Brevet 3769107 – Composition pyrotechnique pour la production de fumée à base de plomb – 1973

INTÉRÊT DU GOUVERNEMENT

L’invention décrite ici peut être fabriquée et utilisée par ou pour le gouvernement des États-Unis d’Amérique à des fins gouvernementales sans le paiement de redevances sur celle-ci ou à cet effet.

CONTEXTE DE L’INVENTION

Différents types de compositions pyrotechniques capables de fournir des nuages ​​de fumée lors de la combustion sont bien connus comme étant des compositions pyrotechniques contenant de l’iodate d’argent qui, lors de la combustion, produisent des noyaux d’iodure d’argent qui, s’ils sont correctement introduits dans le nuage approprié, brouillard surfondu. La technique d’ensemencement des nuages ​​sous-refroidis est connue. Deux noyaux de glace artificielle largement utilisés sont la glace carbonique utilisée pour la modification des nuages ​​par Schaefer en 1946, et l’iodure d’argent dont l’excellente activité a été découverte par Vonnegut en 1947. L’utilisation de l’iodure d’argent comme matériau d’ensemencement est basée sur propriété d’agir comme des noyaux de congélation à des températures relativement élevées, à savoir entre -4 ° C et -5 ° C et de transformer des nuages ​​sous-refroidis en particules de glace. Jusqu’ici, seules très peu de substances qui ont des propriétés de noyau similaires à l’iodure d’argent, telles que l’iodure de plomb, sont devenues connues. La production d’iodure d’argent reste relativement coûteuse. Cependant, la génération de noyaux à base de plomb par des moyens pyrotechniques n’a jamais été couronnée de succès et n’a donc pas produit de résultats comparables aux fumées d’iodure d’argent. La présente invention fournit une composition pyrotechnique qui ne produit pas seulement des noyaux de congélation à base de plomb qui présentent une excellente activité de formation de glace, mais le matériau est relativement peu coûteux.

Résumé de l’invention

L’invention concerne des compositions pyrotechniques améliorées. Plus particulièrement, à un pyrotechnique qui, lors de la combustion, produit un noyau actif à base de plomb qui a une influence artificielle sur les conditions météorologiques.

Le but général de la présente invention est de fournir une composition pyrotechnique qui soit comparable ou meilleure que d’autres compositions pyrotechniques qui, lors de la combustion, donnent des sous-produits qui présentent une activité améliorée des noyaux de congélation. Un autre but est de fournir une pyrotechnique qui soit économique à préparer et sûre à manipuler.

Description de l’invention

La présente invention concerne une composition comprenant au moins deux oxydants, l’un iodate alcalin et l’autre iodate de plomb, un combustible non métallique et un liant qui ne contient pas d’halogène autre que l’iode.

L’iodate alcalin utilisé comprend le potassium, le césium, le sodium et l’iodate de rubidium. Le combustible préféré est le bore qui est sûr et ne tend pas à former des liaisons plus énergétiques avec l’iode qu’avec l’oxygène. D’autres métaux qui peuvent être utilisés sont l’aluminium ou le magnésium; aussi, d’autres qui n’ont pas tendance à former des liaisons plus énergétiques avec l’iode qu’avec l’oxygène. Le liant préféré est la résine époxy. Il est nécessaire d’aider à la consolidation de la composition si une granulation est souhaitée. Il est important pour cette composition que le liant utilisé ne contienne pas d’halogènes autres que l’iode. D’autres halogènes peuvent réduire l’efficacité de cette composition. La formulation préférée est réalisée en maintenant un rapport molaire métal alcalin / plomb compris entre 1: 1 et 20: 1. Un combustible suffisant est ajouté pour réagir avec l’oxygène présent dans la composition mais n’est pas nécessairement nécessaire car la composition fonctionnera avec moins. Il n’est pas nécessaire d’utiliser une quantité de carburant stoechiométrique, mais il est recommandé de ne pas utiliser plus de deux fois cette quantité. La quantité de liant est celle nécessaire pour mélanger les matériaux nécessaires pour compacter en un grain solide.

Lors de la combustion, les présentes compositions pyrotechniques améliorées donnent des complexes d’iodure de plomb et d’iodure de métal alcalin. On suppose qu’en formant l’iodure alcalin, l’iodure de plomb formé est chimiquement et physiquement protégé en liant chimiquement les iodures métalliques sous forme de sels doubles bases ou en formant physiquement une couche protectrice autour de l’iodure de plomb dans la flamme et / ou en refroidissant le solide état, c’est-à-dire des particules de fumée. On pense que cette protection empêche l’oxydation de l’iodure de plomb formé dans la flamme et / ou lorsque le contact avec l’oxygène atmosphérique se produit.

Les exemples suivants illustrent mieux cette invention mais ne doivent pas être considérés comme limitatifs.

Exemple I

Ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 48,9 iodate de potassium 37,6 bore 7,5 liant de résine époxy 6,0 Le taux de combustion inverse = 4,3 s / pouce.

L’efficacité de nucléation (noyaux par gramme de composition) est la suivante:

-6 ° C, 5,6 x 1011

-7 ° c., 6,2 × 1011

-0.7 ° c., 8 × 109

exemple ii

ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 26.2 iodate de potassium 59.6 bore 8.2 liant de résine époxy 6.0 Le taux de combustion inverse = 4.3 sec / pouce.

L’efficacité de nucléation (noyaux par gramme de composition) est la suivante:

-6,5 ° C, 2,2 × 1011

-7,5 ° c., 3,2 × 1011

-10,5 ° c., 1,2 × 1012

exemple iii

ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 87,2 Bore 6.8 Liant à base de résine époxy 6.0 Le taux de combustion inverse = 5,2 s / pouce.

L’efficacité de nucléation (noyaux par gramme de composition) est la suivante:

-9 ° C, 3,4 × 1011

Exemple IV

Ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 26.2 iodate de potassium 59.6 bore 4.7 Gilsonite 3.5 liant époxy 6.0 Le taux de combustion inverse = 12 sec / pouce.

Exemple V

Ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 41,0 iodate de potassium 31,5 magnésium 21,5 liant à base de résine époxy 6,0

Exemple VI

Ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 40,0 iodate de potassium 46,2 bore 7,8 liant époxy 6,0

Exemple VII

Ingrédients Pourcentage en poids iodate de plomb 62,6 iodate de potassium 24,1 bore 7,3 liant époxy 6,0

L’activité de nucléation des exemples VI et VII était à peu près la même que celle de l’exemple I ci-dessus.

Tous les exemples (I à VII) ont été préparés en dissolvant la résine époxy et l’agent de durcissement qui est utilisé avec l’époxy dans l’acétone. Les autres ingrédients sont ajoutés tout en agitant jusqu’à l’obtention d’un mélange homogène. L’acétone a ensuite été éliminée par le vide et la composition comprimée dans des cylindres de taille prédéterminée et durcie. Lorsqu’elles sont brûlées, ces compositions produisent des fumées allant du blanc au rose. Les compositions présentent une bonne activité des noyaux à des températures allant de -1 ° à -10 ° C.

Le système de résine époxy préféré est DER 321, qui peut être obtenu auprès de Dow Chemical Company. C’est un liquide ayant un équivalent époxyde de 187 à 193; masse moléculaire moyenne 350 – 400 et viscosité à 25 ° C de 11 000 – 16 000 centipoises. C’est un produit de réaction du bisphénol A et de l’épichlorhydrine auquel on ajoute environ 10% en poids de butylglycidyléther en tant que diluant réactif. Il est durci avec environ 11 parties en poids pour 100 parties de la combinaison résine / diluant d’un agent de durcissement classique, tel que la diéthylène triamine. Les résines époxy se sont révélées être les meilleurs liants car elles donnent une durée de conservation plus longue et plus stable à la composition.

L’utilisation de cette composition à base de plomb dans des générateurs pyrotechniques pour des expériences d’ensemencement des nuages ​​a montré que l’efficacité de formation de la glace est égale ou supérieure à celle de l’argent et beaucoup moins coûteuse. Ces dispositifs pyrotechniques sont tirés du sol ou des avions lorsqu’ils volent dans les nuages ​​présélectionnés. Parce que le cristal de complexe de plomb formé, comme l’iodure d’argent utilisé dans l’art antérieur, est similaire à celui de la glace, il agit comme une graine pour la croissance des cristaux de glace dans un nuage surfondu.

Le bore et d’autres non-métaux tels que le silicium offrent une plus grande sécurité dans la fabrication ainsi que de bien meilleures propriétés de stockage et de résistance à la dégradation par l’humidité.