(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無水ヒドラジンにポリアクリル酸を添加し、かつ、アルカリを添加して粘度を設定してなることを特徴とするゲル化推進薬。
【請求項２】
無水ヒドラジンにポリアクリル酸を添加する工程と、これを混合してゲル化させる工程とを有し、アルカリを添加してＰＨ調整することにより粘度を設定することを特徴とするゲル化推進薬の製造方法。
【請求項３】
アルカリとして、水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムのいずれか一つが選択されることを特徴とする請求項２記載のゲル化推進薬の製造方法。
【請求項４】
無水ヒドラジンにポリアクリル酸を添加して作成したゲル化推進薬を洗浄する方法であって、アルカリの添加によってｐＨを高め、ゲル化推進薬を液化して洗い流すことを特徴とするゲル化推進薬の洗浄方法。
【請求項５】
アルカリとして水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムの少なくとも一つが選択されることを特徴とする請求項４記載のゲル化推進薬の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲル化推進薬およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロケット用燃料等の宇宙用推進薬では、液体燃料の取り扱い性を容易にするために、有機ヒドラジン（ＭＭＨ，ＵＤＭＨ）にゲル化剤を混入して、液体燃料をゲル化する技術が有力であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機ヒドラジンに比べて比推力に優れた無水ヒドラジンを液体燃料として使用する場合、つまり、無水ヒドラジンに有機ヒドラジンを対象とするゲル化剤を用いると相分離を起こしてしまい、均質なゲル化推進薬を得ることが困難となる。
また、ゲル化剤の濃度を上げてゲル化させようとすると、推力の低下を招くとともに、せん断力付与時の流動化が困難となり、ゲル化推進薬としての機能を損なうものとなり易い。
一方、液体の無水ヒドラジンと固体のゲル化剤とを混合してゲル化する場合には、均質化が困難でかつゲル化に長時間を有するものとなり、セルロース系のゲル化推進薬を使用した場合には、粘性が高いことも相まって洗浄が不完全となり易く、使用済み貯留タンクや輸送管等の関連機器内にゲル化推進薬が残留し易くなるといった解決すべき課題が残されている。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、以下の目的を達成するものである。
▲１▼  無水ヒドラジンを容易にゲル状態として、ゲル化推進薬の取り扱い性を高めること。
▲２▼  比推力の増大を図ること。
▲３▼  ゲル化推進薬の均質化を容易にすること。
▲４▼  ゲル化推進薬の安定性を確保すること。
▲５▼  残留ゲル化推進薬の洗浄を容易にすること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
無水ヒドラジンにポリアクリル酸を添加してなるゲル化推進薬であり、具体的には、無水ヒドラジンにポリアクリル酸０．１〜１．０重量％を添加する技術が採用される。
ポリアクリル酸は、それ自身小さい粘度を有し水溶液中では酸性の固体であるが、中和されると粘度を増す特性を有することから、アルカリを添加してｐＨ調整し粘度を設定する技術が採用される。
このとき、アルカリとして、例えば水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムのいずれか一つが選択される。
また、無水ヒドラジンにポリアクリル酸を添加して作成したゲル化推進薬を洗浄する際には、ポリアクリル酸が、強アルカリ化されると水和構造が崩壊されて粘度を低下させ液化するという特性を利用して、強アルカリの添加によってｐＨを高め、ゲル化推進薬を液化して洗い流す技術が採用される。
なお、このとき使用されるアルカリにあっては、前述したｐＨ設定時と同様に、水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムの少なくとも一つが選択される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るゲル化推進薬とその製造方法およびその洗浄方法の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、ゲル化推進薬の作成工程を示している。
【０００７】
〔Ｓ１：液体燃料供給〕
ゲル化を行う対象物（推進薬）として液体燃料である無水ヒドラジンが適用される。
液体燃料供給系から無水ヒドラジンが供給される。
【０００８】
〔Ｓ２：ゲル化剤供給〕
ゲル化剤として、ポリアクリル酸が適用される。
計量されたポリアクリル酸がゲル化剤供給系から供給される。
【０００９】
〔Ｓ３：混合処理〕
無水ヒドラジンとポリアクリル酸とが混合容器の内部で混合される。
このとき、無水ヒドラジンに対して、０．１〜１．０重量％のポリアクリル酸が混合される。
【００１０】
〔Ｓ４：ゲル化〕
液体の無水ヒドラジンと粉末状のポリアクリル酸とを混合してゲル化させる。より均質化されたゲル化生成を得るために、混練器等による混練（混合）を行うことが望ましい。
【００１１】
〔Ｓ５：アルカリ供給〕
Ｓ４で得られたゲル化生成物にアルカリが供給される。
アルカリとして、水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，水酸化アンモニウムが適用される。
【００１２】
〔Ｓ６：ｐＨ調整〕
Ｓ４において生成されたゲル化生成物を、Ｓ５から供給されるアルカリによって中和する。
【００１３】
〔Ｓ７：ゲル化促進〕
ポリアクリル酸は、粘性の小さな水溶液中では酸性の固体であるが、アルカリによって中和すると粘度を増す特性を有することから、Ｓ４で生成されたゲル化生成物をアルカリによってｐＨを調節することにより、粘度を設定することが可能となる。
【００１４】
〔Ｓ８：ゲル化推進薬〕
このように作成されたゲル化推進薬は、粘性を設定することが可能となり、取り扱い性が高められるが、噴射時、つまり、圧力を加えた場合にあっては、チクソトロピック性（以下、チクソ性と略す）に基づき、流動性が付与されて速やかにこれを供給することが可能となる。
【００１５】
次に、ゲル化推進薬の洗浄方法について説明する。
図２は、ゲル化推進薬の洗浄工程を示している。
【００１６】
〔Ｓ２１：残留ゲル化推進薬〕
ポリアクリル酸をゲル化剤として作成されるゲル化推進薬は、高い粘性を有するため洗浄が不完全となり易く、例えば使用済み貯留タンクや輸送管等の関連機器内にゲル化推進薬が残留する。
【００１７】
〔Ｓ２２：アルカリ供給〕
使用済み貯留タンクや輸送管等の関連機器内に残留するゲル化推進薬に、アルカリ供給系より、ｐＨ９〜１３の強アルカリを供給する。
強アルカリとして、水溶性アミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，水酸化アンモニウムが適用される。
【００１８】
〔Ｓ２３：連続供給〕
強アルカリを、残留ゲル化推進薬に対して連続的に供給して接触させるようにする。
【００１９】
〔Ｓ２４：アルカリ化〕
強アルカリの供給により、残留ゲル化推進薬がアルカリ化される。
【００２０】
〔Ｓ２５：液化促進〕
ポリアクリル酸は、中和状態において高い粘度を有するものとなるが、アルカリ化をすすめて強アルカリ化状態にすると、強アルカリにより与えられる解離イオンによりポリアクリル酸の水和構造が崩壊し、粘度が急速に低下する特性を有する。よって、ゲル化推進薬の液化が促進される。
【００２１】
〔Ｓ２６：洗い流し洗浄〕
ゲル化推進薬の液化に伴って、粘度が低下すると、液化部分に流動性が付与される。
つまり、強アルカリを連続供給することによって、使用済み貯留タンクや輸送管等の関連機器内に残留するゲル化推進薬を速やかに液化して除去する洗浄を行うことができる。
【００２２】
【実施例１】
表１は、各種ゲル化剤を無水ヒドラジンに添加、混練（混合）したものについて比較した結果を示している。
なお、表中の記号は、各ゲル化剤の溶解性，安定性，粘度，チクソ性の状況を示している。
溶解性      ○：残留物なし      △：一部残留物有り    ×：相分離状態
安定性      ○：保存性良（長期保存による品質変化無し）
粘度        大：流動性なし      中：若干の流動性あり  小：液状態
チクソ性    ○：チクソ性大      △：チクソ性中        ×：チクソ性小
【００２３】
【表１】
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表１を検討すると、ゲル化剤として、ポリビニルアルコールおよびグルテンはやや不適と判断されるが、残りのポリアクリル酸，ガムキサンタン，カルボキシメチルセルロースＮａ塩，カルボキシメチルセルロースＮＨ4 塩，ヒドロキシエチルセルロースは溶解性，安定性に優れ、粘度、チクソ性もほぼ満足する範囲内であった。
また、ゲル化推進薬のゲル化剤として適当とされるものについて適用重量濃度およびこのときの最適重量濃度を示すと、ポリアクリル酸にあっては適用重量濃度が０．１〜１．０重量％，最適重量濃度が０．１〜０．５重量％、ガムキサンタンにあっては、適用重量濃度が１〜７重量％，最適重量濃度が４重量％、カルボキシメチルセルロースＮａ塩にあっては適用重量濃度が１〜５重量％，最適重量濃度が３重量％、カルボキシメチルセルロースＮＨ4 塩にあっては適用重量濃度が１〜５重量％，最適重量濃度が３重量％、ヒドロキシエチルセルロースにあっては適用重量濃度が１〜１０重量％、最適重量濃度が７重量％であることが実験より求められた。
なお、ポリアクリル酸は、ゲル化剤として優れた特性を有しているガムキサンタンと比較して、適用重量濃度のおよそ１／１０の量であっても、溶解性，安定性，粘度，チクソ性の点で充分に満足するゲル化推進薬を作成することができる。
【００２４】
【実施例２】
以下、ゲル化推進薬の実施例２について図３ないし図４を参照して説明する。
【００２５】
図３は、ポリアクリル酸からなるゲル化推進薬のせん断速度と粘度との関係を計測した結果を示すものである。
横軸にはせん断速度（１／ｓ）が示され、縦軸には粘度（ｍＰａ・ｓ）が示されている。
なお、ゲル化推進薬は、無水ヒドラジンに０．５重量％のポリアクリル酸を添加して作成されたものが使用された。
【００２６】
図３を検討すると、せん断速度の増加にともない粘度が低下している。この場合、せん断応力が大きくなるに従って粘度が低下し、せん断速度が早くなったと考えられる。よって、ゲル化推進薬がゲル状態から液状態へ速やかに移行し得たと考えられる。
【００２７】
図４は、ポリアクリル酸の水溶液を作成し、ｐＨが粘度に及ぼす影響を測定した結果を示すものである。
横軸にはｐＨが示され、縦軸には粘度（ｃＰ・２０ｒｐｍ）が示されている。なお、図中、太い実線は、純水に０．２重量％のポリアクリル酸を添加して作成されたゲル化生成物の測定値を示し、同様に細い実線は、ポリアクリル酸が０．５重量％の場合、点線は、ポリアクリル酸が１．０重量％の場合を示している。
【００２８】
図４を検討すると、ポリアクリル酸が０．２重量％の場合は、ｐＨ４〜７の範囲で粘度が２５０ｃｐ・２０ｒｐｍから急激に上昇し、およそｐＨ７で１２，０００ｃｐ・２０ｒｐｍの最高値に達している。ｐＨ９〜１２の範囲では、２５０ｃｐ・２０ｒｐｍまで値が急激に減少しているのが認められる。
ポリアクリル酸が０．５重量％の場合は、ｐＨ４〜６の範囲で粘度が１０，０００ｃｐ・２０ｒｐｍから急激に上昇し、ｐＨ６〜１０の範囲で１５，０００ｃｐ・２０ｒｐｍの最高値に達している。ｐＨ１０〜１２の範囲では、１０，０００ｃｐ・２０ｒｐｍまで急激に減少しているのが認められる。
ポリアクリル酸が１．０重量％の場合は、ｐＨ３〜５の範囲で粘度が１０，０００ｃｐ・２０ｒｐｍから急激に上昇し、ｐＨ５〜１０の範囲で１６，０００ｃｐ・２０ｒｐｍの最高値に達している。ｐＨ１０〜１３の範囲では、９，０００ｃｐ・２０ｒｐｍまで急激に減少しているのが認められる。
【００２９】
以上により、ポリアクリル酸水溶液にあっては、ｐＨ６〜８のほぼ中和状態で最も高い粘度を示し、以降ｐＨ１０以上の強アルカリ状態で急激に粘度が低下するが、ｐＨ５〜１１の範囲であれば、実用性を有していると考えられる。
また、粘度の値が、ポリアクリル酸の添加量の増加にともなって大きくなっていることから、ポリアクリル酸の添加量が多いほど高い粘度を示すと考えられる。
よって、無水ヒドラジンをゲル化剤対象物（推進薬）として生成されるゲル化生成物の場合にあっても、ｐＨおよび添加量を設定することにより、所望の粘度を有するゲル化推進薬に容易に作成されると考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るゲル化推進薬とその製造方法およびその洗浄方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）  ポリアクリル酸としてゲル化剤として使用することにより、無水ヒドラジンを容易にゲル状態とすることが可能となるとともに、ｐＨおよび添加量の設定により粘度設定を行うことが可能となり、ゲル化推進薬の取り扱い性を高めることができる。
（２）  低量で対象物（推進薬）をゲル化するポリアクリル酸を使用して、無水ヒドラジンの含有率を高くすることにより、ゲル化推進薬の比推力の増大を図ることができる。
（３）  液状態の無水ヒドラジンに粉末状のポリアクリル酸を添加してゲル化推進薬を作成することにより、固体状態のゲル化推進薬を添加した場合に比べて効率よく混合することが可能となり、ゲル化推進薬の均質化を容易に行うことができる。
（４）  アルカリの添加によりｐＨを中和状態に設定してゲル化生成物の粘度を増加させることにより、状況に応じて所望の粘度を有するようにゲル状態を維持させることが可能となり、ゲル化推進薬の安定性を容易に確保することができる。
（５）  強アルカリの添加によりゲル化推進薬を強アルカリ状態に設定し、粘度を速やかに低下させ液化することが可能となり、例えば、強アルカリの連続供給により、使用済み貯留タンクや輸送管等の関連機器に残留する残留ゲル化推進薬の洗浄を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるゲル化推進薬の製造工程の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】  本発明に係わるゲル化推進薬の洗浄工程の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】  ゲル化推進薬のせん断速度と粘度との関係を示す関係曲線図である。
【図４】  ｐＨとポリアクリル酸水溶液との関係を示す関係曲線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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