مروری بر سنتز و شناسایی پیونده کوپلیمر دسته‌ای پلی‌تتراهیدروفوران پلی‌‌اتیلن‌گلیکول

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی/دانشگاه جامع امام حسین (ع)

2 دانشگاه جامع امام حسین (ع)/ دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی/گروه مهندسی شیمی

3 دانشگاه جامع امام حسین (ع)/دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی/گروه مهندسی شیمی

چکیده

امروزه مواد پلیمری به ­دلیل برخورداری از خواص متنوع، هزینه ­بری کم و تولید انبوه و آسان، کاربردهای گسترده و متعددی یافته ­اند. کوپلیمر دست ه­ای پلی‌تتراهیدروفوران پلی‌‌اتیلن گلیکول (TPEG) جزء پیش‌پلیمرها و پیش‌ساز‌های پلی‌یورتان‌ها‌ هستند. پیونده این کوپلیمر با خاصیت انعطاف‌پذیری باعث افزایش انعطاف‌پذیری، افزایش ازدیاد طول و در نتیجه ارتقای خواص پلی‌یورتان می‌شود. در کار حاضر، سنتز پلی‌اتر به روش واپلیمرشدن شیمیایی از مواد اولیه پلیمری مرور شده است. TPEG پلی‌اتری پایان­یافته با هیدروکسیل است که از مواد اولیه پلی‌تتراهیدروفوران(PTHF)  و پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) در مجاورت کاتالیزگر اسیدی (سولفوریک اسید) با واکنش واپلیمرشدن شیمیایی سنتز می‌شود. سنتز دارای دو مرحله هم­زمان واپلیمرشدن پلی‌تتراهیدروفوران با کاتالیزگر اسیدی و سپس جفت‌شدن محصول واپلیمرشدن با پلی‌اتیلن ‌گلیکول است. عواملی مانند زمان و دمای واکنش، وزن مولکولی و نسبت مولی واکنش­ دهنده‌ها و غلظت کاتالیزگر اسیدی بر وزن مولکولی و بازده محصول اثرگذار است. در این کوپلیمر دست ه­ای تتراهیدوفوران قطعه نرم کوپلیمر و دسته‌های اتیلن ‌اکسید قطعه سخت کوپلیمر را تشکیل می‌دهند. نسبت قطعه نرم به قطعه سخت این پلیمر نقش مهمی در تعیین خواصی همانند گران­روی، چگالی و دمای‌ انتقال شیشه‌ای (Tg) دارد. شناسایی این پلیمر با استفاده از آزمون‌های مختلف از جمله طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، تجزیه گرماوزن­ سنجی (TGA)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای کربن (13C NMR) و پروتون (1H NMR) انجام می‌شود. پژوهش‌ها نشان می ­دهد، کوپلیمر حاصل از نوع دسته ­ای تصادفی است. دمای انتقال شیشه‌ای  و ذوب TPEG به ­ترتیب برابر 73/5- و ℃ 8/74 است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Review on the Synthesis and Characterization of Polytetrahydrofuran Polyethyleneglycol (TPEG) Block Copolymer Binder

نویسندگان [English]

  • Abbas Kebritchi 1
  • Hossein Karimi Shahmarvandi 2
  • Milad Qane 3
1 Assistant Professor/Imam Hussein Comprehensive University
2 Imam Hossein University, Technical Department, Chemical Engineering Group
3 Imam Hossein University/Technical Department/ Chemical Engineering Department
چکیده [English]

Today, polymer materials are widely used due to their diverse properties, low cost, and easy mass production. Polytetrahydrofuran polyethylene glycol (TPEG) block copolymer is one of the prepolymers and precursors of polyurethanes. Polytetrahydrofuran polyethylene glycol block copolymer binder with its flexibility property increases flexibility and elongation, and as a result improves polyurethane properties. In the present work, the synthesis of polyether by chemical depolymerization method from polymer raw materials has been reviewed. TPEG is a hydroxyl-terminated polyether that is synthesized from the raw materials of polytetrahydrofuran (PTHF) and polyethylene glycol (PEG) in the presence of an acid catalyst (sulfuric acid) by chemical polymerization reaction. The synthesis has two simultaneous stages: polymerization of polytetrahydrofuran with an acid catalyst and then coupling the obtained product with polyethylene glycol. Factors such as reaction time and temperature, molecular weight and molar ratio of the reactants and acid catalyst concentration affect the molecular weight and the yield of production. In this copolymer, tetrahydofuran blocks form the soft segment and ethylene oxide blocks form the hard segment of the copolymer. The ratio of the soft segment to the hard segment of this polymer plays an important role in determining properties such as viscosity, density, and glass transition temperature (Tg). Characterization of this polymer is done using various tests including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), carbon and proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR and 1H NMR). Researches show that the resulting copolymer is a random block copolymer. The glass transition temperature and melting point of TPEG are -73.5 ℃ and 8.74 ℃, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Depolymerization
  • Chemical Depolymerization
  • Block copolymer
  • Hydroxyl terminated polyether
  • TPEG
1.  William  G.R. and Callister Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction, 10 ed., Wiley, New York, 536-549, 
2018.
2.  Liliu W.,  Cation-Catalyzed Ring-Opening Graft Co- and   Terpolymerization. Photoinitiated Cation-Catalyzed Ringo-
pening Graft Graft Co- and Terpolymerization, PhD Thesis, University of  Michigan.1980  ,
3.  Mason R., Solid Propellants,  Rubber Chem. Technol.,  92, 1-24,  2019.
4.  Comfort T., Shanholtz C., and Fletcher G., Progress In HTPE Propellants, NDIA 39th Annual Gun and Ammunition/Missiles and Rocket Conference, Baltimore, USA, 13-16, April 2004.
5.  Haren X., Zhu H., and Sun T., Method of Synthesizing Block HTPE Copolymer, China Pat. Appl. 201210547522, 4, 2012.
6.  Esiyok H., A Study on Hydroxyl Terminated Polyether Based Composite Propellants, PhD Thesis, Middle East Technical 
University, 2016.
7.  Caro I.R., Hydroxy-Terminated Polyether Binders For Composite Rocket Propellants, PhD Thesis, Defence and Security, Cranfield University, 2006.
8.  Bednarek M., Kubisa P., and Penczek S., Coexistence of   Activated Monomer and Active Chain End Mechanisms in 
Cationic Copolymerization of Tetrahydrofuran with Ethylene Oxide, Macromolecules,  32, 5257-5263, 1999.
9.  Caro R. and Bellerby J., Characterization and Comparison of Two Hydroxyl-Terminated Polyether Prepolymers,  Int. J.   
Energ. Mater. Chem. Propul., 9, 351-364, 2010.
10. Mao K., Xia M., and Luo Y., Thermal and Mechanical   Properties of Two Kinds of Hydroxyl-Terminated Polyether 
Prepolymers and the Corresponding Polyurethane Elastomers,   J. Elastomers Plast., 48, 546–560, 2016.
11. Zhang H., Chang H., Li J., Li X., and Wang H., High-Strain-Rate Mechanical Response of  HTPE Propellant Under SHPB 
Impact Loading, AIP Adv., 11, 035145, 2021.
12. Wu W., Zhang X., Jin P., Zhao S., and Luo Y., Mechanism of PSAN Effect on Slow Cook-off Response of HTPE Propellant, Thermochim.  Acta, 715, 179291, 2022.
13. Xue X., Ye Q., and Yu Y., Thermal Safety of Solid Rocket Motor with Complex Charge Structure,  Appl. Therm. Eng., 
222, 119932, 2023.
14. Liang B., Zhang N., Zhang Z., Ren R., and Luo Y., Study on the Properties of the Liner of HTPE Propellant, Sci. Technol. 
Energ. Mater., 82, 70-74, 2021.
15. Voorhees K.J., Baugh S.F., and Stevenson D.N., An Investigation   of the Thermal Degradation of Poly(ethylene glycol), J. Anal. Appl. Pyrolysis, 30, 47-57, 1994.
16. Costa L., Cameron G., and Qureshi M.Y., The Thermal and Thermo-oxidative Degradation of Poly(tetrahydrofuran) and 
Its Complexes with Libr and Lii, Polym. Degrad. Stab., 67, 527-533, 2000.
17. Enthaler S., Zinc(II)-Triflate as Catalyst Precursor for Ring-Closing Depolymerization of End-of-Life Polytetrahydrofuran to Produce Tetrahydrofuran, J. Appl. Polym. Sci., 131, 39791, 2014.
18. Enthaler S., Zinc-Catalyzed Depolymerization of Polyethers to Produce Valuable Building Blocks, Catal. Lett., 144, 850-
859, 2014.
19. Enthaler S. and Weidauer M., Low-Temperature Iron-Catalyzed Depolymerization of Polyethers, Chemsuschem, 5, 
1195-1198,  2012.
20. Wang Y., Hou Y., and Song H., Ring-Closing Depolymerization of Polytetrahydrofuran to Produce Tetrahydrofuran Using Heteropolyacid as Catalyst, Polym. Degrad. Stab., 144, 17-23, 2017.
21. Enthaler S. and Weidauer M., Zinc-Catalyzed Depolymerization of Artificial Polyethers, Chem. Eur. J., 18, 1910-1913, 2012.
22. Maeno Z., Midogochi K., Mitsudome T., Mizugaki T., and Jitsukawa K., Synthesis of Glycol Diesters Through the 
Depolymerization of Polyethylene Glycols with Carboxylic Acids Using a Proton-Exchanged Montmorillonite Catalyst, 
Tetrahedron Lett.,  59, 832-835, 2018.
23. Pruckmayr O., Block Copolyethers via Oxonium Copling of Poly(tetramethyleneether) Glycols, US Pat. 5,284,980, 1994.
24. Morkeseth H. and Sorensen S.J., Preparation of TPEG, and Curing and Characterization of TPEG-Based Polymer 
Matrices,  https://  www.ffi.no/en/publications-  archive/fremstilling-av-tpeg-og-herding-og-karakterisering-av-tpeg-
baserte-polymermatriser, available in  26 June 2020. 
25. Fan W.W., Fan X.D., Tian W., Liao X.Q., Zhang W.B., Mu C.G., and Kong J., Poly(ethylene glycol)-Poly(tetrahydrofuran)-
Poly(ethylene glycol) Triblock Copolymer: Synthesis, Crystallization Behavior and Novel Morphology,  Express 
Polym. Lett.,  7, 416-430, 2013.
26. Song X., Wang W., and Xin- Hao L., Review on HTPE Propellants,  Chin. J. Energ. Mater.,  16, 349-352, 2008.
27. Wen X., Zhang G., Chen K., Yuan S., and Luo Y., Enhancing the Performance of an HTPE Binder by Adding a Novel 
Hyperbranched Multi-arm Azide Copolyether, Prop. Explos. Pyrotech.,  45, 1–12, 2020.
28. Zhang F.X., Fan W., and Zhou X., Study of Anionic Ring-Opening Polymerization and Macromolecular Structure Char-
acterization for Poly(ethylene oxide)-Poly(tetrahydrofuran)-Poly(ethylene oxide) Triblock Copolymer, Asian J. Chem., 26, 
6391-6395, 2014.
29. Hovetborn T., Holscher M., Keul H. and Hocker H., Poly(ethylene oxide-co-tetrahydrofuran) and Poly(propylene 
oxide-co-tetrahydrofuran): Synthesis and Thermal Degradation, Rev. Roum. Chim.,  51, 781, 2006.
30. Bednarek M. and Kubisa P., Mechanism of Cyclics Forma-tion in the Cationic Copolymerization of Tetrahydrofuran with Ethylene Oxide in the Presence of Diols, Macromol. Chem. Phys., 200, 2443-2447, 1999.
31. Deluca L., Innovative Solid Formulations for Rocket Propulsion, Eurasian Chem. Technol. J., 18, 181-196, 2016.