KR100242749B1 - 무독성 기폭 혼합물 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 무독성 기폭제는 특히 디아조디니트로페놀 및 붕소를 주성분으로 포함하는 복서(Boxer)형 충격성 기폭제에 사용하기 위해 합성된다. 당해 조성물은 또한 산화제로서 탄산칼슘 또는 질산스트론튬, 연료로서 질산염 에스테르 및 2차 폭약으로서 테트라젠을 함유할 수 있다.
Description
본 발명은 기폭제, 특히 탄약에 사용하기 위한 납 및 바륨 비함유 기폭제 조성물(free priming composition)에 관한 것이다.
탄약에 사용하기 위한 다양한 납 비함유 기폭제 혼합물이 최근 수년동안 공개된 바 있다. 예를 들면, 미합중국 특허 제4,675,059호에 기술된 본 출원인의 무독성, 내식성 기폭제 조성물이 상기 조성물 중의 하나에 해당한다. 상기 기폭제 조성물은 특히 림파이어식 탄약통(rimfire cartridge)에 적용되고, 디놀 또는 DDNP로 공지되어 있는 디아조디니트로페놀, 이산화망간, 테트라젠 및 유리를 함유한다.
무독성 기폭제 혼합물의 또 다른 예는 베케(Bjerke) 등의 미합중국 특허 제4,963,201호에 기재되어 있다. 여기서, 조성물은 1차 폭약으로서 디놀 또는 칼륨 디니트로벤조푸록산, 2차 폭약으로서 테트라젠, 니트레이트 에스테르 연료 및 산화제로서의 질산스트론튬을 포함한다.
이들 외에 하겔 등의 미합중국 특허 제4,363,679호 및 제4,581,082호에 또다른 예가 기술되어 있다. 이들 특허 문헌에서 기폭제는 트리니트로레조르시놀 또는 트리니트로페놀 염. 모노- 및 디니트로디하이드록시디아조벤젠의 금속염 및 하이드라조산염. 및 금속 비함유 화합물(예: 디아조디니트로페놀, 니트로포름 페놀디아조늄, 테트라젠 또는 사황화질소)일 수 있다. 단독 또는 주요 산화제로서 과산화아연이 사용될 수 있다. 과산화아연은 강력하지만 비효율적인 산화제이다. 분자당 산소원자 하나만이 산화 반응에 참여한다. 또한, 과산화아연을 순수한 형태로 수득한다는 것도 어렵다. 생성물은 환원된 기체 방출물 및 연소 생성물 중에 슬래그(slag) 함량이 높은 저온 플레임 (flame)이다.
또 다른 무독성 기폭제 혼합물이 크람펜의 미합중국 특허 제4,608,102호에 기술되어 있다. 이 혼합물은 디놀용 산화제로서 이산화망간을 포함한다. 이산화아연처럼 이산화망간 역시 강력한 산화제이지만 비효율적이고 하겔 등의 혼합물과 같은 동일한 단점을 갖는다.
상기 무독성 혼합물들은 스티픈산납 조성물보다는 민감하지 못하다. 따라서, 기폭 작용의 신뢰성을 확보하기 위해 주의하여 금속 부분을 가장 적합하게 배치하여야 한다. 이는 기폭제의 앤빌(anvil)이 탄약통의 일부인 버단식(Berdan) 기폭제 시스템 및 강력하게 조절되는 조건하에 설치된 기폭제 공장에서 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 상기의 무독성 혼합물은 바람직하게는 버단형 기폭제에 사용될 수 있다. 버단형 기폭제를 사용하는 탄약통은 앤빌이 탄약통의 내부에 있으므로 재장전이 불가능하다. 또한, 기폭제 통을 용이하게 분리할 수 없으며 사용후 기폭제 장전공을 적절하게 청소할 수 없다.
한편, 복서(Boxer)형 기폭제는 기폭제 컵 내에 앤빌을 포함하므로, 통의 윗부분은 기폭제 컵을 수용하기 위해 간단한 장전공만을 필요로 한다. 장전공은 용이하게 청소할 수 있으며 컵은 적합한 펀치로 즉시 제거된다. 따라서, 복서형 기폭제는 재장전 가능한 군수용품에 사용되고, 특히 열성적인 사격선수들이 선호한다.
따라서, 오늘날 인체에 무해하고 재장전가능한 탄약통에 광범위하게 사용되는 복서형 기폭제에 사용할 수 있는 민감하며, 청정 연소하고, 효율적인 기폭제 혼합물이 여전히 필요하다.
놀랍게도, 주요 성분으로 디놀 및 붕소를 포함하는 조성물은 복서형 기폭제용 무독성 조성물을 제공한다는 점이 밝혀졌다. 특정한 기폭제 생성물을 제조하기 위해 상기한 성분 이외의 물질을 추가로 부가할 수 있다. 예를 들어, 복서형 조성물에 사용하기에적당한 무독성 조성물의 예로는 디놀, 붕소, 탄산칼슘 및 질산염 에스테르 연료인 이중염기 추진제(double base propellant)(예: Ball Powder추진제)가 있다.
보다 특별하게는, 본 발명의 조성물은 기폭제로서 디아조디니트로페놀, 2차 폭약으로서 테트라젠, 연마제 및 연료로서 붕소, 산화제로서 탄산칼슘, 및 2차 연료로서 질산염 에스테르 연료(예: PETN, 니트로셀룰로오스 또는 흑색 추진제)를 함유할 수 있다.
본 발명의 핵심은 디놀과 붕소의 배합에 있다. 붕소는 2가지 측면에서 당해 혼합물에 대해 민감하다. 첫째, 붕소는 황화안티몬 또는 규소화칼슘보다 경질인 매우 단단한 연마제이다. 둘째, 알루미늄, 황화안티몬,규소화칼슘 또는 기타 현재 사용되는 환원제보다 강력한 환원제이다. 이의 강력한 환원 포텐셜은 오히려 아연 또는 망간의 이산화물 또는 과산화물보다는 약하지만 더욱 효과적인 산화제의 사용을 가능하게 한다.
붕소의 민감화 효과는 너무 커서, 현재는 질산스트론튬과 같은 상기의 공지된 산화제 외에 탄산염과 같은 산화제를 사용할 수 있다. 통상적으로, 기폭제 조성물 중의 산화제로서 탄산칼슘 및 탄산망간과 같은 탄산염은 고려되지 않는다. 탄산칼슘은 수 불용성이고 완전 무독성이기 때문에 산화제로서 바람직하다.
본 발명의 혼합물은 테트라젠을 필요로 하지 않을 정도로 민감하다. 당해 혼합물은 테트라젠없이도 대부분의 경우에 적용가능할 정도로 충분히 민감하고 붕소의 민감화 효과는 이의 입자 크기의 선택에 따라 폭넓은 범위로 조절할 수 있다. 입자 크기가 클수록 혼합물은 보다 민감해질 것이다. 예를 들어, 붕소 입자 크기가 약 120메시일 경우, 혼합물은 분쇄된 유리없이 림파이어식 탄약통(테트라젠을 함유하지 않는)에 사용하기에 충분한 정도로 민감하다. 또한, 당해 혼합물은 알루미늄,티탄, 규소화칼슘, 황화안티몬 등의 다른 연료(이들 물질들이 다른 상황을 고려하여 포함될 수는 있지만)를 전혀 필요로 하지 않는다. 연료로서 붕소를 사용할 경우 또다른 장점은 붕소가 고 칼로리 함량을 갖는다는 점이다. 따라서, 종래의 스티픈산납 기본 혼합물에 비해 발화 온도, 기체 방출, 충격 및 고온 입자 등의 견지에서의 생산성을 갖는 혼합물을 제형화할 수 있다.
본 발명의 혼합물은 변경을 가하지 않고도 복서형 성분으로 직접 사용가능하다. 기폭통을 별도로 구입할 필요없이 상기한 형태의 기폭제를 갖는 탄약을 연발 권총에 재장전할 수 있기 때문에 특히 중요하다. 결국 본 발명의 혼합물은 산화칼슘 및 산화붕소를 포함하는 무독성 생성물을 형성한다. 산화붕소는 물과 결합하여 붕산, 방부성(antic eptic) 점안제를 형성한다.
소량의 군용 기폭제에 사용되는 기폭제 조성물은 기계적 쇼크 또는 충격에 대하여 특정 범위의 민감도를 가져야만 한다. 이러한 민감도는 소정의 중량의 물체를 주어진 높이에서 시험용 기폭제의 안전핀(firing pin) 위에 낙하시켜 측정한다.민감도를 예측하기 위해서, 통상 50가지의 기폭제 그룹을 시험한다. 위의 그룹을 상이한 높이에서 측정하여 기폭제에 대하여 미발화, 50% 발화 및 완전 발화 등의 수준에 대한 측정치를 얻는다. SAAMI (Small Arms and Ammunition Manufacturers Institute) 요건은 조그만 피스톨 기폭제에 대하여 1 in. 미만의 높이에서는 발화되지 않고 11 in. 이상의 높이에서는 완전히 발화되는 것이다.
복서형 기폭제용 윈체스터(Winchester)에서의 당해 생성물의 수용 요건은 1.94 oz의 공을 8.1 in. 높이에서 낙하시켰을 때 완전히 발화되는 경우이다. 본 시험은 산업생산용 표준 시험이다. 본 발명에 따른 혼합물은 하기 실시예에서 보여주듯이 당해요구 조건과 부합해야 한다.
입자 크기가 20 내지 30μ인디놀 45중량%, 입자 크기가 약 100 메시인 테트라젠 5중량%, 탄산칼슘(입자 크기가 270 메시인 시료 등급) 10중량%, 붕소 분말(입자 크기가 325메시인 시료 등급) 15중량% 및 WC350 Ball Powder추진제 25중량%으로 이루어진 복서형 기폭제에 사용하기 위한 뇌관 장치에 민감한 기폭제 조성물을 제조한다. 건식 혼합법을 이용하여 소량의 균질한 자유 유동성 혼합물을 수득한다. 습식 혼합 공정은 대량 생산에 이용된다. 테트라젠, 탄산칼슘 및 WC350 추진제를 우선적으로 상호 건식 혼합시킨다. 이어서, 미합중국특허 제2,408,059호의 방법에 따라 제조된 디놀을 건식 혼합물에 부가한다. 최종적으로, 붕소를 가하고 물을 혼입하여 습식 혼합물을 제조한다. 습식 혼합물의 함수율은 약 22%이다.
상기 습식 혼합물은 다층판 위에서 스크리닝시켜 혼합물의 펠렛을 수득한다. 이어서, 상기 펠렛을 Winchester# 108 기폭제에 삽입하고 건조시킨 후 수집한다. 500개의 기폭제를 상기와 같이 준비한다. 이중 50개를 무작위적으로 추출하여 하기의 민감도 시험 결과를 수득한다: 4 in. 높이에서 낙하시킬 경우 기폭제중 어느 것도 발화하지 않는다. 6 in. 높이에서 낙하시킬 경우에는 기폭제 전부가 발화한다. 5 in. 높이에서는 약 80%가 발화한다.
하기의 혼합물 역시 상기와 같이 제조하고 내충격 시험을 수행한다.
1. 45% 디놀, 5% 테트라젠, 10% 탄산칼슘, 25% 이중 염기 추진제(WC350) 및 15% 붕소
2. 47% 디놀, 26% 붕소 WC350 Ball Power추진제, 16% 붕소 및 11% 탄산칼슘
3. 47% 디놀, 16% 붕소 및 37% WC350 Ball Powder추진제
본 충격 시험은 앤빌 위에 건식 혼합물 약 1 내지 2㎎을 놓고 앤빌위로 1.5㎏을 8㎝의 높이에서 낙하시키고 혼합물 샘플이 폭발하는 지의 여부를 관측함을 포함한다.상기 조성물 각각은 감도 저하의 증후없이 용이하게 폭발한다.
테트라진은, 상기한 제2의 예 및 제3의 예에서 입증되는 바와 같이 붕소가 사용되는 경우, 감폭제(explosive sensitizer)로서 사용할 필요가 없다. 상기한 제3의 혼합물은 민감한 폭약 또는 별도의 산화제를 함유하지 않는다. 이러한 혼합물은 시판용 기폭제 용품용으로 탁월한 예일 수 있으며, 디놀을 함유하는 기폭제 조성물에 대한 붕소의 기여를 설명하여 준다.
테트라젠의 부재하에서 산화제로서 질산스트론튬을 사용하는 또 하나의 예로 45% 디놀, 15% 이중 염기 추진제, 10% 붕소 및 25% 질산스트론튬으로 이루어진 혼합물이 있다. 일반적으로, 질산스트론튬은, 연료 및 연마성 증감제로서의 붕소의 존재로 인하여 감도에 있어서 유사한 결과를 나타내는 상기 실시예의 탄산칼슘으로 대체할 수 있다. 따라서, 질산스트론튬을 산화제로서약 5 내지 약 50%의 범위로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합물은 디놀 25 내지 75%, 테트라젠 0 내지 25%, 붕소 2 내지 30%, 금속 탄산염 0 내지 30% 및 보조 연료(예: PETN, 흑색 추진제, 헥사니트로만니톨, 황화안티몬, 규소화칼슘 또는 니트로셀룰로오스, 또는 적용분야에 따른 기타 질산염 에스테르 연료) 0 내지 30%로 이루어질 수 있다.
본 발명의 조성물에서 붕소는 또 하나의 장점을 지닌다. 이는 연소 생성물로서 산화붕소를 생성한다. 산화붕소는 또한, 연소 공정 중에 생성된 수분과 급속하게 결합하여 붕산을 생성한다. 붕산은 환경에 무해한 무독성 물질이다. 또한, 붕산은 윤활제로서 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조성물은 탄약 및 동체의 마모를 방지할 수 있는 자체 윤활 기폭제 조성물일 수 있다.
상기한 본 발명의 양태는 단지 예시용인 것으로 이해해야 한다. 당해 분야의 숙련가들은 상기 양태에 변형을 가할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 위에서 기술된 양태에 의해 제한받지는 않으나, 첨부된 특허청구 범위의 범주와 정당한 의미에 의해 한정된다.
Claims (8)
- 디아조디니트로페놀 및 붕소를 포함함을 특징으로 하는 무독성 기폭제 조성물.
- 제1항에 있어서,질산염 에스테르 연료를 포함함을 추가의 특징으로 하는 무독성 기폭제 조성물.
- 제2항에 있어서, 산화제로서 탄산칼슘을 포함함을 추가의 특징으로 하는 조성물.
- 제3항에 있어서, 2차 폭약으로서 테트라젠을 포함함을 추가의 특징으로 하는 기폭제 조성물.
- 제3항에 있어서, 디아조디니트로페놀이 약 25 내지 약 75%의 범위로 존재하며, 붕소가 약 2 내지 약 30%의 범위로 존재하고, 탄산칼슘이 약 0 내지 약 30%의 범위로 존재하며, 질산염 에스테르가 30% 이하의 양으로 존재함을 추가의 특징으로 하는 기폭제 조성물.
- 디아조디니트로페놀, 붕소, 질산염 에스테르 연료 및 산화제로서의 질산스트론튬을 포함함을 특징으로 하는 기폭제 조성물.
- 제6항에 있어서, 테트라젠을 포함함을 추가의 특징으로 하는 기폭제 조성물.
- 제7항에 있어서,디아조디니트로페놀이 약 25 내지 약 75%의 범위로 존재하며, 붕소가 약 2 내지 약 30%의 범위로 존재하고, 질산염 에스테르 연료가 약 0 내지 약 30%의 범위로 존재하며, 질산스트론튬이 약 5 내지 약 50%의 범위로 존재함을 추가의 특징으로 하는 기폭제 조성물.
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