Jak syntetyzowany jest elastyczny materiał?



Aby zsyntetyzować a elastyczny materiał, Po pierwsze, trzeba mieć wiedzę o tym, jaki rodzaj polimerów tworzą; ponieważ w przeciwnym razie opracowywane byłoby opracowanie tworzywa sztucznego lub włókna. Wiedząc o tym, polimery, które należy rozważyć, to te, które nazwano elastomery.

Następnie elastomery tworzą elastyczne materiały; Ale czym one się różnią od innych polimerów, jak wiedzieć, czy zsyntetyzowany materiał ma właściwości sprężyste?

Jednym z najprostszych przykładów elastycznego materiału są elastyczne taśmy (lub podwiązki), które wiążą gazety, kwiaty lub zwitek banknotów. Jeśli zostaną rozciągnięte, zaobserwuje się, że odkształcają się wzdłużnie, a następnie powracają do pierwotnego kształtu.

Ale jeśli materiał jest trwale zdeformowany, to nie jest elastyczny, ale plastikowy. Istnieje kilka parametrów fizycznych, które umożliwiają rozróżnienie między tymi materiałami, takich jak moduł Younga, granica elastyczności i temperatura zeszklenia (Tg)..

Oprócz tych właściwości fizycznych, materiały sprężyste chemicznie muszą spełniać pewne kryteria molekularne, aby zachowywać się jako takie.

Z tego wynika szeroki zakres możliwości, mieszanin i syntez, poddanych niezliczonej liczbie zmiennych; wszystko po to, aby uzyskać „prostą” charakterystykę elastyczności.

Indeks

  • 1 Surowiec
    • 1.1 Charakterystyka molekularna
  • 2 Synteza elastomerów
    • 2.1 Wulkanizacja
    • 2.2 Dodatkowe zabiegi fizyczne i chemiczne
  • 3 Synteza taśm elastycznych
  • 4 odniesienia

Surowiec

Jak wspomniano na początku, elastyczne materiały są wykonane z elastomerów. Te ostatnie z kolei wymagają innych mniejszych polimerów lub „części molekularnych”; to znaczy elastomery zasługują również na własne syntezy z prepolimerów.

Każdy przypadek wymaga skrupulatnego zbadania zmiennych procesowych, warunków i powodów, dla których w tych polimerach uzyskany elastomer „działa”, a zatem elastyczny materiał.

Nie wchodząc w szczegóły, mamy do dyspozycji serię polimerów:

-Poliizocyjanian

-Poliester poliestrowy

-Kopolimery etylenu i propylenu (tj. Mieszaniny polietylenów i polipropylenów)

-Poliizobutylen

-Polisiarczki

-Polisiloksan

Oprócz wielu innych. Reagują one ze sobą poprzez różne mechanizmy polimeryzacji, wśród których są: kondensacja, dodatek lub wolne rodniki.

Dlatego każda synteza implikuje potrzebę opanowania kinetyki reakcji w celu zagwarantowania optymalnych warunków jej rozwoju. Podobnie, miejsce, w którym synteza zostanie wykonana, wchodzi w grę; to znaczy reaktor, jego typ i zmienne procesowe.

Charakterystyka molekularna

Co łączy wszystkie polimery stosowane do syntezy elastomerów? Właściwości pierwszego powodują, że synergia (całość jest większa niż suma jego części) z drugą.

Po pierwsze, muszą mieć struktury asymetryczne, a zatem być jak najbardziej heterogeniczne. Ich struktury molekularne muszą koniecznie być liniowe i elastyczne; to znaczy, obrót pojedynczych wiązań nie powinien powodować odpychania sterycznego między grupami podstawników.

Ponadto polimer nie powinien być bardzo polarny, ponieważ w przeciwnym razie jego oddziaływania międzycząsteczkowe będą silniejsze i będą wykazywać większą sztywność.

Dlatego polimery muszą mieć: jednostki asymetryczne, niepolarne i elastyczne. Jeśli mają wszystkie te cechy molekularne, to stanowią potencjalny punkt wyjścia do uzyskania elastomeru.

Synteza elastomerów

Po wybraniu surowca i wszystkich zmiennych procesowych kontynuujemy syntezę elastomerów. Po zsyntetyzowaniu i po kolejnej serii zabiegów fizycznych i chemicznych tworzy się elastyczny materiał.

Ale jakie transformacje muszą przejść wybrane polimery, aby stać się elastomerami?

Muszą ulegać sieciowaniu lub utwardzaniu (sieciowanie, w języku angielskim); to znaczy, ich łańcuchy polimerowe będą połączone ze sobą mostkami molekularnymi, które pochodzą z dwu- lub wielofunkcyjnych cząsteczek lub polimerów (zdolnych do tworzenia dwóch lub więcej silnych wiązań kowalencyjnych). Poniższy obraz podsumowuje powyższe:

Fioletowe linie reprezentują łańcuchy polimerowe lub „sztywniejsze” bloki elastomerów; podczas gdy czarne linie są najbardziej elastyczną częścią. Każda fioletowa linia może składać się z innego polimeru, bardziej elastycznego lub sztywnego niż poprzedni lub poprzedzający.

Jaką funkcję spełniają te mosty molekularne? To, że elastomer zwija się samoczynnie (tryb statyczny), można rozłożyć pod naciskiem rozciągającym (tryb elastyczny) dzięki elastyczności jego połączeń.

Magiczna sprężyna (na przykład Slinky, Toystory) zachowuje się nieco podobnie do elastomerów.

Wulkanizacja

Wśród wszystkich procesów sieciowania wulkanizacja jest jedną z najbardziej znanych. Tutaj łańcuchy polimerowe są połączone mostkami siarki (S-S-S ...).

Wracając do powyższego obrazu, mosty nie będą już czarne, ale żółte. Ten proces jest niezbędny w produkcji opon.

Dodatkowe zabiegi fizyczne i chemiczne

Syntezowane elastomery, kolejne etapy polegają na obróbce uzyskanego materiału, aby nadać im unikalne cechy. Każdy materiał ma swoją własną obróbkę, w tym ogrzewanie, formowanie lub szlifowanie, lub inne fizyczne „utwardzanie”.

W tych krokach są dodane pigmenty i inne substancje chemiczne, które zapewniają ich elastyczność. Również moduł Younga, ich Tg i granica sprężystości są oceniane jako analiza jakości (oprócz innych zmiennych).

Tutaj słowo „guma” zakrywa termin „elastomer”; kauczuki silikonowe, nitryl, naturalne, uretany, butadien-styren itp. Kauczuki są synonimem elastycznego materiału.

Synteza taśm elastycznych

Na zakończenie zostanie podany krótki opis procesu syntezy taśm elastycznych.

Źródło polimerów do syntezy ich elastomerów otrzymuje się z naturalnego lateksu, w szczególności z drzewa Hevea brasiliensis. Jest to substancja mleczna i żywiczna, która jest poddawana oczyszczaniu, a następnie mieszana z kwasem octowym i formaldehydem.

Z tej mieszanki uzyskuje się płytę, z której ekstrahuje się wodę, ściskając ją i nadając jej kształt bloku. Bloki te są cięte na mniejsze kawałki w mikserze, gdzie są ogrzewane, a pigmenty i siarka są dodawane w celu wulkanizacji.

Następnie są cięte i poddawane ekstruzji, w celu uzyskania pustych prętów, wewnątrz których zajmą pręt aluminiowy z talkiem jako podporą.

W końcu pręty są podgrzewane i usuwane z aluminiowego wspornika, aby być po raz ostatni ściskane przez walec przed cięciem; każdy sąd generuje ligę, a niezliczone cięcia generują tony.

Referencje

  1. Wikipedia. (2018). Elastyczność (fizyka). Źródło: en.wikipedia.org
  2. Odian G. (1986) Wprowadzenie do syntezy elastomerów. W: Lal J., Mark J.E. (eds) Postępy w elastomerach i elastyczności gumy. Springer, Boston, MA
  3. Zestaw narzędzi do robotyki miękkiej. (s.f.). Elastomery. Źródło: softroboticstoolkit.com
  4. Rozdział 16, 17, 18-Tworzywa sztuczne, włókna, elastomery. [PDF] Źródło: fab.cba.mit.edu
  5. Synteza elastomeru. [PDF] Źródło: gozips.uakron.edu
  6. Advameg, Inc. (2018). Gumowa opaska Źródło: madehow.com.