Cum se sintetizează un material elastic?

Capacitatea de a sintetiza un material elastic este ceea ce face într-adevăr polimeri interesante și pot fi elaborate în funcție de felul în care acționează tipurile de molecule din care sunt compuse.

Materialele elastice sunt acele materiale cu capacitatea de a-și recupera forma fizică după deformare. Aceste tipuri de materiale sunt, de asemenea, cunoscute sub denumirea de polimeri.

Prin urmare, pentru a ști cum să sintetizeze un material elastic, trebuie să cunoaștem capacitățile polimerilor și caracteristicile lor. Crearea unui material care poate fi întins înseamnă, prin urmare, realizarea unui proces de polimerizare.

Polimeri: caracteristicile și capacitatea lor de a sintetiza

Strict vorbind, a polimer sau material elastic este un compus chimic în care moleculele sunt unite unele cu altele, în lanțuri lungi de molecule repetitive. Acești polimeri au proprietăți unice și pot fi adaptate în funcție de scopul lor.

Termenul de polimer este utilizat în prezent în industria de materiale plastice și este adesea folosit pentru a implica sensul de "plastic" sau "rășină". De fapt, termenul de polimer înseamnă mult mai mult.

Polimerii sunt alcătuiți din multe molecule legate împreună pentru a forma lanțuri foarte lungi (și, uneori, și structuri mai complicate).

Proprietățile a ceva din polimeri reflectă într-adevăr ceea ce se întâmplă la nivel molecular.

Prin urmare, lucrurile care sunt făcute din polimeri sunt văzute, simțite și acționează în termeni de modul în care sunt conectați atomii și moleculele lor, precum și cele utilizate în sinteza lor (Polymer Science Learning Center, S.F.).

Gumele sunt un tip de polimer cunoscut sub numele de elastomeri ale căror proprietăți sunt elasticitatea și deformabilitatea.

Polimerii elastici, cum ar fi cauciucul natural și sintetic, au proprietăți interesante.

Cauciucul natural se poate întinde cel puțin de două ori față de lungimea sa originală și se va întoarce rapid la lungimea originală când este eliberat.

Proprietățile elastice ale polimerilor pot fi explicate în ceea ce privește dimensiunea și flexibilitatea moleculelor de polimer.

Lanțurile de polimeri sunt foarte lungi și, ca niște bucăți de șnur sau fir, devin ușor de încurcate. Când se aplică o forță, moleculele de cauciuc se "extind" la lungimea lor totală.

Cauciucul este întins, dar nu se rupe, deoarece legarea încrucișată dintre lanțurile de polimeri păstrează moleculele împreună. Când forța este îndepărtată, moleculele de cauciuc se întorc la cea mai mică "incurcată încurcătură" a acestora cu energie mai mică.

polimerizare

După cum sa menționat mai sus, un polimer este o moleculă lungă, produsul repetării unei molecule numită monomer.

Polimerizarea este metoda de a crea un polimer sintetic prin combinarea a numeroase molecule de monomeri de lanțuri mici îmbinate prin legături covalente (Reusch, 2015).

Reacțiile de polimerizare pot fi clasificate în două sau trei tipuri de bază. Wallace Hume Carothers, o figură mare și tragică din istoria științei polimerilor, a sugerat că majoritatea polimerilor ar putea fi clasificate în două mari categorii: condensare sau adăugare.

Din motive care vor deveni evidente, termenii de creștere în trepte și polimerizarea în lanț furnizează o descriere mai precisă și mai completă (Polymer Synthesis, S.F.).

Principala diferență dintre cele două tipuri de polimerizare este aceea că, în polimerizarea cu creștere în lanț, moleculele de monomeri se adaugă la lanț unul câte unul.

În cazul polimerizării cu creștere în etape, moleculele de monomeri pot fi legate direct împreună (Kelley, S.F.).

Dacă cineva ar observa îndeaproape un lanț de polimeri, se va observa că structura vizuală și proprietățile fizice ale lanțului de molecule vor imita proprietățile fizice reale ale polimerului.

De exemplu, dacă lanțul polimeric este compus din legături strâns legate între monomeri, iar acestea sunt dificil de rupt, este probabil ca acest polimer să fie puternic și rezistent.

Sau, dacă un lanț polimer la nivel molecular prezintă caracteristici elastice, este probabil ca acest polimer să aibă și proprietăți flexibile (Johnson, 2017).

Sinteza gingiilor sau a materialelor elastice sintetice / polimeri sintetici

1 - preparate din cauciuc de dimensiuni mici

Cauciucul sintetic este un elastomer cu capacitatea de a se deforma și care servește ca înlocuitor al cauciucului natural.

Thiokol cauciuc este numit după compania omonimă care a inventat procedura, care este o simplă polimerizare în lanț.

Acest preparat de cauciuc Thiokol este un proces în două etape. Prima etapă este prepararea polisulfurii de sodiu prin reacția sulfului, S₈, cu o bază puternică, hidroxid de sodiu, NaOH.

S₈ + 2 NaOH → Na₂S₈

În condiții ambientale, sulful este în mod normal sub formă de inele și lanțuri S₈. Reacția cu sodiu produce un amestec de Na₂S₈ în cea mai mare parte cu alte lungimi de lanțuri de sulf prezente. Acest amestec se numește polisulfură de sodiu (Katz, 2010).

A doua etapă a acestui preparat este reacția polisulfurii de sodiu cu diclorura de etilenă.

CI-CH₂-CH₂-Cl + Na₂S_x → [-CH₂-CH₂-S₈-]_n + 2_n NaCl

2- Bile din cauciuc latex

Latexul este un polimer natural găsit în anumiți copaci care au crescut inițial în Brazilia. Scopul latexului în natură este de a proteja copacul de daune. Dacă scoarța este deteriorată, latexul se va exuda și va acționa ca un "bandaj" pentru copac.

Amerindienii au descoperit proprietățile utile ale latexului acum peste 3000 de ani și produse fabricate din material din cauciuc simplu (Flinn Scientific, Inc, 2016).

O polimerizare prin condensare poate fi realizată foarte ușor pentru a produce o minge de latex, fiind necesare numai următoarele materiale:

Lichid lichid, 15 ml. (disponibilă la magazinele de artizanat sau magazinele de artă)

Paharul de hârtie.

Oțet, 15 ml.

Prosoape de hartie

Apa de la robinet, 15 ml.

Baston din lemn sau plastic.

Pahar, 1-L sau găleată, 1/2 plin cu apă de la robinet

Colorarea produselor alimentare (opțional).

Procedura este destul de simplă:

1. Utilizați un cilindru gradat de 50 ml pentru a măsura 15 ml de latex. Se toarnă într-o ceașcă de hârtie. Puneți degetul pe latex pentru a vă simți textura. Spălați-vă imediat mâinile.
2. Utilizați un cilindru curat de 50 ml pentru a măsura 15 ml de apă (apa de la robinet este bine). Se toarnă în cutia de hârtie care conține latexul. Se amestecă amestecul cu un baston de lemn. Adăugați câteva picături de colorant alimentar, dacă doriți.
3. Utilizați un cilindru curat de 50 ml pentru a măsura 15 ml de oțet. Se adaugă în cupa de hârtie care conține amestecul de apă / latex în timpul agitării.
4. Scoateți bastonul din cutia de hârtie cu pachetul de polimer atașat și puneți-l în geamul mare ½ plin cu apă.
5. Sub apă, trageți ușor bulgărul de cauciuc de pe baston. Menținerea de cauciuc sub apă, stoarce pachetul într-o minge și apoi se strânge de mai multe ori pentru a elimina substanțele chimice neutilizate.
6. Scoateți mingea din apă și stoarceți-o pe prosoape de hârtie. Puneți-o pe pământ și observați proprietățile sale (faceți o minge de cauciuc din latex lichid, S.F.).

Referințe

1. Centrul de învățare a științei polimerilor. (S.F.). Ce este un polimer? Adus de la pslc.ws.
2. Flinn Scientific, Inc. (2016). Latex cauciuc bile distractiv cu polimeri. Recuperat de la flinnsci.com.
3. Johnson, T. (2017, 26 martie). Ce este un polimer. Adus de la thoughtco.com.
4. Katz, D. A. (2010). Pregătirea cauciucului sintetic. Adus de la chymist.com.
5. Kelley, F.N. (S.F.). Cum se fac polimerii? Recuperat de la scientificamerican.com.
6. Faceți o minge de cauciuc din latex lichid. (S.F.). Adus de la admin.mtu.edu.
7. Sinteza polimerilor. (S.F.). Adus de la people.clarkson.edu.
8. Reusch, W. (2015, 16 ianuarie). Sinteza polimerilor de adiție. Recuperat dechem.libretexts.org.