KR102144820B1 - Method for preparing polymer comprising 5-aminotetrazole and polymer comprising 5-aminotetrazole - Google Patents

Method for preparing polymer comprising 5-aminotetrazole and polymer comprising 5-aminotetrazole Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a high-energy 5-aminotetrazole-containing polymer, and a high-energy 5-aminotetrazole-containing polymer. Particularly, the method for preparing a high-energy 5-aminotetrazole-containing polymer includes a step of introducing 5-aminotetrazole represented by the following chemical formula (I) to a polyepihalohydrin represented by the following chemical formula (II) through nucleophilic substitution in the presence of an alkali metal hydroxide to obtain a polymer represented by the following chemical formula (IIIa). In chemical formula (IIIa), each substituent has the same meaning as defined in claim 1.

Description

5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자의 제조방법 및 5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자{METHOD FOR PREPARING POLYMER COMPRISING 5-AMINOTETRAZOLE AND POLYMER COMPRISING 5-AMINOTETRAZOLE}Manufacturing method of 5-aminotetrazole high-energy polymer and 5-aminotetrazole high-energy polymer {METHOD FOR PREPARING POLYMER COMPRISING 5-AMINOTETRAZOLE AND POLYMER COMPRISING 5-AMINOTETRAZOLE}

본 발명은 고질소 함유 물질인 5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자의 제조방법에 및 5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a high-nitrogen-containing material, a 5-aminotetrazole high-energy-containing polymer, and to a 5-aminotetrazole high-energy-containing polymer.

고에너지 물질을 고분자에 도입할 경우 고분자의 긴 탄소 사슬들이 고에너지 물질에 가해지는 물리적 응력을 완화해주는 효과로 인해 열적 안정성이 높아지는 장점이 있다. 따라서 고에너지 물질을 포함한 고분자들은 열적 안정성이 확보된 추진제의 고분자 연료 및 바인더 또는 자동차 에어백의 가스 발생제로 유용하게 사용되어왔다. 그 중 GAP (Glycidyl azide polymer)가 가장 대표적인 고에너지 고분자로 아지드기가 높은 양의 생성열 (+ 957 kJ/mol)을 가져 폭발 성능이 우수할 뿐 아니라 열적 그리고 기계적 자극에 대해 둔감성을 보이는 장점이 있다. 그러나 이를 추진제에 적용 시 아지드기의 독성으로 인해 야기되는 환경문제에 더해 아지드기의 반응성으로 인해 경화 시 가용시간 (pot-life)이 짧아지고 장시간 보관시 분해에 따른 질소 발생으로 공극이 발생, 추진제의 물성을 감소시킬 수 있는 단점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 아지드기를 친환경적이고 안정한 테트라졸기로 대체하는 연구가 진행되었다 (Aronson JB. [dissertation] Atalanta (GE) : Georgia Inttitute of Technology, 2004). When a high-energy material is introduced into a polymer, thermal stability is increased due to the effect of mitigating the physical stress applied to the high-energy material by the long carbon chains of the polymer. Therefore, polymers containing high-energy materials have been usefully used as polymer fuels and binders for propellants with thermal stability, or gas generators for automobile airbags. Among them, GAP (Glycidyl azide polymer) is the most representative high-energy polymer, and the azide group has a high amount of heat of generation (+ 957 kJ/mol), so it has excellent explosive performance as well as insensitivity to thermal and mechanical stimulation. . However, when it is applied to a propellant, in addition to environmental problems caused by the toxicity of azide groups, pot-life during curing is shortened due to the reactivity of azide groups, and when stored for a long time, voids are generated due to nitrogen generation due to decomposition. However, there is a disadvantage that can reduce the properties of the propellant. To solve these problems, research has been conducted to replace azide with an eco-friendly and stable tetrazole (Aronson JB. [dissertation] Atalanta (GE): Georgia Inttitute of Technology, 2004).

그러나 이 과정에서 테트라졸의 함유량이 높아질수록 고분자가 딱딱해지고 깨지기 쉬운 상태로 변화하고 아지드기에 비해 에너지 발생량이 다소 감소하는 경향이 확인되었다. 따라서 용도에 따라 고에너지 특성을 유지하면서 물성 및 가공성 조절이 가능한 테트라졸과 아지드기를 포함한 공중합체의 합성법이 요구되었다. However, in this process, as the content of tetrazole increased, the polymer became hard and fragile, and the amount of energy generated was slightly decreased compared to the azide group. Therefore, a method of synthesizing a copolymer including tetrazole and an azide group that can control physical properties and processability while maintaining high energy characteristics depending on the use is required.

GAP의 아지드기를 테트라졸 기로 전환하는 기존의 방법은 하기의 반응식 1과 같이 알킬 시아노포메이트 간의 클릭반응에 이은 탈카르복시화 반응의 두 단계반응을 통해 테트라졸을 포함한 고분자를 합성하였다. In the conventional method of converting the azide group of GAP to a tetrazole group, a polymer including tetrazole was synthesized through a two-step reaction followed by a click reaction between alkyl cyanoformates and a decarboxylation reaction as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019129958266-pat00001
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상기 반응에서 다량 사용되는 알킬 시아노포메이트는 국내에서 생산되지 않으며 독성이 높은 물질로 다루기가 어렵다. 또한, 출발 물질인 GAP에서 긴 반응 시간의 두 단계 반응을 거쳐 합성해야하므로 공정이 복잡하고 비용이 증가할 수 있다. Alkyl cyanoformate used in a large amount in the above reaction is not produced in Korea and is difficult to handle as a highly toxic substance. In addition, since the starting material GAP must be synthesized through a two-step reaction with a long reaction time, the process may be complicated and cost may increase.

이에, 간단한 공정으로 시아노포메이트류의 유독한 물질을 사용하지 않고 테트라졸을 포함하는 고분자를 제조할 수 있는 새로운 제조 방법의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need to develop a new manufacturing method capable of producing a polymer containing tetrazole without using a toxic substance such as cyanoformate through a simple process.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단하고 안전한 합성 공정으로 고질소 함유한 고에너지 물질인 5-아미노테트라졸기 및 아지도기를 폴리에피할로히드린계 고분자의 측쇄에 도입하고, 이들의 함량의 조절이 용이할뿐만 아니라, 대량 생산 기술로 활용할 수 있는, 고분자의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, in a simple and safe synthesis process, 5-aminotetrazole groups and azido groups, which are high-energy substances containing high nitrogen, are introduced into the side chains of a polyepihalohydrin-based polymer. It is to provide a method for producing a polymer, which is easy to control the content of, and can be utilized as a mass production technology.

본 발명은, 다양한 함량으로 도입된 5-아미노테트라졸기 및 아지도기를 포함하고, 고에너지 물질로 활용할 수 있는, 고분자를 제공하는 것이다. The present invention is to provide a polymer that includes a 5-aminotetrazole group and an azido group introduced in various amounts and can be utilized as a high energy material.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따라, 알칼리 금속의 수산화물 존재하에서 친핵성 치환 반응으로 화학식 (I)로 표시되는 5-아미노 테트라졸을 화학식 (II)로 표시되는 폴리에피할로히드린에 도입하여 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계; 를 포함하는, 고분자의 제조방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, a 5-amino tetrazole represented by formula (I) is introduced into the polyepihalohydrin represented by formula (II) through a nucleophilic substitution reaction in the presence of an alkali metal hydroxide. Synthesizing a polymer represented by (IIIa); It relates to a method for producing a polymer comprising a.

화학식 (I)Formula (I)

Figure 112019129958266-pat00002
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화학식 (II)Formula (II)

Figure 112019129958266-pat00003
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화학식 (IIIa)Formula (IIIa)

Figure 112019129958266-pat00004
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(여기서, X는 Cl, Br 또는 I에서 선택되고,(Wherein, X is selected from Cl, Br or I,

a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고, b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계에서 상기 5-아미노 테트라졸의 반응비는, 상기 폴리에피할로히드린 반복단위의 10% 내지 90%인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa), the reaction ratio of the 5-amino tetrazole is 10% to 90% of the repeating unit of the polyepihalohydrin. Can be.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알칼리금속의 수산화물은, 수산화나트륨 (NaOH) , 수산화칼륨 (KOH) 및 수산화리튬 (LiOH)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the alkali metal hydroxide may include at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH)  , potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자의 이탈기(X)에 아지도기를 도입하여 하기의 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계; 를 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the preparation method includes the steps of synthesizing a polymer represented by the following formula (IIIb) by introducing an azido group into the leaving group (X) of the polymer represented by the formula (IIIa); It may be to further include.

화학식 (IIIb)Formula (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00005
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(여기서, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)(Here, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 상기 화학식 (IIIa) 로 표시되는 고분자를 합성 후 단일용기 반응으로 소듐아지드를 첨가해 아지드화 반응을 진행하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIb) is azide reaction by adding sodium azide in a single container reaction after synthesizing the polymer represented by formula (IIIa). It may be to proceed.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 50 ℃ 이상으로 가열하여 아지드화 반응을 진행하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIb) may be heating to 50° C. or higher to perform an azide reaction.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 소듐아지드는, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자의 합성 시 첨가된 5-아미노 테트라졸 대비 0.1 내지 9의 몰비로 첨가되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sodium azide may be added in a molar ratio of 0.1 to 9 relative to the 5-amino tetrazole added during the synthesis of the polymer represented by Formula (IIIa).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 상기 알칼리 금속의 수산화물, 상기 5-아미노 테트라졸 및 상기 폴리에피할로히드린을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 반응 혼합물을 50 ℃ 이상으로 가열하여 반응을 진행하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa) comprises mixing the alkali metal hydroxide, the 5-amino tetrazole, and the polyepihalohydrin to form a reaction mixture. Manufacturing steps; And heating the reaction mixture to 50° C. or higher to proceed with the reaction. It may be to include.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계 이후에 반응물을 냉각하고, 동시에 0 ℃내지 5 ℃의 냉각수를 사용하여 부산물을 제거하는 후처리 단계; 를 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a post-treatment step of cooling the reactant after the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa), and removing by-products using cooling water of 0° C. to 5° C.; It may be to further include.

본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 (IIIa) 또는 화학식 (IIIb)로 표시되는, 고분자에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, it relates to a polymer represented by the following formula (IIIa) or formula (IIIb).

화학식 (IIIa)Formula (IIIa)

Figure 112019129958266-pat00006
Figure 112019129958266-pat00006

(여기서, X는 Cl, Br 또는 I에서 선택되고, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)(Wherein, X is selected from Cl, Br or I, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23 .)

화학식 (IIIb)Formula (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00007
Figure 112019129958266-pat00007

(여기서, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)(Here, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자는, 본 발명에 의한 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the polymer may be manufactured by the manufacturing method according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자는, 추진제의 고분자 연료 또는 바인더로 적용되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the polymer may be applied as a polymer fuel or a binder as a propellant.

본 발명은, 테트라졸기, 또는 테트라졸기 및 아지드기와 함께 포함한 고분자를 합성하고 이들의 함량을 쉽게 조절 가능하고, 특히 테트라졸 중에서도 질소 함량이 80 %로 가장 높은 5-아미노테트라졸과 아지드기가 다양한 비율로 구성된 공중합체의 제조방법을 제공할 수 있다. In the present invention, a tetrazole group, or a polymer including a tetrazole group and an azide group can be synthesized and the content thereof can be easily controlled.In particular, the 5-aminotetrazole and azide groups, which have the highest nitrogen content of 80%, are It is possible to provide a method for preparing a copolymer composed of various ratios.

본 발명은, 기존 5-아미노테트라졸의 알킬화를 통해 비스- 또는 트리스- 형태의 다중 테트라졸 저분자 유도체의 합성 시 생성되는 이성질체 중 안정성이 높은 1-치환체만을 분리해내는 공정이 필요하지만 5-아미노테트라졸을 고분자에 도입한 본 발명의 경우 고분자로부터 부여된 안정성으로 인해 이러한 분리 공정이 필요 없어 생산 단가의 절감 효과를 확보할 수 있다.In the present invention, it is necessary to separate only 1-substituents with high stability among the isomers generated when synthesizing bis- or tris-type multitetrazole low-molecular derivatives through alkylation of 5-aminotetrazole. In the case of the present invention in which the tetrazole is introduced into the polymer, the separation process is not required due to the stability imparted from the polymer, and thus the effect of reducing the production cost can be secured.

본 발명은, 5-아미노테트라졸과 아지드기가 다양한 비율로 구성된 공중합체를 보다 쉽고 안전하고 경제적인 제조방법을 제공할 수 있다. 이를 통해 고분자 내 아지드 기와 5-아미노테트라졸 기의 함량을 쉽게 조절하여 용도에 따라 이 두 가지 단량체 각각의 가공성 및 안정성 문제 또는 성능 감소의 단점을 잘 보완한 고분자를 쉽게 합성할 수 있다. The present invention can provide an easier, safer and more economical method for producing a copolymer composed of 5-aminotetrazole and azide groups in various ratios. Through this, the content of the azide group and the 5-aminotetrazole group in the polymer can be easily controlled, so that a polymer can be easily synthesized that compensates for the processability and stability problems of each of these two monomers or the disadvantages of performance reduction depending on the application.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 poly(GA-co-GAT)의 IR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 poly(GA-co-GAT)의 1H NMR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 poly(GA-co-GAT)의 GPC 크로마토그램들을 나타낸 것이다.
1 shows IR spectra of poly(GA-co-GAT) prepared in an embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
2 shows 1 H NMR spectra of poly(GA-co-GAT) prepared in an example of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
3 shows GPC chromatograms of poly(GA-co-GAT) prepared in an example of the present invention according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of users or operators, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components.

본 발명은, 5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 폴리에피할로히드린의 측쇄에 5-아미노테트라졸기 및 아지드기를 도입하는 공정을 이용하여 고에너지 물질 함유 고분자를 제조하는 것이다. 즉, 본 발명은, 폴리에피클로로히드린과 5-아미노테트라졸 및 소듐 아자이드를 원료물질로 사용하고 다양한 반응비를 적용하여 5-아미노테트라졸과 아자이드의 함유량이 조절된 공중합체를 제공할 수 있다. The present invention relates to a method of preparing a high-energy polymer containing 5-aminotetrazole, and according to an embodiment of the present invention, the preparation method comprises a 5-aminotetrazole group and a sub-chain in the side chain of the polyepihalohydrin. A high-energy material-containing polymer is manufactured using a process of introducing a zide group. That is, the present invention provides a copolymer in which the content of 5-aminotetrazole and azide is controlled by using polyepichlorohydrin, 5-aminotetrazole, and sodium azide as raw materials and applying various reaction ratios. can do.

본 발명의 일 실시예에 따라, 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계 및 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it may include synthesizing a polymer represented by formula (IIIa) and synthesizing a polymer represented by formula (IIIb).

본 발명의 일 실시예에 따라, 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 알칼리 금속의 수산화물 존재하에서 친핵성 치환 반응으로 화학식 (I)로 표시되는 5-아미노 테트라졸을 폴리에피할로히드린의 측쇄에 도입하는 단계이며,According to an embodiment of the present invention, the step of synthesizing the polymer represented by formula (IIIa) is to polyepile the 5-amino tetrazole represented by formula (I) by a nucleophilic substitution reaction in the presence of an alkali metal hydroxide. It is a step of introducing into the side chain of rohydrin,

상기 5-아미노 테트라졸은, 하기의 화학식 (I)로 표시되고, 상기 폴리에피할로히드린은 하기의 화학식 (II)로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. The 5-amino tetrazole is represented by the following formula (I), and the polyepihalohydrin may include one or more of the compounds represented by the following formula (II).

화학식 (I)Formula (I)

Figure 112019129958266-pat00008
Figure 112019129958266-pat00008

화학식 (II)Formula (II)

Figure 112019129958266-pat00009
Figure 112019129958266-pat00009

화학식 (IIIa)Formula (IIIa)

Figure 112019129958266-pat00010
Figure 112019129958266-pat00010

상기 화학식 (II) 및 화학식 (IIIa)에서 X는 F, Cl, Br 또는 I에서 선택되고, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15 내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다. In the above formulas (II) and (IIIa), X is selected from F, Cl, Br or I, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, and the sum of b and d is 1 To 18 and c is 4 to 23.

상기 알칼리 금속의 수산화물은, 수산화나트륨 (NaOH) , 수산화칼륨 (KOH) 및 수산화리튬 (LiOH)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The alkali metal hydroxide may include at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH)  , potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH), but is not limited thereto.

상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 폴리에피클로로히드린과 5-아미노테트라졸 간의 친핵성 치환 반응을 통해 일차적으로 5-아미노테트라졸을 고분자에 도입하는 것으로, 하기의 반응식 2에 따라 상기 알칼리 금속의 수산화물, 5-아미노 테트라졸 및 폴리에피할로히드린을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계; 및 반응 혼합물을 가열하여 반응을 진행하는 단계를 포함할 수 있다. The step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa) is to first introduce 5-aminotetrazole into the polymer through a nucleophilic substitution reaction between polyepichlorohydrin and 5-aminotetrazole. Preparing a reaction mixture by mixing the alkali metal hydroxide, 5-amino tetrazole, and polyepihalohydrin according to 2; And heating the reaction mixture to proceed with the reaction.

[반응식 2] [Scheme 2]

Figure 112019129958266-pat00011
Figure 112019129958266-pat00011

일반적으로 사용한 원료인 5-아미노테트라졸은 친핵성 치환반응 시 1번 또는 2번 위치에 치환기가 결합한 이성질체의 혼합물이 주로 얻어지는데 저분자 물질의 경우 이 중 2-치환체의 안정성이 낮아 이를 분리 제거하는 공정이 필수적으로 진행되어야한다. 하지만, 본 발명의 반응식 2에 따라 친핵성 치환 반응을 통해 5-아미노테트라졸이 고분자에 도입할 경우 안정성이 증대되는 효과로 인해 이러한 이성질체 분리 과정이 필요 없이 보다 안전하게 대량으로 5-아미노테트라졸계 고에너지 물질을 생산할 수 있는 합성 공정을 확보할 수 있다.5-aminotetrazole, which is a commonly used raw material, is mainly obtained from a mixture of isomers in which a substituent is bonded at the 1st or 2nd position during a nucleophilic substitution reaction. The process must be carried out essentially. However, due to the effect of increasing stability when 5-aminotetrazole is introduced into a polymer through a nucleophilic substitution reaction according to Scheme 2 of the present invention, a large amount of 5-aminotetrazole-based polymer is safer without the need for this isomer separation process. It is possible to secure a synthetic process capable of producing energetic substances.

상기 반응 혼합물을 가열하여 반응을 진행하는 단계는, 알칼리 금속의 수산화물 촉매의 존재 하에서 폴리에피할로히드린과 5-아미노테트라졸의 반응 혼합물을 반응시키는 단계이며, 예를 들어, 50 ℃ 이상; 80 ℃ 내지 120 ℃; 또는 90 ℃ 내지 110 ℃의 온도로 상기 반응 혼합물을 가열하여 1시간 이상; 10 시간 이상; 20 시간 내지 30 시간; 또는 23 시간 내지 24 시간 동안 반응시킬 수 있다. The step of performing the reaction by heating the reaction mixture is a step of reacting a reaction mixture of polyepihalohydrin and 5-aminotetrazole in the presence of an alkali metal hydroxide catalyst, for example, 50° C. or higher; 80°C to 120°C; Or heating the reaction mixture to a temperature of 90° C. to 110° C. for 1 hour or more; More than 10 hours; 20 to 30 hours; Alternatively, it may be reacted for 23 to 24 hours.

상기 5-아미노테트라졸의 반응비는 폴리에피할로히드린 반복단위의 10 % 내지 90 %로 조절할 수 있고, 상기 아미노테트라졸의 치환은 테트라졸의 1번 위치 및 2번 위치에서 동시에 일어날 수 있고, 이러한 치환 위치가 상이한 반복단위의 비율은 적절하게 조절할 수 있다. The reaction ratio of the 5-aminotetrazole can be adjusted to 10% to 90% of the repeating unit of the polyepihalohydrin, and the substitution of the aminotetrazole can occur simultaneously at the 1st and 2nd positions of the tetrazole. In addition, the ratio of repeating units having different substitution positions can be appropriately adjusted.

상기 반응 혼합물에 용매를 더 포함하고, 상기 용매는, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. A solvent is further included in the reaction mixture, and the solvent may include at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and dimethylacetamide.

상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계 이후에 반응물을 냉각하고, 동시에 냉각수를 사용하여 부산물을 제거하는 후처리 단계;를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 친핵성 치환반응 후의 후처리에서 반응물의 냉각 및 냉각수를 사용하여 고분자를 침전 시키고 이를 분리 후 여기에 다시 냉각된 물을 첨가해 초음파를 가한 후 원심분리로 고분자를 분리하여 부산물을 제거할 수 있다. After the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa), a post-treatment step of cooling the reactant and removing by-products using cooling water at the same time; may further include. That is, in the post-treatment after the nucleophilic substitution reaction, the polymer is precipitated using cooling water and cooling water of the reactant, and after separating the polymer, the by-product is removed by separating the polymer by centrifugation after applying ultrasonic waves by adding cooled water to it. I can.

상기 부산물을 제거하는 단계는, 0∼10 ℃; 또는 0∼5 ℃의 냉각수를 첨가하고, 부산물을 제거하는 과정을 2회이상 수행될 수 있다. The step of removing the by-products, 0 ~ 10 ℃; Alternatively, the process of adding cooling water of 0 to 5° C. and removing by-products may be performed twice or more.

상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 폴리에피할로히드린과 5-아미노테트라졸 및 아지드기의 순차적 친핵성 치환반응을 통해 상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자인, “poly(GA-co-GAT)”을 합성한다. 상기 화학식 (IIIa) 로 표시되는 고분자를 합성 후 단일용기 반응(one-pot reaction)으로 소듐아지드를 첨가해 아지드화 반응을 진행하는 것으로, 하기의 반응식 3에 따라 5-아미노테트라졸의 치환 반응을 진행 후 소듐아지드를 첨가해 남아있던 글리시딜 클로라이드 부분의 C-Cl기에 아지드기를 치환하는 one-pot 반응을 진행하여 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성할 수 있다. The step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIb) is a polymer represented by the formula (IIIb) through a sequential nucleophilic substitution reaction of polyepihalohydrin, 5-aminotetrazole, and an azide group, Synthesize “poly(GA-co-GAT)”. After synthesizing the polymer represented by the above formula (IIIa), sodium azide is added in a one-pot reaction to proceed with an azide reaction.Substitution of 5-aminotetrazole according to the following Scheme 3 After the reaction proceeds, a one-pot reaction in which sodium azide is added to replace the azide group in the C-Cl group of the remaining glycidyl chloride portion can be performed to synthesize a polymer represented by the formula (IIIb).

화학식 (IIIb)Formula (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00012
Figure 112019129958266-pat00012

상기 화학식 (IIIb)에서 a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15 내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.In Formula (IIIb), a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.

[반응식 3] [Scheme 3]

Figure 112019129958266-pat00013
Figure 112019129958266-pat00013

상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 소듐아자이드에 의한 아지드화 반응은 50 ℃ 이상; 80 ℃ 내지 120 ℃; 90 ℃ 내지 110 ℃의 온도로 상기 반응 혼합물을 가열하여 15 시간 내지 24 시간; 또는 19 시간 내지 21 시간 동안 반응 시킬 수 있다. The step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIb), the azide reaction by sodium azide is 50 ℃ or more; 80°C to 120°C; 15 hours to 24 hours by heating the reaction mixture to a temperature of 90 ℃ to 110 ℃; Alternatively, it can be reacted for 19 hours to 21 hours.

상기 소듐아지드는, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자의 합성 시 첨가된 5-아미노테트라졸 대비 0.1 내지 9의 몰비로 첨가될 수 있다. The sodium azide may be added in a molar ratio of 0.1 to 9 with respect to the 5-aminotetrazole added during the synthesis of the polymer represented by Formula (IIIa).

상기 소듐아자이드는, 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계 이후 반응 혼합물에 첨가하여 아지드화 반응을 진행하거나 또는 반응물 제거 이후에 용매 및 소듐아자이드를 첨가하여 아지드화 반응을 진행할 수 있다.The sodium azide is added to the reaction mixture after the step of synthesizing the polymer represented by formula (IIIa) to proceed with an azide reaction, or after removing the reactant, a solvent and sodium azide may be added to proceed with the azide reaction. I can.

본 발명은, 5-아미노테트라졸 고에너지 함유 고분자에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 (IIIa) 또는 화학식 (IIIb)로 표시되는, 고분자일 수 있다. The present invention relates to a 5-aminotetrazole high energy-containing polymer, and according to an embodiment of the present invention, it may be a polymer represented by the following formula (IIIa) or (IIIb).

화학식 (IIIa)Formula (IIIa)

Figure 112019129958266-pat00014
Figure 112019129958266-pat00014

상기 화학식 (IIIa)에서 X는 Cl, Br 또는 I에서 선택되고, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)In the formula (IIIa), X is selected from Cl, Br or I, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 To 23.)

화학식 (IIIb)Formula (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00015
Figure 112019129958266-pat00015

화학식 (IIIb)에서 a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.In Formula (IIIb), a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.

상기 고분자는, 고에너지 물질 특성을 나타내고, 다양한 조성의 poly(GA-co-GAT)의 확보가 가능하여 추진제의 고분자 연료 또는 바인더, 자동차 에어백 가스 발생제 등의 고에너지 물질의 적용 가능한 제품일 수 있다. The polymer exhibits high-energy material properties, and it is possible to secure poly(GA-co-GAT) of various compositions, so that it may be a product applicable to high-energy materials such as a polymer fuel for a propellant or a binder, and an automobile airbag gas generator. have.

이하에서는 스킴 1의 합성 경로에 따라 상기 화학식 (II)의 고분자 (poly(GA-co-GAT))를 제조하는 방법에 대해 실시예를 통해 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of preparing the polymer of Formula (II) (poly(GA-co-GAT)) according to the synthetic route of Scheme 1 will be described in detail through examples.

실시예에 사용된 반응비를 표 1에 정리하였다. 원료로 사용된 폴리에피클로로히드린은 보고된 합성 공정을 이용하여 BF3-etherate 촉매 하에 ethylene glycol을 개시제로 하여 에피클로로히드린의 양이온 중합 반응으로 합성하였다( J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 29, 619 (1991)).The reaction ratios used in the examples are summarized in Table 1. Polyepichlorohydrin used as a raw material was synthesized by cationic polymerization of epichlorohydrin using ethylene glycol as an initiator under BF 3 -etherate catalyst using the reported synthesis process ( J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 29 , 619 (1991)).

[스킴 1] [Scheme 1]

Figure 112019129958266-pat00016
Figure 112019129958266-pat00016

실시예 1Example 1

폴리에피클로로히드린 1 g(PECH, 11 mmol ; 반복단위 분자량 : 92.52)와 5-아미노테트라졸 0.09 g (1 mmol)을 DMSO 10 ml에 녹이고 수산화나트륨 0.04 g (1 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 100 ℃에서 가열하면서 24시간 교반하였다. 반응 종료 후 실온까지 냉각한 다음 반응 혼합물에 소듐아자이드를 0.6 g (9 mmol)을 첨가해주고 다시 100℃로 가열하면서 19시간 교반해주었다. 반응종료 후 반응액을 4 ℃로 냉각해주고 여기에 4 ℃로 냉각한 증류수 20 ml를 첨가해주었다. 생성된 현탁액을 원심분리하여 상층액을 제거한 후 얻어진 고분자에 물 20 ml를 더 붓고 초음파를 3분 가해 현탁액을 다시 만든 후 원심 분리하고 상층액 제거 하는 과정을 2회 반복 한 후 얻어진 고분자를 디클로로메탄에 녹인 후 마그네슘설페이트로 건조, 여과, 농축 및 건조하여 호박색 오일 형태의 고분자를 얻었다 (수율 67 %). Polyepichlorohydrin 1 g (PECH, 11 mmol; repeating unit molecular weight: 92.52) and 5-aminotetrazole 0.09 g (1 mmol) were dissolved in 10 ml of DMSO, sodium hydroxide 0.04 g (1 mmol) was added, and the mixture Was stirred for 24 hours while heating at 100°C. After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature, 0.6 g (9 mmol) of sodium azide was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred for 19 hours while heating to 100°C. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to 4° C., and 20 ml of distilled water cooled to 4° C. was added thereto. After removing the supernatant by centrifuging the resulting suspension, 20 ml of water was added to the obtained polymer, and ultrasonic waves were applied for 3 minutes to re-create the suspension, followed by centrifugation and repeating the process of removing the supernatant twice, and then dichloromethane. After dissolving in magnesium sulfate, dried over magnesium sulfate, filtered, concentrated, and dried to obtain a polymer in the form of an amber oil (yield 67%).

실시예 2Example 2

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 이때, 폴리에피클로로히드린 1 g(11 mmol ; 반복단위 분자량 : 92.52), 5-아미노테트라졸 0.28 g (3 mmol), 수산화나트륨 0.13g (3 mmol) 그리고 소듐아자이드를 0.5 g (7 mmol)을 이용해 합성하였다 (수율 79 %).It was carried out in the same manner as in Example 1. At this time, polyepichlorohydrin 1 g (11 mmol; repeat unit molecular weight: 92.52), 5-aminotetrazole 0.28 g (3 mmol), sodium hydroxide 0.13 g (3 mmol) and sodium azide 0.5 g (7 mmol) ) Was synthesized (yield 79%).

실시예 3Example 3

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 폴리에피클로로히드린 1 g(11 mmol ; 반복단위 분자량 : 92.52), 5-아미노테트라졸 0.46 g (5 mmol), 수산화나트륨 0.22g (5 mmol) 그리고 소듐아자이드를 0.35 g (5 mmol)을 이용해 합성하였다 (수율 62 %). It was carried out in the same manner as in Example 1. Polyepichlorohydrin 1 g (11 mmol; repeating unit molecular weight: 92.52), 5-aminotetrazole 0.46 g (5 mmol), sodium hydroxide 0.22 g (5 mmol) and sodium azide 0.35 g (5 mmol) It was synthesized using (62% yield).

실시예 4Example 4

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 폴리에피클로로히드린 1 g(11 mmol ; 반복단위 분자량 : 92.52), 5-아미노테트라졸 0.64 g (7 mmol), 수산화나트륨 0.30 g (7 mmol) 그리고 소듐아자이드를 0.21 g (3 mmol)을 이용해 합성하였다 (수율 45 %). It was carried out in the same manner as in Example 1. Polyepichlorohydrin 1 g (11 mmol; repeat unit molecular weight: 92.52), 5-aminotetrazole 0.64 g (7 mmol), sodium hydroxide 0.30 g (7 mmol) and sodium azide 0.21 g (3 mmol) It was synthesized using (yield 45%).

실시예 5Example 5

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 폴리에피클로로히드린 1 g(11 mmol ; 반복단위 분자량 : 92.52), 5-아미노테트라졸 0.82 g (9 mmol), 수산화나트륨 0.38 g (9 mmol) 그리고 소듐아자이드를 0.07 g (1 mmol)을 이용해 합성하였다 (수율 94 %). It was carried out in the same manner as in Example 1. Polyepichlorohydrin 1 g (11 mmol; repeating unit molecular weight: 92.52), 5-aminotetrazole 0.82 g (9 mmol), sodium hydroxide 0.38 g (9 mmol) and sodium azide 0.07 g (1 mmol) And synthesized (yield 94%).

실험 결과Experiment result

Poly(GA-co-GAT)의 특성은 하기 표 1에 나타내었다. 한편, 도 1의 FT-IR 분석을 통해 전구체 PECH와 비교시 2100 cm-1에서의 아지드기의 특징 피크 외에 1640-1335 cm-1에서의 테트라졸 고리의 특징적 흡수 밴드의 검출로 poly(GA-co-GAT)의 성공적 합성을 확인할 수 있었고 동시에 이들의 비율에 따른 피크 강도의 증감을 관찰하였다. 또한, 1H NMR 및 13C NMR을 통해 5-아미노테트라졸과 아지드기의 도입을 확인 할 수 있었고 특히, 1H NMR에서 도 2와 같이 7.2ppm에서 1-치환된 그리고 6ppm에서 2-치환된 5-아미노테트라졸의 -NH2 의 피크가 확인되어 이의 면적비를 이용해 5-아미노테트라졸의 1- 및 2- 치환된 비율을 확인할 수 있었다. 또한 -NH2 의 피크들의 수소 개수의 합을 이용해 5.0 ∼ 3.0 ppm 사이에서 나타나는 주쇄 내 각각 공중합체 단위의 수소 개수를 계산하여 공중합체 조성(mol 비)를 확인하였다.The properties of Poly(GA-co-GAT) are shown in Table 1 below. Meanwhile, poly(GA) by detection of the characteristic absorption band of the tetrazole ring at 1640-1335 cm -1 in addition to the characteristic peak of the azide group at 2100 cm -1 when compared with the precursor PECH through the FT-IR analysis of FIG. 1 -co-GAT) was successfully synthesized, and at the same time, an increase or decrease in peak intensity was observed according to their ratio. In addition, it was possible to confirm the introduction of 5-aminotetrazole and azide groups through 1 H NMR and 13 C NMR. In particular, 1- substituted at 7.2 ppm and 2-substituted at 6 ppm as shown in FIG. 2 in 1 H NMR. The peak of -NH 2 of the 5-aminotetrazole was confirmed, and the 1- and 2-substituted ratios of 5-aminotetrazole were confirmed using the area ratio. In addition, the copolymer composition (mol ratio) was confirmed by calculating the number of hydrogens in each copolymer unit in the main chain appearing between 5.0 and 3.0 ppm using the sum of the number of hydrogens of the peaks of -NH 2 .

예 : 실시예 1의 조성 (GA : GAT) 계산결과Example: Composition of Example 1 (GA: GAT) calculation result

GA ; I 5.0∼3.0 ppm(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 피크의 면적 적분값) GA; I 5.0 to 3.0 ppm (area integral value of 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 peaks)

- [I 7.2 ppm + I 6.0 ppm (1, 11 피크의 면적 적분값의 합)]* 2.5 -[I 7.2 ppm + I 6.0 ppm (sum of area integral values of peaks 1 and 11)]* 2.5

GAT ; [I 7.2 ppm + I 6.0 ppm (1, 11 피크의 면적 적분값의 합)]* 2.5 GAT; [I 7.2 ppm + I 6.0 ppm (sum of area integral values of peaks 1 and 11)]* 2.5

상세한 결과는 표 1에 나타내었다. Detailed results are shown in Table 1.

한편, 각 poly(GA-co-GAT)의 분자량(Mn)은 3600 ∼ 6000의 범위로 GAT의 함량이 증가할수록 상승하는 경향을 보였고 PDI는 1.23 ∼ 1.36 으로 도 3과 같이 unimodal 분포를 가졌다. On the other hand, the molecular weight (Mn) of each poly(GA-co-GAT) ranged from 3600 to 6000, and showed a tendency to increase as the content of GAT increased, and the PDI was 1.23 to 1.36, having an unimodal distribution as shown in FIG. 3.

실시 예Example 공중합체 mol ratio
(azide : tetrazole)
Copolymer mol ratio
(azide: tetrazole)
Mol ratio
(1-치환 : 2-치환)
Mol ratio
(1-substitution: 2-substitution)
분자량 (g / mol)Molecular weight (g/mol)
이론값Theoretical value 실험값Experimental value MnMn PDIPDI PECHPECH 20642064 1.341.34 1One 9 : 1 (1 : 0.11)9: 1 (1: 0.11) 1 : 0.071: 0.07 1 : 0.891: 0.89 36003600 1.311.31 22 7 : 3 (1 : 0.43)7: 3 (1: 0.43) 1 : 0.291: 0.29 1 : 0.861: 0.86 43004300 1.361.36 33 5 : 5 (1 : 1)5: 5 (1: 1) 1 : 0.691: 0.69 1 : 0.871: 0.87 50005000 1.331.33 44 3 : 7 (1 : 2.3)3: 7 (1: 2.3) 1 : 1.191: 1.19 1 : 0.891: 0.89 57005700 1.251.25 55 1 : 91: 9 1 : 2.441: 2.44 1 : 0.911: 0.91 60006000 1.231.23

본 발명은, 단계적 친핵성 치환반응을 통해 고에너지 물질인 5-아미노테트라졸과 아지도기를 함께 포함한 고에너지 고분자를 합성하는 방법을 제공할 수 있고, 상기 방법은, 제조 공정이 간단하고 경제적이며, 고분자내 두 기능기의 함량을 쉽게 조절하여 원하는 조성 또는 다양한 조성의 공중합체 (poly(glycidyl azide-co-glycidyl 5-aminotetrazole (poly(GA-co-GAT))를 합성할 수 있다. The present invention can provide a method for synthesizing a high-energy polymer including 5-aminotetrazole and an azido group, which is a high-energy substance through a stepwise nucleophilic substitution reaction, and the method has a simple and economical manufacturing process. , By easily adjusting the content of the two functional groups in the polymer, a desired composition or a copolymer of various compositions (poly(glycidyl azide-co-glycidyl 5-aminotetrazole (poly(GA-co-GAT))) can be synthesized.

본 발명은, 5-아미노테트라졸과 아지도기를 모두 포함한 고에너지 함유 고분자의 제조 방법은 단계적 단일용기 반응으로 매우 간단하여 대량 생산 공정까지도 확보 가능하고, 고에너지 물질에 관한 연구 및 제품 생산을 위한 기술로 활용할 수 있다. In the present invention, the method for producing a high-energy-containing polymer including both 5-aminotetrazole and azido groups is very simple with a stepwise single-container reaction, so that even a mass production process can be secured, and for research on high-energy substances and product production Can be used as a technology.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

Claims (13)

알칼리 금속의 수산화물 존재하에서 친핵성 치환 반응으로 화학식 (I)로 표시되는 5-아미노테트라졸을 화학식 (II)로 표시되는 폴리에피할로히드린에 도입하여 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계;
를 포함하는,
고분자의 제조방법:

화학식 (I)
Figure 112019129958266-pat00017


화학식 (II)
Figure 112019129958266-pat00018


화학식 (IIIa)
Figure 112019129958266-pat00019


(여기서, X는 Cl, Br 또는 I에서 선택되고,
a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)
In the presence of an alkali metal hydroxide, a polymer represented by the formula (IIIa) is synthesized by introducing 5-aminotetrazole represented by the formula (I) into the polyepihalohydrin represented by the formula (II) through a nucleophilic substitution reaction. Step to do;
Containing,
Polymer preparation method:

Formula (I)
Figure 112019129958266-pat00017


Formula (II)
Figure 112019129958266-pat00018


Formula (IIIa)
Figure 112019129958266-pat00019


(Wherein, X is selected from Cl, Br or I,
a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)
제1항에 있어서,
상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계에서 상기 5-아미노 테트라졸의 반응비는, 상기 폴리에피할로히드린 반복단위의 10 몰% 내지 90 몰%인 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa), the reaction ratio of the 5-amino tetrazole is 10 to 90 mol% of the repeating unit of the polyepihalohydrin,
Method for producing a polymer.
제1항에 있어서,
상기 알칼리금속의 수산화물은, 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH) 및 수산화리튬 (LiOH)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 1,
The alkali metal hydroxide comprises at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH),
Method for producing a polymer.
제1항에 있어서,
상기 제조방법은, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자의 이탈기(X)에 아지도기를 도입하여 하기의 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계;
를 더 포함하는 것인, 고분자의 제조방법:

화학식 (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00020


(여기서, a는 15 내지 25이고, b, c 및 d의 합은 15내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)
The method of claim 1,
The manufacturing method includes the steps of synthesizing a polymer represented by the following formula (IIIb) by introducing an azido group into the leaving group (X) of the polymer represented by the formula (IIIa);
The method of manufacturing a polymer that further comprises:

Formula (IIIb)

Figure 112019129958266-pat00020


(Here, a is 15 to 25, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)
제4항에 있어서,
상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 상기 화학식 (IIIa) 로 표시되는 고분자를 합성 후 단일용기 반응으로 소듐아지드를 첨가해 아지드화 반응을 진행하는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 4,
The step of synthesizing the polymer represented by Formula (IIIb) is to proceed with an azide reaction by adding sodium azide in a single container reaction after synthesizing the polymer represented by Formula (IIIa),
Method for producing a polymer.
제4항에 있어서,
상기 화학식 (IIIb)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 50 ℃ 이상으로 가열하여 아지드화 반응을 진행하는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 4,
The step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIb) is to proceed with the azide reaction by heating to 50 ℃ or more,
Method for producing a polymer.
제5항에 있어서,
상기 소듐아지드는, 상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자의 합성 시 첨가된 5-아미노테트라졸 대비 0.1 내지 9의 몰비로 첨가되는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 5,
The sodium azide is added in a molar ratio of 0.1 to 9 relative to the 5-aminotetrazole added during the synthesis of the polymer represented by Formula (IIIa),
Method for producing a polymer.
제1항에 있어서,
상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계는, 상기 알칼리 금속의 수산화물, 상기 5-아미노 테트라졸 및 상기 폴리에피할로히드린을 혼합하여 반응 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 반응 혼합물을 50 ℃ 이상으로 가열하여 반응을 진행하는 단계;
를 포함하는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIa) may include preparing a reaction mixture by mixing the alkali metal hydroxide, the 5-amino tetrazole, and the polyepihalohydrin; And
Heating the reaction mixture to 50° C. or higher to proceed with the reaction;
It includes,
Method for producing a polymer.
제1항에 있어서,
상기 화학식 (IIIa)로 표시되는 고분자를 합성하는 단계 이후에 반응물을 냉각하고, 동시에 0 ℃내지 5 ℃의 냉각수를 사용하여 부산물을 제거하는 후처리 단계;
를 더 포함하는 것인,
고분자의 제조방법.
The method of claim 1,
A post-treatment step of cooling the reaction product after the step of synthesizing the polymer represented by the formula (IIIa), and simultaneously removing by-products using cooling water at 0°C to 5°C;
Which further comprises,
Method for producing a polymer.
하기의 화학식 (IIIa)로 표시되는, 고분자:
화학식 (IIIa)

Figure 112020040363169-pat00021


(여기서, X는 Cl, Br 또는 I에서 선택되고,
b, c 및 d의 합은 15 내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)
A polymer represented by the following formula (IIIa):
Formula (IIIa)

Figure 112020040363169-pat00021


(Wherein, X is selected from Cl, Br or I,
The sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)
하기의 화학식 (IIIb)로 표시되는, 고분자:
화학식 (IIIb)

Figure 112020040363169-pat00022


(여기서, b, c 및 d의 합은 15 내지 25이고 b와 d의 합은 1 내지 18이고, c는 4 내지 23 이다.)
A polymer represented by the following formula (IIIb):
Formula (IIIb)

Figure 112020040363169-pat00022


(Here, the sum of b, c and d is 15 to 25, the sum of b and d is 1 to 18, and c is 4 to 23.)
제10항에 있어서,
상기 고분자는, 제1항의 제조방법으로 제조되는 것인,
고분자.
The method of claim 10,
The polymer is prepared by the method of claim 1,
Polymer.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 고분자는, 추진제의 고분자 연료 또는 바인더로 적용되는 것인,
고분자.
The method of claim 10 or 11,
The polymer is applied as a polymer fuel or a binder of a propellant,
Polymer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143103A (en) * 1998-01-27 2000-11-07 Trw Inc. Gas generating material for vehicle occupant protection device
KR101264166B1 (en) * 2012-10-12 2013-05-14 국방과학연구소 Method for preparing 1,2-bis(5-aminotetrazol-1-yl)ethane

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