Wie wird ein elastisches Material synthetisiert?

Die Fähigkeit zu synthetisieren ein elastisches Material ist das, was Polymere wirklich interessant macht, und kann entsprechend der Art und Weise, in der die Arten von Molekülen, aus denen sie zusammengesetzt sind, wirken, ausgearbeitet werden.

Elastische Materialien sind solche Materialien mit der Fähigkeit, ihre physikalische Form wiederherzustellen, nachdem sie verformt wurden. Diese Arten von Materialien sind auch als Polymere bekannt.

Um also wissen zu können, wie man ein elastisches Material synthetisiert, muss man die Kapazitäten von Polymeren und ihre Eigenschaften kennen. Das Erzeugen eines Materials, das gestreckt werden kann, bedeutet daher, einen Polymerisationsprozess durchzuführen.

Polymere: Eigenschaften und ihre Fähigkeit zu synthetisieren

Genau genommen, a Polymer oder elastisches Material es ist eine chemische Verbindung, in der die Moleküle in langen Ketten sich wiederholender Moleküle miteinander verbunden sind. Diese Polymere haben einzigartige Eigenschaften und können je nach Verwendungszweck angepasst werden.

Der Begriff Polymer wird heutzutage häufig in der Kunststoffindustrie verwendet und wird oft verwendet, um die Bedeutung von "Kunststoff" oder "Harz" implizieren. Eigentlich bedeutet der Begriff Polymer viel mehr.

Polymere bestehen aus vielen Molekülen, die miteinander verbunden sind, um wirklich lange Ketten (und manchmal auch kompliziertere Strukturen) zu bilden.

Die Eigenschaften von allem, was aus Polymeren besteht, spiegeln wirklich wider, was auf molekularer Ebene geschieht.

Daher werden Dinge, die aus Polymeren bestehen, gesehen, gefühlt und in Bezug darauf, wie ihre Atome und Moleküle verbunden sind, sowie welche in ihrer Synthese verwendet werden, verwendet (Polymer Science Learning Center, S.F.).

Gummis sind eine Art von Polymer, bekannt als Elastomere, deren Eigenschaften Elastizität und Verformbarkeit sind.

Elastische Polymere, wie natürlicher und synthetischer Kautschuk, haben interessante Eigenschaften.

Naturkautschuk kann mindestens doppelt so lang sein wie seine ursprüngliche Länge und wird bei der Freigabe schnell wieder auf die ursprüngliche Länge zurückkehren.

Die elastischen Eigenschaften der Polymere können durch die Größe und Flexibilität der Polymermoleküle erklärt werden.

Die Polymerketten sind sehr lang und werden wie Fäden oder Fäden leicht miteinander verwoben. Wenn eine Kraft ausgeübt wird, "verlängern" sich die Gummimoleküle auf ihre Gesamtlänge.

Der Gummi ist gestreckt, bricht aber nicht, weil die Vernetzung zwischen den Polymerketten die Moleküle zusammenhält. Wenn die Kraft entfernt wird, kehren die Gummimoleküle zu ihrem kleinsten "verwickelten Gewirr" niederer Energie zurück.

Polymerisation

Wie oben erwähnt, ist ein Polymer ein langes Molekül, das Produkt der Wiederholung eines Moleküls, das Monomer genannt wird.

Die Polymerisation ist die Methode, um ein synthetisches Polymer zu synthetisieren, indem viele kleine kettenständige Monomermoleküle kombiniert werden, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind (Reusch, 2015).

Die Polymerisationsreaktionen können in zwei oder drei Grundtypen eingeteilt werden. Wallace Hume Carothers, eine große und tragische Figur in der Geschichte der Polymerwissenschaft, schlug vor, dass die meisten Polymere in zwei große Kategorien eingeteilt werden könnten: Kondensation oder Addition.

Aus Gründen, die offensichtlich werden, liefern die Begriffe schrittweises Wachstum und Kettenpolymerisation eine genauere und vollständigere Beschreibung (Polymer Synthesis, S.F.).

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Arten der Polymerisation besteht darin, dass bei der Kettenwachstumspolymerisation die Monomermoleküle einzeln zu der Kette hinzugefügt werden.

Im Fall der Stufenwachstumspolymerisation können die Monomermoleküle direkt miteinander verbunden sein (Kelley, S.F.).

Wenn man eine Polymerkette genau beobachten würde, würde man sehen, dass die visuelle Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Molekülkette die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften des Polymers nachahmen würden.

Wenn beispielsweise die Polymerkette aus eng verdrillten Bindungen zwischen den Monomeren besteht und diese schwer zu brechen sind, ist es wahrscheinlich, dass dieses Polymer stark und beständig ist.

Oder, wenn eine Polymerkette auf molekularer Ebene elastische Eigenschaften aufweist, ist es wahrscheinlich, dass dieses Polymer auch flexible Eigenschaften hat (Johnson, 2017).

Synthese von Gummis oder synthetischen elastischen Materialien / synthetischen Polymeren

1- Kleinteilige Gummizubereitung

Synthetischer Kautschuk ist ein Elastomer mit der Fähigkeit sich zu verformen und dient als Ersatz für Naturkautschuk.

Thiokol-Kautschuk ist nach der gleichnamigen Firma benannt, die das Verfahren erfunden hat, das eine ziemlich einfache Kettenpolymerisation ist.

Diese Herstellung von Thiokol-Kautschuk ist ein zweistufiger Prozess. Der erste Schritt ist die Herstellung von Natriumpolysulfid durch die Reaktion von Schwefel, S₈mit einer starken Base, Natriumhydroxid, NaOH.

S₈ + 2 NaOH → Na₂S₈

Unter Umgebungsbedingungen liegt Schwefel normalerweise in Form von Ringen und S-Ketten vor₈. Die Reaktion mit Natrium erzeugt eine Mischung von Na₂S₈ zum größten Teil mit anderen vorhandenen Schwefelkettenlängen. Diese Mischung heißt Natriumpolysulfid (Katz, 2010).

Die zweite Stufe dieser Herstellung ist die Reaktion von Natriumpolysulfid mit Ethylendichlorid.

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

2-Latex-Gummibälle

Latex ist ein natürliches Polymer, das in bestimmten Bäumen vorkommt, die ursprünglich in Brasilien gewachsen sind. Der Zweck von Latex in der Natur ist es, den Baum vor Schäden zu schützen. Wenn die Rinde beschädigt ist, wird der Latex austreten und als "Bandage" für den Baum fungieren.

Die Ureinwohner Amerikas haben vor über 3.000 Jahren die nützlichen Eigenschaften von Latex entdeckt und einfache Produkte aus Gummimaterial hergestellt (Flinn Scientific, Inc, 2016).

Eine Kondensationspolymerisation kann sehr einfach durchgeführt werden, um einen Latexball herzustellen, nur die folgenden Materialien werden benötigt:

Flüssiglatex, 15 ml. (erhältlich in Kunsthandwerksgeschäften oder Kunstfachgeschäften)

Pappbecher.

Essig, 15 ml.

Papiertücher

Leitungswasser, 15 ml.

Holz- oder Plastikstab.

Becherglas, 1 Liter oder Eimer, 1/2 Liter Leitungswasser

Lebensmittelfarbe (optional).

Das Verfahren ist ziemlich einfach:

1. Verwenden Sie einen 50-ml-Messzylinder, um 15 ml Latex zu messen. In einen Pappbecher gießen. Kleben Sie Ihren Finger auf den Latex, um seine Textur zu fühlen. Waschen Sie Ihre Hände sofort.
2. Verwenden Sie einen sauberen 50-ml-Meßzylinder, um 15 ml Wasser zu messen (Leitungswasser ist in Ordnung). In den Pappbecher geben, der den Latex enthält. Rühren Sie die Mischung mit einem Holzstäbchen um. Fügen Sie ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe hinzu, falls gewünscht.
3. Verwenden Sie einen sauberen 50-ml-Messzylinder, um 15 ml Essig zu messen. In den Pappbecher mit der Wasser / Latex-Mischung unter Rühren geben.
4. Entferne den Stab aus dem Pappbecher mit dem angehängten Polymerbündel und lege ihn in das große Glas ½ Wasser.
5. Unter dem Wasser ziehen Sie die Gummiwulst vorsichtig vom Stick ab. Halten Sie den Gummi unter Wasser, drücken Sie das Bündel zu einer Kugel und drücken Sie es mehrmals, um nicht verwendete Chemikalien zu entfernen.
6. Entferne den Ball aus dem Wasser und drücke ihn auf Papiertücher. Legen Sie es auf den Boden und beobachten Sie seine Eigenschaften (machen Sie einen Gummiball aus flüssigem Latex, S.F.).

Referenzen

1. Polymer Science Lernzentrum. (S.F.) Was ist ein Polymer? Von pslc.ws abgerufen.
2. Flinn Scientific, Inc. (2016). Latexbälle Spaß mit Polymeren. Von flinnsci.com wiederhergestellt.
3. Johnson, T. (2017, 26. März). Was ist ein Polymer?. Von thinkco.com abgerufen.
4. Katz, D. A. (2010). Herstellung von synthetischem Kautschuk. Von chymist.com abgerufen.
5. Kelley, F.N. (S.F.). Wie werden Polymere hergestellt? Wiederhergestellt von scientificamerican.com.
6. Mache einen Gummiball aus flüssigem Latex. (S.F.) Von admin.mtu.edu abgerufen.
7. Polymersynthese. (S.F.) Von people.clarkson.edu abgerufen.
8. Reusch, W. (2015, 16. Januar). Synthese von Additionspolymeren. Abgerufen dechem.libretexts.org.