پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

بررسی و مقایسه شیمی‌رئولوژیکی اثر سه نوع تأخیرانداز پلیمریزاسیون بر سرعت تشکیل پلی‌یورتان برپایه پلی‌بوتادین خاتمه‌یافته با هیدروکسیل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

علی عیسی پور
عباس کبریت چی

دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده
موضوع تحقیق: سیستم بایندر برپایه پلی‌بوتادین خاتمه‌یافته با گروه هیدروکسیل (HTPB)، شامل دی‌اکتیل سباسات به عنوان نرم‌کننده (DOS) و تولوئن دی‌ایزوسیانات به عنوان عامل پخت می‌باشد. واکنش بین گروه هیدروکسیل رزین HTPB با گروه ایزوسیانات عامل پخت تولید شبکه پلی‌یورتانی می‌کند تا منجر به تولید یک لاستیک با خواص مطلوب شود. در این کار پژوهشی بررسی خواص رئولوژیکی و مکانیسمی سیستم بایندر در حضور سه ماده شیمیایی به عنوان تأخیرانداز پلیمریزاسیون تشکیل پلی‌یورتان شامل اگزالیک اسید، مالئیک اسید و تتراسایکلین انجام و خواص فیزیکی آنها بررسی و مقایسه شد.

روش تحقیق: اگزالیک اسید، مالئیک اسید و تتراسایکلین با مکانیسم‌های ویژه‌ای خواص سیستم بایندر را تغییر می‌دهند. اگزالیک اسید و مالئیک اسید در واکنش با گروه ایزوسیانات عامل پخت تولید آمید کرده و گرانروی سیستم بایندر را کاهش می‌دهند. تتراسایکلین نیز با توجه به ساختار شیمیایی خود، با عامل پخت وارد واکنش شده و از پیشرفت واکنش اصلی که بین رزین HTPB و عامل پخت TDI است، جلوگیری کرده و در نتیجه باعث کاهش گرانروی می‌شود. همچنین برای بررسی مکانیسم عملکردی این ترکیبات از طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR) استفاده شد. در این طیف‌سنجی شدت طیف‌های مربوط به هر نمونه با یکدیگر مقایسه و نوع عملکرد و مکانیسم هر کدام از تأخیراندازهای اگزالیک، مالئیک اسید و تتراسایکلین مشخص شد. خواص سختی و تورم نیز برای نمونه‌ها اندازه‌گیری و مقایسه شد.

نتایج اصلی: نوع ساختار محصول واکنش بین رزین HTPB و تأخیراندازهای اگزالیک اسید، مالئیک اسید و تتراسایکلین با عامل پخت توسط FT-IR مشخص و تایید شد. بررسی طیف‌های FT-IR درجا نشان داد شدت پیک ایزوسیانات بعد از گذشت 60/90 دقیقه کاهش پیدا می‌کند. بررسی رفتار شیمی‌رئولوژیکی نشان داد که به طورکلی در غلظت 05/0% بهترین عملکرد از تأخیراندازها مشاهده می‌شود و در بین این سه؛ به ترتیب تتراسایکلین با حدود 54%، اگزالیک اسید با حدود 48% و مالئیک اسید با حدود 47% بیشترین میزان کاهش در افزایش ویسکوزیته را داشته است. افزودن 05/0% از تتراسایکلین به سیستم بایندر احتمالاً به علت درگیری بیشتر با عامل پخت منجر به کاهش حدود 20% دانسیته اتصالات عرضی شده که نشان‌دهنده عملکرد بهتر این ماده به عنوان تأخیرانداز واکنش می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

تأخیرانداز پلیمریزاسیون
گرانروی
تاخیرانداز
تبدیل فوریه مادون قرمز
خواص فیزیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Chemorheological Investigation on The Effect of Three Polymerization Retardants on Hydroxyl Terminated Poly butadiene-based Polyurethane-Forming Rate

نویسندگان English

Ali Esapur
Abbas Kebritchi
Imam Hossein Comprehensive University
چکیده English

Research subject: The binder system based on of hydroxyl-terminated polybutadiene resin (HTPB), consist of dioctyl sebacate as a plasticizer (DOS), and toluene diisocyanate as the curing agent. Reaction between the HTPB hydroxyl resin group and the curing agent isocyanate group produces a polyurethane mesh to produce a rubber with the desired properties. In this research, the rheological and mechanical properties of the binder system were investigated and Physical properties compared in the presence of three chemicals retarder polymerization Polyurethane, oxalic acid, maleic acid and tetracycline.

Research approach: Oxalic acid, maleic acid and tetracycline alter the properties of the binder system by specific mechanisms. Oxalic acid and maleic acid react with the isocyanate group of the curing agent to produce amides and reduce the viscosity of the binder system. Due to its chemical structure, tetracycline reacts with the curing agent and prevents the development of the main reaction between the HTPB resin and the curing agent TDI and reduces the viscosity. Infrared Fourier transform (FT-IR) test was also used to investigate the functional mechanism of these compounds. In this test, the intensities of the spectra related to each sample were compared with each other and the type of function and mechanism of each of the oxalic and maleic substances and tetracycline were determined.

Main results: The structure of the reaction product between HTPB resin and oxalic acid, maleic acid and tetracycline with curing agent was determined and confirmed by FT-IR spectrum. In-situ FT-IR study showed reduction in isocyanate peak intensity after 60/90 min. Chemorheological investigation showed best performance at 0.05% concentration for all retardants, among them tetracycline, oxalic acid and maleic acid depicted 54%, 48% and 47% reduction in viscosity build-up; respectively. Adding 0.05% of tetracycline to binder system resulted in about 20% decrease in cross link density probably due to better interaction with curing agent which emphasized the best performance of 0.05%-tetracycline as retardant.

کلیدواژه‌ها English

Polymerization retarder
Binder System
Viscosity
retarder
FT-IR
Physical properties
[1] Hunley J., The History of Solid-Propellant Rocketry-What We Do and Do Not Know, Proceeding of 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Cleveland, July 12-15, P. 2925, 1999.
[2] Elamin N., Abuuznien M. and Sidig B., Effect of Tetracycline in Improving Composite Propellant Pot Life, Proceeding of International Conference on Aerospace Sciences and Aviation Technology, The Military Technical College, May 28-30, 1-12, 2013.
[3] Mohammadtaghinejad H., Kebritchi A., Niazi S. and Mombini J., Investigating The Effect of Curing Agent and Casting Temperature on Pot Life of Binder System Based on HTPB, Iran. Sci. Assoc. Energ. Mater., 13, 217-225, 2018.
[4] Deylami A. and Kebritchi A., Effect of Hydroxyl Terminated Polybutadiene Number-Averaged Molecular Weight on Chemorheological Behavior Of Polyurethane Networking, Polyolefins J.,Accepted Manuscript, 2023.
[5] Sekkar V., Ambika Devi K. and Ninan K., Rheo‐Kinetic Evaluation on The Formation of Urethane Networks Based on Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene, J. Appl. Polym. Sci., 79, 1869-1876, 2001.
[6] Sekkar V. and Raunija T. S. K., Issues Related with Pot Life Extension for Hydroxyl‐Terminated Polybutadiene‐Based Solid Propellant Binder System, Propellants, Explos. Pyrotech., 40, 267-274, 2015.
[7] Jawalkar S., Kurva R., Singh P. and Bhattacharya B., Influence of Bicurative on Processibility of Composite Propellant, Def. Sci. J., 57, 669-675, 2007.
[8] Muthiah R., Manjari R., Krishnamurthy V. and Gupta B., Rheology of HTPB Propellant: Effect of Mixing Speed and Mixing Time, Def. Sci. J., 43, 167-172, 1993.
[9] Iqbal M. M., Ch S. R., Liang W., Ali N. and Raza A., Investigating The Effect of Solid Fillers on Mechanical and Rheological Properties of Composite Propellants, Int. J. Energetic Mater. Chem. Propuls., 12, 75-86, 2013.
[10] Cucksee M. T. and Allen H. C., Extension of Pot Life of HTPB Composite Propellants By Phosphine Oxides, US Pat. 3,974,004, 1976.
[11] Cuksee M. T. and Allen H. C., Pot Life Extension of Isocyanate Cured Propellants by Aziridine Compounds, US Patent 4,019,933, 1977.
[12] Ducote M. E., Prevention of Unwanted Cure Catalysis in Isocyanate Cured Binders, US Patent 4,597,811, 1986.
[13] Xi J., Liu J., Wang Y., Liang D., Li H. and Zhou J., Role of Oxalic Acid in Promoting Ignition and Combustion of Boron: An Experimental and Theoretical Study, Propellants, Explos. Pyrotech., 39, 844-851, 2014.
[14] Chai Z., Jin B., Gong W., Peng R. and Chu S., Synthesis and Thermal Performance Study of C60-Polyglycidyl Nitrate (C60-PGN) Maleic Acid Copolymer Lead Salts, Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructures, 26, 880-886, 2018.
[15] Tokui H. and Iwama A., Pot Life Problem and Its Measure With A Reduced Smoke Propellant Production, Propellants, Explos. Pyrotech., 16, 105-109, 1991.
[16] Toosi F. S., Shahidzadeh M. and Ramezanzadeh B., An Investigation of The Effects of Pre-Polymer Functionality on The Curing Behavior and Mechanical Properties of HTPB-Based Polyurethane, J. Ind. Eng. Chem., 24, 166-173, 2015.
[17] Mahanta Abhay K., Monika G. and Pathak Devendra D., Empirical Modeling of Chemoviscosity of Hydroxy Terminated Polybutadiene Based Solid Composite Propellant Slurry, Malays. Polym. J., 5, 1-16, 2010.
[18] Sonnenschein M. F. and Koonce W., Polyurethanes, Encyclopedia of Polymer Science And Technology, 2002.
[19] McMurry, J. E., Fundamentals of organic chemistry, Cengage Learning, 2010.
[20] Stanzione, M., V. Russo, M. Oliviero, L. Verdolotti, A. Sorrentino, M. Di Serio, R. Tesser, S. Iannace, and M. Lavorgna., Characterization of Sustainable Polyhydroxyls, Produced from Bio-based Feedstock, and Polyurethane and Copolymer Urethane-amide Foams, Data. Br., 21, 269-275 (2018).
[21] Jain, S. R., Sekkar V. and Krishnamurthy V. N., Mechanical and Swelling Properties of HTPB‐based Copolyurethane Networks, J. Appl. Polym. Sci., 48, 1515-1523, 1993.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما