Hogyan szintetizálódik egy rugalmas anyag? A folyamat összefoglalása

Az elasztikus anyagok jelen vannak a mindennapi életünkben. Mindenre vannak, például gumiszalagok a táskák, gumikarkötők, lufik, gumik megkötésére ...

Azután nézzük meg, hogyan szintetizálódik egy rugalmas anyag, elmagyarázva, hogy mik az alkotóelemei, a polimerek, valamint meg kell adni molekuláris tulajdonságukat és néhány indexet, amelyeket az iparban figyelembe vesznek.

• Kapcsolódó cikk: "A 11 típusú kémiai reakció"

Mik azok az elasztikus polimerek?

Az elasztikus anyagok, amelyek rugalmas polimerekként ismertek deformálódhat egy erő kifejtésével, miközben azt alkalmazzák. Amint a rugalmas tárgyat már nem érik ennek az erőnek, visszatér eredeti alakjához. Ellenkező esetben, ha az anyag tartósan deformálódik, nem valami rugalmasról, hanem műanyagról beszélnénk.

A rugalmas anyagokat emberemlékezet óta ismerik, mivel léteznek a természetben. Annak ellenére, hogy a polimerek természetesen vannak jelen olyan tárgyakban, mint a gumi, az emberi lény szükségesnek látta, hogy némelyiket szintetikusan, vagyis a laboratóriumban hozzák létre.

Néhány példa a rugalmas anyagokra, a már említetteken kívül, rugalmas szalagokkal rendelkezünk az élelmiszer-tasakok, lufik, gumikarkötők, latex lezárásához.

Mik azok a polimerek?

A polimerek makromolekulák, amelyek egy vagy több egyszerű egység kovalens kötéseinek egyesülésével jönnek létre, amelyek a monomerek lennének. Normális esetben ezek a makromolekulák szervesek, vagyis szerkezetükben szénatomokat tartalmaznak. Ezek a láncok általában hosszúak, és Van der Waals-erők, hidrogénkötések és hidrofób kölcsönhatások kötik össze őket.

A polimerek osztályozásának egyik módja az emelt hőmérsékletre adott mechanikai reakciójuk. Ezért van kétféle polimer.

1. Hőre lágyuló polimerek

Hőre lágyuló polimerek lágyul, ha magas hőmérsékletnek van kitéve, még olvadni is. Amikor alacsony a hőmérséklet, megkeményednek. Ezek a folyamatok teljesen visszafordíthatók, és újra és újra megismételhetők.

Nagyon magas hőmérséklet elérése esetén azonban visszafordíthatatlan lebomlás léphet fel, mivel a Az anyag monomerjei közötti molekuláris rezgések olyan erőteljesek, hogy meg tudják szakítani kötéseiket kovalens.

Ezeket az anyagokat általában magas hőmérséklet és nyomás egyidejű alkalmazásával gyártják. A hőmérséklet emelkedésével a másodlagos kötések erőssége gyengül, megkönnyítve a polimert alkotó láncok relatív mozgását.

A legtöbb lineáris és elágazó szerkezetű, rugalmas láncú polimer hőre lágyuló műanyag, amely puha és képlékeny.

2. Hőre keményedő polimerek

A hőre keményedő polimerek azok, amelyek kemények maradnak, függetlenül attól, hogy mennyi hőmérsékletet alkalmaznak rájuk.

Amikor hő hatásának vannak kitéve, kovalens keresztkötések lépnek fel az összefüggő molekulaláncok között. Emiatt a polimer monomerek közötti mozgások korlátozottak, megakadályozva azok rezgését és forgását. Ha azonban a hőmérséklet túl magas, akkor a keresztkötések megszakadnak és a polimer lebomlik.

A hőre keményedő polimerek általában keményebbek, mint a hőre lágyuló műanyagok. Néhány ilyen típusú polimer az epoxi-, vulkanizált kaucsuk és fenolos poliészter gyantákban található.

Hogyan szintetizálódnak a rugalmas anyagok?

Az elasztikus anyagok elasztomerekből készülnek, amelyek általában hőre lágyuló polimerek, ami megadja nekik fő jellemzőiket: könnyű, de nem állandó rugalmasság és deformáció.

Sok olyan anyag teszi lehetővé a rugalmas anyag előállítását. Az elasztikus anyagok szintézisére használt polimerek közül néhány: poliol-poliészter, poliizocianát, etilén és propilén, poliizobutilén, poliszulfidok és polisziloxán kopolimerjei, csak néhány sok.

Ha ezeket az anyagokat összekeverjük, különböző polimerizációs mechanizmusok révén reagálnak egymással., amelyek között található a kondenzáció, az addíció vagy a szabad gyökök útja.

Az elasztomerek molekuláris jellemzői

Ahhoz, hogy bizonyos polimerek kombinációja végső soron elasztomer vagy elasztikus anyagot hozzon létre, szükséges ezek kombinációja valamiféle szinergiát eredményez, ami valami nagyobbat eredményez, mint a részek egyszerű összege.

Az első követelmény az, hogy aszimmetrikus szerkezettel rendelkezzenek és ezért a lehető legkülönbözőbbek. Struktúráiknak molekuláris szinten lineárisaknak és rugalmasaknak kell lenniük, lehetővé téve, amint azt már említettük hőre lágyuló polimerek, hogy a molekulák láncai a kötések elszakadása nélkül rezeghessenek.

Második követelményként a hogy a polimer nem túl poláros, vagyis nincs túl nagy az egyik vagy a másik jel töltéseMivel ez a helyzet áll fenn, az intermolekuláris interakciók erősebbek lesznek, és a vonzerő miatt nagyobb lesz a merevség (mint a negatív pozitív mágnes esetén).

A harmadik követelmény az, hogy ezek a polimerek rugalmasak legyenek, amelyek elismernek némi deformációt, ha valamilyen erő hat rá. Ha ezek a polimerek megfelelnek ennek a három követelménynek, akkor az elasztomer szintéziséhez tökéletes helyzet alakul ki.

• Érdekelheti: "Az anyag 9 általános tulajdonsága"

Az elasztomerek szintézise

Az elasztomert eredményező polimereket fizikai és kémiai folyamatok sorozatának kell alávetni.

1. Térhálósítás

Ebben a folyamatban elérjük, hogy a molekulaláncok hidak révén egyesüljenek egymássalamelyek képesek két vagy több erős kovalens kötést kialakítani.

Ezek a molekulahidak lehetővé teszik, hogy az elasztomer nyugalmi állapotban vagy statikus üzemmódban önmagán gördüljön, míg bizonyos típusú nyújtásnak alávetve rugalmas módban lehet, e kapcsolatok rugalmasságának köszönhetően.

2. Vulkanizálás

Bár ez egy olyan folyamat, amely megtalálható lenne a crossovereken belül, érdekes külön megemlíteni egy részletesebb magyarázatot.

A vulkanizálás az egyik legismertebb eljárás az elasztomerek előállítására. Ebben a folyamatban a polimer láncokat kénhidak kötik össze (S-S-S ...).

3. Az elasztomer megszerzése után

Amikor az elasztomereket már szintetizálták, a következő lépések abból állnak, hogy különböző kezeléseknek vetik alá őket bizonyos tulajdonságok megadása érdekében.

Minden anyagot más célra fognak felhasználni, ezért különféle kezelésekben is részesülnek, amelyek között megtalálható a fűtés, a formázás vagy más típusú fizikai kikeményedés, vagyis az alak kialakítása.

A folyamatnak ebben a szakaszában adják hozzá a pigmenteket színezni a kapott elasztikus tárgyat, azon túl, hogy más vegyi anyagokat is tartalmaz, amelyek biztosítják annak rugalmasságát. Ebben a szakaszban három alapvető szempontot is értékelnek annak biztosítására, hogy a a rugalmas anyag minősége: Young modulusa, üvegesedési hőmérséklete (Tg) és határértéke rugalmasság.

Young modulusa egy index, amely azt jelzi, hogy a rugalmas anyag hogyan viselkedik az erő kifejtésének iránya szerint.

A Tg az a hőmérséklet, amelyen az üveges anyagokban termodinamikus pszeudotranszformáció történik. A polimer ezen a hőmérsékleten csökkenti sűrűségét, merevségét és keménységét. Ez látható üvegben és amorf szervetlen anyagokban.

A hozampont a maximális feszültségre vonatkozik hogy egy rugalmas anyag visszafordíthatatlanul deformálódhat.

Miután ellenőrizte ezeket az indexeket, és látta, hogy az elasztomer funkcionális, akkor szokták ezt mindenféle guminak nevezni: szilikonnak, nitrilnek, uretánnak, butadién-sztirolnak ...

Néhány rugalmas anyag

Ezután megnézünk néhány rugalmas anyagot és azt, hogy miből készülnek.

1. Poliészter

A poliészter egy gyártott szál, és bármilyen szintetikus eredetű polimerből áll, amely hosszú láncú. Ebben a polimerben a vegyület körülbelül 85% -a tereflalinsav-észter.

2. Nejlon

A nylon egy mesterséges polimer, amely a poliamidok csoportjába tartozik. Egy sav, például diamin polikondenzációjával keletkezik. A legismertebb a PA6.6.

3. Lycra

A Lycra egy szintetikus szál, amely nagyon rugalmas és ellenálló anyagról ismert. Ez egy uretán-karbamid kopolimer, amely körülbelül 95% -ban szegmentált poliuretánokból áll. Kidolgozása során nagyon sokféle alapanyagot kevernek össze, például az előpolimereket, amelyek ennek a rostnak a fő szerkezetét képezik.

Bibliográfiai hivatkozások.

• Utálják G-t. (1986) Bevezetés az elasztomerek szintézisébe. In: Lal J., Mark J.E. (szerk.) Előrehaladás az elasztomerekben és a gumirugalmasságban. Springer, Boston, MA