HVORDAN SYNTETISERES ET ELASTISK MATERIALE? - KEMI - 2025

For at syntetisere et elastisk materiale skal man først have viden om, hvilken type polymerer det består af; da ellers udformningen af ​​en plastik eller en fiber ville blive formuleret. Når man ved dette, er de polymerer, der skal overvejes, dem, der kaldes elastomerer.

Så elastomerer udgør elastiske materialer; Men hvad er de? Hvordan adskiller de sig fra andre polymerer? Hvordan ved du, om det syntetiserede materiale virkelig har elastiske egenskaber?

Kilde: Pxhere

Et af de enkleste eksempler på et elastisk materiale er de elastiske bånd (eller gummibånd), der binder sammen aviser, blomster eller en række regninger. Hvis de strækkes, observeres det, at de deformeres i længderetningen og derefter vender tilbage til deres oprindelige form.

Men hvis materialet deformeres permanent, er det ikke elastisk, men plast. Der er flere fysiske parametre, der gør det muligt at skelne mellem disse materialer, såsom deres Youngs modul, deres udbytte og glasovergangstemperaturen (Tg).

Ud over disse fysiske egenskaber skal kemisk elastiske materialer også opfylde visse molekylære kriterier for at opføre sig som sådan.

Herfra opstår en lang række muligheder, blandinger og syntese underlagt uendelige variabler; alt dette for at konvergere på den "enkle" karakteristik af elasticitet.

Råmateriale

Som nævnt i begyndelsen er elastiske materialer lavet af elastomerer. Sidstnævnte kræver igen andre polymerer eller mindre "molekylære stykker"; elastomerer fortjener også deres egen syntese fra præpolymerer.

Hvert tilfælde kræver en omhyggelig undersøgelse af procesvariablerne, betingelserne og hvorfor med disse polymerer den resulterende elastomer og derfor det elastiske materiale "fungerer".

Uden at gå nærmere ind på er her en række polymerer, der bruges til dette formål:

-Polyisocyanate

-Polyolpolyester

-Polymerer af ethylen og propylen (dvs. blandinger af polyethylen og polypropylen)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Udover mange andre. Disse reagerer med hinanden gennem forskellige polymerisationsmekanismer, blandt hvilke: kondensation, tilsætning eller via frie radikaler.

Derfor indebærer hver syntese behovet for at mestre reaktionens kinetik for at garantere de optimale betingelser for dens udvikling. Ligeledes spiller syntese, hvor syntesen finder sted; det vil sige reaktoren, dens type og procesvariabler.

Molekylære egenskaber

Hvad har alle de anvendte polymerer til syntese af elastomerer til fælles? Førstnævnte egenskaber synergiserer (helheden er større end summen af ​​dens dele) med sidstnævnte.

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; dvs. rotationen af ​​enkeltbindingerne bør ikke forårsage steriske frastødninger mellem substituentgrupperne.

Polymeren må heller ikke være meget polær, ellers vil dens intermolekylære interaktioner være stærkere, og den vil vise større stivhed.

Derfor skal polymerer have: asymmetriske, ikke-polære og fleksible enheder. Hvis de opfylder alle disse molekylære egenskaber, repræsenterer de et potentielt udgangspunkt for at opnå en elastomer.

Syntese af elastomerer

Efter at have valgt råmaterialet og alle processvariabler fortsætter syntesen af ​​elastomererne. Når det er syntetiseret og efter en efterfølgende række fysiske og kemiske behandlinger, oprettes det elastiske materiale.

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

De skal gennemgå en tværbinding eller hærdning (tværbinding, på engelsk); dvs. deres polymerkæder vil være forbundet til 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 ovennævnte:

Kilde: Gabriel Bolívar

De lilla linier repræsenterer polymerkæderne eller de "stivere" blokke af elastomerer; mens de sorte streger er den mest fleksible del. Hver lilla linje kan bestå af en anden polymer, mere fleksibel eller stiv med hensyn til den der foregår eller fortsætter.

Hvilken funktion spiller disse molekylære broer? At lade elastomeren rulles på sig selv (statisk tilstand) for at kunne udfolde sig under et strækningstryk (elastisk tilstand) takket være fleksibiliteten i dens forbindelser.

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

vulkanisering

Blandt alle tværbindingsprocesser er vulkanisering en af ​​de mest kendte. Her er polymerkæderne forbundet med svovlbroer (SSS…).

Vender vi tilbage til det øverste billede, ville broerne ikke længere være sorte, men gule. Denne proces er vigtig i fremstillingen af ​​dæk.

Yderligere fysiske og kemiske behandlinger

Når elastomererne er blevet syntetiseret, er de næste trin at behandle det resulterende materiale for at give dem deres unikke egenskaber. Hvert materiale har sin egen behandling, blandt andet opvarmning, støbning eller formaling eller anden fysisk "hærdning".

I disse trin tilsættes pigmenter og andre kemikalier for at sikre dets elasticitet. Ligeledes vurderes dens Youngs modul, dens Tg og dens elasticitetsgrænse som kvalitetsanalyse (ud over andre variabler).

Det er her, hvor udtrykket elastomer begraves af ordet 'gummi'; siliconegummier, nitril, naturlige, urethaner, butadien-styren osv. Gummi er synonymt med elastisk materiale.

Syntese af elastiske bånd

Endelig gives en kort beskrivelse af den elastiske båndsynteseproces.

Kilden til polymerer til syntese af dets elastomerer opnås fra naturlig latex, specifikt fra Hevea brasiliensis-træet. Dette er et mælkeagtigt, harpiksholdigt stof, som gennemgår rensning og derefter blandes med eddikesyre og formaldehyd.

Fra denne blanding opnås en plade, hvorfra vand ekstraheres ved at klemme det og give det form af en blok. Disse blokke skæres i mindre stykker i en mixer, hvor de opvarmes og pigmenter og svovl tilsættes til vulkanisering.

Derefter skæres de og ekstruderes for at opnå hule stænger, indeni hvilke de vil besætte en aluminiumsstang med talkum som støtte.

Og til sidst opvarmes stængerne og fjernes fra deres aluminiumsstøtte for at blive presset en sidste gang af en rulle, inden de skæres; Hver snit genererer en liga, og utallige nedskæringer genererer mange af dem.

Referencer

1. Wikipedia. (2018). Elasticitet (fysik). Gendannet fra: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Introduktion til syntese af elastomerer. I: Lal J., Mark JE (red.) Fremskridt inden for elastomerer og gummistabilitet. Springer, Boston, MA
3. Blødt robotik værktøjssæt. (Sf). Elastomerer. Gendannes fra: softroboticstoolkit.com
4. Kapitel 16, 17, 18-plast, fibre, elastomerer.. Gendannes fra: fab.cba.mit.edu
5. Elastomersyntese.. Gendannes fra: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Elastik. Gendannes fra: madehow.com.