วัสดุยืดหยุ่นสังเคราะห์ได้อย่างไร? สรุปกระบวนการ

วัสดุยืดหยุ่นเป็นสิ่งที่มีอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา มีครบทุกอย่าง เช่น ยางยืด มัดกระเป๋า กำไลยาง ลูกโป่ง ยาง ...

แล้ว เรามาดูวิธีการสังเคราะห์วัสดุยืดหยุ่นกันโดยอธิบายว่าส่วนประกอบคืออะไร โพลีเมอร์ นอกเหนือจากการระบุคุณสมบัติของโมเลกุลและดัชนีบางอย่างที่นำมาพิจารณาในอุตสาหกรรม

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ปฏิกิริยาเคมี 11 ชนิด"

โพลีเมอร์ยืดหยุ่นคืออะไร?

วัสดุยืดหยุ่นที่เรียกว่าโพลีเมอร์ยืดหยุ่นคือสิ่งที่ are บิดงอได้โดยใช้แรงขณะใช้งาน. ทันทีที่วัตถุยืดหยุ่นไม่อยู่ภายใต้แรงนี้อีกต่อไป วัตถุจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม มิฉะนั้น หากวัสดุมีการเปลี่ยนรูปถาวร เราจะไม่พูดถึงสิ่งที่ยืดหยุ่น แต่พูดถึงวัสดุพลาสติก

มนุษย์รู้จักวัสดุยืดหยุ่นได้ตั้งแต่สมัยโบราณ เนื่องจากมีอยู่ในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าพอลิเมอร์จะมีอยู่ตามธรรมชาติในวัตถุอย่างเช่น ยาง มนุษย์ได้เห็นความจำเป็นในการสร้างบางส่วนของพวกเขาสังเคราะห์นั่นคือในห้องปฏิบัติการ.

ตัวอย่างวัสดุยืดหยุ่นบางส่วน นอกจากที่กล่าวมาแล้ว เรามีแถบยางยืดสำหรับปิดถุงอาหาร ลูกโป่ง กำไลยาง น้ำยาง ...

โพลีเมอร์คืออะไร?

โพลีเมอร์คือ โมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากการรวมตัวของพันธะโควาเลนต์ของหน่วยง่าย ๆ หนึ่งหน่วยขึ้นไป

ซึ่งจะเป็นโมโนเมอร์ โดยปกติโมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้เป็นอินทรีย์ กล่าวคือ มีอะตอมของคาร์บอนอยู่ในโครงสร้าง โซ่เหล่านี้มักจะยาวและเชื่อมโยงกันด้วยแรง Van der Waals พันธะไฮโดรเจน และปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ

วิธีหนึ่งในการจำแนกโพลีเมอร์ขึ้นอยู่กับการตอบสนองทางกลต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น นั่นคือเหตุผลที่พอลิเมอร์มีสองประเภท

1. เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์

เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ อ่อนตัวเมื่ออยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงแม้กระทั่งการละลาย เมื่ออุณหภูมิต่ำจะแข็งตัว กระบวนการเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์และสามารถทำซ้ำได้ครั้งแล้วครั้งเล่า

อย่างไรก็ตาม หากถึงอุณหภูมิที่สูงมาก อาจเกิดการเสื่อมสภาพที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจาก การสั่นสะเทือนระดับโมเลกุลระหว่างโมโนเมอร์ของสารมีความรุนแรงมากจนสามารถทำลายพันธะได้ โควาเลนต์

โดยปกติวัสดุเหล่านี้ผลิตขึ้นโดยใช้อุณหภูมิและความดันสูงพร้อมกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของพันธะทุติยภูมิจะลดลงอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโซ่ที่ประกอบเป็นพอลิเมอร์

โพลีเมอร์เชิงเส้นส่วนใหญ่และที่มีโครงสร้างแตกแขนงซึ่งมีสายโซ่ยืดหยุ่นได้คือเทอร์โมพลาสติกซึ่งมีลักษณะอ่อนและเหนียว

2. โพลิเมอร์เทอร์โมเซต

เทอร์โมเซ็ตโพลีเมอร์คือ ที่ยังคงแข็งโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิที่ใช้กับพวกเขา.

เมื่อพวกมันเริ่มถูกความร้อน การเชื่อมขวางของโควาเลนต์จะเกิดขึ้นระหว่างสายโมเลกุลที่อยู่ติดกัน ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนที่ระหว่างโมโนเมอร์ของพอลิเมอร์จึงมีจำกัด จึงป้องกันการสั่นสะเทือนและการหมุนของพวกมัน อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิสูงเกินไป การเชื่อมขวางจะขาดและเกิดการเสื่อมสภาพของโพลีเมอร์

เทอร์โมเซ็ตโพลีเมอร์โดยทั่วไปจะยากกว่าเทอร์โมพลาสติก ตัวอย่างบางส่วนของโพลีเมอร์ประเภทนี้ ได้แก่ อีพอกซี ยางวัลคาไนซ์ และเรซินโพลีเอสเตอร์ฟีนอล

วัสดุยืดหยุ่นสังเคราะห์ได้อย่างไร?

วัสดุยืดหยุ่นทำจากอีลาสโตเมอร์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ ซึ่งมีคุณสมบัติหลักดังนี้ ยืดหยุ่นและเปลี่ยนรูปได้ง่ายแต่ไม่ถาวร.

มีสารหลายอย่างที่ทำให้สามารถผลิตวัสดุยืดหยุ่นได้ โพลีเมอร์บางชนิดที่ใช้ในการสังเคราะห์อีลาสติก ได้แก่ โพลิออล-โพลีเอสเตอร์, พอลิไอโซไซยาเนต, โคพอลิเมอร์ของเอทิลีนและโพรพิลีน พอลิไอโซบิวทิลีน พอลิซัลไฟด์ และพอลิไซล็อกเซน มากมาย

เมื่อสารเหล่านี้ผสมกัน พวกมันจะทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันผ่านกลไกการเกิดพอลิเมอไรเซชันที่แตกต่างกันซึ่งรวมถึงการควบแน่น การเติม หรือวิถีทางอนุมูลอิสระ

ลักษณะทางโมเลกุลของอีลาสโตเมอร์

สำหรับการรวมกันของพอลิเมอร์บางชนิดเพื่อสร้างอีลาสโตเมอร์หรือวัสดุยืดหยุ่นได้ในที่สุด จำเป็นที่ การรวมกันของพวกมันทำให้เกิดการทำงานร่วมกันทำให้เกิดบางสิ่งที่มากกว่าผลรวมอย่างง่ายของชิ้นส่วน

ข้อกำหนดแรกคือต้องมีโครงสร้างไม่สมมาตร a และดังนั้นจึงมีความแตกต่างกันมากที่สุด โครงสร้างของมันในระดับโมเลกุลจะต้องเป็นเส้นตรงและยืดหยุ่นได้ตามที่เราได้กล่าวไปแล้ว เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ที่สายโซ่ของโมเลกุลสามารถสั่นสะเทือนได้โดยไม่ทำลายพันธะ

เป็นข้อกำหนดที่สองคือ ว่าพอลิเมอร์ไม่มีขั้วมาก กล่าวคือ ไม่มีประจุอย่างใดอย่างหนึ่งมากเกินไป tooเนื่องจากหากเป็นกรณีนี้ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะแข็งแกร่งขึ้นและจะมีความแข็งแกร่งมากขึ้นเนื่องจากการดึงดูด (เช่นเดียวกับแม่เหล็กบวกกับแม่เหล็กลบ)

ข้อกำหนดที่สามคือโพลีเมอร์เหล่านี้มีความยืดหยุ่นที่ยอมรับการเสียรูปบางอย่างเมื่อใช้แรงบางประเภทกับพวกมัน หากโพลีเมอร์เหล่านี้ตรงตามข้อกำหนดทั้งสามนี้ สถานการณ์ที่สมบูรณ์แบบจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์

• คุณอาจสนใจ: "คุณสมบัติทั่วไป 9 ประการของสสาร"

การสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์

โพลีเมอร์ที่จะทำให้เกิดอีลาสโตเมอร์ต้องอยู่ภายใต้กระบวนการทางกายภาพและทางเคมีหลายชุด

1. การเชื่อมขวาง

ในกระบวนการนี้ สำเร็จแล้วที่สายโซ่โมเลกุลถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้สะพานซึ่งสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงได้ตั้งแต่สองพันธะขึ้นไป

สะพานโมเลกุลเหล่านี้ยอมให้อีลาสโตเมอร์หมุนตัวเมื่ออยู่ในโหมดพักหรือนิ่ง ในขณะที่เมื่ออยู่ภายใต้การยืดบางประเภท มันอาจอยู่ในโหมดยืดหยุ่นด้วยความยืดหยุ่นของข้อต่อเหล่านี้

2. วัลคาไนซ์

แม้ว่าจะเป็นกระบวนการที่จะพบได้ในครอสโอเวอร์ แต่ก็น่าสนใจที่จะกล่าวถึงคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมแยกกัน

วัลคาไนเซชันเป็นหนึ่งในกระบวนการที่รู้จักกันดีที่สุดในการได้มาซึ่งอีลาสโตเมอร์ ในกระบวนการนี้ โซ่โพลีเมอร์เชื่อมต่อกันด้วยสะพานกำมะถัน (S-S-S... ).

3. หลังจากได้รับอีลาสโตเมอร์

เมื่ออีลาสโตเมอร์ถูกสังเคราะห์แล้ว ขั้นตอนต่อไปประกอบด้วยการนำอิลาสโตเมอร์ไปบำบัดที่แตกต่างกันเพื่อให้มีลักษณะเฉพาะ

วัสดุแต่ละชนิดจะถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน จึงจะได้รับการบำบัดต่างๆ เช่นกันซึ่งสามารถพบได้โดยการให้ความร้อน การขึ้นรูป หรือการบ่มทางกายภาพประเภทอื่นๆ กล่าวคือ ทำให้พวกมันมีรูปร่าง

อยู่ในขั้นตอนของการเติมเม็ดสี where เพื่อให้สีแก่วัตถุที่ยืดหยุ่นได้ นอกเหนือไปจากการรวมสารเคมีอื่นๆ ที่จะรับประกันความยืดหยุ่นของวัตถุ นอกจากนี้ยังอยู่ในขั้นตอนนี้ที่มีการประเมินด้านพื้นฐานสามประการเพื่อให้แน่ใจว่า วัสดุยืดหยุ่นมีคุณภาพ: โมดูลัสของ Young อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) และขีดจำกัดของ ความยืดหยุ่น

โมดูลัสของ Young เป็นดัชนีที่บ่งชี้ว่าวัสดุยืดหยุ่นมีพฤติกรรมอย่างไรตามทิศทางของแรงที่กระทำ

Tg คืออุณหภูมิที่เกิดการเปลี่ยนแปลงเทียมเชิงอุณหพลศาสตร์ในวัสดุที่เป็นแก้ว. พอลิเมอร์ลดความหนาแน่น ความแข็ง และความแข็งที่อุณหภูมินั้น สามารถเห็นได้ในแก้วและวัสดุอนินทรีย์อนินทรีย์

จุดครากหมายถึงความเค้นสูงสุด ที่วัสดุยืดหยุ่นสามารถรองรับได้โดยไม่เสียรูปอย่างถาวร

เมื่อตรวจสอบดัชนีเหล่านี้แล้วพบว่าอีลาสโตเมอร์ทำงานได้ ปกติจะเรียกว่ายางทุกชนิด ได้แก่ ซิลิโคน ไนไตรล์ ยูรีเทน บิวทาไดอีน-สไตรีน ...

วัสดุยืดหยุ่นบางชนิด

ต่อไปเราจะมาดูวัสดุยืดหยุ่นและสิ่งที่พวกเขาทำมาจาก

1. โพลีเอสเตอร์

โพลีเอสเตอร์เป็นเส้นใยที่ผลิตขึ้นและประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่มีแหล่งกำเนิดสังเคราะห์ที่มีสายยาว ในโพลีเมอร์นี้ ประมาณ 85% ของสารประกอบคือ กรดเทเรฟลาลิก เอสเทอร์.

2. ไนลอน

ไนลอนเป็นโพลีเมอร์เทียมที่อยู่ในกลุ่มโพลีเอไมด์ เกิดจากการควบแน่นของกรด เช่น ไดอะมีน ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ PA6.6

3. ไลคร่า

ไลคร่าเป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่รู้จักกันว่าเป็นสารที่ยืดหยุ่นและทนทานสูง เป็นโคพอลิเมอร์ยูรีเทน-ยูเรียซึ่งประกอบด้วยพอลิยูรีเทนแบ่งส่วนประมาณ 95%. ในการอธิบายอย่างละเอียดถี่ถ้วน มีการผสมวัตถุดิบที่หลากหลาย เช่น พรีพอลิเมอร์ ซึ่งเป็นโครงสร้างหลักของเส้นใยนี้

การอ้างอิงบรรณานุกรม

• เกลียดจี (1986) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์ ใน: Lal J., Mark J.E. (eds) ความก้าวหน้าในอีลาสโตเมอร์และความยืดหยุ่นของยาง สปริงเกอร์, บอสตัน, แมสซาชูเซตส์