Hoe wordt een elastisch materiaal gesynthetiseerd?

Om een ​​te synthetiseren elastisch materiaal, Ten eerste moet men kennis hebben over wat voor soort polymeren ze maken; omdat anders de uitwerking van een kunststof of een vezel zou worden geformuleerd. Dit wetende, zijn de polymeren die moeten worden overwogen die genoemd elastomeren.

Vervolgens vormen de elastomeren de elastische materialen; Maar wat zijn ze? Hoe verschillen ze van andere polymeren? Hoe weet je of het gesynthetiseerde materiaal echt elastische eigenschappen heeft??

Een van de eenvoudigste voorbeelden van een elastisch materiaal is te vinden in de elastische banden (of kousenbanden) die kranten, bloemen of een bundeltje briefpapier binden. Als ze worden uitgerekt, wordt opgemerkt dat ze in de lengterichting deformeren en vervolgens terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm.

Maar als het materiaal blijvend vervormd is, dan is het niet elastisch, maar plastic. Er zijn verschillende fysieke parameters waarmee u onderscheid kunt maken tussen deze materialen, zoals uw Young-modulus, uw elasticiteitslimiet en de glasovergangstemperatuur (Tg)..

Naast deze fysieke eigenschappen moeten chemisch elastische materialen ook aan bepaalde moleculaire criteria voldoen om zich als zodanig te gedragen.

Hieruit ontstaat een breed scala aan mogelijkheden, mengsels en synthesen, onderworpen aan een groot aantal variabelen; dit alles om samen te komen op het "eenvoudige" kenmerk van elasticiteit.

index

• 1 Grondstof
  • 1.1 Moleculaire kenmerken
• 2 Synthese van elastomeren
  • 2.1 Vulkanisatie
  • 2.2 Aanvullende fysische en chemische behandelingen
• 3 Synthese van elastische banden
• 4 Referenties

Grondstof

Zoals vermeld aan het begin, zijn de elastische materialen gemaakt van elastomeren. Deze laatste vereisen op hun beurt andere kleinere polymeren of "moleculaire delen"; dat wil zeggen, elastomeren verdienen ook hun eigen synthesen uit pre-polymeren.

Elk geval vereist een nauwgezette studie van de procesvariabelen, de omstandigheden en waarom met deze polymeren het resulterende elastomeer "werkt" en daarom het elastische materiaal.

Zonder op details in te gaan, hebben we een reeks polymeren die voor dit doel worden gebruikt:

-polyisocyanaat

-Polyol polyester

-Ethyleen en propyleen copolymeren (dwz mengsels van polyethylenen en polypropenen)

-polyisobutyleen

-polysulfiden

-polysiloxaan

In aanvulling op vele anderen. Deze reageren met elkaar via verschillende polymerisatiemechanismen, waaronder: condensatie, toevoeging of via vrije radicalen.

Daarom impliceert elke synthese de noodzaak om de kinetica van de reactie onder de knie te krijgen, om de optimale omstandigheden van de ontwikkeling ervan te garanderen. Evenzo komt de plaats waar de synthese zal worden gemaakt in het spel; dat wil zeggen, de reactor, het type en de procesvariabelen.

Moleculaire kenmerken

Wat hebben alle polymeren gebruikt voor de synthese van elastomeren met elkaar gemeen? De eigenschappen van de eerste maken synergie (het geheel is groter dan de som van de delen) met de tweede.

Om te beginnen moeten ze asymmetrische structuren hebben en daarom zo heterogeen mogelijk zijn. Hun moleculaire structuren moeten noodzakelijk lineair en flexibel zijn; dat wil zeggen, de rotatie van de enkele bindingen zou geen steriele afstotingen tussen de substituentgroepen moeten veroorzaken.

Ook moet het polymeer niet erg polair zijn, omdat anders zijn intermoleculaire interacties sterker zijn en een grotere stijfheid vertonen.

Daarom moeten polymeren: asymmetrische, niet-polaire en flexibele eenheden hebben. Als ze al deze moleculaire kenmerken hebben, vormen ze een potentieel startpunt voor het verkrijgen van een elastomeer.

Synthese van elastomeren

Nadat de grondstof en alle procesvariabelen zijn geselecteerd, gaan we verder met de synthese van de elastomeren. Eenmaal gesynthetiseerd en na een volgende reeks fysische en chemische behandelingen wordt het elastische materiaal gecreëerd.

Maar welke transformaties moeten de geselecteerde polymeren ondergaan om elastomeren te worden?

Ze moeten verknopen of uitharden (verknoping, in het Engels); dat wil zeggen, hun polymeerketens zullen met elkaar verbonden zijn door moleculaire bruggen, die afkomstig zijn van bi- of polyfunctionele moleculen of polymeren (in staat tot het vormen van twee of meer sterke covalente bindingen). De onderstaande afbeelding vat het bovenstaande samen:

De paarse lijnen vertegenwoordigen de polymeerketens of de "stijvere" blokken van de elastomeren; terwijl de zwarte lijnen het meest flexibele gedeelte zijn. Elke paarse lijn kan bestaan ​​uit een ander polymeer, flexibeler of stijver dan het vorige of voorgaande proces.

Welke functie vervullen deze moleculaire bruggen? Dat om het elastomeer op zichzelf te laten rollen (statische modus), kan worden gebruikt onder een rekdruk (elastische modus) dankzij de flexibiliteit van de koppelingen.

De magische lente (Slinky, bijvoorbeeld Toystory) gedraagt ​​zich enigszins overeenkomstig aan hoe elastomeren dat doen.

vulkaniseren

Van alle verknopingsprocessen is vulkanisatie een van de bekendste. Hier zijn de polymeerketens met elkaar verbonden door bruggen van zwavel (S-S-S ...).

Terugkerend naar de afbeelding hierboven, zouden de bruggen niet langer zwart, maar geel zijn. Dit proces is essentieel bij het maken van banden.

Aanvullende fysische en chemische behandelingen

Gesynthetiseerde elastomeren, de volgende stappen bestaan ​​uit het behandelen van het resulterende materiaal om ze hun unieke eigenschappen te geven. Elk materiaal heeft zijn eigen behandeling, waaronder het verwarmen, vormen of malen, of andere fysieke "uitgeharde".

In deze stappen worden pigmenten en andere chemicaliën toegevoegd die voor hun elasticiteit zorgen. Ook worden hun Young's modulus, hun Tg, en hun elasticiteitslimiet beoordeeld als kwaliteitsanalyse (naast andere variabelen).

Dit is waar de term elastomeer wordt begraven door het woord 'rubber'; siliconenrubbers, nitril, natuurlijk, urethanen, butadieenstyreen, enz. De rubbers zijn synoniem voor elastisch materiaal.

Synthese van elastische banden

Om te eindigen, zal een korte beschrijving van het syntheseproces van de elastische banden gegeven worden.

De bron van polymeren voor de synthese van hun elastomeren wordt verkregen uit natuurlijke latex, in het bijzonder uit de Hevea brasiliensis-boom. Dit is een melkachtige en harsachtige substantie, die wordt onderworpen aan zuivering en vervolgens wordt gemengd met azijnzuur en formaldehyde.

Uit dit mengsel wordt een plak verkregen, waaruit water wordt afgezogen door het te persen en het blokvormig te maken. Deze blokken worden in een mixer in kleinere stukken gesneden, waar ze worden verwarmd en de pigmenten en zwavel worden toegevoegd voor vulkanisatie.

Vervolgens worden ze gesneden en onderworpen aan extrusie, om holle staven te verkrijgen, waarbinnen ze een aluminium staaf met talk als steun zullen innemen.

En tenslotte worden de staven verwarmd en verwijderd uit hun aluminium steun, om nog een laatste maal door een wals geperst te worden voordat ze worden gesneden; elk gerecht genereert een competitie en talloze bezuinigingen genereren er tonnen.

referenties

1. Wikipedia. (2018). Elasticiteit (fysica). Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Inleiding tot de synthese van elastomeren. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Vooruitgang in elastomeren en rubberelasticiteit. Springer, Boston, MA
3. Soft-robotica-toolkit. (N.D.). Elastomers. Teruggeplaatst van: softroboticstoolkit.com
4. Hoofdstuk 16, 17, 18-Kunststoffen, Vezels, Elastomeren. [PDF]. Teruggeplaatst van: fab.cba.mit.edu
5. Elastomeer synthese. [PDF]. Teruggeplaatst van: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Rubberen band Teruggeplaatst van: madehow.com.