MXPA01003013A - Composiciones monopropelentes y propelentes que incluyen dinitrato de monoaminoguanidina y poliaminoguanidina - Google Patents

Abstract

Una composición generadora de gas pirotécnico que incluye un combustible con un equilibrio alto de oxígeno que es el producto de reacción resultante de una sal de aminoguanidina o poliaminoguanidina yácido nítrico, específicamente dinitrato de aminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina, dinitrato de triaminoguanidina. Específicamente, el dinitrato de aminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina y dinitrato de triaminoguanidina se pueden utilizar como monopropelentes o en combinación con oxidantes y aditivos como una composición bipropelente sólida. En cada caso, el combustible o combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención proporcionan un rendimiento alto de gas y baja producción de productos de combustión sólidos. Específicamente, los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno se pueden incorporar en los generadores de gas, propelente de pistolas, dispositivo de inflado y expulsión, dispositivos de flotación, materiales pirotécnicos, dispositivo de superación de fuego y propelente de cohetes sin humo, con humo reducido y metalizados.

Description

COMPOSICIONES MONOPROPELENTES Y PROPELENTES QUE INCLUYEN DINITRATO DE MONOAMINOGUANIDINA Y POLIAMINOGUANIDINA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención La presente invención se relaciona ingredientes para uso en composiciones propelentes y generadoras de gas, y más específicamente a combustibles que contienen no equilibrio alto de oxígeno. Los combustibles son útiles en propelentes sin humo, con humo reducido y de cohetes metalizados, propelentes de pistolas y generadores de gas para cartuchos arrancadores de motores, dispositivos accionados por cartuchos, presurización de tanques propelentes de cohetes líquidos, asientos de expulsión de aeronaves, dispositivos metálicos operados por pistón, sistemas de inmovilización de ocupantes de bolsa de aire para automóviles, dispositivos de inflado y expulsión, dispositivos de protección y dispositivos de supresión de fuego. 2. Antecedentes de la técnica Existe una demanda alta para las composiciones propelentes y generadoras de gas que, al quemarse, proporcionan velocidades de quemado aceptables y proporcionan, a temperaturas de flama relativamente baja, un volumen alto de gas sustancialmente no tóxico y un volumen bajo de material particulado sólido que pueden producir humo. Es importante que sea mínimo el sólido resultante de los subproductos de la combustión de las composiciones propelentes sólidas y los productos de combustión gaseosos sean sustancialmente no tóxicos y no corrosivos. En el pasado se han utilizado diversas composiciones de propelentes y generadores de gas en un intento por alcanzar las características deseables anteriores . Las composiciones de propelentes de la técnica anterior de baja vulnerabilidad clase 1.3, con humo mínimo y humo reducido se han bajado en nitrato de amonio, pero estas composiciones muestran velocidades bajas de quemado y requieren el uso de estabilizantes de base en el oxidante lo que resulta en la formación de particulados sólidos en el gas de escape. Las composiciones propelentes también se han desarrollado para incluir la adición de modificadores a temperaturas para disminuir la flama e incrementar la producción de gas . Se pueden agregar ingredientes adicionales tales como glutinantes, auxiliares de ignición, formadores de escorias, eliminadores y catalizadores para mejorar diversas características del propelente subyacente. Sin embargo, los modificadores e ingredientes adicionales con mucha frecuencia mejoran un aspecto de la composición de propelante y que también contribuyen a la producción de subproductos indeseables y pueden incrementar la corrosividad de los mismos . Esto es particularmente poco ventajoso para la propulsión o dispositivos mecánicos lo que requiere un gas de alta presión con el fin de funcionar apropiadamente, cuyos ejemplos incluyen pistolas, motores de cohetes, tanques de combustible de propelente líquido, motores de chorro, dispositivo de inflación, etcétera. La Patente de los Estados Unidos No. 5,386,775 describe una composición generadora de gas libre de acida para inflar una bolsa de inmovilización de seguridad para un ocupante de un automóvil o aeronave que se alega reduce la toxicidad de los gases producidos por los generadores de gas . Específicamente, un combustible que contiene nitrógeno de relativamente baja energía se combina con un acelerador de velocidad de quemado tal como una sal de metal alcalino. El combustible puede ser mononitrato de guanidina, oxamida, oxalato de amonio bicarbonato de aminoguanidina, nitrato de glicina, hidrazidocarbonamida o azodicarbonamida. La Patente de los Estados Unidos No. 5,608,183 describe una composición generador de gas que contiene nitrato de amina y nitrato de cobre básico o trinitrato de tiamina de cobalto o ambos. Esta composición generadora de gas se produce como una alternativa a las formulaciones generadoras de gas que no son de azida. La Patente de los Estados Unidos No. 2,929,698 describe una composición de explosivo producida a partir de mononitrato de diaminoguanidina, monoperclorato o sal de monopicrato de un agente ácido tal como ácido nítrico, ácido perclórico o ácido picrico. La presente invención pertenece a composiciones propelentes o generadoras de gas (no explosivos) que contienen combustibles de equilibrio alto en oxígeno en base en sales de dinitrato de monoaminoguanidina, diaminoguanidina y triaminoguanidina de ácido nítrico. Las sales de ononitrato descritas en la patente "698 no muestran un equilibrio alto de oxígeno mostrado por la presente invención. Sin el equilibrio alto de oxígeno obtenido por los combustibles de la presente invención, sería necesaria una mayor concentración de un oxidante, tal como un nitrato de amonio estabilizado en fase (PSAN) perclorato de amonio (AP) o perclorato de potasio (KP) para mantener una relación aceptable de oxígeno respecto a combustible. Esto podría resultar en un funcionamiento menor y una concentración significativamente mayor de gas corrosivo o particulado de humo en el gas de escape. Una composición generadora de gas principal que tiene las características deseables para uso en sistemas de inflado contiene nitrato de estroncio y 5-aminotetrazol (SrN/5ATZ) como constituyentes principales. Esta formulación es relativamente no tóxica cuando se compara con los sistemas de azida de sodio, tiene buenas propiedades de balística y retiene la mayor parte de los productos de combustión sólidos como una escoria o desecho en las áreas de combustión o filtración de la unidad infladora. Estas formulaciones también muestran temperaturas aceptables de flama de 2250 °K a 2750 °K, dependiendo de la estequiometría de la formulación y la relación de oxígeno respecto a combustible (O/F) además, las formulaciones de nitrato de estroncio y 5-aminotetrazol son relativamente no hidroscópicas y los ingredientes no muestran los cambios de fase cristalina sobre el intervalo de temperatura de operación necesario. Sin embargo, tal formulación adolece con respecto al rendimiento de gas, especialmente en los sistemas de volumen limitado de una bolsa de aire lateral de un conductor. Este es debido a que se requiere una alta concentración de nitrato de estroncio para mantener un equilibrio neutro O/F. Debido a que los diseños de inflador para uso en sistemas de restricción de seguridad automotriz se vuelven más pequeños y por lo tanto más limitados en cuanto a volumen, se requieren propelentes para proporcionar mayor rendimiento de gas y aún así retener los atributos deseables de los sistemas de nitrato de estroncio/5- a inotetrazol . Además, las composiciones de SrN/5ATZ no son tácticas para uso en sistemas de pistolas, sistemas de cohetes, cartuchos arrancadores de motor de chorro debido al bajo funcionamiento y alta concentración de los productos de descomposición sólidos formados durante la combustión. Se han buscado soluciones para obtener las características atractivas de los propelentes indicados antes y al mismo tiempo resolver el problema de poco gas y altos sólidos en la salida de los mismos . Esto ha resultado en el desarrollo de propelentes basados en mezclas de perclorato de potasio y combustibles oxigenados tales como mononitrato de guanidina y mononitrato de a inoguanidina . Estos propelentes son relativamente no hidroscópicos, proporcionan excelente rendimiento de gas, velocidades altas de quemado y únicamente aproximadamente dos tercios de los productos de combustión sólidos de los propelentes basados en nitrato de estroncio y 5-aminotetrazol indicados antes. Desafortunadamente, para uso en cohetes y en sistemas de pistolas, estas formulaciones aún adolecen de excesivos productos de combustión sólidos. En sistemas de bolsa de aire, los productos de combustión sólidos no forman desechos o escorias que se depositen en el área de combustión o filtración, sino que en vez de esto forman particulados muy finos en la corriente de gas que resultan en gases de escape con humo y sucios . Los productos de combustión de gases de escape con humo o sucios no son deseables militar o comercialmente. Esto es particularmente válido para sistemas de armas militares en donde la detección por un adversario de la posición de lanzamiento de un misil es inaceptable. Esto también es válido para sistemas de bolsa de aire automotriz debido a que la producción de tal producto puede provocar ansiedad indebida a los conductores y pasajeros involucrados en un accidente de automóvil en los cuales se despliegan las bolsas de aire. Como un resultado, existe la necesidad de un material propelente o un generador de gas para uso en diversas aplicaciones que muestra un rendimiento y funcionamiento alto de gas sobre la combustión, pero que no produce los subproductos no deseados cuando se somete a combustión.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN El objetivo de la presente invención es mejorar y resolver las deficiencias de la técnica anterior para proporcionar un propelente de cohete, un propelente de pistola o una composición generadora de gas pirotécnico que, cuando se queme, produzca un rendimiento alto de gas y una velocidad de quemado aceptable con productos de combustión no gaseosos limitados . La presente invención proporciona una fuente de gas de alto rendimiento para uso en dispositivos mecánicos, cartuchos arrancadores de motor a chorro, sistemas de cohetes y pistolas y en sistemas de seguridad automotores .

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un propelente sólido o una composición generadora de gas pirotécnico que incluya un combustible de equilibrio alto de oxígeno en base en dinitrato de aminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina o dinitrato de triaminoguanidina que produzca un rendimiento alto de gas deseable a una temperatura de combustión baja y con productos de combustión no gaseosos reducidos . Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un combustible con un equilibrio alto de oxígeno el cual puede servir como un monopropelente sólido. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un propelente sólido o composición generadora de gas capaz de producir un rendimiento de gas sustancialmente alto cuando se somete a combustión para uso como un propelente de cohetes o de pistolas o un propelente de una bolsa de aire de automóvil. Adicionalmente, la composición de la presente invención también se puede utilizar para inflar artículos como balsas inflables o rampas de escape de pasajeros de un aeroplano, así como para equipos pirotécnicos, mezclas de ignición y dispositivos de supresión de fuego. Desde un punto de vista práctico, la composición de la presente invención también puede incluir aditivos utilizados hasta ahora con otras composiciones generadoras de gas, tales como oxidantes, catalizadores de conversión de gas, modificadores balísticos, formadores de escoria, auxiliares de ignición, plastificantes energéticos y aglutinantes, aglutinantes energéticos y no energéticos y auxiliares formadores de compuestos. Los objetivos anteriores se obtienen generalmente por una composición propelente sólida o una composición generadora de gas pirotécnico que incluye un compuesto con un alto equilibrio de oxígeno que es el resultado de un producto de reacción blanco/de color transparente de una sal mono o poliamonoguanidina con ácido nítrico, un ejemplo de la cual- es dinitrato de aminoguanidina formada por la reacción de nitrato de aminoguanidina y ácido nítrico. Específicamente el producto de reacción es un material blancuzco/transparente que se puede utilizar solo, sin oxidantes u otros aditivos, o que se puede someter a combustión en combinación con oxidantes u otros aditivos. En cada caso, la composición generadora de gas proporciona tanto una salida alta de gas como una baja producción de productos de descomposición sólidos cuando se someten a combustión. Otros ejemplos de la presente invención incluyen sales de dinitrato de poliaminoguanidina, cuyos ejemplos incluyen diinitrato de diaminoguanidina (DAGDN) y dinitrato de triaminoguanidina (TAGDN) . Como se describe en lo anterior, un ejemplo de la presente invención es el producto de dinitrato de aminoguanidina (AGDN) . Además, el combustible con un alto equilibrio de oxígeno de la composición generadora de gas pirotécnico de la presente invención también se dirige al uso de producto o productos de reacción de color blancuzco/transparente de una sal de aminoguanidina o poliaminoguanidina con ácido nítrico. Las composiciones propelentes de la presente invención generalmente se preparan por los métodos utilizados hasta ahora para las composiciones de la técnica anterior y generalmente aunque no de manera exclusiva, involucran la combinación en seco o en húmedo, con o sin aglutinantes, seguido por vaciado y curado o compactación de los ingredientes triturados seleccionados para combinación. En vista de las características ventajosas de la composición generadora de gas de la presente invención, específicamente en la salida con alto contenido de gas, una baja producción de productos de combustión sólidos y una velocidad de quemado aceptable, los combustibles con alto equilibrio de oxígeno de la presente invención tienen aplicaciones en propelente de cohetes, propelentes de pistolas, equipo pirotécnico, mezclas de ignición, sistemas de bolsa de aire de automóvil, balsas inflables o rampas de escape de pasajeros y dispositivo de suspensión de fuego. Para propósitos de la presente invención, los términos propelentes y generadores de gas se utilizan de manera intercambiable. Además, para los propósitos de esta invención, las reacciones mostradas están con componentes anhidros. Sin embargo, también se contempla el uso de componentes no anhidros .

DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS FIGURAS La figura 1 es un espectro de absorción inflado del producto de reacción, dinitrato de aminoguanidina, de la presente invención. La figura 2 es una calorimetría de exploración diferencial de dinitrato de aminoguanidina realizada de acuerdo con la presente invención. La figura 3 es una calorimetría de exploración diferencial adicional de dinitrato de aminoguanidina realizada de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La invención proporciona un combustible con un equilibrio alto de oxígeno para uso en un propelente sólido, el cual, cuando se somete a combustión, proporciona un rendimiento alto de gas y productos mínimos de combustión sólido y el cual es útil para diversos propósitos . Como se puede ver, las composiciones basadas en los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno descritas en la presente invención son particularmente útiles como un propelente de pistola, un propelente de cohetes, generador de gas pirotécnico, mezcla de ignición, etcétera. Además, los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención tienen las características deseables de ser un monopropelente. Como un resultado, la composición generadora de gas de la presente invención puede ser un monopropelente sólido de un solo ingrediente; un aditivo mejorador de la velocidad de quemado; y un ingrediente en un lado impulsor completamente pirotécnico así como dispositivos de inflado híbridos convencionales y oxigenados para sistemas de seguridad de bolsa de aire en automóviles. Los objetivos y ventajas adicionales de la presente invención serán evidentes fácilmente para aquellos expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada en donde se muestran y describen las modalidades preferidas de la invención de alguna manera sencilla a modo de ilustración del mejor modo contemplado para llevar a cabo la invención. Como se observará, la invención es capaz de otras modalidades diferentes y sus diversos detalles son capaces de modificaciones de diversos aspectos obvios, todos sin apartarse de la invención. En consecuencia, las figuras y la descripción se deben considerar únicamente de naturaleza ilustrativa y no limitante. De manera más específica, las composiciones de propelente sólido de la presente invención incluyen un combustible con un equilibrio alto de oxígeno que se prepara a partir de la reacción de ácido nítrico y una aminoguanidina o sal de poliaminoguanidina para formar la sal de dinitrato representativa, un ejemplo de la cual es dinitrato de aminoguanidina (AGDN) , CHßN606, que se mostrará estructuralmente como: NH, N 03NH H2N- -NH, HN03 o CN4H8 (N03"): como se describe en Mutikainen et al., Die Pharmazie (Octubre de 1994) . Sin embargo, esta invención no se limita a AGDN, dinitrato de diaminoguanidina (DAGDN) y dinitrato de triaminoguanidina (TAGDN) , sino que también está dirigida a un producto de polinitrato sólido de color blancuzco/transparente de la reacción de ácido nítrico y una sal de aminoguanidina o poliaminoguanidina como se proporciona con detalle en lo siguiente. El trabajo indicado antes de Mutikainen et al., está en conjunción con la investigación de materiales para sus propiedades farmacológicas, el cual es completamente diferente de la presente invención. La aminoguanidina tiene la propiedad, similar a hidracina, de funcionar como una base diácida la cual, cuando reacciona con ácido nítrico bajo condiciones apropiadas, resulta en la formación de una sal dinitrada de aminoguanidina en vez de la forma mononitrada convencional utilizada en los generadores de gas en la técnica anterior. La diaminoguanidina y triaminoguanidina, además de la aminoguanidina, también son adecuadas para formar dinitratos. Por lo tanto, de acuerdo con esta invención, el dinitrato de monoaminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina y dinitrato de triaminoguanidina ya sea por separado o en mezclas de los mismos, se describen en la presente para uso como formulaciones y monopropelentes o bipropelentes para uso como propelentes de cohetes de material sólido sin humo, de humo reducido o sólido metalizado y propelentes de pistolas . Estas formulaciones también tienen utilidad para uso en sistema de inmovilización de ocupantes de bolsa de aire para automóviles, dispositivos de inflado y expulsión, dispositivos de flotación, materiales de ignición, materiales pirotécnicos y dispositivos para supresión de fuego. Además, esta invención incluye cualquier compuesto de aminoguanidina, diaminoguanidina o triaminoguanidina o mezclas de los mismos con dos o más grupos nitrato o con una combinación de dos o más grupos nitro o nitrato. Además, se comprenderá que las enseñanzas en la presente abarcan las formas anhidra así como la hidratada de los compuestos . Los propelentes de humo mínimo sólidos de la técnica anterior, tales como aquellos que contienen nitrato de amonio, generan muy pocos productos de combustión sólidos, pero tienen muchas otras propiedades que los vuelven menos deseables . Por ejemplo, el nitrato de amonio es hidroscópico. Además, en composiciones generadoras de gas, propelentes, su uso resulta en una velocidad baja de quemado y un exponente alto de presión a presiones de operación de 1000-2000 psi. En consecuencia, una composición de propelente que contiene nitrato de amonio como el oxidante principal debe quemarse a presiones muy altas, por ejemplo 4000-6000 psi, y se sellan para evitar que la humedad haga contacto con la composición. Además, el nitrato de amonio típicamente requiere el uso de estabilizante de fase, tales como compuestos de potasio, lo que genera productos de combustión sólidos. Los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención resuelven muchas de las características indicadas antes, menos que deseables, asociadas con las formulaciones propelentes de nitrato de amonio . Específicamente, las composiciones incluyen al dinitrato de aminoguanidina o de poliaminoguanidina como combustibles con un equilibrio alto de la presente invención que muestran un rendimiento de gas alto con poco o nula producto de combustión sólido resultante o ceniza, y al mismo tiempo proporcionan velocidades de quemado aceptables para uso en aplicaciones de propelente y de generación de gas. Como un resultado, la composición de la presente invención no tiene que quemarse a una presión tal alta como las composiciones propelentes generadoras de gas de nitrato de amonio indicadas antes . Las composiciones de propelente que contienen dinitrato de aminoguanidina o de poliaminoguanidina de la presente invención pueden funcionar solas si se desea como un monopropelente, como se indica antes, o pueden incluir un oxidante. Preferiblemente, la composición de propelente incluye 2-100% en peso de combustible con un equilibrante de oxígeno de la presente invención, y de manera más preferible, 50-100% en peso. También se pueden agregar otros materiales a la composición para mejorar el funcionamiento, procesamiento, auxiliares de ignición, mejoradores de balística, mejoradores de envejecimiento y estabilidad térmica, mejoradores de propiedades peligrosas, particulados reductores, aglutinantes y eliminadores de productos de combustión gaseosos indeseables . Un solo oxidante u oxidantes múltiples, con o sin un plastificante o aglutinante energético se pueden combinar con un combustible con un equilibrio alto de la presente invención para suministrar oxígeno adicional para obtener el equilibrio deseado de oxígeno respecto a combustible (O/F) durante la combustión. Puesto que los combustibles con un equilibrio alto de la presente invención incluyen dinitrato de aminoguanidina o poliaminoguanidina contienen una cantidad más grande de oxígeno en comparación con los combustibles anteriores utilizados en composiciones propelentes y generadoras de gas, es necesaria una cantidad más pequeña de oxidante para proporcionar el equilibrio deseable O/F. Los oxidantes adecuados metálicos y no metálicos se conocen en la técnica y generalmente comprenden nitritos, nitratos, cloritos, cloratos, percloratos, óxidos, peróxidos, persulfatos, cromatos y percromatos de no metales, metales alcalinos, metales alcalinoterreos, metales de transición y complejos de metales de transición y mezclas de los mismos . Los oxidantes preferidos incluyen perclorato de amonio, nitrato de amonio estabilizado en fase, perclorato de potasio, nitrato de estroncio, nitrato de potasio, nitrato de sodio, nitrato de bario, clorato de potasio y mezclas de los mismos. Los oxidantes preferidos son utilizados generalmente en una concentración de aproximadamente 0-50% en peso de la composición total de gas propelente. Se pueden agregar combustibles metálicos a las composiciones propelentes que contienen el dinitrato de aminoguanidina o poliaminoguanidina con combustibles con equilibrio de oxígeno elevado de la presente invención. Los combustibles metálicos adecuados incluyen aluminio, circonio, magnesio y otros polvos metálicos utilizados comúnmente en propelentes sólidos.

Además de los aditivos indicados antes, el combustible con un alto equilibrio de oxígeno de la presente invención también se puede combinar con otros combustibles o materiales energéticos con plasticantes nitro o nitrato, o materiales energéticos y aglutinantes no energéticos para proporcionar una composición generadora de gas/propelente. Los combustibles adecuados para tal combinación con el combustible de la presente invención incluyen pero no se limitan a las familias de azido, hidrazina, guanidina, tetrazol, triazol, triazina, poliamina, nitramina (lineal y cíclica) y derivados de estas familias de combustibles así como mezclas de los mismos. Los plastificantes energéticos adecuados incluyen, pero no se limitan a trinitrato de butanotriol (BTTN) , nitroglicerina (NG) , dinitrato de trietilenglicol (TEGDN) , trinitrato de trimetiloletano (TMETN) y mezclas de los mismos. Un ejemplo de un aglutinante energético incluye polímero de glicidilazida (GAP) . Los eliminadores pueden ser deseables para controlar la producción de productos de combustión corrosivos . Por ejemplo, si se utiliza un oxidante no metálico, tal como perclorato de amonio, se puede producir cloruro de hidrógeno (HCl) como un producto de reacción resultante, el cual es claramente indeseable. Para evitar la producción de HCl, se puede utilizar un eliminador tal como nitrato de sodio para formar cloruro de sodio a su vez. Los eliminadores para gases tóxicos también se pueden utilizar. Puede ser deseable agregar aglutinantes para mejorar las propiedades mecánicas . Los aglutinantes adecuados incluyen poliéter y poliéster vaciado líquido/curado, poliuretano o aglutinantes de polibutiadeno. Los auxiliares de procesamiento sólido adecuados para formulaciones prensadas incluyen disulfuro de molibdeno, grafito, nitruro de boro, metal alcalino, metal alcalinoterreo y estearato de metal de transición. Otros aglutinantes incluyen polietilenglicoles sólidos, poliacetales, acetatos de polivinilo, alcoholes polivinílicos, policarbonatos tales como Q-PAC, fluoropolímeros disponibles comercialmente bajo el nombre comercial TEFLON y silicones. Los auxiliares de formación de compuestos utilizados en las presentes composiciones típicamente se utilizan en concentraciones de aproximadamente 0.1 a 10% en peso de la composición propelente total. Los aglutinantes típicamente se utilizan en concentraciones de 2-30% en peso de la composición propelente total . La combustión del combustible con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención también se puede controlar por la adición de modificadores balísticos que incluyen catalizadores de la velocidad de quemado, los cuales influyen en la sensibilidad de temperatura, exponente de presión y velocidad a la cual se quema el propelente. Tales modificadores balísticos se desarrollan principalmente para propelentes sólidos de cohetes, pero también se han encontrado útiles en generadores de gas para dispositivos inflables. Los ejemplos de modificadores balísticos útiles con la composición de la presente invención incluyen óxido de haluros del grupo 4 a 12 de la tabla periódica de los elementos (como se ha desarrollado por IUPAC y publicada por las CRC Press, 1989) ; azufre y sulforos metálicos; sales de metal de transición que contienen cobre, cromo, cobalto, níquel y mezclas de los mismos; y borohidruros de metal alcalino y de metal alcalinoterreo. Los borohidruros de guanidina y borohidruros de triaminoguanidina también se han utilizado como modificadores balísticos. Los modificadores balísticos organometálicos incluyen metalocenos, ferrocenos y acetonatos de acetilometálico. Otros modificadores balísticos incluyen sales de dicianamida, nitroguanidina, cromato de guanidina, dicromato de guanidina, tricromato de guanidina y percromato de guanidina. Los modificadores balísticos de utilizan generalmente en concentraciones que varían desde aproximadamente 1-20% en peso de la composición generadora de gas total. Otro aditivos que se encuentra que ayuda en la facilidad y temperatura de ignición así como en la combustión resultante de las composiciones generadores de gas es un auxiliar de ignición. Los auxiliares de ignición incluyen azufre elemental finamente dividido, boro, boro-nitrato de potasio (BKNO3) , carbono, magnesio, aluminio y metales de transición del grupo 4, óxido de metal de transición, hidruros y sulfuros, la sal de hidrazina de 3-nitro-l, 2, 4-triazol-5-ona y mezclas de los mismos. Los auxiliares de ignición se utilizan normalmente en concentraciones de 1-10% en peso de la composición total generador de gas. Se puede mejorar la formación de escoria filtrables por la adición de un formador de escoria. Sin embargo, tal formador de escoria puede no ser necesario en la presente invención en vista de la cantidad limitada de producto de combustión sólido que se genera. Los formadores de escoria adecuados, si se consideran necesarios, incluyen cal, borosilicatos, vidrios vycor, arcilla de bentonita, sílice, alúmina, silicatos, alu inatos, óxido de metal de transición, compuestos alcalinoterreos, compuestos lantánidos y mezclas de los mismos . También se pueden incorporar estabilizantes como centralita de etilo, 2-nitrodifenilamina (2-NDPA) , y 4- nitrodifenilamina (4-NDPA) , etcétera, dentro de los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención . La manera y orden en el cual los componentes de la composición propelente de la presente invención se combinan y forman compuestos no es crítica en la medida en que se obtenga una mezcla íntima y uniforme con buena integridad estructural, y la formación del compuesto se lleve a cabo bajo condiciones que no son indebidamente peligrosas y que no provocan descomposición de los componentes utilizados. Por ejemplo, los materiales se pueden procesar en una formulación de vaciado-curado con un mezclador de cuchillas sig, a BAKER-PERKINS cuando se combina en líquidos acuosos o no acuosos o cuando se combina en seco, con o sin aglutinantes o auxiliares de procesamiento, en un molino de bolas o en un agitador de pintura del tipo "RED DEVIL" y después se extruye, se forman granulos por moldeado por compresión o se forman en un grano monolítico fundible o moldeable por compresión. Los materiales también se pueden moler por separado o juntos con o sin aglutinantes u otros aditivos en un molino de energía fluida, un molino de vibroenergía "SWECO", o un micropulverizador bantam, y después se combinan o se combinan adicionalmente en un combinador V antes de su compactación. Los diversos componentes descritos en lo anterior para uso en un dinitrato de monoaminoguanidina o poliaminoguanidina novedoso con combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención se han utilizado hasta ahora en otras composiciones propelentes y generadoras de gas . Las referencias que involucran composiciones generadoras de gas que describen diversos aditivos incluyen las Patentes de los Estados Unidos Nos . 5,035,757; 5,084,118; 5,139,588; 4,948,439; 4,909,549 y 4,370,181. Como se describe en esta técnica y como será evidente para aquellos expertos en la técnica, es posible combinar las funciones de dos o más aditivos en una sola composición. Por lo tanto, las sales de metal alcalinoterreo de tetrazoles, bitetrazoles y triazoles no solo funcionan como componentes generadores de gas sino que también se pueden utilizar como formadores de escoria. También se ha encontrado que el nitrato de estroncio, por ejemplo, actúa no solo como un oxidante y un formador de escoria, sino también es efectivo como un modificador balístico, auxiliar de ignición, densificante y auxiliar de procesamiento. El dinitrato de monoaminoguanidina o poliaminoguanidina con combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención pueden utilizar mecanismos generadores de gas convencionales de la técnica anterior. A estos se hace referencia en la Patente de los Estados Unidos No. 4,369,079, incorporada en la presente como referencia. Generalmente, los métodos de la técnica anterior involucran en uso de un cartucho metálico sellado herméticamente que contiene una composición generadora de gas. Específicamente, ante el inicio de combustión por el quemado de una mecha, se rompe el mecanismo de sellado. Esto permite que el gas fluya hacia afuera de la cámara de combustión a través de varios orificios . Por supuesto, se pueden utilizar igualmente otros mecanismos generadores de gas para uso con la composición generadora de gas de la presente invención.

Debido a las tasas de quemado mostradas por los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención a presiones de operación moderada a baja, la invención también se puede considerar para uso en la forma física de un grano monolítico. Los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención también tienen la función de un monopropelente sólido. Además los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención permiten el uso de concentraciones mucho menores de componentes oxidantes y resultan en una concentración mucho menor de productos de combustión en forma de humo sólido y un mayor rendimiento de gas, lo cual es particularmente ventajoso para sistemas de volumen limitado. Como resultado, los combustibles con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención tienen aplicaciones tanto en sistemas de misil de humo mínimo y de humo reducido así como el sistema de generación de gas pirotécnico. Aunque el producto de reacción sólido blancuzco/transparente de nitrato de aminoguanidina y ácido nítrico descrito en la presente invención se supone que es un dinitrato de aminoguanidina (AGDN) , esta invención no se limita únicamente a este combustible específico con un equilibrio alto de oxígeno. La presente invención también pertenece al dinitrato de diaminoguanidina (DAGDN) y dinitrato de triaminoguanidina (TAGDN) . Por sencilles, el uso del término AGDN, DAGDN y TAGDN se refieren a las versiones tanto anhidra como con agua, a menos que se indique de otra manera específicamente . Con el fin de comprender mejor la función del combustible con un equilibrio alto de la presente invención, los ejemplos de las reacciones teóricas de AGDN como un ingrediente como un generador de gas pirotécnico se proporcionan a continuación, en donde la forma estructural del AGDN es la siguiente: NH, N 0,NH H2N- C -NH, HNO, o CN4H8+2 (NO,"). con la siguiente fórmula: CH8N60 (1) AGDN puro como un monopropelente sólido para uso en si mismo en generadores de gas, en sistemas híbridos de gas comprimido o en sistemas de ignición: CH8N606 4 H,0 + CO, 3 , 100.0% 36.0% 22.00% 42.00% 2.00 M 0.50 M 1.50 M Rendimiento total de gas: 100.0% en peso Rendimiento de gas total (Moles) : 4.000 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: Zero % en peso (2) AGDN/nitrato de aminocruanidina (AGN) /nitrato de litio: CH8N606 + CH7N503 + LiN03 ? Li20 + 7^H20 + 2C02 + 6N2 49.26% 33.74% 17.00% 3.69% 33.26% 21.67% 41.38% 0.123 M 1.848 M 0.493 M 1.478 M Rendimiento total de gas: 96.31% en peso Rendimiento de gas total (Moles) : 3.819 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 3.69% (3) AGDN/AGN/nitrato de sodio: CH8N606 + CH7N503 + NaN03 - ^Na20 + 7%H20 + 2 CO. + 6N2 47.39% 32.46% 20.14% 7.35% 31.99% 20.85% 39.81% 0.119 M 1.777 M 0.474 M 1.422 M Rendimiento total de gas: 92.65% en peso (O/F=l.00) Rendimiento de gas total (Moles) : 3.673 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 7.35% en peso (0/F=1.00) (4) AGDN/AGN/nitrato de cruanidina (GN) /nitrato de sodio : 2CH8N6Oé + CH7N503 + CH6N403 + 2NaN03 - Na20 + 14 H.0 + 4 C02 + 11MN2 + K02 48.25% 16.53% 14.72% 20.50% 7.48% 31.48% 21.23% 38.84 0.97% 0.121 M 1.749 M 0.483 M 1.387 0.30 Rendimiento total de gas: 92.52% en peso Rendimiento de gas total (Moles): 3.649 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 7.48% en peso (5) AGDN/nitrato de cruanidina (GN) /nitrato de sodio: CH8N606 + CH6N403 + NaN03 ? 3Na20 + 7 H20 + 2 C02 + 5^N2 + %02 49.14% 29.98% 20.88% 7.62% 30.96% 21.62% 37.84% 1.97 0.246 1.720 M 0.491 M 1.351 M 0.062 M Rendimiento total de gas: 93.39% en peso Rendimiento de gas total (Moles) : 3.624 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 7.61% en peso (6) AGDN/nitrocruanidina/nitrato de sodio: CH8N606 + CH4N402 + NaN03 ? 3¿Na20 + 6 H20 + 2 C02 + 5 N2 + >2 51.41% 26.74% 21.85% 7.97% 27.76% 22.62% 39.59% 2.06 0.129 M 1.542 M 0.514 M 1.414 M 0.064 M Rendimiento total de gas: 92.03% en peso Rendimiento de gas total (Moles) : 3.534 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 7.93% en peso (7) AGDN/GN/nitrato de estroncio: CH8N606 + CH4N403 + ^Sr(N03)2 ? SrO + 7 H20 + 2 C02 + 5^N2 + W2 46.73% 28.50% 24.77% 12.15% 29.44% 20.56% 35.98% 1.87% 0.117 M 1.636 0.467 1.285 0.058 Rendimiento total de gas: 87.85% en peso Rendimiento de gas total (Moles): 3.446 Moles/100 grams Productos de combustión sólidos totales: 12.15% en peso Como se proporciona por las reacciones teóricas anteriores de AGDN, es posible un rendimiento sustancial de gas mediante la utilización del combustible de la presente invención. En la mayor parte de los casos, la salida de gas es de más de 90% en peso. Incluso a un nivel mayor de producto de combustión sólidos formados, el generador de gas de la presente invención que utiliza AGDN produce menos productos de combustión sólidos en comparación con las composiciones generadoras de gas anteriores . El proceso específico para obtener los combustibles con un equilibrio elevado de oxígeno resultante de la presente invención, un ejemplo del cual es el dinitrato de aminoguanidina que se forma a partir de la reacción de nitrato de aminoguanidina y ácido nítrico, se proporcionan a continuación. Además, el uso del producto de reacción resultante, con diversos aditivos también se proporciona para demostrar los rasgos ventajosos del mismo. En consecuencia, se utiliza dinitrato de aminoguanidina en los ejemplos que se proporcionan a continuación en los que se hace referencia a las placas prismáticas reales del ejemplo 1.

Ejemplo 1 La preparación de dinitrato de aminoguanidina de la presente invención se lleva a cabo utilizando la siguiente reacción, como se describe por Mutikainen, Koskinen, and Elo, Die Pharmazie (Octubre de 1994) : 2HN03 + CH6N4-H2C03 - CH6N4 • 2HN03 + C02 + H20 Específicamente, se hacen reaccionar 2.2 moles de ácido nítrico con 1.0 moles de carbonato de aminoguanidina y se calienta a 60°C durante 40 minutos. Se permite que la solución incolora se evapora temperatura ambiente y se vuelve placas prismáticas incoloras . Se utiliza una muestra de AGDN para determinar el punto de fusión. La muestra se calienta en una placa de aluminio de aproximadamente 40°F por minuto y proporciona un punto de fusión de 107-110°C (225-230 °F) . La muestra comienza con microburbujeo a 135°C (275°F) , y un burbujeo mayor a 440°F con bordes de burbuja de color pardusco a 232 °C (450°F) .

Aparece humo a 450 °F y se produce una descomposición mayor a 250-255°C (480-490°F) . El residuo negro resultante a aproximadamente 270°C (258 °F) es mínimo comparado con la muestra original y el pH es de aproximadamente 4.0. Cuando se coloca una muestra de AGDN en una placa de vidrio y se somete a una flama incidente de una antorcha de propano, la fusión se produce de inmediato lo que resulta en un residuo lechoso cuando se retira la antorcha. El pH del residuo es de aproximadamente 2.0 a 3.0. La figura 1 proporciona un espectro infrarrojo para dininitrato de aminoguanidina de la presente invención. Las figuras 2 y 3 son gráficas de calorimetría de exploración diferencial del dinitrato de aminoguanidina de la presente invención. Los datos de peligro también se recolectaron para el dinitrato de aminoguanidina de la presente invención, el cual se resume a continuación en la tabla 1.

TABLA 1 DATOS DE PELIGRO PARA DINITRATO DE AMINOGUANIDINA IMPACTO, E0 10 NEG @ 1.0 KG @ 50 cm Fricción , AOL 10 NEG @ 300 psi @ 90° EDS 10 NEG @ 6 Joules Los datos que se muestran en la tabla 1 indican que AGDN es razonablemente aceptable con respecto a la sensibilidad al impacto, fricción y descarga electrostática. Los datos termoquímicos también se recolectaron mediante la utilización de un programa de termoquí ica de equilibrio computarizado . Específicamente, se recolectaron tales datos a partir de dinitrato de aminoguanidina. En la tabla 2 a continuación se proporcionan los resultados de estos datos . Estos datos proporcionan un perfil termoquímico para la combustión de AGDN a 100 psia, y la temperatura de flama asociada así como las moles de gas formadas en condiciones de equilibrio. Los datos indican que la temperatura de flama y el rendimiento de gas de AGDN es conducente para uso en sistema de generación de gas .

Como se puede ver a partir de los ejemplos anteriores y de las pruebas correspondientes, el combustible con un equilibrio alto de oxígeno de la presente invención muestra atributos de propelente atractivos y puede ser útil en muchos ambientes generadores de gas pirotécnico.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Una composición generadora de gas pirotécnico, caracterizada porque comprende: un combustible con un equilibrio alto de oxígeno, en donde el combustible con un equilibrio alto de oxígeno se selecciona del grupo que consiste de dinitrato de aminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina, dinitrato de triaminoguanidina y mezclas de los mismos.

2. La composición generadora de gas pirotécnico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende 2-100% en peso de un combustible con un equilibrio alto de oxígeno.

3. La composición generadora de gas pirotécnico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende 50-100% en peso del combustible con equilibrio alto de oxígeno .

4. La composición generadora de gas pirotécnico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende además un oxidante, el generador de gas comprende 0-50% en peso del oxidante.

5. La composición generadora de gas pirotécnico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque comprende 0-60% en peso del oxidante.

6. Una composición generadora de gas pirotécnica de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque incluye además por lo menos un aditivo que se selecciona del grupo que consiste de un eliminador, auxiliar de ignición, iniciador de ignición, catalizador de conversión de gas, modificador balístico, formadores de escoria, aglutinantes, aglutinantes energéticos, plastificantes, plastificantes energéticos, combustibles, estabilizantes, agentes de curado, catalizadores de curado, reticuladores, refrigerantes y auxiliares formadores de compuestos y mezclas de los mismos .

7. La composición generadora de gas pirotécnico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el oxidante se selecciona del grupo que consiste de nitratos, nitritos, cloratos, cloritos, percloratos, cromatos no metálicos, de metal alcalino, de metal alcalinoterreo, de metal de transición y complejos metal de transición, o mezclas de los mismos .

8. La composición generadora de gas pirotécnico, de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el oxidante comprende nitrato de sodio y perclorato de amonio.

9. La composición generadora de gas pirotécnico, de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el oxidante comprende nitrato de amonio .

10. La composición generadora de gas pirotécnico, de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el oxidante comprende perclorato de amonio, la composición comprende además un aditivo que se selecciona de por lo menos uno del grupo que consiste de perclorato de amonio, nitrato de amonio estabilizado en fase, perclorato de potasio, nitrato de estroncio, nitrato de potasio, nitrato de litio y carbonato de litio, y mezclas de los mismos.

11. Un método para inflar un artículo capaz de retener gas, caracterizado porque comprende las etapas de: hacer reaccionar una composición generadora de gas que comprende un combustible con un equilibrio alto de oxígeno, en donde el combustible con un equilibrio alto de oxígeno se selecciona del grupo que consiste de dinitrato de aminoguanidina, dinitrato de diaminoguanidina, dinitrato de triaminoguanidina y mezclas de los mismos; generar un gas y un material sólido como productos de reacción de la reacción del combustible con un equilibrio alto de oxígeno; hacer pasar el gas y el material sólido en un filtro, retener por lo menos una porción del material sólido en el filtro y permitir que el gas salga; hacer pasar el gas filtrado dentro del artículo, por lo que se infla el artículo.