Kuidas sünteesitakse elastset materjali? Protsessi kokkuvõte

Elastsed materjalid on midagi, mida meie igapäevases elus leidub. Seal on neid kõike, näiteks kottide sidumiseks mõeldud elastsed paelad, kummist käevõrud, õhupallid, rehvid ...

Siis vaatame, kuidas sünteesitakse elastset materjali, selgitades, millised on selle koostisosad, polümeerid, lisaks nende molekulaarsete omaduste ja mõnede tööstuses arvestatavate indeksite märkimisele.

• Seotud artikkel: "11 keemiliste reaktsioonide tüüpi"

Mis on elastsed polümeerid?

Elastsed materjalid, mida tuntakse elastsete polümeeridena, on need, mis saab deformeerida, rakendades jõudu selle rakendamise ajal. Niipea kui elastne ese sellele jõule enam ei allu, naaseb ta oma esialgse kuju juurde. Vastasel juhul, kui materjal on jäädavalt deformeerunud, ei räägiks me millestki elastsest, vaid plastmaterjalist.

Elastsed materjalid on inimestele teada olnud juba iidsetest aegadest, kuna need on looduses olemas. Kuigi polümeere leidub loomulikult sellistes esemetes nagu kumm, inimene on näinud vajadust mõned neist luua sünteetiliselt, see tähendab laboris.

Mõned näited elastsest materjalist, välja arvatud juba mainitud, on meil toidukottide, õhupallide, kummist käevõrude, lateksi sulgemiseks elastsed ribad ...

Mis on polümeerid?

Polümeerid on ühe või mitme lihtsa üksuse kovalentsete sidemete liitumisel moodustunud makromolekulid, mis oleksid monomeerid. Tavaliselt on need makromolekulid orgaanilised, see tähendab, et nende struktuur sisaldab süsinikuaatomeid. Need ahelad on tavaliselt pikad ja neid ühendavad Van der Waalsi jõud, vesiniksidemed ja hüdrofoobsed vastasmõjud.

Üks viis polümeeride klassifitseerimiseks põhineb nende mehaanilisel reageerimisel kõrgendatud temperatuuridele. Sellepärast on kahte tüüpi polümeere.

1. Termoplastsed polümeerid

Termoplastsed polümeerid kõrgel temperatuuril allapoole pehmenemine, isegi sulama. Kui temperatuur on madal, siis nad kõvenevad. Need protsessid on täielikult pöörduvad ja neid saab korrata veel ja veel.

Väga kõrge temperatuuri saavutamisel võib siiski toimuda pöördumatu lagunemine, kuna Molekulaarsed vibratsioonid aine monomeeride vahel on nii vägivaldsed, et nad võivad oma sidemed purustada kovalentne.

Neid materjale toodetakse tavaliselt samaaegselt kõrgel temperatuuril ja rõhul. Kui temperatuur tõuseb, nõrgeneb sekundaarsidemete tugevus, hõlbustades polümeeri moodustavate ahelate suhtelist liikumist.

Enamik lineaarseid ja hargnenud struktuuriga, painduvate ahelatega polümeere on termoplastid, mis on pehmed ja plastsed.

2. Termoreaktiivsed polümeerid

Termoreaktiivsed polümeerid on need, mis jäävad kõvaks, hoolimata sellest, kui palju temperatuuri neile rakendatakse.

Kui neid hakatakse kuumutama, siis toimuvad külgnevate molekulaarsete ahelate vahel kovalentsed ristsidemed. Seetõttu on polümeermonomeeride vahelised liikumised piiratud, takistades nende vibratsiooni ja pöörlemist. Kui temperatuur on liiga kõrge, siis ristsidemed purunevad ja polümeer laguneb.

Termoreaktiivsed polümeerid on tavaliselt termoplastidega võrreldes kõvemad. Mõned seda tüüpi polümeeride näited on epoksü-, vulkaniseeritud kummi- ja fenoolpolüestervaigud.

Kuidas sünteesitakse elastseid materjale?

Elastsed materjalid on valmistatud elastomeeridest, mis on tavaliselt termoplastsed polümeerid, mis annab neile nende peamised omadused: lihtne, kuid mitte püsiv elastsus ja deformatsioon.

Elastse materjali valmistamiseks on palju aineid. Mõned elastide sünteesimiseks kasutatavad polümeerid on: polüool-polüester, polüisotsüanaat, etüleeni ja propüleeni, polüisobutüleeni, polüsulfiidide ja polüsiloksaani kopolümeerid, et öelda vaid mõned palju.

Nende ainete segamisel reageerivad nad üksteisega erinevate polümerisatsioonimehhanismide kaudu., mille hulka kuuluvad kondenseerumine, lisamine või vabade radikaalide rada.

Elastomeeride molekulaarsed omadused

Teatud polümeeride kombinatsioonist lõpuks elastomeeri või elastse materjali saamiseks on vajalik nende kombinatsioon loob mingisuguse sünergia, mille tulemuseks on midagi suuremat kui selle osade lihtne summa.

Esimene nõue on, et neil oleks asümmeetriline struktuur ja seetõttu, et need on võimalikult erinevad. Selle struktuurid molekulaarsel tasandil peavad olema lineaarsed ja paindlikud, võimaldades, nagu me juba mainisime termoplastsed polümeerid, et molekulide ahelad saaksid võnkuda sidemeid lõhkumata.

Teise nõudena on et polümeer pole eriti polaarne, see tähendab, et sellel pole liiga palju ühe või teise märgi laengut, kuna sel juhul on molekulidevahelised interaktsioonid tugevamad ja atraktiivsuse tõttu suurem jäikus (nagu juhtub negatiivse positiivse magnetiga).

Kolmas nõue on, et need polümeerid oleksid painduvad, mis tunnistavad teatud deformatsiooni, kui neile rakendatakse teatud tüüpi jõudu. Kui need polümeerid vastavad neile kolmele nõudele, luuakse elastomeeri sünteesiks ideaalne olukord.

• Võite olla huvitatud: "Mateeria 9 üldist omadust"

Elastomeeride süntees

Polümeerid, mille tulemuseks on elastomeer, tuleb läbi viia rea ​​füüsikalisi ja keemilisi protsesse.

1. Ristsildamine

Selles protsessis saavutatakse, et molekulaarsed ahelad ühendatakse omavahel sildade abil, mis on võimelised moodustama kaks või enam tugevat kovalentset sidet.

Need molekulaarsillad võimaldavad elastomeeril puhke- või staatilises režiimis iseendale veereda, teatud tüüpi venituste korral võib see olla tänu nende linkide paindlikkusele elastses režiimis.

2. Vulkaniseerimine

Ehkki tegemist on protsessiga, mis leitakse crossoverite seest, on huvitav eraldi mainida üksikasjalikumat selgitust.

Vulkaniseerimine on üks tuntumaid protsesse elastomeeride saamiseks. Selles protsessis polümeersed ahelad on omavahel ühendatud väävlisildadega (S-S-S ...).

3. Pärast elastomeeri saamist

Kui elastomeerid on juba sünteesitud, seisnevad järgmised etapid nende erinevates töötlustes, et anda neile teatud omadused.

Iga materjali kasutatakse erineval otstarbel, seetõttu saab see ka mitmesuguseid töötlusi, mille hulgas võib olla kuumutamine, vormimine või muud liiki füüsiline kõvastumine, see tähendab neile kuju andmine.

Just selles protsessi etapis lisatakse pigmente anda saadud elastsele esemele värv, lisaks lisada muid elastsust tagavaid kemikaale. Samuti hinnatakse selles etapis kolme põhiaspekti, et tagada elastne materjal on kvaliteetne: Youngi moodul, klaasistumistemperatuur (Tg) ja piir elastsus.

Youngi moodul on indeks, mis näitab, kuidas elastne materjal käitub vastavalt jõu rakendamise suunale.

Tg on temperatuur, mille juures klaasjates materjalides toimub termodünaamiline pseudotransformatsioon. Polümeer vähendab selle tihedust, jäikust ja kõvadust sellel temperatuuril. Seda võib näha klaasist ja amorfsetest anorgaanilistest materjalidest.

Saagikuse punkt viitab maksimaalsele pingele et elastne materjal võib toetuda pöördumatult deformeerumata.

Olles kontrollinud neid indekseid ja nähes, et elastomeer on toimiv, nimetatakse seda tavaliselt siis, kui seda nimetatakse igat liiki kummiks: silikoon, nitriil, uretaan, butadieen-stüreen ...

Mõned venivad materjalid

Järgmisena vaatame mõningaid elastseid materjale ja millest need on valmistatud.

1. Polüester

Polüester on valmistatud kiud ja see koosneb igast pika ahelaga sünteetilist päritolu polümeerist. Selles polümeeris umbes 85% ühendist on tereflalhappe ester.

2. Nailon

Nailon on kunstlik polümeer, mis kuulub polüamiidide rühma. See tekib happe nagu diamiini polükondenseerumisel. Tuntuim on PA6.6.

3. Lycra

Lycra on sünteetiline kiud, mis on tuntud väga elastse ja vastupidava aine poolest. See on uretaani ja uurea kopolümeer, mis koosneb umbes 95% ulatuses segmenteeritud polüuretaanidest. Selle väljatöötamisel segatakse väga erinevaid tooraineid, nagu näiteks eelpolümeerid, mis moodustavad selle kiu põhistruktuuri.

Bibliograafilised viited.

• Nad vihkavad G-d. (1986) Sissejuhatus elastomeeride sünteesi. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Elastomeeride ja kummi elastsuse edusammud. Springer, Boston, MA