JAK SYNTETYZUJE SIĘ ELASTYCZNY MATERIAŁ? - CHEMIA - 2025

Aby zsyntetyzować elastyczny materiał , należy najpierw wiedzieć, z jakiego rodzaju polimerów jest on wykonany; ponieważ w przeciwnym razie opracowano by wytwarzanie tworzywa sztucznego lub włókna. Wiedząc o tym, rozważane są polimery zwane elastomerami.

Tak więc elastomery tworzą elastyczne materiały; Ale czym one są? Czym różnią się od innych polimerów? Skąd wiadomo, czy syntetyzowany materiał rzeczywiście ma właściwości elastyczne?

Źródło: Pxhere

Jednym z najprostszych przykładów materiału elastycznego są gumki (lub gumki), które wiążą ze sobą gazety, kwiaty lub plik banknotów. Jeśli są rozciągnięte, można zaobserwować, że odkształcają się wzdłużnie, a następnie powracają do swojego pierwotnego kształtu.

Ale jeśli materiał jest trwale zdeformowany, to nie jest elastyczny, ale plastyczny. Istnieje kilka parametrów fizycznych, które pozwalają na rozróżnienie między tymi materiałami, takie jak ich moduł Younga, ich granica plastyczności i temperatura zeszklenia (Tg).

Oprócz tych właściwości fizycznych, materiały elastyczne chemicznie muszą również spełniać określone kryteria molekularne, aby zachowywać się jako takie.

Stąd wynika szeroki wachlarz możliwości, mieszanin i syntezy, podlegających nieskończonym zmiennym; wszystko to zbiegło się na „prostej” charakterystyce elastyczności.

Surowiec

Jak wspomniano na początku, materiały elastyczne są wykonane z elastomerów. Te ostatnie z kolei wymagają innych polimerów lub mniejszych „kawałków molekularnych”; to znaczy elastomery również zasługują na własną syntezę z prepolimerów.

Każdy przypadek wymaga dokładnego zbadania zmiennych procesowych, warunków i dlaczego w przypadku tych polimerów powstały elastomer, a tym samym elastyczny materiał „działa”.

Bez wchodzenia w szczegóły, oto szereg polimerów używanych w tym celu:

-Poliizocyjanian

-Poliol poliester

-Kopolimery etylenu i propylenu (tj. Mieszanki polietylenu i polipropylenu)

-Poliizobutylen

-Poliosiarczki

-Polysiloksan

Oprócz wielu innych. Reagują one ze sobą poprzez różne mechanizmy polimeryzacji, wśród których są: kondensacja, addycja lub poprzez wolne rodniki.

Dlatego każda synteza implikuje konieczność opanowania kinetyki reakcji, aby zapewnić optymalne warunki jej rozwoju. Podobnie, w grę wchodzi miejsce, w którym nastąpi synteza; to znaczy reaktor, jego typ i zmienne procesowe.

Charakterystyka molekularna

Co wspólnego mają wszystkie polimery używane do syntezy elastomerów? Właściwości tej pierwszej będą synergizować (całość jest większa niż suma jej części) z właściwościami drugiej.

Przede wszystkim muszą mieć asymetryczne struktury, a zatem być jak najbardziej niejednorodne. Ich struktury molekularne muszą koniecznie być liniowe i elastyczne; to znaczy, obrót pojedynczych wiązań nie powinien powodować odpychania sterycznego między grupami podstawników.

Ponadto polimer nie może być bardzo polarny, w przeciwnym razie jego interakcje międzycząsteczkowe będą silniejsze i będzie wykazywał większą sztywność.

Dlatego polimery muszą mieć jednostki: asymetryczne, niepolarne i elastyczne. Jeśli spełniają wszystkie te cechy molekularne, stanowią potencjalny punkt wyjścia do otrzymania elastomeru.

Synteza elastomerów

Po wybraniu surowca i wszystkich zmiennych procesowych synteza elastomerów jest kontynuowana. Po zsyntetyzowaniu i po kolejnych seriach obróbek fizycznych i chemicznych powstaje elastyczny materiał.

Ale jakim przemianom muszą przejść wybrane polimery, aby stały się elastomerami?

Muszą zostać poddane sieciowaniu lub utwardzaniu (sieciowanie, w języku angielskim); to znaczy, że jego łańcuchy polimerowe będą łączyć się ze sobą mostkami molekularnymi, które pochodzą z dwu- lub wielofunkcyjnych cząsteczek lub polimerów (zdolnych do tworzenia dwóch lub więcej silnych wiązań kowalencyjnych). Poniższy obraz podsumowuje powyższe:

Źródło: Gabriel Bolívar

Fioletowe linie przedstawiają łańcuchy polimerowe lub „sztywniejsze” bloki elastomerów; podczas gdy czarne linie są najbardziej elastyczną częścią. Każda fioletowa linia może składać się z innego polimeru, bardziej elastycznego lub sztywnego w stosunku do tego, który poprzedza lub występuje.

Jaką funkcję pełnią te molekularne mosty? To polegające na umożliwieniu elastomerowi zwijania się samoczynnie (tryb statyczny), rozwijania się pod naciskiem rozciągającym (tryb sprężystości) dzięki elastyczności jego ogniw.

Magiczna sprężyna (na przykład Slinky firmy Toystory) zachowuje się nieco podobnie do elastomerów.

Wulkanizacja

Spośród wszystkich procesów sieciowania wulkanizacja jest jednym z najbardziej znanych. Tutaj łańcuchy polimerowe są połączone mostkami siarkowymi (SSS…).

Wracając do górnego obrazu, mosty nie byłyby już czarne, ale żółte. Ten proces jest niezbędny w produkcji opon.

Dodatkowe zabiegi fizyczne i chemiczne

Po zsyntetyzowaniu elastomerów, kolejnym krokiem jest obróbka otrzymanego materiału w celu nadania mu ich unikalnych właściwości. Każdy materiał poddawany jest innej obróbce, między innymi podgrzewaniem, formowaniem lub szlifowaniem lub innym fizycznym „utwardzaniem”.

W tych krokach dodaje się pigmenty i inne chemikalia, aby zapewnić jej elastyczność. Podobnie, jego moduł Younga, jego Tg i jego granica elastyczności są oceniane jako analiza jakości (oprócz innych zmiennych).

To tutaj słowo „kauczuk” kryje się pod pojęciem elastomeru; kauczuki silikonowe, nitrylowe, naturalne, uretany, butadieno-styren itp. Gumy są synonimem elastycznego materiału.

Synteza taśm elastycznych

Na koniec zostanie podany krótki opis procesu syntezy taśmy elastycznej.

Źródłem polimerów do syntezy jej elastomerów jest naturalny lateks, w szczególności z drzewa Hevea brasiliensis. To mleczna, żywiczna substancja poddawana oczyszczaniu, a następnie mieszana z kwasem octowym i formaldehydem.

Z tej mieszanki uzyskuje się płytę, z której wydobywana jest woda poprzez jej ściskanie i nadanie jej kształtu bloku. Bloki te są cięte na mniejsze kawałki w mikserze, gdzie są podgrzewane, a do wulkanizacji dodawane są pigmenty i siarka.

Następnie są cięte i wytłaczane w celu uzyskania pustych prętów, wewnątrz których zajmą aluminiowy pręt z talkiem jako podporą.

Na koniec pręty są podgrzewane i wyjmowane z aluminiowego wspornika, aby po raz ostatni zacisnąć je wałkiem przed cięciem; Każde cięcie generuje ligę, a niezliczone cięcia generują ich tony.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2018). Elastyczność (fizyka). Odzyskane z: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Wprowadzenie do syntezy elastomerów. W: Lal J., Mark JE (red.) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Zestaw narzędzi do robotyki miękkiej. (sf). Elastomery. Odzyskany z: softroboticstoolkit.com
4. Rozdział 16, 17, 18-Tworzywa sztuczne, włókna, elastomery. . Odzyskany z: fab.cba.mit.edu
5. Synteza elastomerów. . Odzyskany z: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Gumka recepturka. Odzyskany z: madehow.com.