Characterization and minimization of acetylferrocene migration from HTPB-based elastomers

Abstract

oz HTPB BAZLI ELASTOMER SİSTEMLERDE ASETBLFERROSEN İLERLEMASÎNİN İNCELENMESİ VE ENAZA İNDİRİLMESİ Ünver, Alper Yüksek Lisans, Kimya Bölümü, Tez yöneticisi: Prof. Dr. Güneri Akovalı Ortak Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Nursel Dilsiz Ocak 2002, 71 sayfa Katı fazlı kompozit yakıtlar temel olarak polimerik bağlayıcı, plastikleştirici, sertleştirici ve diğer katkılardan oluşmaktadır. Hidroksil uç gruplu polibütadien (HTPB) kompozit katı yakıtlarda en yaygın olarak kullanılan bağlayıcılardan birisidir. Plastikleştirici ve yanma hızı katalizörü gibi düşük molekül ağırlıklı bileşenlerin sertleşme ve yaşlanma esnasında yakıttan sırası ile astar ve ısıl yalıtım arafazına göçmesi yakıtın mekanik özelliklerinin ve yanma hızı niteliğinin değişmesine neden olabilir. Bu anlamda kompozit katı yakıt sistemlerinde düşük molekül ağırlıklı bileşiklerin göçme davranışının anlaşılması ve bunun sonucunda göçme etkilerinin minimum düzeye indirgenmesi uygulama açısından önem teşkil etmektedir.Günümüze kadar yapılan çalışmalarda yaşlandırma sıcaklığının ve periyodunun göçme davranışına olan etkileri kromotografik yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmada temel amaç yakıt içerisinde yanma hızı katalizörü kullanılan asetilferrosenin sistem içerisinde ilerlemesinin incelenmesidir. Bu göçme davranışının gözlenmesi için hem atomik absorpsiyon spektrofotometresi (AAS) hem de ultra viyole - görünür bölge spektrofotometresi (UV-VIS) yöntemlerinden faydalanılmıştır. Bu iki yöntemden elde edilen sonuçların karşılaştırılmasından hareketle yöntemlerin birbirleri ile uyumlu ve birbirini doğrulayan sunuçlar verdiğini söyleyebiliriz. Her ne kadar AAS metodu ile elde edilen demir analiz sonuçları UV- VIS 'a oranla simetrik olarak daha yüksek çıkmış olsa da bu bize sonuçların güvenilir olduğunu göstermektedir. Ayrıca, asetilferrosenin yüklü kısımdan katkısız kısma olan ilerlemesinin minimum düzeye indirilmesi için endüstriyel uygulamada astar (liner) olarak bilinen bir ara katmandan faydalanılmaktadır. Düşük molekül ağırlıklı katkı malzemelerinin sistem içerisinde ilerlemesinin azaltılması için bu arafaz katmanın çapraz bağ yoğunluğu ek olarak yeni bir üç fonksiyonlu aziridin çapraz bağlayıcısı kullanılarak yükseltilmiştir. Yapılan analizler sonucunda üç fonksiyonlu aziridin çapraz bağlayıcı kullanılarak hazırlanan örneklerde asetilferrosen göçmesinin büyük ölçüde engellendiği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Hidroksil uç gruplu polibütadien (HTPB), göçme, mekanik ve ısısal özellikler, yaşlanma, sertleşme, yanma hızı katalizörü, kompozit katı yakıt. vı

ABSTRACT CHARACTERIZATION AND MINIMIZATION OF ACETYLFERROCENE MIGRATION FROM HTPB BASED ELASTOMERS Ünver, Alper M.Sc, Department of Chemistry, Supervisor: Prof. Dr. Güneri Akovalı Co-supervisor: Assoc. Prof. Dr. Nursel Dilsiz January 2002, 71 pages Composite solid propellants essentially consist of polymeric binder, plasticizer, curing agent and other additives. Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) is one of the most widely using binder material in composite solid propellants. The migration of low molecular weight additives such as plasticizer and burning rate catalyst from the propellant into liner and thermal insulation layer in turn during curing and ageing process may result in debonding of the propellant from insulation and change the mechanical properties and burn rate characteristics of the propellant. Therefore, it is important to characterize and eliminate the effect of mobile additive migration from propellants. Up to date the effect of the ageing period and the ageing temperature on the degree of migration was examined mainly by using chromtographic techniques. The principal objective of this study is monitoring of migration of the burning rate catalyst (acetylferrocene) by means of spectrophotometric techniques. Both UV-VIS iiispectrophotometric and atomic absorption spectrophotometric (AAS) methods are used in order to investigate that migration behavior. From the comparison of the data obtained from both methods it can be deduced that two techniques are found to be in agreement and the Fe results from both methods are highly correlated. Although the AAS (Fe) data are found systematically somewhat higher, suggesting that the data are reliable. An additional layer between additive (HTPB-TDI-DOA-Acetylferrocene) block and non-additive (HTPB-TDI), that is called as liner in industrial applications, was applied to diminish or minimize the migration of acetylferrocene from loaded part to non-additive part. The crosslink density of this layer is multiplied by using a new type supplementary trifunctional aziridine crosslinking agent so that decrease or minimize the migration amount of low molecular weight additives. In the other words it is provided that the liner is to act as a barrier reducing migration. Spectrophotometric analysis results proved that the migration of acetylferrocene from loaded part to non-additive part inhibited extensively. Keywords: Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB), migration, mechanical and thermal properties, ageing, curing, burning rate catalyst, composite solid propellant. IV