Kā tiek sintezēts elastīgais materiāls? Procesa kopsavilkums

Elastīgie materiāli ir kaut kas tāds, kas ir mūsu ikdienas dzīvē. Tās ir paredzētas visam, piemēram, elastīgām lentēm somu siešanai, gumijas aprocēm, baloniem, riepām

Tad redzēsim, kā tiek sintezēts elastīgs materiāls, paskaidrojot, kādi ir tā komponenti, polimēri, papildus norādot to molekulārās īpašības un dažus indeksus, kas tiek ņemti vērā nozarē.

• Saistītais raksts: "11 ķīmisko reakciju veidi"

Kas ir elastīgie polimēri?

Elastīgie materiāli, kas pazīstami kā elastīgie polimēri, ir tie, kas var deformēties, pieliekot spēku, kamēr tas tiek pielietots. Tiklīdz elastīgais priekšmets vairs nav pakļauts šim spēkam, tas atgriezīsies sākotnējā formā. Pretējā gadījumā, ja materiāls ir neatgriezeniski deformēts, mēs nerunātu par kaut ko elastīgu, bet gan par plastmasas materiālu.

Elastīgie materiāli cilvēkiem ir zināmi kopš neatminamiem laikiem, jo ​​tie pastāv dabā. Lai gan polimēri dabiski atrodas tādos priekšmetos kā gumija, cilvēks ir redzējis nepieciešamību dažus no tiem izveidot sintētiski, tas ir, laboratorijā.

Daži elastīgo materiālu piemēri, izņemot jau pieminēto, mums ir elastīgas lentes pārtikas maisiņu, balonu, gumijas aproces, lateksa aizvēršanai.

Kas ir polimēri?

Polimēri ir makromolekulas, kas veidojas, apvienojoties vienas vai vairāku vienkāršo vienību kovalentajām saitēm, kas būtu monomēri. Parasti šīs makromolekulas ir organiskas, tas ir, to struktūrā ir oglekļa atomi. Šīs ķēdes parasti ir garas, un tās saista Van der Vālsa spēki, ūdeņraža saites un hidrofobā mijiedarbība.

Viens no polimēru klasifikācijas veidiem ir to mehāniskā reakcija uz paaugstinātu temperatūru. Tāpēc ir divu veidu polimēri.

1. Termoplastiskie polimēri

Termoplastiskie polimēri mīkstina, pakļaujot augstai temperatūrai, pat izkūst. Kad temperatūra ir zema, tie sacietē. Šie procesi ir pilnībā atgriezeniski un tos var atkārtot vēl un vēl.

Tomēr, ja tiek sasniegta ļoti augsta temperatūra, var notikt neatgriezeniska noārdīšanās, jo Molekulārās vibrācijas starp vielas monomēriem ir tik spēcīgas, ka tās var salauzt savas saites kovalents.

Šie materiāli parasti tiek ražoti, vienlaikus lietojot augstu temperatūru un spiedienu. Palielinoties temperatūrai, sekundāro saišu stiprums vājinās, veicinot polimēru veidojošo ķēžu relatīvo kustību.

Lielākā daļa lineāro polimēru un ar sazarotu struktūru ar elastīgām ķēdēm ir termoplastmasas, kas ir mīkstas un elastīgas.

2. Termoreaktīvie polimēri

Termoreaktīvie polimēri ir tie, kas paliek grūti neatkarīgi no tā, cik temperatūra tiem tiek piemērota.

Kad tos sāk pakļaut karstumam, starp blakus esošajām molekulārajām ķēdēm rodas kovalentas šķērssaites. Sakarā ar to kustības starp polimēru monomēriem ir ierobežotas, novēršot to vibrāciju un rotāciju. Tomēr, ja temperatūra ir pārmērīgi augsta, šķērssaites tiek sadalītas un notiek polimēru noārdīšanās.

Termoreaktīvie polimēri parasti ir cietāki, salīdzinot ar termoplastiem. Daži šāda veida polimēru piemēri ir epoksīda, vulkanizētas gumijas un fenola poliestera sveķi.

Kā tiek sintezēti elastīgie materiāli?

Elastīgie materiāli ir izgatavoti no elastomēriem, kas parasti ir termoplastiski polimēri, kas tiem piešķir galvenās īpašības: viegla, bet ne pastāvīga elastība un deformācija.

Ir daudzas vielas, kas ļauj izgatavot elastīgu materiālu. Daži no polimēriem, ko izmanto elastību sintezēšanai, ir: poliola-poliestera, poliizocianāta, etilēna un propilēna, poliizobutilēna, polisulfīdu un polisiloksāna kopolimēri, tikai daži piemēri daudzi.

Ja šīs vielas sajauc, tās savstarpēji reaģē, izmantojot dažādus polimerizācijas mehānismus., starp kuriem ir kondensācija, pievienošana vai brīvo radikāļu ceļš.

Elastomēru molekulārās īpašības

Lai noteiktu polimēru kombinācija galu galā radītu elastomēru vai elastīgu materiālu, tas ir nepieciešams to kombinācija veido kaut kādu sinerģiju, kā rezultātā rodas kaut kas lielāks nekā tā daļu vienkāršā summa.

Pirmā prasība ir tāda, ka tām ir asimetriskas struktūras un tāpēc tie ir pēc iespējas atšķirīgi. Viņu molekulārajā struktūrā jābūt lineārai un elastīgai, ļaujot, kā mēs jau minējām termoplastiskie polimēri, ka molekulu ķēdes var vibrēt, nesabojājot saites.

Kā otrā prasība ir ka polimērs nav ļoti polārs, tas ir, ka tam nav pārāk daudz vienas vai otras zīmes lādiņaTā kā šajā gadījumā starpmolekulārā mijiedarbība būs spēcīgāka un pievilcības dēļ būs lielāka stingrība (tāpat kā ar pozitīvu magnētu ar negatīvu).

Trešā prasība ir, lai šie polimēri būtu elastīgi, kas pieļauj zināmu deformāciju, ja uz tiem iedarbojas kāda veida spēks. Ja šie polimēri atbilst šīm trim prasībām, tiks izveidota perfekta situācija elastomēra sintēzei.

• Jūs varētu interesēt: "9 matērijas vispārīgās īpašības"

Elastomēru sintēze

Polimēri, kas radīs elastomēru, ir pakļauti virknei fizikālu un ķīmisku procesu.

1. Sasaiste

Šajā procesā tiek panākts, ka molekulārās ķēdes tiek savienotas savā starpā, izmantojot tiltus, kas spēj veidot divas vai vairākas spēcīgas kovalentās saites.

Šie molekulārie tilti ļauj elastomēram ritēt uz sevi, kad tas ir miera vai statiskā režīmā, kamēr, pakļaujoties kaut kādam stiepšanās veidam, tas varētu būt elastīgā režīmā, pateicoties šo saišu elastībai.

2. Vulkanizācija

Lai gan tas ir process, kas būtu atrodams krosoveru ietvaros, ir interesanti atsevišķi pieminēt detalizētāku skaidrojumu.

Vulkanizācija ir viens no pazīstamākajiem elastomēru iegūšanas procesiem. Šajā procesā polimēru ķēdes ir savstarpēji savienotas ar sēra tiltiem (S-S-S ...).

3. Pēc elastomēra iegūšanas

Kad elastomēri jau ir sintezēti, nākamie soļi sastāv no to atšķirīgas apstrādes, lai tiem piešķirtu noteiktas īpašības.

Katrs materiāls tiks izmantots dažādiem mērķiem, tāpēc tam tiks piemērotas arī dažādas procedūras, starp kuriem var atrast sildīšanu, formēšanu vai cita veida fizisku sacietēšanu, tas ir, piešķirot tiem formu.

Šajā procesa fāzē tiek pievienoti pigmenti piešķirt iegūtajam elastīgajam objektam krāsu, papildus iekļaujot citas ķīmiskas vielas, kas nodrošinās tā elastību. Šajā posmā tiek novērtēti arī trīs pamataspekti, lai nodrošinātu, ka elastīgais materiāls ir kvalitatīvs: Young modulis, stikla pārejas temperatūra (Tg) un robeža elastība.

Janga modulis ir indekss, kas norāda, kā elastīgais materiāls uzvedas atbilstoši spēka iedarbības virzienam.

Tg ir temperatūra, kurā stiklveida materiālos notiek termodinamiskā pseidotransformācija. Polimērs šajā temperatūrā samazina tā blīvumu, stingrību un cietību. To var redzēt stiklā un amorfos neorganiskos materiālos.

Ienesīguma punkts attiecas uz maksimālo spriedzi ka elastīgs materiāls var balstīties, neatgriezeniski deformējoties.

Pārbaudot šos indeksus un redzot, ka elastomērs ir funkcionāls, to parasti sauc par visu veidu gumiju: silikonu, nitrilu, uretānu, butadiēna-stirolu ...

Daži elastīgi materiāli

Tālāk mēs redzēsim dažus elastīgos materiālus un to, no kā tie ir izgatavoti.

1. Poliesteris

Poliesteris ir saražota šķiedra, un tā sastāv no jebkura sintētiskas izcelsmes polimēra, kas ir gara ķēde. Šajā polimērā aptuveni 85% savienojuma ir tereflalskābes esteris.

2. Neilons

Neilons ir mākslīgs polimērs, kas pieder poliamīdu grupai. To rada skābes, piemēram, diamīna, polikondensācija. Vispazīstamākais ir PA6.6.

3. Likra

Likra ir sintētiska šķiedra, kas pazīstama kā ļoti elastīga un izturīga viela. Tas ir uretāna-urīnvielas kopolimērs, kas sastāv no aptuveni 95% segmentētu poliuretānu. Izstrādājot, tiek sajaukti dažādi izejmateriāli, piemēram, prepolimēri, kas veido šīs šķiedras galveno struktūru.

Bibliogrāfiskās atsauces.

• Viņi ienīst G. (1986) Ievads elastomēru sintēzē. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Elastomēru un gumijas elastības sasniegumi. Springer, Bostona, MA