Cum este sintetizat un material elastic? Rezumatul procesului
Materialele elastice sunt ceva care este prezent în viața noastră de zi cu zi. Există pentru toate, cum ar fi benzi elastice pentru a lega genți, brățări de cauciuc, baloane, cauciucuri ...
Atunci să vedem cum se sintetizează un material elastic, explicând care sunt componentele sale, polimerii, pe lângă indicarea proprietăților lor moleculare și a unor indici care sunt luați în considerare în industrie.
- Articol asociat: "Cele 11 tipuri de reacții chimice"
Ce sunt polimerii elastici?
Materialele elastice, cunoscute sub numele de polimeri elastici, sunt cele care poate fi deformat prin aplicarea unei forțe în timp ce este aplicată. În momentul în care obiectul elastic nu mai este supus acestei forțe, el va reveni la forma inițială. Altfel, dacă materialul este deformat permanent, nu am vorbi de ceva elastic, ci de un material plastic.
Materialele elastice sunt cunoscute oamenilor din timpuri imemoriale, deoarece există în natură. Cu toate acestea, chiar dacă polimerii sunt prezenți în mod natural în obiecte precum cauciucul,
ființa umană a văzut nevoia de a crea unele dintre ele sintetic, adică în laborator.Câteva exemple de materiale elastice, în afară de cel menționat deja, avem benzi elastice pentru a închide pungi cu alimente, baloane, brățări din cauciuc, latex ...
Ce sunt polimerii?
Polimerii sunt macromolecule formate prin unirea legăturilor covalente a uneia sau mai multor unități simple, care ar fi monomerii. În mod normal, aceste macromolecule sunt organice, adică conțin atomi de carbon în structura lor. Aceste lanțuri sunt de obicei lungi și sunt legate de forțele Van der Waals, legăturile de hidrogen și interacțiunile hidrofobe.
O modalitate de clasificare a polimerilor se bazează pe răspunsul lor mecanic la temperaturi ridicate. De aceea există două tipuri de polimeri.
1. Polimeri termoplastici
Polimeri termoplastici se înmoaie când este supus la temperaturi ridicate, ajungând chiar să se topească. Când temperatura este scăzută se întăresc. Aceste procese sunt complet reversibile și pot fi repetate din nou și din nou.
Cu toate acestea, dacă se atinge o temperatură foarte ridicată, poate apărea o degradare ireversibilă, deoarece Vibrațiile moleculare dintre monomerii substanței sunt atât de violente încât își pot rupe legăturile covalent.
Aceste materiale sunt fabricate în mod normal cu aplicarea simultană a temperaturii și presiunii ridicate. Când temperatura crește, puterea legăturilor secundare slăbește, facilitând mișcarea relativă a lanțurilor care alcătuiesc polimerul.
Majoritatea polimerilor liniari și cei cu structuri ramificate, cu lanțuri flexibile, sunt termoplastice, care sunt moi și ductile.
2. Polimeri termosetați
Polimerii termosetați sunt cele care rămân tari indiferent de câtă temperatură li se aplică.
Când încep să fie supuși căldurii, apar legături încrucișate covalente între lanțurile moleculare adiacente. Datorită acestui fapt, mișcările dintre monomerii polimerici sunt limitate, împiedicând vibrațiile și rotația acestora. Cu toate acestea, dacă temperatura este excesiv de ridicată, legăturile încrucișate sunt rupte și se produce degradarea polimerului.
Polimerii termorezistenți sunt, în general, mai duri în comparație cu termoplasticele. Câteva exemple de polimeri de acest tip se găsesc în rășini epoxidice, cauciuc vulcanizat și poliester fenolic.
Cum sunt sintetizate materialele elastice?
Materialele elastice sunt fabricate din elastomeri, care sunt în general polimeri termoplastici, ceea ce le conferă principalele caracteristici: elasticitate și deformare ușoară, dar nu permanentă.
Există multe substanțe care fac posibilă realizarea unui material elastic. Unii dintre polimerii utilizați pentru sintetizarea elasticelor sunt: poliol-poliester, poliizocianat, copolimeri de etilenă și propilenă, poliizobutilenă, polisulfuri și polisiloxan, ca să spun doar câțiva mulți.
Când aceste substanțe sunt amestecate, ele reacționează între ele prin diferite mecanisme de polimerizare., printre care se numără condensarea, adăugarea sau calea radicalilor liberi.
Caracteristicile moleculare ale elastomerilor
Pentru ca combinația anumitor polimeri să genereze în cele din urmă un elastomer sau un material elastic, este necesar ca. combinația lor face un fel de sinergie, rezultând ceva mai mare decât suma simplă a părților sale.
Prima cerință este ca acestea să aibă structuri asimetrice și, prin urmare, că sunt cât se poate de diferiți. Structurile lor la nivel molecular trebuie să fie liniare și flexibile, permițând, așa cum am menționat deja cu polimeri termoplastici, că lanțurile moleculelor pot vibra fără a rupe legăturile.
Ca o a doua cerință este că polimerul nu este foarte polar, adică nu are prea multă sarcină pentru unul sau altul semnDeoarece dacă acesta este cazul, interacțiunile intermoleculare vor fi mai puternice și va exista mai multă rigiditate datorită atracției (ca și în cazul unui magnet pozitiv cu unul negativ).
A treia cerință este ca acești polimeri să fie flexibili, care admit unele deformări atunci când li se aplică un anumit tip de forță. Dacă acești polimeri îndeplinesc aceste trei cerințe, atunci va fi generată situația perfectă pentru sinteza unui elastomer.
- S-ar putea să vă intereseze: "Cele 9 proprietăți generale ale materiei"
Sinteza elastomerilor
Polimerii care vor avea ca rezultat un elastomer trebuie să fie supuși unei serii de procese fizice și chimice.
1. Reticulare
În acest proces se realizează că lanțurile moleculare sunt unite între ele prin intermediul unor punți, care sunt capabili să formeze două sau mai multe legături covalente puternice.
Aceste punți moleculare permit elastomerului să se rostogolească pe el însuși atunci când este în modul repaus sau static, în timp ce, atunci când este supus unui anumit tip de întindere, acesta ar putea fi în modul elastic datorită flexibilității acestor legături.
2. Vulcanizare
Deși este un proces care ar fi găsit în cadrul crossover-urilor, este interesant să menționăm separat o explicație mai detaliată.
Vulcanizarea este unul dintre cele mai cunoscute procese de obținere a elastomerilor. În acest proces, lanțurile polimerice sunt interconectate prin punți de sulf (S-S-S ...).
3. După obținerea elastomerului
Când elastomerii au fost deja sintetizați, următorii pași constau în supunerea lor la diferite tratamente pentru a le oferi anumite caracteristici.
Fiecare material va fi folosit într-un scop diferit, de aceea va primi și diverse tratamente, printre care se pot găsi încălzirea, turnarea sau alte tipuri de întărire fizică, adică dându-le formă.
În această fază a procesului se adaugă pigmenți pentru a da culoare obiectului elastic rezultat, pe lângă încorporarea altor substanțe chimice care îi vor asigura elasticitatea. De asemenea, în acest stadiu sunt evaluate trei aspecte fundamentale pentru a se asigura că materialul elastic este de calitate: modulul lui Young, temperatura de tranziție a sticlei (Tg) și limita de elasticitate.
Modulul lui Young este un indice care indică modul în care se comportă un material elastic în funcție de direcția în care este aplicată o forță.
Tg este temperatura la care are loc o pseudotransformare termodinamică în materialele sticloase. Polimerul își scade densitatea, rigiditatea și duritatea la această temperatură. Acest lucru poate fi văzut în sticlă și materiale anorganice amorfe.
Punctul de randament se referă la stresul maxim că un material elastic poate suporta fără a se deforma ireversibil.
După ce am verificat acești indici și am văzut că elastomerul este funcțional, acesta este momentul în care se numește de obicei cauciuc de toate felurile: silicon, nitril, uretan, butadien-stiren ...
Unele materiale întinse
În continuare vom vedea câteva materiale elastice și din ce sunt făcute.
1. Poliester
Poliesterul este o fibră fabricată și este compus din orice polimer de origine sintetică cu lanț lung. În acest polimer aproximativ 85% din compus este un ester al acidului tereflalic.
2. Nailon
Nylonul este un polimer artificial, aparținând grupului poliamidelor. Este generat de policondensarea unui acid, cum ar fi o diamină. Cea mai cunoscută este PA6.6.
3. Lycra
Lycra este o fibră sintetică cunoscută pentru că este o substanță foarte elastică și rezistentă. Este un copolimer uretan-uree, alcătuit din aproximativ 95% poliuretan segmentat. În elaborarea sa, se amestecă o mare varietate de materii prime, cum ar fi prepolimerii, care constituie structura principală a acestei fibre.
Referințe bibliografice.
- Îl urăsc pe G. (1986) Introducere în sinteza elastomerilor. În: Lal J., Mark J.E. (eds) Progrese în elastomeri și elasticitatea cauciucului. Springer, Boston, MA