Analysis of glycidyl nitrate polymerization reaction

• Autorzy: Maksimowski Paweł , Merchel Julia

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0191

Warianty tytułu

PL

Badanie reakcji polimeryzacji azotanu glicydylu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Poly(glycidyl nitrate) (PGN) is a high-energetic polymer whose properties are determined by the presence of an –ONO2 explosophoric group. PGN can be obtained by polymerization of glycidyl nitrate (GN) monomers. The preferred polymerization route is via the activated monomer mechanism, due to its two main advantages: narrow molecular mass distribution of the obtained polymer and ability to control the heat generated during the reaction. The study allowed the GN monomer to be obtained as a product of nitration of epichlorohydrin. A series of GN polymerization reactions was conducted under different conditions (temperature, time and reactant amounts). The analysis showed that the lower the catalyst to initiator ratio, the higher the molecular mass of the obtained polymer (PGN). A temperature between 0-10 °C is the optimum temperature for GN polymerization. The longer the GN polymerization time the higher the molecular mass of the PGN. The GN polymerization reaction was scaled up without affecting the molecular mass or other properties of the obtained polymers. The following tests were carried out to determine the basic properties of PGN: GPC, 1H NMR, FTIR, DSC, TG, calorific value, viscosity, sensitivity to friction and impact.

PL

Poli(azotan glicydylu) (PGN) to wysoce energetyczny polimer, który posiada swoje właściwości dzięki obecności grupy eksplozoforowej –ONO2. PGN otrzymuje się w wyniku polimeryzacji monomeru – azotanu glicydylu (GN). Preferowaną techniką polimeryzacji jest polimeryzacja według mechanizmu aktywowanego monomeru, ze względu na dwie główne zalety: wąski rozkład masy cząsteczkowej otrzymanego polimeru oraz kontrolę wydzielanego ciepła podczas reakcji. W trakcie pracy otrzymano monomer GN w wyniku reakcji nitrowania epichlorohydryny. Następnie wykonano szereg polimeryzacji GN zmieniając temperaturę, czas oraz ilości dozowanych substratów. Podczas badań stwierdzono między innymi, że im mniejszy jest stosunek katalizatora w stosunku do inicjatora tym ciężar cząsteczkowy otrzymanego polimeru (PGN) jest większy. Optymalną temperaturą prowadzenia reakcji polimeryzacji GN jest temperatura z zakresu 0-10 °C. Im dłuższy czas prowadzenia reakcji polimeryzacji GN tym otrzymany PGN ma większy ciężar cząsteczkowy. W trakcie badań zwiększono skalę prowadzonej polimeryzacji GN bez wpływu na ciężary cząsteczkowe otrzymanych polimerów i ich właściwości. W celu poznania podstawowych właściwości otrzymanego PGN wykonano szereg badań: GPC, 1H NMR, FTIR, DSC, TG, pomiar ciepła spalania, pomiar lepkości. Zbadano również wrażliwość uzyskanego polimeru na tarcie i uderzenie.

Słowa kluczowe

EN

poly(glycidyl nitrate); PGN; glycidyl nitrate; polymerization

PL

poli(azotan glicydylu); PGN; azotan glicydylu; polimeryzacja

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 12(2)
• Strony: 42--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Maksimowski Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, The Division of High Energetic Materials, 3 Noakowskiego Street, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Merchel Julia

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, The Division of High Energetic Materials, 3 Noakowskiego Street, 00-664 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Agrawal J.P. High Energy Materials. Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010.
• [2] Urbański T. Chemistry and Technology of Explosives. (in Polish) Vol 2, Warsaw: Wyd. Ministerstwo Obrony Narodowej, 1955.
• [3] Highsmith T.K., Sanderson A.J., Cannizzo L.F. Polymerization of Poly(Glycidyl Nitrate) from High Purity Glycidyl Nitrate Synthesized from Glycerol. Patent US 6362311, 2002.
• [4] Bayat Y., Mohammadi M.M. Improved Synthesis of Glycidyl Nitrate in the Presence of 5-Aminotetrazolium Nitrate: a New Method Optimized Using the Taguchi Method. Cent. Eur. J. Energ. Mater. 2016, 13(3):579-591.
• [5] Ochoa-Gomez J.R., Blanco-Gomez J.J. A Safe Two-Step Process for Manufacturing Glycidyl Nitrate from Glycidol Involving Solid-Liquid Phase-Transfer Catalysis. Org. Process Res. 2011, 15: 1454-1457.
• [6] Paul N.C., Millar R.W., Golding P. Preparation of Nitratoalkyl-Substituted Cyclic Esters. Patent US 5145974, 1992.
• [7] Desai H.J., Cunliffe A.V., Lewis T., Millar R.W., Paul N.C., Stewart M.J. Synthesis of Narrow Molecular Weight α,ω-Hydroxy Telechelic Poly(glycidyl nitrate) and Estimation of Theoretical Heat of Explosion. Polymer 1996, 37(15): 3471-3476.