بررسي اثر كاتاليست DBTDL بر سينتيك پخت پلي يورتان توسط كالريمتري روبشي تفاضلي: HTPB/TDI در مقايسه با HTPB/IPDI

Investigating the Effect of DBTDL Catalyst on Curing Kinetic of Polyurethane using Differential Scanning Calorimetry: HTPB/TDI vs. HTPB/IPDI

موضوع تحقيق هدف از اين پژوهش بررسي سينتيك پخت حامل پلي يورتاني برپايه پلي بوتادين خاتمه يافته با هيدروكسيل (HTPB) است. اين واكنش در كامپوزيت هاي پلي يورتاني پيشرفته بسيار حايز اهميت است. روش ها دي ال HTPB با دو نوع عامل پخت دي ايزوسياناتي تولوين دي ايزوسيانات (TDI) و ايزوفورون دي ايزوسيانات (IPDI) در حضور و عدم حضور كاتاليزور دي بوتيل تين دي لورات (DBTDL)، توسط روش كالريمتري روبشي تفاضلي (DSC) در چند نرخ حرارتي مختلف (5، 10، 20 و °C/min 40)، تحت پخت ديناميكي قرار گرفت. پارامترهاي سينتيكي توسط مدل هاي كسينجر، اوزاوا و تبديل يكسان محاسبه شد. تشكيل گروه هاي عاملي پلي يورتان و افزايش گرانروي در حين پخت، توسط روش طيف سنجي مادون قرمز-تبديل فوريه (FT-IR) و ويسكومتر چرخشي (RV) بررسي شد. نتايج تحقيق نتايج نشان داد نوع عامل پخت و حضور كاتاليست، انرژي فعالسازي، آنتالپي واكنش، تكميل واكنش و سرعت پخت را تحت تاثير قرار مي دهد. مدل هاي سينتيكي مختلف نشان دادند، انرژي فعال سازي به عنوان تابعي از درصد تبديل واكنش به طور متوسط به ازاي هر 05/0 واحد افزايش در درصد تبديل، حدود kJ/mol 1 كاهش مي يابد. انرژي فعال سازي سامانه حامل HTPB-TDI-DBTDL با شيب كمتري نسبت به سامانه حامل HTPB-IPDI-DBTDL برحسب درصد تبديل كاهش مي يابد. كاهش انرژي فعال سازي در درصد تبديل هاي بيشتر از %90 احتمالا به علت نفوذ كوچك مولكول ها به پليمر ها، شيب بيشتري پيدا مي كند. آنتالپي واكنش پخت سامانه حامل HTPB-TDI-DBTDL در سرعت بالاتر از C/min° 10 تقريبا مستقل از سرعت حرارت دهي است، در حاليكه آنتالپي واكنش پخت سامانه حامل HTPB-IPDI-DBTDL به سرعت حرارت دهي به ميزان قابل ملاحظه اي وابسته است. نتايج شيمي-ريولوژي نشان داد سرعت واكنش پذيري سامانه حامل به ترتيب HTPB-TDI-DBTDL>HTPB-IPDI-DBTDL>HTPB-TDI است.

The aim of this research was the investigation on kinetic of curing reaction of polyurethane binder based on hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB). This reaction is of particular interest in advanced polyurethane composite materials. Methods HTPB diol was dynamically cured using differential scanning calorimetery (DSC) at different heating rates (5, 10, 20 and 40° C/min) with curing agents of Toluene Diisocyanate (TDI) and Isophorone Diisocyanate (IPDI) in presence and absence of Dibutyltin Dilaurate (DBTDL) catalyst. Kinetic parameters were calculated using Kissinger, Ozawa and isoconversion models. Urethane formation and viscosity build-up during cure reaction was studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and rotational visocmetery (RV) methods. Findings Results showed that activation energy, enthalpy, progress and the rate of reaction were influenced by type of curing agent and the presence of catalyst. Kinetic models showed activation energy was reduced about 1 kJ/mol at each 0.05 unit increase in the degree of cure. The activation energy of HTPB-TDI-DBTDL binder system versus degree of cure was reduced slower in comparison to HTPB-IPDI-DBTDL binder system. Decrease in activation energy at degrees of cure higher than 90% was intensified as probable diffusion of low molecular weight molecules into polymer chains. Enthalpy of reaction in HTPB-TDI-DBTDL binder system at heating rates of higher than 10° C/min was independent of heating rate, whereas in HTPB-IPDI-DBTDL binder system the enthalpy of reaction is highly dependent on heating rate. Chemorheological results showed that rate of curing reaction for binder systems are in the order of HTPB-TDI-DBTDL>HTPB-IPDI-DBTDL>HTPB-TDI.