KR102621576B1 - A HIGH PERFORMANCE COMPOSITE PYROTECHNIC PRODUCT WITHOUT Pb IN ITS COMPOSITION, AND PREPARATION THEREOF - Google Patents

A HIGH PERFORMANCE COMPOSITE PYROTECHNIC PRODUCT WITHOUT Pb IN ITS COMPOSITION, AND PREPARATION THEREOF Download PDF

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Abstract

본 발명의 주 대상은 조성물에 납을 가지지 않는 효율적인 복합 발화 제품에 관한 것이고, 이는 중간체 페이스트에 대한 가용시간의 문제점을 겪지 않고 공업적 규모로 생산할 수 있다. 상기 제품은 가교결합된 에너지발생 폴리머 및 적어도 하나의 에너지발생 가소제를 포함하는 가소화된 결합제에 유기 에너지발생 충전물 및 연소 촉매를 함유한다. 특정 방식에서, 상기 가교결합된 에너지발생 폴리머는 폴리이소시아네이트 유형의 적어도 하나의 가교결합제와 함께 이의 히드록실 말단 작용기를 통해 가교결합되는 700 g/mol 내지 3000 g/mol의 범위의 수평균 분자량 (Mn)을 갖는 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)로 이루어지고; 상기 연소 촉매는 비스무스 시트레이트로 이루어진다. The main object of the present invention is an efficient composite pyrotechnic product without lead in the composition, which can be produced on an industrial scale without suffering from pot life problems for the intermediate paste. The product contains an organic energy-generating filler and a combustion catalyst in a plasticized binder comprising a crosslinked energy-generating polymer and at least one energy-generating plasticizer. In a particular manner, the crosslinked energy-generating polymer has a number average molecular weight (Mn) in the range of 700 g/mol to 3000 g/mol, which is crosslinked through its hydroxyl terminal functional groups with at least one crosslinker of polyisocyanate type. ) consisting of glycidyl azide polymer (GAP) with; The combustion catalyst consists of bismuth citrate.

Description

조성물에서 Pb를 가지지 않는 고성능 복합 발화 제품 및 이의 제조 방법{A HIGH PERFORMANCE COMPOSITE PYROTECHNIC PRODUCT WITHOUT Pb IN ITS COMPOSITION, AND PREPARATION THEREOF}High performance composite ignition product without Pb in the composition and method for manufacturing the same

본 발명은 로켓 엔진의 추진력을 위한 고체 추진제로서 사용하기 위해 특히 적합한 복합 발화 제품(composite pyrotechnic product)에 관한 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 에너지발생(energetic) 결합제에서의 고함량의 유기 에너지발생 충전물을 함유하는 복합 발화 제품에 관한 것이다. 상기 제품은 이의 조성이 임의의 납을 함유하지 않고, 이들이 특히 연소 속도와 관련하여 고성능을 제공하며, 그리고 (경화전) 이의 전구체 혼합물의 가용시간(potlife) (하기 정의 참조)이 (공업적 규모로 이러한 생성물을 수득하는 것을 매우 용이하게 함으로써) 길어지는 장점이 특히 있다. The present invention relates to a composite pyrotechnic product particularly suitable for use as a solid propellant for propulsion in rocket engines. More precisely, the present invention relates to composite ignition products containing a high content of organic energetic fillers in an energetic binder. Said products do not contain any lead in their composition, they offer high performance, especially with regard to the combustion rate, and the potlife (before curing) of their precursor mixture (see definition below) is (on industrial scale) This has the particular advantage of being longer (by making it very easy to obtain such products).

복합 유형의 고체 추진제는 일반적으로 가소화된 결합제 (고체인 일반적으로 가소화된, 그리고 임의로 에너지발생 폴리머 매트릭스 - 즉, 경화된 폴리머)에서 다양한 첨가제, 특히 가용성 첨가제(feasibility additive) 및 성능 첨가제와 함께 분말 고체 충전물 (산화성 충전물, 및 가능하게는 또한 환원성 충전물)을 포함한다.Solid propellants of the composite type usually consist of a plasticized binder (a solid, usually plasticized, and optionally energy-generating polymer matrix - i.e. a hardened polymer) together with various additives, especially feasibility additives and performance additives. Powdered solid charges (oxidisable charges, and possibly also reducible charges).

결합제는 그 자체가 액체인 적어도 하나의 경화제 (적어도 2개의 작용기를 가짐)에 의해 경화하기에 적합한 화학적 반응성 말단기를 갖는 "경화성"인 액체 폴리머로부터 수득된다. 일반적으로, 상기 하나 이상의 경화제를 제외하고 (및 이러한 하나 이상의 경화제 (일반적으로 수분에 매우 민감성임)가 사용되는 경우 하나 이상의 경화 촉매를 제외하고), 이러한 액체 폴리머 내로, 적절한 순서로, 하나 이상의 가소제 및 추진제의 다른 성분, 및 마지막으로 상기 하나 이상의 경화제 (및 사용되는 경우 하나 이상의 경화 촉매)를 주입한다. 충전물을 갖는 폴리머는 이후 존재하는 에너지발생 물질(최소 충전물)과 상용가능한 온도에서 열처리된다 ("베이킹된다"). 본 가소제(들)과 함께, 경화된 폴리머는 고형체를 형성하기 위해 모든 성분, 및 특히 분말 충전물을 코팅하는 가소화된 결합제를 구성한다. The binder is obtained from a liquid polymer that is “curable” and has chemically reactive end groups suitable for curing by at least one curing agent (having at least two functional groups) that is itself liquid. Generally, other than the one or more curing agents (and, if such one or more curing agents (which are generally very sensitive to moisture) are used, one or more curing catalysts), in an appropriate sequence, one or more plasticizers are added to such liquid polymers. and other components of the propellant, and finally the one or more curing agents (and one or more curing catalysts, if used). The polymer with filler is then heat treated (“baked”) at a temperature compatible with the energy-generating material (minimal filler) present. Together with the present plasticizer(s), the cured polymer constitutes a plasticized binder that coats all the components, and especially the powder charge, to form a solid body.

블록의 형태로 이러한 복합 발화 제품을 제조하기 위해 실시되는 본 방법은 "회분식" 방법으로 지칭되는 비연속식 방법이고, 이는 특정 양의 페이스트를 제조하는 단계, 일정 양 (또는 적어도 이의 일부)을 특정 수의 구조물 (하나 이상의 구조물)에서 캐스팅하는 단계, 및 (폴리머를 경화하기 위해) 이러한 방식으로 수득되는 장입물(들)에 열 처리를 적용하는 단계로 이루어진다. 초기 단계에서, 다양한 성분이 이에 따라 적절한 순서로 주입되고, 이후 이들은 온도 및 압력 (일반적으로 부분 진공)의 매우 특정한 조건 하에 장기간에 걸처 조심스럽게 혼합된다. 이후 단계에 대해, 이에 따라 페이스트의 형태인 혼합물은 하나 이상의 구조물로 캐스팅된다 (상기 구조물은 가능하게는 구조물 내에서 성형하기 위한 장비와 함께 사용된다). 어셈블리는 이후 폴리머를 경화하기 위해 (고화하기 위해) 열처리 (베이킹)된다. 대부분의 환경에서, 구조물은 장입물의 실제 캐스팅을 구성한다. The method practiced for producing these composite fired products in the form of blocks is a discontinuous process, referred to as a “batch” method, which consists of preparing a certain amount of paste, a certain amount (or at least a portion thereof) It consists of casting in a number of structures (one or more structures) and applying heat treatment to the charge(s) obtained in this way (to harden the polymer). At an initial stage, the various components are thus injected in the appropriate sequence, and then they are carefully mixed over a long period of time under very specific conditions of temperature and pressure (usually partial vacuum). For the subsequent steps, the mixture, thus in the form of a paste, is cast into one or more structures (which structures are possibly used with equipment for molding within the structures). The assembly is then heat treated (baked) to harden (solidify) the polymer. In most circumstances, the structure constitutes an actual casting of the charge.

적어도 하나의 경화제 (및 존재하는 경우 하나 이상의 경화 촉매)는 혼합 단계의 종료시 혼합물로 주입된다. 구체적으로, 주입이 시작되는 경우, 페이스트 - 폴리머의 특성, 충전물의 함량 등에 따라 이미 자연적으로 다소간에 점성임-는 경화되기 ("고화되기") 시작한다. 따라서, 캐스팅은 "가용시간"으로 지칭되는 제한된 기간 동안 일어날 수 있고, 이 과정에서 혼합물은 유체가 충분하게 캐스팅되게 한다. 공업적 작업을 위해, (다양한 캐스팅 작업을 위해 충분한 시간을 가지도록) 페이스트의 가용시간이 충분하게 길어지게 하는 것이 필수적인 것이다. At least one curing agent (and one or more curing catalysts, if present) are injected into the mixture at the end of the mixing step. Specifically, when pouring begins, the paste - which is already more or less viscous in nature depending on the nature of the polymer, the content of fillers, etc. - begins to harden (“solidify”). Accordingly, casting can occur for a limited period of time, referred to as “pot life”, during which the mixture allows sufficient fluid to be cast. For industrial work, it is essential to ensure that the pot life of the paste is sufficiently long (to allow sufficient time for the various casting operations).

추진제 페이스트의 가용시간은 상기 페이스트의 점도가 시간에 따라 어떻게 변화되는지를 측정하여 평가된다. 1.5 kPa.s = 15 kPo (15kP)보다 큰 점도로부터, 추진제 페이스트가 더 이상 "캐스팅할 수" 없는 것으로 고려되고, 이러한 점도에 도달하기 위해 15시간 (h)보다 짧은 시간이 본 방법의 임의의 공업화를 방해하는 것으로 고려된다. 페이스트는 15시간의 종료시 1.5 kPa.s = 15 kPo 이하의 점도를 갖고, 이는 상기 페이스트가 공업적 조건 하에 캐스팅될 수 있는 것을 보장하는데 (필수적이면서도 충분한) 조건이다. 물론, 본 기술분야의 당업자는 페이스트의 가용시간은 상기 페이스트가 캐스팅되는 (온도 및 압력의) 정확한 조건에 좌우되는 것으로 이해된다.The pot life of a propellant paste is evaluated by measuring how the viscosity of the paste changes over time. From a viscosity greater than 1.5 kPa.s = 15 kPo (15 kP), the propellant paste is considered no longer “castable” and a time shorter than 15 hours (h) to reach this viscosity is not sufficient for any of the present methods. It is considered to hinder industrialization. The paste has a viscosity of less than 1.5 kPa.s = 15 kPo at the end of 15 hours, which is a (necessary but sufficient) condition to ensure that the paste can be cast under industrial conditions. Of course, those skilled in the art will understand that the pot life of a paste depends on the exact conditions (of temperature and pressure) under which the paste is cast.

고체 추진제의 연소 속도를 증가시키기 위해, 연소 촉매 (이는 또한 탄도 촉매(ballistic catalyst)로서 지칭됨)로서 작용하는 상기 고체 추진제의 조성물에 제제를 부가하는 것은 공지되어 있다. 납의 유기금속 염 및 납의 산화물은 과거에 이러한 목적을 위해 사용되었다. 이의 독성으로 인해, 납은 최근에 비스무스로 대체되고; 이는 비스무스의 염 및 산화물이 고체 추진제에서 연소 촉매로서 사용되는 이유이다.In order to increase the combustion rate of solid propellants, it is known to add agents to their compositions that act as combustion catalysts (which are also referred to as ballistic catalysts). Organometallic salts of lead and oxides of lead have been used for this purpose in the past. Because of its toxicity, lead has recently been replaced by bismuth; This is why salts and oxides of bismuth are used as combustion catalysts in solid propellants.

이에 따라 특허출원 FR 2 727 401은 이중 염기 고체 추진제 (니트로셀룰로오스 및 적어도 하나의 질산 에스테르 예컨대 니트로글리세린) 또는 복합 이중 염기 고체 추진제 (질산 에스테르에 기초한 에너지발생 결합제에서의 충전물)를 위한 연소 촉매로서의 비스무스 염, 예컨대 비스무스 β-레소르실레이트, 비스무스 γ-레소르실레이트, 비스무스 살리실레이트, 비스무스 시트레이트, 비스무스 스테아레이트의 사용, 및 비스무스 산화물의 사용을 기재하고 있다.Accordingly, the patent application FR 2 727 401 discloses bismuth as a combustion catalyst for double base solid propellants (nitrocellulose and at least one nitric acid ester such as nitroglycerin) or complex double base solid propellants (charge in energy-generating binders based on nitric acid esters). The use of salts such as bismuth β-resorsylate, bismuth γ-resorsylate, bismuth salicylate, bismuth citrate, bismuth stearate, and the use of bismuth oxide are described.

그럼에도 불구하고, 이러한 신규한 연소 촉매의 사용은 상기 신규한 연소 촉매가 또한 경화 촉매이고, 이들을 사용하는 것이 가용시간을 단축시키는(상기 참조) 한, 단점을 제공한다.Nevertheless, the use of these new combustion catalysts presents disadvantages insofar as they are also curing catalysts and their use shortens the pot life (see above).

특허 US 6 183 574는, 복합 추진제의 조성물 (폴리이소시아네이트에 의해 경화되는 (니트라민 유형: ORP-2 (하기 참조)의 에너지발생 결합제 또는 비-에너지발생 결합제 (폴리글리콜 아디페이트 (PGA), 카프로락톤)을 가짐)에서, 비수무스 염의 존재, 가장 특히 비스무스 살리실레이트의 존재 및 비스무스 β-레소르실레이트의 존재는 가용시간의 상당한 단축을 야기하고, 이는 비스무스 염 (연소 촉매)이 또한 경화 촉매로서 작용하기 때문이다는 것을 확인한다. 상기 특허는 가용시간의 이러한 단축을 제한하기 위한 "가공 기술(processing trick)"을 제시한다. 이는 종래의 방법에서와 같이 대략 32℃-38℃ (90℉-100℉) 범위에서의 온도 대신 약 16℃ (60℉)로 냉각되는 (업스트림으로 제조된) 추진제 페이스트에 비스무스 염을 주입하는 것을 제시한다. 이와 같은 더 많은 냉각에 대해 본질적인 페이스트의 점도에서의 더 큰 증가는 필수적으로 본 발명의 후속 실시를 복잡하게 하는 것으로 이해될 수 있다. 구체적으로, 이러한 방법의 실시는 결합제 전구체에 대해 적합한 폴리머의 특성와 관련된 저온 제한 선택범위에 페이스트를 두는 것을 포함한다. 상기 폴리머는 이와 같이 낮은 온도에서 캐스팅될 수 있어야 한다.Patent US 6 183 574 discloses compositions of composite propellants (energogenic binders of (nitramine type: ORP-2 (see below)) cured by polyisocyanates or non-energogenic binders (polyglycol adipate (PGA), capro lactone), the presence of bismuth salts, most especially the presence of bismuth salicylate and the presence of bismuth β-resorsylate, causes a significant shortening of the pot life, which means that the bismuth salt (combustion catalyst) also cures. We confirm that this is because it acts as a catalyst. The patent proposes a "processing trick" to limit this shortening of pot life. This is done at approximately 32°C-38°C (90°C) as in the conventional method. It is proposed to inject a bismuth salt into a propellant paste (made upstream) that is cooled to about 16°C (60°F) instead of to a temperature in the range of -100°F. For this further cooling, the intrinsic paste viscosity decreases. It can be understood that a further increase of The polymer must be able to be cast at such low temperatures.

특허 US 6 183 677은 특허 US 6 168 574의 교시를 확인한다. 이는 이의 조성물에 탄도 촉매로서 비스무스 살리실레이트 및/또는 비스무스 시트레이트를 함유하고, 폴리이소시아네이트로 경화되는 에너지발생 결합제를 갖는 복합 추진제를 기술하고 평가한다. 기술되는 에너지발생 결합제는 ORP-2 유형 (폴리(디에틸렌글리콜-4,8-디니트라주안데카노에이트) 및 9DT-NIDA 유형 (디에틸렌글리콜-트리에틸렌글리콜-니트라미노디아세트산 터폴리머)의 (산) 폴리머로부터 수득되는 니트라민 유형의 결합제이다. 이러한 폴리머는 저온, 60℉(

Figure 112017050848580-pct00001
16℃)에서 캐스팅될 수 있다 (특허 US 6 168 677의 표 10 참조).Patent US 6 183 677 confirms the teachings of patent US 6 168 574. It describes and evaluates composite propellants containing in their composition bismuth salicylate and/or bismuth citrate as ballistic catalysts and having an energizing binder that is cured with a polyisocyanate. The energy-generating binders described are of the ORP-2 type (poly(diethylene glycol-4,8-dinitrazuanedecanoate) and the 9DT-NIDA type (diethylene glycol-triethylene glycol-nitraminodiacetic acid terpolymer). (Acid) A binder of the nitramine type obtained from polymers. These polymers can be used at low temperatures, up to 60°F (
Figure 112017050848580-pct00001
16° C. (see Table 10 of patent US 6 168 677).

지금까지, 본 기술분야의 당업자는 이의 조성물에 비독성인 (납 무함유인) 탄도 촉매를 혼입하는 고에너지발생 고성능 추진제를 항상 추구하고 있었고, 이는 충분하게 장기간의 가용시간을 제공하는 페이스트를 사용하여 공업적 규모로 수득될 수 있고, 특히, 처리 온도와 관련하여 유리하고 간단한 조건 하에 작업될 수 있다.Until now, those skilled in the art have always been seeking high-energy-generating, high-performance propellants that incorporate non-toxic (lead-free) ballistic catalysts in their composition, which can be achieved by using pastes that provide a sufficiently long pot life. It can be obtained on an industrial scale and can be operated under favorable and simple conditions, especially with regard to the processing temperature.

이러한 맥락에서, 본 출원인은 특정 에너지발생 결합제 (적어도 하나의 폴리이소시아네이트로 경화되는 특정 에너지발생 폴리머 (GAP)를 포함함)을 갖고, 이의 조성물에 특정 연소 촉매 (비스무스 시트레이트)를 함유하는 신규한 복합 추진제를 제시하고 있다. 납을 함유하지 않은 조성물의 이러한 신규한 복합 추진제는 에너지 면에서 고성능 (특히, 이는 급속 연소 속도를 제공함)을 제공하고, 이의 제조 방법이 특히 유리하다. 본 출원인은, 폴리이소시아네이트(들), 가소제(들) 및 유기 에너지발생 충전물과 함께 통상적으로 사용되는 경우, 경화 이전에 페이스트의 형태이면서도 이의 조성물에 연소 촉매를 함유하지 않거나 또는 이의 조성물에 연소 촉매로서 납 시트레이트를 함유하는 유사한 추진제의 가용시간과 근접한 가용시간을 제공하는 추진제를 야기하는 에너지발생 결합제를 위한 전구체 폴리머 및 연소 촉매를 포함하는 한 쌍을 선택하려는 장점을 갖도록 하고; 이는 35℃-55℃ 범위 (이는 주위 온도보다 더 높은 이 온도는 상기 추진제의 제조 방법 (하기 참조)의 "간단한" 작업을 위해 전체적으로 적합함)의 온도에서 적용된다. In this context, the applicant has proposed a novel novel device having a specific energy-generating binder (comprising a specific energy-generating polymer (GAP) cured with at least one polyisocyanate) and containing in its composition a specific combustion catalyst (bismuth citrate). A composite propellant is proposed. This novel composite propellant of lead-free composition offers high performance in terms of energy (in particular, it provides a rapid combustion rate) and the process for its preparation is particularly advantageous. The Applicant has discovered that, when conventionally used with polyisocyanate(s), plasticizer(s) and organic energy-generating fillers, they are in the form of a paste prior to curing and do not contain a combustion catalyst in their composition or contain a combustion catalyst in their composition. to have the advantage of selecting a pair comprising a combustion catalyst and a precursor polymer for an energy-generating binder resulting in a propellant that provides a pot life close to that of similar propellants containing lead citrate; This applies at temperatures in the range 35°C-55°C (this temperature, above ambient temperature, is entirely suitable for the “simple” operation of the method for producing said propellant (see below)).

제1 양태에서, 본 발명은 이에 따라 이에 조성물에 납을 함유하지 않는 고에너지발생인 신규한 복합 발화 제품을 제공한다. 이는 유기 에너지발생 충전물을 함유하는 경화형 에너지발생 결합제를 갖는 유형의 것이다. 보다 정확하게는, 이는 경화형 에너지발생 폴리머 및 적어도 하나의 에너지발생 가소제를 포함하는 가소화된 결합제에 유기 에너지발생 충전물 및 연소 촉매를 함유한다. 특정 방식은 하기와 같다:In a first aspect, the present invention thus provides a novel, high-energy-generating composite ignition product that does not contain lead in its composition. This is the type with a curable energy-generating binder containing organic energy-generating fillers. More precisely, it contains an organic energy-generating filler and a combustion catalyst in a plasticized binder comprising a curable energy-generating polymer and at least one energy-generating plasticizer. The specific method is as follows:

Figure 112017050348518-pct00002
상기 경화형 에너지발생 폴리머(cured energetic polymer)는 폴리시이소시아네이트 유형의 적어도 하나의 경화제와 함께 이의 하이드록실 말단 작용기를 통해 경화되는, 700 몰당 그램 (g/mol) 내지 3000 g/mol의 범위의 수평균 분자량 (Mn)을 갖는 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)로 이루어지고; 그리고
Figure 112017050348518-pct00002
The cured energetic polymer has a number average molecular weight in the range of 700 grams per mole (g/mol) to 3000 g/mol, which is cured through its hydroxyl terminal functional groups in combination with at least one curing agent of the polyisocyanate type. consists of glycidyl azide polymer (GAP) with (Mn); and

Figure 112017050348518-pct00003
연소 촉매는 비스무스 시트레이트로 이루어진다.
Figure 112017050348518-pct00003
The combustion catalyst consists of bismuth citrate.

본 발명의 복합 발화 제품의 구조는 이에 따라 특성 방식, 특정 결합제 및 특정 연소 촉매와 관련된다. 이러한 연관성은 본 명세서를 참조하면 특히 유리한 것으로 밝혀질 것이며, 이는 선행기술과 상반되는 2개의 조건을 포함한다: 본 제품은 고에너지발생 성능 (급속 연소 속도) (유효량의 연소 촉매의 존재를 요구함)를 제공하여야 하고; 그리고 이의 수득 방법은 (가장 특별하게는 경화되는 페이스트의 수명 ("가용시간"의 문제와 관련하여) 용이하여야 한다.The structure of the composite combustion product of the invention is thus related to the specific mode, the specific binder and the specific combustion catalyst. This connection will be found to be particularly advantageous with reference to the present specification, which contains two conditions contrary to the prior art: the product has high energy generation performance (rapid combustion speed) (requires the presence of an effective amount of combustion catalyst) must be provided; And the method of obtaining it must be easy (most especially with regard to the lifetime of the cured paste (regarding the issue of "pot life")).

따라서, 결합제의 특성 (이의 전구체 폴리머의 특성)은 본 발명의 복합 발화 제품의 조성물에 대한 중요한 성분 중 하나를 구성한다. Therefore, the properties of the binder (as well as the properties of its precursor polymer) constitute one of the important ingredients for the composition of the composite fire product of the present invention.

용어 "하나의" 글리시딜 아지드 폴리머 (= 결합제에 대한 전구체 폴리머)는 본 명세서에 걸쳐 "적어도 하나의" 글리시딜 아지드 폴리머로서 이해되어야 하는 것으로 관찰될 것이다. 구체적으로, 본 발명의 범위는 본 발명의 제품에서 결합제에 대한 전구체 폴리머로서 사용되는 ((700 g/mol 내지 3000 g/mol의 범위에서의) 상이한 분자량 및/또는 상이한 정도의 분지화를 제공하는) 적어도 2개의 글리시딜 아지드 폴리머의 혼합물을 임의의 방식으로 배제하지 않는다.It will be observed that the term “one” glycidyl azide polymer (= precursor polymer for the binder) is to be understood throughout this specification as “at least one” glycidyl azide polymer. Specifically, the scope of the present invention is to provide different molecular weights and/or different degrees of branching (in the range of 700 g/mol to 3000 g/mol) to be used as precursor polymers for the binders in the products of the present invention. ) do not exclude in any way mixtures of at least two glycidyl azide polymers.

따라서, 본 발명의 제품의 결합제에 대한 전구체로서 선택되는 에너지발생 폴리머는 1) 이의 에너지발생 특성; 및 2) 폴리이소시아테이트 유형의 경화제로 경화되는 이의 능력을 부여하는, 하이드록시 말단 작용기 (하이드록시텔레켈릭 GAP)를 제공하는 아지드 폴리머, 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)이다. Accordingly, the energy-generating polymer selected as a precursor for the binder in the product of the present invention is characterized by 1) its energy-generating properties; and 2) glycidyl azide polymer (GAP), an azide polymer that provides hydroxy terminal functionality (hydroxytelechelic GAP), which confers its ability to be cured with polyisocyanate type curing agents.

상기 폴리머는 적절한 분자량 (특히 이의 (액체) 농도(consistency) 및 충전물 (유기 에너지발생 충전물)과의 본질적인 이의 혼합물의 농도와 관련되고 그리고 경화형 결합제의 상대적인 경화제(들) 함량과 관련됨), 700 g/mol 내지 3000 g/mol 범위, 유리하게는 1700 g/mol 내지 2300 g/mol의 범위의 수평균 분자량 (Mn)을 가진다.The polymer has a suitable molecular weight (related in particular to its (liquid) consistency and the concentration of its essential mixture with the filler (organic energizing filler) and to the relative hardener(s) content of the curable binder), 700 g/ It has a number average molecular weight (Mn) in the range from mol to 3000 g/mol, advantageously in the range from 1700 g/mol to 2300 g/mol.

본 발명자들은 연소 촉매로서 비스무스 시트레이트를 사용하기에 완전하게 적합하도록, 이러한 유형의 결합제 (이의 전구체 폴리머)를 확인(선택)하는 장점을 가진다.The present inventors have the advantage of identifying (selecting) a binder of this type (its precursor polymer) so that it is fully suitable for the use of bismuth citrate as a combustion catalyst.

이러한 하이드록시텔레켈릭 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)를 경화하기에 적합한 폴리이소시아네이트 유형의 경화제 (2개 이상의 작용기를 가짐)는 그 자체가 공지되어 있다. 이는 특히 디- 또는 트리-이소시아네이트일 수 있다. 유리하게는, 이들은 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IDPI), 메틸렌 디시클로헥실 디이소시아네이트 (MDCI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 상기 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 삼량체 (특히 상표명 Desmodur® N 3300 하에 공급자 Bayer에 의해 시판됨), 비우렛 트리헥산 이소시아네이트 (BTHI), 3,5,5-트리메틸-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 액체 폴리이소시아네이트이다. 특히 바람직한 방식에서, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 삼량체가 사용된다.Curing agents of the polyisocyanate type (with two or more functional groups) suitable for curing these hydroxytelechelic glycidyl azide polymers (GAP) are known per se. This may in particular be a di- or tri-isocyanate. Advantageously, these are toluene diisocyanate (TDI), isophorone diisocyanate (IDPI), methylene dicyclohexyl diisocyanate (MDCI), hexamethylene diisocyanate (HDI), trimers of said hexamethylene diisocyanates (especially those under the trade name Desmodur ® N 3300), biuret trihexane isocyanate (BTHI), 3,5,5-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, and mixtures thereof. In a particularly preferred manner, hexamethylene diisocyanate trimer is used.

상기 경화제는 폴리머가 (생성된 경화된 제품을 오염시키는 것을 회피하기 위해 과도하지 않게) 경화되는 것을 보장하기에 필수적이며 충분한 양으로 종래와 같이 사용된다. 이들은 (폴리머의) OH에 대한 (경화제로부터의) NCO의 가교비가 0.8 내지 1.4의 범위이고, 유리하게는 1이 되는 양으로 사용된다.The curing agent is used conventionally in an amount essential and sufficient to ensure that the polymer is cured (not excessively to avoid contaminating the resulting cured product). They are used in such an amount that the crosslinking ratio of NCO (from the curing agent) to OH (of the polymer) ranges from 0.8 to 1.4, and is advantageously equal to 1.

경화형 에너지발생 폴리머는 일반적으로 본 발명의 복합 발화 제품의 총 조성물의 10 중량% 내지 14 중량%를 나타낸다. 에너지발생 폴리머 그 자체는 일반적으로 8 중량% 내지 12 중량%를 구성하고, 적어도 하나의 경화제는 약 2 중량%를 나타낸다.The curable energy-generating polymer generally represents 10% to 14% by weight of the total composition of the composite fired product of the present invention. The energy-generating polymer itself generally makes up 8 to 12 weight percent, and the at least one curing agent represents about 2 weight percent.

(이의 전구체 폴리머의) 결합제의 특성이 본래 그 자체의 것은 아니나, 본 발명의 장점은 이러한 결합제 (이에 대한 전구체 폴리머)와 특정 연소 촉매와의 연관성에 있는 것으로 분명하게 이해된다.It is clearly understood that although the properties of the binder (of its precursor polymer) are not inherent per se, the advantage of the invention lies in the association of this binder (of its precursor polymer) with a particular combustion catalyst.

종래의 방식으로, 에너지발생 결합제는 적어도 하나의 에너지발생 가소제와 연관된다. 문제의 에너지발생 가소제(들)은 유리하게는 니트레이트 및/또는 니트라민 유형의 것이다. 문제의 에너지발생 가소제(들)은 디에틸렌 글리콜 디니트레이트 (DEGDN), 트리에틸렌 글리콜 디니트레이트 (TEGDN), 부탄트리올 트리니트레이트 (BTTN), 트리메틸롤에탄 트리니트레이트 (TMETN), 2,4-디니트로-2,4-디아자-펜탄, 2,4-디니트로-2,4-디아자-헥산, 및 3,5-디니트로-3,5-디아자-헵탄의 혼합물 (가장 특별하게는 DNDA 5.7), 니트라토 에틸 니트라민 (및 특히 메틸-2-니트라토에틸 니트라민 (메틸NENA), 및 에틸-2-니트라토에틸 니트라민 (에틸NENA)), 및 이의 혼합물로부터 가장 유리하게 선택된다. In a conventional manner, the energizing binder is associated with at least one energizing plasticizer. The energy-generating plasticizer(s) in question are advantageously of the nitrate and/or nitramine type. The energy-generating plasticizer(s) in question are diethylene glycol dinitrate (DEGDN), triethylene glycol dinitrate (TEGDN), butanetriol trinitrate (BTTN), trimethylolethane trinitrate (TMETN), 2 , a mixture of 4-dinitro-2,4-diaza-pentane, 2,4-dinitro-2,4-diaza-hexane, and 3,5-dinitro-3,5-diaza-heptane ( Most especially DNDA 5.7), nitrato ethyl nitramine (and especially methyl-2-nitratoethyl nitramine (methylNENA), and ethyl-2-nitratoethyl nitramine (ethylNENA)), and mixtures thereof. The most advantageous choice is made.

본 발명의 발화 제품의 가소제(들)은 일반적으로 상기 제품의 총 조성물의 10 중량% 내지 30 중량%, 더 일반적으로 15 중량% 내지 25 중량%를 나타낸다.The plasticizer(s) of the fired products of the invention generally represent 10% to 30%, more typically 15% to 25%, by weight of the total composition of the product.

제공되는 에너지발생 충전물은 유기 충전물이다.The energy generating filler provided is an organic filler.

문제의 유기 에너지발생 충전물은 본래 그 자체의 것은 아니다. 이는 이미 알려진 유기 에너지발생 충전물이고, 대부분에 대해 이는 경화형 에너지발생 폴리머 결합제 (특히 GAP 유형의 것)에서 선행기술에서 이미 적합한 것이다. 유리하게는, 이들은 헥소겐 (RDX), 옥토겐 (HMX), 헥사니트로헥사아자이소우르자이탄 (CL20), 니트로구아니딘 (NGU), 에틸렌 디니트라민 (EDNA), N-구라닐우레아 디니트라미드 (FOX 12 (GUDN)), 1,1-디아미노-2,2-디니트로 에틸렌 (FOX 7 (DADE)), 비스(트리아미노구아니디늄)-5,5'-아조테트라졸레이트 (TAGZT), 디하이드라지늄 5,5'-아조테트라졸레이트 (DHDZT), 5,5'-비스(테트라졸릴)하이드라진 (HBT), 비스(2,2-디니트로프로필) 니트라민 (BDNPN), 및 니트로피라졸 충전물, 또는 이러한 (유기 에너지발생) 충전물의 혼합물을 포함한다.The organic energy-generating charge in question is not original. These are already known organic energy-generating fillers, which for the most part are already suitable from the prior art in curable energy-generating polymer binders (especially those of the GAP type). Advantageously, these are hexogen (RDX), octogen (HMX), hexanitrohexaazysourzytane (CL20), nitroguanidine (NGU), ethylene dinitramine (EDNA), N-guranylurea dinitramide. (FOX 12 (GUDN)), 1,1-diamino-2,2-dinitro ethylene (FOX 7 (DADE)), bis(triaminoguanidinium)-5,5'-azotetrazolate (TAGZT) ), dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate (DHDZT), 5,5'-bis(tetrazolyl)hydrazine (HBT), bis(2,2-dinitropropyl)nitramine (BDNPN), and nitropyrazole fillers, or mixtures of such (organically energizing) fillers.

본 발명의 복합 발화 제품 내에서, 이에 따라 상기 열거된 것으로부터 유리하게 선택되는 한 유형의 에너지발생 충전물, 또는 상기 열거된 것으로부터 유리하게 선택되는 적어도 2개의 유형의 에너지발생 충전물의 혼합물이 발견된다. 바람직한 방식에서, 에너지발생 RDX 충전물이 그 안에 존재한다.In the composite combustion product of the invention, one type of energy-generating filler is thus found, advantageously selected from those listed above, or a mixture of at least two types of energy-generating fillers advantageously selected from those listed above. . In a preferred manner, an energizing RDX charge is present therein.

유기 에너지발생 충전물은 종래에 가소화된 경화형 결합제 내에 균일하게 분산된 고체 과립의 형태이다. 공지된 방식으로, 이러한 고체 과립은 유리하게는 복수개의 과립 크기 분포를 제공한다. Organic energy-generating fillers are conventionally in the form of solid granules uniformly dispersed in a plasticized hardenable binder. In a known manner, these solid granules advantageously provide a plurality of granule size distributions.

본 발명의 발화 제품의 유기 에너지발생 충전물은 일반적으로 상기 제품의 총 조성물의 50 중량% 내지 70 중량%, 더 일반적으로 55 중량% 내지 65 중량%를 구성한다. 상기 제품은 높은 충전물 함량을 가지는 것으로 이해될 수 있다.The organic energy-generating filler of the incendiary product of the present invention generally constitutes 50% to 70%, more typically 55% to 65%, by weight of the total composition of the product. The product can be understood as having a high filler content.

본 발명의 발화 제품의 가소화된 결합제 내의 무기 에너지발생 충전물의 존재는 완전하게 배제되는 것은 아니다. 임의의 경우, 이러한 무기 에너지발생 충전물은, 존재하는 경우, 소량 (4 중량% 미만)으로 존재하여야 한다. 이는 첨가제인 것으로 고려될 수 있다 (하기 참조). 이의 존재는 제품의 탄도 특성과 관련하여 유리할 수 있으나; 그럼에도 불구하고, 이들은 대량의 연소 연기 또는 광을 형성하지 않아야 한다.The presence of inorganic energy-generating fillers in the plasticized binder of the fired product of the invention is not completely excluded. In any case, these inorganic energizing charges, if present, should be present in small amounts (less than 4% by weight). This may be considered an additive (see below). Its presence may be advantageous with regard to the ballistic properties of the product; Nonetheless, they should not form large amounts of combustion smoke or light.

반면, 본 발명의 발화 제품의 가소화된 결합제 내의 금속 충전물의 존재는 일반적으로 배제된다. 구체적으로, 연소시, 이러한 금속 충전물은 미립자를 생성할 수 있다.On the other hand, the presence of metal fillers in the plasticized binder of the fired products of the invention is generally excluded. Specifically, upon combustion, these metal charges can produce particulates.

존재하는 연소 촉매의 특성은 본 발명의 복합 발화 제품의 조성물에서 또 다른 중요한 성분을 구성한다. 상기 연소 촉매는 비스무스 시트레이트로 이루어진다. 이의 감소된 독성으로 인해, 상기 비스무스 시트레이트는 유리하게는 선행 기술의 납의 염 및 산화물을 대체한다. 또한, 놀랍게도, 본 발명의 발화 제품의 특정 가소화된 결합제 내에 비스무스 시트레이트로 구성되는 상기 특정 연소 촉매는 제품의 제조 과정에서의 업스트림 문제를 일으키지 않고 연소에 대해 (가장 특별하게는 연소 속도에 대해) 긍정적인 효과를 가진다 (제조 방법은 폴리머가 경화될 때까지의 "일정 온도"에서, 그리고 어떤 경우에는 미국특허 US 6 168 574 및 6 168 677에 기재된 유형의) 임의의 상당한 냉각을 포함하지 않고, 일반적으로 가용시간을 관리하는 임의의 문제점 없이 "용이하게" 실시된다). 본 주제에 대해, 독자는 하기 표 2의 결과를 고려하면 될 것이다.The nature of the combustion catalyst present constitutes another important component in the composition of the composite combustion product of the present invention. The combustion catalyst consists of bismuth citrate. Due to its reduced toxicity, said bismuth citrate advantageously replaces the salts and oxides of lead of the prior art. Additionally, surprisingly, the specific combustion catalyst comprised of bismuth citrate in the specific plasticized binder of the incendiary product of the present invention has a significant effect on combustion (most particularly on combustion rate) without causing upstream problems in the manufacturing process of the product. ) has a positive effect (the manufacturing method is at "constant temperature" until the polymer hardens, and in some cases does not involve any significant cooling (of the type described in US patents US 6 168 574 and 6 168 677) , it is generally implemented “easily” without any problems managing available time). For this topic, the reader may consider the results in Table 2 below.

비스무스 시트레이트 (연소 촉매)는 일반적으로 1 중량% 내지 6 중량%의 범위의 함량, 매우 일반적으로 3 중량% 내지 5 중량% 범위의 함량으로 본 발명의 발화 제품의 조성물에 존재한다.Bismuth citrate (combustion catalyst) is generally present in the composition of the combustion product of the invention in an amount ranging from 1% to 6% by weight, very typically in an amount ranging from 3% to 5% by weight.

이들 결합제 (경화된 전구체 폴리머)에서, 본 발명의 복합 발화 제품은 가소제(들), 유기 에너지발생 충전물, 및 (특정) 연소 촉매뿐만 아니라 적어도 하나의 첨가제를 또한 함유할 수 있거나, 일반적으로 함유한다. 적어도 하나의 "다른" 첨가제를 언급하는 것이 보다 정확하고, 이는 연소 촉매는 일반적으로 첨가제를 구성하기 때문이다. 연소 촉매는, 이들이 본원에 고려되는 기술적 문제점을 뒤로하고, 선택되는 (특정) 연소 촉매가 본 발명의 제품의 중요 성분을 구성하는 한, 본원에서 다른 첨가제와 분리된다.In these binders (cured precursor polymers), the composite fire products of the invention may also contain, or usually do contain, at least one additive as well as plasticizer(s), organic energy-generating fillers, and (certain) combustion catalysts. . It is more accurate to refer to at least one “other” additive, since combustion catalysts generally constitute an additive. Combustion catalysts are herein separated from other additives insofar as they constitute an important component of the product of the invention, leaving aside the technical problems considered herein and the (particular) combustion catalyst selected.

유리하게 존재하는 첨가제 중에서, 하기 종래의 첨가제가 바람직할 수 있다: 경화 촉매 및 존재하는 에너지발생 가소제(들)에 대한 안정화제. 따라서, 유리한 변형예에서, 본 발명의 복합 발화 제품은 이에 따라 이의 조성물에 경화형 폴리머 (GAP), 가소제(들), 유기 에너지발생 충전물, 및 연소 촉매 (비스무스 시트레이트) 이외 적어도 하나의 첨가제를 포함하고; 상기 적어도 하나의 첨가제는 적어도 하나의 경화 촉매 및/또는 존재하는 가소제(들)에 대한 적어도 하나의 안정화제를 포함한다. 상기 적어도 하나의 중합 촉매는 특히 트리페닐비스무스 및 디부틸 주석 라우레이트 (DBTL)로부터 선택될 수 있다. 존재하는 경우, 이는 일반적으로 100 백만분율 (ppm)을 초과하지 않는 함량으로 존재한다. 존재하는 가소제(들)을 안정화시키기 위한 상기 적어도 하나의 안정화제는 특히 적어도 하나의 방향족 아민, 예컨대 2-니트로디페닐아민 (2-NDPA), 및 N-메틸 파라 니트로아닐린 (MNA)으로 이루어진다. 존재하는 경우, 이는 일반적으로 약 1 중량%의 함량으로 존재한다.Among the additives advantageously present, the following conventional additives may be preferred: curing catalysts and stabilizers for the energy-generating plasticizer(s) present. Accordingly, in an advantageous variant, the composite combustion product of the invention thus comprises in its composition at least one additive other than a curable polymer (GAP), a plasticizer(s), an organic energy-generating filler, and a combustion catalyst (bismuth citrate). do; The at least one additive includes at least one curing catalyst and/or at least one stabilizer to the plasticizer(s) present. Said at least one polymerization catalyst may in particular be selected from triphenylbismuth and dibutyl tin laurate (DBTL). When present, it is generally present in amounts not exceeding 100 parts per million (ppm). Said at least one stabilizer for stabilizing the plasticizer(s) present consists in particular of at least one aromatic amine, such as 2-nitrodiphenylamine (2-NDPA), and N-methyl para nitroaniline (MNA). When present, it is generally present in an amount of about 1% by weight.

본 발명의 복합 발화 제품의 조성물에 존재할 수 있는 다른 첨가제는 특히 무기 에너지발생 충전물 (상기 참조), 하나 이상의 작용제 (가공 보조제(들))로 이루어질 수 있다. 상기 제제(들)은 일반적으로 1 중량% 내지 2 중량% 범위의 함량으로 존재한다.Other additives that may be present in the composition of the composite fire product of the invention may consist, inter alia, of inorganic energy-generating fillers (see above), one or more agents (processing aid(s)). The agent(s) are generally present in amounts ranging from 1% to 2% by weight.

임의로 존재하는 첨가제 (상기 설명의 관점에서, 다수의 유형의 첨가제가 일반적으로 존재하는 것으로 이해될 수 있음)는 일반적으로 본 발명의 복합 발화 제품의 조성물의 4 중량% 이하를 나타낸다. 가장 일반적으로, 이는 본 발명의 복합 발화 제품의 조성물의 0.1 중량% 내지 4 중량%를 나타낸다.The additives optionally present (in view of the above description, it may be understood that multiple types of additives are generally present) generally represent no more than 4% by weight of the composition of the composite fire-fighting product of the invention. Most commonly, it represents 0.1% to 4% by weight of the composition of the composite fire-starting product of the present invention.

상기 설명의 관점에서, 본 발명의 복합 발화 제품은 신규한 유형의 것은 아니나, 이들 조성물에서 특정 결합제 (적어도 폴리이소시아네이트에 의해 경화되는 GAP)와 특정 연소 촉매 (비스무스 시트레이트)를 연관시킴으로써 신규한 것으로 이해될 수 있다. In view of the above description, the composite combustion products of the present invention are not of a new type, but are considered novel by associating in their composition a specific binder (at least GAP cured by polyisocyanate) and a specific combustion catalyst (bismuth citrate). It can be understood.

유리한 변형예의 맥락에서, 중량 백분율로 표현되는 본 발명의 복합 발화 제품의 조성은 하기를 포함한다:In the context of an advantageous variant, the composition of the composite fire product of the invention, expressed in weight percentages, comprises:

Figure 112017050348518-pct00004
50% 내지 70%, 유리하게는 55% 내지 65%의 유기 에너지발생 충전물; 및
Figure 112017050348518-pct00004
50% to 70%, advantageously 55% to 65% of organic energy-generating charge; and

Figure 112017050348518-pct00005
10% 내지 14%의 에너지발생 폴리머 (적어도 하나의 폴리이소시아네이트에 의해 이의 하이드록시 말단 작용기를 통해 경화되는 하이드록시텔레켈릭 GAP 유형의 것);
Figure 112017050348518-pct00005
10% to 14% of an energy-generating polymer (of the hydroxytelechelic GAP type, which is cured through its hydroxy terminal functional groups by at least one polyisocyanate);

Figure 112017050348518-pct00006
10% 내지 30%, 유리하게는 15% 내지 25%의 적어도 하나의 에너지발생 가소제;
Figure 112017050348518-pct00006
10% to 30%, advantageously 15% to 25% of at least one energy-generating plasticizer;

Figure 112017050348518-pct00007
1% 내지 6%, 유리하게는 3% 내지 5%의 비스무스 시트레이트; 및
Figure 112017050348518-pct00007
1% to 6%, advantageously 3% to 5% of bismuth citrate; and

Figure 112017050348518-pct00008
0 내지 4%, 유리하게는 0.1% 내지 4%의 적어도 하나의 첨가제.
Figure 112017050348518-pct00008
0 to 4%, advantageously 0.1% to 4% of at least one additive.

상기 언급된 유리한 범위는 서로 독립적인 것으로 완전하게 고려될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 바람직하게는, 이는 서로 조합되는 것으로 고려된다.It can be understood that the above-mentioned advantageous ranges can be considered completely independent of each other. Preferably, these are considered to be combined with each other.

유리한 변형예의 맥락에서, 조성물은 일반적으로 임의의 다른 성분 (특히, 임의의 금속 충전물)을 함유하지 않고, 이에 따라 이는 상기 특정한 양으로 존재하는 상기 열거된 성분으로 이루어진다.In the context of an advantageous variant, the composition generally does not contain any other components (in particular any metal fillers), and thus it consists of the above-listed components present in the above-specified amounts.

본 발명의 제품의 큰 장점은 상기 설명으로부터 명확하게 알 수 있다. 상기 성분을 함유하는 (전구체) 페이스트의 가용시간은 비스무스 시트레이트를 포함하지 않는 유사한 추진제에 대한 페이스트의 것과 근접하는 한, 본 제품은 (탄도 성능과 관련하여, 그리고 이의 기계적 특성 및 추진 연소 (분사) 과정에서 생성되는 플룸의 작은 특징(signature)으로 인해) 그 자체로 유리하다. 보다 일반적으로, 본 발명의 제품의 제조를 실시함에 곤란성이 없고, 이러한 실시는 온도 관리 측면에서 "최적화된" 것으로 밝혀내었다.The great advantages of the product of the present invention can be clearly seen from the above description. As long as the pot life of the (precursor) paste containing the above ingredients is close to that of the paste for a similar propellant not containing bismuth citrate, the product (with respect to its ballistic performance, and its mechanical properties and propellant combustion (injection ) is advantageous in itself due to the small signature of the plume generated during the process. More generally, it has been found that the production of the product of the invention is not difficult to carry out and that this practice is “optimized” in terms of temperature management.

제2 양태에서, 본 발명은 상기 기재된 복합 발화 제품의 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 하기를 포함한다:In a second aspect, the present invention provides a method for producing the above-described composite fired product. The method includes:

Figure 112017050348518-pct00009
하기 단계 a) 및 b)에 의해 균질한 페이스트를 제조하는 단계;
Figure 112017050348518-pct00009
Preparing a homogeneous paste by the following steps a) and b);

a) 35℃ 내지 55℃ 범위의 온도에서 적합한 글리시딜 아지드 폴리머 (상기 특정된 수평균 분자량을 나타내는 하이드록시텔레켈릭 GAP)에, 적어도 하나의 에너지발생 가소제, 유기 에너지발생 충전물, 및 임의의 경화제와 임의의 경화 촉매를 제외하고, 원하는 복합 발화 제품을 구성하는 다른 성분(특정 연소 촉매: 비스무스 시트레이트 포함)을 혼입하는 단계; 및a) a suitable glycidyl azide polymer (hydroxytelechelic GAP exhibiting the number average molecular weight specified above) at a temperature in the range from 35° C. to 55° C., at least one energy-generating plasticizer, an organic energy-generating filler, and optionally Excluding the curing agent and any curing catalyst, incorporating other ingredients (including the specific combustion catalyst: bismuth citrate) that make up the desired composite ignition product; and

b) 생성된 혼합물을 35℃ 내지 55℃의 범위의 온도에서 (유리하게는 상기 온도에서) 부분 진공 하에 교반하는 단계;b) stirring the resulting mixture under partial vacuum at a temperature in the range of 35° C. to 55° C. (advantageously at said temperature);

Figure 112017050348518-pct00010
35℃ 내지 55℃의 범위의 온도에서 (유리하게는 상기 온도에서) 부분 진공 하에, 상기 생성된 균질한 페이스트에 상기 적어도 하나의 경화제 및 임의로 적어도 하나의 경화 촉매를 혼입하고, 이후 생성된 혼합물을 교반하는 단계;
Figure 112017050348518-pct00010
Incorporating said at least one curing agent and optionally at least one curing catalyst into said resulting homogeneous paste under partial vacuum (advantageously at said temperature) at a temperature in the range of 35° C. to 55° C. and then mixing the resulting mixture with said at least one curing agent. stirring;

Figure 112017050348518-pct00011
생성된 교반 혼합물 (= 수득된 혼합물)을 적어도 하나의 구조물에서 캐스팅하는 단계; 및
Figure 112017050348518-pct00011
Casting the resulting stirred mixture (=obtained mixture) in at least one structure; and

Figure 112017050348518-pct00012
상기 적어도 하나의 구조물에서 캐스팅된 것으로서 상기 생성된 교반 혼합물 (교반된 것)을 열 처리하는 단계.
Figure 112017050348518-pct00012
Heat treating the resulting stirred mixture (stirred) as cast in the at least one structure.

특정된 부분 진공은 적용되는 상기 매질을 탈기시키기 위한 것이다. 진공은 일반적으로 10 밀리리터의 수은 (mmHg)이다. 이의 값은 필수적으로 일정할 필요는 없는 것으로 관찰될 것이다.The partial vacuum specified is intended to degas the medium to which it is applied. A vacuum is typically 10 milliliters of mercury (mmHg). It will be observed that its value is not necessarily constant.

(하이드록시텔레켈릭 GAP를 경화하기 위한) 열처리는 일반적으로 수일 동안 30℃ 내지 60℃ (30℃ ≤ T ≤ 60℃)의 범위의 온도에서 수행된다.The heat treatment (to cure the hydroxytelechelic GAP) is generally carried out at temperatures ranging from 30° C. to 60° C. (30° C. ≤ T ≤ 60° C.) for several days.

본 방법은 추론에 의한 방법으로 고려될 수 있으나, 특정 방식에서, 결합제 (이에 대한 전구체 폴리머)의 특정한 특성으로 인해 그리고 연소 촉매의 특정한 특성으로 인해, 이의 초기 단계는 냉각 없이, 그리고 상기 폴리머의 임의의 가용시간 문제 없이 35℃ 내지 55℃ (35℃ ≤ T(s) ≤ 55℃) 범위의 온도 (유리하게는 하나의 온도)에서 수행된다. The present method can be considered a heuristic method, but in a certain way, due to the specific properties of the binder (the precursor polymer for it) and due to the specific properties of the combustion catalyst, its initial stages are carried out without cooling and without any of the polymers. It is carried out at a temperature in the range of 35°C to 55°C (35°C ≤ T(s) ≤ 55°C) (advantageously at one temperature) without the pot life problem.

본 발명은 하기 실시예에 의해 하기에 예시된다. 보다 정확하게는, 선행 기술을 예시하는 실시예 A, B1, 및 B2, 본 발명을 예시하는 실시예 1 및 2, 비교 실시예 C1 및 C2가 하기에 존재한다.The invention is illustrated below by the following examples. More precisely, examples A, B1, and B2 illustrating the prior art, examples 1 and 2 illustrating the invention, and comparative examples C1 and C2 are presented below.

실시예 1 및 2는 본 발명의 추진제에 관한 것으로, 이의 조성물에 헥소겐 (RDX) 충전물, (상표명 Desmodur® N 3300 하에 공급처 Bayer에 의해 시판되는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 삼량체에 의해) 경화되고, (2개의 에너지발생 가소제 (BTTN/TMETN; 30/70 (중량), 상기 가소제에 대한 안정화제 (MNA/2-NDPA; 75/25 (중량%)의 혼합물에 의해) 가소화되는 (공급처 Eurenco (Mn (수평균 분자량) = 1900 (g/mol))에 의해 시판되는) 하이드록시텔레켈릭 PAG 유형의 에너지발생 폴리머에 기초한 결합제, 및 탄소 촉매로서 비스무스 시트레이트 (실시예 1에서 1 중량%의 함량 및 실시예 2에서 4 중량%의 함량)을 포함한다.Examples 1 and 2 relate to the propellant of the present invention, the composition of which contains a hexogen (RDX) filler, cured (by hexamethylene diisocyanate trimer, sold by the supplier Bayer under the trade name Desmodur® N 3300), ( Plasticized (supplied by Eurenco (Mn) by a mixture of two energy-generating plasticizers (BTTN/TMETN; 30/70 (% by weight)) and a stabilizer for the plasticizers (MNA/2-NDPA; 75/25 (% by weight) (number average molecular weight) = 1900 (g/mol)), a binder based on energy-generating polymers of the hydroxytelechelic PAG type, and bismuth citrate as a carbon catalyst (content of 1% by weight in Example 1 and A content of 4% by weight in Example 2).

실시예 1 및 2의 상기 추진제를 참조예 추진제와 비교하였고, 이 중 하나 (참조예 1)는 이의 조성물에 탄도 촉매를 가지지 않고 (실시예 A), 이 중 나머지 하나 (참조예 2)는 이의 조성물에 탄도 촉매로서 1 중량% (실시예 B1) 및 3.5 중량% (실시예 B2)의 함량으로 납 시트레이트를 가졌다.The propellants of Examples 1 and 2 were compared with reference propellants, one of which (Reference Example 1) did not have a ballistic catalyst in its composition (Example A) and the other (Reference Example 2) had its The composition had lead citrate as ballistic catalyst in an amount of 1% by weight (Example B1) and 3.5% by weight (Example B2).

2개의 비교 실시예는 또한 본 발명의 실시예 2의 추진제와 유사한 추진제로 기재되어 있으나, 이는 탄도 촉매로서 비스무스 시트레이트를 대체하여 비스무스 서브살리실레이트 (C1) 및 비스무스 카보네이트 (C2)를 포함한다.Two comparative examples also describe propellants similar to those of inventive example 2, but comprising bismuth subsalicylate (C1) and bismuth carbonate (C2) replacing bismuth citrate as the ballistic catalyst. .

이러한 추진제의 조성물 (보다 정확하게는 경화 이전의 이의 페이스트의 조성물)은 하기 표 1에 기재되어 있다.The composition of this propellant (more precisely the composition of its paste before curing) is given in Table 1 below.

동일한 성분이 본래 모든 실시예에 대해 사용되었다. RDX 충전물을 고려하여, 이는 0 - 100 마이크로미터 (μm)의 과립 크기 등급을 갖는 68 중량%의 RDX 및 2.5 μm - 5 μm의 과립 크기 등급을 갖는 32 중량%의 RDX로 구성되었다.The same ingredients were originally used for all examples. Considering the RDX charge, it consisted of 68% by weight RDX with a granule size rating of 0 - 100 micrometers (μm) and 32% by weight RDX with a granule size rating of 2.5 μm - 5 μm.

[표 1][Table 1]

이와 같이 상기 표 1에 주어진 중량 기준으로 조성물을 나타내는 복합 발화 제품 (추진제)를 제조하였다. 이러한 목적을 위해, 하기 기재된 방법을 실시하였다 (제목 "제조법"의 하기 문단 참조).In this way, a composite ignition product (propellant) was prepared, the composition of which was given by weight in Table 1 above. For this purpose, the method described below was implemented (see the following paragraph under the heading “Preparation”).

제조되는 추진제 페이스트 (중간체)의 가용 시간을 주목하였다. 상기 가용시간은 하기 기재된 점도 측정을 수행하여 결정하였다 (하기 제목 "가용시간 결정" 문단 참조). 결과는 하기 표 2의 제1 부분에 나타나 있다.The pot life of the propellant paste (intermediate) produced was noted. The pot life was determined by performing the viscosity measurements described below (see the section entitled “Determination of pot life” below). The results are shown in the first part of Table 2 below.

제2 부분에서, 상기 표 2는 또한 최종 수득된 추진제에 대한 상이한 압력에서 측정된 연소 속도 결과를 포함한다.In the second part, Table 2 above also includes combustion rate results measured at different pressures for the final obtained propellant.

제조법Recipe

하기의 것을 혼합기에 주입하였다: 결합제 전구체 폴리머로서 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP); 이후 가소제 (BTTN/TMETN) 및 상기 가소제에 대한 안정화제 (MMA/2-NDPA). 혼합물을 40℃의 온도에서 15분 (min) 동안 혼합하였다.The following were charged to the mixer: glycidyl azide polymer (GAP) as binder precursor polymer; Then a plasticizer (BTTN/TMETN) and a stabilizer for the plasticizer (MMA/2-NDPA). The mixture was mixed for 15 minutes (min) at a temperature of 40°C.

이후, 하기의 것을 교반 하에 상기 혼합물에 부가하였다: 유기 에너지발생 충전물 (RDX) 조금씩; 이후 첨가제 (경화제 및 촉매 (Desmodur® N 3330 및 DBTL) 이외); 및 연소 촉매. 이후 교반을 40℃의 온도에서 (매질을 탈기시킬 수 있는) 10 mmHg의 진공 하에 2시간 30분 동안 지속하여 균질한 페이스트를 수득하였다.The following were then added to the above mixture under stirring: organic energy-generating filler (RDX) portionwise; subsequent additives (other than hardeners and catalysts (Desmodur® N'3330 and DBTL)); and combustion catalyst. Stirring was then continued for 2 hours and 30 minutes at a temperature of 40°C and a vacuum of 10 mmHg (capable of degassing the medium) to obtain a homogeneous paste.

경화 촉매 (DBTL (55 ppm))를 이후 상기 균질한 페이스트에 부가하였고, 매질에 대한 교반을 결합제에 대한 경화제에 부가하기 이전에 30분 동안 지속하였다. 상기 경화제 (Desmodur® N 3300)를 최종적으로 부가하였고, 매질에 대한 교반 (40℃에서 진공 하에)을 15분 동안 지속하였다.Curing catalyst (DBTL (55 ppm)) was then added to the homogeneous paste and agitation of the medium was continued for 30 minutes before adding the curing agent to the binder. The curing agent (Desmodur® N3300) was finally added and stirring of the medium (under vacuum at 40° C.) was continued for 15 minutes.

추진제 페이스트를 이후 2 킬로그램 (kg) 배치로 제조하였다.The propellant paste was then prepared in 2 kilogram (kg) batches.

샘플을 그 방식으로 제조된 바와 같은 추진제 페이스트 각각에 대해 취하여 가용시간을 결정하였다. Samples were taken of each propellant paste as prepared in that manner to determine pot life.

나머지의 각각의 제조된 추진제 페이스트를 이후 적절한 구조물에서 캐스팅하고, 하기와 같이 열처리하였다: 50℃의 온도에서의 75시간 동안의 베이킹.The remaining respective prepared propellant pastes were then cast in appropriate structures and heat treated as follows: baking at a temperature of 50° C. for 75 hours.

페이스트의of paste 가용시간의 결정 Determination of available time

가용시간을, 브룩필드 점도계 (1 분당 회전수(rpm)로 회전하는 No.3 body (이동상 C)을 사용함)를 사용하여 40℃의 온도에서 문제의 추진제 페이스트 (경화제 및 경화 촉매 함유)의 점도를 시간에 따라 측정함으로써 결정하였다. 15 kPo에 도달되는 점도에 대한 시간을 측정하여 공업화 기준에 적합한 추진제인지 여부, 즉, 측정 시간이 15시간 보다 많은지 여부에 대해 결정하였다.The pot life is determined by measuring the viscosity of the propellant paste in question (containing hardener and curing catalyst) at a temperature of 40°C using a Brookfield viscometer (using No.3 body (mobile phase C) rotating at 1 revolution per minute (rpm)). was determined by measuring over time. The time for the viscosity to reach 15 kPo was measured to determine whether it was a propellant suitable for industrialization standards, that is, whether the measurement time was longer than 15 hours.

[표 2][Table 2]

Figure 112017050348518-pct00014
Figure 112017050348518-pct00014

표 2의 결과의 주제에 대해 하기와 같이 설명한다.The themes of the results in Table 2 are explained as follows.

가용시간Available time

예상되는 바와 같이, 탄도 촉매가 없거나 (실시예 A) 또는 탄도 촉매로서 납 시트레이트를 함유하는 (실시예 B1 및 B2) 참조예 추진제의 페이스트는 24시간 이후에 15 kPo의 점도값에 도달하였고, 이에 따라 공업적 캐스팅가능성의 기준을 충족시켰다.As expected, the pastes of the reference propellants without ballistic catalyst (Example A) or containing lead citrate as ballistic catalyst (Examples B1 and B2) reached a viscosity value of 15 kPo after 24 hours; Accordingly, the criteria for industrial castability were met.

1 중량%의 함량으로 비스무스 시트레이트를 혼입하는 (본 발명의) 실시예 1의 추진제 페이스트는 참조예 A (탄도 촉매 없음) 및 B1 (1 중량%의 Pb 시트레이트 함유)의 추진제의 것과 동등한 캐스팅가능 특성을 나타내었다.The propellant paste of Example 1 (inventive) incorporating bismuth citrate at an amount of 1% by weight is a casting equivalent to that of the propellants of Reference Examples A (without ballistic catalyst) and B1 (with Pb citrate at 1% by weight). Possible characteristics are shown.

(본 발명의) 실시예 2는 (4 중량%의) 비스무스 시트레이트의 높은 함량에서도, 추진제 페이스트는 적어도 16시간 동안 15 kPo 이하의 점도가 보존되었고, 이는 (페이스트를 공업적으로 캐스팅하는 작업을 수행하기 위해 요구되는) 15 시간의 최소 시간보다 긴 것이다. Example 2 (of the invention) shows that even at a high content of bismuth citrate (4% by weight), the propellant paste retained a viscosity of less than 15 kPo for at least 16 hours, which makes it suitable for industrial casting of the paste. is longer than the minimum time of 15 hours (required to perform).

비교 실시예 C1 및 C2의 추진제 페이스트의 점도는 1시간 미만(이는 요구되는 15h 보다 훨씬 짧다)내에서 최대 허용가능한 점도값 (15 kPo)을 초과하였다. 이는 본 발명에 따라 PAG 및 비스무스 시트레이트를 포함하는 한 쌍을 선택하는 것이 특히 적합하다는 것을 나타낸다.The viscosity of the propellant pastes of Comparative Examples C1 and C2 exceeded the maximum allowable viscosity value (15 kPo) in less than 1 hour (which is much shorter than the required 15 h). This shows that it is particularly suitable to select a pair comprising PAG and bismuth citrate according to the invention.

연소 속도combustion speed

또한, 표 2는 탄도 촉매 (연소 촉매), 즉, 비스무스 시트레이트는 참조예 추진제 A (이의 조성물에 탄소 촉매를 가지지 않음)의 것보다 더 크고, 연소 촉매로서 납 시트레이트 (독성 제품)을 포함하는 조성물의 추진제 B1 및 B2의 것과 근접한 압력의 함수로서 본 발명의 추진제에 연소 속도를 부여하는 것을 나타낸다.Additionally, Table 2 shows that the ballistic catalyst (combustion catalyst), i.e. bismuth citrate, is larger than that of reference propellant A (which does not have a carbon catalyst in its composition) and contains lead citrate (a toxic product) as combustion catalyst. It is shown that the composition imparts a combustion rate to the propellant of the present invention as a function of pressure that is close to that of propellants B1 and B2.

Claims (11)

경화형 에너지발생 폴리머(cured energetic polymer) 및 적어도 하나의 에너지발생 가소제를 포함하는 가소화된 결합제에 유기 에너지발생 충전물(organic energetic charge) 및 연소 촉매를 함유하는 복합 발화 제품(composite pyrotechnic product)으로서,
Figure 112017050348518-pct00015
상기 경화형 에너지발생 폴리머는 폴리이소시아네이트 유형의 적어도 하나의 경화제와 함께 이의 하이드록실 말단 작용기를 통해 경화되는, 700 g/mol 내지 3000 g/mol의 범위의 수평균 분자량 (Mn)을 갖는 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)로 이루어지고; 그리고
Figure 112017050348518-pct00016
상기 연소 촉매는 비스무스 시트레이트로 이루어지는
것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.
A composite pyrotechnic product containing an organic energetic charge and a combustion catalyst in a plasticized binder comprising a cured energetic polymer and at least one energy-generating plasticizer,
Figure 112017050348518-pct00015
The curable energy-generating polymer is a glycidyl acetate having a number average molecular weight (Mn) in the range of 700 g/mol to 3000 g/mol, which is cured through its hydroxyl terminal functional groups with at least one curing agent of the polyisocyanate type. Made of azide polymer (GAP); and
Figure 112017050348518-pct00016
The combustion catalyst is made of bismuth citrate.
A composite ignition product, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 글리시딜 아지드 폴리머 (GAP)는 1700 g/mol 내지 2300 g/mol의 범위의 수평균 분자량 (Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.The composite fire product according to claim 1, wherein the glycidyl azide polymer (GAP) has a number average molecular weight (Mn) in the range of 1700 g/mol to 2300 g/mol. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에너지발생 가소제는 니트레이트 및/또는 니트라민 유형인 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.The product according to claim 1, wherein the at least one energy-generating plasticizer is of the nitrate and/or nitramine type. 제1항에 있어서, 상기 유기 에너지발생 충전물은 헥소겐, 옥토겐, 헥사니트로헥사아자이소우르자이탄, 니트로구아니딘, 에틸렌 디니트라민, N-구아닐우레아 디니트라미드, 1,1-디아미노-2,2-디니트로 에틸렌, 비스(트라아미노구아니디늄)-5,5'-아조테트라졸레이트, 디하이드라지늄 5,5'-아조테트라졸레이트, 5,5'-비스(테트라졸릴)하이드라진, 비스(2,2-디니트로프로필) 니트라민, 및 니트로피라졸 충전물, 및 이러한 충전물의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.The method of claim 1, wherein the organic energy generating filler is hexogen, octogen, hexanitrohexaazysourzytane, nitroguanidine, ethylene dinitramine, N-guanylurea dinitramide, 1,1-diamino- 2,2-dinitro ethylene, bis(traaminoguanidinium)-5,5'-azotetrazolate, dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate, 5,5'-bis(tetrazolyl ) hydrazine, bis(2,2-dinitropropyl) nitramine, and nitropyrazole fillers, and mixtures of these fillers. 제1항에 있어서, 1 중량% 내지 6 중량%의 상기 비스무스 시트레이트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.2. A composite fire-fighting product according to claim 1, characterized in that it contains from 1% to 6% by weight of said bismuth citrate. 제5항에 있어서, 3 중량% 내지 5 중량%의 상기 비스무스 시트레이트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.6. A composite fire-starting product according to claim 5, characterized in that it contains from 3 to 5% by weight of said bismuth citrate. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 첨가제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.The composite fire-starting product according to claim 1, characterized in that it further contains at least one additive. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는 적어도 하나의 경화 촉매 및/또는, 상기 적어도 하나의 에너지발생 가소제에 대한 적어도 하나의 안정화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 발화 제품.8. A composite fire product according to claim 7, wherein the at least one additive comprises at least one curing catalyst and/or at least one stabilizer for the at least one energy-generating plasticizer. 제1항에 있어서, 이의 조성물은 중량 백분율로 표현되는 하기의 것을 함유하는 복합 발화 제품:
Figure 112023059643792-pct00017
50% 내지 70%의 상기 유기 에너지발생 충전물;
Figure 112023059643792-pct00018
10% 내지 14%의 상기 경화형 에너지발생 폴리머;
Figure 112023059643792-pct00019
10% 내지 30%의 상기 적어도 하나의 에너지발생 가소제;
Figure 112023059643792-pct00020
1% 내지 6%의 상기 비스무스 시트레이트; 및
Figure 112023059643792-pct00021
0 내지 4%의 적어도 하나의 첨가제.
The composite fire product according to claim 1, wherein the composition contains, expressed in weight percentages:
Figure 112023059643792-pct00017
50% to 70% of the organic energy generating filler;
Figure 112023059643792-pct00018
10% to 14% of the curable energy-generating polymer;
Figure 112023059643792-pct00019
10% to 30% of said at least one energy-generating plasticizer;
Figure 112023059643792-pct00020
1% to 6% of the bismuth citrate; and
Figure 112023059643792-pct00021
0 to 4% of at least one additive.
제1항에 있어서, 이의 조성물은 중량 백분율로 표현되는 하기의 것을 함유하는 복합 발화 제품:
55% 내지 65%의 상기 유기 에너지발생 충전물;
10% 내지 14%의 상기 경화형 에너지발생 폴리머;
15% 내지 25%의 상기 적어도 하나의 에너지발생 가소제;
3% 내지 5%의 상기 비스무스 시트레이트; 및
0.1% 내지 4%의 적어도 하나의 첨가제.
The composite fire product according to claim 1, wherein the composition contains, expressed in weight percentages:
55% to 65% of the organic energy-generating filler;
10% to 14% of the curable energy-generating polymer;
15% to 25% of said at least one energy-generating plasticizer;
3% to 5% of the bismuth citrate; and
0.1% to 4% of at least one additive.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합 발화 제품의 제조 방법으로서,
Figure 112023059643792-pct00022
하기 a) 및 b) 단계에 의해 균질한 페이스트를 제조하는 단계;
a) 35℃ 내지 55℃ 범위의 온도에서 상기 글리시딜 아지드 폴리머에, 상기 적어도 하나의 에너지발생 가소제, 유기 에너지발생 충전물, 및 임의의 경화제와 임의의 경화 촉매를 제외하고 상기 원하는 복합 발화 제품을 구성하는 다른 성분을 혼입하는 단계; 및
b) 생성된 혼합물을 35℃ 내지 55℃의 범위의 온도에서 부분 진공 하에 교반하는 단계;
Figure 112023059643792-pct00023
35℃ 내지 55℃의 범위의 온도에서 부분 진공 하에, 상기 생성된 균질한 페이스트에 상기 적어도 하나의 경화제 및 임의로 적어도 하나의 경화 촉매를 혼입하고, 이후 생성된 혼합물을 교반하는 단계;
Figure 112023059643792-pct00024
상기 교반된 생성 혼합물을 적어도 하나의 구조물에서 캐스팅하는 단계; 및
Figure 112023059643792-pct00025
상기 적어도 하나의 구조물에서 상기 캐스팅된 교반 생성 혼합물을 열 처리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
A method for producing a composite fire product according to any one of claims 1 to 10, comprising:
Figure 112023059643792-pct00022
Preparing a homogeneous paste by steps a) and b) below;
a) said glycidyl azide polymer at a temperature in the range of 35° C. to 55° C. mixing other ingredients that make up; and
b) stirring the resulting mixture under partial vacuum at a temperature in the range of 35° C. to 55° C.;
Figure 112023059643792-pct00023
Incorporating the at least one curing agent and optionally at least one curing catalyst into the resulting homogeneous paste under partial vacuum at a temperature in the range of 35° C. to 55° C. and then stirring the resulting mixture;
Figure 112023059643792-pct00024
casting the agitated product mixture in at least one structure; and
Figure 112023059643792-pct00025
heat treating the cast agitated product mixture in the at least one structure
A manufacturing method comprising:
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