Jak je syntetizován elastický materiál? Souhrn procesu

Pružné materiály jsou něco, co je přítomno v našem každodenním životě. Jsou tu pro všechno, jako jsou gumičky k zavázání tašek, gumové náramky, balónky, pneumatiky ...

Pak podívejme se, jak se syntetizuje elastický materiál, vysvětlující, jaké jsou jeho složky, polymery, kromě uvedení jejich molekulárních vlastností a některých indexů, které jsou v průmyslu brány v úvahu.

• Související článek: „11 typů chemických reakcí"

Co jsou elastické polymery?

Elastické materiály, známé jako elastické polymery, jsou ty, které lze deformovat působením síly, když je aplikována. Jakmile elastický předmět již není vystaven této síle, vrátí se do původního tvaru. Jinak by se materiál trvale deformoval, nemluvili bychom o něčem elastickém, ale o plastickém materiálu.

Elastické materiály jsou známé lidem od nepaměti, protože existují v přírodě. I když se polymery přirozeně vyskytují v předmětech, jako je guma, lidská bytost viděla potřebu některé z nich vytvořit synteticky, tj. v laboratoři.

Některé příklady elastických materiálů, kromě již zmíněných, máme elastické pásky k uzavření sáčků na potraviny, balónků, gumových náramků, latexu ...

Co jsou to polymery?

Polymery jsou makromolekuly vytvořené spojením kovalentních vazeb jedné nebo více jednoduchých jednotek, což by byly monomery. Normálně jsou tyto makromolekuly organické, to znamená, že ve své struktuře obsahují atomy uhlíku. Tyto řetězce jsou obvykle dlouhé a jsou spojeny Van der Waalsovými silami, vodíkovými vazbami a hydrofobními interakcemi.

Jeden způsob klasifikace polymerů je založen na jejich mechanické reakci na zvýšené teploty. Proto existují dva typy polymerů.

1. Termoplastické polymery

Termoplastické polymery změkčit při vystavení vysokým teplotám, dokonce se roztaví. Když je teplota nízká, ztvrdnou. Tyto procesy jsou plně reverzibilní a lze je opakovat znovu a znovu.

Pokud je však dosaženo velmi vysoké teploty, může dojít k nevratné degradaci, protože Molekulární vibrace mezi monomery látky jsou tak prudké, že mohou narušit jejich vazby kovalentní.

Tyto materiály se obvykle vyrábějí se současnou aplikací vysoké teploty a tlaku. Když teplota stoupne, síla sekundárních vazeb zeslábne, což usnadňuje relativní pohyb řetězců, které tvoří polymer.

Většina lineárních polymerů a polymerů s rozvětvenými strukturami s pružnými řetězy jsou termoplasty, které jsou měkké a tvárné.

2. Termosetové polymery

Termosetové polymery jsou ty, které zůstávají tvrdé bez ohledu na to, jaká teplota na ně působí.

Když začnou být vystaveny teplu, nastanou kovalentní síťování mezi sousedícími molekulárními řetězci. Z tohoto důvodu jsou pohyby mezi polymerními monomery omezené, což brání jejich vibracím a rotaci. Pokud je však teplota příliš vysoká, dojde k přerušení síťování a degradaci polymeru.

Termosetové polymery jsou obecně tvrdší ve srovnání s termoplasty. Některé příklady polymerů tohoto typu jsou v epoxidových, vulkanizovaných kaučucích a fenolických polyesterových pryskyřicích.

Jak se syntetizují elastické materiály?

Elastické materiály jsou vyrobeny z elastomerů, což jsou obecně termoplastické polymery, což jim dává jejich hlavní vlastnosti: snadná, ale ne trvalá pružnost a deformace.

Existuje mnoho látek, které umožňují výrobu elastického materiálu. Některé z polymerů, které se používají k syntéze elastických materiálů, jsou: polyol-polyester, polyisokyanát, kopolymery ethylenu a propylenu, polyisobutylenu, polysulfidů a polysiloxanu, řekněme pár mnoho.

Když jsou tyto látky smíchány, reagují navzájem různými polymeračními mechanismy., mezi nimiž je kondenzace, adice nebo cesta volných radikálů.

Molekulární charakteristiky elastomerů

Aby kombinace určitých polymerů nakonec vytvořila elastomer nebo elastický materiál, je to nutné jejich kombinace vytváří určitý druh synergie, což vede k něčemu většímu než prostý součet jeho částí.

Prvním požadavkem je, aby měly asymetrické struktury a proto se co nejvíce liší. Jejich struktury na molekulární úrovni musí být lineární a flexibilní, což umožňuje, jak jsme již zmínili termoplastické polymery, že řetězce molekul mohou vibrovat, aniž by se porušily vazby.

Druhým požadavkem je že polymer není příliš polární, to znamená, že nemá příliš velký náboj jednoho nebo druhého znaménka, protože pokud tomu tak je, budou intermolekulární interakce silnější a bude zde větší tuhost kvůli přitažlivosti (jak je tomu u pozitivního magnetu s negativním).

Třetím požadavkem je, aby tyto polymery byly flexibilní, které připouštějí určitou deformaci, když na ně působí určitý druh síly. Pokud tyto polymery splňují tyto tři požadavky, bude vytvořena dokonalá situace pro syntézu elastomeru.

• Mohlo by vás zajímat: "9 obecných vlastností hmoty"

Syntéza elastomerů

Polymery, jejichž výsledkem bude elastomer, musí být podrobeny řadě fyzikálních a chemických procesů.

1. Síťování

V tomto procesu je dosaženo toho, že molekulární řetězce jsou navzájem spojeny pomocí můstků, které jsou schopné tvořit dvě nebo více silných kovalentních vazeb.

Tyto molekulární můstky umožňují, aby se elastomer valil na sebe, když je v klidovém nebo statickém režimu, zatímco při vystavení nějakému typu protahování by to mohlo být v pružném režimu díky flexibilitě těchto článků.

2. Vulkanizace

Ačkoli se jedná o proces, který by byl nalezen v rámci crossoverů, je zajímavé zmínit podrobnější vysvětlení samostatně.

Vulkanizace je jedním z nejznámějších způsobů získávání elastomerů. V tomto procesu polymerní řetězce jsou vzájemně propojeny sírovými můstky (S-S-S ...).

3. Po získání elastomeru

Když jsou elastomery již syntetizovány, další kroky spočívají v tom, že je podrobíme různým úpravám, aby získaly určité vlastnosti.

Každý materiál bude použit k jinému účelu, proto bude také různě ošetřen, mezi nimiž lze nalézt vytápění, formování nebo jiné typy fyzického vytvrzování, tj. dávat jim tvar.

V této fázi procesu se přidávají pigmenty dát barvu výslednému elastickému předmětu, kromě toho, že začlení další chemikálie, které zajistí jeho pružnost. V této fázi se rovněž hodnotí tři základní aspekty, aby se zajistilo, že: elastický materiál je kvalitní: Youngův modul, teplota skelného přechodu (Tg) a limit pružnost.

Youngův modul je index, který označuje, jak se elastický materiál chová podle směru, ve kterém působí síla.

Tg je teplota, při které dochází ve skleněných materiálech k termodynamické pseudotransformaci. Polymer při této teplotě snižuje svou hustotu, tuhost a tvrdost. To je vidět na skle a amorfních anorganických materiálech.

Mez kluzu odpovídá maximálnímu namáhání že pružný materiál může podporovat, aniž by se nevratně zdeformoval.

Když jsme zkontrolovali tyto indexy a zjistili jsme, že elastomer je funkční, pak se obvykle nazývá guma všeho druhu: silikon, nitril, urethan, butadien-styren ...

Některé pružné materiály

Dále uvidíme některé elastické materiály a to, z čeho jsou vyrobeny.

1. Polyester

Polyester je vyrobené vlákno a je složeno z jakéhokoli polymeru syntetického původu, který má dlouhý řetězec. V tomto polymeru asi 85% sloučeniny je ester kyseliny tereflalové.

2. Nylon

Nylon je umělý polymer, patřící do skupiny polyamidů. Je generován polykondenzací kyseliny, jako je diamin. Nejznámější je PA6.6.

3. Lycra

Lycra je syntetické vlákno známé jako velmi elastická a odolná látka. Jedná se o kopolymer urethanu a močoviny, který se skládá z asi 95% segmentovaných polyurethanů. Při jeho zpracování se mísí nejrůznější suroviny, například prepolymery, které tvoří hlavní strukturu tohoto vlákna.

Bibliografické odkazy.

• Nenávidět G. (1986) Úvod do syntézy elastomerů. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA