- Surovina
- Molekulární vlastnosti
- Syntéza elastomerů
- Vulkanizace
- Další fyzikální a chemické ošetření
- Syntéza elastických pásů
- Reference
Abychom syntetizovali elastický materiál, musíme nejprve vědět, z jakého typu polymerů je vyroben; protože jinak by bylo zpracováno zpracování plastu nebo vlákna. S vědomím toho jsou polymery považovány za polymery nazývané elastomery.
Elastomery tedy tvoří elastické materiály; Jak se liší? Jak se liší od ostatních polymerů? Jak víte, zda syntetizovaný materiál má skutečně elastické vlastnosti?
Zdroj: Pxhere
Jedním z nejjednodušších příkladů elastického materiálu jsou elastické pásy (nebo gumové pásy), které spojují noviny, květiny nebo hromadu účtů. Pokud jsou nataženy, bude pozorováno, že se deformují podélně a poté se vrátí do svého původního tvaru.
Pokud je však materiál trvale deformován, není elastický, ale plastický. Existuje několik fyzikálních parametrů, které umožňují rozlišovat mezi těmito materiály, jako je jejich Youngův modul, jejich mez kluzu a teplota skelného přechodu (Tg).
Kromě těchto fyzikálních vlastností musí chemicky elastické materiály také splňovat určitá molekulární kritéria, aby se chovaly jako takové.
Odtud vzniká široká škála možností, směsí a syntéz, které podléhají nekonečným proměnným; to vše sbližovat „jednoduchou“ charakteristiku pružnosti.
Surovina
Jak bylo uvedeno na začátku, elastické materiály jsou vyrobeny z elastomerů. Ty zase vyžadují jiné polymery nebo menší "molekulární kousky"; to znamená, že elastomery si zaslouží také vlastní syntézu z předpolymerů.
Každý případ vyžaduje pečlivou studii procesních proměnných, podmínek a proč výsledný elastomer „funguje“, a proto i elastický materiál, s těmito polymery.
Aniž bychom šli do podrobností, zde je řada polymerů používaných pro tento účel:
-Polyisokyanát
-Polyolový polyester
- polymery ethylenu a propylenu (tj. Směsi polyethylenu a polypropylenu)
-Polyisobutylen
-Polysulfidy
-Polysiloxan
Kromě mnoha dalších. Tyto reagují spolu navzájem různými polymerizačními mechanismy, mezi které patří: kondenzace, adice nebo prostřednictvím volných radikálů.
Každá syntéza proto vyžaduje zvládnutí kinetiky reakce, aby se zajistily optimální podmínky pro její vývoj. Stejně tak, kde bude probíhat syntéza, přichází do hry; to znamená, reaktor, jeho typ a procesní proměnné.
Molekulární vlastnosti
Co mají všechny polymery použité pro syntézu elastomerů společné? Vlastnosti prvního prvku budou synergizovat (celek je větší než součet jeho částí) s vlastnostmi druhého prvku.
Nejprve musí mít asymetrické struktury, a proto musí být co nejvíce heterogenní. Jejich molekulární struktury musí být nutně lineární a flexibilní; to znamená, že rotace jednotlivých vazeb by neměla způsobit sterické odpuzování mezi substitučními skupinami.
Rovněž polymer nesmí být velmi polární, jinak jeho intermolekulární interakce budou silnější a budou vykazovat větší tuhost.
Polymery proto musí mít: asymetrické, nepolární a flexibilní jednotky. Pokud splňují všechny tyto molekulární vlastnosti, pak představují potenciální výchozí bod pro získání elastomeru.
Syntéza elastomerů
Po výběru suroviny a všech procesních proměnných pokračuje syntéza elastomerů. Jakmile je syntetizován a po následné sérii fyzikálních a chemických ošetření, je vytvořen elastický materiál.
Jaké transformace však musí vybrané polymery podstoupit, aby se staly elastomery?
Musí se podrobit zesíťování nebo vytvrzování (zesíťování, v angličtině); to znamená, že jeho polymerní řetězce se spojí navzájem molekulárními můstky, které pocházejí z bi nebo polyfunkčních molekul nebo polymerů (schopných vytvářet dvě nebo více silných kovalentních vazeb). Následující obrázek shrnuje výše uvedené:
Zdroj: Gabriel Bolívar
Fialové čáry představují polymerní řetězce nebo "tužší" bloky elastomerů; zatímco černé čáry jsou nejflexibilnější částí. Každá fialová čára se může skládat z jiného polymeru, pružnějšího nebo rigidnějšího než ten, který předchází nebo postupuje.
Jakou funkci tyto molekulární mosty hrají? Je to umožnění elastomeru válcovaného na sobě (statický režim), aby se díky pružnosti svých vazeb mohlo rozvinout pod napínacím tlakem (elastický režim).
Kouzelná pramen (například Slinky, od Toystory) se chová mírně podobně jako elastomery.
Vulkanizace
Mezi všemi zesíťovacími procesy je vulkanizace jedním z nejznámějších. Zde jsou polymerní řetězce vzájemně propojeny sírovými můstky (SSS…).
Když se vrátíme k hornímu obrázku, mosty již nebudou černé, ale žluté. Tento proces je nezbytný při výrobě pneumatik.
Další fyzikální a chemické ošetření
Jakmile byly elastomery syntetizovány, je dalším krokem zpracování výsledného materiálu, aby jim poskytl jejich jedinečné vlastnosti. Každý materiál má své vlastní ošetření, mezi které patří zahřívání, formování nebo broušení nebo jiné fyzické „vytvrzování“.
V těchto krocích se přidávají pigmenty a další chemikálie, aby se zajistila jeho elasticita. Podobně její Youngův modul, jeho Tg a jeho mez pružnosti jsou vyhodnoceny jako analýza kvality (kromě jiných proměnných).
Zde je pojem elastomer pohřben slovem „guma“; silikonové kaučuky, nitril, přírodní, urethany, butadien-styren atd. Kaučuky jsou synonymem pro elastický materiál.
Syntéza elastických pásů
Nakonec bude uveden stručný popis procesu syntézy elastických pásů.
Zdroj polymerů pro syntézu jeho elastomerů je získán z přírodního latexu, konkrétně ze stromu Hevea brasiliensis. Jedná se o mléčnou pryskyřičnou látku, která se čistí a poté se smísí s kyselinou octovou a formaldehydem.
Z této směsi se získá deska, ze které se voda vytlačuje jejím lisováním a tvarem bloku. Tyto bloky se rozřežou na menší kousky v mixéru, kde se zahřejí a k vulkanizaci se přidají pigmenty a síra.
Poté se nařežou a vytlačují, aby se získaly duté tyče, v nichž obsadí hliníkovou tyč s mastkem jako nosičem.
A konečně se tyčky zahřejí a odstraní z jejich hliníkové podložky, aby byly naposledy stlačeny válečkem předtím, než byly rozřezány; Každý řez generuje ligu a bezpočet řezů generuje tuny.
Reference
- Wikipedia. (2018). Elasticita (fyzika). Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) Úvod do syntézy elastomerů. In: Lal J., Mark JE (eds) Pokroky v elastomerech a gumové elasticitě. Springer, Boston, MA
- Soft robotická sada nástrojů. (sf). Elastomery. Obnoveno z: softroboticstoolkit.com
- Kapitola 16, 17, 18-Plasty, Vlákna, Elastomery.. Obnoveno z: fab.cba.mit.edu
- Syntéza elastomerů.. Obnoveno z: gozips.uakron.edu
- Advameg, Inc. (2018). Gumička. Obnoveno z: madehow.com.