- Sirovina
- Molekularne karakteristike
- Sinteza elastomera
- Vulkanizacija
- Dodatni fizikalni i kemijski tretmani
- Sinteza elastičnih traka
- Reference
Da bi se sintetizirao elastični materijal, prvo treba imati znanje o tome iz koje se vrste polimera sastoji; jer bi se u protivnom formulirala razrada plastike ili vlakana. Znajući to, polimeri koje treba razmotriti su oni koji se nazivaju elastomerima.
Dakle, elastomeri čine elastične materijale; Ali u čemu su oni? Kako se razlikuju od ostalih polimera? Kako znati ima li sintetizirani materijal stvarno elastična svojstva?
Izvor: Pxhere
Jedan od najjednostavnijih primjera elastičnog materijala su elastične trake (ili gumene trake) koje vežu zajedno novine, cvijeće ili hrpu novčanica. Ako se istežu, primijetit će se da se uzdužno deformiraju, a zatim vraćaju u prvobitni oblik.
Ali, ako je materijal trajno deformiran, onda nije elastičan, već plastičan. Postoji nekoliko fizičkih parametara koji omogućuju razlikovanje između tih materijala, poput njihovog Youngovog modula, granice njihove elastičnosti i temperature stakla (Tg).
Uz ove fizičke osobine, kemijski elastični materijali također moraju ispunjavati određene molekularne kriterije da bi se ponašali kao takvi.
Odatle proizlazi širok raspon mogućnosti, smjesa i sinteza, podložnih beskonačnim varijablama; sve to da se konvergira na "jednostavnu" karakteristiku elastičnosti.
Sirovina
Kao što je spomenuto na početku, elastični materijali izrađeni su od elastomera. Potonji zauzvrat zahtijevaju druge polimere ili manje "molekularne komade"; to jest, elastomeri također zaslužuju vlastitu sintezu iz pre-polimera.
Svaki slučaj zahtijeva pomno proučavanje procesnih varijabli, uvjeta i zašto s tim polimerima dobiveni elastomer "djeluje", a samim tim i elastičnim materijalom.
Ne ulazimo u detalje, evo niza polimera koji se koriste u tu svrhu:
-Polyisocyanate
-Poliester poliester
Kopolimeri etilena i propilena (tj. Mješavine polietilena i polipropilena)
-Polyisobutylene
-Polysulfides
-Polysiloxane
Pored mnogih drugih. Oni reagiraju međusobno putem različitih mehanizama polimerizacije, među kojima su: kondenzacija, dodavanje ili slobodni radikali.
Stoga svaka sinteza podrazumijeva potrebu zavladavanja kinetikom reakcije kako bi se osigurali optimalni uvjeti za njen razvoj. Isto tako, tamo gdje se odvija sinteza dolazi u igru; to jest reaktor, njegov tip i procesne varijable.
Molekularne karakteristike
Kakve veze imaju svi polimeri koji se koriste za sintezu elastomera? Svojstva prvog će se sinergirati (cjelina je veća od zbroja njegovih dijelova) s onim posljednjeg.
Za početak, moraju imati asimetrične strukture, te stoga moraju biti što više heterogene. Njihove molekularne strukture moraju nužno biti linearne i fleksibilne; to jest, rotacija jednostrukih veza ne bi trebala uzrokovati stericna odbojnosti između supstituentnih skupina.
Također, polimer ne smije biti jako polarni, jer će u protivnom njegove međudjelovalne interakcije biti jače i pokazat će veću krutost.
Stoga polimeri moraju imati: asimetrične, nepolarne i fleksibilne jedinice. Ako zadovoljavaju sve ove molekularne karakteristike, tada predstavljaju potencijalno polazište za dobivanje elastomera.
Sinteza elastomera
Odabirom sirovine i svih procesnih varijabli, nastavlja se sinteza elastomera. Jednom sintetiziran i nakon niza fizikalnih i kemijskih tretmana nastaje elastični materijal.
Ali, kakve transformacije moraju proći odabrani polimeri da postanu elastomeri?
Moraju se podvrći umrežavanju ili liječenju (umrežavanje, na engleskom jeziku); to jest, njegovi će se polimerni lanci međusobno povezati molekularnim mostovima, koji potječu iz bi ili polifunkcionalnih molekula ili polimera (sposobnih formirati dvije ili više jakih kovalentnih veza). Slika ispod sažima gore navedeno:
Izvor: Gabriel Bolívar
Ljubičaste linije predstavljaju polimerne lance ili "čvršće" blokove elastomera; dok su crne linije najfleksibilniji dio. Svaka ljubičasta linija može se sastojati od različitog polimera, fleksibilnijeg ili krutijeg u odnosu na onaj koji prethodi ili koji nastaje.
Kakvu funkciju igraju ovi molekularni mostovi? To što dopušta da se elastomer kotrlja na sebi (statički režim), da se može odviti pod pritiskom istezanja (elastični način rada) zahvaljujući fleksibilnosti svojih veza.
Čarobno proljeće (na primjer, Slinky iz Toystoryja) ponaša se pomalo slično kao i elastomeri.
Vulkanizacija
Među svim procesima umrežavanja, vulkanizacija je jedan od najpoznatijih. Ovdje su polimerni lanci međusobno povezani sumpornim mostovima (SSS…).
Vraćajući se gornjoj slici, mostovi više ne bi bili crni, već žuti. Taj je proces ključan u proizvodnji guma.
Dodatni fizikalni i kemijski tretmani
Nakon što su elastomeri sintetizirani, slijedeći koraci su obrađivanje dobivenog materijala koji će im pružiti njihove jedinstvene karakteristike. Svaki materijal ima vlastiti tretman, među kojima su grijanje, oblikovanje ili brušenje ili drugo fizičko "očvršćivanje".
U ovom se koraku dodaju pigmenti i druge kemikalije da bi se osigurala njegova elastičnost. Isto tako, njegov Youngov modul, Tg i granica elastičnosti procjenjuju se analizom kvalitete (pored ostalih varijabli).
Tu se tada izraz elastomer sahranjuje riječju 'guma'; silikonske gume, nitril, prirodni, uretani, butadien-stiren, itd. Gume su sinonim za elastični materijal.
Sinteza elastičnih traka
Konačno, dat će se kratki opis procesa sinteze elastičnih traka.
Izvor polimera za sintezu njegovih elastomera dobiven je iz prirodnog lateksa, točnije iz stabla Hevea brasiliensis. Ovo je mliječna, smolasta tvar koja je pročišćena, a potom je pomiješana s octenom kiselinom i formaldehidom.
Iz ove smjese dobiva se ploča iz koje se izvlači voda tako što se istiskuje i daje joj oblik bloka. Ti se blokovi režu na manje komade u miješalici, gdje se zagrijavaju, dodaju se pigmenti i sumpor za vulkanizaciju.
Zatim se izrezuju i ekstrudiraju kako bi se dobili šuplji štapovi, unutar kojih će zauzimati aluminijska šipka s talkom.
I na kraju, šipke se zagrijavaju i uklanjaju se iz aluminijskog nosača, da bi ih posljednji put stisnuo valjkom prije nego što se režu; Svaki rez generira ligu, a nebrojeni rezovi generiraju ih tona.
Reference
- Wikipedia. (2018.). Elastičnost (fizika). Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) Uvod u sintezu elastomera. U: Lal J., Mark JE (izdvoji) napredak elastičnosti i gume. Springer, Boston, MA
- Mekani alat za robotiku. (SF). Elastomeri. Oporavilo od: softroboticstoolkit.com
- Poglavlje 16, 17, 18 - Plastika, vlakna, elastomeri., Oporavak od: fab.cba.mit.edu
- Sinteza elastomera., Oporavak od: gozips.uakron.edu
- Advameg, Inc. (2018). Gumica. Oporavilo od: madehow.com.