(57)【要約】【課題】過度の発熱を伴わず発熱量が抑制され、かつ速やかな燃焼速度を有し、燃焼中断が生じにくく安定的な燃焼が可能な燃焼組成物を提供すること。また、そのような燃焼組成物を用い、従来知られている酸化剤と可燃剤とを含有する燃焼組成物における、燃焼性向上方法を提供すること。【解決手段】酸化剤と、可燃剤と、添加剤と、を少なくとも含有する燃焼組成物において、前記添加剤が、不活性希釈剤及び／又は速度抑制剤等の不活性物質であることを特徴とする燃焼組成物およびそのような燃焼組成物を用いた燃焼組成物の燃焼性向上方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤と、可燃剤と、添加剤と、を少なくとも含有する燃焼組成物において、
前記添加剤が、不活性物質であることを特徴とする燃焼組成物。
【請求項２】
前記不活性物質が、不活性希釈剤及び／又は速度抑制剤であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼組成物。
【請求項３】
前記不活性希釈剤が、珪藻土、タルク及びガラス粉からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の燃焼組成物。
【請求項４】
前記速度抑制剤が、炭酸塩類及び金属塩化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の燃焼組成物。
【請求項５】
前記酸化剤が、
塩素酸塩類、過塩素酸塩類および硝酸塩類からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼組成物。
【請求項６】
酸化剤と、可燃剤と、を含む燃焼組成物に、
添加剤として不活性物質を混合させた燃焼組成物を用いることを特徴とする燃焼組成物の燃焼性向上方法。
【請求項７】
前記不活性物質が、
珪藻土、タルク、ガラス粉、炭酸塩類および金属塩化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の燃焼組成物の燃焼性向上方法。
【請求項８】
前記酸化剤が、
塩素酸塩類、過塩素酸塩類および硝酸塩類からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃焼組成物の燃焼性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼組成物に関するものであり、さらに詳細には、多大な発熱を伴うことなく、燃焼速度、燃焼持続性等の燃焼性が向上された燃焼組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃焼速度や燃焼持続性等といった燃焼組成物における燃焼性を向上させる方法として、非特許文献１に示されているように、燃焼組成物中に、例えばアルミニウム等の金属粉を添加することが知られている。該燃焼組成物においては、この金属粉成分が燃焼と共に酸化され、その高い発熱量を利用して燃焼温度を急激に上昇させる。
【０００３】
このような金属粉の酸化による発熱量は多大であり、燃焼性の向上に効果的である反面、燃焼反応の制御が困難である。そのため、その燃焼温度により燃焼組成物を収納する容器の損傷の問題があり、結果として収納容器の材料として耐熱性の乏しい材料が使用できず、使用可能な材料に制限が設けられる。従って、当該燃焼組成物は、コスト面で不利であり、汎用性にも乏しいという問題点がある。また、金属粉を添加剤として使用する事自体も、原料コストの増大を招く。
【０００４】
また、そのような燃焼組成物は、該金属粉が燃焼する際、金属酸化物が生成するが、同時に金属蒸気が凝集して微細な粒子である金属ヒュームが発生し、人体への毒性が問題となる。また、金属との燃焼反応により、酸素が多く消費され毒性の強い一酸化炭素ガスも発生し易く、安全上の問題を有していた。
【０００５】
一方、逆に燃焼速度が大きすぎる燃焼組成物に対しては、その燃焼反応を抑制する方法として、非特許文献２に示されているように、例えば粘土や珪藻土といった不活性希釈剤や、炭酸塩等の速度抑制剤等の不活性物質を添加する事が知られている。これらの不活性物質成分の吸熱分解反応を利用し、燃焼組成物の燃焼温度を低下せしめる方法である。
しかしながら、そのような燃焼組成物は、燃焼速度の低下に伴い、燃焼中断が起こり易く、安定的な燃焼反応を持続することが困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ａ．コンクリン著、吉田忠雄、田村昌三監訳、「エネルギー物質の科学」、朝倉書店、１９９６年、６２ページ
【非特許文献２】Ｊ．Ａ．コンクリン著、吉田忠雄、田村昌三監訳、「エネルギー物質の科学」、朝倉書店、１９９６年、７５ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の如く、燃焼性を向上させる場合に、金属粉を組成物中に添加することによる増大する発熱量は多大であり、効果的である反面、その燃焼反応制御が困難であり、得られる高い燃焼温度により容器への損傷の発生が懸念され、コスト面や取扱い性に問題があり、汎用性にも乏しい。また、金属粉を使用する事自体も、原料コスト増加を招く。また、金属粉は燃焼反応に大きく関与し、燃焼後に有毒な金属ヒュームや一酸化炭素を発生し易く、安全上の問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、そのような過度の発熱を伴わず発熱量が抑制され、かつ速やかな燃焼速度を有し、燃焼中断が生じにくく安定的な燃焼反応が持続可能な、従来にはない新規な燃焼組成物を提供することである。
また、従来知られている酸化剤と可燃剤とを含有する燃焼組成物における、燃焼性向上方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、従来燃焼反応の制御物質であると考えられていた不活性物質を、酸化剤及び可燃剤を少なくとも含む燃焼組成物に混合してなる燃焼組成物を準備し、その燃焼反応を検証した所、驚くべきことに当該燃焼組成物の燃焼速度が促進される事を見出した。さらに得られた燃焼組成物の燃焼が、前述の金属粉を燃焼性向上剤として使用した場合と比較して、過度の発熱を伴うことなく安全にかつ安定的、持続的に進行する事を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、
〔１〕酸化剤と、可燃剤と、添加剤と、を少なくとも含有する燃焼組成物において、
前記添加剤が、不活性物質であることを特徴とする燃焼組成物を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、
〔２〕前記不活性物質が、不活性希釈剤及び／又は速度抑制剤であることを特徴とする前記〔１〕に記載の燃焼組成物を提供するものである。
【００１２】
また本発明は、
〔３〕前記不活性希釈剤が、珪藻土、タルク及びガラス粉からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする前記〔２〕に記載の燃焼組成物を提供するものである。
【００１３】
また本発明は、
〔４〕前記速度抑制剤が、炭酸塩類及び金属塩化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする前記〔２〕に記載の燃焼組成物を提供するものである。
【００１４】
また本発明は、
〔５〕前記酸化剤が、
塩素酸塩類、過塩素酸塩類および硝酸塩類からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の燃焼組成物を提供するものである。
【００１５】
また本発明は、
〔６〕酸化剤と、可燃剤と、を含む燃焼組成物に、
添加剤として不活性物質を均一に混合させた燃焼組成物を用いることを特徴とする燃焼組成物の燃焼性向上方法、特に燃焼速度の向上方法を提供するものである。
【００１６】
また本発明は、
〔７〕前記不活性物質が、
珪藻土、タルク、ガラス粉、炭酸塩類および金属塩化物からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする前記〔６〕に記載の燃焼組成物の燃焼性向上方法、特に燃焼速度の向上方法を提供するものである。
【００１７】
また本発明は、
〔８〕前記酸化剤が、
塩素酸塩類、過塩素酸塩類および硝酸塩類からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする前記〔６〕又は〔７〕に記載の燃焼組成物の燃焼性向上方法、特に燃焼速度の向上方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃焼組成物によれば、燃焼速度が向上でき、かつ燃焼中断も起こさず燃焼持続性に優れた燃焼組成物を与えることができる。さらに金属粉添加の場合のような過度の発熱を伴うことなく、コスト的にも有利で、安全性の高い燃焼組成物を提供することができる。
また、本発明の燃焼組成物の燃焼性向上方法によれば、従来の燃焼組成物に不活性物質を混合した燃焼組成物を用いるという簡便で低コストの燃焼性向上方法を与えることができ、発炎筒等の燃焼組成物に好適に利用することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、本発明の燃焼組成物について説明する。
【００２０】
本発明に用いることができる酸化剤としては、塩素酸、過塩素酸及び硝酸の塩類を使用することができ、好ましくは、これらのアルカリ金属塩類及び／又はアルカリ土類金属塩類を使用することができる。また、アンモニウム塩も同様に好ましく使用することができる。
該アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属としては、リチウム、カリウム、ナトリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムを挙げることができる。
これらの中でも好ましい塩素酸、過塩素酸及び硝酸の塩類としては具体的に、塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウム等の塩素酸塩類、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等の過塩素酸塩類、硝酸カリウム、硝酸ナトリウムや硝酸ストロンチウム等の硝酸塩類が使用できる。これらの中で、塩素酸塩類は不安定で酸素を遊離しやすく、可燃物と混合すると極めて鋭敏な混合物を形成し、また硝酸塩類は燃焼において、多くは吸熱反応を示す。大きな吸熱を示す化合物は着火や燃焼の伝播が困難になるおそれがある。よってこれらの面から、過塩素酸カリウム、過塩素酸アンモニウム等の過塩素酸塩類がより好ましい。
【００２１】
上記酸化剤は、通常、固体粉末状のものを使用することができる。固体状粉末状とは、平均粒径が、１μｍ〜５００μｍ程度のものを好ましく使用することができる。
【００２２】
本発明に用いることができる可燃剤としては、特に制限されず、種々の有機化合物を使用することができ、有機化合物の例としてはスクロース、ラククトース、澱粉、デキストリン等の糖類、ポリ塩化ビニルやポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等の樹脂類、パラフィンやマイクロクリスタリンワックス等のワックス類、木炭、木粉、セラック、レッドガム、ＢＬ助燃剤、流動パラフィン、塩化パラフィン、亜麻仁油、ヒマシ油等が挙げられる。
上記可燃剤としては、粉末固体状あるいは液体状のものを使用することができる。これら、可燃剤は単独で使用しても良いし、２種以上を混合、例えば固体状の可燃剤と液体状の可燃剤とを混合し、溶液状あるいはペースト状として使用してもよい。
【００２３】
本発明の燃焼組成物は、上記した酸化剤及び可燃剤を少なくとも含む燃焼組成物に、添加剤として不活性物質が含まれていることを特徴とする燃焼組成物である。
この不活性物質とは、従来、酸化剤或いは可燃剤として作用することなく、燃焼反応に直接関与することのないと考えられている熱的に安定な物質のことを示し、好ましくは不活性希釈剤あるいは燃焼抑制剤として知られている物質のことを示す。
【００２４】
不活性希釈剤としては、例えば、長田英世著、「火薬ケミストリー」、丸善株式会社、２００３年１１月１０日、２２２〜２２３ページに記載されているものを挙げることができる。より好ましくは、粘土、珪藻土、タルク等の二酸化珪素を主成分とする鉱物およびシリカ、アルミナ、ガラス粉、酸化マグネシウム等の熱的に安定なものが使用できる。
これらの中でも、燃焼持続性の向上および燃焼速度向上効果の面から、珪藻土、タルクを用いることが好ましい。
【００２５】
また、速度抑制剤としては、例えば、長田英世著、「火薬ケミストリー」、丸善株式会社、２００３年１１月１０日、２２２〜２２３ページに記載されているものを挙げることができる。より好ましくは、炭酸アンモニウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸銅（ＩＩ)、炭酸鉄及び炭酸銀等の炭酸塩、また、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化銀、塩化ストロンチウム、塩化ナトリウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム及び塩化リチウム等の金属塩化物を挙げることができ、さらに好ましくは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム及び塩化カルシウムを挙げることができる。
これらの中でも、燃焼持続性の向上および燃焼速度向上効果の面から炭酸カリウム、塩化カリウムを用いることが好ましい。
【００２６】
上記不活性希釈剤、速度抑制剤としては、固体粉末状のものを使用することができる。固体粉末状とは、平均粒径が１μｍ〜１０００μｍ程度のものを好ましく使用することができる。
【００２７】
次に、本発明の燃焼組成物を調整する方法について説明する。
上記した酸化剤、可燃剤および上記した添加剤をよく混合し、好ましくは所望の形状に成型したものとして調整する。
ここで、酸化剤と、可燃剤との混合比については特に制限がないが、好ましくは酸化剤と、可燃剤との重量混合比において、９５：５乃至５０：５０、好ましくは９０：１０乃至７０：３０のものを使用することができる。
ここで、可燃剤の重量比が５に満たない場合着火不良若しくは燃焼が持続しないおそれや、逆に急激な燃焼反応を示し危険なおそれがあり、５０を超える場合着火不良若しくは燃焼が持続しないおそれがある。
【００２８】
上記添加剤については、上記酸化剤及び可燃剤を含む燃焼組成物１００重量部に対し、０．１〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部混合する。
ここで、添加剤が０．１重量部に満たない場合効果が発揮されないおそれがあり、３０重量部を超える場合目的とする効果が得られないおそれがあり、又コスト面でも不利である。
【００２９】
本発明の燃焼組成物については、別途、発炎発色剤、硬化剤、バインダー、比重調整剤等の添加助剤が配合されたものであっても構わない。
【００３０】
上記によって得られた燃焼組成物を好ましくは、所定形状の収納容器、紙筒等に充填し使用する。燃焼組成物の充填薬剤重量を充填容器内の体積で除して得られる填薬密度は好ましくは、１．００〜２．００ｇ／ｃｍ３とすることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を、実施例に基づいて説明する。尚、本発明は、本実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
（燃焼持続性改善効果の確認）
実施例１
酸化剤として過塩素酸カリウム７０重量部、可燃剤にはレッドガムと亜麻仁油をそれぞれ重量比２対１で混合し、これを可燃剤として３０重量部加え燃焼組成物とした。燃焼組成物に添加剤として珪藻土１０重量部を加え混合し燃焼組成物とした。
以下に示す方法にて燃焼速度及び燃焼性を評価した。
【００３３】
（燃焼速度及び燃焼性の評価方法）
燃焼組成物を紙管（クラフト紙を円筒状に成型したもの、内径８ｍｍ、長さ６０ｍｍ）に密に填薬し、一端よりガスバーナーを用いて着火した。
その燃焼持続性を確認するとともに、着火から燃焼終了までに要した時間を計測し、燃焼速度を算出した。
【００３４】
実施例１で得られた燃焼組成物の燃焼速度は０．９５ｍｍ／ｓｅｃ．であった。結果を表１に示す。
【００３５】
以下、酸化剤、可燃剤および添加剤を変え、実施例１と同様な方法にて、下表１に示した組成の各燃焼組成物を調整した（実施例２〜５および比較例１〜３）。
各燃焼組成物について実施例１と同様に評価した結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2010189225.tif 000002
＊ＫＰ：過塩素酸カリウム
＊ＡＰ／ＫＮ：過塩素酸アンモニウムと硝酸カリウムを重量比３：１で混合したもの
＊Ｒｇペースト：レッドガムと亜麻仁油を重量比２：１で混合したもの
＊ＵＰ：不飽和ポリエステル樹脂
【００３７】
実施例１〜５及び比較例１〜３の結果によれば、本発明の添加剤を混合してなる燃焼組成物は、小薬径の爆薬組成物として用いた場合でも燃焼中断せず、燃焼持続性に優れていることがわかった。
【００３８】
（燃焼速度向上効果の確認）
次に燃焼組成物の薬径（直径）を変化させたものの効果を確認するため下表２および表３に示す各燃焼組成物を実施例１と同様に調整し、燃焼速度の評価を行った。（実施例６〜１９および比較例４〜１３）
燃焼速度の評価は以下に示す燃焼速度の評価方法１〜３に準じ、それぞれの薬径に応じて行った。結果を表２および表３に示す。
【００３９】
（燃焼速度の評価方法１：薬径８ｍｍの場合）
燃焼組成物を紙管（クラフト紙を円筒状に成型したもの、内径８ｍｍ、長さ６０ｍｍ）に密に填薬し、一端よりガスバーナーを用いて着火した。
着火から燃焼終了までに要した時間を計測し、燃焼速度を算出した。
【００４０】
（燃焼速度の評価方法２：薬径２５．４ｍｍの場合）
燃焼組成物を紙筒（クラフト紙を円筒状に成型したもの、内径２５．４ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に密に填薬し、一端よりカンタル線を用いて着火した。
紙筒側面に直径２ｍｍの穴を長手方向に５０ｍｍ間隔で２点穿孔し、燃焼面が２点間を通過するのに要した時間を計測し、燃焼速度を算出した。
【００４１】
（燃焼速度の評価方法３：薬径３０ｍｍの場合）
燃焼組成物を紙筒（クラフト紙を円筒状に成型したもの、内径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に密に填薬し、一端よりカンタル線を用いて着火した。
紙筒側面に直径２ｍｍの穴を長手方向に５０ｍｍ間隔で２点穿孔し、燃焼面が２点間を通過するのに要した時間を計測し、燃焼速度を算出した。
【００４２】
【表２】
2010189225.tif 000003
【００４３】
【表３】
2010189225.tif 000004
【００４４】
上記表２および表３において、
ＫＰ：過塩素酸カリウム
ＫＰ／ＫＮ：過塩素酸カリウムと硝酸カリウムを重量比７：１で混合したもの
ＡＰ：過塩素酸アンモニウム
ＡＰ／ＫＮ：過塩素酸アンモニウムと硝酸カリウムを重量比３：１で混合したもの
Ｒｇペースト：レッドガムと亜麻仁油を重量比２：１で混合したもの
木粉混合物：木粉と流動パラフィンを重量比１：１で混合したもの
である。
【００４５】
以上の結果より、薬径を変化させた場合でも本発明の燃焼組成物（実施例６〜１９）はいずれも燃焼速度が向上する結果となった。
燃焼組成物の燃焼速度は、発熱と放熱によって左右されると考えられ、発熱が大きければ燃焼が持続し易い。
すなわち、薬径（燃焼面積）が大きくなると発熱が増大し、燃焼速度も増大すると考えられる。
しかしながら、本実施例の不活性物質を配合してなる燃焼組成物は、燃焼を持続し難いとされる小さな薬径（８ｍｍ）に適用した際にも、顕著な燃焼速度向上効果が見られた。
また、薬径を大きくした際（３０ｍｍ）にも、同様に燃焼速度向上効果が認められた。
【００４６】
以上より、本発明の燃焼組成物は、燃焼持続性に優れ、燃焼速度が向上され、燃焼性に優れたものであることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の燃焼組成物および燃焼性向上方法は、従来産業上で利用されている火工品用途の燃焼組成物、例えば、発炎筒等に利用される燃焼組成物に有用である。