주조가능한 적외선 발광 조성물 |
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| 申请号 | KR1019950700161 | 申请日 | 1993-06-14 | 公开(公告)号 | KR100265094B1 | 公开(公告)日 | 2000-10-02 |
| 申请人 | 티오콜 프로폴션 코포레이션; | 发明人 | 닐슨,다니엘,비.; | ||||
| 摘要 | 본 발명은 연소시 상당한 수준의 적외선 및 제한된 수준의 가시 광선을 생성하는 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물의 기본 성분에는 결합제, 산화제 및 연료가 포함되고, 여기서 결합제는 또한 연료로서도 작용한다. 바람직한 산화제에는 섬광 조성물이 연소될 때 다량의 적외선을 생성하는 화합물들이 포함된다. 이러한 산화제로는 질산칼륨, 질산세슘, 질산루비듐 및 이들 화합물의 혼합물을 들 수 있다. 상기의 바람직한 독성을 갖는 조성물을 제공하기 위해서는 결합제의 선택이 중요하다. 본 발명의 결합제는 많은 그을음을 발생시키지 않는다. 동시에, 결합제는 가공 가능하고, 천킹이 없으며, 사용 산화제와 상용성인 조성물을 형성하는데 기여한다. 비교적 짧은 탄소 사슬(1 내지 6개의 연속 탄소 원자)을 함유하는 중합체 결합제가 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이러한 중합체의 예로는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드 및 폴리아민을 들 수 있다. | ||||||
| 权利要求 | 질산칼륨, 질산세슘, 질산루비듐 또는 그의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 산화제 40중량% 내지 90중량%, 및 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아민 및 폴리아미드로 이루어진 군 중에서 선택되는 재료를 포함하는 결합제 10중량% 내지 50중량%를 포함하고, 여기서, 상기 산화제 및 결합제는 연소시 가시광선에 대한 적외선의 비율이 6.0 이상이 되고, 조성물의 연소율이 0.075cm/초 (0.030인치/초) 이상이 되며, 조성물이 주조가능하도록 선택되는, 연소시 적외선을 생성하는 발광 조성물. 제1항에 있어서, 조성물이 연소될 때 생성되는 가시광선에 대한 적외선의 비율이 10.0 내지 20.0인 발광 조성물. 제1항에 있어서, 상기 산화제가 질산칼륨, 질산세슘 및 질산루비듐으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 발광 조성물. 제3항에 있어서, 10 중량% 내지 80 중량%의 질산세슘을 포함하는 발광 조성물. 제3항에 있어서, 25 중량% 내지 80 중량%의 질산세슘을 포함하는 발광 조성물. 제1항에 있어서, 연소율이 0.075 내지 0.4 cm/초 (0.030 내지 0.150 인치/초)인 발광 조성물. 제1항에 있어서, 규소를 최대 20 중량%까지 추가로 함유하는 발광 조성물. 제1항에 있어서, 붕소를 최대 10 중량%까지 추가로 함유하는 발광 조성물. 제1항에 있어서, 상기 결합제가 에테르, 아민, 에스테르 및 아미드 연쇄결합으로 이루어진 군 중에서 선택된 연쇄결합에 의해 서로 연결된, 1 내지 6개 탄소원자의 연속 탄소 사슬을 갖는 중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 발광 조성물. 질산칼륨, 질산세슘, 질산루비듐 또는 그의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 산화제 40중량% 내지 90중량% (조성물은 25 중량% 이상의 질산세슘을 함유함), 에테르, 아민, 에스테르 및 아미드 연쇄결합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 연쇄결합으로 서로 연결된, 1 내지 6개 탄소 원자의 연속 탄소 사슬을 갖는 중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 재료를 포함하는 결합제 10 중량% 내지 50 중량%, 및 연소 속도 촉매를 포함하고, 여기서, 상기 산화제, 결합제 및 연소 속도 촉매는 조성물이 주조가능하도록 선택되는, 연소시 적외선을 생성하는 조성물. 제10항에 있어서, 상기 연소 속도 촉매가 붕소 및 규소로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 조성물. 제10항에 있어서, 25 중량% 내지 90 중량%의 질산세슘을 포함하는 조성물. 제10항에 있어서, 연소율이 0.075 내지 0.4cm/초 (0.030 내지 0.150인치/초)인 조성물. 질산세슘, 질산칼륨, 질산루비듐 및 그의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 산화제 염 40 중량% 내지 90 중량% (조성물은 30중량% 이상의 질산세슘을 함유함), 결합제 10 중량% 내지 50 중량% 및 규소 30 중량% 이하를 포함하고, 여기서, 상기 산화제 및 결합제는 조성물이 헥사민을 포함하지 않도록 선택되는 적외선 발광 조성물. 제14항에 있어서, 37 중량%의 질산칼륨, 35 중량%의 질산세슘 및 10 중량%의 규소를 포함하는 적외선 발광 조성물. 제14항에 있어서, 70 중량%의 질산세슘 및 10 중량%의 규소를 포함하는 적외선 발광 조성물. 제14항에 있어서, 35 중량%의 질산칼륨, 35 중량%의 질산세슘 및 10 중량%의 규소를 포함하는 적외선 발광 조성물. 제14항에 있어서, 17.5 중량%의 질산칼륨, 52.5 중량%의 질산세슘 및 20 중량%의 규소를 포함하는 적외선 발광 조성물. 제14항에 있어서, 연소율이 0.075 내지 0.4cm/초 (0.030 내지 0.150 인치/ 초)인 적외선 발광 조성물. 연소시 적외선을 생성하는 산화제로 이루어진 군 중에서 선택되는 산화제 40 중량% 내지 90 중량% (조성물은 산화제로서 25 중량% 이상의 질산세슘을 함유함), 결합제 10 중량% 내지 50 중량%, 및 붕소 및 규소로 이루어진 군 중에서 선택되는, 연소 속도 촉매로 작용하는 1종 이상의 재료 25 중량% 이하를 포함하는, 주조가능한 적외선 생성 조성물. 제20항에 있어서, 상기 산화제, 결합제 및 연소 속도 촉매가 연소시 가시광선에 대한 적외선의 비율이 6.0 이상이 되도록 선택되는 것인 적외선 생성 조성물. 제21항에 있어서, 상기 가시광선에 대한 적외선의 비율이 10 내지 20인 적외선 생성 조성물. 제21항에 있어서, 연소율이 주변 압력에서 0.15 cm/초 (0.0600 인치/초)를 초과하는 적외선 생성 조성물. 제21항에 있어서, 상기 산화제가 질산칼륨, 질산세슘 및 질산루비듐으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 적외선 생성 조성물. 제1항에 따른 발광 조성물을 포함하는 적외선 발광 조명탄(flare). 제25항에 따른 적외선 발광 조명탄을 연소시키는 것을 포함하는 적외선 발광 방법. |
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| 说明书全文 | [발명의 명칭] 주조가능한 적외선 발광 조성물 [발명의 상세한 설명] [발명의 배경] 1. 발명의 분야 본 발명은 상당량의 적외선을 방출하는 발광 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 높은 초기 연소율을 나타내고, 깨꿋하게 연소하며, 방출된 적외선에 비해 비교적 소량의 가시광선을 방출하는 주조가능한 적외선 발광 조성물에 관한 것이다. 2. 기술적인 배경 다양한 상황에서 야간 또는 실질적으로 일광이 감소된 기간 동안 뚜렷하게 볼 수 있는 능력이 요구된다. 이러한 상황에는 예를 들면, 수색 및 구조 작업, 경찰 감시 및 군사 작전이 있을 수 있다. 이러한 유형의 상황에서, 주요 요원이 일광이 한정되었다 하더라도 뚜렷하게 볼 수 있는 능력을 갖는 것이 종종 중요하다. 야간 또는 실질적으로 일광이 감소된 기간 동안의 가시도 문제점을 해결하기 위해, 사람이 가시광선 대신 이용가능한 적외선 발광에 기초하여 볼 수 있도록 하는 장치들이 개발되어 왔다. 적외선 시계 장치들은 다양한 형태를 취하고 있지만, 아마도 가장 일반적인 유형의 적외선 시계 장치는 야시경(night vision goggle)이다. 이들 장치는 개인 사용자들의 기동력을 그리 제한하지 않으면서 개인 사용자들이 야간에 보다 훨씬 뚜렷하게 볼 수 있도록 한다. 적외선 시계 장치의 사용을 용이하게 하기 위해, 목적 영역에서 이용가능한 적외선을 증가시키는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 점에서, 적외선 방출 조명탄(flare) 기전이 개발되었다. 이러한 기전은 다양한 형태를 취하고 있으나, 가장 널리 사용되는 기전은 발생할 수 있는 임의의 가시광선에 더하여, 비교적 다량의 적외선을 방출하는 조명탄으로 이루어진다. 적외선 방출 조명탄은 일반적으로 가시광선 조명탄과 대부분 동일한 방식으로 형성된다. 이러한 조명탄은 지면의 한 위치에서 적외선을 제공할 수 있거나, 또는 지상에서 적외선을 제공할 수 있다. 지상 작동의 경우, 조명탄 시스템에는 사용자가 목적하는 방향으로 조명탄을 발화시킬 수 있도록 하는 내부 또는 외부 추진 수단이 포함된다. 또한, 조명탄 자체는 연소시 상당량의 적외선을 생성하는 재료를 포함한다. 일반적인 작동에서, 조명탄은 목적 영역 위로 추진되어 점화된다. 이후, 방출된 적외선이 야시경과 같은 적외선 시계 장치의 유용성을 크게 증가시킨다. 이러한 조명탄에 사용하기 위한 적합한 적외선 방출 조성물의 개발에 있어서 많은 문제점에 직면하게 되었다. 예를 들어, 과량의 가시광선을 방출시키지 않는 적외선 방출 조명탄을 제공하는 것이 종종 바람직함이 이해될 것이다. 야간에 어느정도 은밀하게 작업을 수행하는 것이 바람직한 경우, 이러한 성능은 필수적이다. 조명탄으로부터 가시광선이 과도하게 방출되면 조명탄이 존재하는 영역에 있는 사람들을 경계시킬 수 있고, 따라서 이는 전체 작업의 효과를 상당히 저하시킬 수 있다. 공지되어 있는 적외선 조명탄 조성물에서는 실제로 과도한 가시광선이 방출되는 것으로 밝혀졌다. 이 점에 관하여, 적외선 방출 장치의 성능은 방출된 적외선량 대 방출된 가시광선량의 비율로 판단할 수 있다. 이 비율은 통상의 많은 적외선 방출 조성물에 있어서 낮은 것으로 밝혀졌고, 이는 고비율의 가시광선이 조명탄으로부터 방출되는 것을 의미한다. 적외선 방출 조성물의 사용에서 직면하게 되는 또다른 문제점은 달성되는 연소율에 관한 것이다. 많은 공지의 조성물은 목적하는 것보다 연소율이 낮으므로, 목적하는 것보다 적은 적외선을 방출한다. 효과적인 조명탄을 제공하기 위해서는, 비교적 높은 연소율이 요구된다. 조명탄 조성물의 연소 (표면적)가 시간이 경과할수록 급격하게 증가하는 것이 종종 관찰된다. 이러한 특성도 또한 일반적으로 바람직하지 않은 것이다. 공기중으로 발사된 적외선 방출 조명탄의 경우, 이는 조명탄이 지표 상에서 높이 위치하는 경우 적외선을 더 적게 방출하는 반면, 조명탄이 지표 가까이 위치하는 경우 적외선을 더 많이 방출하는 것을 의미한다. 실제로, 조명탄이 지면과 충돌한 후에도 계속 연소하는 것이 종종 발견된다. 이러한 연소율 곡선은 일반적으로 바람직한 것과는 정반대임이 이해될 것이다. 조명탄이 지면을 양호하게 조명하기 위해서는, 최고 고도에 있을 때 높은 강도의 적외선 방출량을 갖는 것이 바람직하다. 조명탄이 지면에 도달할 때 높은 적외선 방출량을 갖는 것은 덜 중요한데, 이는 다만 지면과 조명탄간의 거리가 그리 멀지 않기 때문이다. (조명도(ilumination)는 다음 등식으로 표시할 수 있다. 조명도 =(I×4π)/ (4πR 2 ), 여기서 I는 강도 (와트/스테라디안 단위)이고, R은 조명탄으로부터 조명될 목적물까지의 거리 (피트 단위)이며, 조명도는 와트/m 2 단위로 표현됨). 궁극적으로, 연소하는 조명탄이 지면에 충돌했을 때 일어날 수도 있는 발각 및 화재와 같은 눈에 띄게 되는 문제점을 줄이기 위해, 조명탄이 지표에 충돌하기 전에 작동을 중지하는 것이 바람직하다. 공지의 적외선 방출 재료에서 종종 직면하게 되는 또다른 문제점은 “천킹 아웃(chunking out)”이다. 이 현상은 작동하는 동안 조명탄 추진체 그레인(grain)의 붕괴 또는 비결합 분리를 나타내는 것이다. 이러한 상황에서 적외선 방출 조성물의 큰 조각이 조명탄으로부터 파괴되어 나와 지면에 떨어질 수 있음이 밝혀졌다. 이는 적외선 생성 조성물의 큰 조각이 손실될 경우, 조명탄이 고안된 대로 작동하지 못하고, 목적 지역 상의 적외선 방출량이 감소되며, 연소하는 조명탄 재료의 떨어진 조각들이 안전상 유해하기 때문에 문제가 된다. 또한, 통상의 조명탄 조성물을 사용하면, 그을음을 형성시키는 것으로 밝혀졌다. 그을음 형성은 방출되는 가시광선을 증가시키는 것을 포함한, 몇가지 방식으로 조명탄 장치의 작동에 악영향을 미칠 수 있다. 그을음 또는 탄소는 가열되면 흑체 복사체로서 복사할 수 있다. 그을음 형성은 주로 적외선 생성 조성물에 사용되는 연료와 결합제 때문에 일어난다. 통상의 적외선 생성 조성물로는 일반적으로 그을음 형성 문제를 적절히 처리할 수 없었다. 또다른 문제점은 적외선(IR) 방출 조성물의 노화(aging)에 관한 것이다. 공지된 조성물이 시간이 경과함에 따라 실질적으로 분해되는 것이 종종 관찰되었다. 이는 저장 온도가 상승할 경우 특히 그러하다. 어떤 상황에서는, 이들 재료를 50℃ 이상의 온도에서 장기간 저장해야 할 필요가 있을 수 있다. 이는 공지된 조성물을 사용하여서는 쉽게 달성할 수 없었다. 요약하면, 공지된 적외선 방출 조성물은 그리 이상적이지 못한 것으로 밝혀졌다. 기존 재료에 있어서의 제한점으로 인해, 이들의 효율성이 감소되었다. 직면하게 되는 문제점 중 몇몇은 낮은 전체 연소율, 바람직하지 않은 연소율 곡선, 천킹 아웃, 불량한 노화 및 바람직하지 않은 수준의 가시광선 방출이 포함된다. 따라서, 공지된 조성물을 사용할 때 직면하게 되는 몇가지 심각한 제한점들을 극복한 적외선 방출 조성물을 제공하는 것은 당업계의 중요한 진보가 될 것이다. 가시광선 방출 수준은 제한하면서, 높은 수준의 적외선을 방출하는 조성물을 제공하는 것은 당업계의 진보가 될 것이다. 허용되는 높은 연소율을 갖는 조성물을 제공하는 것은 당업계의 또다른 중요한 진보가 될 것이다. 실질적으로 그을음 형성이 없고, 또한 실질적으로 천킹도 없는 적외선 방출조성물을 제공하는 것도 또한 당업계의 진보가 될 것이다. 또한, 비교적 승온에서 저장하더라도 노화함에 따라 쉽게 분해되지 않는 조성물을 제공하는 것도 당업계의 진보가 될 것이다. 이러한 조성물 및 그의 제조 방법을 본 명세서에서 설명하고 청구한다. [발명의 간단한 개요] 본 발명은 연소시 상당량의 적외선을 생성하는 신규하고 진보적인 조성물에 관한 것이다. 동시에, 본 발명의 조성물은 종래 기술의 많은 한계를 제거한다. 본 발명의 조성물은 높은 연소율을 갖고, 생성되는 적외선에 비해 비교적 적은 가시광선을 생성한다 (이들은 실질적으로 그을음 형성이 없으므로). 본 발명의 조성물은 또한 천킹 및 불량한 고온 노화와 같은 통상의 문제점들을 피한다. 마지막으로, 본 발명의 조성물은 주조가능하다. 즉, 본 발명의 조성물은 액체 형태로 주형 (mold)에 부은 다음, 과도한 압력을 가하지 않고서도 주형 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 조성물의 기본 성분들로는 결합제, 산화제 및 연료를 포함한다. 본 명세서에 기재된 주조가능한 제형에서, 결합제는 연료로서 작용할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물의 특성을 특정 용도에 맞추기 위해 다른 임의 성분들을 첨가할 수도 있다. 이러한 임의 성분들로는 연소 속도 촉매 및 발열재가 포함된다. 상기 언급한 바와 같이, 생성되는 가시광선을 감소시키는 것이 중요하다. 이는 사용할 수 있는 연료를 극히 제한한다. 붕소 및 규소를 소량 사용하였고, 이는 열원 및 연소 속도 촉매로서 잘 작용한다. 탄화수소 연료를 평가하였으며, 이중 다수가 그을음을 생성시키는 경향이 있어서 많은 가시광선을 방출시킬 수 있다. 따라서, 사용되는 탄화수소 연료/결합제는 열 방출과 복사면의 크기를 증가시키기 위해 깨끗하게 연소해야 하고, 플럼(plume) 내에서 주변 공기로 연소시킬 수 있는 비발광성 파편을 제공해야 한다. 동시에, 재료는 가공성이 있고, 주조가능하며, 천킹이 없으며, 사용되는 산화제와 상용성인 조성물을 형성하는 역할을 해야 한다. 그을음 형성이 감소되는 것으로 입증된 탄화수소 결합제 (중합체)는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아민, 폴리아미드; 특히, 산소 또는 질소 원자와 교대로 있는, 주쇄내에 짧은 탄소 단편을 갖는 것들을 포함한다. 비교적 짧은 탄소 사슬 (약 1 내지 6개의 연속 탄소 원자)을 포함하는 중합체 결합제가 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이들 분자는 일반적으로 상당한 그을음을 생성시키지 않는다. 또한, 본 발명의 추가의 바람직한 특성들을 이들 재료를 사용하여 성취할 수 있다. 바람직한 산화제는 조명탄 조성물이 연소될 때 다량의 적외선을 생성시키는 화합물을 포함한다. 이러한 산화제로는 질산칼륨, 질산세슘, 질산루비듐 및 이들 화합물의 혼합물이 포함된다. 이들 산화제는 근적외선 (0.700 내지 0.900 미크론)에서 특징적인 복사 파장을 갖는 금속을 함유하도록 선택된다. 일차 복사는 이 선에서 나오며, 그의 폭은 플럼 내 열 에너지에 의해 크게 넓어진다. 상당한 수준의 적외선을 생성하기 위해, 조명탄 조성물의 연소 동안 유리 금속 (칼륨, 세슘 또는 루비듐)을 제공하는 것이 중요한 것으로 믿어진다. 이들 금속은 특정 배합으로 사용된 경우 서로 증대시키는 것으로 보인다. 유의하게는, 조성물 중 높은 수준의 질산세슘이 성능을 크게 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 질산세슘은 몇가지 중요한 잇점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 질산세슘은 연소율을 가속화하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 질산세슘은 적외선 스펙트럼 방출을 중폭시키고, 적외선 효율을 증진시킨다. 따라서, 질산세슘이 전체 조성물의 약 10 중량% 내지 약 90 중량%를 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 질산세슘이 조성물의 약 30% 내지 약 90%를 형성하도록 첨가될 때, 우수한 결과가 얻어진다. 본 발명의 조성물은 연소율이 비교적 높은 재료를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명을 이용하여 주변 압력에서 약 0.075 내지 약 0.4 cm/초 (0.030 내지 0.15 인치/초) 및 심지어 이를 다소 초과하는 연소율을 쉽게 얻을 수 있다. 보다 바람직한 범위는 약 0.15 cm/초 (0.060 인치/초)를 초과하는 것이다. 통상적으로는, 상기 범위의 연소율을 쉽게 얻을 수 없는 것으로 밝혀졌다. 본 발명은 연료, 산화제 및 결합제의 특정 조합을 선택함으로써 목적하는 특성을 맞출 수 있는 능력을 보유한다. 따라서, 특정한 연소율 및 연소율 곡선을 얻을 수 있고, 가시광선에 대한 적외선의 비율을 최적화할 수 있으며, 일반적인 물성과 화학성을 주의깊게 선택할 수 있다. 따라서, 본 발명은 융통성 있는 발광 재료를 제공한다. [도면의 간단한 설명] 본 발명의 상기한 잇점과 다른 잇점 및 목적을 얻기 위해, 상기 간단히 설명된 본 발명의 보다 구체적인 설명을 첨부한 도면을 참고로 제시할 것이다. 이들 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시태양을 예시하는 것이고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 간주되는 것이 이해되며, 하기 첨부 도면을 사용하여 본 발명을 이후 구체적이고 상세하게 기재하고 설명할 것이다. 제1도는 본 발명의 범위 내의 조성물의 적외선 및 가시광선 방출량을 도시하는 그래프이다. 제2도는 본 발명의 범위 내의 조성물의 적외선 방출량 그래프이다. 제3도는 제2도의 조성물에 대한 가시광선 방출량 그래프이다. 제4도는 본 발명의 범위 내의 조성물의 적외선 및 가시광선 방출량을 도시하 그래프이다. 제5도는 본 발명의 범위 내의 조성물의 적외선 및 가시광선 방출량을 도시하는 그래프이다. 제6도는 본 발명의 범위 내의 조성물의 적외선 및 가시광선 방출량을 도시하는 그래프이다. [바람직한 실시태양의 상세한 설명] 상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 상당량의 적외선을 방출하는 발광 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 높은 초기 연소율을 나타내고, 깨끗하게 연소하며, 방출되는 적외선에 비해 비교적 소량의 가시광선을 방출하는 적외선 발광 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물은 “주조가능한” 조성물이다. 발명의 명칭이 의미하는 바와 같이, 주조가능한 조성물은 과도한 압력을 부과하는 수단을 이용하지 않고서도 적합한 주형으로 주조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 재료는 가공하여 조명탄 장치 내에 사용하기가 용이하다. 본 발명의 범위 내의 전형적인 주조가능한 조성물은 하기 적절한 중량%의 다음 성분들을 함유할 것이다. 재료 중량(%) 산화제 염(들) 40-90 (예, 질산칼륨 및 질산세슘) 붕소 0-20 규소 0-30 중합체 결합체 예비혼합물 10-50 본 발명의 특정 실시태양에서, 산화제는 총 조성물의 약 95% 이하를 형성할 수 있다. 총 조성물의 25% 이상이 질산세슘으로 이루어지는 것이 종종 바람직하며, 이는 높은 수준의 질산세슘이 상당한 가시광선 없이 강한 적외선을 생성하기 때문이다. 조성물에 적합한 결합제의 구체적인 예는 위트코 케미컬사(Witco Chemical Corp.) 제품인 포름레즈(Formrez) 17-80 폴리에스테르이고, 보다 구체적으로는, 약 81 중량% 내지 약 83 중량% (바람직하게는 약 82.5 중량%)의 포름레즈 17-80 폴리에스테르 수지, 약 15 중량% 내지 약 17 중량% (바람직하게는 약 16.5 중량%)의 에폭시, 예를 들면, 시바-가이기사(Ciba-Geigy Corporation)의 ERL 510, 및 약 0 내지 약 2 중량% (바람직하게는 1 중량%)의 촉매, 예를 들면, 리놀렌산철을 포함하는 경화성 폴리에스테르 수지 조성물이다. 더 바람직하게는, 결합제는 약 82.5 중량%의 포름레즈 17-80 폴리에스테르 수지, 약 16.5 중량%의 ERL 에폭시 및 약 1 중량%의 리놀렌산철을 포함할 수 있다. 이 결합제 조성물을 이하 위트코 (WITCO) 1780으로 부른다. 우수한 성능을 나타내는 본 발명의 예시적인 일 실시태양은 다음과 같이 조 성 된다. 재료 중량(%) 질산칼륨 37.0 질산세슘 35.0 규소 10.0 위트코 1780 결합제 예비혼합물 18.0 이 예에서, 위트코 1780 결합제 예비혼합물은 상기한 바와 같이 에폭시 경화제와 배합된, 트리에틸렌글리콜 및 숙신산에 기재된 시판되는 폴리에스테르 수지이다. 특히, 질산세슘 함량은 25%를 초과하고, 조성물은 우수한 성능을 나타낸다. 상기 재료들을 등가의 재료로 대체할 수 있음이 이해될 것이다. 구체적으로, 질산염은 목적하는 구체적인 특성에 따라 서로 대체할 수도 있다. 이러한 한 예는 질산루비듐이고, 이는 조성물에 첨가될 수 있거나, 또는 상기한 산화제들 중 일부 또는 전부를 대체할 수도 있다. 이들에 관한 궁극적인 목적은 조성물의 연소 동안 또한 적외선 방출에도 실질적으로 기여할 수 있는 강력한 산화제를 제공하는 것이다. 상기한 화합물들은 이러한 특성을 갖는다. 상기 언급한 바와 같이, 높은 수준의 세슘염 (예, 질산세슘)을 사용하면 연소율을 400%만큼 증가시키고, 가시광선 방출량을 50%까지 감소시킨다. 이는 700 내지 1100nm 영역의 적외선을 고수준으로 유지시킴과 동시에 일어난다. 따라서, 특수하게 맞추어진 제형은 특정한 성능 기준을 달성하기 위해 높은 수준의 질산세슘을 함유할 수도 있다. 조성물이 약 10% 내지 약 90%, 많은 경우 약 25% 내지 약 90%의 질산세슘을 포함하는 것이 현재 바람직하다. 질산세슘은 조성물에 첨가되는 전체 산화제 염의 일부를 구성하고 있음이 이해될 것이다. 상기 논의한 바와 같이, 조성물은 또한 에폭시 또는 이소시아네이트 경화제와 반응하여 가교결합될 수 있는 액상 중합체 결합제를 포함한다. 결합제는 제제화, 가공 및 최종 조성물의 사용을 용이하게 한다. 동시에, 결합제는 조성물을 위한 연료원을 제공한다. 본 발명에 적합한 결합제는 또한 그을음 형성을 실질적으로 감소시킴으로써 조성물이 깨끗하게 연소되도록 한다. 본 발명에서 바람직한 결합제에는 에테르, 아민, 에스테르 또는 아미드 연쇄결합에 의해 서로 연결된 비교적 짧은 탄소 사슬 (1 내지 6개의 연속 탄소 원자)을 갖는 중합체 (폴리에테르, 폴리아민, 폴리에스테르 또는 폴리아미드)가 포함된다. 이러한 중합체의 예로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 옥시드, 폴리에스테르 및 폴리아미드가 포함된다. 상기 언급한 바와 같이, 이러한 중합체 중 하나는 위트코사 제품인 위트코 1780이다. 다른 유사한 재료는 당업자에게 잘 알려져 있고 시판되고 있다. 전체 조성물에 연소 속도 촉매 및 열원을 또한 용이하게 첨가할 수 있다. 이들 재료는 생성되는 조성물의 성능 특성을 추가로 맞출 수 있다. 그러나, 이들 재료는 가시광선을 거의 생성하지 않고 본 명세서에 기재된 바람직하지 않은 다른 특성들에 기여하지 않는 등의 허용되는 조성물의 다른 변수에도 또한 일치해야 한다. 이러한 바람직한 재료 중 2가지 예로는 규소 및 붕소가 포함되고, 반면, 마그네슘과 같은 재료들은 다량의 가시광선을 방출시키는 경향 때문에 바람직하지 않다. 본 명세서에 기재한 주조가능한 조성물에, 붕소는 바람직하게는 전체 조성물의 약 0 중량% 내지 약 20 중량%를 구성하도록 첨가된다. 규소는 바람직하게는 전체 조성물의 약 0% 내지 약 25%를 구성한다. 바람직한 조성물의 한 척도는 조성물의 연소 동안 생성되는 가시광선에 대한 적외선의 비율이다. 바람직하게는, 조성물은 3.50 이상, 더 바람직하게는 6.0보다 큰 적외선/가시광선 비율을 가질 것이다. 실제로, 본 발명을 이용하여 10 내지 20의 비율을 얻을 수 있다. 가시광선 방출 단위 당 적외선 방출의 이러한 수준은 종래의 조성물을 사용해서는 쉽게 얻지 못하는 것이었다. 본 발명의 범위 내의 조성물은 또한 중가된 연소율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 약 0.075 내지 약 0.4cm/초 (0.030 내지 약 0.15 인치/초) 범위의 연소율은 본 발명의 조성물의 특징이다. 상기 언급한 바와 같이, 바람직한 연소율은 0.15cm/초(0.060 인치/초)를 초과하는 것이다. 본 발명의 범위 내의 조성물은 또한 잘 노화되고 잘 저장된다. 이는 공지의 조성물에서는 일반적으로 가능하지 않았던 추가의 특성이다. 본 발명의 범위 내의 조성물은 승온 (예를 들면, 57℃ (135℉))에서 유의한 분해없이 1년까지 저장할 수 있다. 본 발명의 범위 내의 조성물은 공지되어 있는 통상의 기술을 이용하여 제제화하고 제조할 수 있다. 추진제, 폭약 및 폭죽 조성물을 혼합하고 제조하는데 일반적으로 이용되는 것과 같은 제제화 기술이 본 발명의 범위 내의 조성물의 제조에 바람직하게 사용된다. [실시예] 하기 실시예들은 본 발명에 따라 제조되었거나 제조할 수 있는 다양한 실시태양을 설명하기 위해 제시된다. 이들 실시예는 단지 예로서 제시되며, 하기 실시예가 본 발명에 따라 제조할 수 있는 본 발명의 많은 유형의 실시태양을 포괄하거나 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다. [실시예 1] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 주조가능한 조성물을 제제화하였다. 제제는 비교적 높은 수준의 CsN0 3 을 함유하였다. 재료 중량% CsNO 3 70.0 규소 10.0 위트코 결합제 예비혼합물 20.0 위트코 결합제 예비혼합물은 적합한 경화를 제공하기 위한 적당량의 에폭시 경화제와 배합된, 위트코사 제품인 위트코 1780 액상 폴리에스테르 (트리에틸렌글리콜 숙시네이트)의 혼합물로 이루어졌다. 재료를 연소시키고, 연소율, 가시광선 방출량 및 적외선 방출량을 측정하였다. 가시광선은 규소 포토다이오드를 사용하여 광선(photopic) 반응으로 측정하였다. 적외선은 필터 상에서 695nm의 컷(cut)을 갖는 규소 셀을 사용하여 측정하였다. 조성물을 시험하여 다음 데이타를 얻었다. 웨브(WEB) 1.31cm 연소율 0.117cm/초 연소 시간 11.19초 평균 적외선 741.2mV 평균 가시광선 45.34mV 적외선/가시광선 16.19 모든 데이타는 2회 수행의 평균값이다. 상기 데이타에서 알 수 있는 바와 같이, 조성물은 유용한 적외선 방출 조성물을 제공한다. 조성물은 높은 적외선 방출량 및 극히 낮은 가시광선 방출량과 함께, 신속한 연소율을 제공한다. [실시예 2] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% CsNO 3 70.0 규소 10.0 위트코 예비혼합물(결합제) 20.0 조성물은 주조가능한 조성물이었고, 직경 7.0cm (2.75 인치), 길이 33.3cm(13.1 인치) 및 중량 약 2.5kg (5.5 파운드)의 조명탄으로서 연소시켰다. 4회의 개별 시험의 평균값인 다음 결과를 얻었다. 연소 시간 161.4초 연소율 0.147cm/초 평균 적외선 1.970V 평균 가시광선 161.5mV 적외선 면적 216.1V초 가시광선 면적 17.7V초 적외선/가시광선 12.20 제1도는 조성물에 대한 시간에 걸친 적외선 및 가시광선 방출량의 플롯이다. 연소를 개시한 직후 높은 수준의 적외선 방출이 성취되었음을 알 수 있다. 이 수준은 대부분의 시료 작동 기간에 걸쳐 유지되다가 연소 말기에 감소되었다. 이 연소율 곡선은 바람직한 것이다. 동시에, 가시광선에 대한 적외선의 비율도 우수하였다. 얻은 결과로부터 허용되는 적외선 방출 조성물이 생산되었고, 가시광선 방출 수준이 적외선 방출 수준보다 상당히 더 낮았음을 알 수 있다. [실시예 3] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% CsNO 3 35.0 KNO 3 35.0 규소 10.0 위트코 예비혼합물 20.0 상기 주조가능한 조성물을 연소시켜, 4회의 개별 시험의 평균값인 다음 결과를 얻었다. 연소 시간 260.0초 연소율 0.128cm/초 평균 적외선 1.857V 평균 가시광선 155.8mV 적외선/가시광선 11.9 제2도는 조성물에 대한 시간에 걸친 적외선 방출량의 플롯이다. 제3도는 조성물에 대한 시간에 걸친 가시광선 방출량의 플롯이다. 연소를 개시한 직후 높은 수준의 적외선 방출이 성취되었음을 알 수 있다. 이 수준은 대부분의 시료 작동 기간에 걸쳐 유지되다가 연소 말기에 감소되었다. 이 연소율 곡선은 바람직한 것이다. 동시에, 가시광선에 대한 적외선의 비율도 우수하였다. 얻은 결과로부터 허용되는 적외선 방출 조성물이 제조되었고, 가시광선 방출 수준이 적외선 방출 수준보다 상당히 더 낮았음을 알 수 있다. [실시예 4] 본 실시예에서는 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% CsNO 3 70.0 규소 10.0 위트코 예비 혼합물(결합제) 20.0 본 조성물을 연소시켜, 4회의 개별 시험의 평균값인 다음 결과를 얻었다. 연소 시간 14.79초 연소율 0.097cm/초 평균 적외선 606.0mV 평균 가시광선 38.65mV 적외선 면적 9.05V초 가시광선 면적 0.584V초 적외선/가시광선 15.50 제4도는 조성물에 대한 시간에 걸친 적외선 방출량의 플롯과 조성물에 대한 시간에 걸친 가시광선 방출량의 플롯이다. 연소를 개시한 직후 높은 수준의 적외선 방출이 성취되었음을 알 수 있다. 이 수준은 대부분의 시료 작동 기간에 걸쳐 유지되다가 연소 말기에 감소되었다. 이 연소율 곡선은 바람직한 것이다. 동시에, 가시광선에 대한 적외선의 비율도 우수하였다. 얻은 결과로부터 허용되는 적외선 방출 조성물이 제조되었고, 가시광선 방출 수준이 적외선 방출 수준보다 상당히 더 낮았음을 알 수 있다. [실시예 5] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% KNO 3 35.0 CsNO 3 35.0 규소 10.0 위트코 예비혼합물 20.0 본 조성물을 연소시켜, 4회의 개별 시험의 평균값인 다음 결과를 얻었다. 연소 시간 24.15초 연소율 0.059cm/초 평균 적외선 393.10mV 평균 가시광선 31.63mV 적외선 면적 9.57V초 가시광선 면적 0.781V초 적외선/가시광선 12.25 제5도는 조성물에 대한 시간에 걸친 적외선의 방출량 플롯과 조성물에 대한 시간에 걸친 가시광선 방출량의 플롯을 포함한 2개 플롯을 설명한다. 연소를 개시한 직후 높은 수준의 적외선 방출이 성취되었음을 볼 수 있다. 이 수준은 대부분의 시료 작동 기간에 걸쳐 유지되다가 연소 말기에 감소되었다. 이 연소율 곡선은 바람직한 것이다. 동시에, 가시광선에 대한 적외선의 비율도 우수하였다. 얻은 결과로부터 허용되는 적외선 방출 조성물이 제조되었고, 가시광선 방출 수준이 적외선 방출 수준보다 상당히 더 낮았음을 알 수 있다. [실시예 6] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% CsNO 3 52.5 KNO 3 17.5 규소 20.0 위트코 예비혼합물 20.0 본 조성물을 연소시켜 4회의 개별 시험의 평균값인 다음 결과를 얻었다. 연소 시간 19.12초 연소율 0.0749cm/초 평균 적외선 503.15mV 평균 가시광선 35.54mV 적외선 면적 9.70V초 가시광선 면적 0.694V초 적외선/가시광선 13.97 제6도는 조성물에 대한 시간에 걸친 적외선 방출량의 플롯과 조성물에 대한 시간에 걸친 가시광선 방출량의 플롯을 포함한 2개의 플롯을 설명한다. 연소를 개시한 직후 높은 수준의 적외선 방출이 달성되었음을 알 수 있다. 이 수준은 대부분의 시료 작동 기간에 걸쳐 유지되다가, 연소 말기에 감소되었다. 이 연소율 곡선은 바람직한 것이다. 동시에, 가시광선에 대한 적외선의 비율도 우수하였다. 얻은 결과로부터 허용되는 적외선 방출 조성물이 제조되었고, 가시광선 방출 수준이 적외선 방출 수준보다 상당히 더 낮았음을 알 수 있다. [실시예 7] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 제제화하고 시험하였다. 하기 성분들을 혼합하여 적외선 방출 조성물을 제조하였다. 재료 중량% CsNO 3 35.0 KNO 3 37.0 규소 10.0 위트코 예비혼합물 18.0 본 조성물을 연소시켜, 생성된 가시광선에 대한 적외선의 비율은 약 12.0이었다. [실시예 8] 본 실시예에서는, 본 발명의 범위 내의 조성물을 노화에 대해 시험하였고, 헥사민 함유 대조 조성물과 비교하였다. 표준 온도 및 습도 노화 시험을 수행하였다. 본 발명의 범위 내의 조성물은 위트코 결합제 및 KNO 3 을 포함하였다. 대조조성물은 위트코 결합제, 헥사민 및 KNO 3 을 포함하였다. 조성물들을 표준 조명탄으로 형성하고, 군 표준 MIL-STD-331B, 온도 및 습도 주기 단일 챔버법에 따라 노화시켰다. 조명탄을 2회 연속 14일 주기에, 즉 총 28일 동안 조건화시켰다. 플라이트(flight) 및 타워(tower) 시험을 수행하였다. 대조 조성물은 몇몇 위치에서 균열을 나타낸 반면, 본 발명의 범위 내의 조성물은 뚜렷한 물리적 변화나 성능 저하를 나타내지 않았음이 관찰되었다. 각각의 유형의 3개의 조명탄을 시험하였고, 가시광선 에너지, 적외선 에너지및 연소율 데이타를 수집하였다. 첫번째 14일 주기 이후, 각 조성물로부터 1개의 조명탄을 절개하였다. 2개의 조명탄들을 연소시켰다. 가장 뚜렷한 변화는 대조 조성물에 있어서 천킹의 증가였다. 전체 28일 주기 이후, 각 조성물로부터 1개의 조명탄을 분리하였다. 대조 조성물에서는 4개의 그레인(grain) 균열이 발견된 반면, 시험한 본 발명의 조성물에서는 발견되지 않았다. 2개의 조명탄들을 연소시켜 성능을 측정하였다. 기준선, 14일 및 28일 주기 시험에 대한 데이타를 하기에 나타냈다. 따라서, 본 발명의 범위 내의 조성물이 상당히 개선된 노화 특성을 제공하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 조성물을 사용하는 경우 천킹 또는 균열이 관찰되지 않았다. 그러나, 헥사민 함유 대조 조성물을 사용하는 경우 시험 기간이 경과함에 따라 천킹 및 균열이 관찰되었다. 요약하면, 본 발명은 다량의 적외선을 생성하지만 비교적 소량의 가시광선을 생성하는, 신규하고 유용한 발광 조성물을 제공한다. 따라서, 공지되어 있는 적외선 발생 재료와 관련된 주요 단점 중 몇몇이 제거된다. 본 발명의 조성물은 높은 연소율을 갖는다. 본 발명의 조성물은 단지 제한된 그을음을 생성하면서 적외선을 방출하고, 따라서 제한된 가시광선을 생성시킨다. 본 발명의 조성물은 또한 실질적으로 천킹이 없다. 본 발명의 조성물은 비교적 승온에서 저장하는 경우에도 노화됨에 따라 상당히 분해되지는 않는다. 따라서, 본 발명의 조성물은 당업계의 중요한 진보를 의미한다. 본 발명은 본 발명의 취지 또는 본질적 특성에서 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 실시될 수도 있다. 상기한 실시태양은 모든 면에서 단지 설명을 위한 것이고, 제한하려는 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명보다 첨부된 특허 청구 범위로 나타내어진다. 특허 청구 범위의 등가물의 의미 및 범위 내에서 일어나는 모든 변화는 그의 범위 내에 포함되는 것이다. |
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