CUM ESTE SINTETIZAT UN MATERIAL ELASTIC? - CHIMIE - 2025

Pentru a sintetiza un material elastic , mai întâi, trebuie să avem cunoștințe despre ce tip de polimeri este alcătuit; deoarece, în caz contrar, ar fi formulată elaborarea unui plastic sau a unei fibre. Știind acest lucru, polimerii care trebuie luați în considerare sunt cei numiți elastomeri.

Deci, elastomerii alcătuiesc materiale elastice; Dar ce sunt? Cum se deosebesc de alți polimeri? Cum știți dacă materialul sintetizat are cu adevărat proprietăți elastice?

Sursa: Pxhere

Unul dintre cele mai simple exemple ale unui material elastic este benzile elastice (sau benzile de cauciuc) care se leagă între ziare, flori sau un vad de facturi. Dacă sunt întinse, se va observa că acestea se deformează longitudinal și apoi revin la forma inițială.

Dar, dacă materialul este deformat permanent, atunci acesta nu este elastic, ci plastic. Există mai mulți parametri fizici care permit discriminarea între aceste materiale, cum ar fi modulul lor Young, punctul lor de randament și temperatura de tranziție a sticlei (Tg).

Pe lângă aceste calități fizice, materialele chimice elastice trebuie să îndeplinească și anumite criterii moleculare pentru a se comporta ca atare.

De aici apare o gamă largă de posibilități, amestecuri și sinteze, supuse unor variabile interminabile; toate acestea pentru a converge asupra „simplă” caracteristică a elasticității.

Materii prime

Așa cum am menționat la început, materialele elastice sunt fabricate din elastomeri. Acestea din urmă la rândul lor necesită alți polimeri sau „piese moleculare” mai mici; adică elastomerii merită, de asemenea, sinteza proprie din pre-polimeri.

Fiecare caz necesită o studiere atentă a variabilelor de proces, a condițiilor și de ce cu acești polimeri elastomerul rezultat „funcționează” și, prin urmare, materialul elastic.

Fără a intra în detalii, iată o serie de polimeri folosiți în acest scop:

-Polyisocyanate

-Poliol poliester

-Copolimeri de etilenă și propilenă (adică amestecuri de polietilenă și polipropilenă)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Pe lângă multe altele. Acestea reacționează între ele prin mecanisme de polimerizare diferite, printre care se numără: condensarea, adăugarea sau prin radicalii liberi.

Prin urmare, fiecare sinteză implică necesitatea stăpânirii cineticii reacției, pentru a garanta condițiile optime pentru dezvoltarea acesteia. De asemenea, acolo unde va avea loc sinteza; adică reactorul, tipul acestuia și variabilele procesului.

Caracteristici moleculare

Ce au în comun toți polimerii utilizați pentru sinteza elastomerilor? Proprietățile primului vor sinergiza (întregul este mai mare decât suma părților sale) cu cea a celui din urmă.

Pentru început, ele trebuie să aibă structuri asimetrice și, prin urmare, să fie cât mai eterogene. Structurile lor moleculare trebuie neapărat să fie liniare și flexibile; adică rotația legăturilor unice nu ar trebui să provoace repulsii sterice între grupurile substituente.

De asemenea, polimerul nu trebuie să fie foarte polar, altfel interacțiunile sale intermoleculare vor fi mai puternice și vor prezenta o rigiditate mai mare.

Prin urmare, polimerii trebuie să aibă: unități asimetrice, nonpolare și flexibile. Dacă îndeplinesc toate aceste caracteristici moleculare, atunci ele reprezintă un potențial punct de plecare pentru obținerea unui elastomer.

Sinteza elastomerilor

După selectarea materiei prime și a tuturor variabilelor de proces, sinteza elastomerilor continuă. Odată sintetizat și după o serie ulterioară de tratamente fizice și chimice, materialul elastic este creat.

Dar, ce transformări trebuie să sufere polimerii selectați pentru a deveni elastomeri?

Acestea trebuie să fie supuse unei reticulări sau întăriri (reticulare, în engleză); adică, lanțurile sale polimerice se vor conecta între ele prin punți moleculare, care provin din molecule sau polimeri bi sau polifuncționali (capabili să formeze două sau mai multe legături covalente). Imaginea de mai jos rezumă mai sus:

Sursa: Gabriel Bolívar

Liniile violet reprezintă lanțurile polimerice sau blocurile „mai rigide” ale elastomerilor; în timp ce liniile negre sunt porțiunea cea mai flexibilă. Fiecare linie violet poate fi formată dintr-un polimer diferit, mai flexibil sau rigid în raport cu cel care preced sau iese.

Ce funcție joacă aceste punți moleculare? Cea de a permite elastomerului rulat pe sine (modul static), pentru a se putea desfășura sub o presiune de întindere (modul elastic), datorită flexibilității legăturilor sale.

Primăvara magică (Slinky, de exemplu, de la Toystory) se comportă ușor similar cu modul în care fac elastomerii.

Vulcanizare

Dintre toate procesele de reticulare, vulcanizarea este una dintre cele mai cunoscute. Aici, lanțurile polimerice sunt interconectate de poduri cu sulf (SSS …).

Revenind la imaginea superioară, podurile nu ar mai fi negre, ci galbene. Acest proces este esențial în fabricarea de anvelope.

Tratamente fizice și chimice suplimentare

După sintetizarea elastomerilor, etapele următoare sunt tratarea materialului rezultat pentru a le oferi caracteristicile lor unice. Fiecare material are tratamentul său, printre care se numără încălzirea, modelarea sau măcinarea sau alte „întăriri” fizice.

În acești pași se adaugă pigmenți și alte substanțe chimice pentru a-i asigura elasticitatea. De asemenea, modulul lui Young, Tg și limita de elasticitate sunt evaluate ca analiză de calitate (pe lângă alte variabile).

Aici este locul în care termenul de elastomer este îngropat prin cuvântul „cauciuc”; cauciucuri siliconice, nitril, naturale, uretanice, butadienă-stiren etc. Cauciucurile sunt sinonime cu materialul elastic.

Sinteza benzilor elastice

În cele din urmă, va fi oferită o scurtă descriere a procesului de sinteză a benzilor elastice.

Sursa de polimeri pentru sinteza elastomerilor săi este obținută din latexul natural, în special din arborele Hevea brasiliensis. Aceasta este o substanță lăptoasă, rășinoasă, care suferă purificare și este apoi amestecată cu acid acetic și formaldehidă.

Din acest amestec se obține o placă, din care se extrage apă prin stoarcere și oferindu-i forma unui bloc. Aceste blocuri sunt tăiate în bucăți mai mici într-un mixer, unde sunt încălzite și se adaugă pigmenți și sulf pentru vulcanizare.

Apoi, acestea sunt tăiate și extrudate pentru a obține tije goale, în interiorul cărora vor ocupa o tijă de aluminiu cu talc ca suport.

Și în final, tijele sunt încălzite și îndepărtate din suportul lor de aluminiu, pentru a fi stoarse ultima dată de un role înainte de a fi tăiate; Fiecare tăiere generează o ligă și nenumărate tăieri generează tone din ele.

Referințe

1. Wikipedia. (2018). Elasticitatea (fizica). Recuperat de la: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Introducere în sinteza elastomerilor. În: Lal J., Mark JE (eds) Progresele în elastomeri și elasticitatea cauciucului. Springer, Boston, MA
3. Set de instrumente soft robotică. (Sf). Elastomeri. Recuperat de la: softroboticstoolkit.com
4. Capitolul 16, 17, 18-Plastici, fibre, elastomeri. . Recuperat din: fab.cba.mit.edu
5. Sinteza elastomerului. . Recuperat din: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Bandă de cauciuc. Recuperat din: madehow.com.