결정화에 의한 입도 및 형상 제어와 고에너지 물질의 둔감화 연구
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 구기갑
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063279
- UCI I804:11029-000000063279
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
군용 무기에 사용되는 Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine(RDX)와 Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazine(HMX)는 우수한 폭발성능을 나타내지만 민감한 화약이기 때문에 의도치 않은 폭발을 방지하기 위해서 순수한 상태로는 주장약이나 보조장약으로 사용할 수 없다. 현재까지도 비의도적 폭발 사고가 종종 발생함에 따라 고에너지 물질의 개발에 있어 폭발성능뿐만 아니라 둔감도 확보 또한 중요한 요소로 알려지면서 고에너지 물질의 둔감화 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 고에너지 물질의 둔감화 방법 중에서 입도 감소에 의한 고에너지 물질 내 열점 제거 방법이 일반적으로 널리 알려져 있으나, 기존의 서브마이크론 수준 입자 제조 기술은 높은 공정 비용, 낮은 생산율과 같은 단점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 분사 장치를 이용한 drowning-out 결정화 장치를 설계 및 제작하여 고에너지 물질의 둔감화를 위해 결정 입도 500~1000 nm 크기의 고에너지 물질 결정을 낮은 공정 비용과 높은 생산 속도로 생산할 수 있는 결정화 공정 개발을 수행하였다. 다양한 종류의 용매와 반용매 선정 실험을 거쳐 최종적으로 용매는 acetone, 반용매는 water로 결정되었고, 분사 결정화에 있어 결정 입도에 영향을 미치는 분사 거리, 용액/반용매 농도 및 온도, 분사 압력, 첨가제 등등의 다양한 변수 실험에 의해 나노 수준의 RDX, HMX 입자를 제조할 수 있는 분사 결정화 공정의 최종 운전 조건을 확립하였다. 최종 운전 조건에서 제조된 RDX 입자는 충격 감도 측정을 통해 기존의 RDX보다 그 둔감도가 약 40 % 증가함을 알 수 있었다. HMX의 경우, 분사 결정화 기술과 첨가제 PVP( 0.2 g/1000 g water)를 도입하여 평균 입경이 약 400 nm인 HMX 입자를 제조할 수 있었으나, 그 결정형은 γ-form이었다. β-form의 HMX를 제조하기 위해서 초음파 또는 균질기(homogenizer)를 결합한 용매 매개 상전이(solvent-mediated transformation)에 의한 결정화 연구와 습식 분쇄 공정에 의한 나노 β-form HMX 제조 연구를 수행하였다. 충격감도 측정 결과, 밀링에 의한 β-HMX의 둔감도 향상은 미미하였으며, 이는 분쇄로 인한 거친 표면 불안정성에 의한 것으로 해석되어 둔감도를 향상시키기 위한 표면 개질 공정을 수행하였다. 최종적으로 밀링에 의해 제조된 나노 β-form HMX를 seed로 사용하는 냉각결정화 공정(성장억제제 사용 및 과포화도 제어)을 개발하여 둔감도가 2 배 이상 향상된 평균 입도 700-900 nm의 β-HMX 입자를 제조하였다.
more초록/요약
Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX), Octahydro-1,3,5,7-t-etranitro-1,3,5,7-tetrazine (HMX) and other high-energy materials are important not only in terms of performance but also in stability, and the research on desensitization of high-energy materials has been continuously carried out. Among the methods for desensitization of high energy materials, a method of removing hot spots in a high energy material by reducing the particle size is widely known, but conventional submicron sized particle production techniques have disadvantages such as high process cost and low production rate. In this study, a drowning-out crystallization process using a spraying apparatus was designed and manufactured and the crystallization process development was carried out to produce a high-energy material crystal with a particle size of 500 to 1000 nm at low process cost and high production rate for desensitization of high energy material. After selecting experiments of various solvents and antisolvents, the final solvent and antisolvent were determined as acetone and water, respectively. The final operating conditions of the drowning-out with spray process like as spray distances, solution/antisolvent concentration and temperature, injection pressure, additives, which can produce submicrometer-sized RDX and HMX particles, were established by various variable experiments. The RDX particles produced under the final operating conditions showed an approximately 40% increase in dull sensitivity compared to the conventional RDX through the measurement of impact sensitivity. In the case of HMX, the particles having an average particle size of about 400 nm could be prepared by injection-crystallization technique and an additive PVP (0.2 g / 1000 g water), but its polymorph was γ-form. In order to prepare β-form HMX, crystallization by solvent-mediated transformation with an ultrasonic or homogenizer was carried out, and nano β-form HMX was prepared by a wet grinding process. As a result of the impact sensitivity measurement, the improvement of the insensitivity of β-HMX by milling was insignificant, and it was interpreted as a rough surface instability due to grinding, and a surface modification process was performed to improve the insensitivity. Finally, a cooling crystallization process (using growth inhibitor and control of supersaturation) using nano β-form HMX produced by milling was developed and β-HMX particles with an average particle size of 700-900 nm were produced.
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