HOGYAN SZINTETIZÁLÓDIK EGY ELASZTIKUS ANYAG? - KÉMIA - 2026

Egy elasztikus anyag előállításához először ismernie kell, hogy milyen típusú polimerekből áll; mivel ellenkező esetben egy műanyag vagy egy szál kidolgozását megfogalmaznák. Ezt tudva, a figyelembe veendõ polimereket elasztomereknek nevezik.

Tehát az elasztomerek rugalmas anyagokat alkotnak; De mi ezek? Mi különbözik egymástól a többi polimertől? Honnan tudja, hogy a szintetizált anyagnak valóban rugalmas tulajdonságai vannak?

Forrás: Pxhere

Az elasztikus anyag egyik legegyszerűbb példája az elasztikus szalagok (vagy gumiszalagok), amelyek összekapcsolják az újságokat, a virágot vagy a számlapot. Ha meg vannak nyújtva, megfigyelhető, hogy hosszirányban deformálódnak, majd visszatérnek eredeti alakjukba.

De ha az anyag véglegesen deformálódik, akkor nem rugalmas, hanem műanyag. Számos fizikai paraméter lehetővé teszi az anyagok megkülönböztetését, például Young modulusuk, hozampontjuk és az üvegátmeneti hőmérséklet (Tg).

Ezen fizikai tulajdonságok mellett a kémiailag elasztikus anyagoknak meg kell felelniük bizonyos molekuláris kritériumoknak, hogy önmagukban viselkedjenek.

Innentől kezdve széles lehetőségek merülnek fel, keverékek és szintézisek, végtelen változóknak kitéve; Mindez a rugalmasság "egyszerű" jellemzőjéhez való konvergencia érdekében.

Nyersanyag

Mint az elején említettük, a rugalmas anyagok elasztomerekből készülnek. Ez utóbbi viszont más polimereket vagy kisebb "molekuláris darabokat" igényel; azaz az elasztomerek megérdemlik az előpolimerekből származó saját szintézisüket.

Mindegyik esetben gondosan meg kell tanulmányozni a folyamatváltozókat, a körülményeket és azt, hogy ezekkel a polimerekkel miért működik az így kapott elasztomer, és ezért az elasztikus anyag.

A részletekbe véve anélkül, hogy ehhez a célhoz felhasználnánk egy sor polimert:

-Polyisocyanate

-Poliol poliészter

-Etilén és propilén kopolimerei (azaz polietilén és polipropilén keverékei)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Sokon kívül. Ezek reagálnak egymással különböző polimerizációs mechanizmusokon keresztül, amelyek között vannak: kondenzáció, addíció vagy szabad gyökök útján.

Ezért minden szintézis magában foglalja a reakció kinetikájának ismeretét, annak érdekében, hogy garantáljuk a fejlődés optimális feltételeit. Hasonlóképpen, az a szintézis kerül sor, ahol a szintézis megtörténik; vagyis a reaktor, annak típusa és a folyamatváltozók.

Molekuláris jellemzők

Milyen közös az összes elasztomer szintéziséhez használt polimer? Az előbbi tulajdonságai szinergizálódnak (az egész nagyobb, mint a részek összessége) az utóbbi tulajdonságaival.

Kezdetben aszimmetrikus szerkezetűeknek kell lenniük, és ezért a lehető heterogénebbeknek kell lenniük. Molekuláris szerkezetüknek szükségszerűen lineárisnak és rugalmasnak kell lennie; vagyis az egyes kötések forgása nem okozhat szterikus repulációkat a szubsztituens csoportok között.

Ezenkívül a polimernek nem szabad nagyon polárosnak lennie, különben az intermolekuláris interakciói erősebbek lesznek és nagyobb merevséget mutatnak.

Ezért a polimereknek aszimmetrikus, nem poláros és rugalmas egységekkel kell rendelkezniük. Ha megfelelnek ezeknek a molekuláris tulajdonságoknak, akkor potenciális kiindulási pontot jelentenek az elasztomer előállításához.

Az elasztomerek szintézise

Miután kiválasztottuk a nyersanyagot és az összes folyamatváltozót, folytatódik az elasztomerek szintézise. Szintetizálás után és egy sor fizikai és kémiai kezelés után az elasztikus anyag létrejön.

De milyen átalakulásokon kell keresztülmenni a kiválasztott polimereken, hogy elasztomerré váljanak?

Hálósításon vagy kikeményedésen kell keresztülmenniük (térhálósítás, angolul); vagyis polimer láncaik molekuláris hidakkal kapcsolódnak egymáshoz, amelyek bi- vagy többfunkciós molekulákból vagy polimerekből származnak (képesek kettő vagy több erős kovalens kötést képezni). Az alábbi kép a fentiek összefoglalását tartalmazza:

Forrás: Gabriel Bolívar

A lila vonalak a polimer láncokat vagy az elasztomerek "merevebb" blokkjait képviselik; míg a fekete vonal a legrugalmasabb rész. Mindegyik lila vonal eltérő polimerből állhat, rugalmasabb vagy merevebb az előző vagy azt követő polimerhez viszonyítva.

Milyen funkciót játszanak ezek a molekuláris hidak? Annak lehetővé tétele, hogy az elasztomer önmagára gördüljön (statikus üzemmód), hogy az összekapcsolhatóságának köszönhetően nyújtási nyomás alatt (elasztikus mód) kibontakozhasson.

A varázsrugó (például Slinky, például a Toystory-tól) kissé hasonlóan viselkedik, mint az elasztomerek.

Vulkanizáló

Az összes térhálósítási folyamat közül a vulkanizálás az egyik legismertebb. Itt a polimer láncokat kénhidak (SSS…) kapcsolják össze.

Visszatérve a felső képre, a hidak már nem fekete, hanem sárga lesznek. Ez a folyamat elengedhetetlen a gumiabroncsok gyártásában.

További fizikai és kémiai kezelések

Miután az elasztomereket szintetizálták, a következő lépések a kapott anyag kezelése, hogy egyedi tulajdonságaik legyenek. Mindegyik anyagnak megvan a maga kezelése, amely többek között melegítés, formázás vagy őrlés, vagy egyéb fizikai "kikeményítés".

Ezekben a lépésekben pigmenteket és egyéb vegyszereket adunk hozzá annak rugalmasságának biztosítása érdekében. Hasonlóképpen, Young modulusát, Tg értékét és rugalmassági határát minőségi elemzésként értékelik (más változók mellett).

Itt van eltemetve az elasztomer kifejezést a „gumi” szó; szilikonkaucsuk, nitril, természetes, uretánok, butadién-sztirol stb. A gumik megegyeznek az elasztikus anyaggal.

Rugalmas szalagok szintézise

Végül röviden ismertetjük a rugalmas szalag szintézis folyamatát.

Az elasztomerjeinek szintéziséhez szükséges polimerek természetes latexből, különösen a Hevea brasiliensis fából származnak. Ez egy tejszerű, gyantás anyag, amelyet megtisztítanak, majd összekevernek ecetsavval és formaldehiddel.

Ebből a keverékből egy darabot nyernek, amelyből a vizet extrahálják, sajtolva és tömb alakúvá alakulva. Ezeket a blokkokat kisebb darabokra vágják egy keverőben, ahol melegítik, és a pigmentet és a ként hozzáadják a vulkanizáláshoz.

Ezután vágják és extrudálják, hogy üreges rudakat kapjanak, amelyek belsejében egy alumínium rudat fognak elfoglalni, talkumként.

És végül, a rudakat melegítik és eltávolítják az alumíniumtartójukból, hogy utoljára megpréseljék őket egy hengerrel a darabolás előtt; Minden vágás létrehoz egy bajnokságot, és számtalan vágás generál tonna belőlük.

Irodalom

1. Wikipedia. (2018). Rugalmasság (fizika). Helyreállítva: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Bevezetés az elasztomerek szintézisébe. In: Lal J., Mark JE (szerk.) Előrelépések az elasztomerekben és a gumi elaszticitásában. Springer, Boston, MA
3. Puha robotika eszközkészlet. (Sf). Elasztomerek. Helyreállítva: softroboticstoolkit.com
4. 16., 17., 18. fejezet - Műanyagok, rostok, elasztomerek.. Helyreállítva: fab.cba.mit.edu
5. Elasztomer szintézis.. Helyreállítva: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Gumiszalag. Helyreállítva: madehow.com.