Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Preparation of energetic polyurethane elastomers based on the nitrate derivative of β-cyclodextrin

Rafał Piotr Wawrzykowski

Abstract

In every car there are airbags that protect our lives during road collisions. At present, nitrocellulose is commonly used in gas generators for airbags - cheap and easy to obtain high-energy material. Cyclodextrin is a cyclic cellulose analogue, therefore its nitrate derivative can be used as a substitute for nitrocellulose in mentioned gas generators. If we use polymers based on the nitrate derivative of cyclodextrin, the density of the entire composition will increase, which may result in the production of smaller gas generators. Polymers composed only of cyclodextrin joints do not have adequate elasticity of the whole structure, for this reason it is necessary to copolymerize them with compounds called elastomers. The purpose of this work was to conduct a copolymerization process in which the substrates were respectively nitrated β-cyclodextrin, containing 18 nitrated hydroxyl groups, hexamethylene diisocyanate (HDI) and polybutadiene terminated with two hydroxyl groups (HTPB). In the first stage of experiments, research was carried out on an effective method of obtaining a nitro derivative of β-cyclodextrin containing only 3 hydroxyl groups. It has been shown that obtaining such a product is possible when the process is carried out at 3-5 ˚C using 100% nitric acid (V), the mass ratio of β-cyclodextrin to the volume of acid used is 0.16 and the conditioning time is 40 minutes. The obtained products were subjected to analyzes with the use of which the degrees of nitrating were determined. It was found that with increasing acid concentration the density of the products obtained increases. Obtained derivatives are not sensitive to friction and contain in their structure from 2.44% to 4.7% of water, which can not be removed in the drying process In the second stage of the experiments a copolymerization process was carried out, in which the amounts of added reagents were changed, in such a way that the ratio of the amount of NCO / OH groups in HTBP and HDI was changed. This resulted in 6 products that were subjected to basic analyzes. It was shown that the change in the ratio of NCO / OH groups did not affect the structure of the obtained elastomer, which was confirmed by FTIR analysis. Shore hardness was measured for the copolymers obtained and it was found that with the increase of the NCO / OH ratio the Shore hardness increases. The obtained polyurethane elastomers require further research to determine if they can be used in gas generators fuels.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Rafał Piotr Wawrzykowski (FC) Rafał Piotr Wawrzykowski,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Otrzymywanie energetycznych poliuretanowych elastomerów na bazie azotanowej pochodnej β-cyklodekstryny
Supervisor
Katarzyna Cieślak (FC/DH-EM) Katarzyna Cieślak,, Department Of High-Energetic Materials (FC/DH-EM)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Department Of High-Energetic Materials (FC/DH-EM)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
31-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Zbigniew Ochal (FC/CDSB) Zbigniew Ochal,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC) Katarzyna Cieślak (FC/DH-EM) Katarzyna Cieślak,, Department Of High-Energetic Materials (FC/DH-EM)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
gazogeneratory, nitroceluloza, cyklodekstryny, β-cyklodekstryna, elastomery, diizocyjanian heksametylenu (HDI), polibutadien zakończony grupami hydroksylowymi (HTPB)
Keywords in English
gas generators, nitrocellulose, cyclodextrins, β-cyclodextrin, elastomers, hexamethylene diisocyanate (HDI), hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB)
Abstract in Polish
W każdym samochodzie obecne są poduszki powietrzne, chroniące nasze życie podczas kolizji na drogach. Obecnie w gazogeneratorach poduszek powietrznych powszechnie stosuje się nitrocelulozę - tani i łatwy w otrzymywaniu materiał wysokoenergetyczny. Cyklodekstryna jest cyklicznym analogiem celulozy, zatem jej azotanowa pochodna może zostać użyta jako zamiennik nitrocelulozy we wspomnianych gazogeneratorach. Jeśli zostaną wykorzystane polimery oparte na azotanowej pochodnej cyklodekstryny nastąpi wzrost gęstości całej kompozycji, co może skutkować produkcją mniejszych gazogeneratorów. Polimery składające się tylko z połączeń cyklodekstrynowych nie posiadają odpowiedniej elastyczności całej struktury, z tego powodu poszukuje się innych rozwiązań. Jednym z nich jest tworzenie wysokoenergetycznych elastomerów. Celem tej pracy było przeprowadzenie procesu kopolimeryzacji, w którym substratami były odpowiednio znitrowana β-cyklodekstryna, zawierająca 18 znitrowanych grup hydroksylowych, diizocyjanian heksametylenu (HDI) oraz polibutadien zakończony dwoma grupami hydroksylowymi (HTPB). W pierwszym etapie eksperymentów przeprowadzono badania nad skuteczną metodą otrzymywania nitrowej pochodnej β-cyklodekstryny zawierającej tylko 3 grupy hydroksylowe. Wykazano, że otrzymanie takiego produktu jest możliwe, gdy proces prowadzimy w temperaturze 3-5 ˚C używając 100% kwasu azotowego(V) przy czym stosunek masy β-cyklodekstryny do objętości używanego kwasu wynosi 0,16, zaś czas kondycjonowania to 40 minut. Otrzymane produkty poddano analizom, za pomocą których określono stopnie znitrowania. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem stężenia kwasu rośnie gęstość otrzymanych produktów. Otrzymane pochodne nie są wrażliwe na tarcie oraz zawierają w swojej strukturze od 2,44% do 4,7% wody, której nie można usunąć w procesie suszenia W drugim etapie eksperymentów przeprowadzono proces kopolimeryzacji, w którym zmieniano ilości dodawanych reagentów, w taki sposób, że zmieniano stosunek ilości grup NCO/OH w HTBP oraz HDI. Otrzymano tym sposobem 6 produktów, które zostały poddane podstawowym analizom. Wykazano, że zmiana stosunku grup NCO/OH nie wpływa na strukturę otrzymanego elastomeru, co potwierdzono za pomocą analizy FTIR. Przeprowadzono pomiar twardości metodą Shore’a otrzymanych kopolimerów i stwierdzono, iż wraz ze wzrostem stosunku grup NCO/OH rośnie twardość Shore’a. Otrzymane poliuretanowe elastomery wymagają dalszych badań, aby stwierdzić, czy mogą znaleźć zastosowanie w paliwach do gazogeneratorów.
File
  • File: 1
    praca_inz_-_Rafał_Wawrzykowski_-_278437.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30173

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT11970e8cd84548389722ee0e0f7e4159/
URN
urn:pw-repo:WUT11970e8cd84548389722ee0e0f7e4159

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page