Jak syntetyzuje się elastyczny materiał? Podsumowanie procesu

Elastyczne materiały to coś, co jest obecne w naszym codziennym życiu. Są na wszystko, takie jak gumki do wiązania torebek, gumowe bransoletki, balony, opony…

Następnie zobaczmy, jak syntetyzuje się elastyczny materiał, wyjaśniając, jakie są jego składniki, polimery, oprócz wskazania ich właściwości molekularnych i niektórych wskaźników, które są brane pod uwagę w branży.

• Powiązany artykuł: „11 rodzajów reakcji chemicznych"

Czym są polimery elastyczne?

Materiały elastyczne, zwane elastycznymi polimerami, to takie, które: może zostać zdeformowany przez przyłożenie siły podczas przyłożenia. Gdy tylko elastyczny przedmiot nie będzie już poddawany tej sile, powróci do swojego pierwotnego kształtu. W przeciwnym razie, jeśli materiał jest trwale odkształcony, nie mówilibyśmy o czymś elastycznym, ale o materiale plastycznym.

Materiały elastyczne są znane ludziom od niepamiętnych czasów, ponieważ występują w naturze. Jednak mimo że polimery są naturalnie obecne w przedmiotach takich jak guma, człowiek dostrzegł potrzebę wytworzenia niektórych z nich syntetycznie, czyli w laboratorium.

Kilka przykładów materiałów elastycznych, oprócz już wspomnianego, mamy gumki do zamykania torebek z żywnością, balonów, gumowych bransoletek, lateksu...

Czym są polimery?

Polimery są makrocząsteczki utworzone przez połączenie wiązań kowalencyjnych jednej lub więcej jednostek prostych, które byłyby monomerami. Zwykle te makrocząsteczki są organiczne, to znaczy zawierają w swojej strukturze atomy węgla. Łańcuchy te są zwykle długie i są połączone siłami Van der Waalsa, wiązaniami wodorowymi i oddziaływaniami hydrofobowymi.

Jednym ze sposobów klasyfikacji polimerów jest ich mechaniczna reakcja na podwyższone temperatury. Dlatego istnieją dwa rodzaje polimerów.

1. Polimery termoplastyczne

Polimery termoplastyczne miękną pod wpływem wysokich temperatur, nawet się topi. Gdy temperatura jest niska, twardnieją. Procesy te są w pełni odwracalne i mogą być wielokrotnie powtarzane.

Jednak w przypadku osiągnięcia bardzo wysokiej temperatury może nastąpić nieodwracalna degradacja, ponieważ Wibracje molekularne pomiędzy monomerami substancji są tak gwałtowne, że mogą zerwać wiązania kowalencyjny.

Materiały te są zwykle wytwarzane przy jednoczesnym zastosowaniu wysokiej temperatury i ciśnienia. Wraz ze wzrostem temperatury siła wiązań wtórnych słabnie, ułatwiając względny ruch łańcuchów tworzących polimer.

Większość polimerów liniowych i polimerów o rozgałęzionej strukturze, z elastycznymi łańcuchami, to tworzywa termoplastyczne, które są miękkie i ciągliwe.

2. Polimery termoutwardzalne

Polimery termoutwardzalne są te, które pozostają twarde bez względu na to, jaka temperatura zostanie na nie zastosowana.

Kiedy zaczynają być poddawane działaniu ciepła, między sąsiednimi łańcuchami cząsteczkowymi pojawiają się kowalencyjne wiązania poprzeczne. Dzięki temu ruchy pomiędzy monomerami polimerowymi są ograniczone, zapobiegając ich wibracjom i rotacji. Jeśli jednak temperatura jest nadmiernie wysoka, wiązania poprzeczne ulegają zerwaniu i następuje degradacja polimeru.

Polimery termoutwardzalne są na ogół twardsze w porównaniu z tworzywami termoplastycznymi. Niektóre przykłady polimerów tego typu to żywice epoksydowe, wulkanizowane gumy i fenolowe żywice poliestrowe.

Jak syntetyzuje się materiały elastyczne?

Materiały elastyczne są wykonane z elastomerów, które są generalnie polimerami termoplastycznymi, co nadaje im ich główne cechy: łatwa, ale nie trwała elastyczność i odkształcenie.

Istnieje wiele substancji, które umożliwiają wykonanie elastycznego materiału. Niektóre z polimerów, które są używane do syntezy materiałów elastycznych to: poliol-poliester, poliizocyjanian, kopolimery etylenu i propylenu, poliizobutylen, polisiarczki i polisiloksan, żeby powiedzieć kilka wiele.

Kiedy te substancje są zmieszane, reagują ze sobą poprzez różne mechanizmy polimeryzacji., wśród których są kondensacja, addycja lub szlak wolnych rodników.

Charakterystyka molekularna elastomerów

Aby połączenie niektórych polimerów ostatecznie wytworzyło elastomer lub materiał elastyczny, konieczne jest, aby połączenie ich tworzy pewnego rodzaju synergię, w wyniku czego powstaje coś większego niż prosta suma jego części.

Pierwszym wymaganiem jest, aby miały asymetryczne struktury i dlatego są tak różne, jak to tylko możliwe. Ich struktury na poziomie molekularnym muszą być liniowe i elastyczne, co pozwala, jak już wspomnieliśmy z polimery termoplastyczne, dzięki którym łańcuchy cząsteczek mogą wibrować bez zrywania wiązań.

Drugim wymogiem jest że polimer nie jest bardzo polarny, to znaczy, że nie ma zbyt dużego ładunku jednego lub drugiego znaku, ponieważ jeśli tak jest, oddziaływania międzycząsteczkowe będą silniejsze i będzie większa sztywność z powodu przyciągania (jak to ma miejsce w przypadku magnesu dodatniego z magnesem ujemnym).

Trzecim wymogiem jest elastyczność tych polimerów, które dopuszczają pewną deformację po przyłożeniu do nich pewnego rodzaju siły. Jeśli te polimery spełnią te trzy wymagania, powstanie idealna sytuacja do syntezy elastomeru.

• Możesz być zainteresowany: "9 ogólnych właściwości materii"

Synteza elastomerów

Polimery, z których powstanie elastomer, muszą zostać poddane szeregowi procesów fizycznych i chemicznych.

1. Sieciowanie

W tym procesie osiąga się, że łańcuchy molekularne są połączone ze sobą za pomocą mostków, które są zdolne do tworzenia dwóch lub więcej silnych wiązań kowalencyjnych.

Te mostki molekularne pozwalają elastomerowi toczyć się samoczynnie, gdy znajduje się w trybie spoczynkowym lub statycznym, podczas gdy poddawany pewnemu rodzajowi rozciągania, może być w trybie elastycznym dzięki elastyczności tych połączeń.

2. Wulkanizacja

Chociaż jest to proces, który można znaleźć w zwrotnicach, warto osobno wspomnieć o bardziej szczegółowym wyjaśnieniu.

Wulkanizacja jest jednym z najbardziej znanych procesów otrzymywania elastomerów. W tym procesie, łańcuchy polimerowe są połączone mostkami siarkowymi (S-S-S ...).

3. Po uzyskaniu elastomeru

Gdy elastomery zostały już zsyntetyzowane, kolejne etapy polegają na poddaniu ich różnym obróbkom w celu nadania im określonych cech.

Każdy materiał będzie służył innym celom, dlatego też zostanie poddany różnym zabiegom, wśród których można znaleźć ogrzewanie, formowanie czy inne rodzaje fizycznego utwardzania, czyli nadawania im kształtu.

To właśnie w tej fazie procesu dodawane są pigmenty aby nadać kolor powstałemu elastycznemu przedmiotowi, oprócz włączenia innych chemikaliów, które zapewnią jego elastyczność. Również na tym etapie oceniane są trzy podstawowe aspekty, aby zapewnić, że: elastyczny materiał ma jakość: moduł Younga, temperaturę zeszklenia (Tg) i granicę elastyczność.

Moduł Younga to wskaźnik, który wskazuje, jak zachowuje się materiał elastyczny w zależności od kierunku przyłożenia siły.

Tg to temperatura, w której zachodzi termodynamiczna pseudotransformacja w materiałach szklistych. W tej temperaturze polimer zmniejsza swoją gęstość, sztywność i twardość. Można to zaobserwować w szkle i amorficznych materiałach nieorganicznych.

Granica plastyczności odnosi się do maksymalnego naprężenia że elastyczny materiał może wytrzymać bez nieodwracalnego odkształcenia.

Po sprawdzeniu tych wskaźników i widząc, że elastomer działa, zwykle nazywa się go gumą wszelkiego rodzaju: silikon, nitryl, uretan, butadien-styren ...

Niektóre materiały rozciągliwe

Następnie zobaczymy kilka elastycznych materiałów i z czego są wykonane.

1. Poliester

Poliester jest wytwarzanym włóknem i składa się z dowolnego polimeru pochodzenia syntetycznego o długim łańcuchu. W tym polimerze około 85% związku to ester kwasu tereflalinowego.

2. Nylon

Nylon to sztuczny polimer należący do grupy poliamidów. Powstaje w wyniku polikondensacji kwasu, takiego jak diamina. Najbardziej znanym jest PA6.6.

3. Lycra

Lycra to włókno syntetyczne znane z tego, że jest bardzo elastyczną i wytrzymałą substancją. Jest to kopolimer uretanowo-mocznikowy, składający się w około 95% z segmentowanych poliuretanów. W jego opracowaniu miesza się wiele różnych surowców, takich jak prepolimery, które stanowią główną strukturę tego włókna.

Odniesienia bibliograficzne.

• Nienawidzą G. (1986) Wprowadzenie do syntezy elastomerów. W: Lal J., Mark J.E. (eds) Postępy w zakresie elastomerów i elastyczności gumy. Springer, Boston, MA