Hvordan syntetiseres et elastisk materiale?



At syntetisere a elastisk materiale, For det første skal man have viden om, hvilken type polymerer de udgør da ellers udarbejdelsen af ​​en plast eller en fiber ville blive formuleret. Ved at kende dette er polymererne, der bør overvejes, de navngivne elastomerer.

Derefter udgør elastomerne de elastiske materialer; Men hvad er de? Hvordan er de forskellige fra andre polymerer? Hvordan man ved, om det syntetiserede materiale virkelig har elastiske egenskaber?

Et af de enkleste eksempler på et elastisk materiale findes i elastikbåndene (eller strømpebåndene), der knytter aviser, blomster eller en vifte af regninger. Hvis de strækkes, vil det blive observeret, at de deformeres langsgående og derefter vender tilbage til deres oprindelige form.

Men hvis materialet permanent deformeres, så er det ikke elastisk, men plastik. Der er flere fysiske parametre, der giver dig mulighed for at diskriminere mellem disse materialer, såsom din Youngs modul, din elasticitetsgrænse og glasovergangstemperaturen (Tg)..

Udover disse fysiske kvaliteter skal kemisk elastiske materialer også opfylde visse molekylære kriterier for at opføre sig som sådan.

Herfra opstår en bred vifte af muligheder, blandinger og syntetiske stoffer, der udsættes for et utal af variabler; alt dette for at konvergere på den "simple" karakteristik af elasticitet.

indeks

  • 1 Råmateriale
    • 1.1 Molekylære egenskaber
  • 2 Syntese af elastomerer
    • 2.1 Vulkanisering
    • 2.2 Yderligere fysiske og kemiske behandlinger
  • 3 Syntese af elastiske bånd
  • 4 referencer

Råmateriale

Som nævnt i begyndelsen er de elastiske materialer lavet af elastomerer. Sidstnævnte kræver i sin tur andre mindre polymerer eller "molekylære dele"; det vil sige, elastomererne fortjener også deres egne synteser fra præpolymerer.

Hver sag kræver en grundig undersøgelse af procesvariablerne, betingelserne og hvorfor med disse polymerer resulterer den resulterende elastomer "værker" og derfor det elastiske materiale.

Uden at gå i detaljer, har vi en række polymerer anvendt til dette formål:

-polyisocyanat

-Polyol polyester

-Ethylen- og propylencopolymerer (dvs. blandinger af polyethylener og polypropylener)

-polyisobutylen

-polysulfider

-polysiloxan

Ud over mange andre. Disse reagerer med hinanden gennem forskellige polymerisationsmekanismer, herunder: kondensation, tilsætning eller via frie radikaler.

Derfor indebærer hver syntese behovet for at mestre reaktionens kinetik for at sikre de optimale betingelser for dens udvikling. Ligeledes kommer stedet, hvor syntesen vil blive lavet, til spil; det vil sige reaktoren, dens type og procesvariablerne.

Molekylære egenskaber

Hvad har alle de polymerer, der anvendes til syntese af elastomerer, til fælles? Egenskaberne ved den første vil skabe synergi (hele er større end summen af ​​dens dele) med den anden.

Til at begynde med skal de have asymmetriske strukturer og derfor være så heterogene som muligt. Deres molekylære strukturer skal nødvendigvis være lineære og fleksible; det vil sige, at rotation af enkeltbindingerne ikke bør forårsage steriske afstødninger mellem substituentgrupperne.

Polymeren bør heller ikke være meget polær, da ellers vil dets intermolekylære interaktioner være stærkere og vise større stivhed.

Derfor skal polymererne have: asymmetriske, ikke-polære og fleksible enheder. Hvis de har alle disse molekylære egenskaber, repræsenterer de et potentielt udgangspunkt for opnåelse af en elastomer.

Syntese af elastomerer

Efter at have valgt råmaterialet og alle procesvariablerne fortsætter vi med syntesen af ​​elastomerne. Efter syntetisering, og efter en efterfølgende række fysiske og kemiske behandlinger, skabes det elastiske materiale.

Men hvilke transformationer skal de udvalgte polymerer gennemgå for at blive elastomerer?

De skal gennemgå tværbinding eller hærdning (tværbinding, på engelsk) det vil sige, deres polymerkæder vil blive forbundet med hinanden ved hjælp af molekylære broer, der kommer fra bi eller polyfunktionelle molekyler eller polymerer (i stand til at danne to eller flere stærke kovalente bindinger). Billedet nedenfor opsummerer ovenstående sagt:

De lilla linjer repræsenterer polymerkæderne eller de "stivere" blokke af elastomererne; mens de sorte linjer er den mest fleksible del. Hver lilla linje kan bestå af en anden polymer, mere fleksibel eller stiv end den foregående eller fortsætter.

Hvilken funktion opfylder disse molekylære broer? Det at lade elastomeren rulles på sig selv (statisk tilstand), kan indsættes under et stræktryk (elastisk tilstand) takket være fleksibiliteten af ​​dens forbindelser.

Den magiske forår (Slinky, for eksempel Toystory) opfører sig lidt som elastomerer gør.

vulkanisering

Blandt alle tværbindingsprocesser er vulkanisering en af ​​de mest kendte. Her er polymerkæderne forbundet med broer af svovl (S-S-S ...).

Tilbage til billedet ovenfor ville broerne ikke længere være sorte, men gule. Denne proces er afgørende for fremstilling af dæk.

Yderligere fysiske og kemiske behandlinger

Syntetiserede elastomerer, de næste trin består i at behandle det resulterende materiale for at give dem deres unikke egenskaber. Hvert materiale har sin egen behandling, blandt andet opvarmning, støbning eller slibning eller anden fysisk "hærdet".

I disse trin tilsættes pigmenter og andre kemikalier, der sikrer deres elasticitet. Også deres Youngs modul, deres Tg og deres elasticitetsgrænse vurderes som kvalitetsanalyse (ud over andre variabler).

Her er udtrykket elastomer begravet af ordet 'gummi'; siliconegummi, nitril, naturligt, urethaner, butadienstyren etc. Gummierne er synonymt med elastisk materiale.

Syntese af elastikbånd

Til slut vil der blive givet en kort beskrivelse af synteseprocessen af ​​elastikbåndene.

Kilden til polymerer til syntese af deres elastomerer opnås ud fra naturlig latex, specifikt fra Hevea brasiliensis-træet. Dette er en mælkeagtig og harpiksholdig substans, der underkastes oprensning og derefter blandes med eddikesyre og formaldehyd.

Fra denne blanding opnås en plade, hvorfra vand ekstraheres ved at klemme det og give det en blokform. Disse blokke skæres i mindre stykker i en blander, hvor de opvarmes, og pigmenterne og svovlet tilsættes til vulkanisering.

Derefter skæres de og ekstruderes for at opnå hule stænger, indenfor hvilke de vil optage en stang af aluminium med talkum som støtte.

Og til sidst opvarmes stængerne og fjernes fra deres aluminiumstøtte, for at være en sidste gang presset af en rulle, før de skæres; hver domstol genererer en liga, og utallige nedskæringer genererer tonsvis af dem.

referencer

  1. Wikipedia. (2018). Elasticitet (fysik). Hentet fra: en.wikipedia.org
  2. Odian G. (1986) Introduktion til syntese af elastomerer. I: Lal J., Mark J.E. (eds) Fremskridt i elastomer og gummielasticitet. Springer, Boston, MA
  3. Soft robotics værktøjssæt. (N.D.). Elastomerer. Hentet fra: softroboticstoolkit.com
  4. Kapitel 16, 17, 18-Plast, Fibre, Elastomerer. [PDF]. Hentet fra: fab.cba.mit.edu
  5. Elastomer syntese. [PDF]. Hentet fra: gozips.uakron.edu
  6. Advameg, Inc. (2018). Gummi Band Hentet fra: madehow.com.