Michalski, Dennis AndrzejDennis AndrzejMichalski2026-05-192026-05-192026-05-05https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/9301Aufgrund von toxischen und karzinogenen Eigenschaften von Stoffen, welche in pyrotechnischen Verzögerungssätzen zum Einsatz kommen, war das Ziel die-ser Arbeit die Herstellung und Untersuchung alternativer pyrotechnischer Ver-zögerungssätze. Der Entwicklungsprozess wurde dabei von den „Regeln der Grünen Chemie“ begleitet. Als alternative Stoffe wurden die Oxidationsmittel CaO2, Li2O2, SrO2, KClO4, LiClO4 und SiO2 und die Reduktionmittel Al, CaSi2, Fe, Mg, Mn, Si, pSi, Ti und Zr eingesetzt. Die Verzögerungssätze wurden dabei als Pellets gefertigt und anschließend zur weiteren Untersuchung in Hülsen ge-laden. Zudem wurde auf den Einsatz von Lösemitteln verzichtet, weshalb Tro-ckenbindemittel (Hydroxypropylmethylcellulose, Magnesiumstearat, Polyethyl-englykol und Polyvinylpyrrolidon) als Haftvermittler zwischen den Partikel ver-wendet wurden. Weiterhin wurden gewählte Gemische einer Alterungssimulati-on über 11 Tage bei 80 °C mit Umgebungsluftfeuchtigkeit (30 % – 50 %) unter-zogen. Die Verzögerungspellets erzielten Verbrennungsraten von 1,1 mm s-1 bis hin zu 91,4 mm s-1. Dabei war die Verbrennungsrate von der Korngröße der Oxidationsmittel, des Pelletdurchmessers, des Bindertyps sowie Bindergehalts, des Brennstoffgehalts, des Hülsenmaterials und dem Nachpressen der Pellets in die Hülse abhängig. Zudem wurde festgestellt, dass die Zugabe von Binde-mitteln die Entzündungstemperatur von Gemischen mit Peroxiden senkt. Für die Perchlorate wurde keine Reduktion der Entzündungstemperatur ermittelt. Zudem war die mechanische Stabilität der Pellets vom Bindergehalt, Bindertyp sowie den eigentlichen Komponenten (Oxidationsmittel und Reduktionsmittel) abhängig. Des Weiteren wurden Raman-spektroskopische Untersuchungen durchgeführt, um die Reaktionsprodukte auf Reste der Oxidationsmittel, zur Charakterisierung der beiden Siliziumpulver sowie zur Untersuchung von Alte-rungsprozessen verwendet. Es konnten keine Reste von Oxidationsmitteln in den Reaktionsprodukten detektiert werden, die beiden Siliziumpulver wurden als kristallin und nicht porös (mit Hilfe von BET und Korngrößenanalytik) eingestuft und es konnten Hinweise auf Alterungsprozesse detektiert, jedoch nicht voll-ständig zugeordnet werden. Mittels DSC-Analysen konnte die Verringerung der Entzündungstemperatur bei Peroxidgemischen mit Zugabe von Bindern auf die Verbrennung/Zersetzung der Bindemittel zurückgeführt werden. Die meisten Gemische wurden als Schlag- und Reibunempfindlich eingestuft, dennoch kam es bei der Pelletherstellung mit den Bindern HPMC, PEG1, PEG2 und PVP zu ungewollter Entzündung. Auch wenn die Gemische als „gasfrei“ eingestuft wer-den, konnte in einer Druckbombe ermittelt werden, dass bei der Verbrennung von SrO2/Al/MgSt Pellets ein Druckanstieg bis zu 13 bar erreicht wird. Der Druckanstieg ist jedoch vom Binderanteil abhängig. Abschließend führte die Un-tersuchung der gealterten Pellets SrO2/Al/MgSt und CaO2/pSi/MgSt zur Schlussfolgerung, dass beide Gemische langzeitstabil sind und somit als mögli-che Substitutionskandidaten für den Einsatz in Verzögerungselementen ange-sehen werden können.Due to the toxic and carcinogenic properties of substances used in pyrotechnic delay compositions, the aim of this work was the production and investigation of alternative pyrotechnic delay mixtures. The development process was accom-panied by the “rules of green chemistry”. The oxidizing agents CaO2, Li2O2, SrO2, KClO4, LiClO4 and SiO2 and the reducing agents Al, CaSi2, Fe, Mg, Mn, Si, pSi, Ti and Zr were used as alternative substances. The delay compositions were produced as pellets and then loaded into tubes for further investigation. In addition, the use of solvents was avoided and dry binders (HPMC, MgSt, PEG1, PEG2 and PVP) were used as adhesion promoters between the parti-cles. Furthermore, selected mixtures were subjected to an ageing simulation over 11 days at 80 °C with ambient air humidity. The delay pellets achieved combustion rates ranging from 1,1 mm s-1 to 91,4 mm s-1. The combustion rate depended on the particle size of the oxidizing agents, the pellet diameter, the binder type and content, the fuel content, the tube material and if the pellets were post pressed into the delay tubes. It was also found that the addition of binders lowers the ignition temperature of mixtures with peroxides. No reduction in the ignition temperature was determined for the perchlorates. In addition, the mechanical stability of the pellets depended on the binder content, binder type and the actual components (oxidizing agent and reducing agent). Furthermore, Raman spectroscopic investigations were carried out to examine the reaction products for residual oxidants, to characterize the two silicon powders and to investigate aging processes. No residues of oxidizing agents could be detected in the reaction products, the two silicon powders were classified as crystalline and non-porous (also using BET and grain size analysis) and indications of ag-ing processes could be detected but not fully assigned. Using DSC analyses, the earlier ignition of the peroxide mixtures with the binders could be attributed to the combustion/decomposition of the binders. Most of the mixtures were classified as impact- and friction-sensitive, but unwanted ignition with the bind-ers HPMC, PEG1, PEG2 and PVP occurred during pellet production. Even if the mixtures are classified as “gasless”, a pressure increase of up to 13 bar can be expected during the combustion of SrO2/Al/MgSt pellets. However, this de-pends on the binder content. Finally, the investigation of the aged pellets SrO2/Al/MgSt and CaO2/pSi/MgSt led to the conclusion that both mixtures are stable in the long term and can therefore be regarded as possible substitution candidates for use in delay elements.deAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/540 ChemieVerzögerungssatzPyrotechnikGrüne ChemiePeroxideDelay compositionPyrotechnicGreen chemistryPeroxideDoctoral ThesisWickleder, Claudiaurn:nbn:de:hbz:467-93012