KAKO SE SINTETIZIRA ELASTIČEN MATERIAL? - KEMIJA - 2025

Za sintezo elastičnega materiala je treba najprej vedeti, iz katere vrste polimerov je sestavljen; ker bi v nasprotnem primeru oblikovali izdelavo plastike ali vlaken. Če vemo, so polimeri, ki jih je treba obravnavati, tisti, ki jih imenujemo elastomeri.

Torej, elastomeri sestavljajo elastične materiale; Toda v čem se razlikujejo od drugih polimerov? Kako veste, ali ima sintetizirani material res elastične lastnosti?

Vir: Pxhere

Eden najpreprostejših primerov elastičnega materiala so elastični trakovi (ali gumijasti trakovi), ki povezujejo časopise, rože ali vato z računi. Če so raztegnjeni, opazimo, da se vzdolžno deformirajo, nato pa se vrnejo v prvotno obliko.

Ampak, če je material trajno deformiran, potem ni elastičen, ampak plastičen. Obstaja več fizikalnih parametrov, ki omogočajo razlikovanje med temi materiali, na primer njihov Young-ov modul, njihova izhodna točka in temperatura stekla (Tg).

Poleg teh fizičnih lastnosti morajo kemično elastični materiali izpolnjevati tudi določena molekularna merila, da se lahko obnašajo kot taki.

Od tod izhaja široka paleta možnosti, zmesi in sinteze, pod pogojem neskončnih spremenljivk; vse to, da se zbliža na "preprosti" značilnosti elastičnosti.

Surovina

Kot smo že omenili, so elastični materiali izdelani iz elastomerov. Za slednje so potrebni drugi polimeri ali manjši "molekularni kosi"; to pomeni, da elastomeri zaslužijo tudi lastno sintezo iz predpolimerov.

Vsak primer zahteva natančno preučevanje procesnih spremenljivk, pogojev in zakaj pri teh polimerih nastali elastomer in s tem elastični material "deluje".

Ne da bi se spuščali v podrobnosti, tukaj je vrsta uporabljenih polimerov:

-Poliizocijanat

-Poliestrski poliester

-Kopolimeri etilena in propilena (tj. Mešanice polietilena in polipropilena)

-Poliizobutilen

-Polisulfidi

-Polisiloksan

Poleg mnogih drugih. Te reagirajo med seboj z različnimi mehanizmi polimerizacije, med katerimi so: kondenzacija, dodajanje ali prek prostih radikalov.

Zato vsaka sinteza pomeni potrebo po obvladovanju kinetike reakcije, da se zagotovijo optimalni pogoji za njen razvoj. Tudi tam, kjer se bo odvijala sinteza, pride v poštev; torej reaktor, njegov tip in procesne spremenljivke.

Molekularne značilnosti

Kaj imajo vsi polimeri, ki se uporabljajo za sintezo elastomerov? Lastnosti prvega se sinergirajo (celota je večja od vsote njegovih delov) z lastnostjo slednjega.

Za začetek morajo imeti asimetrične strukture in biti zato čim bolj raznolike. Njihove molekularne strukture morajo biti nujno linearne in prožne; to pomeni, da vrtenje enojnih vezi ne bi smelo povzročiti steričnih odbojnosti med substitucijskimi skupinami.

Tudi polimer ne sme biti zelo polarn, sicer bodo njegovi medmolekulski medsebojni odnosi močnejši in bo pokazal večjo togost.

Zato morajo polimeri imeti: asimetrične, nepolarne in prožne enote. Če izpolnjujejo vse te molekulske lastnosti, potem predstavljajo potencialno izhodišče za pridobitev elastomera.

Sinteza elastomerov

Po izbiri surovine in vseh procesnih spremenljivk se sinteza elastomerov nadaljuje. Ko je sintetiziran in po poznejših fizikalnih in kemičnih obdelavah, nastane elastičen material.

Toda kakšne transformacije morajo izbrani polimeri doživeti, da postanejo elastomeri?

Morajo biti podvrženi križanju ali strjevanju (premreženje v angleščini); to pomeni, da se njegove polimerne verige med seboj povezujejo z molekularnimi mostovi, ki prihajajo iz bi ali polifunkcijskih molekul ali polimerov (sposobni tvoriti dve ali več močnih kovalentnih vezi). Spodnja slika povzema zgoraj navedeno:

Vir: Gabriel Bolívar

Vijolične črte predstavljajo polimerne verige ali "trdnejše" bloke elastomerov; črne črte pa so najbolj prilagodljiv del. Vsaka vijolična črta je lahko sestavljena iz drugačnega polimera, bolj prilagodljivega ali togega glede na tisto, ki je predhodna ali se nadaljuje.

Kakšno funkcijo imajo ti molekularni mostovi? To, da se elastomerju omogoči, da se navije (statični način), da se lahko razteza pod razteznim pritiskom (elastičen način) zahvaljujoč prožnosti svojih povezav.

Čarobna pomlad (Slinky, na primer iz Toystoryja) se obnaša nekoliko podobno kot to počnejo elastomeri.

Vulkanizacija

Vulkanizacija je med vsemi postopki navzkrižne povezave eden najbolj znanih. Tu so polimerne verige med seboj povezane z žveplovimi mostovi (SSS…).

Če se vrnete na zgornjo sliko, mostovi ne bi bili več črni, ampak rumeni. Ta postopek je bistvenega pomena pri izdelavi pnevmatik.

Dodatna fizikalna in kemična obdelava

Ko so elastomeri sintetizirani, je naslednji korak obdelava dobljenega materiala, ki jim daje svoje edinstvene lastnosti. Vsak material ima svojo obdelavo, med katerimi so ogrevanje, oblikovanje ali brušenje ali drugo fizično "strjevanje".

V teh korakih se dodajo pigmenti in druge kemikalije, da se zagotovi njena elastičnost. Prav tako je njegov Youngov modul, Tg in meja elastičnosti ovrednotena kot analiza kakovosti (poleg drugih spremenljivk).

Tukaj je izraz elastomer pokopan z besedo "guma"; silikonske gume, nitril, naravni, uretani, butadien-stiren itd. Gume so sinonim za elastičen material.

Sinteza elastičnih trakov

Na koncu bo kratek opis postopka sinteze elastičnega traku.

Izvor polimerov za sintezo njegovih elastomerov je pridobljen iz naravnega lateksa, natančneje iz drevesa Hevea brasiliensis. To je mlečna, smolnata snov, ki se čisti, nato pa se pomeša z ocetno kislino in formaldehidom.

Iz te mešanice dobimo ploščo, iz katere izvlečemo vodo, tako da jo iztisnemo in ji damo obliko bloka. Te bloke razrežemo na manjše koščke v mešalniku, kjer jih segrevamo, za vulkanizacijo pa dodamo pigmente in žveplo.

Nato jih razrežemo in iztisnemo, da dobimo votle palice, znotraj katerih bodo kot podpora zasedali aluminijasto palico s talkom.

In na koncu se palice segrejejo in jih odstranijo z aluminijastega nosilca, da jih zadnjič stisnemo z valjčkom, preden ga razrežemo; Vsak rez ustvari ligo, in nešteto rezov ustvari na tone.

Reference

1. Wikipedija. (2018). Elastičnost (fizika). Pridobljeno: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Uvod v sintezo elastomerov. V: Lal J., Mark JE (eds) Napredek v elastični in gumarski elastičnosti. Springer, Boston, MA
3. Mehka orodja za robotiko. (sf). Elastomeri. Pridobljeno: softroboticstoolkit.com
4. Poglavje 16, 17, 18-plastika, vlakna, elastomeri. . Pridobljeno: fab.cba.mit.edu
5. Sinteza elastomerov. . Pridobljeno: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Elastika. Pridobljeno: madehow.com.