KĀ TIEK SINTEZĒTS ELASTĪGAIS MATERIĀLS? - ĶĪMIJA - 2025

Lai sintezētu elastīgu materiālu , vispirms ir jābūt zināšanām par to, kāda veida polimērus tas veido; jo pretējā gadījumā tiktu formulēta plastmasas vai šķiedras izstrāde. Zinot to, par polimēriem, kas jāņem vērā, sauc tos par elastomēriem.

Tātad elastomēri veido elastīgus materiālus; Bet kas tie ir? Kā tie atšķiras no citiem polimēriem? Kā jūs zināt, vai sintezētajam materiālam tiešām ir elastīgas īpašības?

Avots: Pxhere

Viens no vienkāršākajiem elastīgā materiāla piemēriem ir elastīgās lentes (vai gumijas lentes), kas sasaista laikrakstus, ziedus vai rēķinu ķīli. Ja tie ir izstiepti, tiks novērots, ka tie deformējas gareniski un pēc tam atgriežas sākotnējā formā.

Bet, ja materiāls ir neatgriezeniski deformēts, tad tas nav elastīgs, bet gan plastmasas. Ir vairāki fizikāli parametri, kas ļauj diferencēt šos materiālus, piemēram, to Younga modulis, to iznākuma punkts un stikla pārejas temperatūra (Tg).

Papildus šīm fizikālajām īpašībām ķīmiski elastīgajiem materiāliem jāatbilst arī noteiktiem molekulāriem kritērijiem, lai tie izturētos kā tādi.

No šejienes rodas plašs iespēju klāsts, maisījumi un sintēze, ievērojot bezgalīgus mainīgos; tas viss saplūst ar "vienkāršo" elastības īpašību.

Izejviela

Kā sākumā minēts, elastīgie materiāli ir izgatavoti no elastomēriem. Pēdējiem savukārt nepieciešami citi polimēri vai mazāki "molekulārie gabali"; respektīvi, elastomēri arī pelna savu sintēzi no pirmspolimēriem.

Katrā ziņā ir rūpīgi jāizpēta procesa mainīgie, apstākļi un iemesls, kāpēc ar šiem polimēriem iegūtais elastomērs "darbojas" un līdz ar to arī elastīgais materiāls.

Neiedziļinoties detaļās, šeit ir virkne polimēru, ko izmanto šim nolūkam:

-Poliizocianāts

-Poliola poliesters

-Etilēna un propilēna kopolimēri (t.i., polietilēna un polipropilēna maisījumi)

-Poliizobutilēns

-Polysulfīdi

-Polilsiloksāns

Bez daudziem citiem. Tie savstarpēji reaģē, izmantojot dažādus polimerizācijas mehānismus, starp kuriem ir: kondensācija, pievienošana vai ar brīvo radikāļu palīdzību.

Tāpēc katra sintēze nozīmē nepieciešamību apgūt reakcijas kinētiku, lai garantētu optimālus apstākļus tās attīstībai. Tāpat spēlē, kur notiks sintēze; tas ir, reaktors, tā tips un procesa mainīgie.

Molekulārie parametri

Kas kopīgs visiem polimēriem, ko izmanto elastomēru sintēzē? Pirmās īpašības sinerģēs (veselums ir lielāks nekā tā daļu summa) ar pēdējām.

Sākumā tām jābūt asimetriskām struktūrām, un tāpēc tām jābūt pēc iespējas neviendabīgākām. Viņu molekulārajām struktūrām obligāti jābūt lineārām un elastīgām; tas ir, atsevišķo saišu rotācija nedrīkst izraisīt steriskas atgriezeniskās saites starp aizvietotāju grupām.

Arī polimērs nedrīkst būt ļoti polārs, pretējā gadījumā tā starpmolekulārā mijiedarbība būs spēcīgāka un tas parādīs lielāku stingrību.

Tāpēc polimēriem jābūt: asimetriskām, nepolārām un elastīgām vienībām. Ja tie atbilst visām šīm molekulārajām īpašībām, tad tie ir potenciālais sākumpunkts elastomēra iegūšanai.

Elastomēru sintēze

Pēc izejvielu un visu procesa mainīgo izvēles elastomēru sintēze turpinās. Pēc sintezēšanas un pēc tam sekojošām fizikālām un ķīmiskām apstrādēm tiek izveidots elastīgais materiāls.

Kādas pārvērtības jāveic izvēlētajiem polimēriem, lai tie kļūtu par elastomēriem?

Viņiem jāveic šķērssavienošana vai sacietēšana (šķērssavienojums, angļu valodā); tas ir, tā polimēru ķēdes savā starpā savienosies ar molekulāriem tiltiem, kas nāk no div- vai daudzfunkcionālām molekulām vai polimēriem (kas spēj veidot divas vai vairākas spēcīgas kovalentās saites). Zemāk redzamais attēls apkopo iepriekš minēto:

Avots: Gabriel Bolívar

Violetas līnijas apzīmē polimēru ķēdes vai elastomēru "stingrākus" blokus; savukārt melnās līnijas ir elastīgākā daļa. Katra purpursarkanā līnija var sastāvēt no atšķirīga polimēra, elastīgāka vai stingrāka attiecībā pret to, kas atrodas pirms vai iet uz priekšu.

Kādu funkciju šie molekulārie tilti spēlē? Tas ļauj elastomēram uzrullēt uz sevi (statiskā režīmā), lai tas varētu izlocīties zem stiepšanās spiediena (elastīgais režīms), pateicoties tā saišu elastīgumam.

Maģiskais atspere (Slinky, piemēram, no Toystory) uzvedas nedaudz līdzīgi tam, kā to dara elastomēri.

Vulkanizācija

Starp visiem sasaistes procesiem vulkanizācija ir viena no zināmākajām. Šeit polimēru ķēdes ir savstarpēji savienotas ar sēra tiltiem (SSS…).

Atgriežoties pie augšējā attēla, tiltiņi vairs nebūtu melni, bet dzelteni. Šis process ir būtisks riepu ražošanā.

Papildu fizikālās un ķīmiskās procedūras

Kad elastomēri ir sintezēti, nākamās darbības ir iegūtā materiāla apstrāde, lai tiem piešķirtu to unikālās īpašības. Katram materiālam ir sava apstrāde, starp kurām ir karsēšana, liešana vai malšana vai cita veida fiziska "sacietēšana".

Šajos posmos pievieno pigmentus un citas ķīmiskas vielas, lai nodrošinātu tā elastību. Tāpat tā Younga modulis, Tg un elastības robeža tiek novērtēti kā kvalitātes analīze (papildus citiem mainīgajiem).

Tieši šeit termins elastomērs ir aprakts ar vārdu “gumija”; silikona gumijas, nitrils, dabīgais, uretāni, butadiēna-stirola utt. Gumijas ir sinonīms elastīgajam materiālam.

Elastīgo joslu sintēze

Visbeidzot, tiks sniegts īss elastīgo joslu sintēzes procesa apraksts.

Polimēru avots tā elastomēru sintēzei tiek iegūts no dabīgā lateksa, īpaši no Hevea brasiliensis koka. Šī ir pienaina, sveķaina viela, kuru attīra un pēc tam sajauc ar etiķskābi un formaldehīdu.

No šī maisījuma iegūst plātni, no kuras ūdeni iegūst, to saspiežot un piešķirot bloka formu. Šie bloki tiek sagriezti mazākos gabaliņos maisītājā, kur tos sasilda un vulkanizēšanai pievieno pigmentus un sēru.

Pēc tam tos sagriež un izspiež, iegūstot dobus stieņus, kuru iekšpusē tie ieņems alumīnija stieni ar talku kā balstu.

Visbeidzot, stieņi tiek uzkarsēti un noņemti no to alumīnija balsta, lai tos pirms sagriešanas pēdējo reizi izspiestu ar rullīti; Katrs griezums rada līgu, un neskaitāmi samazinājumi rada no tiem tonnas.

Atsauces

1. Wikipedia. (2018). Elastība (fizika). Atgūts no: en.wikipedia.org
2. Odians G. (1986) Ievads elastomēru sintēzē. In: Lal J., Mark JE (red.) Elastomēru un gumijas elastības sasniegumi. Springers, Bostona, MA
3. Mīksts robotikas instrumentu komplekts. (sf). Elastomēri. Atgūts no: softroboticstoolkit.com
4. 16., 17., 18. nodaļa - Plastmasas, šķiedras, elastomēri. . Atgūts no: fab.cba.mit.edu
5. Elastomēru sintēze. . Atgūts no: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Gumijas aproce. Atgūts no: madehow.com.