КАК СИНТЕЗИРУЕТСЯ ЭЛАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ? - ХИМИЯ - 2025

Чтобы синтезировать эластичный материал , во-первых, необходимо знать, из какого типа полимеров он состоит; так как в противном случае была бы сформулирована разработка пластика или волокна. При этом следует учитывать, что полимеры называются эластомерами.

Итак, эластомеры составляют эластичные материалы; Но что они собой представляют? Чем они отличаются от других полимеров? Как узнать, действительно ли синтезированный материал обладает упругими свойствами?

Источник: Pxhere

Один из простейших примеров эластичного материала - резинки (или резинки), которые связывают газеты, цветы или пачку банкнот. Если их растянуть, можно заметить, что они деформируются в продольном направлении, а затем возвращаются к своей первоначальной форме.

Но, если материал постоянно деформируется, то он не эластичный, а пластичный. Есть несколько физических параметров, которые позволяют различать эти материалы, такие как их модуль Юнга, их предел текучести и температура стеклования (Tg).

В дополнение к этим физическим свойствам, химически эластичные материалы должны также соответствовать определенным молекулярным критериям, чтобы вести себя как таковые.

Отсюда возникает широкий спектр возможностей, смесей и синтеза с учетом бесконечного числа переменных; все это сводится к «простой» характеристике эластичности.

Ингредиенты

Как упоминалось в начале, эластичные материалы сделаны из эластомеров. Последнее, в свою очередь, требует других полимеров или более мелких «молекулярных кусочков»; то есть эластомеры также заслуживают собственного синтеза из форполимеров.

Каждый случай требует тщательного изучения переменных процесса, условий и причин, по которым с этими полимерами «работает» получаемый эластомер и, следовательно, эластичный материал.

Не вдаваясь в подробности, вот серия полимеров, используемых для этой цели:

-Polyisocyanate

-Полиол полиэстер

-Сополимеры этилена и пропилена (т.е. смеси полиэтилена и полипропилена)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Помимо многих других. Они реагируют друг с другом посредством различных механизмов полимеризации, среди которых: конденсация, присоединение или через свободные радикалы.

Следовательно, каждый синтез подразумевает необходимость освоить кинетику реакции, чтобы гарантировать оптимальные условия для ее развития. Точно так же играет роль то, где будет происходить синтез; то есть реактор, его тип и параметры процесса.

Молекулярные характеристики

Что общего у всех полимеров, используемых для синтеза эластомеров? Свойства первого будут синергетичны (целое больше, чем сумма его частей) со свойствами второго.

Для начала они должны иметь асимметричную структуру, а значит быть максимально неоднородными. Их молекулярные структуры обязательно должны быть линейными и гибкими; то есть вращение одинарных связей не должно вызывать пространственного отталкивания между группами заместителей.

Кроме того, полимер не должен быть очень полярным, иначе его межмолекулярные взаимодействия будут более сильными, и он будет демонстрировать большую жесткость.

Следовательно, полимеры должны иметь: асимметричные, неполярные и гибкие звенья. Если они соответствуют всем этим молекулярным характеристикам, они представляют собой потенциальную отправную точку для получения эластомера.

Синтез эластомеров

После выбора сырья и всех переменных процесса синтез эластомеров продолжается. После синтеза и после серии последующих физических и химических обработок создается эластичный материал.

Но какие превращения должны претерпеть выбранные полимеры, чтобы стать эластомерами?

Они должны пройти сшивание или отверждение (сшивание на английском языке); то есть его полимерные цепи будут соединяться друг с другом молекулярными мостиками, которые происходят из би- или полифункциональных молекул или полимеров (способных образовывать две или более прочные ковалентные связи). Изображение ниже резюмирует сказанное выше:

Источник: Габриэль Боливар

Фиолетовые линии представляют полимерные цепи или «более жесткие» блоки эластомеров; в то время как черные линии - самая гибкая часть. Каждая фиолетовая линия может состоять из другого полимера, более гибкого или жесткого по сравнению с тем, который предшествует или продолжается.

Какую функцию выполняют эти молекулярные мостики? Это позволяет эластомеру катиться на себя (статический режим), чтобы иметь возможность разворачиваться под давлением растяжения (эластичный режим) благодаря гибкости его звеньев.

Волшебная пружина (Slinky, например, из Toystory) ведет себя немного похоже на поведение эластомеров.

вулканизация

Среди всех процессов сшивания вулканизация - один из самых известных. Здесь полимерные цепи соединены между собой серными мостиками (SSS…).

Возвращаясь к верхнему изображению, мосты будут уже не черными, а желтыми. Этот процесс важен при производстве шин.

Дополнительная физико-химическая обработка

Следующие шаги после синтеза эластомеров - обработка полученного материала для придания им уникальных характеристик. Каждый материал проходит свою собственную обработку, в том числе нагревание, формование или измельчение или другое физическое «отверждение».

На этих этапах добавляются пигменты и другие химические вещества, чтобы обеспечить его эластичность. Аналогичным образом, его модуль Юнга, его Tg и его предел эластичности оцениваются как анализ качества (в дополнение к другим переменным).

Именно здесь термин «эластомер» скрывается за словом «резина»; силиконовые каучуки, нитриловые, натуральные, уретановые, бутадиен-стирольные и др. Каучуки - синоним эластичного материала.

Синтез резинок

Наконец, будет дано краткое описание процесса синтеза эластичных лент.

Источником полимеров для синтеза его эластомеров является натуральный латекс, в частности, из дерева Hevea brasiliensis. Это смолистое вещество молочного цвета, которое проходит очистку и затем смешивается с уксусной кислотой и формальдегидом.

Из этой смеси получается плита, из которой извлекается вода, отжимая ее и придавая ей форму блока. Эти блоки разрезаются на более мелкие кусочки в смесителе, где они нагреваются и добавляются пигменты и сера для вулканизации.

Затем их разрезают и прессуют для получения полых стержней, внутри которых они будут занимать алюминиевый стержень с тальком в качестве опоры.

И, наконец, стержни нагревают и снимают с их алюминиевой опоры, чтобы в последний раз сжать их роликом перед резкой; Каждое сокращение генерирует лигу, а бесчисленное количество сокращений генерирует их тонны.

Ссылки

1. Wikipedia. (2018). Упругость (физика). Получено с: en.wikipedia.org
2. Одиан Г. (1986) Введение в синтез эластомеров. В: Лал Дж., Марк Дж. Э. (ред.) Достижения эластомеров и эластичности резины. Спрингер, Бостон, Массачусетс
3. Набор инструментов для мягкой робототехники. (SF). Эластомеры. Получено с: softroboticstoolkit.com
4. Глава 16, 17, 18-Пластмассы, волокна, эластомеры. , Получено с: fab.cba.mit.edu
5. Синтез эластомеров. , Получено с: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Резинка. Получено с: madehow.com.