Come viene sintetizzato un materiale elastico? Riepilogo del processo

I materiali elastici sono qualcosa che è presente nella nostra vita quotidiana. Ce ne sono per tutto, come elastici per legare borse, braccialetti di gomma, palloncini, pneumatici...

Poi vediamo come si sintetizza un materiale elastico, spiegando quali sono i suoi componenti, i polimeri, oltre a indicare le loro proprietà molecolari e alcuni indici che vengono presi in considerazione nell'industria.

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Cosa sono i polimeri elastici?

I materiali elastici, noti come polimeri elastici, sono quelli che può essere deformato applicando una forza mentre viene applicato. Non appena l'oggetto elastico non sarà più soggetto a questa forza, tornerà alla sua forma originale. Altrimenti, se il materiale è permanentemente deformato, non parleremmo di qualcosa di elastico, ma di un materiale plastico.

I materiali elastici sono noti all'uomo da tempo immemorabile, poiché esistono in natura. Tuttavia, anche se i polimeri sono naturalmente presenti in oggetti come la gomma,

l'essere umano ha visto la necessità di crearne alcuni sinteticamente, cioè in laboratorio.

Alcuni esempi di materiali elastici, oltre a quello già citato, abbiamo elastici per chiudere sacchetti di cibo, palloncini, braccialetti di gomma, lattice...

Cosa sono i polimeri?

I polimeri sono macromolecole formate dall'unione di legami covalenti di una o più delle unità semplici, che sarebbero i monomeri. Normalmente queste macromolecole sono organiche, cioè contengono atomi di carbonio nella loro struttura. Queste catene sono generalmente lunghe e sono collegate da forze di Van der Waals, legami idrogeno e interazioni idrofobiche.

Un modo per classificare i polimeri si basa sulla loro risposta meccanica a temperature elevate. Ecco perché ci sono due tipi di polimeri.

1. Polimeri termoplastici

Polimeri termoplastici ammorbidire se sottoposto a temperature elevate, arrivando persino a sciogliersi. Quando la temperatura è bassa si induriscono. Questi processi sono completamente reversibili e possono essere ripetuti più e più volte.

Tuttavia, se si raggiunge una temperatura molto elevata, può verificarsi un degrado irreversibile, poiché il Le vibrazioni molecolari tra i monomeri della sostanza sono così violente che possono rompere i loro legami covalente.

Questi materiali sono normalmente prodotti con l'applicazione simultanea di alte temperature e pressioni. Quando la temperatura aumenta, la forza dei legami secondari si indebolisce, facilitando il movimento relativo delle catene che compongono il polimero.

La maggior parte dei polimeri lineari e quelli con strutture ramificate, con catene flessibili, sono termoplastici, che sono morbidi e duttili.

2. Polimeri termoindurenti

I polimeri termoindurenti sono quelli che rimangono duri indipendentemente da quanta temperatura viene loro applicata.

Quando iniziano a essere sottoposti a calore, si verificano legami incrociati covalenti tra le catene molecolari contigue. A causa di ciò, i movimenti tra i monomeri polimerici sono limitati, impedendo la loro vibrazione e rotazione. Tuttavia, se la temperatura è eccessivamente elevata, i legami incrociati vengono interrotti e si verifica la degradazione del polimero.

I polimeri termoindurenti sono generalmente più duri rispetto ai termoplastici. Alcuni esempi di polimeri di questo tipo sono in resine epossidiche, gomma vulcanizzata e poliestere fenolico.

Come vengono sintetizzati i materiali elastici?

I materiali elastici sono costituiti da elastomeri, che sono generalmente polimeri termoplastici, il che conferisce loro le loro principali caratteristiche: elasticità e deformazione facili ma non permanenti.

Ci sono molte sostanze che consentono di realizzare un materiale elastico. Alcuni dei polimeri che vengono utilizzati per sintetizzare gli elastici sono: poliolo-poliestere, poliisocianato, copolimeri di etilene e propilene, poliisobutilene, polisolfuri e polisilossano, solo per dirne alcuni molti.

Quando queste sostanze vengono miscelate, reagiscono tra loro attraverso diversi meccanismi di polimerizzazione., tra cui la condensazione, l'addizione o la via dei radicali liberi.

Caratteristiche molecolari degli elastomeri

Affinché la combinazione di determinati polimeri generi infine un elastomero o un materiale elastico, è necessario che la loro combinazione crea una sorta di sinergia, risultando in qualcosa di più grande della semplice somma delle sue parti.

Il primo requisito è che abbiano strutture asimmetriche e, quindi, che siano il più diversi possibile. Le loro strutture a livello molecolare devono essere lineari e flessibili, consentendo, come già accennato con polimeri termoplastici, che le catene delle molecole possono vibrare senza rompere i legami.

Come secondo requisito è il che il polimero non è molto polare, cioè non ha troppa carica dell'uno o dell'altro segnoPoiché se questo è il caso, le interazioni intermolecolari saranno più forti e ci sarà più rigidità a causa dell'attrazione (come con un magnete positivo con uno negativo).

Il terzo requisito è che questi polimeri siano flessibili, che ammettono una certa deformazione quando viene loro applicato un certo tipo di forza. Se questi polimeri soddisfano questi tre requisiti, allora si genererà la situazione perfetta per la sintesi di un elastomero.

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Sintesi di elastomeri

I polimeri che daranno origine ad un elastomero devono essere sottoposti a una serie di processi fisici e chimici.

1. reticolazione

In questo processo si ottiene che le catene molecolari siano unite tra loro mediante ponti, che sono in grado di formare due o più legami covalenti forti.

Questi ponti molecolari consentono all'elastomero di rotolare su se stesso quando è a riposo o in modalità statica, mentre, quando sottoposto a qualche tipo di stiramento, potrebbe essere in modalità elastica grazie alla flessibilità di questi collegamenti.

2. Vulcanizzazione

Sebbene sia un processo che si troverebbe all'interno dei crossover, è interessante menzionare separatamente una spiegazione più dettagliata.

La vulcanizzazione è uno dei processi più conosciuti per ottenere elastomeri. In questo processo, le catene polimeriche sono interconnesse da ponti di zolfo (S-S-S...).

3. Dopo aver ottenuto l'elastomero

Quando gli elastomeri sono già stati sintetizzati, i passaggi successivi consistono nel sottoporli a diversi trattamenti per conferire loro determinate caratteristiche.

Ogni materiale verrà utilizzato per uno scopo diverso, per questo riceverà anche vari trattamenti, tra i quali si possono trovare il riscaldamento, lo stampaggio o altri tipi di polimerizzazione fisica, cioè dando loro forma.

È in questa fase del processo che vengono aggiunti i pigmenti per dare colore all'oggetto elastico risultante, oltre a incorporare altri prodotti chimici che ne garantiranno l'elasticità. È anche in questa fase che vengono valutati tre aspetti fondamentali per garantire che il il materiale elastico è di qualità: modulo di Young, temperatura di transizione vetrosa (Tg) e limite di elasticità.

modulo di Young è un indice che indica come si comporta un materiale elastico in base alla direzione in cui viene applicata una forza.

La Tg è la temperatura alla quale avviene una pseudotrasformazione termodinamica nei materiali vetrosi. Il polimero diminuisce la sua densità, rigidità e durezza a quella temperatura. Questo può essere visto nel vetro e nei materiali inorganici amorfi.

Il punto di snervamento si riferisce alla sollecitazione massima che un materiale elastico può sostenere senza deformarsi irreversibilmente.

Dopo aver verificato questi indici e visto che l'elastomero è funzionale, ecco che solitamente si chiama gomma di ogni tipo: silicone, nitrile, uretano, butadiene-stirene...

Alcuni materiali elastici

Successivamente vedremo alcuni materiali elastici e di cosa sono fatti.

1. Poliestere

Il poliestere è una fibra fabbricata ed è composto da qualsiasi polimero di origine sintetica a catena lunga. In questo polimero circa l'85% del composto è un estere dell'acido tereflalico.

2. Nylon

Il nylon è un polimero artificiale, appartenente al gruppo delle poliammidi. È generato dalla policondensazione di un acido come una diammina. Il più noto è PA6.6.

3. Lycra

La Lycra è una fibra sintetica nota per essere una sostanza molto elastica e resistente. È un copolimero uretano-urea, composto per circa il 95% da poliuretani segmentati. Nella sua elaborazione viene miscelata una grande varietà di materie prime, come i prepolimeri, che costituiscono la struttura principale di questa fibra.

Riferimenti bibliografici.

• odiano G. (1986) Introduzione alla sintesi degli elastomeri. In: Lal J., Mark J.E. (a cura di) Progressi negli elastomeri e nell'elasticità della gomma. Springer, Boston, MA