弾性材料はどのように合成されますか？ プロセスの概要

弾力性のある素材は私たちの日常生活に存在するものです。 バッグを結ぶためのゴムバンド、輪ゴム、風船、タイヤなど、あらゆるものに対応しています...

その後、 弾性材料がどのように合成されるか見てみましょう、その成分が何であるか、ポリマーを説明し、それらの分子特性と業界で考慮されているいくつかの指標を示します。

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弾性ポリマーとは何ですか？

弾性ポリマーとして知られている弾性材料は、 力を加えながら変形させることができます. 弾性オブジェクトがこの力を受けなくなるとすぐに、元の形状に戻ります。 そうでなければ、材料が恒久的に変形している場合、弾性のあるものではなく、プラスチック材料のことを言います。

弾性材料は、自然界に存在するため、太古の昔から人間に知られています。 ただし、ポリマーはゴムなどのオブジェクトに自然に存在しますが、 人間はそれらのいくつかを合成的に、つまり実験室で作成する必要性を見てきました.

すでに述べたものとは別に、弾性材料のいくつかの例には、フードバッグ、バルーン、ゴムブレスレット、ラテックスを閉じるための弾性バンドがあります...

ポリマーとは何ですか？

ポリマーは 1つまたは複数の単純なユニットの共有結合の結合によって形成される高分子、これはモノマーになります。 通常、これらの高分子は有機です。つまり、構造に炭素原子が含まれています。 これらの鎖は通常長く、ファンデルワールス力、水素結合、および疎水性相互作用によってリンクされています。

ポリマーを分類する1つの方法は、高温に対する機械的応答に基づいています。 そのため、ポリマーには2つのタイプがあります。

1. 熱可塑性ポリマー

熱可塑性ポリマー 高温にさらされると柔らかくなります、溶けても。 温度が低いと硬化します。 これらのプロセスは完全に可逆的であり、何度も繰り返すことができます。

ただし、非常に高い温度に達すると、不可逆的な劣化が発生する可能性があります。 物質のモノマー間の分子振動は非常に激しいため、結合を切断する可能性があります 共有結合。

これらの材料は通常、高温高圧を同時に加えて製造されます。 温度が上がると、二次結合の強度が弱まります、ポリマーを構成する鎖の相対的な動きを促進します。

ほとんどの線状ポリマーおよび分岐構造を持ち、柔軟な鎖を持つポリマーは熱可塑性樹脂であり、柔らかく延性があります。

2. 熱硬化性ポリマー

熱硬化性ポリマーは どんなに温度をかけても固いもの.

それらが熱にさらされ始めると、隣接する分子鎖間で共有結合架橋が発生します。 このため、ポリマーモノマー間の移動が制限され、振動や回転が防止されます。 ただし、温度が高すぎると、架橋が破壊され、ポリマーの劣化が発生します。

熱硬化性ポリマーは、一般的に熱可塑性樹脂に比べて硬いです。 このタイプのポリマーのいくつかの例は、エポキシ、加硫ゴム、およびフェノールポリエステル樹脂です。

弾性材料はどのように合成されますか？

弾性材料はエラストマーでできており、一般的に熱可塑性ポリマーであるため、主な特徴は次のとおりです。 簡単ですが、永続的な弾性と変形ではありません.

弾力性のある素材を作ることを可能にする多くの物質があります。 エラスティックの合成に使用されるポリマーには、ポリオール-ポリエステル、ポリイソシアネート、 エチレンとプロピレンの共重合体、ポリイソブチレン、ポリサルファイド、ポリシロキサン、ほんの数例 たくさんの。

これらの物質が混合されると、それらは異なる重合メカニズムを介して互いに反応します。、その中には、凝縮、付加、またはフリーラジカル経路があります。

エラストマーの分子特性

特定のポリマーを組み合わせて最終的にエラストマーまたは弾性材料を生成するには、次のことが必要です。 それらの組み合わせは、ある種の相乗効果を生み出し、その部分の単純な合計よりも大きなものをもたらします。

最初の要件は、それらが非対称構造を持っていることです したがって、それらは可能な限り異なること。 分子レベルでのそれらの構造は線形で柔軟でなければならず、すでに述べたように、 分子の鎖が結合を壊すことなく振動できる熱可塑性ポリマー。

2番目の要件として ポリマーはあまり極性がないこと、つまり、どちらかの符号の電荷が多すぎないことこの場合、分子間相互作用が強くなり、引力によって剛性が高くなります（正の磁石と負の磁石の場合のように）。

3番目の要件は、これらのポリマーが柔軟であることです。、ある種の力がそれらに加えられたときに、それはいくらかの変形を認めます。 これらのポリマーがこれらの3つの要件を満たしている場合、エラストマーの合成に最適な状況が生成されます。

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エラストマーの合成

エラストマーになるポリマーは、一連の物理的および化学的プロセスにかけられる必要があります。

1. 架橋

この過程で 分子鎖がブリッジによって互いに結合されることが達成されます、2つ以上の強力な共有結合を形成することができます。

これらの分子ブリッジにより、エラストマーは静止モードまたは静的モードのときにそれ自体で転がることができます。 一方、ある種のストレッチを行うと、これらのリンクの柔軟性のおかげで弾性モードになる可能性があります。

2. 加硫

これはクロスオーバー内で見られるプロセスですが、より詳細な説明を個別に言及するのは興味深いことです。

加硫は、エラストマーを得るための最もよく知られたプロセスの1つです。 このプロセスでは、 高分子鎖は硫黄ブリッジによって相互接続されています（S-S-S ...）.

3. エラストマーを入手した後

エラストマーがすでに合成されている場合、次のステップは、エラストマーに特定の特性を与えるために、さまざまな処理を施すことです。

それぞれの素材は異なる目的で使用されるため、さまざまな処理も施されます。その中には、加熱、成形、または他のタイプの物理的硬化、つまりそれらに形状を与えることがあります。

顔料が追加されるのはプロセスのこの段階です 弾力性を確保する他の化学物質を組み込むことに加えて、結果として生じる弾力性のあるオブジェクトに色を与えるため。 この段階で、3つの基本的な側面が評価され、 弾性材料の品質：ヤング率、ガラス転移温度（Tg）、および 弾性。

ヤング率 は、力が加えられた方向に応じて弾性材料がどのように動作するかを示す指標です。

Tgは、ガラス状材料で熱力学的疑似変態が発生する温度です。. ポリマーは、その温度で密度、剛性、硬度を低下させます。 これは、ガラスやアモルファス無機材料に見られます。

降伏点は最大応力を指します 弾性材料が不可逆的に変形することなくサポートできること。

これらの指標をチェックし、エラストマーが機能していることを確認した後、これは通常、シリコーン、ニトリル、ウレタン、ブタジエン-スチレンなど、あらゆる種類のゴムと呼ばれる時期です。

いくつかの伸縮性のある素材

次に、いくつかの弾性材料とそれらが何でできているかを見ていきます。

1. ポリエステル

ポリエステルは製造された繊維であり、長鎖の合成由来のポリマーで構成されています。 このポリマーでは 化合物の約85％はテレフラル酸エステルです.

2. ナイロン

ナイロンは、ポリアミドのグループに属する人工ポリマーです。 これは、ジアミンなどの酸の重縮合によって生成されます。 最もよく知られているのはPA6.6です。

3. ライクラ

ライクラは、非常に弾力性があり耐性のある物質として知られている合成繊維です。 これは、約95％のセグメント化ポリウレタンで構成されたウレタン-尿素共重合体です。. その精緻化では、この繊維の主要な構造を構成するプレポリマーなど、多種多様な原材料が混合されています。

書誌参照。

• 彼らはGを嫌います。 （1986）エラストマーの合成入門。 で：ラルJ.、マークJ.E. （eds）エラストマーとゴム弾性の進歩。 マサチューセッツ州ボストンのスプリンガー