بررسی اثر ریزساختار پیش‌پلیمر و نسبت واکنشگرها بر ساختار و ویژگی‌های پلی‌بوتا‌دی‌ان نیترودارشده با انتهای هیدروکسیل (Nitro-HTPB)

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

پلی‌بوتادی‌ان با انتهای هیدروکسیل (HTPB) به عنوان چسب کامپوزیت‌های پرانرژی، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته است. این جسب خنثی 10 تا 15% وزنی این ترکیب­ها را شامل می‌شود که درصورت پرانرژی شدن، محتوای انرژی را افزایش داده و خواص فیزیکی و شیمیاییHTPBاولیه نیز تا حدود زیادی حفظ می‌شود. اتصال عاملیت نیترو به زنجیره اصلی HTPB (نیترودار کردن) یک روش مناسب برای پرانرژی کردن آن می‌باشد. روش‌های مرسوم نیتراسیون مانند استفاده از مخلوط اسیدها، دی‌نیتروژن پنتوکسید و نیترومرکوراسیون- دمرکوراسیون، سبب تخریب زنجیر اصلیHTPB  می‌شوند. در این پژوهش، از روش جدید نیترودار کردن با معرف نیتریل یدید برای عامل دار کردن HTPB با گروه‌های نیترو استفاده شده است که طی آن پیوندهای دوگانه و زنجیر اصلی رزین دچار تخریب نمی‌شود. به منظور حفظ ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی یگانه HTPB، میزان نیترودار کردن به 10 تا 15% از پیوندهای دوگانه محدود می‌شود. هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر ریزساختار پیش‌پلیمرHTPB و نسبت واکنشگرهای استفاده شده بر فرایند نیترودار کردن و ساختارHTPB  است. بدین منظور، چهار نمونه پلی‌بوتادی‌ان نیترودار شده با انتهای هیدروکسیل (Nitro-HTPB) از دو نوع HTPB با ریزساختارهای متفاوت و با استفاده از دو نسبت گوناگون از واکنشگرها سنتز شد. سپس نمونه ها با استفاده از آزمون‌های FT-IR و 1HNMR مشخصه‌یابی شدند و پارامترهایی مانند درصد نیترودار کردن، ریزساختار و رفتار رئولوژیکی آن‌ها مورد مقایسه و بررسی قرار گرفت. مطابق نتیجه­ ها، رزین‌های سنتزشده از  HTPBبا وزن مولکولی پایین‌تر و دارای ریزساختار ترانس بیش­تر، در یک نسبت ثابت از واکنشگرها و شرایط محیطی، به ترتیب فراورده­ هایی با گرانروی پایین‌تر و دارای درصد نیترو بالاتر به دست می‌دهند. همچنین نمونه‌هایی با درصد نیترو بالاتر، دارای گرانروی بالاتر و پات‌لایف کم­تری هستند. با در نظر گرفتن همه پارامترها، می‌توان ادعا نمود که رزین NHA1 با میزان نیترودار کردن 2/12% از میان رزین‌های سنتز شده (با درصدهای نیترو به میزان 1/3، 1/4، 2/12 و 6/17%)، پتانسیل مناسبی برای استفاده به‌عنوان چسب در کامپوزیت‌های پرانرژی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Zhou Y., Long X. P., Zeng Q. X., Simulation Studies of The Interfaces of Incompatible Glycidyl Azide Polymer/Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene Blends by Dissipative Particle Dynamics. I. The Effect of Block Copolymers and Plasticizers, Journal of Applied Polymer Science, 125: 1530-1537 (2012).
[2] Cappello M., Lamia P., Mura C., Polacco G., Filippi S., Azidated Ether-Butadiene-Ether Block Copolymers as Binders for Solid Propellants, Journal of Energetic Materials, 34: 318-341 (2016).
[3] کبریت‌چی، عباس؛ قانع قره‌باغ، میلاد، پلیمرهای پرانرژی در پیشران‌ها: رزین پلی‌بوتادی‌ان با انتهای هیدروکسیل پرانرژی (EHTPB) آزیدی و متصل به فلز، مجله پژوهش و توسعه فناوری پلیمر ایران، (4)2: 17 تا  (1396).
[4] Shekhar Pant C., Santosh M.S., Banerjee S., Khanna P.K., Single Step Synthesis of Nitro‐Functionalized Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene, Propellants Explosives Pyrotechnics, 38: 748-753 (2013).
[5] Colclough M.E., Paul N.C., Nitrated Hydroxy-Terminated Polybutadiene: Synthesis and Properties, ACS Publications, 623: 97-103 (1996).
[6] کبریت‌چی، عباس؛ قانع قره‌باغ، میلاد، بررسی انواع رزین پلی‌بوتادی‌ان با انتهای هیدروکسیل (HTPB) پرانرژی نیترات‌دار ‌شده و خواص پیشرانه جامد مرکب بر پایه آن، مجله پژوهش و توسعه فناوری پلیمر ایران، (2)2: 15 تا  (1396).
 [7]Abusaidi H., Ghorbani M., Ghaieni H.R., Development of Composite Solid Propellant Based on Nitro Functionalized Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene, Propellants Explosives Pyrotechnics, 42: 671-675 (2017).
[8] Gayathri S., Reshmi S., Nitrato Functionalized Polymers for High Energy Propellants and Explosives: Recent Advances, Polymers for Advanced Technologies, 28: 1539-1550 (2017).
[9] قاینی، حمیدرضا؛ ابوسعیدی، هادی؛ معتمدالشریعتی، سیدهادی، بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر سنتز Nitro-HTPB، نشریه علمی پژوهشی مواد پرانرژی، (2)10: 65 تا (۱۳۹۴).
[10] اشرفی، مهدی، سنتز و بررسی خواص نرم‌کننده پلیمری پرانرژی NPB  و مطالعه خواص عملکردی آن به همراه بایندر  NHTPB در فرمولاسیون مواد منفجره پلاستیکی، رساله دکتری شیمی آلی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین (ع) (1395).
[11] Pavia D.L., Lampman G.M., Kriz G.S., Vyvyan J.A., "Introduction to Spectroscopy", Cengage Learning, United States of America (2008).
[12] Mahanta AK., Pathak DD., "HTPB-polyurethane: A Versatile Fuel Binder for Composite Solid Propellant", Polyurethane, Instrumentation Technology, India (2012).
[13] Sekkar V., Raunija TS., Issues Related with Pot Life Extension for Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene‐Based Solid Propellant Binder System, Propellants Explosives Pyrotechnics, 40: 267-74 (2015).
[14] Sekkar V., Raunija TS., Hydroxyl-Terminated Polybutadiene-Based Polyurethane Networks as Solid Propellant Binder-State of the Art, Journal of Propulsion and Power, 31: 16-35 (2014).
[15] Mahanta A.K., Dharmsaktu I., Pattnayak PK., Rheological Behaviour of HTPB-Based Composite Propellant: Effect of Temperature and Pot Life on Casting Rate, Defence Science Journal, 57: 435-       (2007).
[16] Vesna R., Petric M., The Effect of Curing Agents on Solid Composite Rocket Propellant Characteristics, Scientific Technical Review, 4: 46-50 (2005).
[17] Sekkar V., Ambika Devi K., Ninan KN., Rheo‐Kinetic Evaluation on the Formation of Urethane Networks Based on Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene, Journal of Applied Polymer Science, 79, 1869-1876 (2001).
[18] Sekkar V., Venkatachalam S., Ninan KN., Rheokinetic Studies on the Formation of Urethane Networks Based on Hydroxyl Terminated Polybutadiene, European Polymer Journal, 38: 169-78 (2002).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار