JPS5813518B2 - 照明用火工組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ブロック状の照明用もしくは発光性火工組成
物及び推進薬組成物、更にこれら組成物からなる大工物
品に関わる。

このような火工物品は、特に信号弾や花火に使用しうる
。

様々の種類の照明用火工物品が知られており、これらの
うちもつとも古いものは粉末状組成物である。

しかしながらこれらは色々の難点を有する例えば特別な
包装をすることが必要であり、また発火機構の問題、成
分の混合から最終包装の過程で組成物を扱うことの危険
性の問題等である。

ブロック状の発光性火工組成物の使用については、結合
剤を用いたものが古くから開発されており、これらは基
本的に： 例えばポリエステル樹脂等の結合剤を使用するこの場合
には炎の色が黄色くなるという非常な難点があり、また
得られる組成物燃焼炎は、例えばアルカリやアルカリ土
類金属等の発光金属のみの燃焼の場合にえられるような
純粋なスペクトルをもたない光である： または例えばゴム、デキストリン或いは澱粉等の炭水化
物を主成分とする結合剤を使用するものであって；この
場合には、結合剤が湿感性であって点火が難しく、この
ことはある種の金属を使用する場合都合が悪く、製造工
程の終りに補足的な乾燥工程が必要である。

米国特許第３７１５２４８号は、結合剤としてニトロセ
ルローズを含有する照明用組成物を開示している。

この材料を結合剤に選ぶことにより炎の黄変は減少する
が、これらの組成物においては燃焼性物質であるアルミ
ニウムやマグネシウムなどの金属の含有率が非常に高い
ため、火炎の色が白色化し、スペクトルから放射光が減
損する。

炎の色の純度及び放射光の問題とは別に、現在知られて
いる照明用組成物は、十分なガスを発生しないという事
実に起因して、白熱微粒子を散らすと共に格別の困難を
伴うことなく炎の突出を生ずる。

上記のようにガスが十分に発生しないという事実は、更
に、このような組成物を火工品の推進薬として使用する
について障害となり、また特別な発火機構を設けるかあ
るいは、推進薬組成物と照明用組成物との複合組成物の
形で使用することが必要となる。

また例えば花火として使用した場合、地上でヒューズに
点火する時点と大空で花火が展開する時点との間に完全
に暗黒となる瞬間が何度もあることがよく知られている
。

ここで我々は、以上に述べたような公知組成物の難点を
減ずるか克服することのできる、すぐれた照明用火工組
成物を開発した。

本発明によれば、下記成分（％は組成物全体に対する重
量％をあらわす）： （イ）少くとも一種のアルカリ金属もしくはアルカリ土
類金属の硝酸塩を含有してなる安定した無機燃焼支持材
を３０乃至７５％； （ロ）高エネルギー結合剤としての硝酸化炭水化物を３
乃至２０％； （ハ）少くとも一種の不揮発性有機燃焼化合物であって
、１００℃までの温度に安定であり、燃焼は全体的に発
熱反応であり、炭素及び窒素を含有し、その分子のいず
れの部分においても二個以下の炭素原子が直接に相互に
結合しているような化合物を１２乃至６０％；及び （ニ）０乃至１５％の金属成分： からなり、（ニ）の成分の比率は（ハ）の比率を越えず
、（イ）乃至（ニ）の各成分の相対的割合を、この組成
物が点火し燃焼しうるように調整してなる、照明用火工
組成物、が提供される。

化合物（ハ）は好ましくは少くとも二個の炭素−窒素結
合、少なくとも二個の炭素−窒素複素環式環、少なくと
も一個の、炭素原子と窒素原子との多重結合及び／もし
くは炭素原子以外の原子と化学的に結合している炭素原
子を含有するものである。

炭素原子と窒素原子との多重結合が存在することは、組
成物の点火及び燃焼が容易となるという観点からみて特
に重要である。

もつとも例えばニトロセルローズなどの高エネルギー結
合剤を使用することにより化合物（ハ）がこのような結
合を有さないとしても、満足のゆく結果を得ることがで
きる。

化合物（ハ）が相互に直接的に結合している二個の炭素
原子を有する場合には、これら炭素原子のうちの少くと
も一つが、窒素、酸素、イオウ、塩素、臭素及びヨウ素
のうちから選ばれた陰性原子と結合していることが望ま
しい。

本発明の開発中において我々は、炎から放射される光の
劣化に二つの原因があること、その一つは白色炎を生ず
る金属燃焼性物質を過度に多量に使用することであり、
もう一つは炭化水素鎖を有する有機化合物の使用であっ
て、相互に直接にリンクする炭素原子の数が多くなれば
なるほど炎はそれだけ黄色くなること、を発見した。

そのため、金属成分（ニ）の比率は化合物（ハ）のそれ
の６５％を越えないことが望ましい。

更に、少くとも一個の炭素−窒素結合を有する有機化合
物の使用が不可欠である。

これは第一に極めて純粋である炎を得るため、第二に使
用する組成物の炎が推進し、拡大してふくれそれにより
このような火炎の見える度合がひろがるよう、ガスを大
量に発生させるためである。

使用できる金属燃焼物質の量は限定されているため、発
熱する燃焼化合物を使用する必要があり、このことは、
組成物中の結合剤の割合を低くすればするほど、一方で
あまり低くない燃焼速度、高い光度を得たい場合には重
要である。

有機燃焼化合物を含有させることにより発揮すべき特性
はいろいろあるため、この化合物の種類は限定されたも
のとなる。

次の化合物は好ましいものであるが、以上に述べた条件
に適合する他の化合物も使用することができると理解さ
れるべきである。

成分（ハ）は全体的に発熱反応である燃焼反応を行うも
のでなければならないが、吸熱燃焼反応を行うものもい
くつか含むような有機化合物の混合物であってもよい。

先述したような要請、即ち全体的には発熱性を有するこ
と、という要請に照らして、成分（ハ）のリストとして
は例えばジシアンジアミド、シアンアミド、メラミン、
トリー（ヒドロキシエチル）−イソシアヌレート、ヘキ
サメチレンテトラアミン、ヘキサメトキシメチルメラミ
ンのいずれか一つからなるものであってもよいが、もち
ろん、これら物質のニないしそれ以上の混合物も使用で
きる。

次の化合物、即ちシアヌール酸、アゾテトラゾール、ア
ミノテトラゾール、エチレン尿素、グリコールウリル、
ジメチル尿素、ジメチロール尿素及びアゾジカルボニド
は吸熱燃焼反応を示し、これらを単独に或いは混合物の
形で成分（ハ）として使用することができる。

これらは単独にもしくは組みあわせた状態で、先述リス
ト化合物の一種又は二種以上と共に使用しなければなら
ない。

第二のリストからの化合物を含有するこのような混合物
を使用することは有利である。

例えばシアヌール酸は固型燃焼残滓の量を減少させる利
点がある。

化合物の混合物を成分（ハ）として使用する場合そのう
ちの一種はジシアンジアミドであることが好ましい。

好ましい実施態様を示すと、組成物は、組成物の全量に
対する重量係で示して、（イ）を４０乃至７０％、（ロ
）を５乃至２０％、（ハ）を１２乃至４５％、（ニ）を
０乃至１５％含有してなる。

これら成分の相対的な比率は、安定な燃焼支持剤（イ）
が燃焼中実質的に、第一に組成物中の炭素の一酸化炭素
への変換を、第二に組成物中の水素の水への変換を確実
化ならしめるように、選ばなければならない。

組成物の燃焼ガス中の一酸化炭素は、空気中の酸素のた
め実際的には無視してよい。

この空気中の酸素は燃焼を完成する。

本発明の別の好ましい実施態様においては、安定な無機
燃焼支持剤（イ）に対する有機燃焼化合物（ハ）と金属
成分（ニ）との重量比は０．２乃至１．１である。

有利には、硝酸化炭化水素（ロ）と有機燃焼化合物（ハ
）の合計重量は組成物重量の２５乃至５０重量％である
。

安定な燃焼支持剤（イ）も混合物であってよいが、無機
化合物の少なくとも一種はアルカリ金属もしくはアルカ
リ士類金属の硝酸塩でなければならない。

他の無機化合物はこれら以外の金属の硝酸塩例えば火炎
に実質的になんら着色することのない鉛の硝酸塩、ある
いは緑もしくはブルーの火炎色を呈し極めて吸湿性の高
い銅の硝酸塩であってもよい。

あるいは塩化物もしくは過塩化物であってもよく、これ
らは点火性能はよいが、取扱いがデリケートであり、不
快臭ある煙を発生する。

アルカリもしくはアルカリ土類金属の硝酸塩は極めてす
ぐれた燃焼支持剤であると同時に高品質の着色剤であっ
て、燃焼の際に得られる温度上昇によりその発色性は十
分に発揮される。

同時に燃焼中の他の成分の炎の発色は最低限度にあり、
また煙及び残滓は発生量は最少である。

安定な燃焼支持剤（イ）は、好ましくは、少くとも一種
のアルカリ金属もしくはアルカリ士類金属の硝酸塩のみ
であり、この場合、特に硝酸カリウムが使用される場合
、相異なる硝酸塩の比率は所望の色あるいは発火の条件
に依存して調整する。

硝酸化炭化水素（ロ）は好ましくはニトロセルローズで
あって窒素の含有量の高いもの（ジニトロセルローズ）
である。

なぜなら、この化合物は組成物を成型するために極めて
効果的な結合剤である一方、一酸化炭素を生成するため
炎の着色影響はごく僅かである。

更にこのような炭化水素は特に高いエネルギー価を有し
かつガスを発生するため燃焼化合物（ハ）（この物質も
燃焼の際ガスを発生する）の役割を助長する。

火工業の分野において、炭水化物とアルカリ質化合物を
組みあわせたものを使用してしかも保蔵安定性のある組
成物を得ることはできないとされているが、我々は、２
０重量％ものニトロセルローズ及び６０重量％もの有機
燃焼化合物を含有する組成物はほんの僅かしか安定性が
損われるものでないこと、またこれら組成物の特性は外
部湿気からの保護を僅かに行うだけで、３年間保蔵して
も実質的に変化しなかったことがわかった。

他の硝酸化炭化水素、例えば硝酸化澱粉も使用できるが
、加水分解反応が容易に行われるため、このような結合
剤はニトロセルローズからなる結合剤よりも効果的でな
い。

これはニトロセルローズが粉末状成分全体を効果的に被
覆しており、それにより組成物の保蔵安定性が高められ
るからである。

この安定性によって、ニトロセルローズを主体とするこ
の組成物に対し、通常は使用がデリケートである多くの
特別な成分、例えば分解触媒、火炎もしくは組成物着色
剤、マグネシウム等を添加することが可能となる。

火工物品の場合、組成物のブロック体を被覆したり絶縁
材料中に浸漬したりすることによりこの安定性を更に高
めることができる。

金属成分は例えばアルミニウム或いはマグネシウム等の
金属、或いはこれらの合金がよい。

極めて微細な粒末であるアルミニウム及びマグネシウム
粉末或いはこれらのフレークは特に好適である。

組成物の調製及び成型のためには、硝酸化炭化水素を可
塑化することが通常必要である。

しかし可塑剤は火炎を黄変させることができる炭素構造
を有するため、第一に可塑剤の量は硝酸化炭化水素全重
量の２５％迄に限定すること、第二に使用する可塑剤は
相互に直接的に結合する炭素原子をできるだけ少ししか
ふくまないものであることが必要である。

好ましい可塑剤はポリエチレングリコールである。

成型の終った可塑剤が良好な機械的特性を有するために
は、組成物全重量の８％以下の可塑結合剤を含有するこ
とが好ましい。

特別な色効果が要求される場合、或いは特別な燃焼特性
が必要な場合には、組成物には着色剤及び／或いは分解
触媒を含有させるべきである。

火工物品業界で必要であるとされている諸注意及び安全
規則は、本発明組成物を製造する際にも採用されなけれ
ばならない。

しかしながら本発明組成物の製造は公知組成物製造の場
合よりも危険度が少く、安全規準は必要ならば緩和して
もよい。

組成物製造の一つの方法を述べると、次の通りである。

硝酸化炭化水素結合剤を例えばケトン、エーテル或いは
アルコールのような揮発性有機溶媒で湿らせ、次に残り
成分を添加し、全体を完全に混合した後成型処理する。

混合については溶媒を用いることにより極めて容易とな
るが、この溶媒は次いで除去する。

ニトロセルローズは結合剤として使用されるが、コロジ
オンの形に溶解して使用することが好ましい。

本発明組成物の有利な点としては、第一に、炎のかたま
りを生成するに十分な量のガスを発生しその結果、着色
火炎を生成することが必要な場合効果的なディスプレー
効果を得ることができ、かくして重大な進歩を画するの
である。

第二にこの組成物の燃焼することにより極めて純粋で光
輝豊かな光が得られる。

更にこの組成物はごく限定された量の煙及び燃焼残滓し
か発生せず、また燃焼速度を広い範囲にわたって調整す
ることができ、点火及び消火が極めて容易である。

また満足のゆく均一な燃焼を行うことができ、この均一
な燃焼は低エネルギー組成物を低速度で燃焼させる場合
にも可能である。

本発明の理解が容易となるよう、次に実施例を掲げる。

実施例に示すパーセントは重量パーセントである。

実施例 １ 硝酸ナトリウム ５０％ ジシアンジアミド ４０％ ニトロセルローズ １０％ 上記成分を完全に混合して後８ｍｍ直径のスティック（
棒体）を形成するように押出し処理を施した。

このスティックは、乾燥した後では、マッチで容易に点
火することができ、美しい黄色の光をだして燃えた。

スティックの燃焼速度は分速約５ｃｍであった。

実施例 ２ 硝酸バリウム ６６％ ジシアンジアミド １７％ ニトロセルローズ １７％ 上記成分を混合した後、得られたペーストにカレンダー
処理を施すことによりシート体とし、裁断し次いで乾燥
した。

得られたプレートは容易に点火することができ、魅力的
な緑の炎を出して燃えた。

炎の色は、所望するならば、例えば銅塩及びホウ素誘導
体などの着色剤を添加することにより変えることができ
る。

実施例 ３ 硝酸ストロンチウム ６１％ ジシアンジアミド １７％ ニトロセルローズ １１％ アルミニウム １１％ 上記のうち亘トロセルローズは１８％のポリエチレング
リコールを含有する粒子の形で使用し、アルミニウムの
平均粒子径は約２０ミクロンである。

これら成分の混合物をアセトンで湿らせ、成型し、乾燥
した。

得られた断片は容易に点火することができ、点火アルミ
ニウム粉末の白熱光により特徴ある小滝状の効果を生じ
た。

実施例 ４ 硝酸ストロンチウム ５０．５％ ジシアンジアミド ９％ シアヌール酸 ２４％ ニトロセルローズ １０％ マグネシウム ２．５％ 塩化ポリビニル ４％ 上記成分を混合することにより得られたペーストを、圧
縮成型し、次いて乾燥した。

得られた組成物は明るい赤の炎を出して極めてゆっくり
と燃えた。

吸熱燃焼反応を生ずるシアヌール酸の使用により、燃焼
速度を約３ｃｍ／分の割合にまで遅くすることができた
。

このような組成物は、信号用として使用するために特に
適している。

この組成物からなる火工品に対しては、点火を容易なら
しめるように引金具をとりつけることもできる。

実施例 ５ 硝酸ストロンチウム ６０％ ジシアンジアミド ２３．５％ ニトロセルローズ ５．５％ マグネシウム １１％ 上記成分よりなる組成物は、約１ｃｍ／秒の燃焼速度で
燃え、密度の高い赤色光をだして燃えた。

このような組成物は、空中での照明に特に有効である。

実施例 ６ 硝酸ストロンチウム ５５％ 硝酸カリウム ６％ ジシアンジアミド ２５％ ニトロセルローズ ５．５％ マグネシウム ８．５％ 上記組成物は紫−ピンクの光を生じたが、硝酸ナトリウ
ムの比率を大きくするとスミレ色（バイオレット）の光
を出した。

しかしながら、硝酸カリウムの比率を大きくした場合に
は、点火及び一様な燃焼の維持が難しい。

実施例 ７ 硝酸バリウム ６７％ ジシアンジアミド １０％ アゾジカルボンアミド ８％ ニトロセルローズ １５％ アゾジカルボンアミドの存在により、実施例２の組成物
よりもゆるやかに燃焼したが、炎の特性は同じであった
。

実施例 ８ 硝酸ストロンチウム ５２％ ジシアンジアミド １１％ ジメチロール尿素 ２６％ ニトロセルローズ １１％ この組成物の燃焼速度もまた遅いものであった実施例
９ 硝酸ストロンチウム ５９．２％ ジシア／ジアミド ２７．２％ アミノテトラゾール ６．８％ ニトロセルローズ ６．８％ 実施例 １０ 硝酸ストロンチウム ６７．５％ジシアンジ
アミド １６．５％へキサメトキシメチル
メラミン １１％ ニトロセルローズ ５％ この組成物は、成型しうる粉末となしうる塊として得ら
れた。

実施例 １１ 硝酸ストロンチウム ６６％ ジシアンジアミド １６．５％ ヘキサメトキシメチルメラミン ９％ ニトロセルローズ ７％ 酸化ポリプロピレン １．５％この組成物
は、成型可能な粉末の形で得られた。

実施例 １２ 硝酸バリウム ６５％ ヘキサメトキシメチルメラミン １９％ ニトロセルローズ １６％ この組成物は、成型可能なペーストの形で得られた。

実施例 １３ 硝酸ストロンチウム ６８．２％へキサ
メトロキシメルメラミン ２０．４％ポリプロビレ
ングリコールを１８％ 用いて可塑化したニトロセルローズ １１．４％この組
成物は可塑性物質塊の形で得られ、青白い赤色炎を出し
たが、この炎の色はリチウム塩を添加することにより強
められた。

実施例 １４ 硝酸ストロンチウム ７４．８％へキサ
メチレンテトラアミン １９．５％ポリプロピレ
ングリコールを１８％ 用いて可塑化したニトロセルローズ ５．７％この組
成物は粉末の形で得られた。

点火は容易であり、無視できるほどの量の煙を出して燃
え、簡単なプラスチックの袋に収納することができた。

本発明によるこれら照明用火工組成物は、固型ブロック
例えばスティック、プレート或いは円筒体の形に製造す
るのがよく、これらは遭難信号弾、一時的な照明を行う
航空用品、花火等の火工品に使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記成分（％は組成物全体に対する重量％をあらわ
   す）： （イ）少くとも一種のアルカリ金属もしくはアルカリ土
   類金属の硝酸塩を含有してなる安定した無機燃焼支持材
   を３０乃至７５％； （ロ）高エネルギー結合剤としての硝酸化炭水化物を３
   乃至２０％； （ハ）少くとも一種の不揮発生有機燃焼化合物であって
   、１００℃までの温度に安定であり、燃焼は全体的に発
   熱反応であり、炭素及び窒素を含有し、その分子のいず
   れの部分においても二個以下の炭素原子が直接に相互に
   結合しているような化合物を１２乃至６０％；及び （ニ）０乃至１５％の金属成分； からなり、（ニ）の成分の比率は（ハ）の比率を越えず
   、（イ）乃至（ニ）の各成分の相対的割合を、この組成
   物が点火し燃焼しうるように調整してなる、照明用火工
   組成物。 ２ 有機化合物（ハ）が少くとも二個の炭素−窒素結合
   を有してなる、特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３ 有機化合物（ハ）が少くとも一個の炭素−窒素複素
   環を有してなる、特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ４ 有機化合物（ハ）が炭素原子と窒素原子との少くと
   も一個の多重結合を有してなる、特許請求の範囲第１乃
   至３項のいずれかに記載の組成物。 ５ 有機化合物（ハ）のみが炭素以外の原子に化学的に
   結合している炭素を含有している、特許請求の範囲第１
   乃至４項のいずれかに記載の組成物。 ６ 有機化合物（ハ）が相互に直接的に結合している二
   個の炭素原子を有し、これらの炭素原子のうちの少くと
   も一つが、窒素、酸素、イオウ、塩素、臭素及びヨウ素
   のうちから選ばれた陰性原子と結合している、特許請求
   の範囲第１項記載の組成物。 ７ 成分（ハ）がジシアンジアミド、シアナミド、メラ
   ミン、トリー（ヒドロキシ−エチル）−イソシアヌレー
   ト、ヘキサメチレンテトラミン及びヘキサメトキシメチ
   ルメラミンのうちの一種または数種からなることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ８ 成分（ハ）が更に、シアヌール酸、アゾテトラゾー
   ル、アミノテトラゾール、エチレン尿素、グリコルウリ
   ル、ジメチル尿素、ジメチロール尿素及びアゾジカルボ
   ンアミドのうちの一種または数種をふくむことを特徴と
   する、特許請求の範囲第７項記載の組成物。 ９ 成分（ハ）が少くとも二種の揮発性有機燃焼可能化
   合物からなり、その一種がジシアンジアミドである、特
   許請求の範囲第１項記載の組成物。 １０ 成分（イ）が少くとも一種のアルカリ金属もしく
   はアルカリ土類金属の硝酸塩のみからなる、特許請求の
   範囲第１項乃至９項のいずれかに記載の組成物。 １１ 結合剤（ロ）がニトロセルローズである特許請求
   の範囲第１項乃至１０項のいずれかに記載の組成物。 １２ 金属成分（ニ）がアルミニウムもしくはマグネシ
   ウムである、特許請求の範囲第１項乃至１１項のいずれ
   かに記載の組成物。 １３ 組成物の全重量を基準として（イ）を４０乃至７
   ０％、（ロ）を５乃至２０％、（ハ）を１２乃至４５％
   （ニ）を０乃至１５％含有してなる、特許請求の範囲第
   １項乃至１２項のいずれかに記載の組成物。 １４ （イ）に対する（ハ）及び（ニ）の重量比が０．
   ２乃至１：１である、特許請求の範囲第１項乃至１３項
   記載のいずれかに記載の組成物。 １５ 成分（ロ）が組成物全重量の２５％を越えない量
   の可塑剤をふくんでなる、特許請求の範囲第１項乃至１
   ４項記載の組成物。 １６ 金属成分（ニ）の比率が成分（ハ）の６５％を越
   えない、特許請求の範囲第１項乃至１５項記載の組成物
   。 １７ 組成物全重量の８０％を越えない可塑結合剤を更
   にふくんでなる、特許請求の範囲第１項乃至１６項記載
   の組成物。 １８ 着色剤及び／もしくは分解触媒を更にふくんでな
   る、特許請求の範囲第１項乃至１７項記載の組成物。