1. 화약류의 정의

화약류라 함은 그 일부분에 경미한 작용(즉 가열, 충격, 또는 마찰 등)을 가할때 급격한 화학변화를 일으켜 많은 열 을 방출함과 동시에 다량의 가스를 발생하여 국부적으로 급격한 압력상승을 일으키고 고온가스중의 활성 분자작용 에 의해 타부분으로 급격한 분해를 일으켜 주위의 물체를 추진 파괴하는 물질이다. 폭발물 중에서 그 폭발성을 공업적으로 이용할 때, 그 물질을 화약류라고 하나, 화학반응의 촉매제로 사용하는 증금 속 아세틸라이드(Acetylide)나 유기과산화물은 불안정하여 폭발하기 쉬워도 화약류라고 하지 않는다. 가연성 기체에 산소가 혼합되어 있거나 가연성 액체 또는 고체가 열분해를 할 때에 유리산소와 가연물을 동시에 발 생하는 불안정한 화합물의 일부에 열이나 충격을 가하면 화학반응을 일으키면서 열량을 방출함과 동시에 다량의 기 체를 발생하여 국부적으로 급격한 압력의 상승을 일으킨다. 이 때 발생한 고온·고압의 활성화된 기체의 작용으로 잔여부분은 연쇄적으로 반응하여 힘을 방출하여, 이것이 추진효과 또는 파괴효과를 발휘하게 된다.

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2. 폭발반응의 형태

화약류가 화학적 변화를 하면서 그 안정상태를 파괴 할 때에는 그 종류에 따라 도화선과 같이 연소(燃燒: Combustion), 입자형 흑색화약과 같이 폭연 (瀑然 : Deflagration), 초안폭약과 같이 폭발(爆發: explosion), 뇌 관과 같이 폭굉(毒: Detonation)의 4단계의 양상을 나타낸다.

(1) 연소(Combustion)

물질은 일반적으로 산소와 화합할 때에는 열을 발생하고, 반응이 격렬히 일어나면 빛을 발생한다. 이와같이 열과 빛 을 발생하는 산화반응을 연소라고 한다. 연소를 시작할 때의 온도를 발화점이라 하고 이 열을 연소열이라고 부른다. 연소열은 옆에 있는 부분에 전파되어 그 부분에 분자를 가열하고 분해를 일으키며 점차적으로 전체의 화약류에 전파된다. 이 전파되는 과정을 연소라 하고 그 속도를 연소 속도라고 한다.

(2) 폭연 (Deflagration)

분해열에 의해 인접되어 있는 분자에 점차 폭발적으로 연소가 전해지는 반응으로 폭연에 의해 생기는 에너지는 주 로 발생한 가스와 팽창에 의한 것으로 그 효과는 추진력으로 나타낸다. 흑색화약이 대표적이며 그 속도는 약 300m/sec이다.

(3) 폭굉(Detonation)

폭굉이란 연소의 파면이 전해지는 속도가 매체중의 고유의 음속보다 빠르고 화염면의 직전에 압력의 불연속적인 융 기를 동반한 충격파가 생기고 반응속도가 폭연의 경우보다 현저하게 큰 것을 말한다. 그 전파속도는 2,000 ~ 8,000m/sec에 이르며 이에 의한 파괴적 효과를 이용하는 것이 폭약이다.

(4) 폭발(Explosion)

단일 물질이나 화합물이 그 평형 상태가 파괴되어 다량의 가스와 열을 발생시키는 화학변화를 폭발이라고 한다. 폭 발이란 폭연과 폭굉을 합해서 막연히 말하기도 한다. 폭연과 폭굉은 폭발속도에 의해 구분한다.

3. 화약의 역사

화약이 인류 역사위에 등장 한 것은 그리스의 불로 기원전 4~5세기경부터 화공구(火工具)로 사용된 것이 최초이 며 화약의 발전은 6단계로 구분할 수 있다.

1단계

화약의 출현에서 14세기에 이르는 기간을 말한다. 이때에는 주로 질산칼륨(초석)을 주로 하여 황, 목탄 등을 더한 흑색화약이 주를 이렀다고 할 수 있다.

2단계

철포, 로케트 등 비행도구의 용도와 신호용 꽃물 등 통신용으로 사용된 화약이 주를 이룬 14세기말에서 15세기를 말한다. 전쟁 때 지뢰의 사용이 시작된 시기가 이 때 이다. 이 시기에 일본은 포르투갈로부터 총과 화약을 도입하게 되었으며 화약제조를 시작하게 된 시기이다.

3단계

17세기경으로서 광산이나 토목공사에 화약을 사용하게 되는 시기이다. 도화선의 발명이 있었으며 착암기가 개발되 었으나 실용화 되지 못하였고 천공법에 의한 발파방식이 정립되는 시기로서 현재 발파공법의 모체가 이루어진 시기 라 할 수 있다.

4단계

19세기경으로 급격한 산업의 발달로 광산, 채광 및 토목공사가 활발히 이뤄지기 시작하였으며 도화선을 이용한 도 화선 발파가 실용화 되었고 니트로셀룰로오스의 등장으로 말미암아 겔 상의 폭약이 개발되어지게 되었으며 다이너 마이트의 원료인 니트로글리세린이 개발된 시기이다. 이 시기를 한마디로 말한다면 흑색화약시대에서 다이너마이 트시대로 변환되는 시기라 할 수 있다.

5단계

20세기경으로 새로운 대형 착암기의 등장이 주목할 일이었으며 발파시 발생되는 유해물질의 제어가 세계적으로 관 심사였고 뇌관의 출현을 들 수 있는데 초창기에는 뇌홍만을 이용한 뇌관이 사용되었으나 점차 발전되어오고 있다.

6단계

초유폭약(ANFO)의 개발과 슬러리 폭약, 에멀젼 폭약의 개발을 들 수가 있다.

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4. 화약류의 분류

화약류를 크게 분류하면 조성, 용도, 성능, 법규상으로 나눌 수 있다.

4.1 조성에 의한 분류

1) 화합화약류

· 니트로화합물 : 피크린산, TNT, 테트릴(tetryl), 헥조겐 (RDX) 등

· 질산에스테르 : 니트로글리세린 (NG), 니트로글리콜(Ng), 니트로셀룰로오스(NC), penthrite 등

· 기타 화합화약류

2) 혼합화약류

· 질산염 혼합화약류 : 흑색화약, 질산암모늄폭약, 함수폭약 등

· 염소산염 혼합화약류 : 세딧트 (cheddite), 백색화약 등

· 과염소산염 혼합화약류 : 카릿트(carlit) 등

· 액체산소폭약 : LOX

4.2 성능에 의한 분류

1) 화약(완성화약류, 저급화약류)

폭연을 이용한 것으로 폭속 2,000m/sec미만으로 주로 추진작용을 목적으로 한다. 분해작용은 느리지만 점화가 용 이하고 발사력이 강하다. (무연화약, 흑색화약)

2) 폭약(맹성화약류, 고급화약류)

폭발반응이 신속하여 폭속 2,000 ~ 8,000 m/sec로 빠르고 폭굉과 등시에 파괴작용을 수반한다. (다이너마이트, 카릿트, 트리니트로톨루엔(TNT)

4.3 용도에 의한 분류

1) 발사약

총포의 탄환을 추진 발사하는데 사용되는 것으로 추진약으로 하며, 무연화약을 주제로 하고 여기에다 니트로글리세 린 등을 배합하여 만든다. (무연화약, 흑색화약)

2) 파괴약

· 작약 : 교량, 콘크리트와 같은 아주 견고한 물체를 파괴하는데 사용한다. (TNT, 피크린산, 테트릴)

· 폭파약 : 암석의 발파, 터널의 굴진, 채탄 등에 사용하고 있다. (다이너마이트류, 초안폭약 등)

3) 기폭약(점화 또는 점폭약)

연소 또는 폭발에 의하여 다른 화약 등에 점화 또는 점폭을 목적으로 한다. (뇌홍, 아지화연, DDNP, 테트라센, 트리시네이트)

4) 화공품

화약류를 어느 목적에 적합하게 가공한 것이다. (도화선, 도폭선, 뇌관, 총용뇌관, 신호연관, 신호탄, 불꽃, 연화 등)

4.4 법규에 의한 분류

1) 화약

·흑색화약 그 외 질산염을 주로 한 화약

· 무연화약 그 외 질산에스테르를 주로 한 화약

· 기타(과염소산염을 주로 한 화약)

2) 폭약

· 뇌흥, 아지화연, DDNP 및 그 외 기폭약

· 초안폭약, 염소산카리 폭약, 카릿트 그외 초산염, 염소산염 또는 과염소산염을 주로한 폭약

· 니트로글리세린, 니트로글리콜 및 폭발에 사용할 수 있는 그 외의 질산에스테르

· 다이나마이트 기타의 질산에스테르를 주로 한 폭약

· 폭발에 사용할 수 있는 트리니트로벤젠, 트리니트로톨루엔, 피크린산, 트리니트로크롤벤젠, 테트릴, 트리니트로 아니, 헥사니트로디페닐아민, 트리메틸렌 트리니트로아민, 니트로기 3이상을 함유한 기타의 화합물 및 이들을 주 로 한 폭약

· 액체산소폭약 및 기타의 액체폭약

· 기타(폭발의 용도에 사용할 수 있는 초산요소 및 그것을 주로 한 폭약, DDNP를 포함하여 무수산을 75% 이상 함유한 폭약)

3) 화공품

· 공업뇌관, 전기뇌관, 총용뇌관 및 신호뇌관

· 실탄 및 공포탄 · 신관 및 화관

· 도폭선, 미진등파쇄기, 도화선 및 전기도화선

· 신호염관 및 신호화관 · 연화 및 기타

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5. 산업용 폭약과 화약의 원료로 사용되는 화약류

1) 흑색화약(Black powder)

가연물로서 목탄과 유황, 산화제로서 질산칼륨의 3성분의 혼합물이다. 배합비는 질산칼륨(KNO3) 75%, 유활(S) 10%, 목탄(C) 15%이고, 소량이면 연소하고, 다량이면 폭연한다.

2) 무연화약(Nitrocellulose, NC)

다이너마이트의 원료와 총탄이나 포탄의 발사용 추진화약의 주원료로 사용되며 산과 알코올이 작용하면 에스테르 가 생기고, 이것에 속하는 화약(NC)과 폭약(NG)에 알코올을 착용시키면 다시 본래의 물질로 환원한다. 셀룰로오스를 질산과 황산의 혼합산으로 니트로화 한 것으로 면화약이라고도 부르며 분자속의 질산에스테르기의 수에 따라 강면화약 (N=13% 이상), 약면화약(N=12% 이하)으로 구분한다.

3) 니트로글리세린 (Nitroglycerine, NG)

NG는 다이너마이트의 주성분으로, 8% 이상의 NG 성분을 포함하는 폭약을 다이너마이트라고 하며, 최근까지 발

파용 폭약으로서 많은 총애를 받아왔다. NG의 제조방법은 진한 질산과 진한 활산의 혼산으로 글리세린을 질화 (nitration)시키면 니트로기가 산소원자에 결합한 질산에스테르인 니트로글리세린이 생성된다.

4) 티엔티(Trinitrotoluene, TNT)

TNT는 군용 폭약의 표준으로 많이 사용되며 원자탄의 위력도 TNT를 기준으로 몇 메가톤이라고 계산한다. 산업용 으로는 슬러리폭약의 첨가제, 도폭선의 원료로 쓰거나 연안(平安)과 혼합하여 폭약을 제조하는 등 그 용도가 광범 위하다.

5) 피크린산

니트로 화합물에 속하는 폭약으로 2, 4, 6 트리니트로페놀이며, 산업용폭약으로 사용하기 보다는 군용 폭탄 및 포 탄에 많이 쓰이고 단독으로 발파용에 사용되는 일은 극히 드물다.

6) 테트릴(Tetyl, Tetranitromethyl Aniline)

테트릴은 공업뇌관과 신관의 첨장약 및 전폭약으로 널리 사용되고 있다. 그 제조방법은 디메틸아닐린을 진한 황산 에 녹인 다음 여기에 질산과 황산의 혼산을 넣고 니트로화하면 테트릴이 생성된다.

7) 펜트리트(Penthrite, PENT)

PETN과 TNT를 각각 50 : 50으로 혼합하여 주조한 것을 펜트리이트라고하고 ANFO처럼 감도가 낮은 폭약의 booster 용으로 사용한다. PENT 단독으로도 공업뇌관의 첨장약과 도폭선용으로 사용한다.

8) 디니트로나프탈렌(Dinitronaphthalene, DNN)

디니트로나프탈렌은 다이너마이트의 성분으로 많이 사용되는 물질로서 초화의 회수에 따라 TNT까지 생성된다.

9) 헥소겐(Hexogen, RDX)

RDX는 니트라민에 속하는 폭약으로 고성능 폭약 중에서 가장 위력이 커서 전폭약으로 널리 사용되고 있다. RDX의

제조방법은 헥사메틸렌 테트라민을 초산으로 초화시켜서 제조한다.