Hvordan syntetiseres et elastisk materiale? Prosessoppsummering

Elastiske materialer er noe som er tilstede i vårt daglige liv. Det er dem for alt, for eksempel elastiske bånd for å binde vesker, gummiarmbånd, ballonger, dekk ...

Deretter la oss se hvordan et elastisk materiale blir syntetisert, forklare hva komponentene er, polymerer, i tillegg til å indikere deres molekylære egenskaper og noen indekser som er tatt i betraktning i bransjen.

• Relatert artikkel: "De 11 typene kjemiske reaksjoner"

Hva er elastiske polymerer?

Elastiske materialer, kjent som elastiske polymerer, er de som kan deformeres ved å påføre en kraft mens den påføres. Så snart den elastiske gjenstanden ikke lenger utsettes for denne kraften, vil den gå tilbake til sin opprinnelige form. Hvis ikke materialet er permanent deformert, vil vi ikke snakke om noe elastisk, men om et plastmateriale.

Elastiske materialer har vært kjent for mennesker siden uminnelige tider, siden de eksisterer i naturen. Imidlertid, selv om polymerer naturlig finnes i gjenstander som gummi, mennesket har sett behovet for å lage noen av dem syntetisk, det vil si i laboratoriet.

Noen eksempler på elastiske materialer, bortsett fra det som allerede er nevnt, har vi elastiske bånd for å lukke matposer, ballonger, gummiarmbånd, latex ...

Hva er polymerer?

Polymerer er makromolekyler dannet ved forening av kovalente bindinger av en eller flere av de enkle enhetene, som ville være monomerene. Normalt er disse makromolekylene organiske, det vil si at de inneholder karbonatomer i strukturen. Disse kjedene er vanligvis lange, og er knyttet av Van der Waals-krefter, hydrogenbindinger og hydrofobe interaksjoner.

En måte å klassifisere polymerer på er deres mekaniske respons på forhøyede temperaturer. Det er derfor det er to typer polymerer.

1. Termoplastiske polymerer

Termoplastiske polymerer mykgjør den når den utsettes for høye temperaturer, til og med å smelte. Når temperaturen er lav, stivner de. Disse prosessene er helt reversible og kan gjentas om og om igjen.

Imidlertid, hvis en veldig høy temperatur oppnås, kan det oppstå irreversibel nedbrytning, siden Molekylære vibrasjoner mellom stoffets monomerer er så voldsomme at de kan bryte båndene kovalent.

Disse materialene produseres normalt med samtidig påføring av høy temperatur og trykk. Når temperaturen øker, svekkes styrken til de sekundære bindingene, som letter den relative bevegelsen av kjedene som utgjør polymeren.

De fleste lineære polymerer og de med forgrenede strukturer, med fleksible kjeder, er termoplastiske, som er myke og duktile.

2. Termohærdende polymerer

Termohærdende polymerer er de som er harde uansett hvor mye temperatur som påføres dem.

Når de begynner å bli utsatt for varme, finner kovalente tverrbindinger sted mellom de sammenhengende molekylære kjedene. På grunn av dette er bevegelsene mellom polymermonomerer begrenset, og forhindrer deres vibrasjon og rotasjon. Imidlertid, hvis temperaturen er for høy, brytes tverrbindene og polymernedbrytning oppstår.

Termohærdende polymerer er generelt vanskeligere sammenlignet med termoplast. Noen eksempler på polymerer av denne typen er epoksy, vulkanisert gummi og fenolpolyesterharpikser.

Hvordan syntetiseres elastiske materialer?

Elastiske materialer er laget av elastomerer, som vanligvis er termoplastiske polymerer, noe som gir dem sine viktigste egenskaper: lett, men ikke permanent elastisitet og deformasjon.

Det er mange stoffer som gjør det mulig å lage et elastisk materiale. Noen av polymerene som brukes til å syntetisere elastikker er: polyol-polyester, polyisocyanat, kopolymerer av etylen og propylen, polyisobutylen, polysulfider og polysiloksan, for bare å si noen få mange.

Når disse stoffene blandes, reagerer de med hverandre gjennom forskjellige polymeriseringsmekanismer., blant annet kondens, tilsetning eller fri radikal vei.

Molekylære egenskaper av elastomerer

For at kombinasjonen av visse polymerer til slutt genererer en elastomer eller elastisk materiale, er det nødvendig at kombinasjonen av dem gir en slags synergi, noe som resulterer i noe større enn den enkle summen av delene.

Det første kravet er at de har asymmetriske strukturer og derfor at de er så forskjellige som mulig. Dens strukturer på molekylært nivå må være lineære og fleksible, slik at vi, som vi allerede nevnte med termoplastiske polymerer, slik at molekylkjedene kan vibrere uten å bryte bindinger.

Som et andre krav er at polymeren ikke er veldig polær, det vil si at den ikke har for mye ladning av det ene eller det andre tegnet, siden hvis dette er tilfelle, vil de intermolekylære interaksjonene være sterkere og det vil være større stivhet på grunn av tiltrekningen (som skjer med en positiv magnet med en negativ).

Det tredje kravet er at disse polymerene er fleksible, som innrømmer en viss deformasjon når noen form for kraft blir påført dem. Hvis disse polymerene oppfyller disse tre kravene, vil den perfekte situasjonen bli generert for syntesen av en elastomer.

• Du kan være interessert: "De 9 generelle egenskapene til materie"

Syntese av elastomerer

Polymerene som vil resultere i en elastomer må utsettes for en rekke fysiske og kjemiske prosesser.

1. Tverrbinding

I denne prosessen det oppnås at molekylkjedene forenes med hverandre ved hjelp av broer, som er i stand til å danne to eller flere sterke kovalente bindinger.

Disse molekylære broene lar elastomeren rulle på seg selv når den er i hvilemodus eller statisk modus, mens den utsettes for noen form for strekking, kan den være i elastisk modus takket være fleksibiliteten til disse koblingene.

2. Vulkanisering

Selv om det er en prosess som vil bli funnet i delefilter, er det interessant å nevne en mer detaljert forklaring separat.

Vulkanisering er en av de mest kjente prosessene for å oppnå elastomerer. I denne prosessen, polymere kjeder er sammenkoblet av svovelbroer (S-S-S ...).

3. Etter å ha oppnådd elastomeren

Når elastomerer allerede er blitt syntetisert, består de neste trinnene i å utsette dem for forskjellige behandlinger for å gi dem visse egenskaper.

Hvert materiale vil bli brukt til et annet formål, derfor vil det også motta forskjellige behandlinger, blant hvilke det kan finnes oppvarming, støping eller andre typer fysisk herding, det vil si å gi dem form.

Det er i denne fasen av prosessen der pigmenter tilsettes for å gi farge til det resulterende elastiske objektet, i tillegg til å inkorporere andre kjemikalier som vil sikre elastisiteten. Det er også på dette stadiet at tre grunnleggende aspekter blir evaluert for å sikre at elastisk materiale er av kvalitet: Youngs modul, glassovergangstemperatur (Tg) og grense på elastisitet.

Youngs modul er en indeks som indikerer hvordan et elastisk materiale oppfører seg i henhold til retningen en kraft påføres i.

Tg er temperaturen der en termodynamisk pseudotransformasjon forekommer i glassholdige materialer. Polymeren reduserer dens tetthet, stivhet og hardhet ved den temperaturen. Dette kan sees i glass og amorfe uorganiske materialer.

Flytpunktet refererer til maksimal belastning at et elastisk materiale kan støtte uten å bli deformert irreversibelt.

Etter å ha sjekket disse indeksene og sett at elastomeren er funksjonell, er dette når det vanligvis kalles gummi av alle slag: silikon, nitril, uretan, butadien-styren ...

Noen elastiske materialer

Neste skal vi se noen elastiske materialer og hva de er laget av.

1. Polyester

Polyester er en produsert fiber, og den består av enhver polymer av syntetisk opprinnelse som er langkjedet. I denne polymeren ca. 85% av forbindelsen er en tereflalsyreester.

2. Nylon

Nylon er en kunstig polymer, som tilhører gruppen polyamider. Den genereres ved polykondensering av en syre som en diamin. Den mest kjente er PA6.6.

3. Lycra

Lycra er en syntetisk fiber kjent for å være et veldig elastisk og motstandsdyktig stoff. Det er en uretan-urea-kopolymer, som består av ca. 95% segmenterte polyuretaner. I utarbeidelsen blandes et stort utvalg av råvarer, slik som prepolymerer, som utgjør hovedstrukturen til denne fiberen.

Bibliografiske referanser.

• Hater G. (1986) Introduksjon til syntese av elastomerer. I: Lal J., Mark J.E. (red.) Fremskritt innen elastomerer og gummielastisitet. Springer, Boston, MA