Desenvolvimento de Propergóis Compósitos Alternativos : Síntese, Estudo e Avaliação do Potencial numa Formulação Propulsiva, do Composto 2,4-dinitramino-6-oxi-s-triazina (DNAM). DEQ/FCTUC, 2000, xliii + 295 p.

Abstract

A área do conhecimento dedicada à pesquisa e desenvolvimento de propergóis compósitos (sistemas reactivos de propulsão a jacto usados em motores-foguetes) tem vindo a enfrentar novos desafios. Ao desejo de se alcançarem desempenhos acrescidos contrapõem-se exigências cada vez mais restritivas no plano da segurança, a qual, de resto, tem hoje um alcance que não se lhe conhecia outrora. Não basta atender à observância de uma vulnerabilidade reduzida, exigindo-se, de igual modo, o cumprimento de requisitos que visam minorar o impacto ambiental dos produtos de combustão. Os sistemas propulsivos que porventura continuam a ser os mais representativos do estado actual do conhecimento em matéria de propergóis compósitos, integram o perclorato de amónio como componente principal da carga sólida. Trata-se de um oxidante a vários títulos eficaz, mas de cuja combustão em que intervém resultam produtos altamente não desejáveis pelo nefasto impacto ambiental que comportam, como é o caso das espécies cloradas. O desafio reside, pois, na pesquisa e desenvolvimento de sistemas alternativos aos que têm por base o perclorato de amónio, providos de atributos como a ausência de halogénios na sua composição, baixos níveis de perigosidade e desempenhos aceitáveis. Porém, a experiência tem demonstrado que conceber e/ou sintetizar uma nova molécula, caracterizá-la e comprovar a viabilidade da sua inclusão em formulações que se assumam como alternativas inovadoras, é tarefa que exige uma actuação em várias frentes, numa lógica integrante. É no quadro destas considerações que o presente trabalho tem origem. A reprodução da síntese do composto 2,4-dinitramino-6-oxi-s-triazina (DNAM) constituiu o ponto de partida deste trabalho. Para além da descrição da síntese do DNAM, não existia qualquer estudo sistemático a respeito das suas propriedades e características, nem qualquer trabalho que o pudesse enquadrar no domínio dos propergóis compósitos. O objectivo da actual tese consistiu, portanto, na realização de um estudo sistemático sobre as propriedades e características do DNAM, quer do ponto de vista da investigação fundamental dedicada às nitraminas, quer na perspectiva da sua aplicação em propergóis compósitos alternativos, de modo suficiente a concluir sobre a viabilidade dessa aplicação, através, também, da avaliação do seu potencial numa formulação propulsiva. Tal avaliação foi realizada a partir de uma composição baseada em nitrato de amónio estabilizado em fase (PSAN), como principal fonte oxidante, e em polibutadieno com terminação hidroxilo (HTPB), como matriz polimérica ligante. Os estudos sobre o DNAM revelaram-nos um composto com interessantes características quando postas na perspectiva da aplicação na área dos materiais energéticos. Trata-se de um material cristalino, não poroso e de granulometria relativamente fina, com uma massa volúmica elevada, e que exibe um reduzido nível de perigosidade. Presume-se que algumas dessas características encontrem explicação na organização estrutural do DNAM aos níveis atómico-molecular e intermolecular, designadamente devido à presença de ligações de hidrogénio. É também este ponto de vista que permite explicar, em boa parte, a grande estabilidade térmica do DNAM. O composto não apresenta transições de fase numa extensa gama de temperaturas que antecede o início da sua decomposição globalmente exotérmica. Ainda que o DNAM apresente evidentes características energéticas, o seu potencial a esse nível é algo inferior comparativamente com o de outros materiais em uso. A essa limitação contrapõe-se um comportamento termoquímico promissor, evidenciado por vários estudos termoanalíticos de que foi objecto. A principal desvantagem que o composto exibe prende-se com a sua elevada acidez, característica que pode causar alguns problemas no plano da formulação. O DNAM apresenta um comportamento em solução marcado por algumas peculiaridades, donde se destaca um presumível tautomerismo cuja complexidade importa analisar em pormenor em trabalho futuro. Existe ainda grande espaço para a investigação da química fundamental do composto. Os estudos sobre o DNAM na condição de componente já integrante de uma formulação propulsiva baseada em PSAN e HTPB, confirmaram o interesse daquele componente na área dos propergóis compósitos. O próprio PSAN, que também foi motivo de alguma investigação neste trabalho, revelou-se um co-oxidante adequado em conjunção com o DNAM (o mesmo se espera de outra forma de nitrato de amónio estabilizado em fase). Os resultados das investigações realizadas sobre a termólise de misturas de DNAM e PSAN constituem um importante passo na descrição da termoquímica dessas misturas, abrindo novas perspectivas no estudo da combustão de propergóis baseados naqueles componentes. Os resultados da avaliação da compatibilidade entre o DNAM e o HTPB, em especial na forma de pré-polímero, confirmaram os problemas antecipados em decorrência da medição do grau de acidez do DNAM, para os quais há que procurar vias de solução. Os resultados do estudo da sensibilidade ao choque do propergol PC1 (PSAN/DNAM/HTPB -- proporção mássica 68/12/20), realizado com base numa metodologia experimental inovadora, são demonstrativos de que a formulação objecto de estudo revela-se pouco vulnerável à detonação por efeito de choque, consubstanciando a afirmação de que o DNAM é um material que cumpre elevados requisitos em termos de segurança. Virtualmente incapaz de se afirmar como um componente apto a gerar impulsos específicos elevados, o DNAM faz-se reconhecer através de um valioso efeito nas características de combustão. O acréscimo de cerca de 13% na velocidade de combustão medida no propergol PC1 relativamente ao PC0 (PSAN/HTPB -- proporção mássica 80/20) é uma evidência desse efeito, o que é tanto mais significativo quanto se considerar que não se verificou qualquer alteração desfavorável no expoente de pressão. Este trabalho permite reclamar uma contribuição assinalável no conhecimento sobre o DNAM e, ao mesmo tempo, consente a conclusão de que se trata de um composto merecedor de todo o interesse numa perspectiva de aplicação em propergóis compósitos alternativos.