ЯК СИНТЕЗУЄТЬСЯ ЕЛАСТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ? - ХІМІЯ - 2025

Щоб синтезувати еластичний матеріал , спочатку треба мати знання про те, з якого типу полімерів він складається; оскільки в іншому випадку буде сформульовано вироблення пластику або волокна. Знаючи це, слід розглядати полімери, які називаються еластомерами.

Так, еластомери складають еластичні матеріали; Але чим вони є? Чим вони відрізняються від інших полімерів? Як дізнатися, чи справді синтезований матеріал має еластичні властивості?

Джерело: Pxhere

Один з найпростіших прикладів еластичного матеріалу - гумки (або гумки), які з'єднують між собою газети, квіти або ватку купюр. Якщо вони розтягнуті, буде помічено, що вони деформуються поздовжньо, а потім повертаються до початкової форми.

Але, якщо матеріал постійно деформується, то він не еластичний, а пластичний. Існує кілька фізичних параметрів, які дозволяють розрізняти ці матеріали, такі як модуль Юнга, температура виходу та температура склування (Tg).

Крім цих фізичних якостей, хімічно еластичні матеріали повинні також відповідати певним молекулярним критеріям, щоб поводитись як такі.

Звідси виникає широкий спектр можливостей, сумішей та синтезу за умови нескінченних змінних; все це сходитися на «простій» характеристиці пружності.

Сирий матеріал

Як було сказано на початку, еластичні матеріали виготовляються з еластомерів. Останні в свою чергу потребують інших полімерів або менших «молекулярних шматків»; тобто еластомери також заслуговують власного синтезу з попередніх полімерів.

Кожен випадок вимагає ретельного вивчення змінних технологічних процесів, умов і чому з цими полімерами отриманий еластомер "працює" і, отже, еластичний матеріал.

Не вдаючись у подробиці, ось низка полімерів, що використовуються для цієї мети:

-Полізоціанат

-Поліестер-поліестер

-Полімери етилену та пропілену (тобто суміші поліетилену та поліпропілену)

-Полізобутилен

-Полісульфіди

-Полісилоксан

Крім багатьох інших. Вони реагують між собою за допомогою різних механізмів полімеризації, серед яких: конденсація, додавання або через вільні радикали.

Тому кожен синтез передбачає необхідність оволодіння кінетикою реакції, щоб гарантувати оптимальні умови її розвитку. Так само там, де відбувається синтез, вступає в гру; тобто реактор, його тип та змінні процесу.

Молекулярні характеристики

Що спільного для всіх полімерів, що використовуються для синтезу еластомерів? Властивості першого будуть синергізувати (ціле більше, ніж сума його частин) з властивістю останнього.

Для початку вони повинні мати асиметричні структури, а тому бути максимально неоднорідними. Їх молекулярні структури обов'язково повинні бути лінійними та гнучкими; тобто обертання одиничних зв’язків не повинно викликати стеричних відштовхувань між групами-заступниками.

Також полімер не повинен бути дуже полярним, інакше його міжмолекулярні взаємодії будуть сильнішими, і він проявить більшу жорсткість.

Тому полімери повинні мати: асиметричні, неполярні та гнучкі одиниці. Якщо вони відповідають усім цим молекулярним характеристикам, то вони представляють собою потенційну відправну точку отримання еластомеру.

Синтез еластомерів

Вибравши сировину та всі змінні процесу, синтез еластомерів продовжується. Після синтезу і після подальшої серії фізичних та хімічних обробок створюється еластичний матеріал.

Але, які перетворення повинні відібрати вибрані полімери, щоб стати еластомерами?

Вони повинні пройти зшивання або затвердіння (зшивання, англійською мовою); тобто їхні полімерні ланцюги будуть з'єднані між собою молекулярними мостами, які походять від бі- або поліфункціональних молекул або полімерів (здатних утворювати два або більше міцних ковалентних зв’язків). Зображення нижче підсумовує вищезазначене:

Джерело: Габріель Болівар

Фіолетові лінії являють собою полімерні ланцюги або «жорсткіші» блоки еластомерів; тоді як чорні лінії - найбільш гнучка частина. Кожна фіолетова лінія може складатися з іншого полімеру, більш гнучкого або жорсткого по відношенню до тієї, що передує або продовжується.

Яку функцію виконують ці молекулярні мости? Це дозволяє еластомеру котитися на себе (статичний режим), щоб він міг розгортатися під тиском розтягування (еластичний режим) завдяки гнучкості його ланок.

Чарівна весна (Slinky, наприклад, з Toystory) поводиться трохи схоже на те, як роблять еластомери.

Вулканізація

Серед усіх зшиваючих процесів вулканізація - одна з найвідоміших. Тут полімерні ланцюги з'єднані між собою сірчаними мостами (SSS…).

Повертаючись до верхнього зображення, мости вже не були б чорними, а жовтими. Цей процес є важливим при виробництві шин.

Додаткові фізичні та хімічні методи лікування

Після синтезування еластомерів наступними кроками є обробка отриманого матеріалу для надання їм унікальних характеристик. Кожен матеріал має свою обробку, серед якої нагрівання, лиття чи подрібнення або інше фізичне «затвердіння».

На цих етапах додаються пігменти та інші хімічні речовини для забезпечення еластичності. Аналогічно, модуль Юнга, його Tg та межа еластичності оцінюються як аналіз якості (на додаток до інших змінних).

Саме тут термін еластомер похований словом "гума"; силіконові каучуки, нітрил, природний, уретани, бутадієн-стирол тощо. Гума - синонім еластичного матеріалу.

Синтез еластичних смуг

Нарешті, буде подано короткий опис процесу синтезу еластичної смуги.

Джерело полімерів для синтезу його еластомерів отримують із природного латексу, зокрема з дерева Hevea brasiliensis. Це молочна смолиста речовина, яка піддається очищенню і потім змішується з оцтовою кислотою та формальдегідом.

З цієї суміші виходить плита, з якої добувають воду, видавлюючи її і надаючи їй форму блоку. Ці блоки нарізають дрібнішими шматками в змішувачі, де їх нагрівають, а пігменти та сірку додають для вулканізації.

Потім їх вирізають і екструдують, щоб отримати порожнисті прути, всередині яких вони будуть займати алюмінієвий стрижень з тальком як опору.

І нарешті, прути нагріваються і знімаються з алюмінієвої підставки, щоб останній раз стискати валиком, перш ніж розрізати; Кожен зріз породжує лігу, і незліченна кількість скорочень генерує їх багато.

Список літератури

1. Вікіпедія. (2018). Еластичність (фізика). Відновлено з: en.wikipedia.org
2. Одіан Г. (1986) Вступ до синтезу еластомерів. У: Лал Дж., Марк Дж. (Редактори) Просування еластомерів та гумової еластичності. Спрингер, Бостон, Массачусетс
3. Набір інструментів м'якої робототехніки. (sf). Еластомери. Відновлено з: softroboticstoolkit.com
4. Глава 16, 17, 18-Пластмаса, волокна, еластомери. . Відновлено з: fab.cba.mit.edu
5. Синтез еластомерів. . Відновлено з: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Гумка. Відновлено з: madehow.com.