KR900000084B1 - 열경화성 결합제-함유 혼합 화공제품의 무용매 제조방법 및 이에 의해 제조된 제품 - Google Patents

열경화성 결합제-함유 혼합 화공제품의 무용매 제조방법 및 이에 의해 제조된 제품 Download PDF

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Abstract

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Description

열경화성 결합제-함유 혼합 화공제품의 무용매 제조방법 및 이에 의해 제조된 제품
본 발명은 혼합 화공(火工)제품(Compound Pyrotechnic Product) 및 특히, 무기용 추진화약(propellant powder) 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 열경화성 결합제를 함유하는 혼합 화공제품, 즉 필수적으로 열경화성 불활성 결합제 및 적어도 한 종류의 분말상 산화 장진재(pulverulent Oxidizing Charge)로 이루어진 화공제품의 신규한 무용매 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 수득되는 화공제품, 특히 추진화약에 관한 것이다.
소위 ＂균질＂한 추진화약은 공지되어 있으며 그들의 명칭으로부터 알 수 있듯이, 횡단면을 관찰하는 경우, 외관상으로 균질한 한 종류 이상의 젤라틴화 에너지 기재(base)로 이루어져 있다. 가장 잘 알려진 균질한 추진화약 중에는 니트로셀룰로오스만을 기본으로 하거나 니트로셀룰로오스-니트로글리세린 혼합물을 기본으로 하는 ＂무연(Smokeless)＂화약이 언급될 수 있다. 이들 화약의 탄도성을 증진시키기 위해, 화약중에 무기 또는 유기 분말상 산화 장진재를 혼입시키려는 시도가 행해져 왔다. 횡단면을 관찰해 보면, 이들 화약은 외관상으로 더 이상 균질하지 않으며, 한편으로는 에너지 결합제가 다른 한편으로는 산화방지제 및 외관상 식별될 수 있는 불균질 상태로 존재하고, 이들은 ＂혼합＂ 또는 ＂불균질＂화약으로서 알려져 있다.
이러한 화약은, 예를 들어 프랑스공화국 특허 제2,488,246호에 기술되어 있다.
그러나, 에너지 결합제(예 : 니트로셀룰로오스)를 사용하면 화약이 민감하게 되는 단점이 있다. 민감성(Sensitivity)이란 이들 화약이 탄환의 충격과 같은 원치않는 무질서한 물리적 현상의 작용하에서 발화하여 폭발할 수 있는 성질을 의미한다. 민감성은 화약을 선박, 비행기 또는 탱크에 적재하고자 하는 경우에 주된 단점이 된다. 그러므로, 현대식 전투장비의 발달은 전문가로 하여금 민감성이 낮은 추진약을 연구하도록 이끌어 왔다.
불활성 결합제를 함유하고 주로 합성수지 및 무기 또는 유기 산화 방지제를 함유하는 혼합 화약은 에너지 결합제를 함유하는 균질 또는 혼합 화약보다 민감성이 현저하게 낮은 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이들 화약은 불활성 결합제를 함유하기 때문에, 발화시에 필요한 에너지를 갖기 위해서는 흔히 화약 총중량의 80%에 이르는 매우 높은 비율로 장진재를 함유하여야 한다. 따라서, 다른 혼합물질과 비교하여 불활성 결합제를 함유하는 혼합화약은 분말상 장진재에 비해 실제로 매우 소량의 결합제를 함유하는 특징을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 화약은 엄밀하게 요구되는 조건하에서 제조될 수 있어야 하며 특히 이들은, 대부분의 경우에 화약 로드(rod)중에 존재하는 채널(channel)을 제공할 목적인 인서트(insert)를 포함하는, 비교적 작은 직경을 갖는 다이를 통해 압출될 수 있어야 하고 시간이 경과함에 따라 그들의 기하학적 형태를 유지할 수 있어야만 한다. 상기 불활성 결합제를 함유하는 무기용 혼합 추진화약의 사용과 관련하여 전문가들은 수많은 난관에 직면해 왔다.
혼합 화공제품중에 사용할 수 있는 합성불활성 결합제를 어떠한 수지로도 열가소성 결합제 및 열경화성 결합제로 분류될 수 있다. 물론 열가소성 결합제가 제품의 기계적 및 열적 가공에 의해 제품이 원하는 기하학적 형태를 갖도록 하기 때문에, 열가소성 결합제의 사용이 전문가에게 일차적으로 고려된다.
따라서, 유럽 특허원 제0,036,481호에는 열가소성 결합제를 함유하는 혼합 폭발물의 제조방법이 기술되어 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 특허에 기술된 열가소성 결합제를 함유하는 혼합제품은 그의 형태가 온도변화에 지나치게 민감하기 때문에 완전히 만족스럽지는 못하다.
그후, 전문가들은 수지를 완전히 중합시킨 후에 특정방법으로 화약 입자의 기하학적 형태를 고정시킬 수 있다. 열경화성 불활성 결합제(예 : 3차원 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 결합제)를 사용하는 것으로 방향을 전환하였다. 그러나, 이러한 화약을 공업적 규모로 제조하는 것은 매우 어려운데, 이는 한편으로는 열경화성 수지가 제한된 ＂포트라이프(pot life)＂(＂포트라이프＂란 열경화성 수지가 플라스틱처럼 제조될 수 있는 수지의 중합반응 동안의 기간을 의미한다)를 가지고 다른 한편으로는 혼합화약중의 장진재의 비율이 높기 때문에, 추진재 페이스트가 응집이 되도록 결합제가 미리 압출시에 우수한 기계적 특성을 가져야 하기 때문이다.
열경화성 결합제를 사용하는 범위내에서 이러한 단점을 극복하기 위해서, 전문가는 예를 들어 프랑스공화국 특허 제2,268,770호 및 2,2488,246호에 기술된 바와같이 용매의 존재하에서 작업을 시도해 왔다. 그러나, 이러한 방법은 복잡하며 사용단가가 높기 때문에, 공업적 규모로는 만족스럽지 못하다.
용매를 사용하지 않고 열경화성 결합제를 사용하기 위해서, 전문가들은 ＂주조(casting)＂ 또는 ＂글로발＂(global)기술로서 알려진 기술을 광범위하게 사용해 왔는데, 이 기술은 수지와 산화 장진재의 기본 액체 구성 성분을 혼련기(kneader)중에서 동시에 혼합하고, 혼합물의 중합반응을 금형내에서 수행하도록, 중합시키기 전에, 수득된 혼합물을 금형중에서 주조하는 방법이다. 프랑스공화국 특허 제2,109,102호, 제2,196,998호, 제2,478,623호 및 제2,491,455호와 같은 문헌에 광범위하게 기술되어 있는 이러한 기술은 로케트 모터(rocket motor) 또는 로케트용 혼합고체 추진재의 제조 또는 큰 직경을 갖는 제품의 형태로 대부분 사용되는 무기의 헤드(head)부분용 혼합 폭발물(explosive)의 제조에는 적합할 수 있지만, (coarse) 혼합 화약의 공업적 제조에는 거의 적합하지 않으며 작은 직경의 혼합 화약 및 더욱 일반적으로는 작은 직경의 혼합 화공제품의 공업적 제조에는 전혀 부적합한 것으로 밝혀졌다.
현재 본 분야 전문가가 열경화성 불활성 결합제를 함유하는 작은 직경의 혼합 화공제품의 무용매 제조에 사용할 수 있는 유일한 용액은, 예를 들어 프랑스공화국 특허 제1,409,203호 및 제2,159,826호에 기술된 바와 같이 혼련기 중에서 수지의 구성성분을 산화 장진재와 혼합하고 이어서 수지의 중합반응을 개시시킨 다음, 중합시키는 동안 짧은 시간 간격에 걸쳐 제품의 압축을 수행할 수 있는 용액이다. 동시에 대량의 제품을 제조할 수 없는 이러한 기술은 공업적 규모면에서 만족스럽지 못하며 또한 실제로 큰 직경의 압축기에만 사용할 수 있다.
결과적으로 본 분야 전문가는 열경화성 불활성 결합제를 함유하는, 직경이 작은 혼합 화공제품의 공업적 무용매 제조방법을 연구하게 되었다.
본 발명의 목적은 명백히 이러한 방법을 제공하는데 있다.
따라서, 본 발명은 -제1단계에서는, 평균 분자량이 2000 내지 5000이고 평균 히드록실 그룹 OH작용기수가 2보다 크고 3미만인 폴리히드록실화 예비중합체(prepolymer)를 하나 이상의 유기 또는 무기 에너지 장진재, 및 상기 예비중합체중의 히드록실 OH그룹 모두를 완전히 중합반응시키는데 필요한 화학양론적 양의 50내지 90중량%의 디이소시아네이트와 혼합하고, 이소시아네이트 NCO그룹을 히드록실 OH그룹과 축합 반응시켜 부분적으로 중합된 페이스트를 제조하고 : -제2단계에서는, 이렇게 하여 수득된 부분적으로 중합된 페이스트를 완전 중합반응에 필요한 화학양론적 양에 도달하는데 필요한 잔여량의 디이소시아네이트와 혼합하고, 수득된 페이스트상 혼합물을 압출시키며 : -제3단계에서는, 제2단계중에 첨가된 이소시아네이트 NCO그룹과 여전히 잔존하는 히드록실 OH그룹과의 축합반응을 열경화에 의해 완결시킴을 특징으로 하여, 혼합 화공 제품, 특히 상기 폴리히드록실화 예비중합체와 디이소시아네이트와의 반응에 의해 수득된 폴리우레탄 결합제 및 적어도 한 종류의 무기 및 유기 에너지 장진재로 주로 이루어진 혼합 추진화약을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 수득된 무기용, 추진재용 및 폭발물용 추진화약과 같은 혼합 화공제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 평균 히드록실 OH그룹 작용기수가 2.3에 가까운 히드록시텔레켈릭(hydroxytelechelic) 폴리부타디엔과 디이소시아네이트와의 반응에 의해 결합제가 수득되고, 에너지 장진재는 헥소젠(hexogen)으로 이루어진 화약에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 따라 본 분야의 전문가는 혼합 화공제품, 특히 열경화성 불활성 결합제를 함유하는 혼합 추진화약의 공업적 무용매 제조방법을 이용할 수 있게 된다.
실제로 폴리히드록실화 예비중합체의 작용기수의 선택으로 생성된 폴리우레탄에 열경화 특성이 부여된다. 본 발명의 범주내에 포함되는 특수한 조작방법에 따르면 제1단계의 말기에서 부분적으로 중합된 페이스트가 생성될 수 있는데 이 페이스트는 특히 디이소시아네이트의 잔류량의 첨가후에 작은 직경의 압출을 포함하여 이들을 압출시킬 수 있도록, 이 단계에서 플라스틱 특성을 갖는다. 본 출원인은 실제로 제2단계의 말기에서 수득된 페이스트상 혼합물은 주위온도 또는 주위온도보다 약간 높은 온도에서 위-비반응성(pseudo-unreactive)이며, 침전되고 고체상태로 비가역적으로 경화되는 위험성 없이 제조될 수 있다는 것을 알게 되었다. 제3단계에서는 가열경화의 결과로서 단지 압출된 제품의 화학적 구조가 고정되게 된다. 즉, 작은 직경으로 압출될 수 있고 일정기간동안 저장할 수 있는 페이스트를 용매 부재하에서 다량으로 제조할 수 있도록 하는 본 발명에 따른 방법에 의해 열경화성 결합제를 함유하는 혼합 화공제품의 작은 직경 로드의 실질적인 공업적 규모의 제조가 가능하게 되었다. 본 발명은 혼합 추진화약의 제조에 매우 적합하다.
본 발명은 사용에 대해서는 이하에 상세히 기술한다.
본 발명은 열경화성 불활성 결합제 및 적어도 한 종류의 무기 및 유기 에너지 장진재로 주로 이루어진 혼합 화공제품, 특히 혼합 추진약의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 범주내에서 사용할 수 있는 열경화성 불활성 결합제는 폴리히드록실화 예비중합체와 디이소시아네이트와의 반응에 의해 수득된 폴리우레탄 결합제이다. 바람직하게는 액체인 폴리히드록실화 예비중합체는 2이상, 3미만 바람직하게는 2, 3에 가까운 평균 히드록실 OH그룹 작용기수를 가지며, 이는 본 발명의 필수적 특징이다. 이러한 예비중합체는 히드록시텔레켈릭 다작용성 예비중합체의 혼합물로 구성되어야 하지만, 열경화성 폴리우레탄 수지 공업분야에서 자주 실용화되는 것과는 대조적으로, 예비중합체의 최종작용기수는 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 또는 테트라메틸올메탄과 같은 분자량 400미만의 짧은 3- 또는 4작용성 폴리올을 필수적인 2작용성 예비중합체에 첨가해서 수득하여서는 안 된다. 폴리히드록실화 예비중합체는 또한 2,000 내지 5,000 바람직하게는 4,000에 가까운 중량-평균 분자량을 가져야 한다. 본 발명의 범주내에서 바람직한 폴리히드록실화 예비중합체는 폴리히드록실화 폴리부탄디엔으로 주로 이루어진 혼합물이다.
언급된 폴리우레탄 결합제는 폴리히드록실화 예비중합체와 디이소시아네이트와의 반응에 의해 수득된다. 이것은 본 발명의 또 다른 필수적 특징인데, 즉 열경화성 폴리우레탄의 3차원 라텍스는, 작용기수가 2보다 큰 특정 폴리이소시아네이트를 제외한 디이소시아네이트를 작용기수가 2보다 큰 폴리히드록실화 예비중합체와 반응시켜 수득한다.
본 출원인은 본 발명에 따른 방법을 실시함에 있어서 이러한 조건의 기본적 중요성을 본 명세서의 후반부에서 설명할 것이다. 사용되는 이소시아네이트는 폴리우레탄 결합제로 지칭되는 화공 조성물의 제조에 통상적으로 사용되는 지방족, 지환족 또는 방향족 디이소시아네이트일 수 있다. 이러한 이소시아네이트로는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 1-메틸-2,6-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥산디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산 디이소시아네이트, 1,3-벤젠 디이소시아네이트, 1,4-벤젠 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 및 3,3'-디메톡시-4,4'-디페닐 디이소시아네이트가 언급될 수 있다.
본 발명의 범주내에서 바람직한 디이소시아네이트는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 1-메틸-2,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 1-메틸-2,6-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 1,6-헥산 디이소시아네이트 및 2,2,4-트리메틸-1,6헥산 디이소시아네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된다. 연소 과정중에 거의 연기를 방출하지 않는 화공 조성물을 수득하기 위해서는, 상기 언급한 디이소시아네이트 중에서 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트를 선택하는 것이 바람직하다.
폴리히드록실화 예비중합체 및 디이소시아네이트는 그들을 용매 부재하에서 사용할 수 있도록 유동성이 있어야 한다. 이들은 바람직하게는 액체 상태이다.
적어도 한 종류의 유기 또는 무기 에너지 장진재를 상기 언급된 폴리우레탄 결합제와 혼합한다. 무기 에너지 장진재로서 사용될 수 있는 장진재는 질산암모늄, 과염소산암모늄, 알칼리 금속 질산염, 알칼리 토금속 질산염, 알칼리 금속 과염소산염 및 알칼리 토금속 과염소산염으로 이루어진 그룹중에서 선택된다. 유기 에너지 장진재로는 에너지 화합물로서 알려져 있는 유기 니트로 화합물, 특히 시클로-트리메틸렌 트리니트라민(헥소젠), 시클로테트라메틸렌 테트라니트라민(옥토젠), 펜타에리트리톨 테트라니트레이트(펜트라이트) 및 트리아미노구아니딘 니트레이트를 사용할 수 있다.
본 발명의 범주내에서, 폴리우레탄 결합제 중량에 대한 에너지 장진재 중량의 비율은 4에 가까운 것이 바람직하다.
결합제 및 장진재 이외에, 본 발명에 따른 화공제품은 일반적으로, 본 분야 전문가에게 알려져 있으며 제품이 목적하는, 최종 용도에 특이적인 통상의 첨가제, 예를 들면 가소화제, 습윤제, 산화방지제, 소염제(flash reducer : 消炎劑), 부식방지제, 연소 촉매 등을 함유한다.
본 발명에 따른 혼합 화공제품의 제조방법은 또한 명백한 3단계로 조작을 수행함을 특징으로 한다.
제1단계에서는, 폴리히드록실화 중합체를, 바람직하게는 혼련기 중에서, 상기 언급한 것과 같은 바람직한 첨가제의 존재하에 에너지 장진재와 혼합하고 폴리히드록실화 예비중합체중의 모든 히드록실 OH그룹을 완전히 중합시키는데 필요한 화학양론적 양의 50 내지 90중량%의 디이소시아네이트와 혼합한다. 균질 혼합물을 수득한 후, 이소시아네이트 NCO그룹과 히드록실 OH그룹과의 축합반응을 수행하여 부분적으로 중합된 페이스트를 수득한다. 이러한 제1단계중에 폴리히드록실화 예비중합체 및 이소시아네이트로 처리할 때 상술한 작용기 조건이 중요하게 된다. 본 출원인, 실제로 특정의 짧은 3- 또는 4작용성 폴리올을 제외한, 2작용성 예비중합체와 3작용성 예비중합체를 혼합하여 수득한, 2 내지 3의 히드록실 OH그룹 작용기수를 갖는 폴리히드록실화 예비중합체는 통계학적으로, 잔류작용성을 보장하기 위해 사용된 제3그룹보다 반응성이 더 강한 2개의 히드록실 OH그룹을 함유한다. 제1단계에서 예비중합체의 모든 히드록실 OH그룹을 완전히 중합시키는데 필요한 디이소시아네이트의 총 화학양론적 양의 단지 50 내지 90중량%에 해당하는 디이소시아네이트를 첨가하면 디이소시아네이트는 예비중합체중의 2개 이상의 반응성 OH그룹과 선택적으로 반응하여 필수적인 선형 중합반응을 야기시킨다. 따라서, 제1단계의 말기에는 여전히 약간의 플라스틱 특성을 가지면 일정기간 동안 저장할 수 있는 부분적으로 중합된 페이스트가 수득된다. 상기 결과는 짧은 폴리올이나 2개 이상의 NCO그룹을 함유하는 폴리이소시아네이트의 존재하에서 수득될 수 없다.
제1단계를 실행하는 바람직한 방법에 따르면, 도입된 디이소시아네이트의 양은 화학양론적 양의 70 내지 80중량%이며 이소시아네이트 NCO그룹과 히드록실 OH그룹과의 축합반응은 50 내지 80℃의 온도에서 수행된다.
제2단계에서는, 제1단계의 말기에 수득된 부분적으로 중합된 페이스트를, 바람직하게는 혼련-압출기 또는 쌍축 압출기(twin-screw extruder)중에서, 예비중합체 중의 모든 히드록실 OH그룹을 완전히 중합시키는데 필요한 화학양론적양에 도달하는데 필요한 잔여량의 디이소시아네이트와 혼합하고, 균질화시킨 후, 이렇게 수득된, 페이스트상 혼합물을 압출시켜 목적하는 기하학적 형태를 얻는다.
이미 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법의 주된 장점중의 하나는 제2단계에서 수득된 페이스트상 혼합물이 열경화성 성질을 보유하면서 주위온도에서 또는 심지어 주위온도보다 약간 높은 온도에서도 위-비반응성이라는 점에 있다. 따라서 이러한 페이스트상 혼합물은 조작을 실제로 40℃이하의 온도에서 수행하기만 하면 침전되고 고체로 비가역적으로 경화되는 위험이 없이 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법의 다른 장점은 이러한 페이스트상 혼합물은 동시에 여전히 충분한 플라스틱 특성을 가져서 인서트를 함유하는 다이를 통해, 작은 직경에서 조차도, 압출될 수 있으며 이미 충분한 기계적 강도를 가져서 압출 후, 본 발명에 따른 방법의 제3단계를 구성하는 최종 가열 가교 결합반응을 대기하는 동안에 그의 형태로 보존시킨다.
제3단계에서는, 제2단계에서 첨가된 이소시아네이트 NCO그룹과 예비중합체중에 여전히 잔존하는 히드록실 OH그룹과의 축합반응을 가열 경화시켜 완결한다. 바람직하게는 50 내지 80℃의 온도에서 수행하는 이러한 경화반응은 열경화성 결합제의 3차원적 가교결합을 완결시키고 수득된 화공제품의 화학적 구조를 한정적인 방법으로 고정시킬 수 있다.
제3단계의 말기에서, 수득된 제품은 필요시, 상기 제품을 가공 또는 절단에 의해 일정한 형태로 전환시킨 다음, 최종 응용 목적에 필요한 통상적인 가공처리를 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르는 방법에 의해 용매를 사용하지 않고 열경화성 결합제-함유 혼합 화공제품을 수득할 수 있게 되었으며, 본 발명의 방법은 제한된 포트라이트를 갖는 혼합물을 사용하는 선행기술에 의해 나타났던 단점을 나타내지 않는다.
특히, 본 발명에 따른 방법은 열경화성 결합제를 함유하는 무기용, 특히 소구경 무기용 혼합 추진화약의 제조에 매우 적합하다. 본 발명에 따른 방법에 의해 소구경 및 중구경 무기에 사용된 통상적인 단일-홀(hole), 7-홀, 19-홀 형태를 갖는 원통형 혼합 추진화약이 특히 용이하게 수득된다. 이러한 태양하에서, 바람직한 화약은 장진재로서 헥소젠을 사용하고, 예비중합체로서 2,3에 가까운 평균 히드록실 OH그룹 작용기수를 갖는 폴리히드록실화 폴리부타디엔을 사용하여 수득한 화약이다. 특히 바람직한 화약은 디이소시아네이트로서 방향족 디이소시아네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 디이소시아네이트, 특히 톨루엔 디이소시아네이트를 추가로 사용하여 수득한 화약이다.
그러나, 본 발명에 따른 방법은 또한 열경화성 결합제-함유 혼합 추진재 또는 열경화성 결합제-함유 혼합 폭발물의 제조에도 응용할 수 있다. 이러한 태양에서의 본 발명에 따른 방법의 사용은 작은 직경으로 압출된 혼합 추진재 또는 혼합 폭발물을 제조하는데 특히 유리하다.
하기 실시예는 본 발명을 실시하는 몇가지 가능성을 설명하며 이들 실시예로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
7-채널의 원통형 형태를 갖는 과립상 화약을 본 발명의 방법에 따라 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다 :
Figure kpo00001
사용된 폴리부타디엔은 중량평균 분자량 4000이고 평균 히드록실 OH그룹 작용기수가 2.3이며, 사용된 폴리에테르는 중량 평균 분자량이 2000이고 평균 분자량이 2000이고 평균 히드록실 OH그룹 작용기수가 3이다.
화약의 제조에 사용된 방법은 하기와 같다 :
제1단계 : 혼련기중, 60℃의 진공하에서, 가교결합제를 제외한 상기 조성물중의 각 성분을 균질화시킨다. 2시간 동안 균질화시킨 후, NCO/OH비가 0.78이 되도록 가교결합제의 일부를 첨가한다. 균질화시킨 후, 이러한 방식으로 수득된 페이스트를 5일 동안 60℃의 오븐중에서 예비가교결합시킨다.
제2단계 : 평행 육면체형으로 절단한 예비가교결합된 페이스트를 혼련-압출기의 용기에 도입시킨다. 10분 동안 혼련시킨 후 잔유량의 가교결합체를 가하여 30℃에서 균질화시킨다.
혼련 20분 후, 페이스트를 분말의 최종형태를 제공하는 세개의 다이를 통해 압출시킨다.
제3단계 : 압출된 긴 로드를 60℃에서 2일 동안 오븐후-경화시킨다.
그후 입자로 절단하여 직접 사용가능한 벌크(bulk)화약으로 이용할 수 있다.
수득된 화약의 특성은 하기와 같다 :
7-홀 원통형태
D=5.4mm(입자직경)
d : 0.6mm(홀직경)
웨브=0.9mm
입자길이 L=8.1mm
화약 : 1.06MJ/kg
불꽃온도 : 2429k
밀도 : 1.59g/cm3
100MPa에서 연소속도 : 45mm/초
[실시예 2]
실시예 1에서와 동일한 조성을 갖고 동일한 방법에 따라 제조된 추진화약 로드를 30mm의 중구경의 탄약용으로 미리 계산된 형태로 제조한다.
다음과 같이 두가지 형태로 제조한다 :
-단일관형의 원통형 화약 :
D=1.20mm(입자직경)
d=0.4mm(중앙 홀 직경)
웨브=0.4mm
L=1.80mm(입자길이)
-7관형의 원통형 화약 :
D=2.3mm(입자직경)
d=0.3mm(홀 직경)
웨브=0.35mm
L=3.45mm(입자길이)
이들 화약은 245g의 탄피를 사용한 탄약에서 다음과 같은 탄도 결과를 제공한다 :
-단일관형 화약 :
-화약 장진재 : 51.5g
-무기중에서 최대압력 : 300MPa(분쇄기)
-탄피의 초기속도 : 850m/초
-7관형 화약 :
-화약 장진재 : 55g
-무기중에서 최대압력 : 300MPa(분쇄기)
-탄피의 초기속도 : 890m/초
[실시예 3]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
조성물은 니트라민의 성질을 제외하고는 실시예 1과 동일하며 헥소젠은 옥토젠(0 내지 100μ)으로 대체한다.
사용된 방법은 실시예 1에서의 방법과 동일하지만, 단 공정의 제1단계에서 결합제의 예비가교결합을 수행하여 NCO/OH비=0.72를 얻는다. 수득된 화약의 특성은 하기와 같다 :
7-홀 원통형태 : D : 5.4mm, d=0.6mm
웨브(web)=0.9mm
입자길이 : L=8.1mm
화약 : 1.064MJ/kg
불꽃온도 : 2439k
밀도 : 1.61/cm3
100MPa에서 연소속도=45mm/초
[실시예 4]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다 :
Figure kpo00002
폴리부타디엔 및 폴리에테르는 실시예 1과 동일한 것을 사용한다. 이러한 조성물의 제조에 사용된 방법은 제1단계에서의 NCO-OH비가 0.75인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 방법과 동일하다.
상기의 방법으로 하기 특성을 갖는 화약이 제조된다 :
-실시예 1에서 기술한 분말조성물로서 동일한 형태
-화약 : 1.06MJ/kg
-불꽃온도 : 2429k
-밀도=1.59g/cm3
-100MPa에서 연소속도=55mm/초
[실시예 5]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다.
Figure kpo00003
폴리부타디엔 및 폴리에테르는 실시예 1에서 사용된 것과 동일하다. 이러한 조성물의 제조에 사용된 방법은 제1단계에서 NCO/OH비가 0.75인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 방법과 동일하다.
상기의 방법으로 하기 특성을 갖는 화약이 제조된다 :
-실시예 1에서 기술된 화약과 동일한 형태
-화약 : 1.024MJ/kg
-불꽃온도 : 2250k
-밀도 : 1.51g/cm3
-100MPa에서 연소속도=65mm/초
[실시예 6]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다:
Figure kpo00004
히드록시텔레켈릭 폴리에테르는 중량 평균분자량이 2800이고 히드록실 OH그룹 작용기수가 2에 가까우며, 폴리에테르 트리올은 중량평균 분자량이 2000이고 히드록실 OH그룹 작용기수가 3이다.
이러한 조성물의 제조에 사용된 방법은 제1단계에서 NCO/OH비가 0.69인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 벙법과 동일하다.
상기 방법으로 하기 특성을 갖는 화약이 수득된다.
-실시예 1에서 기술한 화약과 동일한 형태
-화약 : 1.09MJ/kg
-불꽃온도 : 2500k
-밀도 : 1.63g/cm3
-100MPa에서 연소속도 : 40mm/초
[실시예 7]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다:
Figure kpo00005
히디록시텔레켈릭 폴리에스테르는 수평균 분자량이 3,200이고 히드록실 OH그룹 작용기수가 2,4이며, 폴리에테르 트리올은 실시예 6에서 사용한 것과 동일하다.
이러한 조성물의 제조방법은 제1단계에서 NCO/OH비가 0.84인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 방법과 동일하다.
상기 방법으로 하기 특성을 갖는 화약이 수득된다 :
-실시에 1에서 기술된 화약과 동일한 형태
-화약 : 1.16MJ/kg
-불꽃온도 : 2861k
-밀도 : 1.72g/cm3
-100MPa에서 연소속도 : 38mm/초
[실시예 8]
본 발명의 방법을 사용하여 7-채널의 원통형 과립상 화약을 제조한다.
화약은 하기 조성을 갖는다.
Figure kpo00006
히드록시텔레켈릭 폴리카보네이트는 중량 평균 분자량이 3000이고 히드록실 OH그룹 작용기수가 2.7에 가깝다.
이러한 조성물의 제조에 사용된 방법은 실시예 1에 기술한 방법과 모든 면에서 동일하다.
상기의 방법으로 하기 특성을 갖는 화약이 제조된다 :
-실시예 1에서 기술된 화약과 동일한 형태
-화약 : 1.17MJ/kg
-불꽃온도 : 2671k
-밀도 : 1.67g/cm3
-100MPa에서 연소속도 : 30mm/초
[실시예 9]
본 발명의 방법에 따른 혼합 추진재로 이루어진 중공 로드를 제조하여 매우 짧은 연소시간을 갖는 장진재를 생성시킨다.
추진재는 하기 조성을 갖는다.
Figure kpo00007
히드록시텔레켈릭 폴리부타디엔은 실시예 1에서 사용된 것과 동일하다.
사용된 제조방법은 제1단계에서 NCO/OH비가 0.75인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 방법과 동일하다.
제조된 로드는 하기 특성을 갖는다 :
외부직경 : 10.2mm
중앙채널 직경 : 6mm
로드길이 : 137mm
장진재는 불활성 단일-플레이트(sole-plate)로 경화된 31개의 동일한 로드로 구성된다.
이러한 장진재는 다음과 같은 성능을 갖는다 :
-압력 : +20℃에서 44MPa
-연소속도 : 106mm/초
-포트(port) 대 트로트(throat)
영역비 상수 : 0.56
(프랑스공화국 정의에 따라)
-노즐 넥(nozzle neck)직경 : 43.1mm
-레벨 트러스트 충격 : 664N.S
[실시예 10]
본 발명의 방법에 따라 혼합 폭발물 실린더(cylinder)를 제조한다.
이러한 폭발물은 하기 특성을 갖는다:
Figure kpo00008
폴리에스테르 및 폴리에테르는 실시예 7에서 사용한 것과 동일하다. 이러한 조성물의 제조방법은 제1단계에서 NCO/OH비가 0.84인 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술된 것과 동일하다.
이러한 제품에서 측정된 특성은 하기와 같다 :
-밀도 : 1.67g/cm3
-폭발 속도 : 7.915m/초
-20℃에서 기계적 특성
-압축중에서(1mm/분)
·SM=2.8MPa(최대파괴응력)
·E=29MPa(탄성율)
·em=17.3%(파괴전 최대 분쇄율)
-견인하에서(10mm/분)
·Sm=0.8MPa
[실시예 11]
실시예 8에 기록된 폭약과 동일한 조성을 갖는 혼합 폭발물을 제조하고 이의 몇몇 특성을 하기와 같이 측정하였다.
-밀도 : 1.67g/cm3
-폭발속도 : 8,060m/초
-압출시 20℃에서 기계적 특성 :
Sm=5.9MPa
E=55.9MPa
em=15.6%

Claims (16)

  1. 제1단계에서 중량 평균 분자량이 2000 내지 5000이며 평균 히드록실 OH그룹 작용기수가 2보다 크고 3미만인 폴리히드록실화 예비중합체(prepolymer)를 하나 이상의 유기 또는 무기 에너지 장진재, 및 상기 예비중합체중의 모든 히드록실 OH그룹을 완전히 중합시키는데 필요한 화학량론적양의 50 내지 90중량%에 해당하는 양의 디이소시아네이트와 혼합하고, 이소시아네이트 NCO그룹을 히드록실 OH그룹과 축합반응시켜 부분적으로 중합된 페이스트를 수득하며; 제2단계에서 상기 수득된 부분적으로 중합된 페이스트를 완전 중합 반응에 필요한 상기 언급된 화학량론적양에 도달하는데 필요한 디이소시아네이트의 잔여량과 혼합한 다음, 이렇게 수득된 페이스트상 혼합물을 압출시키고; 제3단계에서는, 제2단계중에 첨가된 이소시아네이트 NCO그룹과 여전히 잔존하는 히드록실 OH그룹과의 축합반응을 열경화에 의해 완결시킴을 특징으로 하여, 폴리히드록실화 예비중합체와 디이소시아네이트의 반응에 의해 수득된 폴리우레탄 결합제 및 적어도 한 종류의 무기 및 유기 에너지 장진재로 주로 이루어진 혼합 화공제품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 폴리히드록실화 예비중합체가 2.3에 가까운 평균 히드록실 OH그룹 작용기수를 갖는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 폴리히드록실화 예비중합체가 4000에 가까운 중량 평균 분자량을 갖는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 폴리히드록실화 예비중합체가 폴리히드록실화 폴리부타디엔인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 디이소시아네이트가 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 1-메틸-2,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 1-메틸-2,6-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥산 디이소시아네이트 및 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산 디이소시아네이트로 이루어진 그룹중에서 선택되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 무기 에너지 장진재가 질산암모늄, 과염소산암모늄, 알칼리 금속 질산염, 알칼리 토금속 질산염, 알칼리 금속 과염소산염 및 알칼리 토금속 과염소산염으로 이루어진 그룹중에서 선택되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 유기 에너지 장진재가 헥소젠, 옥토젠, 펜트라이트 및 트리아미노구아니딘 질산염으로 이루어진 그룹중에서 선택되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 폴리우레탄 결합제 중량에 대한 에너지 장진재 중량의 비율이 4에 가까운 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제1단계에서 첨가된 디이소시아네이트의 양이 화학량론적양의 70 내지 80중량%인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 제1단계에서 이소시아네이트 그룹과 히드록실 그룹과의 축합반응을 50 내지 80℃의 온도에서 수행하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제3단계에서 경화반응을 50 내지 80℃의 온도에서 수행하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항중의 어느 한 항에 따른 방법으로 수득되는 혼합 추진화약.
  13. 제12항에 있어서, 폴리히드록실화 예비중합체가 히드록실 OH그룹 작용기평균수가 2.3에 가까운 폴리히드록실화 폴리부타디엔이며, 에너지 장진재가 헥소젠의 추진화약.
  14. 제13항에 있어서, 디이소시아네이트가 방향족 디이소시아네이트중에서 선택되는 추진화약.
  15. 제1항 내지 제11항중의 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 혼합 추진재.
  16. 제1항 내지 11항중의 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 혼합 폭발물.
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