Як синтезується еластичний матеріал? Підсумок процесу

Еластичні матеріали - це те, що присутнє в нашому повсякденному житті. Вони є на все, наприклад, на резинки для зав'язування мішків, гумові браслети, повітряні кулі, шини ...

Тоді давайте подивимось, як синтезується еластичний матеріал, пояснюючи, якими є його компоненти, полімери, окрім вказівки на їх молекулярні властивості та деяких показників, які враховуються в галузі.

• Пов’язана стаття: "11 типів хімічних реакцій"

Що таке еластичні полімери?

Еластичними матеріалами, відомими як еластичні полімери, є ті, які може деформуватися, застосовуючи зусилля під час його прикладання. Як тільки пружний предмет більше не піддається цій силі, він повернеться до своєї первісної форми. В іншому випадку, якщо матеріал постійно деформується, ми говоримо не про щось еластичне, а про пластичний матеріал.

Еластичні матеріали відомі людині з незапам’ятних часів, оскільки вони існують у природі. Однак, незважаючи на те, що полімери природно присутні в таких предметах, як гума, людина бачила необхідність створювати деякі з них синтетичним шляхом, тобто в лабораторії.

Деякі приклади еластичних матеріалів, крім вже згаданого, мають гумки для закриття мішків з їжею, повітряних куль, гумових браслетів, латексу ...

Що таке полімери?

Полімери є макромолекули, утворені об'єднанням ковалентних зв'язків однієї або декількох простих одиниць, які були б мономерами. Зазвичай ці макромолекули є органічними, тобто містять у своїй структурі атоми вуглецю. Ці ланцюги, як правило, довгі і пов’язані між собою силами Ван-дер-Ваальса, водневими зв’язками та гідрофобними взаємодіями.

Один із способів класифікації полімерів заснований на їх механічній реакції на підвищені температури. Ось чому існує два типи полімерів.

1. Термопластичні полімери

Термопластичні полімери пом’якшувати при дії високих температур, навіть отримуючи плавлення. При низькій температурі вони тверднуть. Ці процеси є повністю оборотними і можуть повторюватися знову і знову.

Однак, якщо досягається дуже висока температура, може відбутися незворотна деградація, оскільки Молекулярні коливання між мономерами речовини настільки сильні, що можуть розірвати свої зв’язки ковалентний.

Ці матеріали зазвичай виготовляються з одночасним застосуванням високих температур і тиску. При підвищенні температури міцність вторинних зв’язків слабшає, полегшуючи відносне переміщення ланцюгів, з яких складається полімер.

Більшість лінійних полімерів та тих, що мають розгалужену структуру, з гнучкими ланцюгами, - це термопласти, які є м’якими та пластичними.

2. Термореактивні полімери

Термореактивні полімери є ті, які залишаються твердими незалежно від того, яка температура до них застосовується.

Коли вони починають піддаватися нагріванню, між суміжними молекулярними ланцюгами виникають ковалентні зшивки. Через це рухи між мономерами полімеру обмежені, що запобігає їх вібрації та обертанню. Однак, якщо температура надмірно висока, поперечні зв’язки порушуються і відбувається деградація полімеру.

Термореактивні полімери, як правило, твердіші порівняно з термопластиками. Деякі приклади полімерів цього типу - епоксидна, вулканізована гума та фенольні поліефірні смоли.

Як синтезуються еластичні матеріали?

Еластичні матеріали виготовляються з еластомерів, які, як правило, є термопластичними полімерами, що дає їм основні характеристики: легка, але непостійна еластичність та деформація.

Існує багато речовин, завдяки яким можна зробити еластичний матеріал. Деякі з полімерів, які використовуються для синтезу гумок, це: поліол-поліефір, поліізоціанат, сополімери етилену та пропілену, поліізобутилену, полісульфідів та полісилоксану, сказати лише кілька багато.

Коли ці речовини змішуються, вони реагують між собою за допомогою різних механізмів полімеризації., серед яких є конденсація, додавання або шлях вільних радикалів.

Молекулярні характеристики еластомерів

Щоб комбінація певних полімерів в кінцевому підсумку генерувала еластомер або еластичний матеріал, необхідно, щоб їх комбінація створює якусь синергію, що призводить до чогось більшого, ніж проста сума його частин.

Перша вимога полягає в тому, щоб вони мали асиметричні структури і, отже, що вони максимально різні. Його структури на молекулярному рівні повинні бути лінійними та гнучкими, дозволяючи, як ми вже згадали термопластичні полімери, що ланцюги молекул можуть вібрувати, не розриваючи зв’язків.

Другою вимогою є що полімер не дуже полярний, тобто що він не має занадто великого заряду того чи іншого знака, оскільки в цьому випадку міжмолекулярні взаємодії будуть сильнішими, а жорсткість буде більшою за рахунок притягання (як це відбувається з позитивним магнітом з негативним).

Третя вимога полягає в тому, що ці полімери є гнучкими, які допускають певні деформації, коли до них застосовується якийсь тип сили. Якщо ці полімери відповідають цим трьом вимогам, тоді буде створено ідеальну ситуацію для синтезу еластомеру.

• Вас може зацікавити: "9 загальних властивостей речовини"

Синтез еластомерів

Полімери, в результаті яких утворюється еластомер, повинні піддаватися ряду фізичних та хімічних процесів.

1. Зшивання

У цьому процесі досягається те, що молекулярні ланцюги поєднуються між собою за допомогою мостів, які здатні утворювати два або більше міцних ковалентних зв’язків.

Ці молекулярні містки дозволяють еластомеру котитися на собі, коли він знаходиться в стані спокою або в статичному режимі, в той час як, піддаючись певному розтягуванню, воно може перебувати в еластичному режимі завдяки гнучкості цих ланок.

2. Вулканізація

Хоча це процес, який можна знайти у кросоверах, цікаво згадати більш детальне пояснення окремо.

Вулканізація - один із найвідоміших процесів виробництва еластомерів. У цьому процесі полімерні ланцюги з'єднані між собою сірчаними містками (S-S-S ...).

3. Після отримання еластомеру

Коли еластомери вже синтезовані, наступні етапи полягають у підданні їх різній обробці, щоб надати їм певні характеристики.

Кожен матеріал буде використовуватися з різною метою, тому він також буде отримувати різні процедури, серед яких можна знайти нагрівання, формування або інші види фізичного затвердіння, тобто надання їм форми.

Саме на цій фазі процесу додаються пігменти надати колір отриманому еластичному предмету, крім включення інших хімічних речовин, які забезпечать його еластичність. Також на цьому етапі оцінюються три основні аспекти, щоб переконатися, що еластичний матеріал якісний: модуль Юнга, температура склування (Tg) і межа еластичність.

Модуль Юнга - індекс, який вказує на те, як поводиться еластичний матеріал відповідно до напрямку, в якому діє сила.

Tg - це температура, при якій у склоподібних матеріалах відбувається термодинамічна псевдотрансформація. Полімер зменшує свою щільність, жорсткість і твердість при цій температурі. Це видно у склі та аморфних неорганічних матеріалах.

Межа текучості відноситься до максимального напруження що еластичний матеріал може підтримувати, не стаючи безповоротно деформованим.

Перевіривши ці показники і побачивши, що еластомер функціональний, саме тоді його зазвичай називають гумою всіх видів: силіконом, нітрилом, уретаном, бутадієн-стиролом ...

Деякі еластичні матеріали

Далі ми побачимо еластичні матеріали та те, з чого вони зроблені.

1. Поліестер

Поліестер - це виготовлене волокно, і воно складається з будь-якого полімеру синтетичного походження, який є довгим ланцюгом. У цьому полімер близько 85% сполуки - це ефір терефлалової кислоти.

2. Нейлон

Нейлон - штучний полімер, що належить до групи поліамідів. Він утворюється шляхом поліконденсації такої кислоти, як діамін. Найвідоміший - PA6.6.

3. Лайкра

Лайкра - це синтетичне волокно, відоме як дуже еластична і стійка речовина. Це уретано-сечовинний сополімер, що складається приблизно з 95% сегментованих поліуретанів. При його розробці змішується велика різноманітність сировини, таких як форполімери, які складають основну структуру цього волокна.

Бібліографічні посилання.

• Ненависть Г. (1986) Вступ до синтезу еластомерів. У: Lal J., Mark J.E. (ред) Досягнення еластомерів та еластичності гуми. Спрінгер, Бостон, Массачусетс