Как се синтезира еластичен материал? Обобщение на процеса

Еластичните материали са нещо, което присъства в нашето ежедневие. Има ги за всичко, като ластици за връзване на чанти, гумени гривни, балони, гуми ...

Тогава да видим как се синтезира еластичен материал, обясняващи какви са неговите компоненти, полимери, в допълнение към посочването на техните молекулни свойства и някои индекси, които се вземат предвид в индустрията.

• Свързана статия: "11-те типа химични реакции"

Какво представляват еластичните полимери?

Еластичните материали, известни като еластични полимери, са тези, които може да се деформира чрез прилагане на сила, докато е приложена. Веднага след като еластичният обект вече не е подложен на тази сила, той ще се върне в първоначалната си форма. В противен случай, ако материалът е трайно деформиран, не бихме говорили за нещо еластично, а за пластмасов материал.

Еластичните материали са известни на хората от незапомнени времена, тъй като съществуват в природата. Въпреки това, въпреки че полимерите присъстват естествено в обекти като каучук,

човешкото същество е видяло необходимостта да създаде някои от тях синтетично, тоест в лабораторията.

Някои примери за еластични материали, освен вече споменатия, имаме ластици за затваряне на чували за храна, балони, гумени гривни, латекс ...

Какво представляват полимерите?

Полимерите са макромолекули, образувани от обединението на ковалентни връзки на една или повече от простите единици, които биха били мономерите. Обикновено тези макромолекули са органични, тоест съдържат въглеродни атоми в структурата си. Тези вериги обикновено са дълги и са свързани чрез силите на Ван дер Ваалс, водородните връзки и хидрофобните взаимодействия.

Един от начините за класифициране на полимерите се основава на механичната им реакция на повишени температури. Ето защо има два вида полимери.

1. Термопластични полимери

Термопластични полимери омекотяват, когато са подложени на високи температури, дори да се стопи. Когато температурата е ниска, те се втвърдяват. Тези процеси са напълно обратими и могат да се повтарят отново и отново.

Ако обаче се достигне много висока температура, може да настъпи необратимо разграждане, тъй като Молекулните вибрации между мономерите на веществото са толкова силни, че могат да разкъсат връзките си ковалентен.

Тези материали обикновено се произвеждат с едновременно прилагане на висока температура и налягане. Когато температурата се повиши, якостта на вторичните връзки отслабва, улесняващо относителното движение на веригите, изграждащи полимера.

Повечето линейни полимери и тези с разклонени структури, с гъвкави вериги, са термопласти, които са меки и пластични.

2. Термореактивни полимери

Термореактивните полимери са тези, които остават твърди, независимо от това колко температура е приложена към тях.

Когато започват да се подлагат на топлина, възникват ковалентни омрежвания между съседните молекулярни вериги. Поради това движенията между полимерните мономери са ограничени, предотвратявайки вибрациите и въртенето им. Ако обаче температурата е прекалено висока, напречните връзки се прекъсват и настъпва разграждане на полимера.

Термореактивните полимери обикновено са по-твърди в сравнение с термопластите. Някои примери за полимери от този тип са епоксидни, вулканизирани каучукови и фенолни полиестерни смоли.

Как се синтезират еластичните материали?

Еластичните материали са изработени от еластомери, които обикновено са термопластични полимери, което им дава основните характеристики: лесна, но не постоянна еластичност и деформация.

Има много вещества, които правят възможно производството на еластичен материал. Някои от полимерите, които се използват за синтезиране на ластици, са: полиол-полиестер, полиизоцианат, съполимери на етилен и пропилен, полиизобутилен, полисулфиди и полисилоксан, само за да кажа няколко много.

Когато тези вещества се смесят, те реагират помежду си чрез различни полимеризационни механизми., сред които са кондензацията, добавянето или пътя на свободните радикали.

Молекулни характеристики на еластомерите

За да може в крайна сметка комбинацията от определени полимери да генерира еластомер или еластичен материал, е необходимо това комбинацията от тях създава някакъв вид синергия, което води до нещо по-голямо от обикновената сума от неговите части.

Първото изискване е те да имат асиметрични структури и следователно, че те са възможно най-различни. Техните структури на молекулярно ниво трябва да бъдат линейни и гъвкави, позволяващи, както вече споменахме с термопластични полимери, които веригите на молекулите могат да вибрират, без да прекъсват връзките.

Като второ изискване е че полимерът не е много полярен, тоест че няма прекалено голям заряд от единия или другия знак, тъй като в този случай междумолекулните взаимодействия ще бъдат по-силни и ще има по-голяма твърдост поради привличането (както при положителен магнит с отрицателен).

Третото изискване е тези полимери да са гъвкави, които допускат известна деформация, когато към тях се прилага някакъв вид сила. Ако тези полимери отговарят на тези три изисквания, тогава ще се създаде идеалната ситуация за синтеза на еластомер.

• Може да се интересувате: "9-те общи свойства на материята"

Синтез на еластомери

Полимерите, които ще доведат до еластомер, трябва да бъдат подложени на поредица от физични и химични процеси.

1. Омрежване

В този процес постига се, че молекулните вериги се обединяват помежду си посредством мостове, които са способни да образуват две или повече силни ковалентни връзки.

Тези молекулярни мостове позволяват на еластомера да се търкаля върху себе си, когато е в покой или в статичен режим, докато, когато е подложен на някакъв вид разтягане, той може да бъде в еластичен режим благодарение на гъвкавостта на тези връзки.

2. Вулканизация

Въпреки че това е процес, който ще бъде намерен в рамките на кросоувърите, интересно е да се спомене по-подробно обяснение отделно.

Вулканизацията е един от най-известните процеси за получаване на еластомери. В този процес, полимерните вериги са свързани помежду си със сярни мостове (S-S-S ...).

3. След получаване на еластомера

Когато еластомерите вече са синтезирани, следващите стъпки се състоят в подлагането им на различни обработки, за да им се дадат определени характеристики.

Всеки материал ще бъде използван за различна цел, поради което ще получи и различни обработки, сред които могат да бъдат намерени отопление, леене или други видове физическо втвърдяване, тоест придаване на форма.

В тази фаза на процеса се добавят пигменти да придаде цвят на получения еластичен обект, в допълнение към включването на други химикали, които ще осигурят неговата еластичност. На този етап се оценяват и три основни аспекта, за да се гарантира, че еластичният материал е с качество: модул на Йънг, температура на стъкло преминаване (Tg) и граница на еластичност.

Модул на Йънг е индекс, който показва как се държи еластичен материал според посоката, в която се прилага сила.

Tg е температурата, при която настъпва термодинамична псевдотрансформация в стъклени материали. Полимерът намалява плътността, твърдостта и твърдостта си при тази температура. Това може да се види в стъкло и аморфни неорганични материали.

Точката на добив се отнася до максималното напрежение че еластичен материал може да поддържа, без да стане необратимо деформиран.

След като проверим тези индекси и видим, че еластомерът е функционален, тогава обикновено се нарича каучук от всякакъв вид: силикон, нитрил, уретан, бутадиен-стирен ...

Някои разтегливи материали

След това ще видим някои еластични материали и от какво са направени.

1. Полиестер

Полиестерът е произведено влакно и се състои от всеки полимер със синтетичен произход, който е с дълга верига. В този полимер около 85% от съединението е естер на терефлалова киселина.

2. Найлон

Найлонът е изкуствен полимер, принадлежащ към групата на полиамидите. Той се генерира от поликондензация на киселина като диамин. Най-известният е PA6.6.

3. Ликра

Ликрата е синтетично влакно, известно като много еластично и устойчиво вещество. Това е уретан-карбамиден съполимер, съставен от около 95% сегментирани полиуретани. При разработването му се смесват голямо разнообразие от суровини, като преполимери, които съставляват основната структура на това влакно.

Библиографски справки.

• Те мразят Г. (1986) Въведение в синтеза на еластомери. В: Lal J., Mark J.E. (eds) Напредък в еластомерите и еластичността на каучука. Спрингър, Бостън, Масачузетс