مطالعه پايداري شيميايي و پارامترهاي سينتيكي تركيبات و فرمولاسيون هاي پيروتكنيك حاوي فسفر قرمز

Study of Chemical Stability and Kinetic Parameters of Pyrotechnic Formulations Containing Red Phosphorus

فسفر قرمز يكي از مهمترين آلوتروپ هاي عنصر فسفر مي باشد، كه كاربردهاي نظامي و غير نظامي فراواني در مواد پيروتكنيك دارد. در طول نگهداري فسفر قرمز، همواره گازهاي سمي فسفين آزاد و انواع اسيدهاي خانواده فسفر توليد مي شوند. يكي از روش هاي متداول ارزيابي پايداري شيميايي مهمات حاوي فسفر قرمز، اندازه گيري ميزان فسفين آزاد شده مي باشد. در اين پژوهش ابتدا چهار نمونه از فسفر قرمز پوشش شده با اتيل سلولز، نيتروسلولز و تركيب مضاعف آنها با HTPB تهيه شد. سپس تمامي نمونه ها پس از اندازه گيري ميزان جذب رطوبت بعنوان عامل تاثير گذار در كاهش پايداري، توسط روش ابداعي و تحت تاثير حرارت و رطوبت، مورد عمليات كهولت تسريع يافته قرار گرفت و گازهاي توليدي شامل فسفين و اسيدهاي خانواده فسفر پس از جذب در محلول كلريد جيوه بر اساس ميلي ليتر سود مصرفي در تيتراسيون مورد سنجش پايداري قرار گرفتند. نمونه پوشش شده با پوشش مضاعف اتيل سلولزو HTPB، بهترين نتايج جذب رطوبت و آزاد سازي فسفين را در مقايسه با ديگر نمونه ها و فسفر قرمز شاهد نشان داد. سپس روند كهولت اين نمونه در مدت زمان يك ماه براساس اين روش تعيين كهولت مورد ارزيابي و مقايسه با نمونه شاهد فسفر قرمز قرار گرفت. در ادامه دو فرمولاسيون پيروتكنيك شامل فسفر قرمز شاهد و فسفر قرمز پوشش شده مورد ارزيابي كنترل كيفي آزادسازي فسفين و آناليز حرارتي (به منظور محاسبه ي پارامترهاي سينتيكي بر اساس معادلات كسينگر و استارينك) قرار گرفتند.

Red phosphorus (RP) is one of the most important allotropes of phosphorus with extensive military and civil pyrotechnics applications. During maintenance of red phosphorus, its decomposition generates phosphorus acid family and poisonous phosphine gas. One of the conventional method for evaluation of chemical stability of red phosphorus munitions is evolved phosphine measurement. In the present study, four samples of coated red phosphorus with ethyl cellulose, nitrocellulose and their combination with hydroxyl-terminated poly-butadiene (HTPB) were prepared. Then, the stability of all samples were characterized via water absorption measurment (as an effective parameter for chemical stability of red phosphorus) and evolved phosphine estimation(as ml of NaOH consumption in titration). Ethyl cellulose-HTPB coated sample exhibited best water absorption (37 and 38.8% reduction in water absorption at 24 and 48 hours compared to blank sample) and phosphine generation results (70% reduction in phosphine generation compared to blank sample) during chemical stability test compared to other samples. Then the aging process of this sample was evaluated and compared in a month with blank red phosphorus. Finally two pyrotechnic formulations containing blank and coated red phosphorus have been evaluated for phosphine release and thermal analysis(for calculation kinetic parameters according to Kissinger and Starink equations). The peak temperatures for both formulations containing red phosphorus appear in the range of 304 to 321, depending on the heating rate.