WIE WIRD EIN ELASTISCHES MATERIAL SYNTHETISIERT? - CHEMIE - 2025

Um ein elastisches Material zu synthetisieren , muss man zunächst wissen, aus welcher Art von Polymeren es besteht; da sonst die Ausarbeitung eines Kunststoffs oder einer Faser formuliert würde. In diesem Wissen sind die zu berücksichtigenden Polymere Elastomere.

Elastomere bilden also elastische Materialien; Aber was sind sie? Wie unterscheiden sie sich von anderen Polymeren? Woher wissen Sie, ob das synthetisierte Material wirklich elastische Eigenschaften hat?

Quelle: Pxhere

Eines der einfachsten Beispiele für ein elastisches Material sind die Gummibänder (oder Gummibänder), mit denen Zeitungen, Blumen oder ein Bündel Geldscheine gebunden werden. Wenn sie gedehnt werden, wird beobachtet, dass sie sich in Längsrichtung verformen und dann zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehren.

Wenn das Material jedoch dauerhaft verformt ist, ist es nicht elastisch, sondern plastisch. Es gibt verschiedene physikalische Parameter, die eine Unterscheidung zwischen diesen Materialien ermöglichen, wie z. B. ihren Elastizitätsmodul, ihre Streckgrenze und die Glasübergangstemperatur (Tg).

Zusätzlich zu diesen physikalischen Eigenschaften müssen chemisch elastische Materialien auch bestimmte molekulare Kriterien erfüllen, um sich als solche zu verhalten.

Daraus ergibt sich eine breite Palette von Möglichkeiten, Gemischen und Synthesen, die endlosen Variablen unterliegen; all dies, um auf die "einfache" Eigenschaft der Elastizität zu konvergieren.

Rohstoff

Wie eingangs erwähnt, bestehen elastische Materialien aus Elastomeren. Letztere erfordern wiederum andere Polymere oder kleinere "Molekülstücke"; Das heißt, Elastomere verdienen auch ihre eigene Synthese aus Präpolymeren.

Jeder Fall erfordert eine sorgfältige Untersuchung der Prozessvariablen, der Bedingungen und warum bei diesen Polymeren das resultierende Elastomer und damit das elastische Material "funktioniert".

Ohne auf Details einzugehen, finden Sie hier eine Reihe von Polymeren, die für diesen Zweck verwendet werden:

-Polyisocyanat

-Polyolpolyester

-Copolymere von Ethylen und Propylen (d. H. Mischungen von Polyethylen und Polypropylen)

-Polyisobutylen

-Polysulfide

-Polysiloxan

Neben vielen anderen. Diese reagieren miteinander durch verschiedene Polymerisationsmechanismen, darunter: Kondensation, Addition oder über freie Radikale.

Daher impliziert jede Synthese die Notwendigkeit, die Kinetik der Reaktion zu beherrschen, um die optimalen Bedingungen für ihre Entwicklung zu gewährleisten. Ebenso kommt der Ort ins Spiel, an dem die Synthese stattfinden wird; das heißt, der Reaktor, sein Typ und die Prozessvariablen.

Molekulare Eigenschaften

Was haben alle zur Synthese von Elastomeren verwendeten Polymere gemeinsam? Die Eigenschaften des ersteren werden mit denen des letzteren synergieren (das Ganze ist größer als die Summe seiner Teile).

Sie müssen zunächst asymmetrische Strukturen aufweisen und daher so heterogen wie möglich sein. Ihre molekularen Strukturen müssen notwendigerweise linear und flexibel sein; Das heißt, die Rotation der Einfachbindungen sollte keine sterischen Abstoßungen zwischen den Substituentengruppen verursachen.

Außerdem darf das Polymer nicht sehr polar sein, da sonst seine intermolekularen Wechselwirkungen stärker sind und es eine größere Steifheit zeigt.

Daher müssen Polymere Folgendes aufweisen: asymmetrische, unpolare und flexible Einheiten. Wenn sie alle diese molekularen Eigenschaften erfüllen, stellen sie einen möglichen Ausgangspunkt für die Gewinnung eines Elastomers dar.

Synthese von Elastomeren

Nach Auswahl des Rohmaterials und aller Prozessvariablen wird die Synthese der Elastomere fortgesetzt. Nach der Synthese und nach einer anschließenden Reihe physikalischer und chemischer Behandlungen wird das elastische Material erzeugt.

Aber welche Umwandlungen müssen die ausgewählten Polymere durchlaufen, um Elastomere zu werden?

Sie müssen vernetzt oder ausgehärtet werden (Vernetzung, auf Englisch); Das heißt, seine Polymerketten verbinden sich über molekulare Brücken, die von zwei- oder polyfunktionellen Molekülen oder Polymeren stammen (die zwei oder mehr starke kovalente Bindungen bilden können). Das Bild unten fasst das oben Gesagte zusammen:

Quelle: Gabriel Bolívar

Die violetten Linien repräsentieren die Polymerketten oder die "steiferen" Elastomerblöcke; während die schwarzen Linien der flexibelste Teil sind. Jede violette Linie kann aus einem anderen Polymer bestehen, das flexibler oder starrer ist als das vorhergehende oder fortschreitende.

Welche Funktion spielen diese molekularen Brücken? Das Elastomer kann auf sich selbst aufgerollt werden (statischer Modus), um sich dank der Flexibilität seiner Glieder unter einem Streckdruck (elastischer Modus) entfalten zu können.

Die magische Quelle (Slinky zum Beispiel von Toystory) verhält sich etwas ähnlich wie Elastomere.

Vulkanisation

Unter allen Vernetzungsprozessen ist die Vulkanisation eine der bekanntesten. Hier sind die Polymerketten durch Schwefelbrücken (SSS…) miteinander verbunden.

Zurück zum oberen Bild wären die Brücken nicht mehr schwarz, sondern gelb. Dieser Prozess ist bei der Herstellung von Reifen von wesentlicher Bedeutung.

Zusätzliche physikalische und chemische Behandlungen

Sobald die Elastomere synthetisiert wurden, besteht der nächste Schritt darin, das resultierende Material zu behandeln, um ihnen ihre einzigartigen Eigenschaften zu verleihen. Jedes Material hat seine eigene Behandlung, darunter Erhitzen, Formen oder Schleifen oder andere physikalische "Aushärtung".

In diesen Schritten werden Pigmente und andere Chemikalien hinzugefügt, um seine Elastizität sicherzustellen. Ebenso werden der Elastizitätsmodul, die Tg und die Elastizitätsgrenze als Qualitätsanalyse (zusätzlich zu anderen Variablen) ausgewertet.

Hier wird dann der Begriff Elastomer durch das Wort "Gummi" begraben; Silikonkautschuke, Nitril, Naturkautschuke, Urethane, Butadien-Styrol usw. Gummi sind gleichbedeutend mit elastischem Material.

Synthese von Gummibändern

Abschließend wird eine kurze Beschreibung des Elastizitätsbandsynthesevorgangs gegeben.

Die Quelle für Polymere zur Synthese seiner Elastomere wird aus Naturlatex gewonnen, insbesondere aus dem Hevea brasiliensis-Baum. Dies ist eine milchige, harzige Substanz, die gereinigt und dann mit Essigsäure und Formaldehyd gemischt wird.

Aus dieser Mischung wird eine Platte erhalten, aus der Wasser durch Zusammendrücken und Form eines Blocks extrahiert wird. Diese Blöcke werden in einem Mischer in kleinere Stücke geschnitten, wo sie erhitzt werden und Pigmente und Schwefel zur Vulkanisation zugesetzt werden.

Dann werden sie geschnitten und extrudiert, um hohle Stangen zu erhalten, in denen sie eine Aluminiumstange mit Talk als Träger einnehmen.

Und schließlich werden die Stangen erhitzt und von ihrem Aluminiumträger entfernt, um ein letztes Mal von einer Walze zusammengedrückt zu werden, bevor sie geschnitten werden. Jeder Schnitt erzeugt eine Liga, und unzählige Schnitte erzeugen Tonnen davon.

Verweise

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2. Odian G. (1986) Einführung in die Synthese von Elastomeren. In: Lal J., Mark JE (Hrsg.) Fortschritte bei Elastomeren und Gummielastizität. Springer, Boston, MA
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