HUR SYNTETISERAS ETT ELASTISKT MATERIAL? - KEMI - 2025

För att syntetisera ett elastiskt material måste man först ha kunskap om vilken typ av polymerer den består av; eftersom i annat fall utformningen av en plast eller en fiber skulle formuleras. När man vet detta är de polymerer som ska beaktas de som kallas elastomerer.

Så elastomerer utgör elastiska material; Men vad är de? Hur skiljer de sig från andra polymerer? Hur vet du om det syntetiserade materialet verkligen har elastiska egenskaper?

Källa: Pxhere

Ett av de enklaste exemplen på ett elastiskt material är de elastiska banden (eller gummiband) som binder samman tidningar, blommor eller en flaska räkningar. Om de är sträckta kommer det att observeras att de deformeras i längdriktningen och sedan återgår till sin ursprungliga form.

Men om materialet deformeras permanent är det inte elastiskt utan plast. Det finns flera fysiska parametrar som gör det möjligt att skilja mellan dessa material, såsom deras Youngs modul, deras avkastningspunkt och glasövergångstemperaturen (Tg).

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

Härifrån uppstår ett brett spektrum av möjligheter, blandningar och syntes, med förbehåll för oändliga variabler; allt detta för att konvergera på den "enkla" karakteristiken av elasticitet.

Råmaterial

Som nämnts i början är elastiska material tillverkade av elastomerer. Det senare kräver i sin tur andra polymerer eller mindre "molekylära bitar"; elastomerer förtjänar också sin egen syntes från förpolymerer.

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

Utan att gå in på detaljer är här en serie polymerer som används för detta ändamål:

-Polyisocyanate

-Polyolpolyester

-Polymerer av eten och propen (d.v.s. blandningar av polyeten och polypropen)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

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

Därför antyder varje syntes behovet av att behärska reaktionens kinetik för att garantera de optimala förutsättningarna för dess utveckling. Likaså spelas där syntesen kommer att äga rum; det vill säga reaktorn, dess typ och processvariabler.

Molekylära egenskaper

Vad har alla polymerer som används för syntes av elastomerer gemensamt? De förstnämnda egenskaperna kommer att synergisera (helheten är större än summan av dess delar) med den för den senare.

Till att börja med måste de ha asymmetriska strukturer och därför vara så heterogena som möjligt. Deras molekylstrukturer måste nödvändigtvis vara linjära och flexibla; dvs rotationen av enkelbindningarna bör inte orsaka steriska avstötningar mellan substituentgrupperna.

Polymeren får inte heller vara mycket polär, annars blir dess intermolekylära interaktioner starkare och den visar större styvhet.

Därför måste polymerer ha: asymmetriska, icke-polära och flexibla enheter. Om de uppfyller 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 syntesen av elastomererna. När det är syntetiserat och efter en efterföljande serie fysiska och kemiska behandlingar skapas det elastiska materialet.

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

De måste genomgå en tvärbindning eller härdning (tvärbindning, på engelska); det vill säga dess polymera kedjor kommer att ansluta till varandra genom molekylära broar, som kommer från bi eller polyfunktionella molekyler eller polymerer (kan bilda två eller fler starka kovalenta bindningar). Bilden nedan sammanfattar ovan nämnda:

Källa: Gabriel Bolívar

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

Vilken funktion spelar dessa molekylbryggor? Det att låta elastomeren rullas upp på sig själv (statiskt läge), för att kunna utvecklas under ett sträckningstryck (elastiskt läge) tack vare flexibiliteten i dess länkar.

Den magiska fjädern (Slinky, till exempel från Toystory) uppträder något liknande hur elastomerer gör.

Vulkanisering

Bland alla tvärbindningsprocesser är vulkanisering en av de mest kända. Här är polymerkedjorna sammankopplade med svavelbroar (SSS …).

När vi återvänder till den övre bilden skulle broarna inte längre vara svarta, men gula. Denna process är väsentlig för tillverkning av däck.

Ytterligare fysikaliska och kemiska behandlingar

När elastomererna har syntetiserats är nästa steg att behandla det resulterande materialet för att ge dem deras unika egenskaper. Varje material har sin egen behandling, bland annat uppvärmning, gjutning eller slipning eller annan fysisk "härdning".

I dessa steg tillsätts pigment och andra kemikalier för att säkerställa dess elasticitet. På samma sätt utvärderas dess Youngs modul, dess Tg och dess elasticitetsgräns som kvalitetsanalys (utöver andra variabler).

Det är här då termen elastomer begravas av ordet "gummi"; silikongummi, nitril, naturliga, uretaner, butadien-styren, etc. Gummi är synonymt med elastiskt material.

Syntes av elastiska band

Slutligen kommer en kort beskrivning av processen för elastiskt bandsyntes att ges.

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

Från denna blandning erhålls en platta, från vilken vatten extraheras genom att pressa det och ge det som ett block. Dessa block skärs i mindre bitar i en mixer, där de värms upp och pigment och svavel tillsätts för vulkanisering.

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

Och slutligen värms stavarna bort och tas bort från aluminiumstödet, för att pressas en sista gång med en rulle innan de skärs; Varje snitt genererar en liga och otaliga nedskärningar genererar massor av dem.

referenser

1. Wikipedia. (2018). Elasticitet (fysik). Återställd från: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Introduktion till syntes av elastomerer. I: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Mjuk robotik verktygssats. (Sf). Elastomers. Återställd från: softroboticstoolkit.com
4. Kapitel 16, 17, 18-plast, fibrer, elastomerer. . Återställd från: fab.cba.mit.edu
5. Elastomersyntes. . Återställd från: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Gummiband. Återställd från: madehow.com.