سنتز، بهینه‌سازی و بررسی ویژگی‌های کوپلیمر سه دسته‌ای پلی‌پروپیلن گلیکول- پلی‌گلیسیدیل آزید - پلی‌پروپیلن گلیکول

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

با توجه به نقش مهم بایندر پیشرانه‌های مرکب امروزه مطالعه‌های زیادی در راستای بهبود ویژگی‌های مکانیکی و گرمایی آن‌ها انجام ‌شده است.گلیسیدیل آزید پلیمر به ‌عنوان یک بایندر پرانرژی در پیشرانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف این پژوهش بهبود ویژگی‌های  گرمایی و دمای انتقال شیشه‌ای این بایندر پرانرژی به وسیله کوپلیمره کردن آن است. برای این منظور، کوپلیمر پرانرژی جدید پلی‌پروپیلن گلیکول-پلی‌گلیسیدیل آزید-پلی‌پروپیلن گلیکول  (PPG-GAP-PPG) (Mn = 1800 g/mol)سنتز شد. در راستای این سنتز نخست پلی‌گلیسیدیل آزید (GAP) با جرم مولکولی (Mn = 1006 g/mol) با استفاده از پلی‌اپی‌کلروهیدرین سنتز شد. سپس از گلیسیدیل آزید سنتز شده به ‌عنوان آغازگر استفاده شد و کوپلیمر سه دسته‌ای با استفاده از پلیمریزاسیون حلقه‌گشای کاتیونی پروپیلن اکسید، در حضور بورتری فلوئورید اترات (BF3.OEt2) به ‌عنوان کاتالیست  سنتز شد. کوپلیمر سه دسته‌ای با استفاده از دستگاه فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (H NMR) شناسایی شد. دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) کوپلیمر سه دسته‌ای PPG-GAP-PPG با استفاده از روش کالریمتری اسکن دیفرانسیل (DSC) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه DSC نشان داد که دمای انتقال شیشه‌ای کوپلیمر )63- (Tg = پایین‌تر از  گلیسیدیل آزید  با وزن مولکولی کم°C)  53- (Tg =  است. پایداری گرمایی GAP و کوپلیمر سه دسته‌ای PPG-GAP-PPG با استفاده از آنالیزگرما وزن سنجی تفاضلی (DTG) بررسی شد. نتیجه‌ها نشان داد ترکیب کوپلیمر سه دسته‌ای سنتز شده دارای پایداری گرمایی بیش­تری نسبت به GAP می‌باشد. به منظور بهینه‌سازی شرایط سنتز کوپلیمر سه دسته‌ای PPG-GAP-PPG تاثیر دو متغیر دما و کاتالیست بر روی جرم مولکولی و بازده کوپلیمریزاسیون بررسی شد. بالاترین بازده (86درصد) برای سنتز پلیمر در دمای ºC 15-10 همچنین 1 درصد وزنی کاتالیست است.به منظور بهینه سازی شرایط سنتز کوپلیمر سه دسته‌ای PPG-GAP-PPG تاثیر دو متغیر دما و کاتالیست بر روی جرم مولکولی و بازده کوپلیمریزاسیون بررسی شد. بالاترین بازده ( 86 درصد) برای سنتز پلیمر در دمای ºC 15-10 همچنین 1 درصد وزنی کاتالیست است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Mahkam M., Nabati M., Latifpour A., Aboudi J., Synthesis and Characterization of New Nitrogen-Rich Polymers as Candidates for Energetic Applications, Des Monomers Polym., 17(5): 453-457 (2014).
[2] Agrawal J.P., Hodgson R., “Organic Chemistry of Explosives”, John Wiley & Sons Inc., (2007).
[3] Menke K., Eisele S., Rocket Propellants with Reduced Smoke and High Burning Rates, Propellants, Explosives, Pyrotechnics., 22(3): 112-119 (1997).
[4] Mohan Y.M., Mani Y., Raju K.M., Synthesis of Azido Polymers as Potential Energetic Propellant Binders, J. Des Monomers Polym., 9(3): 201–236 (2006).
[5] Betzler F.M., Hartdegen V.A., Klapötke T.M., Sproll S.M., A New Energetic Binder: Glycidyl Nitramine Polymer, Cent. Eur. J. Energ. Mater., 13(2): 289-300 (2016).
[6] Iwama A., Hasue K., Takahashi T., Matsui K., Ishiura K., Hydrogenated Hydroxy‐Terminated Polyisoprene as a Fuel Binder for Composite Solid Propellants, Propellants, Explosives, Pyrotechnics., 21(1): 43-50 (1996 )
[7] Provatas A., Energetic Plasticizer Migration Studies, J. Energ. Mater., 21(4): 237-245 (2003).
[8] Ang H.G., Pisharath S., “Energetic Polymers, Binders and Plasticizers for Enhancing Performance”, Wiley –VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim., 109-111 (2012).
[9] Provatas A., “Energetic Polymers and Plasticisers for Explosive Formulations-A Review of Recent Advances”, Defence Science and Technology Organisation Melbourne (Australia) (2000).
[10] Badgujar D., Talawar M., Asthana S., Mahulikar P., Advances in Science and Technology of Modern Energetic Materials: An overview. J. Hazard. Mater., 151(2-3): 289-305 (2008).
[11] Macri B.J., Boron-Fuel-Rich Propellant Compositions, US3986909A, USA,  (1976).
[12] Sharmin E., Zafar F., “Polyurethane: An Introduction”, In Polyurethane, InTech ( 2012).
[13] Yang Y., Jiao D., Qiang H., Wang G., Molecular Simulation of Solubility Parameter for HTPB Solid Propellants, Chin. J. Energ. Mater., 2: (2008).
[14] Cheng T., Review of Novel Energetic Polymers and Binders – High Energy Propellant Ingredients for the New Space Race,  Des Monomers Polym., 22(1): 54–65 (2019).
[15] Pisharath S., Ang H.G., Thermal Decomposition Kinetics of a Mixture of Energetic Polymer and Nitramine Oxidizer, Thermochimica Acta., 459(1-2): 26-33 (2007).
[16] Abusaidi H., Ghaieni H.R., Ghorbani M., Influences of NCO/OH and Triol/Diol Ratios on the Mechanical Properties of Nitro-HTPB Based Polyurethane Elastomers, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 36(5): 55-63(2017)
[17] Manu S., Varghese T., Mathew S., Ninan K., Studies on Structure-Property Correlation of Cross‐Linked Glycidyl Azide Polymer, J. Appl. Polym. Sci., 114(6): 3360-3368 (2009).
[18] Manu S., Sekkar V., Scariah K., Varghese T., Mathew S., Kinetics of Glycidyl Azide Polymer‐based Urethane Network Formation, J. Appl. Polym. Sci., 110(2): 908-914 (2008).
[19] Selim K., Özkar S., Yilmaz L., Thermal Characterization of Glycidyl Azide Polymer (GAP) and GAP‐Based Binders for Composite Propellants; J. Appl. Polym. Sci.,77(3): 538-546 (2000).
[20] Gomez O., Ramon J., Arenas S., “Processes for Obtaining Hydroxy Finished Glycidyl Azide Polymer”, US5319037A, USA, (1993).
[21] Yang Z., Xin‐Ping L., Qing‐Xuan Z., Simulation Study of the Morphologies of Energetic Block Copolymers based on Glycidyl Azide Polymer, J. Appl. Polym. Sci., 129(1): 480-486 (2013).
[22] Frankel M., Grant L., Flanagan J., Historical Development of Glycidyl Azide Polymer, Journal of Propulsion and Power., 8(3): 560-563 (1992).
[23] Nazare A., Asthana S., Singh H., Glycidyl Azide Polymer (GAP)-An Energetic Component of Advanced Solid Rocket Propellants-A Review, Journal of Energetic Materials.,10(1): 43-63 (1992).
[24] Hori K., “Application of Glycidyl Azide Polymer to Hybrid Rocket Motor”, 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Denver, Colorado, USA, 2-5 August (2009).
[25] Wang X., Shu Y., Lu X., Mo H., Xu M., Synthesis and Characterization of PolyNIMMO-HTPB-PolyNIMMO Triblock Copolymer as A Potential Energetic Binder, Cent. Eur. J. Energ. Mater., 15(3): 456-467 (2018).
[26] Abrishami F., Zohari N., Zeynali V., Synthesis and Characterization of Poly (Glycidyl Nitrate‐Block‐Caprolactone‐Block‐Glycidyl Nitrate) (PGN‐PCL‐PGN) Triblock Copolymer as a Novel Energetic Binder, J. Propellants. Explos. Pyrotech., 42(9): 1032-1036 (2017).
[27] Bayat Y., Chizari M., Synthesis, Characterization and Stability of Triblock Copolymer based on Tetrahydrofuran and Glycidylazide as Binder, Polym. Sci. Ser. B., 60(5): 621-628 (2018).
[28] Chizari M., Bayat Y., Synthesis and Kinetic Study of a PCL-GAP-PCL Tri-Block Copolymer, Cent. Eur. J. Energ. Mater., 15(2): 243-257 (2018).
[29] Min S.B., Characterization of the Plasticized GAP/PEG and GAP/PCL Block Copolyurethane Binder Matrices and its Propellants, Propellants Explos Pyrotech., 33(2): 131-138 (2008).
[30] Eroglu M.S., Hazer B., Güven O., Synthesis and Characterization of Hydroxyl Terminated Poly ( Butadiene) – g – Poly ( Glycidyl Azide ) Copolymer as A New Energetic Propellant Binder, Polymer Bulletin., 36(6): 695 – 701 (1996).
[31] Chizari M., Bayat Y., Designing a Highly Energetic PCL-GAP-PCL-based PU Elastomer; Investigation of the Effect of Plasticizers on Its Properties, Cent. Eur. J. Energ. Mater., 16(1): 33-48 (2019).
 [32] Piao L., Dai Zh., Deng M., Chen X., Jing X., Synthesis and Characterization of PCL/PEG/PCL Triblock Copolymers by using Calcium Catalyst. Polymer., 44(7): 2025-2031 (2003).
[33] Abrishami F., Zohari  N., Zeynali V., Synthesis and Kinetic Study on the Thermal Degradation of Triblock Copolymer of Polycaprolactone‐Poly (Glycidyl Nitrate)‐Polycaprolactone (PCL‐PGN‐PCL) as an Energetic Binder, Polym. Adv. Technol., 30(3): 640-647 (2019).
[34] Song L.X., Guo X.Q., Du Y.F., Bai L., Thermal Degradation Comparison of Polypropylene Glycol and its Complex with Β-Cyclodextrin, Polym. Degrad. Stab., 95(4): 508-515 (2010).
[35] Ertem S., Emel Y., Cagla K., Garth L., Wilkes M., Iskender Y., Effect of Soft Segment Molecular Weight on Tensile Properties of Poly (Propylene Oxide) based Polyurethaneureas, Polymer, 21(53): 4614-4622 (2012).
[36] Min B.S., Synthesis of Azide-Terminated Glycidyl Azide Polymer with Low Molecular Weight, J. Korea Inst. Mil. Sci. Technol., 8(1): 69-80 (2005).
[37] Shanley  E.S., Melhem G.A., The Oxygen Balance Criterion for Thermal Hazards Assessment, Process Safety Progress., 14(1): 29-31 (1995).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار