Glycidylazid-Polymer

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Strukturformel
Allgemeines
Name	Glycidylazid-Polymer
Andere Namen	GAP
CAS-Nummer	143178-24-9
Monomere/Teilstrukturen	?
Molmassenabschätzung	2000 g/mol[1][2]
Eigenschaften
Aggregatzustand	flüssig (Präpolymer)[1]
Dichte	1,3 g/cm³[2]
Glastemperatur	48 °C[3]
Löslichkeit	in vielen organischen Lösungsmitteln, aber nicht Wasser, einwertige Alkohole oder aliphatische Kohlenwasserstoffe[2]
Viskositätszahl	12 Pa·s (bei 25 °C)[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Glycidylazid-Polymer (GAP) ist ein hydroxyl-terminiertes Oligomer, welches vorrangig als hochenergetische Komponente in Festtreibstoffen sowie Sprengstoffen Verwendung findet.^[1]

Herstellung

Die typische Darstellung von GAP erfolgt durch die Polymerisation von Azid-freien Monomeren und nachfolgender Azidierung. So erhält man durch eine kationische Polymerisation von Epichlorhydrin Polyepichlorhydrin, das durch Umsetzung mit Natriumazid in Lösungsmitteln wie Dimethylacetamid oder Dimethylformamid in Gegenwart eines quartären Ammoniumsalzes als Phasentransferkatalysator zu dem Glycidylazid-Polymer umgesetzt wird.^[3] Abhängig davon, ob ein lineares oder verzweigtes Endprodukt erstellt wird, wird es als GAP-diol or GAP-polyol (üblicherweise GAP-tetraol) bezeichnet.^[2][3]

Die Herstellung innerhalb der Europäischen Union findet ausschließlich über EURENCO (vormals SNPE) statt, die ihrerseits auf die Bereitstellung von 1,2-Dichlorethan (EDC) durch Evonik Industries angewiesen ist. EDC wird seinerseits zur Synthese von Polyepichlorhydrin benötigt.^[1]

Eigenschaften

GAP ist äußerst insensitiv, thermisch stabil und hochenergetisch. Die molare Masse beträgt ca. 2000 g/mol (flüssiges Präpolymer). Die Dichte beträgt 1,3 g/cm³ bei einer Viskosität von 12 Pa/s bei 25 °C.^[2][1]

Es zersetzt sich in einem Temperaturbereich von ca. 170 bis 220 °C. Die erforderliche Aktivierungsenergie für die stark exotherme Reaktion beträgt 176,3 kJ/mol, welches zu einer Freisetzung von 1828 J/g führt.^[3][1] Gehärtetes GAP ist fest und verfügt über eine Glasübergangstemperatur von 48 °C.^[3]

Verwendung

Glycidylazid-Polymer dient in Kombination mit Ammoniumdinitramid (ADN) als hochenergetisches Bindemittel in Raketentreibstoffen (siehe ADN/GAP), welche aufgrund der ökologischen Auswirkungen von halogenhaltigen Verbund-Treibstoffen auf Basis von Ammoniumperchlorat besonders in den ersten beiden Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts große Beachtung gefunden haben. Gegenüber ebenfalls halogenfreien Spreng- und Treibstoffen auf Basis von Nitraminen ist GAP deutlich sicherer in der Handhabung.^[3] In polymer-gebundenen Sprengstoffen auf Basis von BCHMX, β-HMX oder RDX führt das Ersetzen von HTPB als Bindemittel durch GAP zwar zu einer geringfügigen Verschlechterung der Handhabungssicherheit (Sensitivität) jedoch zu einer signifikanten Steigerung in allen Schlüsseleigenschaften.^[2]

GAP wird von Bayern Chemie für den Gas-Generator verwendet, welcher für Unterwasser-Rettungssysteme auf deutschen U-Booten der Klasse 212 A zum Einsatz kommt. Es wird hier entweder in Kombination mit Hydrazin oder Strontiumnitrat verwendet.^[1][5]

Weitere mögliche Anwendungen für GAP finden sich nebst chemischer und pyrotechnischer Anwendungen auch in Gebieten, wo eine Verbrennung oder Explosion nicht erwünscht ist. Mögliche Anwendungsgebiete sind z. B. die Wirkstofffreisetzung in der Medizin oder in organischer Elektronik.^[2]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g} ANALYSIS OF ALTERNATIVES & SOCIO-ECONOMIC ANALYSIS
2. ↑ ^{a b c d e f g h} Tomasz Jarosz, Agnieszka Stolarczyk, Agata Wawrzkiewicz-Jalowiecka, Klaudia Pawlus, Karolina Miszczyszyn: Glycidyl Azide Polymer and its Derivatives-Versatile Binders for Explosives and Pyrotechnics: Tutorial Review of Recent Progress. In: Molecules. Band 24, Nr. 24, 2019, S. 4475, doi:10.3390/molecules24244475, PMID 31817642. 
3. ↑ ^{a b c d e f} Mehmet S. Eroglu, Muge S. Bostan: GAP pre-polymer, as an energetic binder and high performance additive for propellants and explosives: A review. In: Organic Communications. Band 10, Nr. 3, 2017, S. 135–143, doi:10.25135/acg.oc.21.17.07.038. 
4. ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
5. ↑ Peter Jacob: Development of a Gas-Generator Propellant for a Rescue System for Submarines based on the Energetic Binder GAP. NATO, September 2002, abgerufen am 7. März 2023.