КАК СЕ СИНТЕЗИРА ЕЛАСТИЧЕН МАТЕРИАЛ? - ХИМИЯ - 2025

За да синтезирате еластичен материал, първо трябва да имате познания за това от какъв тип полимери е съставен; тъй като в противен случай би било формулирано изработването на пластмаса или влакно. Знаейки това, полимерите, които трябва да бъдат разгледани, са тези, наречени еластомери.

И така, еластомерите съставят еластични материали; Но какви са те? По какво се различават от другите полимери? Как да разберете дали синтезираният материал наистина има еластични свойства?

Източник: Pxhere

Един от най-простите примери за еластичен материал са еластичните ленти (или гумени ленти), които връзват заедно вестници, цветя или пачка от сметки. Ако те са опънати, ще се наблюдава, че те се деформират надлъжно и след това се връщат в първоначалната си форма.

Но, ако материалът е трайно деформиран, тогава той не е еластичен, а пластмасов. Има няколко физически параметъра, които позволяват да се прави разлика между тези материали, като модула на Йънг, точката на добив и температурата на стъклото (Tg).

В допълнение към тези физически качества, химически еластичните материали трябва да отговарят и на определени молекулярни критерии, за да се държат като такива.

Оттук възниква широк спектър от възможности, смеси и синтез, подчинени на безкрайни променливи; всичко това, за да се сближи по "простата" характеристика на еластичността.

Суров материал

Както бе споменато в началото, еластичните материали са изработени от еластомери. Последните от своя страна изискват други полимери или по-малки „молекулярни парчета“; тоест, еластомерите също заслужават своя собствен синтез от предполимери.

Всеки случай изисква внимателно проучване на променливите на процеса, условията и защо с тези полимери полученият еластомер "работи" и следователно еластичния материал.

Без да навлизаме в подробности, ето поредица от полимери, използвани за тази цел:

-Polyisocyanate

-Полиел полиестер

-Кополимери на етилен и пропилен (т.е. смеси от полиетилен и полипропилен)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Освен много други. Те реагират помежду си чрез различни механизми за полимеризация, сред които са: кондензация, добавяне или чрез свободни радикали.

Следователно всеки синтез предполага необходимостта от овладяване на кинетиката на реакцията, за да се гарантират оптималните условия за нейното развитие. По същия начин, където ще се извърши синтеза, влиза в игра; тоест реактора, неговия тип и променливите на процеса.

Молекулярни характеристики

Какво общо имат всички полимери, използвани за синтеза на еластомери? Свойствата на първия ще синергизират (цялото е по-голямо от сбора на неговите части) с това на второто.

Като начало те трябва да имат асиметрични структури и следователно да са възможно най-разнородни. Техните молекулни структури задължително трябва да са линейни и гъвкави; тоест въртенето на единичните връзки не трябва да предизвиква стерични отблъсквания между заместващите групи.

Също така, полимерът не трябва да бъде силно полярен, в противен случай междумолекулните му взаимодействия ще бъдат по-силни и ще покаже по-голяма твърдост.

Следователно полимерите трябва да имат: асиметрични, неполярни и гъвкави единици. Ако те отговарят на всички тези молекулни характеристики, те представляват потенциална отправна точка за получаване на еластомер.

Синтез на еластомери

След като е избрана суровината и всички променливи на процеса, синтезът на еластомерите продължава. Веднъж синтезиран и след последваща серия от физически и химични обработки, еластичният материал се създава.

Но какви трансформации трябва да претърпят избраните полимери, за да се превърнат в еластомери?

Те трябва да преминат през омрежване или втвърдяване (омрежване, на английски език); тоест нейните полимерни вериги ще се свързват помежду си чрез молекулни мостове, които идват от би или полифункционални молекули или полимери (способни да образуват две или повече силни ковалентни връзки). Изображението по-долу обобщава горепосоченото:

Източник: Габриел Боливар

Лилавите линии представляват полимерните вериги или "по-твърдите" блокове от еластомери; докато черните линии са най-гъвкавата част. Всяка лилава линия може да се състои от различен полимер, по-гъвкав или твърд по отношение на този, който предхожда или продължава.

Каква функция играят тези молекулярни мостове? Това, че позволява на еластомера да се търкаля върху себе си (статичен режим), да може да се разгъва под налягане на разтягане (еластичен режим) благодарение на гъвкавостта на връзките си.

Магическата извор (Slinky, например, от Toystory) се държи малко подобно на това как правят еластомерите.

вулканизация

Сред всички процеси на кръстосано свързване вулканизацията е един от най-известните. Тук полимерните вериги са свързани помежду си от серни мостове (SSS…).

Връщайки се към горното изображение, мостовете вече няма да са черни, а жълти. Този процес е от съществено значение при производството на гуми.

Допълнителни физични и химични обработки

След като еластомерите са синтезирани, следващите стъпки са да обработите получения материал, за да им дадете своите уникални характеристики. Всеки материал има собствена обработка, сред която са нагряване, формоване или смилане или друго физическо "втвърдяване".

В тези стъпки се добавят пигменти и други химикали, за да се гарантира еластичността му. По същия начин модулът на Йънг, неговият Tg и границата на еластичността му се оценяват като анализ на качеството (в допълнение към други променливи).

Именно тук терминът еластомер е погребан от думата „гума“; силиконови каучуци, нитрил, естествен, уретани, бутадиен-стирен и др. Каучуците са синоним на еластичен материал.

Синтез на еластични ленти

Накрая ще бъде дадено кратко описание на процеса на синтез на еластична лента.

Източникът на полимери за синтеза на неговите еластомери се получава от естествен латекс, по-специално от дървото Hevea brasiliensis. Това е млечно, смолисто вещество, което се подлага на пречистване и след това се смесва с оцетна киселина и формалдехид.

От тази смес се получава плоча, от която се извлича вода, като се прецежда и й се придава форма на блок. Тези блокове се нарязват на по-малки парчета в миксер, където се нагряват и се добавят пигменти и сяра за вулканизация.

След това те се нарязват и екструдират, за да се получат кухи пръти, вътре в които те ще заемат алуминиев прът с талк като опора.

И накрая, пръчките се нагряват и се отстраняват от алуминиевата им опора, за да се изтръгнат последен път с валяк, преди да бъдат нарязани; Всяко отрязване генерира лига и безброй съкращения генерират тонове от тях.

Препратки

1. Wikipedia. (2018). Еластичност (физика). Възстановено от: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Въведение в синтеза на еластомери. В: Lal J., Mark JE (eds) Напредък на еластомерите и еластичността на каучук. Спрингер, Бостън, МА
3. Мек инструментариум за роботика. (SF). Еластомери. Възстановена от: softroboticstoolkit.com
4. Глава 16, 17, 18-Пластмаса, влакна, еластомери., Възстановено от: fab.cba.mit.edu
5. Еластомерен синтез., Възстановено от: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Гумена лента. Възстановени от: madehow.com.