロセスによって調合される生成物。 - 約３３５℃で識別ピークを有する示差走査熱量測定曲線により特徴付けられる請求項１３に記載の生成物。
- 実質的に図１に示される示差走査熱量測定曲線により特徴付けられる請求項１３に記載の生成物。
- 約１５６０，１４８７，１４５６，１４２３，１３２７に識別ピークを有するフーリエ変換赤外分光スペクトル法のスペクトルにより特徴付けられる請求項１３に記載の生成物。
- 図２に示される、フーリエ変換赤外分光スペクトル法のスペクトルを特徴とする請求項１３に記載の生成物。
- 反応生成物であって、
（ａ）塩化第２銅と、
（ｂ）５−ニトロテトラゾレートナトリウムと、
（ｃ）アスコルビン酸ナトリウムと、
（ｄ）水と、の反応生成物。
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