Kuidas sünteesitakse elastne materjal?



Sünteesida a elastne materjal, Esiteks peab teadma, milliseid polümeere nad moodustavad; sest vastasel juhul valmistataks välja plastikust või kiust. Seda teades on polümeerid, mida tuleks arvestada elastomeerid.

Seejärel moodustavad elastomeerid elastsed materjalid; Aga mis need erinevad? Kuidas nad erinevad teistest polümeeridest? Kuidas teada, kas sünteesitud materjalil on tõesti elastsed omadused?

Elastse materjali üks lihtsamaid näiteid leidub elastsetes ribades (või sukkpüksides), mis seovad ajalehti, lilli või arve. Kui nad on venitatud, siis täheldatakse, et nad deformeeruvad pikisuunas ja naasevad seejärel oma algkujule.

Aga kui materjal on püsivalt deformeerunud, ei ole see elastne, vaid plastik. On mitmeid füüsilisi parameetreid, mis võimaldavad teil neid materjale eristada, näiteks Youngi moodul, elastsuspiir ja klaasistumistemperatuur (Tg)..

Lisaks nendele füüsilistele omadustele peavad keemiliselt elastsed materjalid vastama teatud molekulaarsetele kriteeriumidele.

Sellest tuleneb suur hulk võimalusi, segusid ja sünteesi, mis allutatakse arvukatele muutujatele; kõik see läheneb elastsuse lihtsale iseloomule.

Indeks

  • 1 Tooraine
    • 1.1 Molekulaarsed omadused
  • 2 Elastomeeride süntees
    • 2.1 Vulkaniseerimine
    • 2.2 Täiendavad füüsikalised ja keemilised töötlused
  • 3 Elastsete ribade süntees
  • 4 Viited

Tooraine

Nagu alguses mainitud, on elastsed materjalid valmistatud elastomeeridest. Viimane nõuab omakorda teisi väiksemaid polümeere või "molekulaarseid osi"; see tähendab, et elastomeerid väärivad ka oma sünteesi eelpolümeeridest.

Iga juhtum nõuab protsessimuutujate hoolikat uurimist, tingimusi ja seda, miks nende polümeeridega saadud elastomeer "töötab" ja seega elastne materjal.

Üksikasjadesse sattumata on meil sellel eesmärgil kasutatud mitmeid polümeere:

-Polüisotsüanaat

-Polyol polüester

-Etüleen- ja propüleeni kopolümeerid (st polüetüleenide ja polüpropüleenide segud) \ t

-Polüisobutüleen

-Polüsulfiidid

-Polüsiloksaan

Lisaks paljudele teistele. Need reageerivad üksteisega erinevate polümerisatsioonimehhanismide kaudu, mille hulka kuuluvad: kondenseerumine, lisamine või vabade radikaalide kaudu.

Seega eeldab iga süntees vajadust reageerida reaktsiooni kineetikale, et tagada selle arengu optimaalsed tingimused. Samamoodi hakkab toimuma sünteesi tegemise koht; see tähendab reaktorit, selle tüüpi ja protsessi muutujaid.

Molekulaarsed omadused

Millised on kõik elastomeeride sünteesimiseks kasutatavad polümeerid? Esimese omadused muudavad sünergia (kogu on suurem kui selle osade summa) teise.

Kõigepealt peavad neil olema asümmeetrilised struktuurid ja seega olema need võimalikult heterogeensed. Nende molekulaarstruktuurid peavad tingimata olema lineaarsed ja paindlikud; see tähendab, et üksikute sidemete pööramine ei tohiks põhjustada steerilisi repulsioone asendusrühmade vahel.

Samuti ei tohiks polümeer olla väga polaarne, sest vastasel juhul on selle molekulidevaheline interaktsioon tugevam ja näitab suuremat jäikust.

Seetõttu peavad polümeerid olema: asümmeetrilised, mittepolaarsed ja painduvad ühikud. Kui neil on kõik need molekulaaromadused, kujutavad nad endast potentsiaalset lähtepunkti elastomeeri saamiseks.

Elastomeeride süntees

Pärast tooraine ja kõigi protsessi muutujate valimist jätkame elastomeeride sünteesi. Pärast sünteesimist ja pärast järgnevat füüsikaliste ja keemiliste töötluste seeriaid luuakse elastne materjal.

Kuid millised muutused peavad valitud polümeeridelt elastomeeriks muutuma?

Nad peavad läbima ristsidumise või kõvenemise (ristsidumine, inglise keeles); see tähendab, et nende polümeerahelad ühendatakse üksteisega molekulaarsete sildadega, mis pärinevad bi- või polüfunktsionaalsetest molekulidest või polümeeridest (mis on võimelised moodustama kaks või enam tugevat kovalentset sidet). Alltoodud pilt võtab kokku ülalmainitud:

Purpurjooned kujutavad polümeeri ahelaid või elastomeeride "jäigemaid" plokke; mustad jooned on kõige paindlikum osa. Iga lilla joon võib koosneda erinevatest polümeeridest, mis on paindlikumad või jäigemad kui need, mis eelnevad või toimusid.

Milliseid funktsioone need molekulaarsed sillad täidavad? See, et elastomeer on valtsitud ise (staatiline režiim), on võimalik kasutada elastse surve all (elastne režiim) tänu nende paindlikkusele..

Maagiline kevad (Slinky, näiteks Toystory) käitub veidi sarnaselt elastomeeride toimimisele.

Vulkaniseerimine

Kõigist ristsidumise protsessidest on vulkaniseerimine üks tuntumaid. Siin on polümeeri ahelad omavahel seotud väävli sildadega (S-S-S ...).

Tagasi ülaltoodud pildi juurde ei oleks sillad enam mustad, vaid kollased. See protsess on rehvide valmistamisel hädavajalik.

Täiendavad füüsikalised ja keemilised töötlused

Sünteesitud elastomeerid, järgmised etapid seisnevad saadud materjali töötlemises, et anda neile nende unikaalsed omadused. Igal materjalil on oma töötlus, mille hulka kuuluvad küte, vormimine või lihvimine või muu füüsiline "kõvendatud".

Nendes etappides lisatakse pigmendid ja muud kemikaalid, mis tagavad nende elastsuse. Samuti hinnatakse nende Youngi moodulit, nende Tg ja nende elastsuse piirväärtust kvaliteedianalüüsina (lisaks teistele muutujatele).

See on koht, kus termin "elastomeer" maetakse sõna "kummi" alla; silikoonkummid, nitriil, looduslikud, uretaanid, butadieenstüreen jne. Kummid on elastse materjali sünonüümid.

Elastsete ribade süntees

Lõpuks esitatakse lühike elastsete ribade sünteesiprotsessi kirjeldus.

Polümeeride allikas nende elastomeeride sünteesiks saadakse looduslikust lateksist, täpsemalt Hevea brasiliensis'e puust. See on piimjas ja vaikne aine, mida puhastatakse ja seejärel segatakse äädikhappega ja formaldehüüdiga..

Sellest segust saadakse plaat, millest ekstraheeritakse vett ja see blokeerib. Need plokid lõigatakse segistis väiksemateks tükkideks, kus neid kuumutatakse ning vulkaniseerimiseks lisatakse pigmendid ja väävel.

Seejärel lõigatakse ja ekstrudeeritakse, et saada õõnsad vardad, mille sees nad võtavad vastu alumiiniumist talki, millel on tugi.

Lõpuks kuumutatakse ja eemaldatakse vardad nende alumiiniumist toest, mis on enne viimast lõikamist rulli poolt viimati surutud; iga kohus genereerib liiga, ja lugematuid kärpeid tekitab neist palju.

Viited

  1. Wikipedia. (2018). Elastsus (füüsika). Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  2. Odian G. (1986) Elastomeeride sünteesi tutvustus. In: Lal J., Mark J.E. (eds) Elastomeeride ja kummi elastsuse edusammud. Springer, Boston, MA
  3. Pehme robootika tööriistakomplekt. (s.f.). Elastomeerid. Välja otsitud andmebaasist: softroboticstoolkit.com
  4. Peatükk 16, 17, 18-Plastid, kiud, elastomeerid. [PDF] Välja otsitud andmebaasist: fab.cba.mit.edu
  5. Elastomeeride süntees. [PDF] Välja otsitud andmebaasist: gozips.uakron.edu
  6. Advameg, Inc. (2018). Kummist bänd Välja otsitud andmebaasist: madehow.com.