Inter molecular azide-diisocyanate coupling: new insights for energetic solid propellants

Hydroxyl terminated azide binders can undergo a spurious reaction with diisocyanates to form tetrazoline-5-one via an inter molecular 1,3-dipolar cycloaddition reaction apart from urethane/allophanate groups which has been overlooked. This has serious implications on solid propellants. The computed activation barrier using density functional theory (DFT) for urethane formation reaction is 28.4 kJ mol(-1) and that for tetrazoline-5-one formation reaction is 108.0 kJ mol(-1). DFT studies reveal that the rate limiting step of the reaction is 1,3-dipolar cycloaddition between azide and isocyanate. A dual cure was observed in the temperature ranges 42-77 degrees C and 78-146 degrees C by differential scanning calorimetry (DSC) and rheological studies, confirming multiple reactions. Tetrazoline-5-one formation was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR).

Maximizing the utility of bio-based diisocyanate and chain extenders in crystalline segmented thermoplastic polyester urethanes: effect of polymerization protocol

High molecular weight semi crystalline thermoplastic poly(ester urethanes), TPEUs, were prepared from a vegetable oil-based diisocyanate, aliphatic diol chain extenders and poly(ethylene adipate) macro diol using one-shot, pre-polymer and multi-stage polyaddition methods. The optimized polymerization reaction achieved ultra-high molecular weight TPEUs (>2 million as determined by GPC) in a short time, indicating a very high HPMDI diol reactivity. TPEUs with very well controlled hard segment (HS) and soft segment (SS) blocks were prepared and characterized with DSC, TGA, tensile analysis, and WAXD in order to reveal structure property relationships. A confinement effect that imparts elastomeric properties to otherwise thermoplastic TPEUs was revealed. The confinement extent was found to vary predictably with structure indicating that one can custom engineer tougher polyurethane elastomers by "tuning" soft segment crystallinity with suitable HS block structure. Generally, the HPMDI-based TPEUs exhibited thermal stability and mechanical properties comparable to entirely petroleum-based TPEUs. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Degradation and stabilisation of diisocyanate cured polybutadiene

Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) has been used as a rocket propellant binder which is required to be stored for at least twenty years. It is found that the excellent stress-strain characteristics of this propellant can be totally lost, during this long storage, due to the deterioration of the polybutadiene chains. As a result, the propellant can not stand the service loads, which may lead to a catastrophe. The study of the HTPB binder degradation, below 80°C, has been carried out by investigating the environmental factors and the changes which occur along the macromolecular chains. Results have shown that oxygen is the main factor which causes the crosslinking and chain scission reactions. The former is the predominant reaction and proceeds rapidly under oxygen sufficient environment. The unsaturation of polymer chain, which provides the desired physical properties to the binder, was lost with the increase in crosslink density. At the same time hydroperoxides were found to form and decompose along the polymer chains. Therefore, the deterioration of the binder results from the oxidation of polymer chains. Since the oxidation reaction occurred at higher rate than oxygen diffusion rate and oxygen diffusion rate is inversely proportional to the crosslink density, the binder, below the surface layer in a thick section container, could be naturally protected under an oxygen deficient condition for a long time. Investigation of the effectiveness of antioxidants in HTPB binder has shown that the efficiency of an antioxidant depends on its ability to scavenge radicals. Generally, aromatic amines are the most effective binder antioxidants. But when a peroxide decomposer is combined with an aromatic amine at the appropriate ratio, a synergistic effect is obtained, which gives the lowest binder gel increase rate.

The role of inflammation and matrix proteins in airway remodelling

Asthma is a chronic inflammatory disorder of the airways. Remodelling in asthma is defined as the structural changes seen in the airways of asthmatics in comparison to healthy controls. Progressive loss of lung function also seen in asthma might be caused by remodelling. The research aims of this thesis were to investigate inflammation and remodelling in the airways of different types of asthmatics and smokers. The association between inflammation and remodelling was also examined in a mouse model of allergic airway inflammation. Healthy smokers showed increased numbers of macrophages in the BAL with no changes in the inflammatory cells in biopsies. Macrophages seemed to be quite quiescent, since mRNA expression for a wide variety of inflammatory mediators, especially chemokines CCL3, CCL4, CCL5 and CCL20, secreted by macrophages was significantly lower than in healthy non-smokers. Attenuated macrophage activity in the airway lumen may render smokers more susceptible to airway infections and have an impact on the development of other airway pathology. Patients with diisocyanate-induced asthma (DIA) on inhaled corticosteroids (ICS) who still had non-specific bronchial hyperreactivity (NSBHR) at the end of the follow-up showed increased expression of TNF-α, IL-6 and IL-15 mRNA in BAL cells compared to those without NSBHR. In addition to being markers for poor prognosis and possible slight glucocorticoid resistance, these cytokines might aid in guiding the treatment of DIA. The increase in the thickness of tenascin-C layer in the bronchial basement membrane (BM) was much less than usually seen in other types of asthma, which might not make tenascin-C a good marker for DIA. OVA-induced tenascin-C expression in the lung was attenuated in STAT4-/- mice with impaired Th1-type immunity compared to WT mice. Interestingly, STAT6-/- mice with impaired Th2-type immunity showed tenascin-C expression levels similar to those of WT mice. The clearest difference between these two knockout strains in response to OVA was that STAT4-/- mice exhibited no upregulation of IFN-γ and TNF-α mRNA expression. Thus, tenascin-C expression was unexpectedly more related to Th1 type reactions. In vitro studies confirmed the results. Human fibroblasts stimulated by TNF-α and IFN-γ showed increased expression of tenascin-C. Patients with newly diagnosed asthma showed increased expression of laminin α2 in the bronchial BM in comparison to patients with asthma symptoms only and healthy controls. Both patients with asthma and those with only asthma symptoms showed increased expression of the laminin β2 chain in comparison to controls. Thus, laminin α2 expression differentiated patients with clinical asthma from patients with symptoms only. Furthermore, the expression of laminin α2 and β2 was associated with NSBHR, linking very specific remodelling events to clinical findings.

Chemical toughening of epoxies. I. Structural modification of epoxy resins by reaction with hydroxy-terminated poly (butadiene-co-acrylonitrile)

In an attempt to toughen the epoxy resin matrix for fiber-reinforced composite applications, a chemical modification procedure of a commercially available bisphenol-A-based epoxy resin using reactive liquid rubber HTBN [hydroxy-terminated poly(butadiene-co-acrylonitrile)] and TDI (tolylene diisocyanate) is described. The progress of the reaction and the structural changes during modification process are studied using IR spectroscopy, viscosity data, and chemical analysis (epoxy value determination). The studies support the proposition that TDI acts as a coupling agent between the epoxy and HTBN, forming a urethane linkage with the former and an oxazolidone ring with the latter. The chemical reactions that possibly take place during the modification are discussed.

Chemical toughening of epoxies. I. Structural modification of epoxy resins by reaction with hydroxy-terminated poly(butadiene-co-acrylonitrile)

In an attempt to toughen the epoxy resin matrix for fiber-reinforced composite applications, a chemical modification procedure of a commercially available bisphenol-A-based epoxy resin using reactive liquid rubber HTBN [hydroxy-terminated poly(butadiene-co-acrylonitrile)] and TDI (tolylene diisocyanate) is described. The progress of the reaction and the structural changes during modification process are studied using IR spectroscopy, viscosity data, and chemical analysis (epoxy value determination). The studies support the proposition that TDI acts as a coupling agent between the epoxy and HTBN, forming a urethane linkage with the former and an oxazolidone ring with the latter. The chemical reactions that possibly take place during the modification are discussed.

Synthesis and characterization of carbon-covered alumina (CCA) supported TiO2 nanocatalysts with enhanced visible light photodegradation of Rhodamine B

The anatase phase of titania (TiO2) nano-photocatalysts was prepared using a modified sol gel process and thereafter embedded on carbon-covered alumina supports. The carbon-covered alumina (CCA) supports were prepared via the adsorption of toluene 2,4-diisocyanate (TDI) on the surface of the alumina. TDI was used as the carbon source for the first time for the carbon-covered alumina support system. The adsorption of TDI on alumina is irreversible; hence, the resulting organic moiety can undergo pyrolysis at high temperatures resulting in the formation of a carbon coating on the surface of the alumina. The TiO2 catalysts were impregnated on the CCA supports. X-ray diffraction analysis indicated that the carbon deposited on the alumina was not crystalline and also showed the successful impregnation of TiO2 on the CCA supports. In the Raman spectra, it could be deduced that the carbon was rather a conjugated olefinic or polycyclic hydrocarbons which can be considered as molecular units of a graphitic plane. The Raman analysis of the catalysed CCAs showed the presence of both the anatase titania and D and G band associated with the carbon of the CCAs. The scanning electron microscope micrographs indicated that the alumina was coated by a carbon layer and the energy dispersive X-ray spectra showed the presence of Al, O and C in the CCA samples, with the addition of Ti for the catalyst impregnated supports. The Brunauer Emmet and Teller surface area analysis showed that the incorporating of carbon on the alumina surface resulted in an increase in surface area, while the impregnation with TiO2 resulted in a further increase in surface area. However, a decrease in the pore volume and diameter was observed. The photocatalytic activity of the nanocatalysts was studied for the degradation of Rhodamine B dye. The CCA-TiO2 nanocatalysts were found to be more photocatalytically active under both visible and UV light irradiation compared to the free TIO2 nanocatalysts.

Modification of crosslinked chitosan membrane using NaY zeolite for pervaporation separation of water-isopropanol mixtures

The blocked diisocyanate crosslinked chitosan membrane was modified by incorporating different mass% of NaY zeolite. The physico-chemical properties of resulting composite membranes were studied using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), wide-angle X-ray diffraction (WAXD), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties of the membranes were studied using universal testing machine (UTM). After measuring the equilibrium swelling, membranes were subjected to pervaporation for separation of water-isopropanol mixtures. Both flux and selectivity were increased with increasing NaY zeolite content in the membranes. The membrane containing 40 mass% of NaY zeolite exhibited the highest separation selectivity of 11,241 with a flux of 11.37 x 10(-2) kg/m(2) h for 10 mass% of water in the feed. The total flux and flux of water are almost overlapping each other, suggesting that these membranes could be effectively used to break the azeotropic point of water-isopropanol mixture. From the temperature dependent diffusion and permeation values, the Arrhenius activation parameters were estimated. All the composite membranes exhibited lower activation energy compared to crosslinked membrane, indicating that the permeants require less energy during the process because of molecular sieving action attributed to the presence of sodalite and super cages in the framework of Nay zeolite. The Henry's mode of sorption dominates the process, giving an endothermic contribution. (C) 2014 The Institution of Chemical Engineers. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Estudo da influência do teor de segmentos hidrofílicos na síntese de poliuretanos dispersos em água

Considerações ambientais têm aumentado a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas poliméricos aquosos para diversos tipos de aplicações, principalmente como revestimentos. Nesta dissertação, foram sintetizadas formulações não-poluentes à base de poliuretanos dispersos em água (PUDs), com 40% de teor de sólidos, na ausência de solventes orgânicos. Os monômeros empregados foram copolímeros em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 25% de segmento hidrofílico EG, poli (glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Foram variadas as razões entre o número de equivalente-grama de grupamentos isocianato e hidroxila (NCO/OH) e a proporção em equivalente-grama de PPG e dos copolímeros em bloco (EG-b-PG). Foi observado que a incorporação de altas quantidades de copolímero dificultou a síntese dos poliuretanos dispersos em água, levando à formação de géis. O tamanho médio de partícula e a viscosidade das dispersões foram determinados. Os filmes vazados a partir dessas dispersões foram avaliados quanto à capacidade de absorção de água, resistência mecânica, termogravimetria (TG), e caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). As dispersões poliuretânicas produzidas se mostraram satisfatórias quando aplicadas como revestimento para madeira, metais e vidro

Estudo da incorporação de diferentes tipos de argilas hidrofílicas em dispersões aquosas de poliuretanos para formação de nanocompósitos

Neste trabalho foram sintetizados nanocompósitos à base de poliuretanos em dispersão aquosa (NWPUs) e argilas hidrofílicas do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica e cálcica. Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA) e diisocianato de isoforona (IPDI). Os NWPUs tiveram as argilas, previamente deslaminadas em água e incorporadas à formulação no momento da dispersão do prepolímero. Dispersões aquosas (WPUs), sem a presença de argila, foram sintetizadas como base, nas quais foram variadas a razão NCO/OH e a proporção de copolímero em relação ao PPG. Nas formulações NWPUs, foram variados também o teor de argila em relação à massa de prepolímero e o tipo de argila sódica e cálcica. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR), difração de raios-x (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG) e a resistência mecânica dos filmes foi avaliada por ensaios mecânicos em dinamômetro. O grau de absorção de água dos filmes também foi determinado. A formação de nanocompósitos à base de água foi confirmada pela ausência do pico de XRD, característico das argilas empregadas na maioria dos filmes analisados. As micrografias obtidas por SEM confirmam uma dispersão homogênea das argilas na matriz poliuretânica. Os filmes à base de nanocompósitos (NWPUs) apresentaram propriedades superiores às apresentadas por aqueles obtidos a partir das dispersões sem argilas (WPUs). Os revestimentos formados a partir da aplicação das dispersões aderiram à maioria dos substratos testados (metal, vidro, madeira e papel) formando superfícies homogêneas

Caracterização de filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-uréia)s para aplicação em membranas para permeação de gases

Entre os polímeros considerados promissores para a remoção seletiva de CO2, destacam-se aqueles que contêm os grupos glicol etilênico (EG). Nesta dissertação, foram obtidos filmes a partir de dispersões aquosas de poliuretano (PU), sintetizadas em trabalho anterior, à base de poli(glicol propilênico) (PPG), copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) (PEG) e PPG (EG-b-PG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA). PPG, EG-b-PG e DMPA formaram as regiões flexíveis nas proporções de: PPG 100% e 0% EG-b-PG, PPG 75% e 25% EG-b-PG, PPG 50% e 50% EG-b-PG e PPG 25% e 75% EG-b-PG em termos de equivalentes-gramas. A influência da quantidade dos segmentos de PEG foi avaliada por ensaios de permeação com os gases CO2, CH4 e N2. Os filmes obtidos das dispersões foram caracterizados por espectrometria de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios x (DRX) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS). Espectros de FTIR mostraram que os segmentos de EG influenciaram a frequência da banda de carbonila. Curvas de perda de massa (TG) mostraram perfis semelhantes de degradação, enquanto que as curvas derivadas apresentaram diferenças. DRX e SAXS mostraram que os segmentos de PEG promoveram uma maior ordenação na estrutura da membrana. Testes de permeação de gases mostraram que o aumento do teor de PEG aumentou o valor da permeabilidade para o CO2, indicando que os segmentos de PEG interagiram favoravelmente com este gás. Em relação ao CH4 e N2, houve uma diminuição na permeabilidade quando comparados com os valores encontrados para o CO2, sendo atribuído a perda de mobilidade segmental. Em termos de seletividade, para o par CO2/CH4 foi obtido um valor médio de 61,7 para a membrana contendo o maior teor de PEG, e o par CO2/N2 um valor médio de 121,5, sendo superior aos valores encontrados na literatura, tornando o material promissor

Estudo do efeito da adição de poli(glicol etilênico-b-glicol propilênico) na formação de dispersões aquosas poliuretânicas à base de poli(glicol propilênico)

Foram produzidas dispersões aquosas não-poluentes e inovadoras de poli(uretano-uréia) à base de poli(glicol propilênico) (PPG) e de copolímeros em bloco, poli(glicol etilênicob-glicol propilênico), (EG-b-PG) com teor de 7% de unidades de glicol etilênico. Os poli(uretano-uréia)s foram preparados, em duas etapas, pelo método do prepolímero. Na primeira etapa, foram obtidos anionômeros, sintetizados em massa, à base do copolímero EG-bPG, PPG, ácido dimetilol propiônico (DMPA) (gerador dos sítios aniônicos) e diisocianato de isoforona (IPDI). Ainda na primeira etapa, os grupos carboxílicos do DMPA foram submetidos à neutralização com trietilamina (TEA). Na segunda etapa, foi realizada a dispersão do prepolímero anionômero e, em seguida, foi conduzida a reação de extensão de cadeia com a hidrazina (HYD). Nas diferentes formulações, foram variadas a razão NCO/OH e as proporções de PPG e do copolímero em bloco EG-b-PG. Além disso, foram obtidas dispersões aquosas programadas para teores de sólidos de 40 e 50%. As dispersões foram avaliadas quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade. Os filmes, obtidos por vazamento das dispersões, foram avaliados quanto à absorção de água, termogravimetria (TG) e propriedades mecânicas (ensaio de tração). Os filmes vazados e os monômeros foram caracterizados por espectrometria na região de infravermelho (FTIR) As dispersões obtidas se mostraram adequadas para serem aplicadas como revestimento para madeira, metais e vidro