Kuinka elastinen materiaali syntetisoidaan? Prosessin yhteenveto

Elastiset materiaalit ovat jokapäiväisessä elämässämme. Niitä löytyy kaikesta, kuten joustavat nauhat laukkujen sitomiseksi, kumirannekorut, ilmapallot, renkaat ...

Sitten Katsotaanpa kuinka elastinen materiaali syntetisoidaan, selittäen, mitkä ovat sen komponentit, polymeerit, sen lisäksi, että ilmoitetaan niiden molekyyliominaisuudet ja jotkut indeksit, jotka otetaan huomioon teollisuudessa.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "11 kemiallisten reaktiotyyppiä"

Mitä ovat elastiset polymeerit?

Elastiset materiaalit, jotka tunnetaan elastisina polymeereinä, ovat niitä, jotka voidaan muodostaa muodonmuutoksella käyttämällä voimaa, kun sitä käytetään. Heti kun elastinen esine ei enää ole tämän voiman alainen, se palaa alkuperäiseen muotoonsa. Muuten, jos materiaali on pysyvästi epämuodostunut, emme puhu jostakin elastisesta, vaan muovimateriaalista.

Elastiset materiaalit ovat olleet ihmisten tiedossa muinaisista ajoista lähtien, koska ne ovat luonnossa. Vaikka polymeerejä on luonnossa läsnä esineissä, kuten kumissa,

ihminen on nähnyt tarpeen luoda osa niistä synteettisesti, toisin sanoen laboratoriossa.

Joitakin esimerkkejä joustavista materiaaleista, jo mainitun lisäksi, meillä on joustavia hihnoja sulkemaan ruokapussit, ilmapallot, kumirannekkeet, lateksi ...

Mitä polymeerit ovat?

Polymeerit ovat makromolekyylit, jotka muodostuvat yhdistämällä yhden tai useamman yksinkertaisen yksikön kovalenttiset sidokset, jotka olisivat monomeereja. Normaalisti nämä makromolekyylit ovat orgaanisia, toisin sanoen niiden rakenne sisältää hiiliatomeja. Nämä ketjut ovat yleensä pitkiä, ja ne ovat yhteydessä Van der Waalsin voimiin, vetysidoksiin ja hydrofobisiin vuorovaikutuksiin.

Yksi tapa luokitella polymeerit perustuu niiden mekaaniseen vasteeseen kohonneisiin lämpötiloihin. Siksi on olemassa kahden tyyppisiä polymeerejä.

1. Termoplastiset polymeerit

Termoplastiset polymeerit pehmentää korkeissa lämpötiloissa, jopa sulaa. Kun lämpötila on matala, ne kovettuvat. Nämä prosessit ovat täysin palautuvia ja ne voidaan toistaa uudestaan ​​ja uudestaan.

Kuitenkin, jos saavutetaan erittäin korkea lämpötila, hajoamista voi tapahtua peruuttamattomasti, koska Aineen monomeerien väliset molekyylivärähtelyt ovat niin voimakkaita, että ne voivat rikkoa sidoksensa kovalenttinen.

Nämä materiaalit valmistetaan tavallisesti samanaikaisesti korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Kun lämpötila nousee, toissijaisten sidosten lujuus heikkenee, mikä helpottaa polymeerin muodostavien ketjujen suhteellista liikettä.

Suurin osa lineaarisista polymeereistä ja haaroittuneista polymeereistä, joissa on taipuisat ketjut, ovat kestomuoveja, jotka ovat pehmeitä ja sitkeitä.

2. Lämpökovettuvat polymeerit

Lämpökovettuvat polymeerit ovat ne, jotka pysyvät kovina riippumatta siitä, kuinka paljon lämpötilaa niihin käytetään.

Kun ne alkavat altistua lämmölle, kovalenttisia ristisidoksia tapahtuu vierekkäisten molekyyliketjujen välillä. Tästä johtuen polymeerimonomeerien väliset liikkeet ovat rajoitetut, mikä estää niiden tärinän ja pyörimisen. Jos lämpötila on kuitenkin liian korkea, silloitteet katkeavat ja polymeerin hajoaminen tapahtuu.

Lämpökovettuvat polymeerit ovat yleensä kovempia kuin kestomuovit. Joitakin esimerkkejä tämän tyyppisistä polymeereistä ovat epoksi, vulkanoitu kumi ja fenoliset polyesterihartsit.

Kuinka elastiset materiaalit syntetisoidaan?

Elastiset materiaalit on valmistettu elastomeereistä, jotka ovat yleensä termoplastisia polymeerejä, mikä antaa niille pääominaisuudet: helppo, mutta ei pysyvä joustavuus ja muodonmuutos.

On monia aineita, jotka mahdollistavat elastisen materiaalin valmistamisen. Jotkut polymeerit, joita käytetään elastisten syntetisointiin, ovat: polyoli-polyesteri, polyisosyanaatti, eteenin ja propeenin, polyisobuteenin, polysulfidien ja polysiloksaanin kopolymeerit, vain muutama monet.

Kun nämä aineet sekoitetaan, ne reagoivat keskenään erilaisten polymerointimekanismien kautta., joiden joukossa ovat kondensaatio, lisäys tai vapaiden radikaalien reitti.

Elastomeerien molekyyliominaisuudet

Jotta tiettyjen polymeerien yhdistelmä tuottaa lopulta elastomeerin tai elastisen materiaalin, on välttämätöntä, että Niiden yhdistelmä muodostaa jonkinlaisen synergian, mikä saa aikaan jotain suurempaa kuin sen osien yksinkertainen summa.

Ensimmäinen vaatimus on, että niillä on epäsymmetriset rakenteet ja siksi ne ovat mahdollisimman erilaisia. Niiden rakenteiden molekyylitasolla on oltava lineaarisia ja joustavia, mikä sallii, kuten jo mainitsimme termoplastiset polymeerit, että molekyyliketjut voivat värähtelemättä rikkomatta sidoksia.

Toisena vaatimuksena on että polymeeri ei ole kovin polaarinen eli että sillä ei ole liikaa varausta yhdestä tai toisesta merkistä, koska jos näin on, molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat vahvempia ja jäykkyyttä vetovoiman vuoksi (kuten tapahtuu positiivisen magneetin ollessa negatiivinen).

Kolmas vaatimus on, että nämä polymeerit ovat joustavia, jotka myöntävät jonkin verran muodonmuutoksia, kun niihin kohdistetaan jonkinlainen voima. Jos nämä polymeerit täyttävät nämä kolme vaatimusta, syntyy täydellinen tilanne elastomeerin synteesille.

• Saatat olla kiinnostunut: "Aineen 9 yleistä ominaisuutta"

Elastomeerien synteesi

Polymeerit, jotka johtavat elastomeeriin, on alistettava fysikaalisille ja kemiallisille prosesseille.

1. Silloitus

Tässä prosessissa saavutetaan, että molekyyliketjut yhdistetään toistensa kanssa siltojen avulla, jotka pystyvät muodostamaan kaksi tai useampia voimakkaita kovalenttisia sidoksia.

Nämä molekyylisillat antavat elastomeerin rullata itsensä lepo- tai staattisessa tilassa, kun taas jonkin tyyppiselle venytykselle se voi olla joustavassa tilassa näiden linkkien joustavuuden ansiosta.

2. Vulkanointi

Vaikka se on prosessi, joka löydetään jakosuodattimista, on mielenkiintoista mainita tarkempi selitys erikseen.

Vulkanointi on yksi tunnetuimmista prosesseista elastomeerien saamiseksi. Tässä prosessissa polymeeriketjut on kytketty toisiinsa rikkisilloilla (S-S-S ...).

3. Saatuaan elastomeeri

Kun elastomeerit on jo syntetisoitu, seuraavat vaiheet käsittävät niiden eri käsittelyn antamisen heille tiettyjen ominaisuuksien saamiseksi.

Kutakin materiaalia käytetään eri tarkoitukseen, minkä vuoksi se saa myös erilaisia ​​hoitoja, joista löytyy lämmitys, muovaus tai muu fyysinen kovettuminen, toisin sanoen muodon antaminen.

Tässä prosessin vaiheessa pigmenttejä lisätään värjätä saatu elastinen esine sen lisäksi, että siihen lisätään muita kemikaaleja, jotka varmistavat sen joustavuuden. Tässä vaiheessa arvioidaan myös kolme perustekijää sen varmistamiseksi, että elastisen materiaalin laatu on: Youngin moduuli, lasittumislämpötila (Tg) ja raja joustavuus.

Youngin moduuli on indeksi, joka osoittaa kuinka elastinen materiaali käyttäytyy voiman kohdistussuunnan mukaan.

Tg on lämpötila, jossa termodynaaminen pseudotransformaatio tapahtuu lasimaisissa materiaaleissa. Polymeeri vähentää tiheyttä, jäykkyyttä ja kovuutta tuossa lämpötilassa. Tämä näkyy lasissa ja amorfisissa epäorgaanisissa materiaaleissa.

Myötöraja viittaa maksimijännitykseen että joustava materiaali voi tukea muuttumatta peruuttamattomasti.

Tarkastettuaan nämä indeksit ja nähdessään, että elastomeeri on toimiva, silloin sitä kutsutaan yleensä kaikenlaiseksi kumiksi: silikoni, nitriili, uretaani, butadieenistyreeni ...

Jotkut joustavat materiaalit

Seuraavaksi aiomme nähdä joitain elastisia materiaaleja ja mistä ne on valmistettu.

1. Polyesteri

Polyesteri on valmistettu kuitu, ja se koostuu mistä tahansa synteettisen alkuperän polymeeristä, joka on pitkä ketju. Tässä polymeerissä noin 85% yhdisteestä on tereflalihappoesteri.

2. Nylon

Nylon on keinotekoinen polymeeri, joka kuuluu polyamidiryhmään. Se syntyy hapon, kuten diamiinin, polykondensaatiosta. Tunnetuin on PA6.6.

3. Lycra

Lycra on synteettinen kuitu, joka tunnetaan erittäin joustavana ja kestävänä aineena. Se on uretaani-urea-kopolymeeri, joka koostuu noin 95% segmentoiduista polyuretaaneista. Sen valmistuksessa sekoitetaan suuri määrä raaka-aineita, kuten esipolymeerit, jotka muodostavat tämän kuidun päärakenteen.

Bibliografiset viitteet.

• He vihaavat G. (1986) Johdanto elastomeerien synteesiin. Julkaisussa: Lal J., Mark J.E. (toim.) Elastomeerien ja kumin elastisuuden edistysaskeleet. Springer, Boston, MA