Hur syntetiseras ett elastiskt material?



Att syntetisera a elastiskt material, Först måste man ha kunskap om vilken typ av polymerer de utgör eftersom annars skulle utarbetandet av en plast eller en fiber formuleras. Att veta detta är polymererna som bör övervägas är de som heter elastomerer.

Därefter utgör elastomerna de elastiska materialen; Men hur är de? Hur skiljer de sig från andra polymerer? Hur man vet om det syntetiserade materialet verkligen har elastiska egenskaper?

Ett av de enklaste exemplen på ett elastiskt material återfinns i elastiska band (eller trikåer) som knyter av tidningar, blommor eller en rad med räkningar. Om de sträcker sig kommer det att observeras att de deformeras longitudinellt och återgår sedan till sin ursprungliga form.

Men om materialet permanent deformeras är det inte elastiskt, men plast. Det finns flera fysiska parametrar som gör det möjligt att diskriminera mellan dessa material, till exempel din Youngs modul, din elasticitetsgräns och glasövergångstemperaturen (Tg)..

Förutom dessa fysikaliska egenskaper måste kemiskt elastiska material också uppfylla vissa molekylära kriterier för att uppträda som sådana.

Härav uppstår ett brett spektrum av möjligheter, blandningar och synteser, utsatta för en mängd olika variabler; allt detta för att konvergera på den "enkla" egenskapen för elasticitet.

index

  • 1 Råmaterial
    • 1.1 Molekylära egenskaper
  • 2 Syntes av elastomerer
    • 2.1 Vulkanisering
    • 2.2 Ytterligare fysikaliska och kemiska behandlingar
  • 3 Syntes av elastiska band
  • 4 referenser

Råmaterial

Som nämnts i början är de elastiska materialen gjorda av elastomerer. De senare kräver i sin tur andra mindre polymerer eller "molekylära delar"; det vill säga elastomerer också förtjänar sina egna synteser från prepolymerer.

Varje fall kräver en noggrann studie av processvariablerna, villkoren och varför med dessa polymerer resulterar den resulterande elastomeren "arbeten" och därför det elastiska materialet.

Utan att gå in i detaljer har vi en serie polymerer som används för detta ändamål:

-polyisocyanat

-Polyolpolyester

-Etylen- och propylensampolymerer (dvs. blandningar av polyetener och polypropylener)

-polyisobuten

-polysulfider

-polysiloxan

Förutom många andra. Dessa reagerar med varandra genom olika polymerisationsmekanismer, bland vilka är: kondensation, tillsats eller via fria radikaler.

Därför innebär varje syntese behovet av att behärska reaktionens kinetik för att garantera de optimala förutsättningarna för dess utveckling. På samma sätt kommer platsen där syntesen kommer att göras till spel; det vill säga reaktorn, dess typ och processvariablerna.

Molekylära egenskaper

Vad har alla polymerer som används för syntes av elastomerer gemensamt? Egenskaperna hos den första kommer att skapa synergi (hela är större än summan av dess delar) med den andra.

Till att börja med måste de ha asymmetriska strukturer, och därför vara lika heterogena som möjligt. Deras molekylära strukturer måste nödvändigtvis vara linjära och flexibla; det vill säga att rotationen av de enskilda bindningarna inte skulle orsaka steriska repulsioner mellan substituentgrupperna.

Polymeren bör också inte vara väldigt polär, eftersom dess intermolekylära interaktioner annars kommer att bli starkare och visa större styvhet.

Därför måste polymerer ha: asymmetriska, icke-polära och flexibla enheter. Om de har alla dessa molekylära egenskaper representerar de en potentiell utgångspunkt för att erhålla en elastomer.

Syntes av elastomerer

Efter att ha valt råmaterialet och alla processvariabler fortsätter vi med syntesen av elastomererna. Efter en efterföljande serie fysiska och kemiska behandlingar skapas det elastiska materialet.

Men vilka transformationer måste de valda polymererna genomgå för att bli elastomerer?

De måste genomgå tvärbindning eller härdning (tvärbindning, på engelska); det vill säga deras polymerkedjor kommer att vara kopplade till varandra med molekylära broar, vilka kommer från bi eller polyfunktionella molekyler eller polymerer (som kan bilda två eller flera starka kovalenta bindningar). Bilden nedan sammanfattar ovanstående sagt:

De lila linjerna representerar polymerkedjorna eller de "styvare" blocken av elastomererna; medan de svarta linjerna är den mest flexibla delen. Varje lila linje kan bestå av en annan polymer, mer flexibel eller stel än den som föregår eller fortsätter.

Vilken funktion uppfyller dessa molekylära broar? Att tillåta att elastomeren rullas på sig själv (statiskt läge) kan användas under ett sträcktryck (elastiskt läge) tack vare flexibiliteten hos dess länkar.

Den magiska våren (Slinky, till exempel Toystory) beter sig lite som hur elastomerer gör.

vulkanisering

Bland alla tvärbindningsprocesser är vulkanisering en av de mest kända. Här är polymerkedjorna sammankopplade med broar av svavel (S-S-S ...).

Återvändande till bilden ovan skulle broarna inte längre vara svart, men gul. Denna process är nödvändig vid tillverkning av däck.

Ytterligare fysikaliska och kemiska behandlingar

Syntetiserad elastomerer, de följande stegen består i att behandla det resulterande materialet för att ge dem sina unika egenskaper. Varje material har egen behandling, bland annat värme, formning eller slipning eller annan fysisk "härdad".

I dessa steg läggs pigment och andra kemikalier som säkerställer deras elasticitet. Dessutom utvärderas deras Youngs modul, deras Tg och deras elasticitetsgräns som kvalitetsanalys (förutom andra variabler).

Här är termen elastomer begravd av ordet "gummi"; silikongummi, nitril, naturliga, uretaner, butadienstyren etc. Rubberna är synonymt med elastiskt material.

Syntes av elastiska band

För att avsluta kommer en kort beskrivning av syntesprocessen av de elastiska banden att ges.

Källan för polymerer för syntesen av deras elastomerer erhålls från naturlig latex, speciellt från Hevea brasiliensis-trädet. Detta är en mjölkaktig och hartsartad substans, som utsätts för rening och sedan blandas med ättiksyra och formaldehyd.

Från denna blandning erhålles en platta, från vilken vatten extraheras genom att klämma det och ge det en blockform. Dessa block skärs i mindre bitar i en mixer, där de värms upp och pigmenten och svavel tillsätts för vulkanisering.

Därefter skärs de och utsätts för strängsprutning för att erhålla ihåliga stavar, inuti vilka de kommer att uppta en aluminiumstång med talk som stöd.

Och slutligen upphettas stavarna och avlägsnas från deras aluminiumstöd, för att vara en sista gång som pressas av en vals innan de skärs; varje domstol genererar en liga, och otaliga nedskärningar genererar massor av dem.

referenser

  1. Wikipedia. (2018). Elasticitet (fysik). Hämtad från: en.wikipedia.org
  2. Odian G. (1986) Introduktion till syntes av elastomerer. I: Lal J., Mark J.E. (eds) Framsteg i elastomer och gummielasticitet. Springer, Boston, MA
  3. Mjuk robotverktygssats. (N.D.). Elastomers. Hämtad från: softroboticstoolkit.com
  4. Kapitel 16, 17, 18-Plast, Fibrer, Elastomerer. [PDF]. Hämtad från: fab.cba.mit.edu
  5. Elastomer syntes. [PDF]. Hämtad från: gozips.uakron.edu
  6. Advameg, Inc. (2018). Gummiband Hämtad från: madehow.com.