(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸アンモニウムとエタノールのモル比が４：１である混合物に、アルミニウム粉を混ぜ、前記混合物とアルミニウム粉は、重量比で１：０．１〜０．２であり、発生ガスの平均分子量が１９．６〜１７．７であることを特徴とする硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物。
【請求項２】
前記硝酸アンモニウムとしてプリル化したプリル硝酸アンモニウムを用い、前記アルミニウム粉として、箔製粉末を用いることを特徴とする請求項１記載の硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物に関し、特に、硝酸アンモニウムをアルコールに浸した混合物（Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｎｉｔｒａｔｅ  Ａｌｃｏｈｏｌ：ＡＮＡ）にアルミニウム粉を混合させることにより、安全でかつ高性能な最高爆発性能及び加速性能を有する発射薬用の火薬及び爆薬を得るための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていた硝酸アンモニウムをアルコールに浸した混合物（ＡＮＡ）は、この硝酸アンモニウム（特にプリル硝酸アンモニウム）とアルコール（メタノール又はエタノール）の混合比を変えることで、例えば発射薬として使用した場合、その加速性能（飛翔体速度）は従来の発射薬より優れていた。さらに後ガス（推進ガス）も従来の火薬よりＮＯX等の排出が少ないクリーンな物であった。
また、爆薬として利用した場合でも、平成１１年度火薬学会秋期研究発表会で発表された様にプリル硝酸アンモニウム使用の混合物（ＡＮＡ）はＡＮＦＯ（工業爆薬のＡｍｍｏｎｉｕｍ  Ｎｉｔｏｒｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｏｉｌの略で、一般にアンホ爆薬と言う）以上の爆速を示す等の高性能性を示していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、従来のアルコール・硝安の反応式は特開平１１−３０４９７号公報の「ハイブリッド発射薬砲及びその発射方法」や特開平１１−２９３８８号公報の「硝安アルコール火薬」中にも開示されるように理想的には次の１式の様なものであった。ただし、Ｑは生成エンタルビーである。
ＣnＨ2n+1ＯＨ＋ＸＮＨ4ＮＯ3→ｎＣＯ2＋ＸＮ2＋
（１＋３Ｘ−２ｎ）Ｈ2Ｏ＋（３ｎ−Ｘ）Ｈ2＋Ｑ・・・（１）
（１）式でアルコールをエタノール、硝安のエタノールに対するモル比を４とすると理論的には次の（２）式のようになる。
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋４ＮＨ4ＮＯ3→３ＣＯ2＋４Ｎ2＋
９Ｈ2Ｏ＋２Ｈ2＋１６２０ｋＪ              ・・・（２）
（２）式から混合物（ＡＮＡ）の特徴としてＸ＝４の場合、その主な成分は水と窒素、水素、と言ったクリーンなもので、発生発熱量が大きいことが上げられる。
実際に混合物（ＡＮＡ）を燃焼させた後ガスは平成１１年火薬学会秋期研究発表会「硝安−アルコール系混合物（ＡＮＡ）の生成ガス組成調査」で示されるようにほぼ（２）式の反応式が適用できることが証明されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の硝酸アンモニウム−アルコール系組成物は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、従来の混合物（ＡＮＡ）の性能は爆薬としては前記ＡＮＦＯより優れており、また推進性能もＮＹ−５００ライフル用無煙火薬やＳＳ無煙火薬以上であることが明らかであるが、飛びぬけた優位性があるわけではなく、その爆発性能を大幅に向上させることは困難であった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、硝酸アンモニウムをアルコールに浸した混合物（ＡＮＡ）にアルミニウム粉を混合させることにより、安全でかつ高性能な最高爆発性能及び加速性能を有する火薬及び爆薬を得ることができる硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物は、硝酸アンモニウムとエタノールのモル比が４：１である混合物に、アルミニウム粉を混ぜ、前記混合物とアルミニウム粉は、重量比で１：０．１〜０．２であり、発生ガスの平均分子量が１９．６〜１７．７であり、また、前記硝酸アンモニウムとしてプリル化したプリル硝酸アンモニウムを用い、前記アルミニウム粉として、箔製粉末を用いる組成である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物の好適な実施の形態について説明する。
まず、本発明による硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物の好適な実施の形態について述べる。
前記硝酸アンモニウムをアルコールに浸した混合物（ＡＮＡ）に、アルミニウム粉を混合させる場合、次の通りとなる。
すなわち、Ａｌ粉添加ＡＮＡ混合物の反応式は例えば前述の［０００３］で開示した（２）式のＡＮＡに４．５２モルのＡｌ粉を混ぜると以下の（３）式の様になる。
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋４ＮＨ4ＮＯ3＋４．５２Ａｌ→２．２６Ａｌ2Ｏ3＋２ＣＯ2
＋４Ｎ2＋８．７８Ｈ2＋２．２２Ｈ2Ｏ＋３４６８．２４ｋＪ・・・（３）
この（３）式から解るように熱エネルギーは（２）式の２．１４倍となる。
一般に爆発力を表す火薬力ｆは次の（４）式の様に表される。
Ｖ0Ｔ1／２７３＝ｆ  ・・・（４）
この（４）式でＶ0は火薬又は爆薬１ｋｇが爆発し、生成したガスが温度２７３Ｋ、圧力１ａｔｍの標準状態で占める容積であり、Ｔ1は爆発温度である。
【０００８】
前述の爆発反応における反応は一瞬で終了するので反応生成物と熱が瞬時に発生し、反応生成物の平均熱容量が同程度であるとすると、爆発温度は発熱量が大きい方が高いことになる。この場合爆発温度はＡＮＡの爆発温度をＴ1とすると２．１４Ｔ1である。また、発生ガスのモル数が同じであれば、爆発温度が同じ場合、その占める体積は同じである。従って、（２）、（３）式で発生ガスのモル数は１７と同じ（Ａｌ2Ｏ3は固体なので除く）であるが、初期の反応物質（ＡＮＡとＡｌ混合物の質量）は（２）式の方が（３）式より約０．７５倍になっているのでＡＮＡの比容Ｖ0に対して比容は０．７５Ｖ0となる。これから火薬力ｆはＡＮＡのみより１．６５倍になると予想できる。
また、発射される飛翔体は推進ガスの平均分子量が小さいほど速く加速される。すなわち、（２）式の発生ガスの平均分子量は２１．５３であるのに対し、ＡＮＡとアルミニウム粉を重量比で１：０．１〜０．２とすると（３）式では１９．６〜１７．７（ただしＡｌ2Ｏ3は固体なのでガス成分から外す）となり、飛翔体加速性能の向上も予測できる。
【０００９】
実施例
本出願人は、前述の硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物すなわち前記混合物（ＡＮＡ）にアルミニウム粉を添加した場合の推進向上について実験を行った。
この実験装置は、図１に示されるように、圧縮点火試験装置１の試料台２上に形成された圧縮シリンダ３に圧縮ピストン４を設け、この圧縮ピストン４を油圧シリンダ５で圧縮作動させる構成である。
実験方法は試料台２に硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物からなる混合物（ＡＮＡ）にアルミニウム粉を添加してなる組成物で構成される試料を乗せ圧縮シリンダ３中にＡｒガスを封入する。次に油圧シリンダ５を試料台２方向に押し付けることでＡｒガスを圧縮する。圧縮されたＡｒガスは断熱圧縮により温度を上げ試料を点火、燃焼させる。この場合、表１の第１表の様にＡＮＡに添加するＡｌ粉の量を変えて圧縮した時の圧力を測定し、燃焼時の推進性能を調べた。ＡＮＡとＡｌの反応は、まずエタノールと硝安の比を変えることによりその推進力が変わるが、実験によりエタノール：硝安＝１：４の時最高推力であることが判明している。
【００１０】
【表１】
0003758467.tif 000002
【００１１】
今回ＡＮＡのエタノール：硝安比はこの比を用い、これにＡｌ粉量を変えて添加し、火薬力を比較した。Ａｌが４．５２の時の反応式例を以下に示した。
ＡＮＡ＋Ａｌ反応式例
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋４ＮＨ4ＮＯ3＋４．５２Ａｌ→２．２６Ａｌ2Ｏ3＋２ＣＯ2＋４Ｎ2＋８．７８Ｈ2＋２．２２Ｈ2Ｏ＋ＱｋＪ
【００１２】
前述の実験結果で得られた圧力で火薬力を計算すると第１表の様になる。これをグラフにしたものが図２である。
これからＡｌ粉を添加したときＡＮＡ１ｇに対して０．１６７ｇ添加した時の火薬力は添加しない時の１．５倍になった。
また、０．５ｇ以上Ａｌ粉を添加したときにはＡｌを反応開始状態にするためのエネルギーが大きくなり徐々に火薬力は下がり最終的には反応が起こらなくなった。
従って、今回の実験でＡＮＡにＡｌ粉を添加すると火薬力が上がることが判明した。また、その最高値はＡｌ粉０．１６７ｇ／ＡＮＡ１ｇを添加した場合で、添加しない場合の１．５倍の火薬力を示した。
すなわち、加速性能は爆発エネルギーが全て速動エネルギーに変わると仮定して、Ｅ（爆発エネルギー）＝１／２ｍＶ2より、このＥが１．５倍になった場合、ＶはＥの平方根であることから、加速性能が従来の約１．２５倍（正確には１．２２倍）であることが判明した。
【００１３】
また、前述の加速性能を得るために、種々実験をした結果、硝酸アンモニウムとアルコールのモル比は、１：１〜６が最適であった。また、前記混合物（ＡＮＡ）におけるアルミニウム粉の量は、重量比で１：０．１〜０．３が最適であった。  また、前記硝酸アンモニウムとして、周知のプリル化したプリル硝酸アンモニウムを用いるとプリル硝酸アンモニウム−アルコール−アルミニウム系組成物を得ることができ、この場合のアルコールとしては、エタノールを用い、前記アルミニウム粉としては、箔製粉末を用いる場合が好適である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、硝酸アンモニウムをエタノールに浸した混合物（ＡＮＡ）に、アルミニウム粉を混合させることにより、最高爆発性能で約１．５倍、加速性能で約１．２５倍の性能向上を達成することができ、従来の火薬より安全で安価でかつクリーンな発射薬及び爆薬を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による硝酸アンモニウム−アルコール系発射薬用組成物の性能を試験する圧縮点火試験装置を示す構成図である。
【図２】  本発明による組成物の添加Ａｌ量に対する火薬力を示す特性図である。
【符号の説明】
１    圧縮点火試験装置
２    試料台
３    圧縮シリンダ
４    圧縮ピストン
５    油圧シリンダ
【図１】
0003758467.tif 000003
【図２】
0003758467.tif 000004