Ako sa syntetizuje elastický materiál? Zhrnutie procesu

Elastické materiály sú niečo, čo je prítomné v našom každodennom živote. Sú tu na všetko, napríklad na gumičky na zaviazanie tašiek, gumené náramky, balóny, pneumatiky ...

Potom pozrime sa, ako sa syntetizuje elastický materiál, s vysvetlením, čo sú jeho zložky, polyméry, a okrem toho s uvedením ich molekulárnych vlastností a niektorých indexov, ktoré sa v priemysle berú do úvahy.

• Súvisiaci článok: „11 typov chemických reakcií"

Čo sú to elastické polyméry?

Elastické materiály, známe ako elastické polyméry, sú také, ktoré sa môžu deformovať pôsobením sily, kým je použitá. Len čo už nie je pružný predmet vystavený tejto sile, vráti sa do pôvodného tvaru. V opačnom prípade, ak by bol materiál trvalo zdeformovaný, nehovoríme o niečom elastickom, ale o plastickom materiáli.

Elastické materiály sú ľuďom známe už od nepamäti, pretože existujú v prírode. Napriek tomu, že polyméry sú prirodzene prítomné v predmetoch, ako je guma, človek videl potrebu vytvárať niektoré z nich synteticky, to znamená v laboratóriu.

Niektoré príklady elastických materiálov, okrem už spomenutých, máme elastické pásky na uzatváranie tašiek s potravinami, balónov, gumených náramkov, latexu ...

Čo sú to polyméry?

Polyméry sú makromolekuly vytvorené spojením kovalentných väzieb jednej alebo viacerých jednoduchých jednotiek, čo by boli monoméry. Normálne sú tieto makromolekuly organické, to znamená, že vo svojej štruktúre obsahujú atómy uhlíka. Tieto reťazce sú zvyčajne dlhé a sú prepojené Van der Waalsovými silami, vodíkovými väzbami a hydrofóbnymi interakciami.

Jeden zo spôsobov klasifikácie polymérov je založený na ich mechanickej odozve na zvýšené teploty. Preto existujú dva typy polymérov.

1. Termoplastické polyméry

Termoplastické polyméry zmäkčiť, ak sú vystavené vysokým teplotám, dokonca sa topiť. Pri nízkej teplote tvrdnú. Tieto procesy sú úplne reverzibilné a je možné ich opakovať znova a znova.

Ak sa však dosiahne veľmi vysoká teplota, môže dôjsť k nezvratnej degradácii, pretože Molekulárne vibrácie medzi monomérmi látky sú také prudké, že môžu prerušiť ich väzby kovalentný.

Tieto materiály sa zvyčajne vyrábajú so súčasným pôsobením vysokej teploty a tlaku. Keď teplota stúpa, sila sekundárnych väzieb slabne, uľahčujúci relatívny pohyb reťazcov, ktoré tvoria polymér.

Väčšina lineárnych polymérov a polymérov s rozvetvenými štruktúrami s pružnými reťazami sú termoplasty, ktoré sú mäkké a tvárne.

2. Termosetové polyméry

Termosetové polyméry sú tie, ktoré zostávajú tvrdé bez ohľadu na to, akú teplotu na ne pôsobia.

Keď začnú byť vystavené teplu, dôjde k kovalentnému zosieťovaniu medzi súvislými molekulárnymi reťazcami. Z tohto dôvodu sú pohyby medzi polymérnymi monomérmi obmedzené, čo zabraňuje ich vibráciám a rotácii. Ak je však teplota príliš vysoká, dôjde k prerušeniu sieťovania a k degradácii polyméru.

Termosetové polyméry sú v porovnaní s termoplastmi všeobecne tvrdšie. Niektoré príklady polymérov tohto typu sú v epoxidových, vulkanizovaných gumách a fenolických polyesterových živiciach.

Ako sa syntetizujú elastické materiály?

Elastické materiály sú vyrobené z elastomérov, ktoré sú zvyčajne termoplastické polyméry, čo im dáva ich hlavné vlastnosti: ľahká, ale nie trvalá pružnosť a deformácia.

Existuje veľa látok, ktoré umožňujú výrobu elastického materiálu. Niektoré z polymérov, ktoré sa používajú na syntézu elastických látok, sú: polyol-polyester, polyizokyanát, kopolyméry etylénu a propylénu, polyizobutylénu, polysulfidov a polysiloxánu, to stačí povedať veľa.

Keď sa tieto látky zmiešajú, reagujú navzájom rôznymi polymerizačnými mechanizmami., medzi ktoré patrí kondenzácia, pridanie alebo cesta voľných radikálov.

Molekulárne charakteristiky elastomérov

Aby kombinácia určitých polymérov nakoniec vytvorila elastomér alebo elastický materiál, je to nevyhnutné ich kombinácia vytvára určitý druh synergie, ktorej výsledkom je niečo väčšie ako jednoduchý súčet jej častí.

Prvou požiadavkou je, aby mali asymetrické štruktúry a preto sú čo najviac odlišné. Ich štruktúry na molekulárnej úrovni musia byť lineárne a flexibilné, čo umožňuje, ako sme už uviedli termoplastické polyméry, že reťazce molekúl môžu vibrovať bez porušenia väzieb.

Druhou požiadavkou je že polymér nie je veľmi polárny, to znamená, že nemá príliš veľa náboja jedného alebo druhého znamienkaPretože ak je to tak, intermolekulárne interakcie budú silnejšie a dôjde k väčšej tuhosti kvôli príťažlivosti (ako u pozitívneho magnetu s negatívnym).

Treťou požiadavkou je, aby tieto polyméry boli pružné, ktoré pripúšťajú určitú deformáciu, keď na ne pôsobí určitý druh sily. Ak tieto polyméry spĺňajú tieto tri požiadavky, vytvorí sa dokonalá situácia pre syntézu elastoméru.

• Mohlo by vás zaujímať: „9 všeobecných vlastností hmoty"

Syntéza elastomérov

Polyméry, ktorých výsledkom je elastomér, musia byť podrobené sérii fyzikálnych a chemických procesov.

1. Zosieťovanie

V tomto procese je dosiahnuté, že molekulárne reťazce sú navzájom spojené pomocou mostov, ktoré sú schopné vytvárať dve alebo viac silných kovalentných väzieb.

Tieto molekulárne mostíky umožňujú, aby sa elastomér valil na seba, keď je v pokojovom alebo statickom režime, zatiaľ čo pri určitom druhu naťahovania by mohol byť vďaka pružnosti týchto článkov v elastickom režime.

2. Vulkanizácia

Aj keď je to proces, ktorý by sa našiel v rámci kríženia, je zaujímavé spomenúť podrobnejšie vysvetlenie osobitne.

Vulkanizácia je jedným z najznámejších spôsobov získavania elastomérov. V tomto procese polymérne reťazce sú navzájom spojené sírovými mostíkmi (S-S-S ...).

3. Po získaní elastoméru

Keď už boli elastoméry syntetizované, ďalšie kroky pozostávajú z ich podrobenia rôznym úpravám, aby im poskytli určité vlastnosti.

Každý materiál bude použitý na iný účel, preto dostane aj rôzne ošetrenia, medzi ktorými možno nájsť kúrenie, tvarovanie alebo iné druhy fyzikálneho vytvrdzovania, to znamená dávať im tvar.

V tejto fáze procesu sa pridávajú pigmenty na zafarbenie výsledného elastického predmetu, navyše s pridaním ďalších chemikálií, ktoré zabezpečia jeho pružnosť. V tejto fáze sa tiež hodnotia tri základné aspekty, aby sa zabezpečilo, že: elastický materiál je kvalitný: Youngov modul, teplota skleného prechodu (Tg) a limit pružnosť.

Youngov modul je index, ktorý označuje, ako sa elastický materiál správa podľa smeru, v ktorom pôsobí sila.

Tg je teplota, pri ktorej v sklovitých materiáloch dochádza k termodynamickej pseudotransformácii. Polymér pri tejto teplote znižuje svoju hustotu, tuhosť a tvrdosť. Je to vidieť na skle a amorfných anorganických materiáloch.

Medza klzu sa vzťahuje na maximálne napätie že elastický materiál unesie bez toho, aby sa nenávratne zdeformoval.

Po kontrole týchto indexov a zistení, že je elastomér funkčný, sa to zvyčajne nazýva guma všetkých druhov: silikón, nitril, uretán, butadién-styrén ...

Niektoré pružné materiály

Ďalej si pozrieme niektoré elastické materiály a to, z čoho sú vyrobené.

1. Polyester

Polyester je vyrobené vlákno, ktoré sa skladá z ľubovoľného polyméru syntetického pôvodu s dlhým reťazcom. V tomto polyméri asi 85% zlúčeniny tvorí ester kyseliny tereflovej.

2. Nylon

Nylon je umelý polymér patriaci do skupiny polyamidov. Je generovaný polykondenzáciou kyseliny, ako je diamín. Najznámejší je PA6.6.

3. Lycra

Lycra je syntetické vlákno známe ako veľmi elastická a odolná látka. Je to uretán-močovinový kopolymér, ktorý je tvorený asi 95% segmentovaných polyuretánov. Pri jeho spracovaní sa zmieša veľké množstvo rôznych surovín, ako napríklad prepolyméry, ktoré tvoria hlavnú štruktúru tohto vlákna.

Bibliografické odkazy.

• Nenávidia G. (1986) Úvod do syntézy elastomérov. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA