DE69809401T2

DE69809401T2 - Rauch erzeugende zusammensetzung

Info

Publication number: DE69809401T2
Application number: DE69809401T
Authority: DE
Inventors: Petronella Leenders; Barend Leeuwenburgh; Elisabeth Schonewille; Adrianus Van Driel
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: NL1005529C2; EP0968157B1; EP0968157A1; CA2283992A1; DE69809401D1; WO1998040330A1; US6414040B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Rauch, wobei die Zusammensetzung eine oder mehrere Chlorverbindungen mit einem Chlorgehalt von wenigstens 56 Gew.-% und eine Mischung von einem oder mehreren Metalloxiden und einem oder mehreren Metallen umfasst.
Eine solche Zusammensetzung ist in der DE-A-24 51 701 offenbart. Diese Zusammensetzung besteht aus einer Chlor enthaltenden Verbindung, die 50 bis 70 Gew.-% Chlor enthält, einem Metall und einem Metalloxid. Das Metall kann Zink, Aluminium, Magnesium, Titan, Eisen, eine Aluminium-Magnesium-Legierung oder eine legierungsartige Verbindung wie Calciumsilicid oder Eisen(II)silicium sein. Gemäß Seite 11, 2. Absatz, kann das Metalloxid Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Eisen (III) oxid sein, wobei die Zusammensetzungen gemäß den Beispielen stets Zinkoxid enthalten. Die Funktion des Metalloxids ist nicht beschrieben. Gemäß der DE-A-24 51 701 ist die Chlor enthaltende Verbindung bevorzugt ein Chlor enthaltendes Polymer. Ein solches Polymer hat den Vorteil, verglichen mit dem üblichen Hexachlorethan, dass das Polymer nur langsam hydrolysiert, um HCl und andere Zersetzungsprodukte zu bilden. Gemäß der Beschreibung reagieren HCl und diese Zersetzungsprodukte exotherm mit dem in der Zusammensetzung vorhandenen Metall, wodurch Selbstentzündung der Zusammensetzung auftreten kann oder wodurch die Zusammensetzung sogar explodieren kann. Daher besteht eine Ausführungsform der Zusammensetzung gemäß DE-A-24 51 701 (Seite 8) aus 35 Gew.-% eines Chlor enthaltenden Paraffinwachses, 20 Gew.-% Aluminium und 45 Gew.-% Zinkoxid, d. h. eine Zusammensetzung, in der der molare Anteil von Aluminium, bezogen auf die Gesamtmolzahl an Aluminium und Zinkoxid, 0,57 ist. Diese Zusammensetzung ist jedoch sehr schwer zu entzünden, während eine vergleichbare Zusammensetzung, die Hexachlorethan anstelle des Chlor enthaltenden Paraffinwachses umfasst, unter denselben Bedingungen explodieren wird. Es ist außerdem beschrieben, dass Zusammensetzungen, die Hexachlorethan, Zinkoxid und eine Menge von 15 Gew.-% eines Metalles umfassen, leicht explodieren, sodass in Zusammensetzungen diesen Typs die Menge an zu verwendendem Metall weitgehend begrenzt ist.
Zusammensetzungen zur Erzeugung von Rauch werden generell verwendet, um Objekte und Personen zu maskieren, wobei der Rauch den Kontrast zwischen dem Objekt oder der Person und dem Hintergrund in einem solchen Maße reduziert, dass das Objekt oder die Person kaum sichtbar oder überhaupt nicht sichtbar ist.
Die am häufigsten verwendete Zusammensetzung zur Erzeugung von Rauch besteht im Wesentlichen aus Hexachlorethan und Zinkoxid. Der Rauch wird durch Verbrennung der Zusammensetzung erzeugt, die hygroskopische Teilchen von Zinkchlorid bildet. Diese Teilchen absorbieren Feuchtigkeit aus der Atmosphäre und produzieren so Rauch. Zum Beispiel beschreibt die FR-A-2 249 590 Zusammensetzungen, die Hexachlorethan, Zinkoxid, ein organisches Bindemittel und Calciumsilicid, Magnesiumsilicid oder Aluminiumsilicid enthalten. Die US-A-3 625 855 beschreibt Zusammensetzungen, die eine Chlor enthaltende Verbindung, z. B. Hexachlorbenzol, Zinkoxid, Magnesium und ein Bindemittel umfassen. Ein wichtiger Nachteil dieser Zusammensetzungen ist, dass Zinkchlorid toxisch ist und insbesondere pulmonare Ödeme aufgrund der Tatsache verursachen kann, dass Zinkchlorid mit Wasser in der Lunge reagiert, um Wasserstoffchlorid zu bilden, das die Lungen angreift. Die Bildung von toxischen Metallchloriden kann verhindert werden, z. B. durch Herstellung einer Zusammensetzung, die Kaliumchlorid oder Magnesiumchlorid anstelle von Zinkchlorid erzeugt. In diesem Fall führt die Verbrennung zu hygroskopischen Teilchen von Magnesiumchlorid oder Kaliumchlorid. Magnesium enthaltende Zusammensetzungen haben jedoch den Nachteil, dass sie zu schnell und bei einer übermäßig hohen Temperatur brennen, und diese Zusammensetzungen können daher nicht in einem Behälter wie einer Rauchhandgranate oder einem Rauchkanister verwendet werden, da eine Verbrennungszeit von ± 1 Minute für solche Behälter wünschenswert ist. Eine Zusammensetzung, die Kaliumchlorid erzeugt, hat insbesondere den Nachteil, dass der entstehende Rauch von wesentlich schlechterer Qualität (hohe Transmission) ist, als wenn eine Zusammensetzung verbrannt wird, die Hexachlorethan und Zinkoxid. umfasst.
Die GB-A-2 056 632 beschreibt eine Rauchgranate, die eine Zusammensetzung umfasst, die Hexachlorethan, Titandioxid und Aluminium enthält und bei der der molare Anteil von Aluminium, bezogen auf die Gesamtmolzahl von Aluminium und Titandioxid, zwischen 0,05 und 0,75 ist. Titandioxid wird insbesondere verwendet, weil es viel billiger als Titan ist (Seite 3, Zeilen 50- 52 und Seite 5, Zeilen 88-90). Darüber hinaus wird beansprucht, dass die Verwendung von Titandioxid den Vorteil im Vergleich zu Zinkoxid hat, dass der Rauch, der durch die Verbrennung der Zusammensetzung gebildet wird, die Titandioxid enthält, einen niedrigeren Kondensationspunkt hat. Folglich kann die Zusammensetzung gemäß GB-A-2 056 632 beispielsweise in Schnee verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der Zusammensetzung, die Titandioxid enthält, ist, dass diese Zusammensetzung nicht nur im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums sondern auch im Infrarotbereich wirksam ist.
Zusätzlich beschreibt die deutsche Patentanmeldung 22 50 102 eine Kerze zur Dispergierung von Nebel, die 30 bis 50 Gew.-% Hexachlorethan, 45 bis 65 Gew.-% Magnesium und 3 bis 7 Gew.-% Magnesiumoxid umfasst, wobei die Summe der Bestandteile 100 Gew.-% ist. Der molare Anteil von Magnesium, bezogen auf die Gesamtmolzahl von Magnesium und Magnesiumoxid, beträgt daher ungefähr 0,11 bis 0,15. Die verschiedenen Bestandteile liegen in der Kerze in feindispergierter Form vor, beispielsweise als Pulver. Die Kerze funktioniert wie folgt: wenn die Kerze gezündet wird, reagieren das Magnesium und das Magnesiumoxid, mit Hexachlorethan, wobei primär Magnesiumchloridteilchen gebildet werden. Diese Teilchen sind hochhygroskopisch und werden daher die Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre vorliegt, mit dem Ergebnis absorbieren, dass der Nebel verschwindet.
Es ist aus "Propellants, Explos., Pyrotech.", Vol. 9(3), Seiten 108-114 (1984) bekannt, dass bestimmte Metalloxide, wie Zinkoxid, Magnesiumoxid, Kupferoxid und Aluminiumoxid es schwieriger machen, eine Zusammensetzung von Hexachlorethan und "Silumiri" (Silumin ist eine Gruppe von Legierungen aus Aluminium und Silicium, die ungefähr 12% Silicium enthalten und eine Dichte von ungefähr 2,63 bis 2,65 haben) zu zünden oder die Verbrennung einer solchen Zusammensetzung verzögern. Zum Beispiel war es nahezu unmöglich eine Zusammensetzung zu zünden, die ungefähr aus 26 Gew.-% Magnesiumoxid, ungefähr 51 Gew.-% Hexachlorethan und ungefähr 22 Gew.-% Silumin bestand. Wenn die Menge an Magnesiumoxid auf ungefähr 12 Gew.-% reduziert wurde, trat Verbrennung auf, aber die Verbrennungsrate dieser Zusammensetzung war viel geringer als die einer Zusammensetzung, die kein Metalloxid enthielt. Eine frühere Untersuchung derselben Autoren ["Propellants, Explos., Pyrotech.", Vol. 9(2), Seiten 64-71 (1984)] zeigte, dass Zusammensetzungen, die Hexachlorethan, Silumin und mehr als 4 Gew.-% Magnesiumoxid umfassten, schwer zu verbrennen waren. über den Verbrennungsmechanismus wird behauptet, dass er eine Reaktion umfasst, in der Silumin und Hexachlorethan miteinander reagieren, um einen "Zündungskatalysator" zu bilden. Es wird behauptet, dass dieser Katalysator durch das Metalloxid, beispielsweise Magnesiumoxid, deaktiviert wird, wobei die Bildung des Metalls, z. B. Magnesium, aus dem Metalloxid zur Verzögerung der Verbrennung der Zusammensetzung führt. Aus dem von den Autoren vorgestellten Mechanismus folgt, dass das durch die Deaktivierung des Katalysators gebildete Metall keine aktive Rolle während der Verbrennung der Zusammensetzung spielen kann. Darüber hinaus hat diese Untersuchung gezeigt, dass Zusammensetzungen zur Erzeugung von Rauch nur kleine Mengen von Metalloxid, wie Magnesiumoxid oder Zinkoxid, enthalten können, da mit größeren Mengen, z. B. einer Menge von mehr als 4 Gew.-%, die Zusammensetzungen sehr schwer oder unmöglich zu zünden und zu verbrennen sind.
Es wurde nun eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Rauch gefunden, die nicht potentiell explosiv ist, mit der sich bei der Verbrennung der Zusammensetzung keine oder nahezu keine toxischen Reaktionsprodukte ergeben und mit der sich ein hohes Niveau an Rauchproduktion (hohe Effizienz) in Bezug auf die Menge der verwendeten Zusammensetzung ergibt. Die Verbrennungsrate der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist so, dass die Zusammensetzung in einem Behälter wie z. B. einem Rauchkanister oder einer Rauchhandgranate verwendet werden kann. Gleichzeitig ist die Verbrennungstemperatur der erfindungsgemäßen Zusammensetzung niedriger als die der konventionellen Zusammensetzungen, mit dem Ergebnis, dass Zündungsphänomene, die in dem Bereich, der die Stelle umgibt, an der die Zusammensetzung gezündet, wird, zu einem Feuer führen können, weniger leicht auftreten werden. Der Rauch, der bei der Verbrennung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erzeugt wird, hat außerdem den Vorteil, dass dieser Rauch im Infrarotbereich wirksam ist, da die Verbrennung Magnesiumchloridteilchen erzeugt, die exotherm mit Feuchtigkeit reagieren. Die Erfindung betrifft daher eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Rauch, die eine oder mehrere Chlorverbindungen, die einen Chlorgehalt von wenigstens 56 Gew.-% haben, und eine Mischung von einem oder mehreren Metalloxiden und einem und mehreren Metallen umfasst, wobei das Metalloxid ein Erdalkalimetalloxid ist und das Metall ein Erdalkalimetall ist und wobei der molare Anteil an Erdalkalimetall, bezogen auf die Gesamtmolzahl von Erdalkalimetall und Erdalkalimetalloxid, zwischen 0,33 und 0,67 liegt.
Das Erdalkalimetall kann ein Erdalkalimetall als solches oder eine Legierung oder eine Mischung von Erdalkalimetallen oder Erdalkalimetalllegierungen sein.
Die Chlorverbindung ist vorzugsweise eine organische aliphatische oder aromatische Verbindung oder eine Silicium enthaltende Verbindung, in der die Zahl der Chloratome größer als die oder gleich der Zahl der Kohlenstoffatome und/oder der Siliciumatome ist. Beispiele solcher Verbindungen sind Hexachlorethan, 1,1,1,2,2,3,3-Heptachlorpropan, 1,1,1,2,3,3,3-Heptachlorpropan, Octachlorpropan, 1,1,2,3,4,4 Hexachlorbutan, 1,1,2,2,3,4,4-Heptachlorbutan, 1,1,2,2,3,3,4,4-Octachlorbutan, 1,2,3,4,5,6-Hexachlorcyclohexan (Lindan), Hexachlorbenzol, Hexachlordisilan und Hexachlordisiloxan. Wenn gewünscht, ist es für die zu verwendende Chlorverbindung außerdem möglich, ein chloriertes oder Chlor enthaltendes Oligomer oder Polymer von einer oder mehreren Kohlenwasserstoffen oder Silicium enthaltende Verbindungen, beispielsweise Polychlorisopren, Polyvinylchlorid, chloriertes Polyethen, Polychlorsilane und Polychlorsiloxane zu sein. Wenn auch erfindungsgemäß weniger bevorzugt, kann die Chlorverbindung eine anorganische Verbindung sein, wie Phosphortrichlorid oder Phosphorpentachlorid. Da es für das Verhältnis zwischen der Zahl von Chloratomen und der Zahl von Kohlenstoffatomen und/oder Siliciumatomen wünschenswert ist, so hoch wie möglich zu sein, und für die Chlorverbindung ein Feststoff zu sein, ist der erfindungsgemäße chlorierte Kohlenwasserstoff bevorzugt Hexachlorethan.
Wenn die Menge an Erdalkalimetall in der Zusammensetzung zu hoch ist, brennt die Zusammensetzung zu schnell und bei einer übermäßig hohen Temperatur mit dem Ergebnis, dass, wenn die Zusammensetzung beispielsweise in einem Behälter verwendet wird, ein Loch in letzteren gebrannt wird. Wenn die Menge an Erdalkalimetall in der Zusammensetzung zu niedrig ist, ist es offensichtlich, dass die Zusammensetzung unmöglich oder zumindest sehr schwer zu zünden sein wird. Daher ist der molare Anteil an Erdalkalimetall, bezogen auf die Gesamtmolzahl an Erdalkalimetall und Erdalkalimetalloxid, erfindungsgemäß vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,55.
Der molare Anteil der Mischung aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen und einem oder mehreren Erdalkalimetalloxiden in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist bevorzugt zwischen 0,37 und 0,91. Es wurde gefunden, dass ein solcher molarer Anteil eine Zusammensetzung liefert, die ein großes Volumen an Rauch in sehr effektiver Weise erzeugen kann. Insbesondere liegt der molare Anteil der Mischung zwischen 0,54 und 0,89.
Die Zusammensetzung enthält als Erdalkalimetall vorzugsweise Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium oder eine Mischung derselben und, insbesondere Magnesium und/oder Calcium.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält als Erdalkalimetalloxid vorzugsweise ein Oxid von Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium und insbesondere Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid.
Die Ausführungsform, die erfindungsgemäß äußerst geeignet ist, ist eine Zusammensetzung, die reines Magnesium als Erdalkalimetall enthält, reines Magnesiumoxid als Erdalkalimetalloxid und Hexachlorethan als Chlorverbindung enthält.
Erfindungsgemäß besteht das Erdalkalimetall aus Teilchen verschiedener durchschnittlicher Größe, d. h. das Erdalkalimetall umfasst einen Anteil an Teilchen, die eine durchschnittliche Größe haben, die von der durchschnittlichen Größe von einer oder mehrerer ariderer Fraktionen verschieden ist. Das Erdalkalimetall besteht daher vorzugsweise aus zwei oder mehreren Anteilen, wobei jeder Anteil eine andere durchschnittliche Teilchengröße hat. Insbesondere besteht das Erdalkalimetall aus zwei Anteilen, die beide eine unterschiedliche durchschnittliche Teilchengröße haben; der erste Anteil besteht aus Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 50 bis 100 um und der zweite Anteil besteht aus Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 150 bis 300 um. Das Erdalkalimetall besteht daher aus Teilchen, die eine bimodale Größenverteilung haben.
Es wurde gefunden, dass die Teilchen, die eine durchschnittliche Größe von 50 bis 100 um haben, wichtig für die Regulierung der Zündung der Zusammensetzung und für die Stabilität sind, mit der die Zusammensetzung brennt. Wenn die Zusammensetzung einen größeren Anteil von Teilchen dieser Größe enthält, kann die Zusammensetzung leichter gezündet werden.
Die Teilchen, die eine durchschnittliche Größe von 150 bis 300 um haben, sind insbesondere wichtig für die Regulierung der Verbrennungsrate. Wenn die Zusammensetzung einen größeren Anteil von Teilchen dieser Größe umfasst, brennt die Zusammensetzung langsamer und bei niedrigerer Temperatur. Die Zusammensetzung brennt außerdem in einer weniger stabilen Weise und ist weniger leicht zu zünden. Erfindungsgemäß ist es daher wichtig für die Zusammensetzung, eine spezifische Menge des Anteils mit einer kleineren durchschnittlichen Größe und eine spezifische Menge des Anteils mit einer größeren durchschnittlichen Größe zu enthalten. Das Erdalkalimetall enthält daher vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-% an Teilchen, die eine durchschnittliche Größe von 50 bis 100 um haben, und 50 bis 75 Gew.-% an Teilchen, die eine durchschnittliche Größe von 150 bis 300 um haben.
Eine Ausführungsform, die erfindungsgemäß äußerst geeignet ist, ist eine Zusammensetzung, die hauptsächlich Magnesium als Erdalkalimetall und hauptsächlich Magnesiumoxid als das Erdalkalimetalloxid umfasst. Eine solche Zusammensetzung kann gegebenenfalls außerdem geringe Mengen einiger anderer reaktionsbeschleunigender und/oder reaktionsregulierender Metalle und/oder Metalloxide enthalten, falls dies für eine bestimmte Anwendung nötig oder nützlich sein sollte. Zum Beispiel kann eine äußerst geeignete erfindungsgemäße Zusammensetzung zusätzlich zu Magnesium und Magnesiumoxid, beispielsweise eine kleine Menge Aluminium, Zink, Zinkoxid, Titan, Calcium und/oder Calciumoxid enthalten.
Mit einer solchen erfindungsgemäßen Ausführungsform, die zusätzlich zu der Chlorverbindung, dem Erdalkalimetalloxid und dem Erdalkalimetall ein zusätzliches Element oder eine zusätzliche anorganische Verbindung enthält, die sicherstellt, dass die Zusammensetzung in einer stabileren Weise brennen kann, wurde gefunden, dass es durch Einbau eines solchen Elements oder einer solchen anorganischen Verbindung in die Zusammensetzung möglich ist, insbesondere die Stabilität sogar noch erfolgreicher zu kontrollieren, mit der die Verbrennung abläuft (die Gleichmäßigkeit der Verbrennung), da die Verwendung eines solchen Materials zu einer guten Verteilung von der Hitze, die während der Verbrennung entsteht, durch die Zusammensetzung führt. Dementsprechend brennt die Zusammensetzung leichter und gleichmäßiger. Die Erfinder nehmen an, dass ein geeignetes Element oder eine geeignete anorganische Verbindung einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten haben muss, der größer ist als der thermische Leitfähigkeitskoeffizient von Magnesium, d. h. der thermische Leitfähigkeitskoeffizient ist vorzugsweise größer als ungefähr 1,56 W·cm&supmin;¹·K&supmin;¹, was der thermische Leitfähigkeitskoeffizient von festem polykristallinem Magnesium bei 298,2 K ist (siehe Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc., 59. Auflage, Seite E 14). Gleichzeitig kann in diesem Zusammenhang die Exothermie der Reaktion zwischen dem zusätzlichen Element oder der zusätzlichen anorganischen Verbindung eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung und Regulierung der Verbrennung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung spielen. Weiter ist es erfindungsgemäß für diese Ausführungsform bevorzugt, bezogen auf die Gesamtmenge Chlorverbindung, Erdalkalimetall und Erdalkalimetalloxid, 0,01 bis 15 Gew-% des Elements oder der anorganischen Verbindung zu enthalten. Erfindungsgemäß ist ein besonders geeignetes Element Aluminium und ist eine besonders geeignete anorganische Verbindung Calciumsilicid. Das Element kann möglicherweise auch Kohlenstoff sein. Wenn es gewünscht ist Magnesium als Erdalkalimetall und Aluminium als zusätzliches Element zu verwenden, wäre es außerdem möglich, eine Legierung wie Magnalium zu verwenden, die Magnesium und Aluminium, enthält. Ein zweiter Effekt der Verwendung eines zusätzlichen Elements oder einer zusätzlichen anorganischen Verbindung ist, dass die Reaktion beschleunigt wird.
Es wird angenommen, dass die Teilchengröße des Metalls oder der anorganischen Metallverbindung, die einen reaktionsbeschleunigenden und/oder reaktionsregulierenden Effekt gemäß der Erfindung haben, von Bedeutung ist. Vorzugsweise ist die durchschnittliche Teilchengröße dieser Materialien relativ klein, beispielsweise 20 bis 40 um, und bevorzugt ungefähr 30 um, sodass eine große Zahl an Teilchen in der Zusammensetzung im oben genannten Gewichtsverhältnis in der Zusammensetzung mit dem Ergebnis vorliegt, dass eine relativ große Teilchenzahl in der Zusammensetzung dicht beieinander vorliegt. Das Metall oder die anorganische Metallverbindung liegt dann in der Zusammensetzung in einem gut verteilten Zustand vor und ist daher in der Lage, die Hitze wirksam und schnell durch die gesamte Zusammensetzung zu verteilen. Wenn die Teilchen viel größer sind, umfasst der spezifizierte Gewichtsanteil relativ wenige Teilchen, und die Hitze kann daher weniger wirksam über die Zusammensetzung verteilt werden.
Ein weiterer wichtiger Faktor für die Regulierung der Verbrennungsrate und der Verbrennungstemperatur ist die Dichte, zu der die Zusammensetzung gepresst wird. Erfindungsgemäß ist die Zusammensetzung vorzugsweise zu ungefähr 45 bis 65%, insbesondere zu 50 bis 60%, der theoretischen maximalen Dichte komprimiert, wobei die theoretische maximale Dichte (TMD) verstanden werden soll als:
TMD = Σ1/(Xn/ρn)
wobei Xn der Massenanteil eines Bestandteils und ρn die Dichte des Bestandteils ist. Die Dichte der komprimierten Zusammensetzung (wahre Dichte) wird auf der Basis des gemessenen Volumens und der gemessenen Masse der komprimierten Zusammensetzung berechnet, sodass der Prozentsatz der theoretischen maximalen Dichte (% TMD) gleich ist mit:
% TMD = 100%·[(wahre Dichte)/TMD].
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann ein oder mehrere Bindemittel enthalten, wobei diese Bindemittel in welchen Fällen beispielsweise Chlor enthaltende Polymere sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Produkt, das einen Behälter umfasst, der die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält. Beispiele für solche Produkte oder Behälter sind Rauchkanister und Rauchhandgranaten. Wenn nötig, kann die Zusammensetzung in solchen Produkten eine höhere Dichte als ungefähr 45 bis 65% haben. Ein Produkt kleiner Größe wie eine Rauchhandgranate oder ein Rauchkanister wird oft eine Dichte von vorzugsweise 60 bis 90% und insbesondere eine Dichte von 65 bis 85% erfordern.
Die Erfindung wird in größerer Ausführlichkeit anhand eines Beispiels erklärt.

Beispiel 1

Die Zusammensetzungen wurden aus den Bestandteilen hergestellt, die sich im trockenen Zustand befanden, und wurden dann auf den gewünschten Prozentsatz der theoretischen maximalen Dichte komprimiert oder wurden ohne Kompression gegossen. Tabelle 1 zeigt die hergestellten Zusammensetzungen, wobei:
x = (Molzahl Mg)/(Molzahl Mg + Molzahl MgO)
y = (Masse Mg mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 50 bis 100 um)/(Masse Mggesamt.)
% = Gewichtsprozent
HC = Hexachlorethan
TMD = theoretische maximale Dichte.
Die Verbrennungsrate der verschiedenen Zusammensetzungen wurde in einem Rauchtopf (die Abbildung zeigt eine diagrammartige Illustration, in der der schattierte Teil die Zusammensetzung repräsentiert) mit einem inneren Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 100 mm bestimmt. Dieser Rauchtopf umfasst eine Grundplatte, einen Rohrabschnitt, eine Abdeckung und drei. Gewindestangen, die den Rauchtopf zusammenhalten. Die Grundplatte und die Abdeckung sind aus Edelstahl hergestellt. Die Abdeckung ist im Zentrum mit einem Loch ausgestattat, das einen Durchmesser von 11,5 mm hat. Das Verhältnis zwischen der Oberfläche des Loches und der Oberfläche der Zusammensetzung ist gleich dem Verhältnis der gesamten Oberfläche der Löcher und der Oberfläche der Zusammensetzung in einer Rauchgranate, die in der Praxis verwendet wird. Der Rohrabschnitt ist aus Edelstahl hergestellt und hat eine Wanddicke von 2,5 mm.
Die Zusammensetzungen wurden mit Hilfe eines einen Zünder enthaltenden Schwarzpulvers gezündet, das, wenn geeignet, mit Hilfe von pyrotechnischem Lack auf die Zusammensetzung aufgebracht wurde. Nach der Zündung wurde die Verbrennungszeit gemessen. Die (durchschnittliche) Verbrennungsrate wurde dann aus der Verbrennungszeit und dem Niveau der Zusammensetzung in dem Rauchtopf berechnet.
Gemäß der Tabelle enthielten die Zusammensetzungen 1 bis 4 nur Hexachlorethan und Magnesium mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 bis 300 um. Diese Untersuchungen zeigten, dass die Verbrennungsrate mit steigender % TMD abfiel. Zusätzlich wurde gefunden, dass diese Zusammensetzungen schnell und bei einer hohen Temperatur brennen.
Die Zusammensetzungen 5 bis 7 bestanden ausschließlich aus Hexachlorethan und Magnesium mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 bis 300 um, mit der Maßgabe, dass in dieser Untersuchungsserie die Menge an Magnesium variiert wurde. Wie erwartet wurde gefunden, dass bei einer konstanten % TMD die Verbrennungsrate der Zusammensetzung mit steigendem Magnesiumgehalt anstieg. Diese Zusammensetzungen brannten ebenfalls schnell und bei einer hohen Temperatur.
Die Zusammensetzungen 8 bis 11 bestanden aus Hexachlorethan, verschiedenen Mengen an Magnesium mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 bis 300 um und verschiedenen Mengen an Magnesium mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 50 bis 100 um. Obwohl die % TMD in gewissem Rahmen variierte, wurde gefunden, dass die Verbrennungsraten im Bereich des Verhältnisses zwischen Magnesium mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 bis 300 um bzw. 50 bis 100 um, (0 ≤ y ≤ 0,4; siehe Tabelle 1) nicht wesentlich differierten. Diese Serien von Untersuchungen zeigen, dass die Teilchengröße von Magnesium nahezu keinen Einfluss auf die Verbrennungsrate von Zusammensetzungen hat, die ausschließlich aus Hexachlorethan und Magnesium bestehen.
Zusammensetzung 12 enthielt nur Hexachlorethan und Magnesiumoxid, und diese Zusammensetzung war nicht zu zünden. Als etwas von dem Magnesiumoxid durch Magnesium mit einer durchschnittlichen Größe von 150 bis 300 um ersetzt wurde, wurde gefunden, dass ein molarer Anteil von Magnesium von etwa 0,67 nötig war, um die Zusammensetzung zu zünden (siehe Zusammensetzung 13). Wenn Magnesium mit einer durchschnittlichen Größe von 50 bis 100 um verwendet wurde, war eine molarer Anteil von Magnesium von 0,5 ausreichend, um die Zündung der Zusammensetzung zu ermöglichen (Zusammensetzung 14).
Die Untersuchungen, die unter Verwendung der Zusammensetzungen 15, 16 und 17 durchgeführt wurden, zeigten den Effekt des Einbaus eines zusätzlichen Metalls in die Zusammensetzung. Diese Untersuchungen zeigten, dass bei einer konstanten % TMD die Verbrennungsrate anstieg, wenn die Zusammensetzung mehr Aluminium enthielt. Derselbe Effekt wurde beobachtet, wenn die Zusammensetzungen CaSi&sub2; enthielten (Zusammensetzungen 18 und 19). Tabelle 1

Beispiel 2

In diesen Untersuchungen wurden Transmissionsmessungen verwendet, um das Volumen des Rauchs, der durch die verschiedenen Zusammensetzungen gebildet wurde, als Funktion der relativen atmosphärischen Feuchtigkeit zu messen.
Tabelle 2 zeigt die Mengen verschiedener Zusammensetzungen, die nötig waren, um dieselbe Transmission zu erzielen, die mit einer konventionellen Zusammensetzung erhalten wurde. Eine kleinere Menge zeigt daher eine effektivere Zusammensetzung an.
Diese Untersuchungen zeigen, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung bei hoher atmosphärischer Feuchtigkeit mindestens genauso zufriedenstellend wie eine konventionelle Zusammensetzung ist, aber nicht den Nachteil aufweist, toxisch zu sein. Es wurde außerdem gefunden, dass eine Zusammensetzung, die Kaliumchlorid erzeugt und genau wie die neue erfindungsgemäße Zusammensetzung nicht toxisch ist, über den gesamten Bereich relativer atmosphärischer Feuchtigkeit weniger wirksam ist. Tabelle 2
a Zusammensetzung gemäß Stand der Technik (Hexachlorethan, ZnO);
b erfindungsgemäße Zusammensetzung (55,1 Gew.-% Hexachlorethan, x = 0,5, y = 0,4, 1,0 Gew.-% Al);
c Zusammensetzung, die Kaliumchlorid erzeugt (kommerziell erhältlich; Zusammensetzung unbekannt).

Claims

1. Zusammensetzung zur Erzeugung von Rauch, die eine oder mehrere Chlorverbindungen mit einem Chlorgehalt von mindestens 56 Gew.-% und eine Mischung von einem oder mehreren Metalloxiden und einem oder mehreren Metallen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid ein Erdalkalimetalloxid ist und das Metall ein Erdalkalimetall ist, wobei das Erdalkalimetall Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 50 bis 100 um enthält und wobei die Molfraktion an Erdalkalimetall, bezogen auf die Gesamtzahl von Molen an Erdalkalimetall und Erdalkalimetalloxid, 0,33 bis 0,67 beträgt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Chlorverbindung Hexachlorethan ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Molfraktion der Mischung aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen und einem oder mehreren Erdalkalimetalloxiden in der Zusammensetzung 0,37 bis 0,91 beträgt.

4. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetall Magnesium und/oder Calcium ist.

5. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetalloxid Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid ist.

6. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetall Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 50 bis 100 um und Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 150 bis 300 um umfasst.

7. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetall 25 bis 50 Gew.-% an Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 50 bis 100 um und 50 bis 75 Gew.-% an Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 150 bis 300 um umfasst.

8. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Chlorverbindung, Erdalkalimetall und Erdalkalimetalloxid, von einem Element oder einer anorganischen Verbindung mit einem thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten größer als 1,56 W·cm&supmin;¹·K&supmin;¹ umfasst.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element oder die anorganische Verbindung Aluminium oder Calciumsilicid ist.

10. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel enthält.

11. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur Erzeugung von Rauch.

12. Produkt wie eine Rauchhandgranate oder ein Rauchbehälter, das einen Behälter umfasst, der die Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 umschließt.