본 연구에서는 새로운 고에너지 물질로서 개발되어 주목 받고있는 3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One (NTO)를 초임계 이산화탄소를 사용한 GAS재결정법(Gas Anti-Solvent Recrystallization Method)을 이용하여 입자의 형성, 크기 변화 및 크기 분포 조절에 관한 기초 연구를 수행하였다. 재결정 대상이 된 NTO를 용해시킬 유기용매를 추정하고 NTO의 용매들에 대한 ...
본 연구에서는 새로운 고에너지 물질로서 개발되어 주목 받고있는 3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One (NTO)를 초임계 이산화탄소를 사용한 GAS재결정법(Gas Anti-Solvent Recrystallization Method)을 이용하여 입자의 형성, 크기 변화 및 크기 분포 조절에 관한 기초 연구를 수행하였다. 재결정 대상이 된 NTO를 용해시킬 유기용매를 추정하고 NTO의 용매들에 대한 용해도를 측정한 결과 용매를 DMFA로 할 경우 25∼70℃의 측정온도 범위에서 약 40 wt%, DMSO의 경우 25∼70℃의 범위에서 40∼48 wt%정도의 높은 용해도를 보여 NTO의 재결정 공정에 있어서 DMFA와 DMSO의 효과적인 적용이 가능한 것으로 나타났다. 이러한 용매중 구형의 재결정 입자 형태를 보인 DMF를 주된 용매로 선정하였으며 여러 유기용매들에 대한 초임계 이산화 탄소내에서의 팽창도와 팽창속도를 온도 및 압력에 따라 측정한 결과 DMF, DMSO, Methyl alcohol 등의 용매는 이산화탄소상에서 모두 유사한 팽창 경향을 보였다. 즉 온도가 높을수록 완전 혼합되어 단일상을 이루기 위해 요구되는 압력이 증가하였으며 주어진 측정온도에서 저압의 범위에서는 서서히 팽창도가 증가함을 보이다 일정한 압력에 도달하면 팽창도는 급격히 증가를 하여 500v/v%이상의 팽창도를 보이며 단일상을 이루어 초임계 유체를 이용한 GAS 재결정법에의 적용이 우수하다 판단되었다. 또한 팽창속도의 측정에 있어서는 용매의 종류에 따라 정도의 차이는 있으나 전반적으로 주어진 온도에서 압력이 높을수록 팽창속도가 빠르며 동일한 이산화탄소의 밀도조건에서는 온도가 높을수록 빠른 경향을 보임을 확인하였다. GAS 재결정 실험으로 얻어진 재결정 입자의 형상은 주사현미경(SEM)을 이용하여 관찰하고 X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 재결정 전과 재결정 후를 비교하여 결정 내부의 변형 여부를 평가하였다. 여러 가지 재결정 변수에 따른 재결정 입자의 형태 및 크기를 측정 한 결과 전반적으로 재결정 전의 형상인 가로 10∼30㎛, 길이 50∼100㎛의 막대형에 비하여 형상의 변화와 입자 크기의 감소를 보였으며 단위 미립자들이 중앙의 지점부터 성장과 결속을 이루어 구형 응집체를 형성함을 알 수 있었으며 Methyl alcohol을 용매로 사용한 경우에는 판상형태의 단위입자들이 모여 꽃모양의 응집을 구성하여 용매의 종류에 따른 재결정 입자의 형상 변화가 수반됨을 확인 할 수 있었다. DMF를 주된 용매로 사용하여 각 재결정 변수의 변화에 따른 영향을 살펴본 결과 동일한 이산화탄소의 밀도 조건하에서 온도가 낮을수록 작고 밀도 상태가 좋은 구형입자가 형성됨을 알 수 있었다. 실험에 적용되어진 온도중 50℃에서는 침상적인 단위입자들이 모인 응집형을 구성하였으며 형상, 크기 및 크기분포면에서 매우 불규칙한 분포를 보였다. 용액중의 용질의 농도 변화에 따른 재결정 입자의 변화는 주어진 온도 및 압력의 조건에서 일정한 투입비로 CO_2와 용액을 투입하였을 경우 일정 농도 이상의 조건에서는 재결정되는 NTO입자의 형상과 크기 분포가 불규칙적임을 알 수 있었다. 실험을 통해서 전반적으로 주어진 온도 및 압력하에서 어떤 한계 농도 이하의 조건에서는 농도 조건이 낮을수록 입자 밀도가 높아 보이는 구형적 형상이 많이 관찰되었으며 입찰의 평균크기 및 크기 분포 역시 작아짐을 확인하였다. 역용매로 사용된 이산화탄소의 밀도 변화에 따른 영향을 조사하기 위하여 이산화탄소의 밀도 범위를 0.73∼0.93g/㎤내에서 조절을 하여 조작을 하였을 때 재결정되어지는 입자의 전반적인 경향은 역용매의 압력의 증가 즉, 밀도가 증가할수록 전체적인 입자의 크기는 감소하고 좁은 범위에서 분포도를 형성함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 초임계 및 하임계 상태의 유체를 역용매로 사용한 GAS 재결정법에서 각 재결정 조건에 따른 입자형상 및 크기/크기분포를 조절할 수 있는 기초적 자료를 얻을 수 있었으며 기존의 방법으로는 형성하기 힘든 입자의 크기 및 크기분포를 얻을 수 있는 가능성을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 새로운 고에너지 물질로서 개발되어 주목 받고있는 3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One (NTO)를 초임계 이산화탄소를 사용한 GAS재결정법(Gas Anti-Solvent Recrystallization Method)을 이용하여 입자의 형성, 크기 변화 및 크기 분포 조절에 관한 기초 연구를 수행하였다. 재결정 대상이 된 NTO를 용해시킬 유기용매를 추정하고 NTO의 용매들에 대한 용해도를 측정한 결과 용매를 DMFA로 할 경우 25∼70℃의 측정온도 범위에서 약 40 wt%, DMSO의 경우 25∼70℃의 범위에서 40∼48 wt%정도의 높은 용해도를 보여 NTO의 재결정 공정에 있어서 DMFA와 DMSO의 효과적인 적용이 가능한 것으로 나타났다. 이러한 용매중 구형의 재결정 입자 형태를 보인 DMF를 주된 용매로 선정하였으며 여러 유기용매들에 대한 초임계 이산화 탄소내에서의 팽창도와 팽창속도를 온도 및 압력에 따라 측정한 결과 DMF, DMSO, Methyl alcohol 등의 용매는 이산화탄소상에서 모두 유사한 팽창 경향을 보였다. 즉 온도가 높을수록 완전 혼합되어 단일상을 이루기 위해 요구되는 압력이 증가하였으며 주어진 측정온도에서 저압의 범위에서는 서서히 팽창도가 증가함을 보이다 일정한 압력에 도달하면 팽창도는 급격히 증가를 하여 500v/v%이상의 팽창도를 보이며 단일상을 이루어 초임계 유체를 이용한 GAS 재결정법에의 적용이 우수하다 판단되었다. 또한 팽창속도의 측정에 있어서는 용매의 종류에 따라 정도의 차이는 있으나 전반적으로 주어진 온도에서 압력이 높을수록 팽창속도가 빠르며 동일한 이산화탄소의 밀도조건에서는 온도가 높을수록 빠른 경향을 보임을 확인하였다. GAS 재결정 실험으로 얻어진 재결정 입자의 형상은 주사현미경(SEM)을 이용하여 관찰하고 X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 재결정 전과 재결정 후를 비교하여 결정 내부의 변형 여부를 평가하였다. 여러 가지 재결정 변수에 따른 재결정 입자의 형태 및 크기를 측정 한 결과 전반적으로 재결정 전의 형상인 가로 10∼30㎛, 길이 50∼100㎛의 막대형에 비하여 형상의 변화와 입자 크기의 감소를 보였으며 단위 미립자들이 중앙의 지점부터 성장과 결속을 이루어 구형 응집체를 형성함을 알 수 있었으며 Methyl alcohol을 용매로 사용한 경우에는 판상형태의 단위입자들이 모여 꽃모양의 응집을 구성하여 용매의 종류에 따른 재결정 입자의 형상 변화가 수반됨을 확인 할 수 있었다. DMF를 주된 용매로 사용하여 각 재결정 변수의 변화에 따른 영향을 살펴본 결과 동일한 이산화탄소의 밀도 조건하에서 온도가 낮을수록 작고 밀도 상태가 좋은 구형입자가 형성됨을 알 수 있었다. 실험에 적용되어진 온도중 50℃에서는 침상적인 단위입자들이 모인 응집형을 구성하였으며 형상, 크기 및 크기분포면에서 매우 불규칙한 분포를 보였다. 용액중의 용질의 농도 변화에 따른 재결정 입자의 변화는 주어진 온도 및 압력의 조건에서 일정한 투입비로 CO_2와 용액을 투입하였을 경우 일정 농도 이상의 조건에서는 재결정되는 NTO입자의 형상과 크기 분포가 불규칙적임을 알 수 있었다. 실험을 통해서 전반적으로 주어진 온도 및 압력하에서 어떤 한계 농도 이하의 조건에서는 농도 조건이 낮을수록 입자 밀도가 높아 보이는 구형적 형상이 많이 관찰되었으며 입찰의 평균크기 및 크기 분포 역시 작아짐을 확인하였다. 역용매로 사용된 이산화탄소의 밀도 변화에 따른 영향을 조사하기 위하여 이산화탄소의 밀도 범위를 0.73∼0.93g/㎤내에서 조절을 하여 조작을 하였을 때 재결정되어지는 입자의 전반적인 경향은 역용매의 압력의 증가 즉, 밀도가 증가할수록 전체적인 입자의 크기는 감소하고 좁은 범위에서 분포도를 형성함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 초임계 및 하임계 상태의 유체를 역용매로 사용한 GAS 재결정법에서 각 재결정 조건에 따른 입자형상 및 크기/크기분포를 조절할 수 있는 기초적 자료를 얻을 수 있었으며 기존의 방법으로는 형성하기 힘든 입자의 크기 및 크기분포를 얻을 수 있는 가능성을 확인 할 수 있었다.
NTO (3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One) is a new energetic material. It is difficult to recrystallize this material in the desired shape, morphology, size and size distribution by conventional methods due to its sensivity. In this study, we recrystallized NTO using Gas Anti-Solvent (GAS) method under supe...
NTO (3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One) is a new energetic material. It is difficult to recrystallize this material in the desired shape, morphology, size and size distribution by conventional methods due to its sensivity. In this study, we recrystallized NTO using Gas Anti-Solvent (GAS) method under supercritical conditions. To use GAS method for the recrystallization of NTO we have to find the solvents which have good solvent power for NTO and have high expansivity with the given supercritical fluid. The solubilities of NTO in DMFA, DMSO, methyl alcohol and other organic solvents were tested and it has been found that DMFA and DMSO had similar solubilities for NTO, and expansivities in supercritical carbon dioxide (SCCO_2). In the range of temperature of 10∼70℃ the solubilities of NTO in DMFA and DMSO were about 40 wt% and 40∼48 wt%, respectively. The expansivity of DMFA has showed 500 v/v% at the pressures of 55∼200 bar and temperatures of 25∼55℃. Expansivities increase gradually at low pressures but increase dramatically at the specific pressure for the given temperature, and higher temperature levels require higher pressure to reach similar expansivity. The expansion rates of the solvents increase with the density of supercritical carbon dioxide. Using DMFA as the solvent, we have found that the size and shape of particles of recrystallized NTO could be controlled by varying temperature, pressure and concentration of NTO. The original NTO particles have rod-like shapes such as 50∼100㎛ length and 10∼30㎛ width. After resrystallization NTO particles of radial spherulitic shape were obtained. The sizes were in the range of 10∼30㎛ at the experimental conditions which were 25∼50℃, 100∼230.4bar and 5∼20 wt%, and the size and size distribution were getting somaller and narrower as the temperature decreased and the pressure increased. In the case of low concentration of NTO in DMFA (5∼20 wt%) the recrystallized NTO particles showed radial spherulitic shape at 25∼35℃, and the particle size of NTO increased as the concentration of NTO increased. IN case of high concentration (35 wt%) the recrystallized NTO particle did not show uniform size and shape.
NTO (3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One) is a new energetic material. It is difficult to recrystallize this material in the desired shape, morphology, size and size distribution by conventional methods due to its sensivity. In this study, we recrystallized NTO using Gas Anti-Solvent (GAS) method under supercritical conditions. To use GAS method for the recrystallization of NTO we have to find the solvents which have good solvent power for NTO and have high expansivity with the given supercritical fluid. The solubilities of NTO in DMFA, DMSO, methyl alcohol and other organic solvents were tested and it has been found that DMFA and DMSO had similar solubilities for NTO, and expansivities in supercritical carbon dioxide (SCCO_2). In the range of temperature of 10∼70℃ the solubilities of NTO in DMFA and DMSO were about 40 wt% and 40∼48 wt%, respectively. The expansivity of DMFA has showed 500 v/v% at the pressures of 55∼200 bar and temperatures of 25∼55℃. Expansivities increase gradually at low pressures but increase dramatically at the specific pressure for the given temperature, and higher temperature levels require higher pressure to reach similar expansivity. The expansion rates of the solvents increase with the density of supercritical carbon dioxide. Using DMFA as the solvent, we have found that the size and shape of particles of recrystallized NTO could be controlled by varying temperature, pressure and concentration of NTO. The original NTO particles have rod-like shapes such as 50∼100㎛ length and 10∼30㎛ width. After resrystallization NTO particles of radial spherulitic shape were obtained. The sizes were in the range of 10∼30㎛ at the experimental conditions which were 25∼50℃, 100∼230.4bar and 5∼20 wt%, and the size and size distribution were getting somaller and narrower as the temperature decreased and the pressure increased. In the case of low concentration of NTO in DMFA (5∼20 wt%) the recrystallized NTO particles showed radial spherulitic shape at 25∼35℃, and the particle size of NTO increased as the concentration of NTO increased. IN case of high concentration (35 wt%) the recrystallized NTO particle did not show uniform size and shape.
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