JP4105241B2 - 新規な化学化合物、当該化合物を含有する爆薬および、ガス発生器における当該化合物の使用 - Google Patents

Description

本発明は、爆薬として使用するのに適した新規化合物に関するものである。更に特に、本発明は新規なジニトラミド塩に関する。この塩は、高性能爆薬、推進薬（propellant）または、ガス発生器におけるガス発生化合物として使用することができ、純粋な形態でも、爆発性のある組成物中の成分としても使用できる。
ＡＤＮ（アンモニウムジニトラミド）やＫＤＮ（カリウムジニトラミド）などのジニトラミド塩の調製は、例えば、ＷＯ９１／１９６６９、ＷＯ９１／１９６７０、ＷＯ９３／１６００２及びＷＯ９７／０６０９９に開示されている。これらのジニトラミド塩は、第一には、爆発性のある組成物における酸化剤、例えば過塩素酸アンモニウムに置き代わる酸化剤として使用することを意図したものである。塩素が存在していないことは、空気汚染の点から好ましく、しかも、燃焼排ガス標識が減少するために軍事用途においても好ましい。
本発明の課題は、爆薬として好適であり、ジニトラミドイオンを含有し、水への溶解性が低く、衝撃及び摩擦感度が低い化合物を提供することである。
本発明の更に別の課題は、ジニトラミドイオンを含有し、良好な填圧（pressing）特性を有する均質な推進薬を提供することである。
本発明のもう一つの課題は、エアバッグなどの車両安全装置用のガス発生器におけるガス発生化合物として適した化合物を提供することである。
本発明は、請求の範囲において規定されている。
本発明によれば、この化合物は、下記の式

を有するグアニル尿素ジニトラミド（以下においてＧＵＤＮという）から成る。
又、本発明は、上記化合物を含有する爆薬、上記化合物を含有する推進薬、主成分として上記化合物を含有する填圧ロケットモータ装薬（pressed rocket motor charge）、及びエアバッグなどの車両安全装置用のガス発生器におけるガス発生化合物としての上記化合物の使用に関するものでもある。
ＧＵＤＮは、水に対する溶解度が低く、融点を有さず、しかも約１８０℃の分解温度を有した白色の結晶性粉末である。この結晶サイズは、調製条件によって種々変化させることができる。この粉末は、プレス可能であり、例えば種々の形状の推進薬粒状物やロケットモータ装薬にプレス加工することができる。この燃焼特性は好ましいものである。この燃焼速度は高く、圧力に直線的に依存して、生成する燃焼ガスは軽い。ＧＵＤＮは、衝撃及び摩擦に対して非常に感受性が鈍い。落槌重量（fall weight)が２ｋｇであるＢＡＭドロップハンマーで衝撃感度を試験した場合、この化合物は、たとえ落槌高さを２ｍにまで増加させても起爆しなかった。これに比べて、同様の落槌重量においてＲＤＸは３８ｃｍの落槌高さで起爆すると言われている。この摩擦感度は、標準のユリウスピーター（Julius Peter）摩擦テスターでは試験することができなかった。というのは、この化合物は、このテスターの容量範囲（３６ｋｐピスチル負荷）内において起爆しなかったからである。
ＧＵＤＮは、起爆させることが可能であり、この際、ＲＤＸに匹敵する爆速（detonation velocity）を有している。このため、この化合物は、純粋な形態で高性能爆薬として、あるいは爆発性組成物中の成分として使用することができる。爆薬が使用される数多くの適用では、ＨＭＸやＲＤＸのような水溶性でない爆薬についての、バインダーシステム及び調製方法が開発されてきている。ＧＵＤＮは、このようなバインダーシステムや調製方法にて使用することができ、これまでに使用されてきた爆薬の代わりとすることができる。
ＧＵＤＮは、単独で推進薬として、あるいは推進薬組成物中の成分として使用することができ、そして、数多くの適用にて、例えばニトラミン推進薬、複合推進薬やニトロセルロース推進薬の代わりとすることができる。この安定性は、ＮＣ推進薬や複合推進薬よりも良好であり、しかも、その燃焼速度はニトラミン推進薬よりも高い。ＧＵＤＮは、例えばＮＣ推進薬よりも、かなり軽い燃焼ガスを生じさせ、このことは、高い砲口速度（muzzle velocities）が要望される際に、弾丸推進装薬にて好ましい。これは、例えばかなり重い鉛のペレットの代わりにスチールペレットが使用される際の、ショットガン弾薬についての場合である。このように、ＧＵＤＮを主薬とする推進薬は、ＮＣ推進薬が最近大部分を占めている数多くの適用において、非常に大きな利点を示すことができる。
ＧＵＤＮは、ロケット推進薬としての使用に適した特性を有しており、その優れた填圧特性（pressing properties）のために、主成分としてＧＵＤＮを含む填圧ロケットモータ装薬を製造することができる。少量のバインダー、例えばポリマーは、填圧性能及び成形体の強度を増加させるために使用可能であるが、多くの適用については、バインダーを添加しなくても充分な強度が達成できる。
特に、規則的な間隔で交換され、かつスクラップされる緊急用ロケットなどのようなロケットにおいては、填圧モータ装薬であるＧＵＤＮは、非常に大きな利点をもたらす。緊急用ロケットでは、ほとんどの場合、過塩素酸アンモニウムと高分子バインダー（例えば、硬化して架橋構造となるフェノール樹脂）とから成る推進装薬から構成されたものが使用される。緊急用ロケットの信頼性は、時間が経過するにつれて減少するために、ロケットは一定間隔で取り替えなければならない。とりわけ、モーターは湿気を吸収する。というのは、過塩素酸アンモニウムが吸湿性であるからである。取り替えの時点で、古いロケットは製造者に戻され、ロケットモータ装薬は破壊（燃焼）される。
ＧＵＤＮは、非吸湿性であり、この点においても、過塩素酸アンモニウムを含有する推進装薬に比べて利点をもたらす。ＧＵＤＮは、冷水中では非常に低い溶解性を示し、熱水中では中程度の溶解性を示す。このため、主成分としてＧＵＤＮから成る填圧装薬は、溶媒として熱水を用いて溶解させることで削りクズ状とすることができ、この水溶液から純粋なＧＵＤＮを再結晶させることができる。このようにして、ロケットモータ装薬の環境的に容認可能なスクラッピングと、推進薬の再使用とが達成できる。
更に、この化合物は、ＡＤＮに完全に溶解可能で、例えば燃焼指数を減少させるためのロケット推進薬中のＡＤＮへの添加物として使用することができる。
ＧＵＤＮについての適用のもう一つの非常に有利な分野は、エアバッグなどの車両安全装置用のガス発生器におけるガス発生化合物としての使用である。緊急用ロケットの場合と同様にして、このガス発生化合物の環境的に容認可能な回収の可能性は、これらのガス発生器に不可欠なものである。エアバッグなどのガス発生器においては、今日では、アジド類、複合推進薬、ＮＣ推進薬及びニトラミン推進薬を含有する組成物から成るものが使用されており、これらはいずれも、利点と欠点とを有するものである。アジド類は、有害なものであり、複合推進薬は、有害な燃焼ガス（とりわけダイオキシン及びＨＣｌ）を生じさせる塩素を含有しており、ＮＣ推進薬は、長期間安定性についての問題をもたらし、ニトラミン推進薬は、有害なガスを生じさせることはないが、燃焼速度が低く、燃焼を触媒促進させることが困難である。
ＧＵＤＮは、全ての利点を有しており、有害なガスを一切生じさせることがなく、良好な安定性と、ＮＣ推進薬に匹敵する燃焼速度を有している。
上記化合物の水への溶解性が低いことにより、水溶液から沈殿反応によって製造するのが容易となる。グアニル尿素塩（例えばグアニル尿素硫酸塩）の水溶液は、水溶性のジニトラミド塩と反応し、これにより、グアニル尿素ジニトラミドの沈殿が生成する。
製造に使用することが可能な適したグアニル尿素塩は、水に溶解可能なものである。この塩を溶解させるのに、水によるある程度の酸性化が必要となることがある。
製造に使用することが可能な適したジニトラミド塩は、例えばＡＤＮ、ＫＤＮ及びその他の水溶性のジニトラミド塩であり、これらは、陽イオンが、グアニル尿素ジニトラミドの抽出が困難となる別の沈殿を生じさせないような条件を考慮して選択されたものである。
本発明を、実施例によって以下に説明する。
実施例１
溶液１：
１５ｍｌの水に希硫酸を滴下することによってｐＨ５〜７に調整した後、３．２ｇのグアニル尿素硫酸塩を当該水に溶解させた。透明な溶液が得られた。
溶液２：
２．５ｇのＡＤＮを、３ｍｌの水に溶解させた。
溶液１を溶液２に添加することによって、沈殿が生成した。この沈殿物を、濾別し、水で洗滌した。３．４ｇのグアニル尿素ジニトラミドが、細かい白色の粉末として得られた。
この粉末を、プレス加工してペレットとし、この燃焼特性を燃焼チャンバー（ミニボンベ）内で試験した。この燃焼からの、測定された圧力／時間曲線が図１に示されており、図２は、圧力の関数としての燃焼速度を示している。この燃焼速度は、圧力に直線的に依存し、しかも、だいたいＮＣ推進薬に匹敵するものであった。
実施例２
溶液１：
実施例１と同様にして、３．２ｇのグアニル尿素硫酸塩を３０ｍｌの水に溶解させた。
溶液２：
２．５ｇのＡＤＮを、３０ｍｌの水に溶解させた。
両方の溶液を４０℃に加熱し、混合した。この混合物を冷却すると、生成物がゆっくりと晶出した。この結晶を、濾別し、水で洗滌した。３．２ｇのグアニル尿素ジニトラミドが白色の結晶の形態で得られた。この場合には、結晶は、実施例１の生成物よりもかなり大きなものであった。
実施例１及び２に記載されるものに相当する方法では、生成物は、ＫＤＮ又はいくつかの他の水溶性のジニトラミド塩を用いることによって製造できる。又、ジニトラミド塩の製造に直接関連してグアニル尿素ジニトラミドを製造することも可能である。例えばＷＯ９７／０６０９９には、どのようにしてジニトラミド塩が、ニトロ化によって製造されたジニトラミド酸の中和により製造されるかが開示されている。グアニル尿素塩は、ジニトラミド塩を最初に分離しなくても、この混合物に直接添加することができる。しかしながら、いくらか硝酸塩の共沈が起こることがある。
実施例３
細かい粉末のＧＵＤＮをプレス加工して、直径３０ｍｍ、高さ２ｍｍの大きさの装薬とした。この装薬を、ソックスレー抽出器内で沸騰水を用いて抽出した。この装薬は完全に溶解し、ＧＵＤＮがフラスコ内に再結晶した。この再結晶した物質から、新規な装薬をプレス加工することができた。

Claims (5)

1. 下記の式
   

   

   を有するグアニル尿素ジニトラミドから成ることを特徴とする、爆薬としての使用に適した化合物。
2. グアニル尿素ジニトラミドを含有することを特徴とする爆薬。
3. グアニル尿素ジニトラミドを含有することを特徴とする推進薬。
4. 主成分としてグアニル尿素ジニトラミドを含有することを特徴とする填圧ロケットモータ装薬。
5. エアバッグなどの車両安全装置用のガス発生器におけるガス発生化合物としての、グアニル尿素ジニトラミドの使用。

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