כיצד מסונתזים חומר אלסטי? סיכום התהליך

חומרים אלסטיים הם דבר שקיים בחיי היומיום שלנו. יש אותם לכל דבר, כגון רצועות אלסטיות לקשירת שקיות, צמידי גומי, בלונים, צמיגים ...

לאחר מכן בואו נראה איך חומר אלסטי מסונתז, המסביר מה הם מרכיביו, פולימרים, בנוסף לציין את התכונות המולקולריות שלהם וכמה מדדים שנלקחים בחשבון בתעשייה.

• מאמר קשור: "11 סוגי התגובות הכימיות"

מהם פולימרים אלסטיים?

חומרים אלסטיים, המכונים פולימרים אלסטיים, הם אלה ש יכול להיות מעוות על ידי הפעלת כוח בזמן שהוא מופעל. ברגע שהאובייקט האלסטי כבר לא כפוף לכוח זה, הוא יחזור לצורתו המקורית. אחרת, אם החומר מעוות לצמיתות, לא היינו מדברים על משהו אלסטי, אלא על חומר פלסטי.

חומרים אלסטיים היו ידועים לבני האדם מאז ומתמיד, מכיוון שהם קיימים בטבע. עם זאת, למרות שפולימרים קיימים באופן טבעי בחפצים כמו גומי, האדם ראה את הצורך ליצור כמה מהם באופן סינתטי, כלומר במעבדה.

כמה דוגמאות לחומרים אלסטיים, פרט לזה שכבר הוזכר, יש לנו רצועות אלסטיות לסגירת שקיות אוכל, בלונים, צמידי גומי, לטקס ...

מהם פולימרים?

פולימרים הם מקרומולקולות שנוצרו על ידי איחוד קשרים קוולנטיים של אחת או יותר מהיחידות הפשוטות, שיהיו המונומרים. בדרך כלל מקרומולקולות אלה אורגניות, כלומר מכילות אטומי פחמן במבנה שלהן. שרשראות אלה בדרך כלל ארוכות, והן קשורות על ידי כוחות ואן דר וואלס, קשרי מימן ואינטראקציות הידרופוביות.

אחת הדרכים לסווג פולימרים מבוססת על תגובתם המכנית לטמפרטורות גבוהות. לכן ישנם שני סוגים של פולימרים.

1. פולימרים תרמופלסטיים

פולימרים תרמופלסטיים להתרכך כאשר הם נתונים לטמפרטורות גבוהות, אפילו להגיע להמסה. כשהטמפרטורה נמוכה הם מתקשים. תהליכים אלה הם הפיכים לחלוטין וניתן לחזור עליהם שוב ושוב.

עם זאת, אם מגיעים לטמפרטורה גבוהה מאוד, עלולה להתרחש השפלה בלתי הפיכה, מכיוון שה- רטט מולקולרי בין מונומרים של החומר כה אלים שהם יכולים לשבור את קשריהם קוולנטית.

חומרים אלה מיוצרים בדרך כלל תוך יישום בו זמנית של טמפרטורה ולחץ גבוהים. כאשר הטמפרטורה עולה, חוזק הקשרים המשניים נחלש, מקלה על התנועה היחסית של השרשראות המרכיבות את הפולימר.

רוב הפולימרים הליניאריים ואלו עם מבנים מסועפים, עם שרשראות גמישות, הם תרמופלסטיים, שהם רכים וגמישים.

2. פולימרים תרמוסטיים

פולימרים תרמוסטיים הם אלה שנשארים קשים ללא קשר לכמות הטמפרטורה שמופעלת עליהם.

כאשר הם מתחילים להיות נתונים לחום, נוצרים קישורים קוולנטיים בין השרשראות המולקולריות הרציפות. בשל כך, התנועות בין מונומרים הפולימרים מוגבלות, ומונעות את הרטט והסיבוב שלהן. עם זאת, אם הטמפרטורה גבוהה מדי, הקישורים הצולבים נשברים ומתרחשת השפלה פולימרית.

פולימרים תרמוסטיים בדרך כלל קשים יותר בהשוואה לתרמופלסטים. כמה דוגמאות לפולימרים מסוג זה הן שרפים אפוקסי, גומי וולקני ופוליאסטר פנולי.

כיצד מסונתזים חומרים אלסטיים?

חומרים אלסטיים עשויים אלסטומרים, שהם בדרך כלל פולימרים תרמופלסטיים, מה שמעניק להם את המאפיינים העיקריים שלהם: גמישות ודפורמציה קלה אך לא קבועה.

ישנם חומרים רבים המאפשרים ליצור חומר אלסטי. חלק מהפולימרים המשמשים לסינתזת אלסטיות הם: פוליאול-פוליאסטר, פוליסוציאנט, קופולימרים של אתילן ופרופילן, פולי-isobutylene, polysulfides ו polysiloxane, רק לומר כמה רב.

כאשר מערבבים חומרים אלה, הם מגיבים זה עם זה באמצעות מנגנוני פילמור שונים., ביניהם העיבוי, התוספת או מסלול הרדיקלים החופשיים.

מאפיינים מולקולריים של אלסטומרים

כדי ששילוב של פולימרים מסוימים ייצור בסופו של דבר אלסטומר או חומר אלסטי, יש צורך בכך השילוב ביניהם יוצר איזושהי סינרגיה, וכתוצאה מכך משהו גדול מהסכום הפשוט של חלקיו.

הדרישה הראשונה היא שיהיו להם מבנים אסימטריים ולפיכך שהם שונים ככל האפשר. המבנים שלה ברמה המולקולרית חייבים להיות לינאריים וגמישים, ומאפשרים, כפי שכבר הזכרנו עם פולימרים תרמופלסטיים, ששרשראות המולקולות יכולות לרטוט מבלי לשבור קשרים.

כדרישה שנייה היא שהפולימר לא מאוד קוטבי, כלומר שאין לו יותר מדי מטען של סימן כזה או אחר, מכיוון שאם זה המקרה, האינטראקציות הבין מולקולריות יהיו חזקות יותר ותהיה נוקשות גדולה יותר בשל המשיכה (כפי שקורה עם מגנט חיובי עם שלילי).

הדרישה השלישית היא שהפולימרים הללו יהיו גמישים, שמודים בעיוות כלשהו כאשר מופעל עליהם סוג כלשהו של כוח. אם פולימרים אלה עומדים בשלושת הדרישות הללו, אז ייווצר המצב המושלם לסינתזה של אלסטומר.

• יכול להיות שאתה מעוניין: "9 המאפיינים הכלליים של החומר"

סינתזה של אלסטומרים

על הפולימרים שיגרמו לאלסטומר להיות נתונים לסדרה של תהליכים פיזיקלים וכימיים.

1. קישור צולב

בתהליך זה מושג כי השרשראות המולקולריות מאוחדות זו עם זו באמצעות גשרים, אשר מסוגלים ליצור שני קשרים קוולנטיים חזקים או יותר.

גשרים מולקולריים אלה מאפשרים לאלסטומר להתגלגל על ​​עצמו כשהוא במצב מנוחה או סטטי, בעוד שכאשר הוא נתון למתיחות כלשהי, הוא יכול להיות במצב אלסטי בזכות הגמישות של קישורים אלה.

2. התערבות

למרות שמדובר בתהליך שיימצא בתוך ההצלבות, מעניין להזכיר הסבר מפורט יותר בנפרד.

וולקניזציה היא אחד מתהליכי הייצור האלסטומרים הידועים ביותר. בתהליך זה, שרשראות פולימריות קשורות זו בזו על ידי גשרי גופרית (SS-S-S ...).

3. לאחר קבלת האלסטומר

כאשר האלסטומרים כבר מסונתזים, השלבים הבאים מורכבים מהענקת טיפולים שונים בכדי להעניק להם מאפיינים מסוימים.

כל חומר ישמש למטרה אחרת, ולכן הוא יקבל גם טיפולים שונים, שביניהם ניתן למצוא חימום, יציקה או סוגים אחרים של ריפוי פיזי, כלומר לתת להם צורה.

זה שלב זה של התהליך שבו מוסיפים פיגמנטים לתת צבע לחפץ האלסטי שנוצר, בנוסף לשילוב כימיקלים אחרים שיבטיחו את גמישותו. בשלב זה מוערכים שלושה היבטים בסיסיים על מנת להבטיח כי חומר אלסטי איכותי: המודול של יאנג, טמפרטורת מעבר הזכוכית (Tg) והגבול של גְמִישׁוּת.

המודול של יאנג הוא אינדקס המציין כיצד חומר אלסטי מתנהג על פי הכיוון אליו מופעל כוח.

ה- Tg הוא הטמפרטורה בה מתרחשת פסאודוטרנספורמציה תרמודינמית בחומרים מזוגגים. הפולימר מקטין את צפיפותו, נוקשותו וקשיחותו בטמפרטורה זו. ניתן לראות זאת בזכוכית ובחומרים אנאורגניים אמורפיים.

נקודת התשואה מתייחסת למתח המרבי שחומר אלסטי יכול לתמוך מבלי להתעוות באופן בלתי הפיך.

לאחר שבדקנו את המדדים הללו וראינו שהאלסטומר פועל, זה כאשר הוא נקרא בדרך כלל גומי מכל הסוגים: סיליקון, ניטריל, אורטן, בוטאדין-סטירן ...

כמה חומרים נמתחים

בשלב הבא אנו הולכים לראות כמה חומרים אלסטיים וממה הם עשויים.

1. פּוֹלִיאֶסטֶר

פוליאסטר הוא סיב מיוצר, והוא מורכב מכל פולימר ממוצא סינתטי שהוא שרשרת ארוכה. בפולימר הזה כ- 85% מהמתחם הוא אסתר חומצה טרפלאלית.

2. ניילון

ניילון הוא פולימר מלאכותי, השייך לקבוצת הפוליאמידים. זה נוצר על ידי פולי-עיבוי של חומצה כגון דיאמין. הידוע ביותר הוא PA6.6.

3. לַייקרָה

לייקרה הוא סיב סינטטי הידוע כחומר אלסטי ועמיד מאוד. זהו קופולימר של אוריתן-אוריאה, המורכב מכ- 95% פוליאוריטן מפולח. בתהליך עבודתו, מעורבב מגוון רב של חומרי גלם, כמו פולימרים מראש, המהווים את המבנה העיקרי של סיב זה.

הפניות ביבליוגרפיות.

• שונאת ז ' (1986) מבוא לסינתזה של אלסטומרים. בתוך: Lal J., Mark J.E. (עורכים) התקדמות באלסטומרים וגמישות גומי. ספרינגר, בוסטון, MA