BRPI0708248A2 - composição de ignição e seu uso - Google Patents
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Abstract
COMPOSIçãO DE IGNIçãO E SEU USO. A invenção refere-se a uma composição de ignição e a suas aplicações, a composição compreendendo pelo menos (a) uma fração explosiva que inclui pelo menos um explosivo primário, (b) um sistema de óxido-redução e (c) um aglomerante, no qual a fração explosiva da composição representa 9 a 35% em peso da composição, os explosivos primários são pelo menos tetrazeno, e o tetrazeno representa pelo menos 95% em peso da fração explosiva.
Description
COMPOSIÇÃO DE IGNIÇÃO E SEU USO
A presente invenção refere-se a uma composição deignição destinada a incorporar uma cadeia pirotécnica paraassegurar ignição, separação ou destruição. A composição deignição é uma massa de material detonante que irá servir paratransformar uma ação geralmente mecânica, por exemplo,percussão, em uma ação pirotécnica, provocando inflamação deuma carga em pó ou explosiva. A invenção será maisparticularmente descrita na aplicação dos cartuchos de caçaou esporte, mas não limitada a essa utilização e pode convira qualquer sistema de deformação por explosão, por exemplo,na indústria automobilística, ignição para uma almofadainflável de segurança (airbag) ou um prendedor de cinto desegurança.
A composição de ignição tradicionalmente consiste em umafração explosiva compreendendo um ou vários explosivosprimários e um ou vários explosivos secundários, um sistemade oxido-redução e, possivelmente, um aglomerante e um agentede fricção. Entre os explosivos primários, o fulminato demercúrio e nitrito de chumbo, por si só, já não são maisutilizados devido à corrosão muito importante que eles geramem armas e resíduos a base de mercúrio ou chumbo que ocorremno meio ambiente. Utilizam-se geralmente misturas deexplosivos primários, escolhidos entre as misturastrinitrorresorcinato de chumbo e tetrazeno. Assim, sãocomercializadas das composições que respondem a formulaçãoseguinte:
- Uma fração explosiva que compreende a título deexplosivo primário, cerca de 35% de trinitrorresorcinatode chumbo e 3 e 4 % de tetrazeno, em pesos, em relaçãoao peso total da composição,
- Um sistema de óxido-redução e
- Um aglomerante.
Mais recentemente, têm sido desenvolvidas composições deignição isentas de chumbo com uma fração explosivaconstituída por misturas de diazodinitrofenol e tetrazeno,uma proporção de tetrazeno que pode alcançar até 40% paracada uma, em pesos, em relação ao peso total da composição
A patente FR-A-2 730 991 descreve uma composição deignição destinada a cartuchos de armas ligeiras,compreendendo 20-40% em peso de diazodinitrofenol e 5-20% empeso de tetrazeno e um sistema de óxido-redução compreendendometais e óxido de estanho. EP-A-1216215 descreve umacomposição de ignição incluindo 5-40%, em peso, de umexplosivo escolhido entre nitroésteres e nitraminas, 5-40%,em peso, de tetrazeno, um sistema de óxido-redução, umaglomerante e um agente de fricção. As composiçõespreferencialmente descritas compreendem sempre uma fraçãoexplosiva com uma proporção de pelo menos 50%, em peso, dacomposição.
Nesta busca de composições menos prejudiciais e menospoluentes, a requerente descobriu que tetrazeno ou hidrato de1 (5-tetrazolil)-4-guanil tetrazeno, poderia ser usado em umacomposição de ignição, como explosivo primário majoritário,até mesmo como único constituinte da fração explosiva. Estadescoberta apresenta diversos interesses. Em primeiro lugar,a fração explosiva assim obtida é livre de chumbo. Alémdisso, a fração surpreendente utiliza tetrazeno comoexplosivo primário majoritário ou como único explosivoprimário permite baixar a proporção da fração explosiva nacomposição de ignição.
Assim, a invenção refere-se a uma composição de igniçãoque compreende pelo menos (a) uma fração explosiva quecompreende pelo menos um explosivo primário, (b) um sistemade óxido-redução e (c) um aglomerante, composição, na qual, afração explosiva representa 9 a 35% em peso, da composição, eo explosivo primário pelo menos é o tetrazeno que representapelo menos 95% em peso da referida fração explosiva.Preferivelmente, o tetrazeno representa pelo menos 99% empeso da fração explosiva.
Uma composição da invenção é obtida através de umprocesso simplificado que evita usar uma linha adicional desíntese de outro explosivo primário, a referida composição éeficaz, mesmo na ausência de qualquer outro explosivoprimário ou até mesmo explosivo secundário.
Além disso, o processo industrial de síntese detetrazeno que passa pela reação de um sal de nitrito e de umsal neutro de guanidina, produto de águas-mãe que é tratadopor um processo de destruição físico-químico sem causarpoluentes que contenham metais pesados. Mais especificamente,um processo industrial preferencial para obter o tetrazenocompreende reação, agitação de uma solução aquosa de sal denitrito, por exemplo, nitrito de sódio e de uma soluçãoaquosa de um sal neutro de guanidina, tal como, sulfato deguanidina, na ausência de um ácido mineral e na presença,possivelmente, de ácido acético e/ou um agente decristalização. Para obter uma composição da invenção, outrosingredientes são misturados, em seguida a mistura écomprimida e depois seca.
De acordo com uma modalidade preferencial para aobtenção de uma composição da invenção, que implementa umprocesso ao tetrazeno é se formar in situ. De acordo com esteprocesso, uma mistura seca do sal de nitrito e um sal neutrode guanidina, ou seja, os reagentes para a preparação dotetrazeno, bem como os outros ingredientes constitutivos dacomposição. Coloca-se uma dosagem de quantidade adequadadesta mistura seca na célula de ignição, comprime e, emseguida, umidifica a mistura, esta etapa provoca a formaçãodo tetrazeno e, finalmente, seca-se a composição. Este métodoé adaptado para todos os reagentes de partida para a síntesedo tetrazeno, a saber, nitrito de sódio e/ou sulfato deguanidina e todos os ingredientes constitutivos da composiçãoda invenção. Este processo é muito vantajoso, à medida quecombina segurança de manipulação e segurança ambiental.
A invenção tem igualmente por objetivo uma composição,como descrito acima, cuja fração explosiva não compreendeoutros explosivos primários além do tetrazeno e assim umacomposição a fração explosiva é constituída de tetrazeno.A fração explosiva da composição pode, quando fornecessário, compreender pelo menos um explosivo secundário.Este pode ser escolhido entre os explosivos secundários bemconhecidos por um versado na técnica, e, a saber, entre osexplosivos nitroaromáticos, tais como, tolita (ou 2,4,6-trinitrotolueno, 2,4,6-TNT), melinita (ou ácido picrico) etrinitroanilina (ou picramida ou trinitroamina benzeno);explosivos de éster nitrico, tais como, pentrita (oupentaeritritol tetranitrito, PETN) e ésteres de celulosenitrados e explosivos de nitraminas, tais como, hexogeno (ouciclotrimetileno-trinitramina, RDX), tetrila (ou 2,4,6trinitrofenilmetilnitramina), e Nitroguanidina octageno (ouciclotetrametileno-tetranitramina, HMX).
Uma composição da invenção possui vantajosamente asseguintes características consideradas independentemente ouem combinação.
Os oxidantes ou o sistema de óxido-redução (b) sãoescolhidos entre os oxidantes quimicamente estáveis, a saber,nitrato de bário, óxidos de zinco, sulfato de zinco, óxido decobre, nitrato de cobre, óxidos de manganês, óxidos de ferro,clorato de potássio, clorato de sódio, óxido de cromo,carbonatos e suas misturas.
Os redutores ou o sistema de óxido-redução (b) sãoescolhidos a partir de redutores orgânicos, metais de saismetálicos, celulose e derivados de celulose eventualmentenitratos. A título de exemplo, os redutores do sistema deóxido-redução (b) são escolhidos a partir de alumínio,magnésio, zircônio e sulfureto de antimônio.
As listas de oxidantes e redutores dadas acima não sãoexaustivas e um versado na técnica poderá utilizar qualqueroutro sistema de óxido-redução estável e compatível com afração explosiva de acordo com a invenção, sem que a eficáciada composição seja afetada.
A proporção do sistema de óxido-redução (b) variapreferencialmente entre 65 e 81% em peso, em relação ao pesoda composição.O aglomerante (c) é vantajosamente escolhido entre asgomas celulósicas, tal como, goma arábica, goma adragante egoma de acácia. Caso o aglomerante seja necessário, naverdade indispensável, a sua proporção na composição pode sermuito baixa, ele varia geralmente de 0,01 a 5% em peso.
A composição preferida de acordo com a invençãocompreende:
15 a 25% de tetrazeno,40 a 60% de nitrato de bário,18 a 30% de sulfureto de antimônio,5 a 12% do alumínio em pó,um aglomerante.
Para aumentar a sensibilidade da fração explosiva, acomposição pode compreender pelo menos um agente de fricçãoquimicamente inerte. O referido agente, por exemplo, éescolhido entre vidro em pó, diamante em pó carboneto em pó,cerâmica, nitretos, tal como nitreto de titânio. A proporçãode agente de fricção não excede de preferência 15% em peso,em relação ao peso da composição.
Tal como acima indicado, uma composição da invenção podeser utilizada em diferentes domínios, a saber, para afabricação de cartuchos de tiro, caça, esporte, defesa, armascanos lisos e esfriados, em indústria automobilística para afabricação de almofadas infláveis de segurança (airbags) ouprendedores de cinto de segurança ou para qualquer outroartigo utilizando energia pirotécnica, ou para técnicas devedação no apoio a cartuchos explosivos. Ela também poderáencontrar aplicações nas técnicas médicas de injeção, porexemplo, para administração intradérmica ou sob cutânea de ummedicamento, de uma vacina.
As características e os benefícios da invenção, a saber,desempenhadas pela composição da invenção são ilustrados nosexemplos comparativos seguintes.
Exemplo 1: Comparação das características balísticasentre uma composição da invenção e uma composição do estadoda técnica.As composições comparadas respondem as seguintesformulações:
Composição da Invenção:
20% de tetrazeno,
48% de nitrato de bário
8% de alumínio em pó
24% de sulfureto de antimônioAglomerante.
A proporção de aglomerante é reduzida em relação aosoutros constituintes da composição exemplificada. Aspercentagens dos constituintes indicam que apresenta certaincerteza absoluta, a incorporação de aglomerante não alterasignificativamente a formulação desta composição.
A fração explosiva (a) na referida composição dainvenção representa apenas 20% dessa composição. Essacomposição constitui uma alternativa vantajosa da invenção emque a fração explosiva (a) não é constituída unicamente detetrazeno.
Composição do estado da técnica:
30-35% dos trinitrorresorcinato de chumbo
2-5% tetrazeno
30-45% de nitrato de bário
10-20% sulfureto de antimônio.Aglomerante.
A observação relacionada à proporção de aglomerantemencionada acima se aplica a esta composição do estado datécnica.
A fração explosiva, de tal composição representa 32-40%da referida composição.
Ambas as composições foram postas inteiramente nasmesmas condições em três testes, um teste de sensibilidade àpercussão, um teste balístico e de um teste balístico emlarga escala
1) Teste de sensibilidade à percussãoEste teste permite medir a aptidão de uma composiçãopara responder à percussão de uma arma e as normas desegurança.
Utiliza-se um aparelho normalizado para queda deesferas. Uma esfera de 56 g é liberada de uma altura H sobreum percutor, provocando assim uma explosão ou não da carga. Acomposição de ignição é colocada em uma célula que estáprotegida por um mata-borrão.
A partir deste teste, cálculos estatísticos respondendoàs leis de Henry são determinados permitindo assimcaracterizar uma composição e avaliar os limites da suasegurança e do não-funcionamento e a altura da queda,expressando a energia na qual a referida composiçãocertamente funciona.
Os resultados em três lotes de uma composição dainvenção são apresentados na Tabela 1 seguinte em que H é aaltura média da queda, s representa o desvio padrãodeterminado sobre esta altura e o parâmetro H + 5scorresponde ao limiar da função na qual o funcionamento é de100%.
A composição testada é descrita no início do exemplo,com uma variação na proporção de tetrazeno indicada na tabelae compensada pela proporção de nitrato de bário.
TABELA 1
<table>table see original document page 8</column></row><table>Estes resultados são semelhantes aos obtidos com umacomposição do estado da técnica como descrito acima e testadanas mesmas condições.
2) Teste de balística
Durante estes testes, mediu-se a pressão do cano e avelocidade dos projéteis a uma distância predeterminada.Estes testes foram realizados de acordo com as normas CIP eSAAMI.
Depois dos constituintes do cartucho para crina e para ocone carregado com um pó disponível no mercado e uma carga dechumbo, iniciou-se uma composição da invenção ou umacomposição do estado da técnica, colocando estes cartuchos emum aparelho de controle, denominado cano de disparo.
Os testes foram realizados em triplicata sobre acomposição da invenção e para uma carga de chumbo de 36 g eoutra de 32 g. Os valores medidos foram os seguintes:
Pl representa a pressão expressa em bar e medida no canode disparo a 25 mm do cavalete do invólucro do cartucho: estamedida é efetuada para ajudar um sensor piezoelétrico.
Sp1 representa o desvio padrão determinado sobre estapressão.
V1 representa a velocidade expressa em ms para conduzirum feixe de chumbo calculado em metro a partir da boca docano: trata-se de uma média de duas velocidades, uma medidana boca do cano e a outra medida dois metros a partir da bocado cano
Sv1 representa o desvio padrão determinado sobre estasvelocidades
V2 representa a velocidade média, expressa em ms dofeixe de chumbo calculado entre a barreira óptica situada a 2metros da boca do cano e outra barreira óptica situada a 17metros. Uma calculadora determina esta média.
SV2 representa o desvio padrão determinado sobre estavelocidade.
Tc é o tempo da combustão, também chamado de barril detempo, e representa o tempo expresso em microssegundos quedecorre entre o choque sobre a ignição e a passagem do chumboantes da célula localizada na boca do cano.
Stc representa o desvio padrão determinado sobre estetempo.
As medições obtidas aparecem nas tabelas 2 e 3 abaixo. Atabela 2 corresponde aos testes realizados com uma carga dechumbo de 36 g, e a tabela 3 corresponde a testes realizadoscom uma carga de chumbo de 32g.
TABELA 2
<table>table see original document page 10</column></row><table>
TABELA 3
<table>table see original document page 10</column></row><table>
A partir destes resultados que o desempenho balístico dacomposição da invenção é reprodutível e que pelo menos tambémé criado de uma composição do estado da técnica.
3) Teste de balística em larga escala
Atiradores confirmaram ter testado sem saber cartuchosequipados das composições de ignição a avaliar, em stand decompetição ou de caça.
Estes testes confirmaram que o desempenho dascomposições da invenção são pelo menos semelhantes àscomposições do estado da técnica.
Claims (21)
1. Composição de ignição, compreendendo pelo menos (a)uma fração explosiva que compreende pelo menos um explosivoprimário, (b) um sistema de óxido-redução e (c) umaglomerante, caracterizada pelo fato de que a fraçãoexplosiva representa 9 a 35% em peso da composição, em que oexplosivo primário é pelo menos tetrazeno e em que otetrazeno representa pelo menos 95% em peso da referidafração explosiva.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o tetrazeno representa pelomenos 99% em peso da referida fração explosiva.
3. Composição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de que a fração explosiva nãocompreende outros explosivos primários além do tetrazeno.
4. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 3,caracterizada pelo fato de que a fração explosiva não éconstituída de tetrazeno.
5. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 3,caracterizada pelo fato de que a fração explosiva compreendepelo menos um explosivo secundário.
6. Composição, de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato de que os explosivos secundários dafração explosiva são escolhidos a partir de explosivosnitroaromáticos, tais como tolita, melinita etrinitroanilina; explosivos de éster nítrico, tais comopentrita e ésteres de nitrocelulose, e explosivos denitraminas, tais como, hexogeno, tetrila, nitroguanidina eoctogeno.
7. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 6,caracterizada pelo fato de ser isenta de chumbo.
8. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 7,caracterizada pelo fato de que os oxidantes do sistema deóxido-redução (b) são selecionados a partir do nitrato debário, óxidos de zinco, sulfato de zinco, óxido de cobre,nitrato de cobre, óxidos de manganês, óxidos de ferro,clorato de potássio, clorato de sódio, óxido de cromo,carbonatos e suas misturas.
9. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 8,caracterizada pelo fato de que os redutores do sistema deóxido-redução (b) são escolhidos a partir de redutoresorgânicos, metais e sais metálicos, celulose e derivados decelulose, eventualmente nitrados.
10. Composição, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de que os redutores do sistema deóxido-redução (b) são escolhidos a partir do alumínio,magnésio, zircônio e sulfureto de antimônio.
11. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 10,caracterizada pelo fato de que a proporção do sistema deóxido-redução (b) varia entre 65 e 81% em peso em relação aopeso da composição.
12. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 11,caracterizada pelo fato de que o aglomerante (c) é escolhidoa partir de gomas de celulose, tais como, goma arábica, gomaadragante e goma de acácia.
13. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 12,caracterizada pelo fato de que a proporção de aglomerante (c)varia entre 0,01 e 5% em peso em relação ao peso dacomposição.
14. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 13,caracterizada pelo fato de que compreende:-15 a 25% do tetrazeno,-40 a 60% de nitrato de bário-18 a 30% de sulfureto de antimônio-5 a 12% de alumínio em póum aglomerante.
15. Composição, de acordo com as reivindicações 1 a 14,caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos umagente de fricção, quimicamente inerte, favorecendo asensibilidade da fração explosiva.
16. Composição, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o agente é escolhido entre póde vidro, pó de diamante, carboneto em pó, cerâmica,nitretos, tal como o nitreto de titânio.
17. Composição, de acordo com a reivindicação 15 ou 16,caracterizada pelo fato de que a proporção de agente defricção não excede a 15% em peso em relação ao peso dacomposição.
18. Uso de uma composição, de acordo com asreivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de que épara a fabricação de cartuchos de munições, de caça, desportoe de defesa.
19. Uso de uma composição, de acordo com asreivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de que épara a fabricação de almofadas infláveis de segurança e deprendedores de cinto de segurança.
20. Uso de uma composição, de acordo com asreivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de que épara as técnicas de selagem dos referidos cartuchosexplosivos.
21. Uso de uma composição, de acordo com asreivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de que épara técnicas médicas de injeção.
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| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |