KR101700757B1 - Porous oxidizing agent particles with dispersion of metal particle and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 입자가 산화제 입자에 일체형으로 완전하게 분산됨으로써 금속 입자와 산화제 간의 불균일 혼합으로 발생될 수 있는 긴 확산 거리를 단축시키고, 다공성 구조로 인한 단위 부피당 연소 넓이의 확대로 인해 연소 속도가 빨라지며, 고체 추진제, 우주 왕복선 로켓 부스터(space shuttle rocket booster), 고체 추진 모터, 인공위성 발사용 로켓(launch vehicle), 기체 발생기(gas generator), 금속 절삭, 연막제, 자동차용 에어백, 화약 등에 활용되는 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxidizer particle composition having a porous structure in which metal particles are dispersed and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a composition of an oxidizer particle having a porous structure in which metal particles are dispersed completely in an oxidizer particle, The long diffusion distance is shortened and the burning speed is increased due to the enlargement of the burning area per unit volume due to the porous structure. The combustion of the solid propellant, space shuttle rocket booster, solid propulsion motor, launch vehicle ), A gas generator, a metal cutting, a smoke film, an airbag for an automobile, an explosive, and the like, and a method for manufacturing the oxidizer particle.
고체 추진제(solid propellant)는 유기 또는 무기 산화제, 금속 연료(metallic fuel), 고분자 결합제, 경화제로 구성되어 있다. 이러한 고체 추진제는 가공성, 경화성, 기계적 강도, 연소 안정성 등의 물성 향상을 위하여 가소제, 경화 촉매, 연소 촉매 등의 추가적인 성분이 첨가될 수 있다[특허문헌 0001 및 0002 참조]Solid propellants consist of organic or inorganic oxidants, metallic fuels, polymer binders and hardeners. Such a solid propellant may be added with additional components such as a plasticizer, a curing catalyst, a combustion catalyst and the like in order to improve physical properties such as processability, curability, mechanical strength, combustion stability and the like (see Patent Documents 0001 and 0002)
고체 추진제는 통상적으로 산화제와 금속 연료의 기계적인 혼합과 고분자 경합제와 경화제의 순차적인 혼합에 의해 제조될 수 있다. 금속 연료의 충분한 산화반응 유도를 위해 혼합되는 산화제는 과염소산암모늄, 과염소산리튬, 질산리튬, 과염소산나트륨, 과염소산칼륨, 질산나트륨, 질산칼륨, 하이드록시 암모늄 퍼클로레이트, 질산암모늄, 사이클로테트라메틸렌 테트라니트라민, 사이클로트리메틸렌 트리니트라민, 트리아미노구아니딘 니트레이트 및 5-아미노테트라졸 등이 있다[특허문헌 0001 참조].Solid propellants can typically be prepared by mechanical mixing of an oxidizing agent and a metal fuel, and sequential mixing of a polymeric compatibilizing agent and a curing agent. Oxidants that are mixed to induce sufficient oxidation reaction of the metal fuel include ammonium perchlorate, lithium perchlorate, lithium nitrate, sodium perchlorate, potassium perchlorate, sodium nitrate, potassium nitrate, hydroxyammonium perchlorate, ammonium nitrate, cyclotetramethylenetetronitramine, Trimethylenetrithinolamine, triaminoguanidine nitrate, and 5-aminotetrazole [refer to Patent Document 0001].
위와 같은 산화제로서 대표적으로 활용되고 있는 과염소산암모늄(ammonium perchlorate)의 경우, 연소 특성 조절을 위해 200㎛ 정도와 3 ~ 5㎛ 범위의 평균 크기를 가진 입자가 고체 추진제 성분으로 활용되고 있다. 그러나 혼합되는 금속 또는 금속 산화물 입자는 수십 나노 수준으로 산화제의 평균 입경보다 훨씬 크기 때문에 두 성분의 반응 시 확산 거리를 크게 단축시키는 것이 어렵고 연소 속도를 느리게 하는 문제가 있다[특허문헌 0003 참조].In the case of ammonium perchlorate, which is a representative oxidizing agent, particles having an average size of about 200 μm and an average size ranging from 3 to 5 μm are used as solid propellant components in order to control combustion characteristics. However, since the mixed metal or metal oxide particles are much larger than the average particle diameter of the oxidizing agent at several tens of nanometers, it is difficult to significantly shorten the diffusion distance during the reaction of the two components and there is a problem of slowing the combustion rate.
일반적으로 대부분의 고체 추진제는 단일 성분보다는 여러 성분으로 구성되어 있어 개별 연소 반응물의 평균 입경을 작게 하거나 추진제를 구성하는 성분을 균일하게 혼합하는 것이 중요하다. 연료와 산화제 성분의 균일한 혼합은 접촉 면적을 넓혀 두 성분의 확산 시간을 단축할 수 있다. 이에 PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), 전기화학적 증착법(electrochemical deposition), 원자층 적층법(atomic layer epitaxy), 솔-겔(sol-gel) 등 다양한 방법이 산화제 및 금속 연료와 같은 이종 성분을 원자 및 분자 수준으로 균일하게 혼합하기 위한 수단으로 시도되고 있다. 그러나 상기 방법으로 고체 추진제 조성물을 제조하는 경우 생산량이 시간당 Å 수준으로 너무 낮으므로 대량 생산에 적합하지 못한 문제가 있다[특허문헌 0003 내지 0005 참조].In general, most solid propellants consist of several components rather than a single component, so it is important to reduce the average particle size of the individual combustion reactants or uniformly mix the constituents of the propellant. The uniform mixing of the fuel and the oxidant component can widen the contact area and shorten the diffusion time of the two components. Various methods such as physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), electrochemical deposition, atomic layer epitaxy, and sol- Have been attempted as means for uniformly mixing the same heterogeneous components at the atomic and molecular levels. However, when the solid propellant composition is prepared by the above-mentioned method, the production amount is too low to the level of Å per hour, which is not suitable for mass production [cf.
또한, 산화제와 연료 금속 입자를 기계적인 방법으로 혼합하는 경우 불균일한 평균 입경으로 인해 확산 거리 감소 효과가 미미하며, 분산 과정에서 성분의 혼합이 나노 수준까지 진행되지 못하는 문제가 있다. 또한, 일정한 화학양론비로 산화제와 연료 금속 입자가 일정하게 혼합되지 않는다[특허문헌 0001 참조].In addition, when the oxidizing agent and the fuel metal particles are mechanically mixed, the diffusion distance reduction effect is insignificant due to the nonuniform average particle diameter, and the mixing of the components in the dispersion process can not proceed to the nano level. In addition, the oxidant and the fuel metal particles are not uniformly mixed with a constant stoichiometric ratio (see Patent Document 0001).
종래 KR 10-514343에서는 N-메틸-피롤리돈을 과염소산암모늄의 용매로 사용하여 과염소산암모늄 포화용액을 제조한 다음, 상기 과염소산암모늄 포화 용액에 용해성이 낮은 할로겐화탄화수소 또는 방향족 화합물류의 용매를 침전제로 첨가하여 제조된 초미세 크기의 과염소산암모늄 결정의 제조방법에 관해 개시되어 있으나, 과염소산암모늄과 같은 산화제와 금속 산화물이 균질하게 혼합된 응집체 제조 방법은 제시되어 있지 않다.In the prior art KR 10-514343, a saturated ammonium perchlorate solution is prepared by using N-methyl-pyrrolidone as a solvent of ammonium perchlorate, and then a solvent of a halogenated hydrocarbon or an aromatic compound having a low solubility in the saturated ammonium perchlorate solution is precipitated The present invention relates to a method of producing an ultra-fine ammonium perchlorate crystal by adding an ammonium perchlorate to an aqueous solution of ammonium perchlorate.
또한, US 6503350 A에서는 붕소, 베릴륨, 리튬, 지르코늄 등의 연료 금속과 과염소산암모늄 등 산화제를 포함하는 가변성 연소율 추진제에 관해 개시되어 있으나, 화학양론비에 따른 균질 혼합물 제조에 관한 것이며 별도의 다공성 구조체 제조에 관한 것은 제시되어 있지 않다.In addition, US 6503350 A discloses a variable burn rate propellant comprising a fuel metal such as boron, beryllium, lithium, zirconium, and an oxidizing agent such as ammonium perchlorate, but relates to the production of a homogeneous mixture according to the stoichiometric ratio, Is not provided.
한편, 테일러 불안정(Taylor instability) 연소는 추진제의 급속한 연소 속도 향상을 일으킬 수 있는 대류 연소(convective burning)를 의미하며, 초기 추진제의 연소 과정에서 발생된 낮은 밀도의 연소 기체와 연소되지 않은 고체 사이의 밀도 차이로 인해 발생된다. 대부분 산화제는 연소되지 않은 산화제 표면이 용융층으로 덮여 기상 분해 반응 영역과 분해되지 않는 고체 표면이 분리되어 있어 연소 속도가 느린 단점이 있다.Taylor instability combustion, on the other hand, refers to convective burning, which can lead to a rapid increase in the burning rate of the propellant, and it is believed that the combustion between the low density combustion gas and the unburned solid It is caused by density difference. Most oxidants have a disadvantage in that the burning rate is slow because the unburned oxidant surface is covered with the molten layer and the gas phase decomposition reaction zone is separated from the solid surface which is not decomposed.
테일러 불안정 연소는 다공성 구조를 가지는 산화제에서 유도될 수 있다. 다공성 구조의 산화제는 연소 기체가 발생됨에 따라 연소 압력이 상승되어 산화제 표면을 덮고 있던 용융층의 두께가 점점 얇아지면서, 고압의 연소 기체가 다공성 구조 내의 공극을 빠져나갈 수 있다. 이 경우 얇은 산화제 표면의 용융층을 박리하면서 노출된 고체 표면이 고온 상태의 기체와 반응하여 연소 속도의 가속화를 일으킬 수 있다[비특허문헌 0001 내지 0002 참조].Taylor unstable combustion can be induced in an oxidant having a porous structure. As the combustion gas is generated, the oxidizing agent of the porous structure increases the combustion pressure and the thickness of the molten layer covering the surface of the oxidizing agent becomes thinner, so that the high-pressure combustion gas can escape from the pores in the porous structure. In this case, while the molten layer of the thin oxidant surface is being peeled off, the exposed solid surface may react with the gas at a high temperature to accelerate the burning rate (see Non-Patent Documents 0001 to 0002).
그러므로 기존 추진제 조성물의 급속한 연소 기체의 압력 팽창으로 구조체가 파괴되는 현상을 방지하여 일정 수준의 공극률을 가지며, 연소 속도를 향상시키는 다공성 구조의 추진제가 요구된다. Therefore, there is a need for a propellant having a porous structure that has a certain level of porosity and improves the combustion rate by preventing the structure from being broken by the rapid expansion of the combustion gas of the conventional propellant composition.
본 발명의 목적은 입자 간 반응 확산 거리가 단축되고, 일정 수준으로 공극률을 조절할 수 있는 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 조성물을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an oxidant particle composition having a porous structure in which metal particles dispersed in a reaction diffusion distance between particles are reduced and a porosity can be controlled to a certain level.
또한, 본 발명의 목적은 다공성 구조로 인한 단위 부피당 연소 넓이 확대을 증가시켜 연소 속도를 향상시킬 수 있는 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an oxidant particle composition having a porous structure in which metal particles are dispersed to increase the burning rate per unit volume due to the porous structure to improve the combustion rate.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 산화제를 유기 용매에 용해시켜 산화제 용액을 제조하는 단계, 금속 입자를 반용매에 분산시켜 금속 입자 분산액을 제조하는 단계, 상기 산화제 용액 및 상기 금속 입자 분산액을 혼합한 후 교반하여 복수의 산화제 입자들을 석출하는 단계 및 상기 석출된 산화제 입자들에 증류수를 점적하여 상기 석출된 산화제 입자들을 가교하는 단계를 포함하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a metal particle dispersion, comprising the steps of: dissolving an oxidizing agent in an organic solvent to prepare an oxidizing agent solution; dispersing the metal particles in an anti-solvent to prepare a metal particle dispersion; And stirring the mixture to precipitate a plurality of oxidant particles, and distilling the precipitated oxidant particles, thereby crosslinking the precipitated oxidant particles. The present invention also provides a method for producing a porous oxidant particle composition comprising metal particles dispersed therein do.
일 실시 예에 있어서, 상기 산화제는 과염소산암모늄, 과염소산칼륨, 염소산칼륨, 염소산나트륨, 질산칼륨, 질산나트륨, 질산암모늄, 사이클로트리메틸렌 트리니트라민, 사이클로테트라메틸렌 테트라니트라민, 2,4,6,8,10,12-헥사니트로-2,4,6,8,10,12-헥사아자이소우르지탄, 암모늄 디니트라마이드, 1,1-디아미노-2,2-디니트로에틸렌 및 2,2',4,4',6,6'-헥사니트로스틸벤 중 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the oxidizing agent is selected from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, potassium chlorate, sodium chlorate, potassium nitrate, sodium nitrate, ammonium nitrate, cyclotrimethylenetrienetramine, 8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisoojitane, ammonium dinitramide, 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene and 2,2 ', 4,4', 6,6'-hexanitrostylbenzene.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 입자는 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 비스무트(Bi) 및 텅스텐(W)에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the metal particles are one or more selected from aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), zirconium (Zr), bismuth (Bi), and tungsten .
일 실시 예에 있어서, 상기 유기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸설폭사이드, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아미드 및 γ-부티로락톤에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the organic solvent is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylsulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide and gamma -butyrolactone And one or more selected.
일 실시 예에 있어서, 상기 반용매는 메틸렌 클로라이드, 카본 테트라클로라이드, 아닐린, 디메틸아닐린, 니트로메탄, 사이클로헥산, 헥산, 헵탄 및 벤젠에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the semi-solvent is one or more selected from methylene chloride, carbon tetrachloride, aniline, dimethylaniline, nitromethane, cyclohexane, hexane, heptane and benzene.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a porous oxidant particle composition in which metal particles produced by the above-described production method are dispersed.
일 실시 예에 있어서, 상기 조성물의 직경은 100 내지 3000㎛이고, 공극률은 5 내지 50%인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the composition has a diameter of 100 to 3000 μm and a porosity of 5 to 50%.
본 발명에 따르면, 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 조성물은 금속 입자가 산화제 입자에 일체형으로 완전하게 분산됨으로써 금속 입자와 산화제 간의 불균일 혼합으로 발생할 수 있는 반응 확산 거리를 단축시키는 효과가 있으며, 취급이 용이하다. According to the present invention, the oxidant particle composition having a porous structure in which metal particles are dispersed has the effect of shortening the reaction diffusion distance that can be generated by nonuniform mixing of metal particles and oxidant by completely dispersing metal particles in an integral form in the oxidant particles, It is easy to handle.
또한, 본 발명에 따르면, 다공성 구조로 인한 단위 부피당 연소 넓이의 확대로 인해 공극이 없는 추진제 조성물에 비해 연소 속도를 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, the burning rate can be improved as compared with a propellant composition having no void due to an increase in the burning area per unit volume due to the porous structure.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 조성물의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 조성물의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 조성물의 염소 원자 분포를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 1에서 제조된 조성물의 알루미늄 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 2에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 3에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 4에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 5에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 6에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 비교 예 3에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 비교 예 4에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 비교 예 5에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다.1 is a flow chart illustrating a method of preparing a composition according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of the ammonium perchlorate oxidizer particle composition prepared in Example 1 of the present invention.
3 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 1 of the present invention.
4 is a scanning electron micrograph of a cross section of the composition prepared in Example 1 of the present invention.
5 is a scanning electron microphotograph of a cross section of the composition prepared in Example 1 of the present invention.
6 shows the chlorine atom distribution of the composition prepared in Example 1 of the present invention.
7 shows the aluminum distribution of the composition prepared in Example 1 of the present invention.
8 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 2 of the present invention.
9 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 3 of the present invention.
10 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 4 of the present invention.
11 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 5 of the present invention.
12 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 6 of the present invention.
13 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Comparative Example 3 of the present invention.
14 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Comparative Example 4 of the present invention.
15 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Comparative Example 5 of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 일 실시 예에 대하여 구체적으로 살펴본다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. In the present specification, different embodiments are given the same or similar reference numerals, and the description thereof is replaced with the first explanation. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명은 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자 조성물 및 상기 조성물의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides an oxidant particle composition having a porous structure in which metal particles are dispersed and a process for producing the composition.
이하에서는, 본 발명에 따른 조성물의 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for producing the composition according to the present invention will be described.
도 1은 본 발명에 따른 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a composition according to the present invention.
먼저, 본 발명에 따른 조성물의 제조방법은 산화제를 유기 용매에 용해 시켜 산화제 용액을 제조(S110)한다.First, a method for preparing a composition according to the present invention comprises dissolving an oxidizing agent in an organic solvent to prepare an oxidizing agent solution (S110).
상기 산화제는 과염소산암모늄, 과염소산칼륨, 염소산칼륨, 염소산나트륨, 질산칼륨, 질산나트륨, 질산암모늄, 사이클로트리메틸렌 트리니트라민(cyclotrimethylene trinitramine), 사이클로테트라메틸렌 테트라니트라민(cyclotetramethylene tetranitramine), 2,4,6,8,10,12-헥사니트로-2,4,6,8,10,12-헥사아자이소우르지탄(2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurzitane), 암모늄 디니트라마이드(ammonium dinitramide), 1,1-디아미노- 2,2-디니트로에틸렌(1,1-diamino- 2,2-dinitroethylene) 및 2,2',4,4',6,6',-헥사니트로스틸벤(2,2',4,4',6,6',-hexanitrostilbene)에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다.The oxidizing agent may be selected from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, potassium chlorate, sodium chlorate, potassium nitrate, sodium nitrate, ammonium nitrate, cyclotrimethylene trinitramine, cyclotetramethylene tetranitramine, 6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisorujitan (2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8 , 10,12-hexaazaisowurzitane), ammonium dinitramide, 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene, and 2,2 ' 4,4 ', 6,6', - hexanitrosilobenzene (2,2 ', 4,4', 6,6 ', - hexanitrostilbene).
상기 유기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸설폭사이드, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아미드 및 γ-부티로락톤에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다. 바람직하게는 유기 용매로 N-메틸-2-피롤리돈을 사용하는 것이 좋다.The organic solvent is one or more selected from N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylsulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, Lt; / RTI > Preferably, N-methyl-2-pyrrolidone is used as the organic solvent.
상기 산화제의 함량은 상기 산화제 용액 대비 1 내지 50 중량%인 것일 수 있다. 이때 상기 산화제의 함량이 1 중량% 보다 적으면 산화제 입자가 생성되지 않을 수 있고, 반대로 50 중량% 보다 많으면 산화제 입자의 과도한 과포화도로 인해 응집되거나 나노 크기 또는 서브마이크론 범위로 제조되지 않을 수 있다. 바람직하게는 20 내지 40 중량%인 것이 좋다.The content of the oxidizing agent may be 1 to 50% by weight based on the oxidizing agent solution. If the content of the oxidizing agent is less than 1 wt%, oxidant particles may not be produced. Conversely, if the amount of the oxidizing agent is more than 50 wt%, it may aggregate due to excessive supersaturation of the oxidant particles, or may not be produced in a nanoscale or submicron range. And preferably 20 to 40% by weight.
다음으로, 금속 입자를 반용매에 분산시켜 금속 입자 분산액을 제조(S120)한다.Next, the metal particles are dispersed in an anti-solvent to prepare a metal particle dispersion (S120).
상기 금속 입자는 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 비스무트(Bi) 및 텅스텐(W)에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다. 바람직하게는 금속 입자로 알루미늄을 사용하는 것이 좋다.The metal particles may be one or more selected from aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), zirconium (Zr), bismuth (Bi) and tungsten (W). Preferably, aluminum is used as the metal particles.
상기 금속 입자는 입자 크기가 0.01 내지 5㎛인 것일 수 있다. 이때 상기 금속 입자의 입자 크기가 0.01㎛ 보다 작으면 입자 간 응집력이 강하여 금속 입자가 유기용매에 쉽게 분산될 수 없고, 반대로 5㎛ 보다 크면 빠른 연소 속도를 보이지 않으므로 추진제 조성물로 부적합하다.The metal particles may have a particle size of 0.01 to 5 탆. If the particle size of the metal particles is less than 0.01 탆, the cohesive force between the particles is so strong that the metal particles can not be easily dispersed in the organic solvent. On the other hand, when the particle size is larger than 5 탆,
상기 금속 입자의 함량은 금속 입자 분산액 중량 대비 1 내지 40 중량%인 것일 수 있다. 이때 금속 입자의 함량이 5 중량% 보다 적으면 금속에 의한 산화제 연소 속도 향상을 기대할 수 없고, 반대로 40 중량% 보다 많으면 불균일한 금속 입자의 분포와 함께 침강이 일어난다.The content of the metal particles may be 1 to 40% by weight based on the weight of the metal particle dispersion. At this time, if the content of the metal particles is less than 5 wt%, the improvement of the burning speed of the oxidizing agent by the metal can not be expected. Conversely, if the content of the metal particles is more than 40 wt%, the precipitation occurs together with the distribution of the uneven metal particles.
상기 반용매는 메틸렌클로라이드, 카본 테트라클로라이드, 아닐린, 디메틸아닐린, 니트로메탄, 사이클로헥산, 헥산, 헵탄 및 벤젠에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다. The semi-solvent may be one or more selected from methylene chloride, carbon tetrachloride, aniline, dimethylaniline, nitromethane, cyclohexane, hexane, heptane and benzene.
상기 반용매는 산화제가 용해된 용액에서 산화제의 용해도를 낮추어 침전을 일으킨다. 또한, 이러한 반용매는 금속 입자를 균일하게 분산시켜 산화제 입자가 석출될 때 적절하게 금속 입자가 seed 역할을 하여 산화제 입자 내부에 금속 입자가 쉽게 분산되어 내포될 수 있도록 한다.The semi-solvent lowers the solubility of the oxidizing agent in the solution in which the oxidizing agent is dissolved to cause precipitation. In addition, such an anti-solvent allows the metal particles to be uniformly dispersed so that the metal particles appropriately serve as seeds when the oxidizer particles are precipitated, so that the metal particles can be easily dispersed and contained in the oxidizer particles.
상기 금속 입자와 상기 반용매의 혼합비는 1:1 내지 1:150 중량비인 것일 수 있다. 바람직하게는 1:20 내지 1:100 중량비인 것이 좋다.이때 상기 혼합비를 벗어나는 경우 산화제 입자에 금속 입자가 내포되지 않거나 산화제의 연소 속도 향상에 이르지 않으며 금속 입자 함량이 높을 경우 침강에 의해 산화제에 내포되는 금속 입자 함량이 낮아질 수 있다. The mixing ratio of the metal particles and the semi-solvent may be 1: 1 to 1: 150 by weight. Preferably 1:20 to 1: 100 weight ratio. When the mixing ratio is out of the range, the metal particles are not contained in the oxidizer particles or the burning rate of the oxidizer is not improved. When the metal particle content is high, The metal particle content may be lowered.
다음으로, 상기 산화제 용액 및 상기 금속 입자 분산액 혼합한 후 교반(S130)한다.Next, the oxidant solution and the metal particle dispersion are mixed and stirred (S130).
상기 산화제 용액 및 상기 금속입자 분산액의 혼합비는 1:1 내지 1:10 중량비인 것일 수 있다. 바람직하게는 1:2 내지 1:5 중량비로 혼합하는 것이 좋다.이때 상기 혼합비를 벗어나는 경우 상기 산화제 용액과 상기 금속입자 분산액의 혼합 과정에서 상분리 또는 과도한 과포화도로 인해 산화제가 균일하게 분산되지 않을 수 있다. The mixing ratio of the oxidant solution and the metal particle dispersion may be 1: 1 to 1:10 by weight. Preferably, the oxidizing agent is mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1: 5. If the mixing ratio is out of the range, the oxidizing agent may not be uniformly dispersed due to phase separation or excessive supersaturation in the mixing process of the oxidizing agent solution and the metal particle dispersion .
상기 산화제 용액 및 상기 금속 입자 분산액을 혼합한 후 교반하는 경우, 복수의 산화제 입자들이 석출된다.When the oxidizer solution and the metal particle dispersion are mixed and stirred, a plurality of oxidizer particles are precipitated.
상기 석출된 산화제의 입자 직경은 0.1 내지 500㎛인 것일 수 있다. 상기 산화제의 입자 직경이 0.1㎛ 보다 작으면 입자 간 결합이 강하여 금속 입자의 분산도가 낮은 조성물이 제조되며, 반대로 500㎛ 보다 크면 높은 다공성으로 인해 응집체의 구조가 연소 과정에서 쉽게 붕괴될 수 있다.The precipitated oxidizing agent may have a particle diameter of 0.1 to 500 μm. When the particle diameter of the oxidizing agent is less than 0.1 탆, the composition of the particles is strong and the dispersibility of the metal particles is low. On the other hand, when the diameter of the oxidizing agent is larger than 500 탆, the structure of the aggregate can be easily collapsed in the combustion process due to high porosity.
마지막으로, 상기 석출된 산화제 입자들에 결합 액체(bridging liquid)인 증류수를 점적(S140)한다.Finally, distilled water, which is a bridging liquid, is dripped on the precipitated oxidant particles (S140).
상기 증류수는 결합 액체(bridging liquid)으로, 상기 석출된 산화제 입자들이 서로 가교화하여 산화제 입자 조성물을 형성하도록 한다. 이때, 상기 조성물은 공극을 포함하며, 상기 공극은 결합 액체의 계면 젖힘(interfacial wetting)과 응집(agglomeration)에 의해 형성된다.The distilled water is a bridging liquid, which causes the precipitated oxidant particles to crosslink with each other to form an oxidant particle composition. At this time, the composition includes a void, and the void is formed by interfacial wetting and agglomeration of the bonding liquid.
상기 각 단계는 10 내지 40℃의 온도 범위에서 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있으며, 일정한 온도로 유지되는 어떤 형태의 용기에서도 충분히 진행될 수 있다. 이때 상기 온도와 시간을 벗어나는 경우 휘발 또는 증발에 의해 용매가 손실되거나 산화제가 석출되어 가교화도가 낮아질 수 있다.Each of the above steps can be carried out for 1 to 5 hours at a temperature range of 10 to 40 DEG C and can be sufficiently carried out in any type of container maintained at a constant temperature. If the temperature and time are out of the range, the solvent may be lost due to volatilization or evaporation, or the oxidizing agent may be precipitated and the degree of crosslinking may be lowered.
상기 각 단계에서 교반 속도는 200 내지 500rpm 범위이며 결합 액체(bridging liquid)인 증류수의 주입속도는 0.1 내지 5ml/min 범위이다. 이때, 500rpm 보다 빠르면 원심력에 의해 산화제 입자의 재분산에 의해 산화제 입자들이 가교화될 수 없고, 반대로, 상기 교반 속도가 200rpm 보다 느리면 평균 입경이 매우 큰 산화제 입자로 인해 산화제 입자의 응집을 위한 충분한 원심력이 확보되지 않아 산화제 입자가 가교화되지 않을 수 있다. 또한, 0.1 내지 5ml/min 의 주입 속도를 벗어나는 경우 충분한 과포화도 발생이 이뤄지지 않으므로 산화제 입자가 생성되지 않거나 죽상 응집체가 형성되며, 고화될 수 없다.In each of the above steps, the stirring speed is in the range of 200 to 500 rpm and the injection rate of the distilled water as the bridging liquid is in the range of 0.1 to 5 ml / min. If the stirring speed is lower than 200 rpm, the oxidant particles can not be crosslinked due to redistribution of the oxidant particles by centrifugal force. On the contrary, if the stirring speed is lower than 200 rpm, sufficient centrifugal force Is not secured and the oxidizer particles may not be crosslinked. Further, when the rate of injection is out of the range of 0.1 to 5 ml / min, no sufficient supersaturation occurs, so that oxidant particles are not formed or a coagulum is formed and can not be solidified.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조성물에 대하여 설명한다.Hereinafter, a composition according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명에 따른 상기 조성물은 금속 입자가 분산된 구형의 응집체로서 상기 응집체는 5 내지 50%의 공극률을 보이는 다공성 구조인 것을 특징으로 한다.The composition according to the present invention is a spherical agglomerate in which metal particles are dispersed, and the agglomerate is a porous structure having a porosity of 5 to 50%.
여기서, 다공성 구조는 코어인 금속 입자와 쉘인 산화제로 구성된 코어-쉘 구조의 입자가 응집에 의해 결합된 것을 의미한다.Here, the porous structure means that the particles of the core-shell structure composed of the core metal particles and the shell-like oxidizing agent are bonded by agglomeration.
상기 조성물은 금속 입자가 산화제 입자에 분산된 형태로 금속 입자와 산화제 입자의 불균일한 혼합과 평균 입경 차이로 인해 발생되는 입자 간의 긴 확산 거리가 단축될 수 있다. The composition can reduce the long diffusion distance between the particles due to the nonuniform mixing of the metal particles and the oxidizer particles and the difference in the average particle diameters in the form that the metal particles are dispersed in the oxidizer particles.
한편, 상기 조성물은 결합 액체(bridging liquid)에 의한 다공성 구조로 인해 테일러 불안정(Taylor instability) 현상이 일어나며 이는 고압 연소 기체로 인한 미반응 산화제 표면 박리를 일으켜 연소 특성이 향상된다.On the other hand, the composition has a Taylor instability phenomenon due to a porous structure formed by a bridging liquid, which causes surface peeling of unreacted oxidizing agent due to a high-pressure combustion gas, thereby improving combustion characteristics.
상기 조성물의 직경은 100 내지 3000㎛일 수 있으며, 5 내지 50%의 공극률을 가지는 것일 수 있다. The diameter of the composition may be 100 to 3000 탆 and may have a porosity of 5 to 50%.
본 발명에 따른 조성물은 금속 입자가 산화제 입자에 일체형으로 완전하게 분산됨으로써 금속 입자와 산화제 간의 불균일 혼합으로 발생할 수 있는 반응 확산 거리를 단축시킬 수 있으며, 취급이 용이하게 된다. 또한, 다공성 구조로 인한 테일러 불안정 연소(Taylor unstable burning)로 인해 단위 부피당 연소 면적이 확대되어 공극이 없는 추진제 조성물에 비해 연소 특성이 향상될 수 있다. 이에 더불어 급속한 연소 기체의 압력 팽창으로 인한 구조체의 파괴 현상을 방지하고 일정 수준으로 공극률이 조절될 수 있다.The composition according to the present invention can reduce the reaction diffusion distance that can be generated by heterogeneous mixing between the metal particles and the oxidizing agent because the metal particles are completely and integrally dispersed in the oxidizing agent particles and can be handled easily. In addition, due to the Taylor unstable burning due to the porous structure, the combustion area per unit volume is enlarged, so that the combustion characteristics can be improved as compared with the airgel-free propellant composition. In addition, the structure can be prevented from breaking due to the rapid expansion of the pressure of the combustion gas, and the porosity can be controlled to a certain level.
이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.
[실시 예 1][Example 1]
상온에서 32.88g 과염소산암모늄(AP)을 100g NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 완전히 용해시켜 산화제 용액을 제조하였다. 32.88 g of ammonium perchlorate (AP) was dissolved in 100 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) at room temperature to prepare an oxidizing agent solution.
다음으로, 평균 입경 0.1㎛의 0.277g Al을 500g 무수 디클로로메탄(dichloromethane)에 분산시켜 금속 입자 분산액을 제조하였다. 상기 산화제 용액 및 금속 입자 분산액을 일시에 1:5 중량비로 혼합하였다. Next, 0.277 g of Al having an average particle diameter of 0.1 탆 was dispersed in 500 g of anhydrous dichloromethane to prepare a metal particle dispersion. The oxidant solution and the metal particle dispersion were mixed at a weight ratio of 1: 5 at a time.
다음으로, 상기 혼합된 용액에 결합 액체(bridging liquid)로 3g 증류수를 분당 0.2ml 속도로 주입하였다. 상기 증류수가 모두 주입된 후 약 1시간 동안 상기 혼합 용액을 200rpm 속도로 교반한 후 생성된 산화제 응집체를 Whatman No.1 여과지로 회수하고, 65℃로 유지되는 진공 오븐에서 24h 동안 건조하여 Al이 분산된 다공성 구조의 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다. Next, 3 g of distilled water was injected into the mixed solution at a rate of 0.2 ml per minute as a bridging liquid. After the distilled water was injected, the mixed solution was agitated at a speed of 200 rpm for about 1 hour. The resulting oxidant agglomerate was recovered by Whatman No. 1 filter paper and dried in a vacuum oven maintained at 65 ° C for 24 hours, To obtain perchlorate ammonium oxidizer particles having a porous structure.
도 2는 상기 실시 예 1에서 제조된 조성물의 사진이고, 도 3은 상기 실시 예 1에서 제조된 조성물의 광학현미경 사진이다. 도 4 및 도 5는 상기 실시 예 1에서 제조된 조성물의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다. 도 2 내지 5에서 확인할 수 있듯이, 상기 조성물은 평균 입자 크기가 200㎛이며, 수은 다공도계(Autopore II 9220, Micrometrics Co.,)에 의한 분석 결과 20.1%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 2 is a photograph of the composition prepared in Example 1, and FIG. 3 is an optical microscope photograph of the composition prepared in Example 1. FIGS. 4 and 5 are SEM micrographs of cross sections of the composition prepared in Example 1. FIG. As can be seen from FIGS. 2 to 5, the composition had an average particle size of 200 μm and an analysis by a mercury porosimeter (Autopore II 9220, Micrometrics Co.) showed 20.1% voids.
도 6 및 도 7은 상기 실시 예 1에서 제조된 조성물의 에너지 분산 스펙트럼(energy dispersive spectrum)을 나타낸 것이다.6 and 7 show the energy dispersive spectrum of the composition prepared in Example 1 above.
도 6은 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 염소 원자 분포를 나타낸 것이고, 도 7은 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 알루미늄 분포를 나타낸 것이다. 이를 통해, 금속 입자인 알루미늄이 과염소산암모늄 산화제 입자에 분산되어 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있었다. FIG. 6 shows the chlorine atom distribution of the ammonium perchlorate oxidant particle composition, and FIG. 7 shows the aluminum distribution of the ammonium perchlorate oxidant particle composition. As a result, it was confirmed that the metal particles, aluminum, were dispersed and uniformly distributed in the ammonium perchlorate particles.
[실시예 2][Example 2]
300rpm의 교반속도에서 수행하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다.Ammonium peroxide ammonium oxidizer particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the stirring was carried out at a stirring speed of 300 rpm.
도 8은 상기 실시 예 2에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 광학현미경 사진이다. 이를 통해 상기 과염소산암모늄 산화제 입자는 평균 입자 크기가 225㎛이며, 24%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.8 is an optical microscope photograph of the ammonium perchlorate oxidant particle composition prepared in Example 2. FIG. As a result, it was confirmed that the perchlorate ammonium oxidizer particles had an average particle size of 225 μm and a void of 24%.
[실시예 3][Example 3]
400rpm의 교반속도에서 수행하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다.Ammonium peroxide ammonium oxidizer particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the stirring was carried out at a stirring speed of 400 rpm.
도 9는 상기 실시 예 3에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 광학현미경 사진이다. 이를 통해 상기 과염소산암모늄 산화제 입자는 평균 입자 크기가 280㎛이며, 25%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.9 is an optical microscope photograph of the ammonium perchlorate oxidizer particle composition prepared in Example 3 above. As a result, it was confirmed that the perchlorate ammonium oxidizer particles had an average particle size of 280 μm and a pore size of 25%.
[실시예 4] [Example 4]
500rpm의 교반속도에서 수행하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다.Ammonium peroxide ammonium oxidizer particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the stirring was carried out at a stirring speed of 500 rpm.
도 10은 상기 실시 예 4에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 광학현미경 사진이다. 이를 통해 상기 과염소산암모늄 산화제 입자는 평균 입자 크기가 290㎛이며, 18%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.10 is an optical microscope photograph of the ammonium perchlorate oxidizer particle composition prepared in Example 4. FIG. As a result, it was confirmed that the perchlorate ammonium oxidizer particles had an average particle size of 290 μm and 18% voids.
[실시예 5][Example 5]
상기 실시 예 1과 동일한 방법과 조성에서 1,1-디아미노- 2,2-디니트로에틸렌을 약 6.6g 정도 N-메틸-2-피롤리돈에 추가로 용해시켜 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다. 그 다음 상기 용액에 결합 액체(bridging liquid)로 3g 증류수를 분당 0.5ml 속도로 주입하였다.About 6.6 g of 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene was further dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone in the same manner and in the same manner as in Example 1 to obtain perchlorate ammonium oxidizer particles . Then, 3 g of distilled water was injected into the solution at a rate of 0.5 ml per minute as a bridging liquid.
도 11은 상기 실시 예 5에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 사진이다. 이를 통해 상기 과염소산암모늄 산화제 입자는 평균 입자 크기가 434㎛이며, 12%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.11 is a photograph of the ammonium perchlorate oxidizer particle composition prepared in Example 5 above. As a result, it was confirmed that the perchlorate ammonium oxidizer particles had an average particle size of 434 μm and a pore size of 12%.
[실시예 6][Example 6]
상기 실시 예 1과 동일한 방법과 조성에서 1,1-디아미노- 2,2-디니트로에틸렌을 약 6.6g 정도 N-메틸-2-피롤리돈에 추가로 용해시켜 과염소산암모늄 산화제 입자를 수득하였다. 그 다음 상기 용액에 결합 액체(bridging liquid)로 3g 증류수를 분당 0.3ml 속도로 주입하였다.About 6.6 g of 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene was further dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone in the same manner and in the same manner as in Example 1 to obtain perchlorate ammonium oxidizer particles . Then 3 g of distilled water was injected into the solution at a rate of 0.3 ml per minute as a bridging liquid.
도 12는 상기 실시 예 6에서 제조된 과염소산암모늄 산화제 입자 조성물의 사진이다. 이를 통해 상기 과염소산암모늄 산화제 입자는 평균 입자 크기가 3185㎛이며, 16%의 공극을 갖는 것을 확인할 수 있었다.12 is a photograph of the ammonium perchlorate oxidizer particle composition prepared in Example 6 above. As a result, it was confirmed that the perchlorate ammonium oxidizer particles had an average particle size of 3185 μm and a porosity of 16%.
[비교 예 1][Comparative Example 1]
상기 실시 예 1과 동일한 방법에서 디클로로메탄 대신에 무수 옥탄이 반용매로 이용되었다. 옥탄은 N-메틸-2-피롤리돈과 혼합되어 과염소산암모늄 입자가 석출되지 않았다.In the same manner as in Example 1, anhydrous octane was used as an anti-solvent instead of dichloromethane. Octane was mixed with N-methyl-2-pyrrolidone and ammonium perchlorate particles were not precipitated.
[비교 예 2][Comparative Example 2]
상기 실시 예 1과 동일한 방법에서 디클로로메탄 대신에 무수 페트롤리엄 에테르가 반용매로 이용되었다. 과염소산암모늄의 석출은 일어나지 않았으며 응집체가 형성되지 않았다.In the same manner as in Example 1, anhydrous petroleum ether was used as an anti-solvent instead of dichloromethane. Precipitation of ammonium perchlorate did not occur and aggregates were not formed.
[비교 예 3][Comparative Example 3]
20℃에서 N-메틸-2-피롤리돈 12.2g에 과염소산 암모늄을 4g 용해시켰다. 상기 용액 1g을 반용매인 디클로로메탄 5g과 혼합하였다. 디클로로메탄에는 약 0.01 g Al이 균질하게 분산되어있다. 이때 교반 속도는 500rpm이다. 도 13은 비교 예 3에서 제조된 과염소산 암모늄 입자 조성물의 주사전자현미경 사진이다. 그림에서 알 수 있듯이 과염소산 암모늄입자는 응집체가 아니며 대략적으로 2.5μm이며 입방정 형태이다.4 g of ammonium perchlorate was dissolved in 12.2 g of N-methyl-2-pyrrolidone at 20 占 폚. 1 g of the solution was mixed with 5 g of dichloromethane as an anti-solvent. About 0.01 g Al is uniformly dispersed in dichloromethane. The stirring speed is 500 rpm. 13 is a scanning electron micrograph of the ammonium perchlorate particle composition prepared in Comparative Example 3. Fig. As can be seen, the ammonium perchlorate particles are not agglomerates and are approximately 2.5 μm in cubic shape.
[비교 예 4][Comparative Example 4]
20℃에서 N-메틸-2-피롤리돈 12.2g에 과염소산 암모늄을 4g 용해시켰다. 상기 용액 1g을 반용매인 디클로로메탄 25g과 혼합하였다. 디클로로메탄에는 약 0.01 g Al이 균질하게 분산되어있다. 이때 교반 속도는 500rpm이다. 도 14는 비교 예 4에서 제조된 과염소산 암모늄 입자 조성물의 주사전자현미경 사진이다. 그림에서 알 수 있듯이 과염소산 암모늄입자는 응집체가 아니며 대략적으로 2.2μm이며 입방정 형태이다.4 g of ammonium perchlorate was dissolved in 12.2 g of N-methyl-2-pyrrolidone at 20 占 폚. 1 g of the solution was mixed with 25 g of dichloromethane as an anti-solvent. About 0.01 g Al is uniformly dispersed in dichloromethane. The stirring speed is 500 rpm. 14 is a scanning electron micrograph of the ammonium perchlorate particle composition prepared in Comparative Example 4. Fig. As can be seen in the figure, the ammonium perchlorate particles are not agglomerates and are approximately 2.2 μm in cubic shape.
[비교 예 5][Comparative Example 5]
상기 실시 예 1과 동일한 방법에서 디클로로메탄 대신에 o-xylene이 반용매로 이용되었다. 도 15는 비교 예 5에서 제조된 과염소산 암모늄 입자 조성물의 주사전자현미경 사진이다. 그림에서 알 수 있듯이 과염소산 암모늄입자는 구형 응집체가 아니며 다공성 주상정이다.In the same manner as in Example 1, o-xylene was used as an anti-solvent instead of dichloromethane. 15 is a scanning electron micrograph of the ammonium perchlorate particle composition prepared in Comparative Example 5. Fig. As can be seen in the figure, ammonium perchlorate particles are not spherical aggregates and are porous columnar.
따라서 금속 입자가 분산된 다공성 구조의 산화제 입자는 금속 입자가 산화제 입자에 일체형으로 완전하게 분산됨으로써 금속 입자와 산화제 간의 불균일 혼합으로 발생할 수 있는 반응 확산 거리를 단축시키는 효과가 있으며, 취급이 용이하다. 또한, 다공성 구조가 확인됨에 따라 단위 부피당 연소 면적의 확대로 인해 공극이 없는 추진제 조성물에 비해 연소 속도의 향상이 기대된다.Therefore, the oxidant particles having a porous structure in which the metal particles are dispersed are effective to shorten the reaction diffusion distance which can be generated by nonuniform mixing of the metal particles and the oxidant, because the metal particles are completely dispersed integrally with the oxidant particles. Further, as the porous structure is confirmed, the combustion rate is expected to be improved as compared with the propellant composition having no void due to an increase in the combustion area per unit volume.
Claims (7)
금속 입자를 반용매에 분산시켜 금속 입자 분산액을 제조하는 단계;
상기 산화제 용액 및 상기 금속 입자 분산액을 혼합한 후 교반하여 복수의 산화제 입자들을 석출하는 단계; 및
상기 석출된 산화제 입자들에 증류수를 혼합하여 상기 석출된 산화제 입자들을 가교하는 단계를 포함하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법.Dissolving the oxidizing agent in an organic solvent to prepare an oxidizing agent solution;
Dispersing the metal particles in an anti-solvent to prepare a metal particle dispersion;
Mixing the oxidant solution and the metal particle dispersion, and stirring the mixture to precipitate a plurality of oxidant particles; And
And mixing the precipitated oxidizer particles with distilled water to crosslink the precipitated oxidizer particles.
상기 산화제는 과염소산암모늄, 과염소산칼륨, 염소산칼륨, 염소산나트륨, 질산칼륨, 질산나트륨, 질산암모늄, 사이클로트리메틸렌 트리니트라민, 사이클로테트라메틸렌 테트라니트라민, 2,4,6,8,10,12-헥사니트로-2,4,6,8,10,12-헥사아자이소우르지탄, 암모늄 디니트라마이드, 1,1-디아미노-2,2-디니트로에틸렌 및 2,2',4,4',6,6'-헥사니트로스틸벤으로 이루어진 군에서 선택되는 중 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법.The method according to claim 1,
The oxidizing agent may be selected from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, potassium chlorate, sodium chlorate, potassium nitrate, sodium nitrate, ammonium nitrate, cyclotrimethylenetrienetramine, cyclotetramethylenetetranitramine, 2,4,6,8,10,12- Hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisoojitane, ammonium dinitramide, 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene and 2,2 ', 4,4' , And 6,6'-hexanitrostylbenzene. The method for producing a porous oxidant particle composition according to claim 1,
상기 금속 입자는 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 비스무트(Bi) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal particles are at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), zirconium (Zr), bismuth (Bi) and tungsten ≪ / RTI >
상기 유기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸설폭사이드, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아미드 및 γ-부티로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylsulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, Or more of the total weight of the porous oxidant particles.
상기 반용매는 메틸렌 클로라이드, 카본 테트라클로라이드, 아닐린, 디메틸아닐린, 니트로메탄, 사이클로헥산, 헥산, 헵탄 및 벤젠으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the semi-solvent is at least one selected from the group consisting of methylene chloride, carbon tetrachloride, aniline, dimethylaniline, nitromethane, cyclohexane, hexane, heptane and benzene. ≪ / RTI >
상기 다공성 산화제 입자의 직경은 100 내지 3000㎛이고, 공극률은 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 금속 입자가 분산된 다공성 산화제 입자 조성물.The method according to claim 6,
Wherein the porous oxidant particles have a diameter of 100 to 3000 占 퐉 and a porosity of 5 to 50%.
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