Polybutadien-Acrylnitril

Polybutadien-Acrylnitril (PBAN) ist ein aus Polybutadien, Acrylnitril und Acrylsäure bestehendes Prä-[4][2] bzw. Terpolymer, welches vorrangig als Treibstoff und Bindemittel in Feststoffraketenmotoren (Booster) zum Einsatz kommt.[5]

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Strukturformel
Strukturformel von Polybutadien-Acrylnitril
Allgemeines
NamePolybutadien-Acrylnitril
Andere Namen
  • PBAN
  • PBAN-560
CAS-Nummer25265-19-4
Monomere/Teilstrukturen1,3-Butadien, Acrylnitril und Acrylsäure
Qualitative Summenformel

C10H13NO2[1]

Molmassenabschätzung

179,2157 g/mol[1]

PubChem168343
Eigenschaften
Aggregatzustand

flüssig (Präpolymer)[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[3]
Toxikologische Daten
  • 316 mg·kg−1 (LDLo, Maus, Intraperitoneal, flüssiges Präpolymer)[1]
  • 750 mg·kg−1 (LD50, Maus, Intraperitoneal, flüssiges Präpolymer)[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Allgemeines

Aufgrund seines geringen spezifischen Impulses wird PBAN nicht alleine als Treibstoff verwendet. In der Praxis werden daher, um einen möglichst hohen spezifischen Impuls zu erzielen, unterschiedliche Oxidator-Treibstoff-Kombinationen in PBAN gebunden. PBAN wird dabei als flüssiges Präpolymer mit den weiteren Bestandteilen gemischt und danach direkt im Raketenmotor zu einem festen, homogenen Treibstoff gehärtet.[4][2] Die zur häufig zur weiteren Steigerung des spezifischen Impulses hinzugefügten, metallische Treibstoffkomponenten, wie z. B. Aluminiumpulver, haben einen nachteiligen Effekt auf die Polymerisation von PBAN. Im Falle Von Aluminiumpulver erhöht sich die Dauer auf mehrere Tage mit Temperaturen um rund 60 °C beim Aushärtungsprozess. Zur Stabilisierung bzw. zur Verbesserung der Bindung (bzw. zur schnelleren Vernetzung) wird häufig Epoxidharz hinzugefügt.[4][6][7][8]

Geschichte

Thiokol (heute Teil von Northrop Grumman Space Systems) begann 1952 mit der Erforschung von Raketentreibstoffen, die bei geringeren Abbrandtemperaturen einen höheren spezifischen Impuls erlaubten. 1954 wurde mit Polybutadien-Acrylsäure (PBAA) ein geeignetes Copolymer entdeckt, welches gegenüber den bislang eingesetzten auf Polyurethanen basierten Bindemitteln einen deutlichen Fortschritt darstellte. Jedoch war die Kerbfestigkeit nicht zufriedenstellend, weswegen im gleichen Jahr PBAN entwickelt wurde. Obwohl PBAN ursprünglich von Thiokol entwickelt wurde, begann die American Synthetic Rubber Corporation Ende der 1950er-Jahre mit der Produktion.[9]

Verwendung

PBAN ist aufgrund seiner geringen Kosten[4] neben HTPB eines der am häufigsten eingesetzten Bindemittelsysteme für Feststoffraketenmotoren. In vielen in der Vergangenheit verwendeten und auch modernen Ammoniumperchlorat-Verbundtreibstoffen (APCP) wird PBAN als Bindemittel eingesetzt.

PBAN fand häufig in den 1960er- und 1970er-Jahren in Verwendung. Die populärsten Anwendungsgebiete sind die UA120-Booster, welche bei der Titan-III-Familie zum Einsatz kamen.[5]

Die 3, ursprünglich für die untere Stufe der Saturn V entwickelten, experimentellen Aerojet-260-Booster enthielten jeweils 86 % PBAN und wurden zusätzlich mit Epoxidharz verstärkt.[5][10]

Die Booster des Space Transportation System (Space Shuttle)[6] und auch die darauf basierenden Booster des Space Launch System (SLS) verwenden APCP auf Basis von PBAN.[11][8]

Sonstiges

Polybutadien-Acrylnitril wird unter anderem auch beim Bau von Amateur-Raketen verwenden. Es ist im Vergleich zu anderen Raketentreibstoffen vergleichsweise sicher und deutlich einfacher in der Handhabung. Zudem ist der spezifische Impuls geringfügig größer als bei anderen, teilweise giftigen, Bindemittel wie z. B. HTPB.[6]

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. https://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB91211147_EN.htm
  2. Review of solid propellants for space exploration NASA CR-77354, 1. Oktober 1965
  3. Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4. Solid Propellant Processing Factors in Rocket Motor Designs NASA SP-8075; Oktober 1971
  5. Solid in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 30. August 2023 (englisch).
  6. Amateur Experimental Solid Propellants. In: Richard Nakka’s Experimental Rocketry Site. Abgerufen am 18. November 2022 (englisch).
  7. ITC (HS) Classifications of Export and Import Items: Incorporating Amendments Till 31 July, 2009. On behalf of Directorate General of Foreign Trade by the Controller of Publications, 2009 (google.com [abgerufen am 18. November 2022]).
  8. Beverly Perry: We’ve Got (Rocket) Chemistry, Part 2. NASA, abgerufen am 18. November 2022 (amerikanisches Englisch).
  9. J. D. Hunley: THE HISTORY OF SOLID-PROPELLANT ROCKETRY: WHAT WE DO AND DO NOT KNOW
  10. THE 260 – THE LARGEST SOLID ROCKET MOTOR EVER TESTED (englisch).
  11. Chris Gebhardt: Orbital ATK ramps up Booster production for SLS maiden flight. In: NASASpaceFlight.com. 14. Oktober 2015, abgerufen am 18. November 2022 (amerikanisches Englisch).
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