optimization of factors affecting the synthesis of...

11
Keywords: A B S T R A C T Available in: http://jips.ippi.ac.ir Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), Vol. 33, No. 1, 63-73 April-June 2020 ISSN: 1016-3255 Online ISSN: 2008-0883 DOI: 10.22063/JIPST.2020.1721 poly glycidyl nitrate, propellant, triblock copolymer, propylene oxide, thermal properties H ypothesis: Polyglycidyl nitrate (PGN) is used in the manufacture of propellant elastomers due to its properties such as highly energetic composition, high density, high oxygen balance, high explosion enthalpy and suitable compatibility with other components. In addition to its desirable properties, this polymer has disadvantages such as high glass transition temperature, poor mechanical properties, and low content of total solid. Also, its elastomer can undergo decuring process. To remedy these disadvantages, its copolymers are prepared using polymers with optimal thermal and mechanical properties. Methods: In this research an energetic polypropylene glycol/polyglycidyl nitrate/ polypropylene glycol (PPG/PGN/PPG) triblock copolymer was synthesized for the first time by cationic ring-opening polymerization of propylene oxide and PGN as macroinitiator, in the presence of boron trifluoride etherate (BF 3 .OEt 2 ) as the catalyst. The effect of temperature and catalyst content on molecular weight and reaction yield was investigated. The obtained product was characterized by FTIR, GPC, and 1H and 13 C NMR spectroscopy. Also, the thermal properties of the copolymer were characterized by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Finding: The results showed that by increasing the temperature from 0 to 15°C, the conversion and yield increased. On the other hand, due to the low boiling point of propylene oxide (34°C) and the exothermic reaction, it is impossible to increase the reaction temperature above 15°C. By increasing the catalyst content from 0.2% to 1% by weight of the initiator, the polymer molecular weight increased and the highest yield was achieved in presence of 1% by weight of the catalyst, but by increasing the catalyst content from 1 to 1.5 weight percent, yield and molecular weight have decreased due to the development of adverse reactions. Studies by TGA and DSC showed an increase in thermal stability and a decrease in glass transition temperature of the copolymer compared to PGN. (*)To whom correspondence should be addressed. Eـmail: [email protected] Optimization of Factors Affecting the Synthesis of Polypropylene Glycol/Polyglycidyl Nitrate/ Polypropylene Glycol Triblock Copolymer and Evaluation of Its Thermal Properties Tayebe Khanlari 1 , Yadollah Bayat 1* , and Mohammad Bayat 2 1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, P.O. Box 16765-3454, Tehran, Iran 2. Department of Chemistry, Imam Khomeini International University, P.O. Box 34149-16818, Qazvin, Iran Received: 24 September 2019, accepted: 18 April 2020 Please cite this article using: Khanlari T., Bayat Y., and Bayat M., and Tabasizadeh M., Optimization of Factors Affecting the Synthesis of Polypropylene Glycol/ Polyglycidyl Nitrate/Polypropylene Glycol Triblock Copolymer and Evaluation of Its Thermal Properties, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 33, 63-73, 2020. Research article

Upload: others

Post on 07-Oct-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

Keywords:

A B S T R A C T

Available in: http://jips.ippi.ac.ir

Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian),

Vol. 33, No. 1, 63-73April-June 2020ISSN: 1016-3255

Online ISSN: 2008-0883DOI: 10.22063/JIPST.2020.1721

poly glycidyl nitrate,

propellant,

triblock copolymer,

propylene oxide,

thermal properties

Hypothesis: Polyglycidyl nitrate (PGN) is used in the manufacture of propellant elastomers due to its properties such as highly energetic composition, high density, high oxygen balance, high explosion enthalpy and suitable

compatibility with other components. In addition to its desirable properties, this polymer has disadvantages such as high glass transition temperature, poor mechanical properties, and low content of total solid. Also, its elastomer can undergo decuring process. To remedy these disadvantages, its copolymers are prepared using polymers with optimal thermal and mechanical properties. Methods: In this research an energetic polypropylene glycol/polyglycidyl nitrate/polypropylene glycol (PPG/PGN/PPG) triblock copolymer was synthesized for the first time by cationic ring-opening polymerization of propylene oxide and PGN as macroinitiator, in the presence of boron trifluoride etherate (BF3.OEt2) as the catalyst. The effect of temperature and catalyst content on molecular weight and reaction yield was investigated. The obtained product was characterized by FTIR, GPC, and 1H and 13C NMR spectroscopy. Also, the thermal properties of the copolymer were characterized by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA).Finding: The results showed that by increasing the temperature from 0 to 15°C, the conversion and yield increased. On the other hand, due to the low boiling point of propylene oxide (34°C) and the exothermic reaction, it is impossible to increase the reaction temperature above 15°C. By increasing the catalyst content from 0.2% to 1% by weight of the initiator, the polymer molecular weight increased and the highest yield was achieved in presence of 1% by weight of the catalyst, but by increasing the catalyst content from 1 to 1.5 weight percent, yield and molecular weight have decreased due to the development of adverse reactions. Studies by TGA and DSC showed an increase in thermal stability and a decrease in glass transition temperature of the copolymer compared to PGN.

(*)To whom correspondence should be addressed. Eـmail: [email protected]

Optimization of Factors Affecting the Synthesis of Polypropylene Glycol/Polyglycidyl Nitrate/

Polypropylene Glycol Triblock Copolymer and Evaluation of Its Thermal Properties

Tayebe Khanlari1, Yadollah Bayat1*, and Mohammad Bayat2

1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, P.O. Box 16765-3454, Tehran, Iran

2. Department of Chemistry, Imam Khomeini International University, P.O. Box 34149-16818, Qazvin, Iran

Received: 24 September 2019, accepted: 18 April 2020

Please cite this article using:Khanlari T., Bayat Y., and Bayat M., and Tabasizadeh M., Optimization of Factors Affecting the Synthesis of Polypropylene Glycol/Polyglycidyl Nitrate/Polypropylene Glycol Triblock Copolymer and Evaluation of Its Thermal Properties, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 33, 63-73, 2020.

Research article

Page 2: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

واژه های کلیدی

چکیده

http://jips.ippi.ac.ir :قابل دسترس در نشانی

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر،سال سی وسوم، شماره 1،

صفحه 63-73، 1399ISSN: 1016-3255

Online ISSN: 2008-0883DOI: 10.22063/JIPST.2020.1721

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-پلی پروپیلن گلیکول و

بررسي خواص گرمایي آن

طیبه خانلری1، یداله بیات1*، محمد بیات2

1- تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، دانشکده شیمی و مهندسی شیمی، صندوق پستي 16765-34542 - قزوین ، دانشگاه بین المللی امام خمینی )ره(، دانشکده شیمی، صندوق پستي 34149-16818

دریافت: 1398/7/2، پذیرش: 1399/1/30

* مسئول مکاتبات، پیام نگار:[email protected]

فرضیه: پلی گلیسیدیل نیترات )PGN( به دلیل داشتن خواصی همچون انرژی تشکیل مناسب، چگالی، االستومر های تهیه در اجزا، با سایر مناسب و سازگاری زیاد انفجار آنتالپی و اکسیژن توازن پیشرانه به کار گرفته مي شود. این پلیمر افزون بر خواص مطلوب عیب هایي از جمله دمای انتقال شیشه ای زیاد، خواص مکانیکی ضعیف و مقدار جامد کل کم دارد. همچنین، االستومر آن مي تواند متحمل واپخت شود. براي رفع این عیب ها، کوپلیمرهایي از آن با پلیمرهایی با خواص گرمایي و

مکانیکی مطلوب تهیه می شود.گلیکول- پلی پروپیلن پرانرژی سه قطعه اي کوپلیمر بار اولین برای پژوهش، این در روش ها:

پلی گلیسیدیل نیترات-پلی پروپیلن گلیکول، PPG-PGN-PPG، با روش پلیمرشدن حلقه گشای کاتیونی پروپیلن اکسید، در مجاورت پلی گلیسیدیل نیترات به عنوان درشت آغازگر و بور تری فلوئورید اترات بازده و مولکولی وزن بر کاتالیزگر مقدار و دما اثر شد. تهیه کاتالیزگر به عنوان )BF3.OEt2()GPC(، رزونانس تراوا ژل با روش های سوانگاري به دست آمده بررسي شد. محصول واکنش مغناطیسي هسته هیدروژن )1H NMR( و کربن )13C NMR( و طیف سنجي زیرقرمز تبدیل فوریه )FTIR( شناسایی شد. همچنین خواص گرمایي کوپلیمر با آزمون هاي گرماوزن سنجی )TGA( و

گرماسنجی پویشي تفاضلی )DSC( مطالعه شد.یافته ها: نتایج نشان داد، با افزایش دما از C°0 به C°15، درصد تبدیل و بازده افزایش یافت. از افزایش واکنش، گرمازابودن و )34°C( اکسید پروپیلن کم دماي جوش به توجه با دیگر، سوي دمای واکنش به بیش از C°15 امکان پذیر نیست. همچنین با افزایش مقدار کاتالیزگر از %0/2 به 1% وزنی نسبت به آغازگر، وزن مولکولی پلیمر افزایش یافت و بیشترین بازده در %1 وزنی کاتالیزگر به دست آمد. اما، با افزایش مقدار کاتالیزگر از %1 به %1/5 وزنی، بازده و وزن مولکولی به دلیل پیشرفت واکنش های جانبی کاهش یافت. مطالعات TGA و DSC افزایش پایداری گرمایي و کاهش

دمای انتقال شیشه ای کوپلیمر تهیه شده را در مقایسه با PGN نشان داد.

پلی گلیسیدیل نیترات،

پیشرانه،

کوپلیمر سه قطعه ای،

پروپیلن اکسید،

خواص گرمایي

مقاله پژوهشي

Page 3: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

65

مقد‌‌‌مهپیشرانه های جامد مرکب در تجهیزات و موشک های فضایی به کار گرفته مي شوند ]1[. این پیشرانه ها از سه جزء اصلي تشکیل مي شوند که شامل پلیمر آلي به عنوان پیونده )binder، جزء پلیمری است که سایر اجزاي جامد پیشرانه را در خود جای می دهد و پس از پخت موجب شکل دهی آمیزه می شود(، اکسنده جامد غني از اکسیژن شامل آمونیوم پرکلرات، آمونیوم نیترات، پتاسیم پرکلرات، هگزاهیدرو 5،3،1-تری نیترو5،3،1- تری آزین اکتاهیدرو7،5،3،1- یا (research department explosive, RDX(تترانیترو7،5،3،1-تترازواکتان )high melting explosive, HMX( و جزء سوم، سوخت فلزی قابل سوختن مانند آلومینیم، منیزیم، بریلیم و بور بوده که منبع انرژي گرمایي اولیه است. افزون بر این سه جزء سوختن سرعت اصالح کننده پخت، عوامل مانند اجزا سایر اصلي نیز پیوندي عوامل و نرم کننده پخت، کاتالیزگر اکسید، آهن مانند عملکرد در کلیدي نقشي پیونده میان این در .]2-5[ دارند وجود اینکه بر افزون که هستند آلي پلیمرهای پیونده ها، دارد. پیشرانه نقش سوخت را ایفا کرده، به عنوان ماده نگه دارنده و ماتریس برای براي پیونده به عنوان مطلوب پلیمر .]6،7[ می کنند اجزا عمل سایر پیشرانه هاي جامد مرکب باید گرانروي و دمای انتقال شیشه ای کم، نسبت کربن به هیدروژن زیاد، قابلیت پخت در دمای کم، مقاومت مناسب یانگ مدول و تنش-کرنش( )نمودار طول ازدیاد کششي، داشته و سازگار با سایر اجزا باشد ]8،9[. پیونده ها از لحاظ ساختار و مقدار انرژی به دو گروه کلی پیونده های خنثی و انرژی زا دسته بندي می شوند. از متداول ترین پیونده های خنثی در فرمول بندي مواد منفجره و ،)HTPB( انتهای هیدروکسیل با پلی بوتادی ان به پیشرانه ها می توان

پلي کاپروالکتون )PCL( و پلی پروپیلن گلیکول)PPG( اشاره کرداین نوع پیونده ها به واسطه گرانروی کم مقدار جامدپذیری زیادي دارند. خواص مکانیکی مطلوب نیز از مزیت هاي آن ها به شمار می آید. خنثی بودن به دلیل پیونده ها نوع این داراي پیشرانه فرمول بندي اما نیاز به دلیل بنابراین .]4،10[ دارد عملکرد محدودیت پیونده، نوع پیشرانه های در کاربرد براي کم با حساسیت پر انرژي آمیزه های به فضایی، پلیمرها و نرم کننده هاي پرانرژی مورد توجه قرار گرفته اند. عاملی گروه های آن ساختار در که است پلیمری پرانرژی، پیونده پر انرژی مانند آزید )N3(، نیترامین )NNO2و-(، نیترید )NO2(، نیترات )ONO2(، فلوئورودی نیترید (CF(NO2)2و-) و دی فلوئوروآمین )NF2و-( وجود داشته باشد. از پیونده های پرانرژی می توان به پلي گلیسیدیل نیترات ،Polyو(BAMO)پلي اکسي تان ها، و ،)GAP( گلیسیدیل آزید پلیمر ،)PGN(انتهای با نیتروپلی بوتادی ان و Polyو(AMMO)و ،Polyو(NIMMO)و

هیدروکسیل )NHTPB( اشاره کرد ]11،12[. پیونده های خنثی نسبت

اما، دارند. مطلوب تري مکانیکی خواص پر انرژی پیونده های به پیونده های پرانرژی به دلیل انرژی ذاتی ساختار آن ها، ایمپالس ویژه سامانه را افزایش می دهند و ایمن تر نسبت به پیونده های خنثی هستند. باعث کاهش اکسنده به ویژه عوامل مقدار جامدات و افزایش زیرا، ایمنی نسبت به محرک ها می شود. با جایگزینی پیونده های پرانرژی با انواع خنثی می توان مقدار مصرف اکسنده در فرمول بندي را کاهش داد و باعث افزایش ایمنی بدون کاهش مقدار عملکرد شد. نبود مهاجرت نرم کننده با وجود پیونده پر انرژی به دلیل قطبیت مشابه دو جز نیز از برتري هاي آن ها به شمار مي آید ]13،14[. از میان پیونده های پرانرژی، PGN و GAP اخیراً کاربرد گسترده اي در ساخت پیشرانه ها پیدا کرده و

روی جانبه همه مقایسه با .]15[ کرده اند جلب را زیادی توجه به دلیل نیترات پلی گلیسیدیل متداول، پرانرژی پیونده های خواص انرژی تشکیل مناسب، چگالی، توازن مانند داشتن خواص مطلوب و ارزان تر سنتز مناسب، تخریب دمای زیاد، انفجار آنتالپی و اکسیژن در به کارگیری برای مناسبي پیونده اجزا، سایر با سازگاری نیز مهم ترین و پرانرژی پلی اتری نیترات، پلی گلیسیدیل پیشرانه هاست. عضو از گروه پلیمرهای اکسیران است که به دلیل وجود عامل نیترات این بار اولین و همکاران Thelen دارد. پرانرژی )ONO2( خواص و فیزیکی خواص به دلیل .]16[ کردند مطالعه 1950 در را پلیمر در گسترده ای مطالعات نیترات، پلی گلیسیدیل مطلوب شیمیایی مطالعات این است. شده انجام ترکیب این درباره اخیر سال های به طور عمده در زمینه روش هاي تهیه این پیش پلیمر و مونومر آن و تبدیل به پلیمر، بررسی فرایند پخت پلیمر حاصل و به موازات آن مطالعه پایداری پیونده های پلی گلیسیدیل نیترات و بررسی کاربرد این پلی گلیسیدیل از خواص برخي پیشرانه هاست ]17-22[. در پیونده

نیترات در جدول 1 آمده است ]23[.پلی گلیسیدیل نیترات افزون بر داشتن خواص مطلوب، عیب هاي ضعیف، مکانیکی خواص زیاد، شیشه ای انتقال دمای جمله از جامدپذیری و سرعت پخت کم با عوامل ایزوسیاناتی به دلیل وجود گروه هیدروکسیل نوع دوم انتهایی و نیز واپخت شدن االستومرهای

آن به دلیل نوآرایی Mclafferty دارد ]14[.اگرچه پیش پلیمر گلیسیدیل نیترات نیمه عمر مناسبی دارد و پلیمر از اما، پس می دهد. نشان پایداری شیمیایی خوبی آن شبکه ای نشده پلی یورتان حاصل ایزوسیانات و تشکیل االستومر ، الستیک با پخت پایداری ضعیفی دارد و با افزایش دما به سرعت واپخت می شود. این ناپایداری صرف نظر از نوع ایزوسیانات به انرژی فعال سازی کم برای شکست زنجیر پلی یورتان وابسته است که به دلیل نزدیکی گروه های OH انتهای پلیمر به گروه های نیترات استر ایجاد می شود. بنابراین امکان

Page 4: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

66

نوآرایی Mclafferty در ساختار پیش پلیمر وجود دارد )شکل 1( ]24[. PGN ، در صنعت پیشرانه PGN براي رفع این عیب ها و استفاده ازپلی کاپروالکتون ،)PTHF( پلی تتراهیدروفوران مثل پلیمرهایی با )HTPB( انتهایی هیدروکسیل گروه با پلی بوتادی ان و )PCL(کوپلیمر شده است. اما به دلیل پایداری حلقه های 5 و 7 عضوی و در سنتز کاپروالکتون، و تتراهیدروفوران مونومرهای کم فعالیت نتیجه کوپلیمرهای مزبور، از نظر مدت زمان انجام واکنش، شرایط دمایی و بازده واکنش مشکل است. همچنین، HTPB پیونده غیرقطبی بوده و با پلی گلیسیدیل نیترات امتزاج ناپذیر است ]15،25،27[. در این پژوهش، برای اولین بار از مونومر واکنش پذیرتر پروپیلن اکسید استفاده شد تا افزون بر تبدیل گروه هیدروکسیل انتهایی نوع دوم PGN به نوع اول و افزایش سرعت پخت، مشکالت مربوط به ناپایداری و واپخت شدن االستومرهای آن نیز برطرف شود. همچنین، به دلیل واکنش پذیري زیاد این مونومر در پلیمرشدن حلقه گشا، تهیه کوپلیمر پلی پروپیلن گلیکول-

و )PPG-PGN-PPG( گلیکول نیترات-پلی پروپیلن پلی گلیسیدیل و دمایی شرایط واکنش، انجام زمان مدت نظر از آن بهینه سازی بازده واکنش بررسي شد. پلی پروپیلن گلیکول با خواص مکانیکی و امتزاج پذیری خوبی مشابه، اتری به دلیل ساختار و مطلوب گرمایي با پلی گلیسیدیل نیترات دارد. از جمله خواص پلی پروپیلن گلیکول تا ازدیاد طول )C°70-( و آن انتقال شیشه ای کم به دمای می توان شکست %1000-139 آن اشاره کرد ]28،29[. در ادامه، به دلیل اهمیت رفتار گرمایي پلیمر های پرانرژی در دمای زیاد، رفتار گرمایي کوپلیمر تفاضلی پویشي گرماسنجی و )TGA( گرماوزن سنجی با سنتزی

)DSC( مطالعه شد.

تجربی‌

مواداترات تری فلورئوید بور اکسید، پروپیلن ،)99%( اپی کلروهیدرین هیدروکسید، سدیم نیترات، پتاسیم بی آب، سولفات سدیم ،)50%( -4،1 ،Merck شرکت از )65%( اسید نیتریک و بی کربنات سدیم مجللی شرکت از دی کلرومتان و Fulka شرکت از دی ال بوتان

خریداری شدند.

دستگاه‌ها(FT-IR) برای شناسایی ترکیب های سنتزشده، از طیف سنج هاي زیر قرمزمغناطیسی رزونانس و Nicolet شرکت ساخت Nicolet 800و

مغناطیسی قدرت با DPX-250AVANCE مدل )NMR( هسته دوتریم دار، کلروفرم Bruker در حالل MHz 500 ساخت شرکت

استفاده پویش 256 تعداد و 1/09 s اکتساب زمان ،25°C دمای تفاضلی پویشي گرماسنج گرمایي، آزمون هاي انجام برای شد. (TGA( گرماوزن سنج و NETZSCHDSC 214 Polyma )DSC(و گرفته به کار آلمان Netzsch شرکت ساخت NETZSCH 200F3

شد. سوانگاري ژل تراوایي )GPC( با دستگاه GPC ساخت شرکت Aglilent و حالل تتراهیدروفوران انجام شد.

روش‌هاتهیه‌گلیسیدیل‌نیترات

گلیسیدیل نیترات بر اساس روش سنتز گزارش شده در پژوهش هاي )0/3 mol( 30/3 g 50 نیتریک اسید %60 و mL .]22[ پیشین تهیه شدقیف به مجهز 250 mL سه دهانه بالن درون به نیترات پتاسیم افزاینده، چگالنده، دماسنج و همزن مغناطیسي منتقل شد. سپس در

جدول 1- برخی از خواص پلی گلیسیدیل نیترات.Table 1. Some properties of polyglycidyl nitrate.

ValuePropertiesLight yellow

1.46

-35

-68

2

37

-60.5

2661

210

5.9

163

Color

Density (g/cm3)

Glass transition temperature (°C)

∆Hf (cal/g)

Functionality

Hydroxyl number (mgKOH/g)

Oxygen balance (%)

Enthalpy explosion (kJ/mol)

Degradation temperature (°C)

Weight loss at 130°C (%)

Viscosity at 30°C (P)

.)PGN( شکل 1- واپخت االستومر بر پایه پلی گلیسیدیل نیتراتFig 1. Decuring of elastomer based on Polyglycidyl nitrate

(PGN).

Page 5: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

67

دماي C°10، مقدار mol( 92/5 g 1( اپی کلروهیدرین در جو نیتروژن، 20°C قطره قطره به آن اضافه شد. پس از آن، مخلوط واکنش در دمايهیدروکسید سدیم محلول 112 g شد. سپس، همزده 3 h به مدت به ظرف واکنش اضافه شد. C°5 قطره قطره از %50 در دمای کمتر پس از اتمام افزایش سدیم هیدروکسید، مخلوط واکنش به مدت یک شبانه روز در دمای محیط همزده شد. سپس، فاز آلي با دی کلرومتان )mL 50×2( جداسازي شد و با آب مقطر )mL 100×2( شسته شد. سپس، با سدیم سولفات خشک و با حالل به کمک تبخیرکن چرخان با نیترات g 72 گلیسیدیل این واکنش )rotary( جداسازي شد. در

بازده %60 به دست آمد ]22[.

)PGN(سنتز‌پلی‌گلیسیدیل‌نیترات‌افزاینده، چگالنده، دماسنج و به قیف بالن سه دهانه mL 250 مجهز به -4،1 )0/013 mol( 1/12 g نیتروژن جو در مغناطیسي همزن بوتان دی ال به عنوان آغازگر و mL 10 دی کلرومتان خشک به عنوان )0/008 mol( 1 mL ،5 سرد شد. سپس°C حالل اضافه و تا دمایکمپلکس تري فلوئوریدبور دي اتیل اترات به عنوان کاتالیزگر به ظرف محیط دمای در 30 min به مدت واکنش مخلوط و اضافه واکنش همزده شد. پس از آن، mol( 59/5 g 0/5( گلیسیدیل نیترات حل شده در mL 40 دی کلرومتان خشک قطره قطره به مخلوط واکنش اضافه بیشتر شود(. مخلوط واکنش 15°C از نباید )دما دراین مرحله شد به مدت h 24 در دمای محیط همزده شد. پس از اتمام واکنش، مخلوط سدیم و آب با جداشده، آلی فاز و رقیق دي کلرومتان 90 mL با بی کربنات شسته شد. سپس، با سدیم سولفات خشک، صاف و حالل آن با تبخیرکن چرخان حذف شد. در نهایت، g 45/5 پلی گلیسیدیل

نیترات با بازده %80 به دست آمد ]22[.GPC: Mw = 1400 g/mol, Mn = 1061 g/mol, PDI = 1/3.1H NMR: δ [ppm] = 1/52(–CH2–), 3/35-3/87(–CH2O), -4/694/39 (–CH2-ONO2).13C NMR: δ [ppm] = 25/4 (-CH2CH2O), 71(–CH2O), 73(–

CHONO2), 75.3(CH–O).

FTIR (cm-1): 1279, 1630, 2878, 3426.

گلیکول- نیترات-پلی‌پروپیلن‌ پلی‌گلیسیدیل‌ سه‌قطعه‌اي‌ کوپلیمر‌ سنتز‌)PPG-PGN-PPG(پلی‌گلیسیدیل‌نیترات‌

به بالن سه دهانه mL 250 مجهز به قیف افزاینده، چگالنده، دماسنج و همزن مغناطیسي، mol( 18 g 0/017( پلی گلیسیدیل نیترات به عنوان به عنوان حالل اضافه mL 10 دی کلرومتان خشک درشت آغازگر و

بور تري فلوئورید کمپلکس )0/001 mol( 0/18 mL سپس، شد. 5°C دي اتیل اترات به عنوان کاتالیزگر در جو نیتروژن و دمای کمتر ازبه ظرف واکنش افزوده و مخلوط واکنش به مدت min 30 در دمای معمولي همزده شد. mol( 29/6 g 0/51( پروپیلن اکسید قطره قطره به مخلوط واکنش اضافه شد. پس از اتمام افزایش پروپیلن اکسید، مخلوط واکنش به مدت h 24 در دمای معمولي همزده شد. پس از اتمام واکنش، مخلوط با mL 100 دی کلرومتان رقیق و فاز آلی جدا هوموپلیمر نیز و محلول در باقی مانده مونومر حذف برای و شد )2×150 mL( مقطر آب با جداشده آلی فاز احتمالی، تشکیل شده شست وشو داده شد و سپس با سدیم سولفات خشک، صاف و حالل با تبخیرکن چرخان جدا شد. در نهایت، g 44/59 کوپلیمر سه قطعه اي

به دست آمد )بازده %90 و وزن مولکولي 2300(.GPC: Mw = 3824 g/mol, Mn = 2300 g/mol, PDI = 1/66. 1H NMR: δ(ppm) = 1/13 (–CH3), 1/52 (–CH2–), 3/35-3/87 (CH2O), 4/39-4/69 (–CH2 ONO2); 13C NMR: δ(ppm)=16/2 17/4 (–CH3), 25/45 (CH2CH2O),

71/6 (CH2–O), 73/8 (–CHONO2),74/6(–CH-O);

FTIR: 1630 ,2878 ,3426,d 1279 cm-1.

نتایج‌و‌بحث

در این طرح، ابتدا مونومر گلیسیدیل نیترات و سپس پلی گلیسیدیل نیترات )PGN( از واکنش الکل دوعاملی )4،1- بوتان دی ال( با مونومر مرحله در شدند. سنتز BF3.OEt2 کاتالیزگر مجاورت در تهیه شده BF3.OEt2 به عنوان درشت آغازگر الکلی دوعاملی و از PGN دوم، ازاکسید پروپیلن حلقه گشای پلیمرشدن واکنش کاتالیزگر به عنوان استفاده شد تا کوپلیمر سه قطعه ای PPG-PGN-PPG تهیه شود. طرح کلي تهیه کوپلیمر سه قطعه ای PPG-PGN-PPG در شکل 2 نشان داده شده است. برای جلوگیری از واکنش های آبی تمام حالل ها خشک و واکنش ها در جو گاز بی اثر انجام شد. شرایط انجام واکنش نیز بررسی و

بهترین شرایط برای انجام واکنش مشخص شد.

شناسایی‌محصول 13C NMR 1 وH NMRو ،GPCو ،FTIR ساختار پلیمر و کوپلیمر تهیه شده بابررسی شد. در شکل 3 طیف FTIR دو نوع پلیمر نشان داده شده است. در طیف PGN پیک های مشخصی در بسامدهای 3426، 2878، 1630 و cm-1 1279 ظاهر شده که به ترتیب مربوط به ارتعاش هاي

Page 6: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

68

کششی گروه هیدروکسیل، کششی متقارن و نامتقارن گروه های CH- و PPG-PGN-PPG سه قطعه ای کوپلیمر طیف در است. ONO2-

پلی گلیسیدیل با گلیکول پلی پروپیلن مشابه اتری ساختار به دلیل نیترات، افزایش شدت پیک مربوط به ارتعاش هاي کششی متقارن و ناحیه در C-O پیک و 2878 cm-1 ناحیه در -CH گروه نامتقارن cm-1 1100- 1000 نشانگر افزایش طول زنجیر پلیمر)PGN( و تشکیل

کوپلیمر است. طیف های 1H NMR کوپلیمر سه قطعه ای تهیه شده و نیز PGN استفاده شده به عنوان آغازگر در شکل 4 نشان داده شده و شناسایی

شدند. تکرار پیک های مربوط به پلی گلیسیدل نیترات در کنار پیک های PPG- مربوط به پلی پروپیلن گلیکول نشانگر سنتز کوپلیمر سه قطعه ایسه قطعه ای کوپلیمر 13C NMR طیف 5 شکل است. PGN-PPG

PPG-PGN-PPG و PGN را نشان مي دهد. همان طور که در این شکل

مشخص شده است، تمام پیک های مربوط به درشت آغازگر و کوپلیمر تهیه شده در طیف ظاهر شده و سپس شناسایي شدند.

GPCتعیین‌وزن‌مولکولي‌کوپلیمر‌سه‌قطعه‌ای‌تراوایي ژل سوانگاري با پلیمر نوع دو wM و nM اندازه گیری

PPG-PGN-PPG و PGN انجام شد. ویژگی های ساختاری )GPC(همچون وزن مولکولی و توزیع آن به طور خالصه در جدول 2 آمده است. همان طور که در شکل 6 مشخص است، نمودار GPC کوپلیمر سه قطعه ای فقط یک پیک نشان مي دهد که دلیلي بر تشکیل کوپلیمر

است.

تعیین‌وزن‌مولکولي‌کوپلیمر‌سه‌قطعه‌ای‌با‌روش‌رزونانس‌مغناطیسی‌هسته برای تأیید نتایج روش GPC، می توان از روش رزونانس مغناطیسی هسته )NMR(، استفاده کرده و نتایج را با هم مقایسه کرد که در جدول 3 آمده است. اساس روش GPC نسبی است و در آن وزن مولکولی

PPG- و کوپلیمر PGN درشت آغازگر FTIR شکل 3 - مقایسه طیف.PGN-PPG

Fig. 3. Comparison of FTIR spectra of PGN and PPG-PGN-PPG.

شکل 4- طیف 1H NMR: و(a) درشت آغازگر PGN و )b( کوپلیمر.PPG-PGN-PPG

Fig. 4. 1H NMR of: (a) PGN macroinitiator and (b) PPG-

PGN-PPG copolymer.

شکل 5- طیف 13C NMR: و (a) درشت آغازگر PGN و )b( کوپلیمر .PPG-PGN-PPG

Fig. 5. 13C NMR of: (a) PGN macroinitiator and (b) PPG-

PGN-PPG copolymer.

.PPG-PGN-PPG شکل 2- سنتز کوپلیمرFig 2. Synthesis of PPG-PGN-PPG copolymer.

Page 7: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

69

کوپلیمر نسبت به پلی استیرن سنجیده می شود و روش NMR براساس اندکی اختالف بنابراین می شود. محاسبه ترکیب پروتون های تعداد در دو روش وجود دارد. به دلیل وزن مولکولی کم کوپلیمر تهیه شده، امکان شناسایی و تشخیص گروه هیدروژن های آغازگر 4،1- بوتان این پیک وجود دارد که در انتگرال سطح زیر اندازه گیری دی ال و نهایت با تعیین تعداد مونومر تکرارشونده در زنجیر کوپلیمر، می توان مقدار وزن مولکولی کوپلیمر را محاسبه و اندازه گیری کمی کرد ]30[.وجود باید ابتدا تهیه شده، کوپلیمر مولکولی وزن محاسبه برای پروتون های متیلن 4،1- بوتان دی ال در طیف شناسایی شوند. با توجه به طیف 1H NMR این ترکیب، پیک ظاهرشده در 1/52 با انتگرال 1 مربوط به هیدروژن هاي 4،1- بوتان دی ال )CH2( است و با توجه به با ناحیه 4/52-4/62 در نیترات، پلی گلیسیدیل پیک شاخص اینکه انتگرال 2/91 مربوط به هیدروژن های CH2-ONO2 است، با تناسبي 4،1-بوتان هیدروژن های تعداد و پیک دو این انتگرال میان ساده واحدهای تعداد ،2 بر مقدار این تقسیم و 1/52 ناحیه در دی ال تکرارشونده پلی گلیسیدیل نیترات به دست می آید که با ضرب در وزن

مولکولی یک واحد مونومر گلیسیدیل نیترات )g 119( وزن مولکولی .)804/12 g/mol( می شود محاسبه نیترات پلی گلیسیدیل تقریبی همچنین با درنظرگرفتن پیک شاخص پلی پروپیلن گلیکول، در ناحیه 1/15 با انتگرال 16/63 که مربوط به هیدروژن های متیل )CH3( است، با نسبت تناسب میان انتگرال این پیک و پیک مربوط به هیدروژن های تعداد بر3، مقدار این تقسیم و 1/52 ناحیه در دی ال بوتان -4،1در که می آید به دست گلیکول پلی پروپیلن تکرارشونده واحدهای ضرب )58 g( اکسید پروپیلن مونومر واحد یک مولکولی جرم گلیکول پلی پروپیلن تقریبی مولکولی وزن حاصل عدد و می شود را نشان می دهد )g/mol 1276(. با جمع این دو عدد وزن مولکولی .)2080/12 g/mol( تقریبی مربوط به کوپلیمر سنتزی به دست می آیدو )PPG و PGN( پلیمر دو هر مشابه اتری ساختار به توجه با )-CH2O( به دلیل هم پوشانی پیک مربوط به پروتون های ناحیه اتریالزم محاسبات و 3/25-3/80 ناحیه منحنی زیر سطح اندازه گیری

برای تعیین وزن مولکولی از راه این ناحیه امکان پذیر نیست.

بهینه‌سازی‌واکنشراه از PPG-PGN-PPG کوپلیمر تهیه واکنش بهینه سازی براي درشت آغازگر PGN، اثر دو متغیر دما و کاتالیزگر بر وزن مولکولی و بازده کوپلیمرشدن بررسی شد. نتایج به دست آمده در جدول هاي 4 و 5 دمای در پلیمر سنتز برای بازده بیشترین نشانگر نتایج است. آمده C°15 -10، زمان h 24 و نیز %1 وزنی کاتالیزگر نسبت به آغازگر

است.

بررسی‌اثر‌دمای‌واکنشبهینه سازی دمای واکنش در چهار دمای مختلف ارزیابی شد که نتایج در که همان طور است. شده داده نشان 4 در جدول آمده به دست این جدول دیده مي شود، بازده واکنش در دمای کمتر از C°5 کاهش انجام نشده یافته که نشان می دهد، واکنش در این دما به طور کامل

.GPC جدول 2- نتایج حاصل از آزمونTable 2. The results of GPC test.

PDIMn

(g/mol)

Mw

(g/mol)

Mp

(g/mol)Polymer

1.3

1.6

1061

2300

1400

3824

1215

2983

PGN

PPG-PGN-PPG

PPG- و کوپلیمر سه قطعه اي PGN پلیمر GPC شکل 6- منحني هاي.PGN-PPG

Fig. 6. GPC curves of PGN polymer and PPG-PGN-PPG tri-

block copolymer.

روش هاي با سه قطعه اي کوپلیمر مولکولی وزن مقایسه -3 جدول 1H NMR و ,GPC

Table 3. Comparison of molecular weight of triblock copoly-

mer by GPC and 1H NMR methods.

)mol/g(M nPolymer

GPC1H NMR1061

2300

804.12

2080.12

PGN

PPG-PGN-PPG

Page 8: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

70

پروپیلن مونومر کم دماي جوش به توجه با دیگر سوي از است. اکسید )C°34( و گرمازابودن واکنش، افزایش دمای واکنش به بیش مجاورت در بیشتر دمای در همچنین نیست. امکان پذیر 15°C از در می یابد. افزایش اتری پیوندهای احتمال شکست BF3کاتالیزگرنتیجه، زنجیر هایی با وزن مولکولی کم تشکیل می شود که با افزایش حل پذیري این زنجیر ها، بازده واکنش کاهش می یابد. بنابراین دمای

مطلوب برای انجام واکنش C°15-10 تعیین شد.

بررسی‌اثر‌مقدار‌کاتالیزگربه 0/2% از کاتالیزگر مقدار افزایش با ،5 در جدول نتایج توجه با %1 وزنی وزن مولکولی پلیمر افزایش یافته و بیشترین بازده در 1% وزنی کاتالیزگر به دست آمده است، اما در ادامه با افزایش بیشتر مقدار کاتالیزگر از %1 به %1/5 وزنی، زنجیر های کوتاه با وزن مولکولی کم

تشکیل می شوند که به کاهش بازده واکنش منجر می شود.

بررسی‌رفتار‌گرمایي )DSC( دمانگاشت هاي حاصل از آزمون گرماسنجی پویشي تفاضلی در دمای کم برای به دست آوردن دمای انتقال شیشه ای )Tg( در شکل 7 براي PGN و کوپلیمر سه قطعه اي PPG-PGN-PPG نشان داده شده است. همان طور که دیده می شود، Tg کوپلیمر C°58- گزارش شده است. این عدد حدواسط میان Tg پلي گلیسیدیل نیترات )C°35-( و یک فقط طرفي از .]29[ است )-70 ºC( گلیکول پلي پروپیلن Tg

دماي انتقال شیشه اي گزارش شده که نشانگر تشکیل کوپلیمر و بهبود خواص گرمایي PGN است.

در شکل 8 دمانگاشت هاي TGA پلیمر PGN و کوپلیمر سه قطعه اي

PPG-PGN-PPG نشان داده شده است. در هر دو منحني دو مرحله

کاهش وزن دیده می شود. در دمانگاشت PGN کاهش وزن مرحله اول در دمای C°160 آغاز شد و در دمای C°240 به پایان رسید که با تخریب و تجزیه گرمازاي ONO2و- مطابقت دارد. مرحله دوم شامل تخریب پیکره پلی اتر در محدوده C°240 و C°370 است ]31[. اما، شد. شروع 192°C از سه قطعه اي کوپلیمر در اول مرحله تخریب در دمای C°260 و مرحله دوم در محدوده 240 و C°450 بود. این PPG-PGN-PPG موضوع نشانگر پایداری بیشتر کوپلیمر سه قطعه اينسبت به PGN است ]32[. این دو مرحله کاهش وزن به وضوح در

دمانگاشت DTG دیده می شود )شکل 9(.

محاسبه‌تعداد‌واحد‌تکرارشوندهواحدهای با پلیمرهای از محدوده اي تهیه شده سه قطعه اي کوپلیمر

)شرایط کوپلیمرشدن واکنش دمای بهینه سازی نتایج جدول4- .)24 h واکنش: مقدار کاتالیزگر %1 وزنی نسبت به آغازگر به مدت

Table 4. The result of optimization of temperature copoly-

merization reaction (reaction condition: catalyst content

1%wt ratio to initiator for 24 h).

Yield

(%)

Mn*

(g/mol)

OH number

(mgKOH/g)

Temperature

(OC)Entry

21

53

90

37

1300

1970

2300

1410

86.3

56.95

48.78

79.57

0-5

5-10

10-15

>15

1

2

3

4*Calculated from hydroxyl number.

کوپلیمرشدن واکنش کاتالیزگر مقدار بهینه سازی نتایج -5 جدول .)24 h 15-10 به مدت°C شرایط واکنش(

Table 5. The result of optimization of amount of catalyst copo-

lymerization reaction (reaction condition: 10-15°C for 24 h).

Yield

(%)

Mn2

(g/mol)

OH number

(mgKOH/g)

Catalyst1

(%)Entry

53

71

90

82

1700

2050

2300

2150

66

54.73

48.78

52.18

0.2

0.5

1

1.5

1

2

3

4(1) Percent weight ratio to initiator and (2) calculated from hydroxyl number.

.PGN و PPG-PGN-PPG پلیمرهای DSC شکل 7- دمانگاشت هايFig. 7. DSC thermograms of PPG-PGN-PPG and PGN

polymers.

Page 9: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

71

GPC از nM حاصل مقدار بر می گیرد. را در تکرارشونده مختلف بنابراین، است. شده تشکیل پلیمرهای مولکولی وزن میانگین واحد مولکولی وزن و پلیمر میانگین مولکولی وزن از استفاده با را )NRu( تکرارشونده تعداد واحدهای میانگین )MRu( تکرارشونده محاسبه به توجه با .)11 و 10 )شکل هاي آورد به دست می توان تعداد واحد تکرارشونده پلی گلیسیدیل نیترات )PGN( و پلی پروپیلن گلیکول )PPG( در ترکیب کوپلیمر تهیه شده، مشخص شد، کوپلیمر پلی پروپیلن 73/33% و نیترات پلی گلیسیدیل 26/66% شامل مزبور

گلیکول بود.

محاسبه‌توازن‌اکسیژن‌از ویژگی های بهینه و مطلوب برای پیونده، داشتن توازن اکسیژن بهینه است. درصد توازن اکسیژن نرم کننده از معادله )1( به دست آمد ]33[:

twmol

)z2yx2(1600

balanceoxygen

−+−= )1(

در این معادله x، وy و z به ترتیب تعداد اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن PPG-PGN-PPG و PGN اکسیژن موازنه است. در جدول 6 درصد تهیه شده با درنظرگرفتن فرمول ساختاری پلیمرها )شکل هاي10 و 11( آمده است. با توجه به اینکه میانگین تعداد واحدهای تکرارشونده در -148/87 آن اکسیژن توازن درصد بود، 20 تقریبًا تهیه شده پیونده به دست آمد. گروه های اتری موجود در ساختار کوپلیمر دلیل داشتن اتم های اکسیژن باعث افزایش توازن اکسیژن می شوند. از سوي دیگر، می یابد. افزایش ضربه به پیونده حساسیت پرانرژی پیونده های در

.PPG-PGN-PPG و PGN پلیمرهای TGA شکل 8- دمانگاشت هايFig. 8. TGA thermograms of the PGN and PPG-PGN-PPG

polymers.

.PPG-PGN-PPG و PGN پلیمرهای DTG شکل 9- دمانگاشت هايFig. 9. DTG thermograms of PGN and PPG-PGN-PPG poly-

mers.

.PGN شکل 10- ساختار شیمیایيFig. 10. The chemical structure of PGN.

.PPG-PGN-PPG شکل 11- ساختار شیمیایيFig. 11. The chemical structure of PPG-PGN-PPG.

جدول 6- موازنه اکسیژن پلیمرها.Table 6. Oxygen balance of polymers.

Oxygen balance

(%)nM

(g/mol)

Molecular

formulaPolymer

-70.87

-148.87

1061

2300

C28H50N8O34

C94H164N8O56

PGN

PPG-PGN-PPG

Page 10: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

72

شناسایي این کوپلیمر با 1HNMR، و13CNMR، وGPC و FTIR انجام -58°C کوپلیمر برای DSC روش با شیشه ای انتقال دمای شد. انتقال شیشه ای پلي گلیسیدیل به دست آمد. این عدد میانگین دمای نیترات )C°35-( و پلي پروپیلن گلیکول )C°70-( بود که تأییدکننده تشکیل کوپلیمر سه قطعه اي PPG-PGN-PPG است. نتایج حاصل از TGA-DTG در دمای زیاد نشانگر افزایش پایداری کوپلیمر تهیه شده

نسبت به PGN است. شرایط تهیه کوپلیمر سه قطعه اي نیز بهینه شد که در نهایت دماي بهینه واکنش C°15-10، زمان بهینه h 24 و مقدار PPG-PGN-PPG کاتالیزگر %1 وزنی تعیین شد. کوپلیمر سه قطعه ايرا مي توان با وزن مولکولي الزم با استفاده از تغییر نسبت مونومر به آغازگر

تهیه کرد. توازن اکسیژن نیز برای کوپلیمر %148/87- به دست آمد.

)PGN( بنابراین، در تهیه این پلیمر سه قطعه اي نسبت درشت آغازگربه مونومر پروپیلن اکسید طوري انتخاب شد تا میان توازن اکسیژن و

حساسیت پیونده تعادل برقرار شود.

نتیجه‌گیری

در این پژوهش، ابتدا گلیسیدیل نیترات و سپس پلی گلیسیدیل نیترات با وزن مولکولی g/mol 1061 تهیه شد. سپس، کوپلیمر سه قطعه اي PPG-PGN-PPG با استفاده از مونومر پروپیلن اکسید و پلي گلیسیدیل

به عنوان درشت آغازگر و در 1061 g/mol با وزن مولکولي نیترات شد. تهیه (BF3.OEt2) اترات فلوئورید بورتری کاتالیزگر مجاورت

مراجع

1. Mohan Y.M., Mani Y., and and Raju K.M., Synthesis of Azido

Polymers as Potential Energetic Propellant Binders, Des

Monomers Polym., 9, 201-236, 2006.

2. Cican G. and Mitrache A.D., Rocket Solid Propellant Alternative

Based on Ammonium Dinitramide ,Incas Bull., 9, 17-24,

2017.

3. Moore T.L., The Solid Rocket Legacy of Thiokol’s Huntsville

Division51 ,1949-1996 st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion

Conference, Orlando, FL, 27-29 July, 2015.

4. Provatas A., Energetic Polymers and Plasticisers for Explosive

Formulations-A Review of Recent Advances, Defence Science

and Technology Organisation Melbourne, Australia, 2000.

5. Agrawal P., High Energy Materials: Propellant. Explosive

and Pyrotechnics, Wiley-VCH Verlag GubH and Co. KGaA,

Weinheim, Chapt. 4, 209-215, 2010.

6. Chaturvedi S. and Dave P.N., Solid Propellants: AP/HTPB

Composite Propellants, Arab. J. Chem., 2015. 10.1016/j.

arabjc.2014.12.033

7. Sutton G.P., Rocket Propulsion Elements, John Wiley and Sons,

New York, 500, 1992.

8. Jain S.R., Solid Propellant Binders, J. Sci. Ind. Res., 61, 899-

911, 2002.

9. Couturier R., Solid Rocket Propulsion Technology, Daveans A.

(Ed.), Elsevier, Chapt. 11, 1993.

10. Bayat Y. and Bayat M.H., Study of Thermal Analysis and

Kinetic Decomposition of Polybutadiene Acrylonitrile-Acrylic

Acid (PBAN), J. Therm. Anal. Calorim, 134, 1091-1100, 2018.

11. Mosahebi-Mohamadi M., Synthesis and Characterization of

Polyglycidyl Nitrate as Energetic Binder and Investigation

of Properties in Composite Solid Propellant, PhD Thesis,

Department of Chemistry and Chemical Engineering, Malek-

Ashtar University of Technology, Tehran, Iran, 2016.

12. Pashaei F., Synthesis of Glycidyl Nitrate Monomer and Polymer

as an Energetic Polymer, PhD Thesis, Polymer Engineering,

Polymer Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran,

2008.

13. Provatas A., Formulation and Performance Studies of Polymer

Bonded Explosive (PBX) Containing Energtic Binder Systems,

Weapons System Division Aeronautical and Maritime Research

Laboratory Part 1, 1-37, 2003.

14. Provatas A., Energetic Plasticizer Migration Studies, J. Energ.

Mater., 21, 237-245, 2003.

15. Abrishami F., Zohari N., and Zeynali V., Synthesis and Kinetic

Study on the Thermal Degradation of a Triblock Copolymer

of Polycaprolactone‐Poly(glycidyl nitrate)‐Polycaprolactone

(PCL‐PGN‐PCL) as an Energetic Binder, J. Polym. Advan.

Technol, 30, 640-647, 2019.

16. Thelen C.J., Meitner J.G., Murbach W.J., and Van Dolah R.W.,

Polyglycidyl Nitrate. Part 2. Preparation and Characterization of

Polyglycidyl Nitrate, NAVORD Report 2028, NOTS 686, US

Page 11: Optimization of Factors Affecting the Synthesis of ...jips.ippi.ac.ir/article_1721_2ad0f8595bd6cb4f28d025f96dc2acd9.pdf · characterized by differential scanning calorimetry (DSC)

بهینه سازی عامل هاي مؤثر بر تهیه کوپلیمر سه قطعه اي پلی پروپیلن گلیکول-پلی گلیسیدیل نیترات-...

مجله علمی، علوم و تکنولوژی پلیمر، سال سی و سوم، شماره 1، فروردین-اردیبهشت 1398

طیبه خانلري و همکاران

73

Naval Ordnance, 1953.

17. ayat Y. and Mohammadi M.M., Improved Synthesis of Glycidyl

Nitrate in the Presence of 5-Aminotetrazolium Nitrate: A New

Method Optimised Using the Taguchi Method, Cent. Eur. J.

Energ. Mater, 13, 579-591, 2016.

18. Ingham J.D. and Nichols P.L., High Performance PGN-

Polyurethane Propellants, Jet Propulsion Laboratory,

Publication No. 93, 1959.

19. Bodaghi A. and Shahidzadeh M., Synthesis and Characterization

of New PGN Based Reactive Oligomeric Plasticizers for

Glycidyl Azide Polymer, Propellants, Explos, Pyrotech, 43,

364-370, 2018.

20. Willer R., Stem A.G., and Day R.S., Polyglycidyl Nitrate

Plasticizers, US Pat., 5,380,777 B1, 1995.

21. Bull H., Bunyan P.F., Cunliffe A.V., Leeming W.B.H., Marshall

E.J., and Rodgers M.J., An Investigation in to the Thermal

Stability of End-modified Poly-Glyn, International Annual

Conference of Ict, 29th Energetic Materials, Germany, 30 June-3

July, 1998.

22. Shee S.K, Reddy S.T, Athar J, Sikder A.K, Talawar M.B,

Banerjee S., and Khan M.A., Probing the Compatibility

of Energetic Binder Poly-Glycidyl Nitrate with Energetic

Plasticizers: Thermal, Rheological and DFT Studies, RSC Adv.,

5, 101297-101308, 2015.

23. Paraskos A.J., Sanderson A.J., and Cannizzo L.F., Polymerization

of Glycidyl Nitrate via Catalysis with BF3.THF: Compatibility

with the Activated Monomer (AM) Mechanism, IM/EM

Technical Symposium, San Francisco, 15-17 November, 2004.

24. Ang H.G .and Pisharath S., Energetic Polymers, Binders and

Plasticizers  for Enhancing Performance, Wiley-VCH Verlag

GmbH and Co. KGaA, Weinheim, Chapt. 3, 2012.25. Bayat Y., Ghorbani M., Mohammadi M., and Jafari S., Synthesis

and Characterization of PGN-PTHF-PGN as A New Triblock

Copolymer 11 ,th International Seminar on Polymer Science and

Technol, Iran Polymer And Petrochemical Institute, Tehran ,Iran

6-9, October, 2014.

26. Abrishami F., Zohari N., and Zeynali V., Synthesis and

Characterization of Poly)glycidyl nitrate‐ block‐caprolactone‐

block‐glycidyl nitrate) (PGN‐PCL‐PGN) Triblock Copolymer

as a Novel Energetic Binder, Prop. Explos. Pyrotech, 42, 1032-

1036, 2017.

27. Ghorbani M. and Bayat Y., Synthesis and Characterization of

Hydroxyl-Terminated Triblock Copolymer of Poly (glycidyl

nitrate-block-butadiene-block-glycidyl nitrate) as Potential

Energetic Binder, Polym. Sci. Ser B, 57, 654-658, 2015.

28. Herzberger J., Niederer K., Pohlit H., Seiwert J., Worm M.,

and Wurm F.R., Polymerization of Ethylene Oxide, Propylene

Oxide, and Other Alkylene Oxides: Synthesis, Novel Polymer

Architectures, and Bioconjugation, Chem. Rev., 116, 2170-243,

2015.

29. Ertem S.P., Yilgor E., Kosak C., Wilkes G.L., Zhang M., and

Yilgor I., Effect of Soft Segment Molecular Weight on Tensile

Properties of Poly(propylene oxide) Based Polyurethane-Ureas,

Polymer, 53, 4614-4622, 2012.

30. Ziaee F., Characterization and Thermal Rearrangement

Investigation of 1,4-Polybutadiene by Nuclear Magnetic

Resonance Spectroscopy, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian),

22, 389-398, 2009.

31. Zhang Z., Wang G., Luo N., Huang M., Jin M., and Luo Y.,

Thermal Decomposition of Energetic Thermoplastic Elastomers

of Poly (Glycidyl Nitrate), J. Appl. Polym. Sci., 131, 40965,

2014.

32. Le Xin S., Xue Q.G., Fang Y.D., and Lei B., Thermal Degradation

Comparison of Polypropylene Glycol and Its Complex with

Β-Cyclodextrin, Polym. Degrad. Stab, 95, 508-515, 2010.

33. Shanley E.S. and Melhem G.A., The Oxygen Balance Criterion

for Thermal Hazards Assessment, Process Saf Prog., 14, 29 -31,

1995.