KUINKA ELASTINEN MATERIAALI SYNTETISOIDAAN? - KEMIA - 2026

Joustavan materiaalin syntetisoimiseksi on ensin oltava tietoa siitä, millaisista polymeereistä se koostuu; koska muuten muovin tai kuidun valmistus muotoillaan. Tätä tietäessä tarkasteltavana olevia polymeerejä kutsutaan elastomeereiksi.

Joten elastomeerit muodostavat joustavia materiaaleja; Mutta mitä ne ovat? Miten ne eroavat muista polymeereistä? Mistä tiedät, onko syntetisoidulla materiaalilla todella elastisia ominaisuuksia?

Lähde: Pxhere

Yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä joustavasta materiaalista on joustavat nauhat (tai kuminauhat), jotka sitovat sanomalehdet, kukat tai lasinvanteen. Jos ne on venytetty, havaitaan, että ne vääristyvät pitkittäisesti ja palautuvat sitten alkuperäiseen muotoonsa.

Mutta jos materiaali on pysyvästi muodonmuutos, se ei ole joustava, vaan muovi. On olemassa useita fysikaalisia parametrejä, jotka sallivat näiden materiaalien, esimerkiksi Youngin moduulin, myötörajan ja lasittumislämpötilan (Tg), erottamisen toisistaan.

Näiden fysikaalisten ominaisuuksien lisäksi kemiallisesti elastisten materiaalien on myös täytettävä tietyt molekyylin kriteerit käyttäytyäkseen sellaisinaan.

Tästä eteenpäin syntyy laaja valikoima mahdollisuuksia, sekoituksia ja synteesiä, loputtomien muuttujien vaikutuksesta; kaikki tämä lähentyä joustavuuden "yksinkertaiseen" ominaisuuteen.

Raaka materiaali

Kuten alussa mainittiin, joustavat materiaalit ovat elastomeerejä. Viimeksi mainitut puolestaan ​​vaativat muita polymeerejä tai pienempiä "molekyylieleitä"; ts. elastomeerit ansaitsevat myös oman synteesinsä esipolymeereistä.

Kukin tapaus vaatii huolellista tutkimusta prosessimuuttujista, olosuhteista ja miksi näiden polymeerien kanssa tuloksena oleva elastomeeri ja siten elastinen materiaali "toimii".

Laskematta yksityiskohtiin, tässä on sarja tätä tarkoitusta varten käytettyjä polymeerejä:

-Polyisocyanate

-Polyol-polyesteri

-Eteenin ja propeenin kopolymeerit (ts. Polyeteenin ja polypropeenin seokset)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

polysiloksaaniseos

Monien muiden lisäksi. Ne reagoivat keskenään erilaisten polymerointimekanismien avulla, joita ovat: kondensointi, additio tai vapaiden radikaalien välityksellä.

Siksi jokainen synteesi merkitsee tarvetta hallita reaktion kinetiikka, jotta voidaan taata optimaaliset olosuhteet sen kehitykselle. Samoin, missä synteesi tapahtuu, tulee peliin; ts. reaktori, sen tyyppi ja prosessimuuttujat.

Molekyylin ominaisuudet

Mitä kaikilla elastomeerien synteesissä käytetyillä polymeereillä on yhteistä? Entisen ominaisuudet synergoivat (kokonaisuus on suurempi kuin sen osien summa) jälkimmäisen kanssa.

Aluksi niillä on oltava epäsymmetriset rakenteet, ja siksi niiden on oltava mahdollisimman heterogeenisiä. Niiden molekyylirakenteiden on välttämättä oltava lineaarisia ja joustavia; ts. yksittäisten sidosten kierto ei saisi aiheuttaa steerisiä repulioita substituenttiryhmien välillä.

Myöskään polymeeri ei saa olla kovin polaarinen, muuten sen molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat vahvempia ja se osoittaa suurempaa jäykkyyttä.

Siksi polymeereissä on oltava: epäsymmetriset, ei-polaariset ja joustavat yksiköt. Jos ne täyttävät kaikki nämä molekyyliominaisuudet, ne edustavat potentiaalista lähtökohtaa elastomeerin saamiseksi.

Elastomeerien synteesi

Kun raaka-aine ja kaikki prosessimuuttujat on valittu, elastomeerien synteesi jatkuu. Kun syntetisoitu, ja seuraavan fysikaalisten ja kemiallisten käsittelyjen sarjan jälkeen, elastinen materiaali luodaan.

Mutta mitä muutoksia valittujen polymeerien on tehtävä, jotta niistä tulisi elastomeerejä?

Heidän on suoritettava silloitus tai kovetus (silloitus, englanniksi); ts. sen polymeeriketjut kytkeytyvät toisiinsa molekyylisiltojen avulla, jotka ovat peräisin bi- tai monitoiminnallisista molekyyleistä tai polymeereistä (kykenevät muodostamaan kaksi tai useampia vahvoja kovalenttisia sidoksia). Alla olevassa kuvassa on yhteenveto edellä mainitusta:

Lähde: Gabriel Bolívar

Violetit viivat edustavat polymeeriketjuja tai elastomeerien "jäykempiä" lohkoja; taas mustat viivat ovat joustavin osa. Jokainen violetti viiva voi koostua erilaisesta polymeeristä, joustavampi tai jäykempi verrattuna siihen, joka edeltää tai etenee.

Mitä funktiota nämä molekyylisillat suorittavat? Se, että annetaan itsensä päälle rullatun elastomeerin (staattinen tila) pystyä avautumaan venytyspaineessa (joustava moodi) liitosten joustavuuden ansiosta.

Maaginen jousi (Slinky, esimerkiksi Toystorylta) käyttäytyy hieman samalla tavalla kuin elastomeerit.

vulkanointi

Kaikista silloitusprosesseista vulkanointi on yksi tunnetuimmista. Tässä polymeeriketjut yhdistetään rikkisilloilla (SSS…).

Palattuaan ylempään kuvaan sillat eivät olisi enää mustia, vaan keltaisia. Tämä prosessi on välttämätön renkaiden valmistuksessa.

Fysikaaliset ja kemialliset lisäkäsittelyt

Kun elastomeerit on syntetisoitu, seuraavissa vaiheissa tuloksena oleva materiaali käsitellään antamaan niille niiden ainutlaatuiset ominaisuudet. Jokaisella materiaalilla on oma käsittely, muun muassa kuumennus, muotti tai hiominen tai muu fysikaalinen "kovetus".

Näissä vaiheissa pigmenttejä ja muita kemikaaleja lisätään sen elastisuuden varmistamiseksi. Samoin sen Youngin moduuli, Tg ja joustavuusraja arvioidaan laatuanalyysinä (muiden muuttujien lisäksi).

Juuri tässä hautataan termi elastomeeri sanaan ”kumi”; silikonikumi, nitriili, luonnollinen, uretaanit, butadieenistyreeni jne. Kumit ovat synonyymi materiaalille.

Joustavien nauhojen synteesi

Lopuksi annetaan lyhyt kuvaus elastisten nauhojen synteesiprosessista.

Polymeerien lähde sen elastomeerien syntetisoimiseksi saadaan luonnollisesta lateksista, erityisesti Hevea brasiliensis -puusta. Tämä on maitomainen, hartsimainen aine, joka puhdistetaan ja sekoitetaan sitten etikkahapon ja formaldehydin kanssa.

Tästä seoksesta saadaan laatta, josta vesi uutetaan puristamalla sitä ja antamalla sille lohkon muoto. Nämä lohkot leikataan pienemmiksi paloiksi sekoittimessa, jossa ne kuumennetaan ja pigmentit ja rikki lisätään vulkanointia varten.

Sitten ne leikataan ja suulakepuristetaan, jotta saadaan onttoja tankoja, joiden sisäpuolella ne vievät alumiinitankoa, jonka talkki on tuki.

Ja lopuksi, tangot lämmitetään ja poistetaan alumiinituestaan, jotta ne puristetaan viimeksi telalla ennen leikkaamista; Jokainen leikkaus luo liigan, ja lukemattomat leikkaukset tuottavat niistä tonnia.

Viitteet

1. Wikipedia. (2018). Joustavuus (fysiikka). Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Johdanto elastomeerien synteesiin. Julkaisussa: Lal J., Mark JE (toim.) Elastomeerien kehitys ja kumin kimmoisuus. Springer, Boston, MA
3. Pehmeä robotiikan työkalupakki. (SF). Elastomeerit. Palautettu osoitteesta: softroboticstoolkit.com
4. Luku 16, 17, 18-muovit, kuidut, elastomeerit.. Palautettu osoitteesta: fab.cba.mit.edu
5. Elastomeerien synteesi.. Palautettu osoitteesta: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Kuminauha. Palautettu osoitteesta: madehow.com.