KR100490339B1 - 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸아크릴레이트의 공중합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규물질인 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체를 제공한다. 상기 공중합체는 기존의 에너지 함유 결합제보다 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 상기 공중합체를 복합 화약에 적용하는 경우 기존의 에너지 함유 결합제에 비하여 복합 화약을 둔감시키는 효과가 있다.

Description

2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체{COPOLYMER OF 2,2-DINITROPROPYL ACRYLATE AND 2,2-DINITROBUTYL ACRYLATE}
본 발명은 신규물질인 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 및 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 신규 공중합체는 고성능 둔감 화약용 에너지 함유 결합제인 2 성분 아크릴계 결합제를 제공한다.
종래 미국 등 선진 각국에서 개발되어 온 에너지 함유 결합제에는 폴리(글라이시딜 나이트레이트)(poly(glycidyl nitrate), PGN), 폴리(3-나이트레이토메틸-3-메틸옥세탄)(poly(3-nitratomethyl-3-methyloxetane), PNMMO), 폴리(3,3-비스아지도메틸옥세탄)(poly(3,3-bisazidomethyloxetane), PBAMO)등이 있으나, 이들 모두는 열 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 이를 극복하고자 열 안정성을 향상시킨 에너지 함유 결합제로서 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 고분자를 복합 화약 조성에 적용한 사례가 있기는 하나, 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 고분자는 유리 전이 온도가 63 ℃로서 상온보다 높을 뿐 아니라, 딱딱하고 깨지기 쉽다는 결점을 가지고 있다. 따라서 이러한 고분자를 에너지 함유 가소제인 F/F(2,2-디나이트로프로필포르말과 2,2-디나이트로부틸포르말의 혼합물)와 혼합할 경우에는 기계적 강도가 매우 약하며, 이를 적용한 복합 화약은 치수 안정성(즉, 형상의 변화가 일어나지 않는 정도)이 취약하다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력을 기울인 결과, 신규물질인 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체가 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 고분자의 기계적 강도를 개선시킴을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 및 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체를 제공하는 데 있다.
본 발명은 화학식 1로 표시되는, 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체에 관한 것이다.
상기 식에서, X>0, Y>0이고 X + Y = 1이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명의 신규물질인 화학식 1에 따른 화합물은 하기와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
먼저 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트를 반응기에 가한 후, 라디칼 개시제의 존재 하에 적절한 용매와 혼합한 다음, 반응기 내부에 질소를 주입한다. 이 때, 중합 개시제로는 라디칼 개시제로서 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(2,2'-azobisisobutyronitril, AIBN)를 사용할 수 있으며, 본 발명에서 사용되는 라디칼 개시제는 이에 한정되는 것은 아니다. 이어 반응 용액의 온도를 60 ℃ 내지 100 ℃로 상승시킨 후 3 시간 내지 8 시간 동안 교반시킨다. 이 후 상온 하에서, 반응이 끝난 용액을 메탄올에 주입시키면서 격렬히 교반시킨다. 교반 후 생성된 침전물을 건조시켜 원하는 공중합체를 얻는다. 그 제조방법을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
이로써, 얻어진 본 발명의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체는 가히 상기 화학식 1로 표시되며, 상기 식에서 X와 Y의 합은 1로서, 단량체인 2,2-디나이트로프로필아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸아크렐레이트의 조성비율이 가질 수 있는 모든 범위의 공중합체를 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명의 보호범위를 실시예로서 한정하려는 의도는 아니다.
[실시예]
실시예 1
50 ml의 반응기에 18.4 g(0.09 mole)의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2.2 g(0.01 mole)의 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트를 가한 후, 0.06 g(0.37 mmole)의 AIBN과 20 ml의 에틸 아세테이트를 첨가한 다음, 반응기 내부에 질소를 5 분간 주입하였다. 이어 반응 용액의 온도를 80 ℃로 상승시킨 후 5 시간 동안 교반시켰다. 이 후 상온 하에서, 반응이 끝난 용액을 400 ml의 메탄올에 1 분에 걸쳐 주입시키면서 격렬히 교반시켰다. 반응 용액을 모두 주입한 후 10 분간 계속 교반시켰다. 교반시켜 생성되는 침전물을 100 ml의 메탄올에 30 분 동안 담근 다음 이를 70 ℃, 10 mmHg 하에서 5시간 동안 건조시켜 75%의 수율로 15.5 g의 공중합체를 수득하였다.
상기 공중합체의 중량평균 분자량은 130,000 g/mol 정도였으며, NMR 스펙트럼의 분석으로부터, 상기 공중합체의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 : 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 조성비는 0.89 : 0.11임을 알 수 있었다.
실시예 2
50 ml의 반응기에 14 g(0.07 mole)의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 6.5 g(0.03 mole)의 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트를 넣은 후 0.06 g(0.37 mmole)의 AIBN과 20 ml의 에틸 아세테이트를 첨가한 다음 반응기 내부에 질소를 5 분간 주입하였다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 77%의 수율로 15.8 g의 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체의 중량평균 분자량은 130,000 g/mol 정도였으며, NMR 스펙트럼의 분석으로부터, 상기 공중합체의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 : 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 조성비는 0.64 :0.36임을 알 수 있었다.
실시예 3
50 ml의 반응기에 14 g(0.07 mole)의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 6.5 g(0.03 mole)의 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트를 넣은 후, 0.12 g(0.73 mmole)의 AIBN과 20 ml의 에틸 아세테이트를 첨가한 다음 반응기 내부에 질소를 5 분간 주입하였다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 85%의 수율로 15.8 g의 공중합체를 얻었다.
상기 공중합체의 중량평균 분자량은 100,000 g/mol 정도였으며, NMR 스펙트럼의 분석으로부터, 상기 공중합체의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 : 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 조성비는 0.65 :0.35임을 알 수 있었다.
실시예 4
50 ml의 반응기에 14 g(0.07 mole)의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 6.5 g(0.03 mole)의 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트를 넣은 후 0.12 g(0.73 mmole)의 AIBN과 40 ml의 에틸 아세테이트를 첨가한 다음 반응기 내부에 질소를 5 분간 주입하였다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 71%의 수율로 14.5 g의 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체의 중량평균 분자량은 110,000 g/mol 정도였으며, NMR 스펙트럼의 분석으로부터, 상기 공중합체의 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트 : 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 조성비는 0.67 : 0.33임을 알 수 있었다.
비교예
본 공중합체를 복합 화약에 적용하는 경우, 기존의 에너지 함유 결합제에 비하여 복합 화약을 둔감시키는 효과를 확인하기 위하여 비행충격시험을 실시하였으며, 아래 표 1은 그 결과를 보여주는 것이다.
[표 1] 비행충격시험 결과
화약 조성 반응이 일어나는 비행속도 폭발이 일어나는 비행속도
일반 압축형 복합화약 < 70 m/s < 240 m/s
Comp-B (재래식 화약) 70 m/s 240 m/s
본 공중합체를 적용한압축형 복합화약 110 m/s 300 m/s
비행충격시험은 화약을 충전한 탄을 발사시켜 철판에 충돌시키는 시험으로서 탄의 비행속도에 따르는 탄의 반응형상을 조사한다. 탄의 반응형상은 탄이 철판에 충돌할 때 철판 전방 4 m 주변의 압력 변화에 근거하여 판단한다. 어떠한 반응이라도 일어나면 압력이 상승하며 폭발이 일어날 때의 압력은 4 psi를 기준으로 한다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 공중합체를 적용한 압축형 복합화약의 경우, 다른 화약에 비하여 더 빠른 속도로 충돌하여야만 반응이 일어나거나 또는 폭발이 일어나므로 그만큼 더 둔감하다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에 따른 공중합체는 기존의 에너지 함유 결합제의 기계적 강도를 개선시킬 뿐 아니라, 상기 공중합체를 복합 화약에 적용하는 경우 기존의 에너지 함유 결합제에 비하여 복합 화약을 둔감시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 화학식 1로 표시되는, 2,2-디나이트로프로필 아크릴레이트와 2,2-디나이트로부틸 아크릴레이트의 공중합체.
    [화학식 1]
    상기 식에서, X>0, Y>0이고 X + Y = 1이다.
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