HOE WORDT EEN ELASTISCH MATERIAAL GESYNTHETISEERD? - CHEMIE - 2026

Om een elastisch materiaal te synthetiseren , moet men eerst weten uit welk type polymeren het is opgebouwd; omdat anders de uitwerking van een kunststof of een vezel zou worden geformuleerd. Dit wetende, zijn de polymeren die in aanmerking moeten worden genomen, de zogenaamde elastomeren.

Elastomeren vormen dus elastische materialen; Maar wat zijn ze, hoe verschillen ze van andere polymeren, hoe weet je of het gesynthetiseerde materiaal echt elastische eigenschappen heeft?

Bron: Pxhere

Een van de eenvoudigste voorbeelden van een elastisch materiaal zijn de elastische banden (of elastiekjes) die kranten, bloemen of een stapel rekeningen aan elkaar binden. Als ze worden uitgerekt, zal worden opgemerkt dat ze in de lengterichting vervormen en vervolgens terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm.

Maar als het materiaal permanent vervormd is, is het niet elastisch, maar plastic. Er zijn verschillende fysische parameters die het mogelijk maken onderscheid te maken tussen deze materialen, zoals hun Young-modulus, hun vloeigrens en de glasovergangstemperatuur (Tg).

Naast deze fysische eigenschappen moeten chemisch elastische materialen ook voldoen aan bepaalde moleculaire criteria om zich als zodanig te gedragen.

Hieruit ontstaat een breed scala aan mogelijkheden, mengsels en synthese, onderworpen aan oneindig veel variabelen; dit alles om samen te komen tot de "eenvoudige" eigenschap van elasticiteit.

Grondstof

Zoals in het begin vermeld, zijn elastische materialen gemaakt van elastomeren. De laatste vereisen op hun beurt andere polymeren of kleinere "moleculaire stukjes"; dat wil zeggen, elastomeren verdienen ook hun eigen synthese uit pre-polymeren.

Elk geval vereist een zorgvuldige studie van de procesvariabelen, de omstandigheden en waarom bij deze polymeren het resulterende elastomeer "werkt" en dus het elastische materiaal.

Zonder in details te treden, is hier een reeks polymeren die voor dit doel worden gebruikt:

-Polyisocyanaat

-Polyol polyester

-Copolymeren van ethyleen en propyleen (d.w.z. mengsels van polyethyleen en polypropyleen)

-Polyisobutyleen

-Polysulfiden

-Polysiloxaan

Naast vele anderen. Deze reageren met elkaar via verschillende polymerisatiemechanismen, waaronder: condensatie, additie of via vrije radicalen.

Daarom impliceert elke synthese de noodzaak om de kinetiek van de reactie onder de knie te krijgen om de optimale omstandigheden voor de ontwikkeling ervan te garanderen. Evenzo komt de plaats waar de synthese zal plaatsvinden in het spel; dat wil zeggen de reactor, het type en de procesvariabelen.

Moleculaire kenmerken

Wat hebben alle polymeren die worden gebruikt voor de synthese van elastomeren gemeen? De eigenschappen van de eerste zullen synergiseren (het geheel is groter dan de som der delen) met die van de laatste.

Om te beginnen moeten ze asymmetrische structuren hebben en daarom zo heterogeen mogelijk zijn. Hun moleculaire structuren moeten noodzakelijkerwijs lineair en flexibel zijn; dat wil zeggen dat de rotatie van de enkele bindingen geen sterische afstoting tussen de substituentgroepen mag veroorzaken.

Ook mag het polymeer niet erg polair zijn, anders zullen de intermoleculaire interacties sterker zijn en zal het een grotere stijfheid vertonen.

Daarom moeten polymeren: asymmetrische, niet-polaire en flexibele eenheden hebben. Als ze aan al deze moleculaire kenmerken voldoen, vormen ze een mogelijk startpunt voor het verkrijgen van een elastomeer.

Synthese van elastomeren

Nadat de grondstof en alle procesvariabelen zijn geselecteerd, gaat de synthese van de elastomeren verder. Eenmaal gesynthetiseerd en na een volgende reeks fysische en chemische behandelingen, wordt het elastische materiaal gemaakt.

Maar welke transformaties moeten de geselecteerde polymeren ondergaan om elastomeren te worden?

Ze moeten een crosslinking of uitharding ondergaan (crosslinking, in het Engels); dat wil zeggen, hun polymere ketens zullen met elkaar verbonden zijn door moleculaire bruggen, die afkomstig zijn van bi of polyfunctionele moleculen of polymeren (die twee of meer sterke covalente bindingen kunnen vormen). De onderstaande afbeelding vat het bovenstaande samen:

Bron: Gabriel Bolívar

De paarse lijnen stellen de polymeerketens of de "stijvere" blokken elastomeren voor; terwijl de zwarte lijnen het meest flexibele gedeelte zijn. Elke paarse lijn kan bestaan ​​uit een ander polymeer, flexibeler of stijver dan degene die eraan voorafgaat of doorgaat.

Welke functie spelen deze moleculaire bruggen? Die om het elastomeer op zichzelf te laten rollen (statische modus), om zich te kunnen ontvouwen onder een rekdruk (elastische modus) dankzij de flexibiliteit van de schakels.

De magische veer (Slinky, bijvoorbeeld uit Toystory) gedraagt ​​zich enigszins als elastomeren.

Vulkanisatie

Van alle verknopingsprocessen is vulkanisatie een van de bekendste. Hier zijn de polymeerketens met elkaar verbonden door zwavelbruggen (SSS…).

Terugkerend naar de bovenste afbeelding, zouden de bruggen niet langer zwart zijn, maar geel. Dit proces is essentieel bij de fabricage van banden.

Aanvullende fysische en chemische behandelingen

Nadat de elastomeren zijn gesynthetiseerd, zijn de volgende stappen het behandelen van het resulterende materiaal om het hun unieke eigenschappen te geven. Elk materiaal heeft zijn eigen behandeling, waaronder verhitten, vormen of malen, of andere fysieke "uitharding".

Bij deze stappen worden pigmenten en andere chemicaliën toegevoegd om de elasticiteit te waarborgen. Evenzo worden de Young-modulus, de Tg en de elasticiteitslimiet beoordeeld als kwaliteitsanalyse (naast andere variabelen).

Het is hier dan waar de term elastomeer wordt begraven door het woord 'rubber'; siliconenrubbers, nitril, natuurlijk, urethanen, butadieen-styreen, etc. Rubbers zijn synoniem voor elastisch materiaal.

Synthese van elastische banden

Ten slotte zal een korte beschrijving worden gegeven van het proces van de synthese van elastische banden.

De bron van polymeren voor de synthese van zijn elastomeren wordt verkregen uit natuurlijke latex, met name uit de Hevea brasiliensis-boom. Dit is een melkachtige, harsachtige substantie die wordt gezuiverd en vervolgens wordt gemengd met azijnzuur en formaldehyde.

Uit dit mengsel wordt een plaat verkregen, waaruit water wordt gewonnen door deze in te drukken en de vorm van een blok te geven. Deze blokken worden in een mixer in kleinere stukjes gesneden, waar ze verwarmd worden en pigmenten en zwavel worden toegevoegd voor vulkanisatie.

Vervolgens worden ze gesneden en geëxtrudeerd om holle staven te verkrijgen, waarin ze een aluminium staaf zullen bezetten met talk als ondersteuning.

En tot slot worden de staven verwarmd en van hun aluminium steun verwijderd, om nog een laatste keer door een rol te worden samengedrukt voordat ze worden gesneden; Elke snede genereert een competitie, en talloze bezuinigingen genereren er tonnen van.

Referenties

1. Wikipedia. (2018). Elasticiteit (fysica). Hersteld van: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Inleiding tot synthese van elastomeren. In: Lal J., Mark JE (eds) Vooruitgang in elastomeren en rubberelasticiteit. Springer, Boston, MA
3. Toolkit voor zachte robotica. (sf). Elastomeren. Hersteld van: softroboticstoolkit.com
4. Hoofdstuk 16, 17, 18-Plastics, Vezels, Elastomeren. . Hersteld van: fab.cba.mit.edu
5. Synthese van elastomeer. . Hersteld van: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Rubberen band. Hersteld van: madehow.com.