HTPB

HTPB
El HTPB es la sigla de polibutadieno terminado en hidroxilo (en inglés), y se genera a
partir de un monómero diénico en presencia de peróxido de hidrógeno y de un
disolvente, en el que el disolvente se recupera por destilación, caracterizado en que
antes de la destilación la mezcla con el disolvente se somete a la acción de un hidroxilo
de un metal alcalino o de hidracina. La mezcla así tratada y de la que se elimina la fase
orgánica que, separándose en reposo, puede ser vaporizada por ebullición para formar
una corriente gaseosa que entre a destilación.
A partir del monómero se obtiene un polímero cuya estructura, generalmente, puede
tener fragmentos de adición 1,2, 1,4-cis y 1,4-trans. En el caso particular del HTPB se
unen dos grupos hidroxilo en los extremos de la cadena polimérica.
La disolución de HTPB en un alcohol (como en la foto) es transparente, y tiene un color
muy similar a la cera de papel, es muy viscoso. Las propiedades no se pueden indicarán
de forma precisa, porque HTPB se fabrica en diferentes calidades para satisfacer
requisitos específicos. Por lo tanto, HTPB es un nombre genérico para una clase de
compuestos.
Se utiliza en los modelos de cohetes como un combustible de alta potencia conocido
comúnmente como RBS. También ha encontrado su camino en la industria pirotécnica,
con un uso como tubos de mortero de fuegos artificiales aéreos-shell. Es insoluble en
agua por lo que es un buen sellador. Aunque se utiliza como combustible para cohetes
no se enciende fácilmente requiere temperaturas superiores a 500 ºC para
descomponerse. También se usa en la síntesis de poliuretanos, al hacerlo reaccionar con
compuestos con varios grupos isocianato (–N=C=O).
HTPB se utiliza en muchos cohetes con motores que funcionan con combustible sólido,
y obliga al combustible y al agente oxidante a estar en una masa sólida. También se
utiliza como un cohete híbrido de combustible. Junto con el N2O (óxido nitroso o "gas
hilarante") como el oxidante, se utiliza para alimentar el motor híbrido del cohete
SpaceShipOne desarrollado por SpaceDev. Asimismo, todos los poderes de 3 / 4 etapas
de los cohetes japoneses M-5 lanzadores de satélites. Jaxa describió el combustible
como "HTPB / AP / Al = 12/68/20", que significa, en proporción en masa, 12% de
HTPB (aglutinante y combustible), 68% de perclorato de amonio (oxidante), y 20% de
aluminio en polvo (combustible).
El perclorato se usa como un oxidante enérgico, mientras que el aluminio sirve como
reductor, y la reacción entre estas dos sustancias libera una gran cantidad de energía y
gases, los cuales hacen que el cohete se mueva a una velocidad elevada.
En la reacción del perclorato de amonio con aluminio se genera N2, vapor de agua, HCl,
O2, Al2O3.
También se puede dar la incineración (imagen superior) de un propulsor si éste deja de
ser útil, generándose gases como CO2, agua, CO, HCN, metano, hidrógeno, partículas
de carbono, aldehídos, óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos halogenados, etc., y
la mayoría de éstos son contaminantes (inconveniente), pero tiene la ventaja de producir
energía.
El metano, el CO2 y los óxidos de nitrógeno son peligrosos por ocasionar el
calentamiento global, que está contemplado en el protocolo de Kioto, el cual es un
acuerdo internacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases que
causan el calentamiento global: dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4) y óxido
nitroso (N2O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC),
perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6)
La generación de sustancias contaminantes hace necesaria la búsqueda de un
procedimiento que permita la recuperación de los componentes del propulsor, y la
posterior reutilización de los componentes en otras aplicaciones. El perclorato de
amonio se puede recuperar usando agua caliente, ya que es soluble en ese disolvente,
mientras que el polímero es insoluble; el HTPB se puede extraer con hexano o tolueno
en caso de que el polímero sea soluble en estos disolventes, y después se realiza la
separación del polímero del disolvente por destilación, ya que la temperatura a la cual se
descompone el polímero (500 ºC) es mucho mayor que el punto de ebullición de
cualquiera de estos disolventes (78 ºC para el hexano, y 111 ºC para el tolueno) (nota:
No se ha encontrado ningún procedimiento homologado para la recuperación de HTPB)
Una vez hecha la separación, para comprobar si ésta ha dado los resultados esperados,
se hace el análisis de dos muestras: una del HTPB aislado, y otra proveniente del
propulsor (HTPB y perclorato de amonio), mediante el método de Py-GC/MS (uso de
un pirolizador, un cromatógrafo de gases, y un espectrómetro de masas). El pirolizador
tiene la función de degradar la muestra, y volatilizar los pirolisatos obtenidos; el
cromatógrafo de gases se encarga de separar los diferentes pirolisatos; y el
espectrómetro de masas detecta los fragmentos, y la relación masa/carga, además de la
estructura.
En el análisis, las muestras usadas fueron 2: HTPB puro, y HTPB/PA en proporción en
masa 80/20 (las muestras no proceden del propulsor de partida), obteniéndose para cada
una los siguientes cromatogramas.
Cromatograma del HTPB puro.
Cromatograma de la mezcla
HTPB/PA en proporción 80/20.
En ambos cromatogramas se han obtenido picos, los cuales corresponden a los
pirolisatos generados por cada muestra.
Para el HTPB puro los pirolisatos obtenidos corresponden a los picos que van desde el 1
hasta el 18; mientras que para la mezcla HTPB/PA en proporción 80/20 se han obtenido
los compuestos de los picos 1 a 14, y 19 a 31. El resultado obtenido consiste en la
generación de más compuestos aromáticos (picos 21 a 31) y de algunos compuestos con
oxígeno (pico 30) para la mezcla HTPB/PA, con respecto a la muestra de HTPB puro,
por lo que puede servir como punto orientativo para verificar si la separación fue exitosa
o no.
Referencias bibliográficas:
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http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroxyl-terminated_polybutadiene
http://spanish.alibaba.com/product-free/hydroxyl-terminated-polybutadiene-htpb-10312454.html
http://www.invenia.es/oepm:e88420184