Como um material elástico é sintetizado? Resumo do processo

Os materiais elásticos são algo que está presente no nosso dia a dia. Tem para tudo, como elásticos para amarrar bolsas, pulseiras de borracha, balões, pneus ...

A seguir vamos ver como um material elástico é sintetizado, explicando quais são seus componentes, os polímeros, além de indicar suas propriedades moleculares e alguns índices que são levados em consideração na indústria.

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O que são polímeros elásticos?

Materiais elásticos, conhecidos como polímeros elásticos, são aqueles que pode ser deformado pela aplicação de uma força enquanto é aplicada. No momento em que o objeto elástico não estiver mais sujeito a essa força, ele retornará à sua forma original. Do contrário, se o material se deforma permanentemente, não falaríamos de algo elástico, mas de um material plástico.

Os materiais elásticos são conhecidos pelos humanos desde tempos imemoriais, uma vez que existem na natureza. No entanto, embora os polímeros estejam naturalmente presentes em objetos como a borracha,

o ser humano viu a necessidade de criar alguns deles de forma sintética, ou seja, em laboratório.

Alguns exemplos de materiais elásticos, além do já mencionado, temos elásticos para fechar sacos de comida, balões, pulseiras de borracha, látex ...

O que são polímeros?

Polímeros são macromoléculas formadas pela união de ligações covalentes de uma ou mais das unidades simples, que seriam os monômeros. Normalmente essas macromoléculas são orgânicas, ou seja, contêm átomos de carbono em sua estrutura. Essas cadeias são geralmente longas e estão ligadas por forças de Van der Waals, ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas.

Uma forma de classificar polímeros é baseada em sua resposta mecânica a temperaturas elevadas. É por isso que existem dois tipos de polímeros.

1. Polímeros termoplásticos

Polímeros termoplásticos amolece quando submetido a altas temperaturas, até mesmo derretendo. Quando a temperatura está baixa, eles endurecem. Esses processos são totalmente reversíveis e podem ser repetidos indefinidamente.

Porém, se uma temperatura muito elevada for atingida, pode ocorrer degradação irreversível, uma vez que o As vibrações moleculares entre os monômeros da substância são tão violentas que podem quebrar suas ligações covalente.

Esses materiais são normalmente fabricados com aplicação simultânea de alta temperatura e pressão. Quando a temperatura aumenta, a resistência das ligações secundárias enfraquece, facilitando o movimento relativo das cadeias que compõem o polímero.

A maioria dos polímeros lineares e aqueles com estruturas ramificadas, com cadeias flexíveis, são termoplásticos, que são moles e dúcteis.

2. Polímeros termofixos

Polímeros termofixos são aqueles que permanecem duros, independentemente de quanta temperatura é aplicada a eles.

Quando começam a ser submetidos ao calor, ocorrem reticulações covalentes entre as cadeias moleculares contíguas. Devido a isso, os movimentos entre os monômeros poliméricos são limitados, impedindo sua vibração e rotação. No entanto, se a temperatura for excessivamente alta, as ligações cruzadas são quebradas e ocorre a degradação do polímero.

Os polímeros termofixos são geralmente mais duros em comparação com os termoplásticos. Alguns exemplos de polímeros desse tipo são em resinas epóxi, borracha vulcanizada e poliéster fenólico.

Como os materiais elásticos são sintetizados?

Os materiais elásticos são constituídos por elastômeros, que geralmente são polímeros termoplásticos, o que lhes confere suas principais características: elasticidade e deformação fáceis, mas não permanentes.

São muitas as substâncias que tornam possível fazer um material elástico. Alguns dos polímeros que são usados ​​para sintetizar elásticos são: poliol-poliéster, poliisocianato, copolímeros de etileno e propileno, poliisobutileno, polissulfetos e polissiloxano, apenas para dizer alguns vários.

Quando essas substâncias são misturadas, elas reagem entre si por meio de diferentes mecanismos de polimerização., entre os quais estão a condensação, a adição ou a via dos radicais livres.

Características moleculares dos elastômeros

Para que a combinação de certos polímeros finalmente gere um elastômero ou material elástico, é necessário que a combinação deles cria algum tipo de sinergia, resultando em algo maior do que a simples soma de suas partes.

O primeiro requisito é que eles tenham estruturas assimétricas e, portanto, que eles são tão diferentes quanto possível. Suas estruturas em nível molecular devem ser lineares e flexíveis, permitindo, como já mencionamos com polímeros termoplásticos, que as cadeias de moléculas podem vibrar sem quebrar ligações.

Como um segundo requisito é o que o polímero não é muito polar, ou seja, que não tem muita carga de um ou de outro signoJá que, se for esse o caso, as interações intermoleculares serão mais fortes e haverá mais rigidez devido à atração (como com um ímã positivo com um negativo).

O terceiro requisito é que esses polímeros sejam flexíveis, que admitem alguma deformação quando algum tipo de força é aplicada a eles. Se esses polímeros atenderem a esses três requisitos, então a situação perfeita será gerada para a síntese de um elastômero.

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Síntese de elastômeros

Os polímeros que irão resultar em um elastômero devem ser submetidos a uma série de processos físicos e químicos.

1. Crosslinking

Nesse processo consegue-se que as cadeias moleculares se unam por meio de pontes, que são capazes de formar duas ou mais ligações covalentes fortes.

Essas pontes moleculares permitem que o elastômero role sobre si mesmo quando está em repouso ou modo estático, ao passo que, quando submetido a algum tipo de alongamento, poderia ficar no modo elástico graças à flexibilidade dessas articulações.

2. Vulcanização

Embora seja um processo que seria encontrado nos cruzamentos, é interessante mencionar uma explicação mais detalhada separadamente.

A vulcanização é um dos processos mais conhecidos para a obtenção de elastômeros. Nesse processo, cadeias poliméricas são interconectadas por pontes de enxofre (S-S-S ...).

3. Depois de obter o elastômero

Quando os elastômeros já foram sintetizados, os próximos passos consistem em submetê-los a diferentes tratamentos para dar-lhes certas características.

Cada material será utilizado para uma finalidade diferente, por isso também receberá diversos tratamentos, entre os quais se encontram o aquecimento, a moldagem ou outros tipos de cura física, ou seja, dando-lhes forma.

É nesta fase do processo onde os pigmentos são adicionados para dar cor ao objeto elástico resultante, além de incorporar outros produtos químicos que irão garantir sua elasticidade. É também nesta fase que são avaliados três aspectos fundamentais para garantir que o o material elástico é de qualidade: módulo de Young, temperatura de transição vítrea (Tg) e limite de elasticidade.

Módulo de Young é um índice que indica como um material elástico se comporta de acordo com a direção em que uma força é aplicada.

A Tg é a temperatura na qual ocorre uma pseudotransformação termodinâmica em materiais vítreos. O polímero diminui sua densidade, rigidez e dureza nessa temperatura. Isso pode ser visto em vidro e materiais inorgânicos amorfos.

O ponto de escoamento se refere ao estresse máximo que um material elástico pode suportar sem se tornar irreversivelmente deformado.

Tendo verificado esses índices e vendo que o elastômero é funcional, é quando geralmente é chamado de borracha de todos os tipos: silicone, nitrila, uretano, butadieno-estireno ...

Alguns materiais elásticos

A seguir, veremos alguns materiais elásticos e de que são feitos.

1. Poliéster

O poliéster é uma fibra manufaturada e é composta de qualquer polímero de origem sintética de cadeia longa. Neste polímero cerca de 85% do composto é um éster de ácido tereftálico.

2. Nylon

O nylon é um polímero artificial, pertencente ao grupo das poliamidas. É gerado pela policondensação de um ácido, como uma diamina. O mais conhecido é o PA6.6.

3. Lycra

A Lycra é uma fibra sintética conhecida por ser uma substância muito elástica e resistente. É um copolímero de uretano-uréia, composto por cerca de 95% de poliuretanos segmentados. Em sua elaboração, são misturadas uma grande variedade de matérias-primas, como os pré-polímeros, que constituem a principal estrutura dessa fibra.

Referências bibliográficas.

• Eles odeiam G. (1986) Introdução à síntese de elastômeros. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA