Hur syntetiseras ett elastiskt material? Processöversikt

Elastiska material är något som finns i vårt dagliga liv. Det finns dem för allt, som elastiska band för att binda påsar, gummiarmband, ballonger, däck ...

Sedan låt oss se hur ett elastiskt material syntetiseras, förklara vad dess komponenter är, polymerer, förutom att indikera deras molekylära egenskaper och några index som beaktas i branschen.

• Relaterad artikel: "De 11 typerna av kemiska reaktioner"

Vad är elastiska polymerer?

Elastiska material, så kallade elastiska polymerer, är de som kan deformeras genom att applicera en kraft medan den appliceras. Så snart det elastiska föremålet inte längre utsätts för denna kraft kommer det att återgå till sin ursprungliga form. Annars, om materialet är permanent deformerat, skulle vi inte tala om något elastiskt utan om ett plastmaterial.

Elastiska material har varit kända för människor sedan urminnes tider, eftersom de finns i naturen. Men även om polymerer är naturligt närvarande i föremål som gummi, människan har sett behovet av att skapa några av dem syntetiskt, det vill säga i laboratoriet.

Några exempel på elastiska material, förutom det som redan nämnts, har vi elastiska band för att stänga matpåsar, ballonger, gummiarmband, latex ...

Vad är polymerer?

Polymerer är makromolekyler bildade genom förening av kovalenta bindningar av en eller flera av de enkla enheterna, vilket skulle vara monomererna. Normalt är dessa makromolekyler organiska, det vill säga de innehåller kolatomer i sin struktur. Dessa kedjor är vanligtvis långa och är kopplade av Van der Waals-krafter, vätebindningar och hydrofoba interaktioner.

Ett sätt att klassificera polymerer är baserat på deras mekaniska svar på förhöjda temperaturer. Det är därför det finns två typer av polymerer.

1. Termoplastiska polymerer

Termoplastiska polymerer mjuknar vid höga temperaturer, till och med att smälta. När temperaturen är låg härdar de. Dessa processer är helt reversibla och kan upprepas om och om igen.

Om en mycket hög temperatur uppnås kan emellertid irreversibel nedbrytning uppstå, eftersom Molekylära vibrationer mellan ämnets monomerer är så våldsamma att de kan bryta sina band kovalent.

Dessa material tillverkas normalt med samtidig applicering av hög temperatur och tryck. När temperaturen ökar försvagas styrkan hos sekundärbindningarna, underlättar den relativa rörelsen för kedjorna som utgör polymeren.

De flesta linjära polymerer och de med grenade strukturer, med flexibla kedjor, är termoplastiska, som är mjuka och duktila.

2. Värmehärdade polymerer

Värmehärdade polymerer är de som förblir hårda oavsett hur mycket temperatur som appliceras på dem.

När de börjar utsättas för värme sker kovalenta tvärbindningar mellan de angränsande molekylära kedjorna. På grund av detta är rörelserna mellan polymermonomererna begränsade, vilket förhindrar deras vibrationer och rotation. Men om temperaturen är för hög bryts tvärbindningarna och polymernedbrytning sker.

Värmehärdade polymerer är i allmänhet hårdare jämfört med termoplaster. Några exempel på polymerer av denna typ är epoxi, vulkaniserat gummi och fenolpolyesterhartser.

Hur syntetiseras elastiska material?

Elastiska material är gjorda av elastomerer, som i allmänhet är termoplastiska polymerer, vilket ger dem deras huvudsakliga egenskaper: lätt men inte permanent elasticitet och deformation.

Det finns många ämnen som gör det möjligt att göra ett elastiskt material. Några av polymererna som används för att syntetisera elastiska material är: polyol-polyester, polyisocyanat, sampolymerer av eten och propen, polyisobuten, polysulfider och polysiloxan, för att bara säga några många.

När dessa ämnen blandas reagerar de med varandra genom olika polymerisationsmekanismer., bland vilka är kondens, tillsatsen eller fria radikaler.

Molekylära egenskaper hos elastomerer

För att kombinationen av vissa polymerer slutligen genererar en elastomer eller elastiskt material är det nödvändigt att kombinationen av dem ger någon form av synergi, vilket resulterar i något större än den enkla summan av dess delar.

Det första kravet är att de har asymmetriska strukturer och därför att de är så olika som möjligt. Deras strukturer på molekylär nivå måste vara linjära och flexibla, så som vi redan nämnde med termoplastiska polymerer, att molekylkedjorna kan vibrera utan att bryta bindningar.

Som ett andra krav är att polymeren inte är särskilt polär, det vill säga att den inte har för mycket laddning av det ena eller det andra tecknetEftersom detta är fallet kommer de intermolekylära interaktionerna att bli starkare och det kommer att bli mer styv på grund av attraktionen (som med en positiv magnet med en negativ).

Det tredje kravet är att dessa polymerer är flexibla, som medger viss deformation när någon typ av kraft appliceras på dem. Om dessa polymerer uppfyller dessa tre krav kommer den perfekta situationen att genereras för syntes av en elastomer.

• Du kanske är intresserad: "De 9 allmänna egenskaperna hos materia"

Syntes av elastomerer

Polymererna som kommer att resultera i en elastomer måste utsättas för en serie fysikaliska och kemiska processer.

1. Tvärbindning

I denna process det uppnås att de molekylära kedjorna förenas med varandra med hjälp av broar, som kan bilda två eller flera starka kovalenta bindningar.

Dessa molekylära broar gör att elastomeren kan rulla på sig själv när den är i viloläge eller statiskt läge, medan den utsätts för någon typ av sträckning, kan den vara i elastiskt läge tack vare flexibiliteten hos dessa länkar.

2. Vulkanisering

Även om det är en process som kan hittas i crossovers, är det intressant att nämna en mer detaljerad förklaring separat.

Vulkanisering är en av de mest kända processerna för att erhålla elastomerer. I denna process polymera kedjor är sammankopplade med svavelbryggor (S-S-S ...).

3. Efter att ha erhållit elastomeren

När elastomererna redan har syntetiserats består nästa steg av att utsätta dem för olika behandlingar för att ge dem vissa egenskaper.

Varje material kommer att användas för olika syften, det är därför det också kommer att få olika behandlingar, bland vilka man kan hitta värme, gjutning eller andra typer av fysisk härdning, det vill säga ge dem form.

Det är i denna fas av processen där pigment tillsätts att ge färg till det resulterande elastiska föremålet, förutom att inkorporera andra kemikalier som säkerställer dess elasticitet. Det är också i detta skede som tre grundläggande aspekter utvärderas för att säkerställa att elastiskt material är av kvalitet: Youngs modul, glasövergångstemperatur (Tg) och gräns för elasticitet.

Youngs modul är ett index som indikerar hur ett elastiskt material beter sig enligt riktningen i vilken en kraft appliceras.

Tg är den temperatur vid vilken en termodynamisk pseudotransformation sker i glasiga material. Polymeren minskar densiteten, styvheten och hårdheten vid den temperaturen. Detta kan ses i glas och amorfa oorganiska material.

Sträckgränsen avser maximal belastning att ett elastiskt material kan stödja utan att bli irreversibelt deformerat.

Efter att ha kontrollerat dessa index och sett att elastomeren är funktionell, är det när det vanligtvis kallas gummi av alla slag: silikon, nitril, uretan, butadien-styren ...

Några stretchiga material

Därefter kommer vi att se några elastiska material och vad de är gjorda av.

1. Polyester

Polyester är en tillverkad fiber och består av alla polymerer av syntetiskt ursprung som är långkedjiga. I denna polymer cirka 85% av föreningen är en tereflalsyraester.

2. Nylon

Nylon är en konstgjord polymer som tillhör gruppen polyamider. Det genereras genom polykondensation av en syra såsom en diamin. Den mest kända är PA6.6.

3. Lykra

Lycra är en syntetisk fiber som är känd för att vara en mycket elastisk och resistent substans. Det är en uretan-urea-sampolymer, som består av cirka 95% segmenterade polyuretaner. Vid utarbetandet blandas en mängd olika råvaror, såsom prepolymerer, som utgör denna fibers huvudstruktur.

Bibliografiska referenser.

• Hat G. (1986) Introduktion till syntes av elastomerer. I: Lal J., Mark J.E. (red.) Framsteg inom elastomerer och gummielasticitet. Springer, Boston, MA