KR20210129387A

KR20210129387A - 고분자-화약 복합체 폭발물질 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20210129387A
Application number: KR1020200047283A
Authority: KR
Inventors: 권국태; 김정욱; 이수진; 신관우; 이주미
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-10-28

Abstract

본 발명은 고분자-화약 복합체 폭발물질 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질은, 가교 결합된 고분자를 포함하는 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스에 함침된 폭발물 결정 입자;를 포함한다.

Description

고분자-화약 복합체 폭발물질 및 그의 제조방법{POLYMER-GUNPOWDER COMPLEX EXPLOSIVE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 고분자-화약 복합체 폭발물질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

화약의 성능을 높이는 방법은 결정화를 통해서 화약의 내적인 에너지를 높일 수 있으므로, 고품위의 결정을 확보하는 것은 폭약을 제조하는데 널리 사용되고 있다 (Mandal, A.K.; Thanigaivelan, U.; Pandey, R.K.; Asthana, S.; Khomane, R.B.; Kulkarni, B.D. Preparation of Spherical Particles of 1,1-Diamino-2,2-dinitroethene (FOX-7) Using a Micellar Nanoreactor. Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 1711-1716.) 화약의 결정을 만들기 위해서, 다양한 방법의 결정화 방법이 연구되고 있다. [Crystal engineering: From molecule to crystal. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9952-9967]. 특히, 이러한 화약의 결정 특성 (크기, 형태, 결정 내부 구조)을 제어하기 위해서, 다양한 방법이 제시되고 있다. 일반적으로 화약의 결정성을 제어하기 위해서, 화약의 특정 용매의 용해도의 차이를 이용한 용매 혼합이나, 온도에 따른 용해도의 차의, 결정화된 화약의 회수를 위한 기술 및 균질성 등의 연구는 지속적으로 되어 왔다.

최근, 스프레이와 건조 속도를 제어하여, RDX의 작은 구형의 입자를 제어하는 방법은 (W. Xu et. al Journal of Nanomaterials, 2019, doi.org/10.1155/2019/7915129)에 의하면, 고압분사에 의해 노즐에 의해 분사된 RDX는 건조되는 속도를 제어하면, 매우 작은 RDX 입자를 확보할 수 있었으며, 미국 육군의 V. Stepanov는 CO₂ 초임계 용액의 신속한 용매의 확산등의 방법을 적용하여 (V. stepanov외, Production of Nanocrystalline RDX by Rapid Expansion of Supercritical Solutions, Propellants, Explosives, Pyrotechnics 30 (2006), 3, 178) 매우 균질한 RDX의 결정입자의 제조방법을 제시한 바 있다.

한편, 폭발물의 경우, 결정화된 입자는 폭탄을 제조하는 공정에서 성형을 하기 위해서, 다양한 고분자와의 혼합에 의한 컴포지트를 통해 성형을 하기 때문에, 결정화된 화약과 고분자와의 혼합된 공정을 거쳐서 최종적으로 화약으로 활용되기 때문에, 고분자와의 혼합된 후속 공정을 통하여 최종적으로 폭약으로 제조되어야 한다. 또한, 결정화를 화약의 성능은 더욱 높아지나, 동시에 외부의 자극에 의해서 점점 더 민감해지기 때문에, 결정화된 화약은 오폭을 방지하기 위하여, 결정과 고분자의 혼합은 매우 중요한 후속 공정이다. 결국 최종적으로 분자 화약은 입자 형태로 고분자 소재 등의 혼합된 컴포지트(Composite) 형태로 폭발물에 충전되기 때문에, 화약의 종류와, 함량, 그리고 조성에 따라서, 고분자와 컴포지트가 된 후의 화약의 성능과 안전도 등의 특성은 매우 달라지게 된다.

따라서, 화약의 결정화를 작게, 균질하게 제조하는 방법의 연구와 동시에 반드시 고분자 매트릭스와 혼합된 화약의 결정들을 동시에 확보할 것인가는 반드시 해결해야 할 중요한 연구이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 폭발물질의 폭발성에 대한 민감도를 줄이고 이를 안정하게 유지할 수 있으며, 바로 성형에 활용할 수 있는 고분자-화약 복합체 폭발물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고분자 매트릭스의 가교도를 변화시켜 폭발물 결정을 제조하여 결정의 크기가 제어된 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법을 제공하는 것이다.

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.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질은, 가교 결합된 고분자를 포함하는 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스에 함침된 폭발물 결정 입자;를 포함한다.

일 실시형태에 있어서, 상기 가교 결합된 고분자 사이에 기공을 포함하고, 상기 기공은, 고분자 매트릭스의 총 부피 중, 40 부피% 내지 95 부피% 포함되는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 기공의 크기는 15 nm 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스는, 알지네이트(Alginate), 히알루론산(Hyaluronic Acid), 키토산(Chitosan), 덱스트란(Dextran), 콜라겐(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 매트리젤(Matrigel), 펩타이드(Peptide), 피브린(Fibrin), 아가로즈(Agarose), 키틴, 콘드로이틴 술페이트, 덱스트란, 전분, 셀룰로스, 폴리사카라이드, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(Polyhydroxy ethylmethacrylate; PHEMA), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트((Polyethylene (glycol) diacrylate; PEGDA), PLLA(poly(L-lactic acid)), 카복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), PEG 디아크릴레이트(PEGDA), 디술피드-함유 PEGDA(PEGSSDA), PEG 디메타크릴레이트(PEGDMA), 폴리디옥사논(PDO), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)(pHEMA), 폴리카프롤락톤(PCL), 폴리(베타-아미노 에스테르)(PBAE), 폴리(에스테르 아미드), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리(아스파르트산), 폴리(글루탐산), 폴리(프로필렌 푸마레이트)(PPF), 폴리(세바스산 무수물)(PSA), 폴리(트리메틸렌 카르보네이트)(PTMC), 폴리(데스아미노티로실티로신 알킬 에스테르 카르보네이트)(PDTE), 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠], 폴리옥시메틸렌, 폴리포스파젠, 폴리무수물, 폴리(N-비닐-2-피롤리돈)(PVP), 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(메타크릴산)(PMA), 폴리아세탈, 폴리(알파 에스테르), 폴리(오르토 에스테르), 폴리포스포에스테르, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide; PAAm)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 결정 입자는, RDX(1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane), HMX(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane), PETN(pentaerythritol tetranitrate), TNT(2,4,6-trinitrotoluene), IPN(isopropylnitrate), 옥톨(octol), 펜토라이트(pentolite(pentaerythritol tetra-nitrate와 trinitrotoluene의 50:50 혼합물), 테트릴(tetryl), 트로토날(trotonal) (trinitrotoluene과 알루미늄의 80:20 혼합물), 니트로셀룰로오즈(nitrocellulose), 니트로구아니딘(nitroguanidine) 및 니트로메탄(nitromethane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 결정 입자의 직경은 0.1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법은, 폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계; 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계; 상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침시키는 단계; 및 상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계;를 포함한다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계는, 65 ℃ 내지 75 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계는, 고분자, 물, 가교제 및 중합개시제를 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 전구체 용액에 광을 조사하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 상기 가교제는, 에틸디메틸아미노프로필카르보디이미드[1-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide; EDC], 하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide; NHS), 디메틸아미노프로필에틸카르보디이미드하이드로클로라이드(dimethylaminopropyl ethylcarbodiimide hydrochloride; EDAC), 하이드록시벤조트리아졸(hydroxybenzotriazole) 및 글루타알데하이드(Glutaraldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 중합개시제는, 2-하이드록시2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 (HMPP), 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 광중합 개시제; 또는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na₂S₂O₈), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K₂S₂O₈), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S₂O₈), 2, 2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-아조비스-(N, N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N, N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2, 2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride) 및 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid))으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 열중합 개시제;를 포함하는 하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자는 상기 고분자 전구체 용액 중 10 중량% 내지 50 중량%인 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 함량에 의해, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율은 상기 폭발물 용액 중에서 100 % 내지 1000 %인 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 함량이 낮은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율이 증가하고, 상기 고분자 함량이 높은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율이 감소하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계는, 상기 가교도가 낮은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 기공 크기가 크고, 상기 가교도가 높은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 기공 크기가 작은 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침하는 단계는, 상기 고분자 매트릭스를 유기용매에 치환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 유기용매는, γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL), 메탄올(Methanol), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide; DMAc), 디메틸술폭시드(dimethylsulphoxide; DMSO), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran; THF), 디클로로메탄(dichloromethane; MC), 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane; DCE), 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene; DCB), 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide; HMPA), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; DMEU) 및 H₂O로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계는, 동결 건조하여 회수하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계는, 에탄올을 통해 비용해 용매를 치환하는 단계; 및 물을 통해 폭발물 결정입자를 확보하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질 및 그의 제조방법은, 고분자를 가교하여 격자를 제조하여 내부의 기공에 폭발물 결정 입자를 형성하고 안정성을 증가시킬 수 있다. 가교된 고분자 매트릭스는 탄력성, 유연성과 같은 특징을 갖기 때문에 그 내부에 있는 물질은 외부 자극에 대해 둔감성을 가질 수 있다. 다양한 고분자의 가교도에 의한 내부 공간의 크기를 조절함으로써 격자 내부의 기공 크기를 작게 조절하여 그 내부에 생성되는 폭발물 결정의 크기를 조절할 수 있다. 확보된 고분자 매트릭스와 화약 결정은 폭발물 제조를 위해서, 추가의 공정없이 민감도를 크게 줄여주는 고분자 폭발물로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자의 가교를 유도하는 화학적 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 매트릭스 내 화약의 결정의 생성되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 고분자 매트릭스의 가교반응을 유도한 후, 폭발물 용액을 담지하기 위한 과정을 용이하게 하고, 결정화를 유도한 후, 결정화된 화약의 구조를 용이하게 하기 위한 결정화 실험장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가교된 고분자 매트릭스가 용매에 의한 팽창율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 매트릭스 내부에 RDX 나노 클러스터의 광학 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 화약의 결정입자의 주사전자현미경의 이미지이다.
도 9는 도 8에서 얻은 마이크로 입자가 RDX 결정임을 확인하기 위한 X-선 회절 분석 결과이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질은 폭발성에 대한 민감도를 줄이고 이를 안정하게 유지할 수 있다. 폭발물의 민감도는 그 물질의 결정 크기에 많은 영향을 받는다. 결정의 크기가 더 작아질수록 폭발성에 대한 민감도는 감소하기 때문에 나노미터에서 마이크로미터 크기의 결정을 얻는 것이 중요하다. 또한, 폭발물은 충격과 같은 외부 자극에 대해 민감하기 때문에 이를 완충시켜줄 물질이 필요하다. 본 발명에서 사용하는 가교된 고분자 매트릭스는 내부에 기공을 가지고 있기 때문에 그 안에서 생성되는 결정의 성장을 제한할 수 있고, 유연하고 탄력적이기 때문에 외부의 자극으로부터 내용물을 안전하게 해준다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고분자-화약 복합체 폭발물질의 고분자 매트릭스는 가교 결합된 고분자를 포함한다. 상기 고분자는 가교제에 의해 가교결합되어 격자 구조를 형성하여 폭발물 결정 입자의 프레임(frame) 역할을 한다. 가교결합된 고분자 매트릭스는 젤의 형태로 되어있다. 상기 가교결합된 고분자는 유연성이 높아 판상 구조 또는 3차원 구조로 형태 변형이 가능하다.

일 실시형태에 있어서, 상기 가교 결합된 고분자 사이에 기공을 포함하고, 상기 기공은, 고분자 매트릭스의 총 부피 중, 40 부피% 내지 95 부피% 포함되는 것일 수 있다. 상기 기공이 고분자 매트릭스의 총 부피 중, 40 부피% 미만인 경우 폭발물 결정 입자가 많이 함침될 수 없고, 95 부피% 초과인 경우 폭발물 결정 입자가 적게 함침되어 고분자-화약 복합체폭발물질로 사용될 수 없고 안정성이 저하된다.

일 실시형태에 있어서, 상기 기공의 크기는 15 nm 내지 50 ㎛인 것일 수 있다. 상기 고분자 매트릭스의 기공 크기는 가교된 지점과 다른 가교된 지점까지의 탄소사슬 간의 거리라고 생각할 수 있다. 상기 기공의 크기는 15 nm 미만인 경우 결과적으로 작은 화약 결정이 얻어지고, 50 ㎛ 초과인 경우 상대적으로 큰 결정이 만들어져 폭발물질의 민감도가 높아지는 문제가 있을 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스는 열적, 화학적 안정성이 크고, 인화성이 없고, 탄력성 및 유연성을 갖기 때문에, 기공의 크기의 변화에 따라 결정의 크기와 성장을 변화시켜 화약의 결정화를 제어하며, 최종적으로 결정과 결정 사이가 고분자 매트릭스로 분리시키는 역할을 하여 자극에 둔감한 폭발물질을 제공할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 결정 입자의 직경은 0.1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있다. 상기 폭발물 결정 입자의 직경이 0.1 ㎛ 미만인 경우 점도의 증가로 바람직하지 못하고, 30 ㎛ 초과인 경우 민감도가 과도하게 높아지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질은, 고분자가 가교된 격자 구조의 고분자 매트릭스의 기공에 폭발물 결정 입자가 포함되어 있어 고분자 매트릭스가 탄력성, 유연성과 같은 특징을 갖기 때문에 그 내부에 있는 물질은 외부 자극에 대해 둔감성을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법은 고분자의 가교도를 변화시켜 고분자 매트릭스 내부 공간의 크기를 조절함으로써 격자 내부의 기공 크기를 작게 조절하여 그 내부에 함침되는 폭발물 입자 결정의 크기를 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 사이즈로 형성할 수 있다. 그 결정을 다양한 조건에서 가교된 고분자 네트워크 내에서 결정화를 유도하여, 결정화와 동시에 주변에 가교된 고분자 매트릭스를 동시에 확보하여, 최종적인 폭약을 제조하는 공정을 획기적으로 단축시킬 수 있다. 최종적으로 고분자 매트릭스와 내부에 성장한 결정을 동시에 얻어서, 민감도를 최소화하고 바로 성형에 활용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법을 나타내는 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법은, 폭발물 용액 제조 단계 (110); 고분자 매트릭스 제조 단계 (120); 고분자 매트릭스 함침 단계 (130); 및 고분자 매트릭스 내 폭발물 결정 회수 단계 (140);를 포함한다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 용액 제조 단계 (110)는, 상기 폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 용매는, γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL), 메탄올(Methanol), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide; DMAc), 디메틸술폭시드(dimethylsulphoxide; DMSO), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran; THF), 디클로로메탄(dichloromethane; MC), 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane; DCE), 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene; DCB), 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide; HMPA), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; DMEU) 및 H₂O로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide; DMAc)가 실온에서 점도가 낮으며 폭발물 물질, 예를 들어, RDX에 대한 용해도가 높으므로 바람직하게 사용할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 물질은, RDX(1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane), HMX(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane), PETN(pentaerythritol tetranitrate), TNT(2,4,6-trinitrotoluene), IPN(isopropylnitrate), 옥톨(octol), 펜토라이트(pentolite(pentaerythritol tetra-nitrate와 trinitrotoluene의 50:50 혼합물), 테트릴(tetryl), 트로토날(trotonal) (trinitrotoluene과 알루미늄의 80:20 혼합물), 니트로셀룰로오즈(nitrocellulose), 니트로구아니딘(nitroguanidine) 및 니트로메탄(nitromethane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계는 65 ℃ 내지 75 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 일정한 온도로 유지되는 용기에서 충분히 진행되는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스 제조 단계 (120)는, 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계는, 고분자, 물, 가교제 및 중합개시제를 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하는 단계 (미도시); 및 상기 고분자 전구체 용액에 광을 조사하는 단계 (미도시);를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 전구체 용액 제조 단계는 고분자, 물, 가교제 및 중합개시제를 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하는 단계이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자는, 알지네이트(Alginate), 히알루론산(Hyaluronic Acid), 키토산(Chitosan), 덱스트란(Dextran), 콜라겐(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 매트리젤(Matrigel), 펩타이드(Peptide), 피브린(Fibrin), 아가로즈(Agarose), 키틴, 콘드로이틴 술페이트, 덱스트란, 전분, 셀룰로스, 폴리사카라이드, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(Polyhydroxy ethylmethacrylate; PHEMA), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트((Polyethylene (glycol) diacrylate; PEGDA), PLLA(poly(L-lactic acid)), 카복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), PEG 디아크릴레이트(PEGDA), 디술피드-함유 PEGDA(PEGSSDA), PEG 디메타크릴레이트(PEGDMA), 폴리디옥사논(PDO), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)(pHEMA), 폴리카프롤락톤(PCL), 폴리(베타-아미노 에스테르)(PBAE), 폴리(에스테르 아미드), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리(아스파르트산), 폴리(글루탐산), 폴리(프로필렌 푸마레이트)(PPF), 폴리(세바스산 무수물)(PSA), 폴리(트리메틸렌 카르보네이트)(PTMC), 폴리(데스아미노티로실티로신 알킬 에스테르 카르보네이트)(PDTE), 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠], 폴리옥시메틸렌, 폴리포스파젠, 폴리무수물, 폴리(N-비닐-2-피롤리돈)(PVP), 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(메타크릴산)(PMA), 폴리아세탈, 폴리(알파 에스테르), 폴리(오르토 에스테르), 폴리포스포에스테르, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide; PAAm)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자는 상기 고분자 전구체 용액 중 10 중량% 내지 50 중량%인 것일 수 있다. 상기 고분자가 상기 고분자 전구체 용액 중 10 중량% 미만인 경우 격자 구조의 고분자 매트릭스가 형성되기 어렵고 50 중량% 초과인 경우 기공 형성이 어려운 문제가 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 중합개시제는, 광중합 개시제 또는 열중합개시제가 사용될 수 있다. 상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 광중합 개시제는, 2-하이드록시2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 (HMPP), 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 열중합 개시제는, 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 과황산염계 개시제는, 예를 들어, 과황산칼륨(Potassium persulfate; K₂S₂O₈) 및 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S₂O₈)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 아조(Azo)계 개시제는, 예를 들어, 2, 2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-아조비스-(N, N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N, N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2, 2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride) 및 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid))으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 하는 것일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 중합 개시제는, 상기 고분자 전구체 용액 중 50 중량% 내지 90 중량%인 것일 수 있다. 상기 중합 개시제의 함량이 상기 범위일 때 중합 반응의 반응성이 우수하다.

일 실시형태에 있어서, 다양한 크기의 폭발물 결정의 크기를 제어하는 방법은, 수용액에 용해되는 하이드로젤 기반의 고분자의 동일한 부피의 물에 가교되지 않은 고분자의 용해도를 조절하여, 가교도를 순차적으로 변화시킬 수 있다. 물에 팽창도를 통해서 가교도의 변화를 쉽게 확인할 수 있으며, 이에 따라 변화된 기공의 크기는 결정의 크기와 성장을 변화시켜, 내부에 화약의 결정화를 제어하며, 최종적으로 결정과 결정사이가 고분자의 매트릭스로 분리시키는 역할을 하여, 자극에 둔감한 폭발물질을 구현할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 전구체 용액에 광을 조사하는 단계는, 고분자 전구체 용액의 중합 반응을 실시하는 단계이다. 중합 반응은 열이나 광을 가하여 실시한다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 전구체 용액의 중합 반응에서 광은 자외선(UV)일 수 있다. 광 또는 열을 가하여 중합(가교) 반응을 실시하는 광 또는 열 조사 시간은 가변적이지만, 예를 들어, 10 초 내지 30 분일 수 있다. 상기 중합 반응은 30 ℃ 내지 80 ℃ 예를 들어, 약 40 ℃에서 수행될 수 있으며 반응시간은 반응온도에 따라 달라진다. 예를 들어, 8 시간 내지 20 시간, 또는 15 시간 동안 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자의 가교를 유도하는 화학적 반응을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고분자로서, 예를 들어, PEG 디아크릴레이트(PEGDA)의 디아크릴(diacryl) 기능기는 광중합 개시제와 UV에 의해서 가교된 구조를 만들게 된다. 이때, 화학적 반응은 PEGDA가 자외선에 의해서 개시된 개시제에 의해서 수 초 이내로 반응이 종료된다. 이때 광중합 개시제로서, 예를 들어, Igracure를 사용하였으나, 조사하는 UV나 외부 자극에 사용되는 종류에 따라 Igracure 이외에 다양한 광중합 개시제 또는 열중합 개시제를 사용할 수 있다. 중합된 PEG 고분자 매트릭스에서 PEG 고분자 매트릭스의 기공 크기는 가교된 지점과 다른 가교된 지점까지의 탄소사슬 간의 거리이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스 함침 단계 (130)는, 상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침시키는 단계이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 전구체 용액에서 단량체 겸 가교제의 농도가 높아짐에 따라, 즉 고분자 매트릭스의 가교점 사이가 가까워짐에 따라 고분자의 팽창정도가 감소하는 것일 수 있다. 가교된 고분자 매트릭스는 폭발물 물질을 용해시키는데 사용되는 용매에 따른 다른 팽창율을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL)의 경우 약 850 % (10 % PEGDA 물에 용해시켜서 반응시켰을 때)에서 약 200 %까지 변화하는 것일 수 있으며, 아세톤의 경우 약 500 %에서 150 %까지 점진적으로 변화되는 것일 수 있다. 이러한 상태에서 폭발물 물질이 용해된 용매에 결정 반응을 시작하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 매트릭스 내 화약의 결정의 생성되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 가교도가 낮은 경우, 고분자의 메트릭스 내 기공이 넓어서, 팽창된 상태에서의 화약의 결정이 성장할 수 있는 공간이 상대적으로 큰 결정을 만들게 된다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 높은 가교도를 갖는 경우, 고분자의 기공의 크기가 작아서, 결과적으로 작은 결정이 얻어지는 것을 설명하는 것이다. 따라서 고분자 매트릭스 내에서 화약의 결정화를 수행함으로써 고분자 매트릭스를 사용하지 않은 경우보다 폭발성 물질 결정의 크기를 작게 생성시킬 수 있는 장점이 있으며, 가교도에 따라서, 결정의 크기를 제어할 수 있는 장점이 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침하는 단계는, 상기 고분자 매트릭스를 유기용매에 치환하는 단계 (미도시);를 더 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 수용액에서 가교된 고분자 매트릭스를 유기용매에 치환하는 것일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 고분자 매트릭스의 가교반응을 유도한 후, 폭발물 용액을 담지하기 위한 과정을 용이하게 하고, 결정화를 유도한 후, 결정화된 화약의 구조를 용이하게 하기 위한 결정화 실험장치의 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 실험장치(200)는 고분자와 광중합 개시제가 섞여 있는 pre-젤 수용액을 깨끗하게 세척된 두 개의 슬라이드 글라스와 두 개의 슬라이드 글라스(210) 사이에 만들어진 공간 안으로 옮긴다. 두 개의 슬라이드 글라스로 만들어진 공간의 두께는 예를 들어, 0.1 mm 내지 5 mm이고, 바람직하게는, 1 mm인 것일 수 있다. 공간 안에서 고분자를 형성하기 위해, 예를 들어, UV를 조사하여 모든 광중합 개시제와 고분자의 반응을 유도하고, 형성된 고분자의 용매를 물에서 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL)으로 치환하기 위해 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL) 용매에 담가둔다. 이 과정이 수차례 반복되면 용매가 물에서 γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL)으로 바뀌게 된다. γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL) 내에서 고분자 네트워크의 팽창율 비율은 PBX 안에 폭발물 결정의 무게비율을 통해 측정될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스 내 폭발물 결정 회수 단계 (140)는, 상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계이다.

일 실시형태에 있어서, 상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계는, 동결 건조하여 회수하는 것일 수 있다. 동결 건조를 과정을 통해 물을 완전히 제거하는 것일 수 있다.

이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

70 ℃의 온도 조건에서 폭발물 물질로서 RDX(1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane) 0.5 g을 용매로서 디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide; DMAc) 10 g에 완전히 용해시켜 폭발물 용액을 제조하였다.

고분자로서 PEGDA의 부피 분율을 각각, 10 %, 25 %, 50 %으로 하고, 물, γ-부티롤락톤(GBL), 광중합 개시제로서 Igracure 를 혼합하여 부피 분율이 상이한 고분자 전구체 용액을 각각 제조하였다.

고분자 전구체 용액에 UV를 조사하여 격자 구조의 기공을 포함하는 고분자 매트릭스를 제조하였다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가교된 고분자 매트릭스가 용매에 의한 팽창율을 나타낸 그래프이다.

PEG 가교 매트릭스의 팽창 정도를 고분자 전구체 용액의 농도에 따라 측정하였다. 도 6에서와 같이, 고분자 전구체 용액에서 단량체 겸 가교제인 PEGDA의 농도가 높아짐에 따라, 즉 고분자 매트릭스의 가교점 사이가 가까워짐에 따라 PEG 하이드로젤의 팽창정도가 감소하는 것을 알 수 있다. 가교된 고분자 매트릭스는 GBL과 Aceton 등 각기 화약을 용해시키는데 사용되는 용매에 따른 다른 팽창율을 보이고 있다. GBL의 경우 약 850 % (10 % PEGDA 물에 용해시켜서 반응시켰을 때)에서 약 200 %까지 변화하였으며, Aceton의 경우는 약 500 %에서 150 %까지 점진적으로 변화되는 것을 확인하였으며, 이러한 상태에서 RDX가 용해된 용매에 결정반응을 시작하게 된다.

하이드로젤 기반의 고분자 매트릭스의 가교반응을 유도한 후, 폭발물 용액을 담지하기 위한 과정을 용이하게 하고, 결정화를 유도한 후, 동일한 조건에서 결정화된 화약의 구조를 용이하게 실험하기 위하여 제작한 실험 장치인 도 5를 이용하였다. 본 발명의 실시예에서 사용한 부피 분율이 서로 다른 PEGDA(10, 25, 50%)와 0.05 부피 분율의 광개시제가 섞여 있는 pre-젤 수용액 20 mL를 만들고 난 후, 수용액을 깨끗하게 세척된 두 개의 슬라이드 글라스와 두 개의 슬라이드 글라스(200) 사이에 만들어진 틀 안으로 옮겨 실험하였다. 두 개의 슬라이드 글라스로 만들어진 공간의 두께는 1 mm였다. 틀 안에서 PEGDA 하이드로젤을 형성하기 위해 총 2분 동안 UV를 조사하였다. UV의 조사 시간은 실제 수 초에서 형성되나 충분한 조사를 통해서 모든 광중합 개시제와 PEGDA의 반응을 유도하였다. 형성된 PEGDA 하이드로젤의 용매를 물에서 γ-부티롤락톤(GBL)으로 바꾸기 위해 GBL 용매에 담가 두었다. 이 과정이 수차례 반복되면 용매가 물에서 GBL로 바뀌게 된다. GBL 내에서 PEGDA 고분자 네트워크의 스웰링 비율은 PBX 안에 RDX 결정의 무게비율을 통해 측정되었다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 매트릭스 내부에 RDX 나노 클러스터의 광학 현미경 사진이다. 도 7은 광중합 개시제에 의해서 틀안에서 RDX가 결정화가 이루어져 만들어진 PEGDA, 광개시제가 포함된 고분자 전구체 용액의 자유라디칼 중합을 통해 생성된 PEG 하이드로젤 내에 RDX/GBL 용액을 확산시킨 후 급격한 온도변화를 통해 생성된 PBX(RDX 나노클러스터가 생성된 고분자 매트릭스)의 광학 현미경 사진이다. 광학 현미경 사진에서 볼 수 있듯이, 고분자 매트릭스 내부에 RDX 나노 클러스터 (중간 검은색 부분)가 높은 밀도로 생성된 것을 관찰할 수 있다.

고분자 매트릭스의 함침 단계는 다음과 같이 실시하였다. 면도칼을 이용해 팽창된 PEGDA 젤을 자른 작은 조각(대략 0.05 cm³)과 GBL 1mL를 마이크로 튜브 안에 넣어준다. RDX 365 mg을 추가로 젤 조각이 들어있는 마이크로 튜브 안에 넣어준 뒤, 68 ℃로 맞춰진 온도 컨트롤러에 하루 동안 넣어두었다. 이 과정을 통해 RDX는 충분히 용해되고 하이드로젤 안으로 분산될 시간을 제공하였다.

매트릭스 내 폭발물 결정을 회수하는 단계는 다음과 같이 실시하였다. 68 ℃에서 하루 동안 보관된 마이크로 튜브는 드라이아이스와 아세톤이 섞여 있는 -40 ℃ 용기로 옮겨진다. 10 초 내지 90 초 정도 담근 후, 튜브 안에 있던 GBL 용매를 제거하고 에탄올로 채우는 과정을 여러 번 반복하였다. 상온에서 용매를 에탄올에서 물로 바꾸어 준 뒤, 동결 건조를 과정을 통해 물을 완전히 제거하였다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 화약의 결정입자의 주사전자현미경의 이미지이다.

도 8을 참조하면, 도 8의 (a)는 폭발물 용액의 함침을 수행하지 않고, 만들어진 고분자 가교 매트릭스의 사진이며, 어떠한 결정입자도 존재하지 않고 있음을 확인할 수 있다. 도 8의 (b)는 폭발물 결정을 회수하는 단계와 동일한 과정을 고분자 매트릭스가 없는 상태에서 동일한 방법으로 결정화를 시켜서 얻은 이미지이다. 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 해당하는 커다란 결정입자들이 만들어 져 있음을 알 수 있다.

도 8의 (c)는 본 실험의 일 실시예에 따른 PEGDA - 10 %의 부피분율로 만들어진 고분자 매트릭스에서 형성된 RDX의 결정이며, 결정이 수백나노미터에서 수 마이크로 미터로 매우 작은 결정들이 만들어졌음을 확인할 수 있는 반면, 도 8의 (d)와 같이 25 %의 부피분율에서 만들어진 고분자 매트릭스에서 동일하게 함침시켜 만든 결정은 10마이크로미터에서 최대 30마이크로미터의 RDX의 결정이 만들어져 있음을 확인할 수 있다. 즉, GBL에 의해 팽창된 다양한 기공을 갖고 있는 PEGDA 고분자 네트워크 안에서의 RDX 결정화는 다양한 크기의 RDX로 동일한 조건에서 PEGDA의 가교도에 의해서 변화되는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 도 8에서 얻은 마이크로 입자가 RDX 결정임을 확인하기 위한 X-선 회절 분석 결과이다. PEGDA 10 %, 25 %, 50 % 고분자 네트워크에서 생성된 RDX 결정(PBX_{PEG_10%}, PBX_{PEG_25%}, PBX_{PEG_50%})과 고분자 네트워크가 없이 생성된 RDX 결정(RDX_GBL)을 X-선 회절 분석을 통하여 데이터를 얻었다. PBX_{PEG_10%}의 피크의 세기와 위치는 RDX_GBL에서 얻은 값과 거의 정확하게 일치한다. 그러나, PBX_{PEG_25%}, PBX_{PEG_50%}에서 얻어진 피크의 위치는 RDX_GBL에서 얻은 값과 유사하지만 피크의 세기는 감소된 형태로 측정된다. 이러한 현상은 단단하게 가교된 PEGDA 격자가 결정의 균일성에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 즉, 많은 RDX가 25 %, 50 % PEGDA 고분자 네트워크에서 시드로 남아있거나 불완전한 결정으로 존재함을 의미한다.

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.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

200: 결정화 실험장치
210: 슬라이드 글라스

Claims

가교 결합된 고분자를 포함하는 고분자 매트릭스; 및
상기 고분자 매트릭스에 함침된 폭발물 결정 입자;
를 포함하는,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
제1항에 있어서,
상기 가교 결합된 고분자 사이에 기공을 포함하고,
상기 기공은, 고분자 매트릭스의 총 부피 중, 40 부피% 내지 95 부피% 포함되는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
제2항에 있어서,
상기 기공의 크기는 15 nm 내지 50 ㎛인 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
제1항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스는,
알지네이트(Alginate), 히알루론산(Hyaluronic Acid), 키토산(Chitosan), 덱스트란(Dextran), 콜라겐(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 매트리젤(Matrigel), 펩타이드(Peptide), 피브린(Fibrin), 아가로즈(Agarose), 키틴, 콘드로이틴 술페이트, 덱스트란, 전분, 셀룰로스, 폴리사카라이드, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(Polyhydroxy ethylmethacrylate; PHEMA), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트((Polyethylene (glycol) diacrylate; PEGDA), PLLA(poly(L-lactic acid)), 카복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), PEG 디아크릴레이트(PEGDA), 디술피드-함유 PEGDA(PEGSSDA), PEG 디메타크릴레이트(PEGDMA), 폴리디옥사논(PDO), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)(pHEMA), 폴리카프롤락톤(PCL), 폴리(베타-아미노 에스테르)(PBAE), 폴리(에스테르 아미드), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리(아스파르트산), 폴리(글루탐산), 폴리(프로필렌 푸마레이트)(PPF), 폴리(세바스산 무수물)(PSA), 폴리(트리메틸렌 카르보네이트)(PTMC), 폴리(데스아미노티로실티로신 알킬 에스테르 카르보네이트)(PDTE), 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠], 폴리옥시메틸렌, 폴리포스파젠, 폴리무수물, 폴리(N-비닐-2-피롤리돈)(PVP), 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(메타크릴산)(PMA), 폴리아세탈, 폴리(알파 에스테르), 폴리(오르토 에스테르), 폴리포스포에스테르, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide; PAAm)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
제1항에 있어서,
상기 폭발물 결정 입자는, RDX(1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane), HMX(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane), PETN(pentaerythritol tetranitrate), TNT(2,4,6-trinitrotoluene), IPN(isopropylnitrate), 옥톨(octol), 펜토라이트(pentolite(pentaerythritol tetra-nitrate와 trinitrotoluene의 50:50 혼합물), 테트릴(tetryl), 트로토날(trotonal) (trinitrotoluene과 알루미늄의 80:20 혼합물), 니트로셀룰로오즈(nitrocellulose), 니트로구아니딘(nitroguanidine) 및 니트로메탄(nitromethane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
제1항에 있어서,
상기 폭발물 결정 입자의 직경은 0.1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질.
폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계;
가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계;
상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침시키는 단계; 및
상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계;
를 포함하는,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 폭발물 물질을 용매에 용해시켜 폭발물 용액을 제조하는 단계는,
65 ℃ 내지 75 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계는,
고분자, 물, 가교제 및 중합개시제를 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
상기 고분자 전구체 용액에 광을 조사하는 단계;
를 포함하는,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 가교제는, 에틸디메틸아미노프로필카르보디이미드[1-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide; EDC], 하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide; NHS), 디메틸아미노프로필에틸카르보디이미드하이드로클로라이드(dimethylaminopropyl ethylcarbodiimide hydrochloride; EDAC), 하이드록시벤조트리아졸(hydroxybenzotriazole) 및 글루타알데하이드(Glutaraldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 중합개시제는,
2-하이드록시2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 (HMPP), 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 광중합 개시제; 또는
과황산나트륨(Sodium persulfate; Na₂S₂O₈), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K₂S₂O₈), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S₂O₈), 2, 2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-아조비스-(N, N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N, N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2, 2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride) 및 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid))으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 열중합 개시제;
를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 고분자는 상기 고분자 전구체 용액 중 10 중량% 내지 50 중량%인 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 고분자 함량에 의해, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율은 상기 폭발물 용액 중에서 100 % 내지 1000 %인 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 고분자 함량이 낮은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율이 증가하고,
상기 고분자 함량이 높은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 팽창율이 감소하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 가교도를 조절하여 고분자 매트릭스를 제조하는 단계는,
상기 가교도가 낮은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 기공 크기가 크고,
상기 가교도가 높은 경우, 상기 고분자 매트릭스의 기공 크기가 작은 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 폭발물 용액을 상기 고분자 매트릭스에 함침하는 단계는,
상기 고분자 매트릭스를 유기용매에 치환하는 단계;
를 더 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제16항에 있어서,
상기 유기용매는, γ-부티롤락톤(γ-butyrolactone; GBL), 메탄올(Methanol), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile; ACN), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide; DMAc), 디메틸술폭시드(dimethylsulphoxide; DMSO), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran; THF), 디클로로메탄(dichloromethane; MC), 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane; DCE), 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene; DCB), 헥사메틸포스포아미드(hexamethylphosphoramide; HMPA), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; DMEU) 및 H₂O로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계는,
동결 건조하여 회수하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 함침된 폭발물 용액에서 화약의 결정을 유도하고 폭발물 결정을 회수하는 단계는,
에탄올을 통해 비용해 용매를 치환하는 단계; 및
물을 통해 폭발물 결정입자를 확보하는 단계;
를 포함하는 것인,
고분자-화약 복합체 폭발물질의 제조방법.