COM ES SINTETITZA UN MATERIAL ELÀSTIC? - QUIMICA - 2026

Per sintetitzar un material elàstic, primerament, s'ha de tenir coneixement sobre quin tipus de polímers el conformen; ja que, del contrari, s'estaria formulant l'elaboració d'un plàstic o d'una fibra. Sabent això, els polímers que s'han de considerar són aquells denominats elastòmers.

Llavors, els elastòmers componen els materials elàstics; però, què són ?, en què es diferencien d'altres polímers ?, com saber si el material sintetitzat té realment propietats elàstiques?

Font: Pxhere

Un dels exemples més senzills d'un material elàstic es troba en les bandes elàstiques (o lligues) que amarren els diaris, les flors, o un feix de bitllets. Si s'estiren, s'observarà que es deformen longitudinalment, per després tornar a la seva forma original.

Però, si el material es deforma permanentment, llavors no és elàstic, sinó plàstic. Hi ha diversos paràmetres físics que permeten discriminar entre aquests materials, com el seu mòdul de Young, el seu límit d'elasticitat, i la temperatura de transició de vidre (Tg).

A més d'aquestes qualitats físiques, químicament els materials elàstics també han de complir certs criteris moleculars per comportar-se com a tals.

D'aquí sorgeix un ampli ventall de possibilitats, mescles i síntesi, sotmeses a una infinitat de variables; tot això per convergir en la "simple" característica de l'elasticitat.

matèria primera

Com es va esmentar a del principi, els materials elàstics estan fets d'elastòmers. Aquests últims al seu torn requereixen d'altres polímers o "peces moleculars" més petits; és a dir, els elastòmers també mereixen les seves pròpies síntesi a partir de pre-polímers.

Cada cas exigeix ​​un minuciós estudi de les variables de procés, les condicions i per què amb aquests polímers "funciona" l'elastòmer resultant i, per tant, el material elàstic.

Sense entrar en detalls, es té a continuació una sèrie de polímers emprats per a aquest propòsit:

-Poliisocianato

-Poliol polièster

-Copolímeros d'etilè i propilè (és a dir, mescles de polietilens i polipropilens)

-Poliisobutileno

-Polisulfuros

-Polisiloxano

A més de molts altres. Aquests reaccionen entre ells mitjançant diferents mecanismes de polimerització, entre els quals estan: condensació, addició, o via radicals lliures.

Per tant, cada síntesi implica la necessitat d'el domini de la cinètica de la reacció, per així garantir les condicions òptimes del seu desenvolupament. Així mateix, entra en joc l'on es farà la síntesi; és a dir, el reactor, el seu tipus i les variables de procés.

Característiques moleculars

Què tenen en comú tots els polímers utilitzats per a la síntesi dels elastòmers? Les propietats dels primers faran sinergia (el tot és major que la suma de les parts) amb la dels segons.

Per començar, han de tenir estructures asimètriques, i per tant, ser el més heterogènies possibles. Les seves estructures moleculars necessàriament han de ser lineals i flexibles; això és, la rotació dels enllaços simples no ha d'ocasionar repulsions estèriques entre els grups substituents.

Així mateix, el polímer no ha de ser molt polar, ja que, en cas contrari, les seves interaccions intermoleculars seran més forts i mostrarà major rigidesa.

Per tant, els polímers han de tenir: unitats asimètriques, no polars i flexibles. Si reuneixen totes aquestes característiques moleculars, llavors representen un potencial punt de partida per a l'obtenció d'un elastòmer.

Síntesi d'elastòmers

Tenint seleccionada la matèria primera i totes les variables de procés, es prossegueix amb la síntesi dels elastòmers. Un cop sintetitzats, i després d'una sèrie posterior de tractaments físics i químics, es crea el material elàstic.

Però, què transformacions han de patir els polímers seleccionats per convertir-se en elastòmers?

Han de sotmetre a un entrecreuament o curat (crosslinking, en anglès); és a dir, les seves cadenes polimèriques es connectaran unes amb les altres per ponts moleculars, els quals provenen de molècules o polímers bi o polifuncionals (capaços de formar dos o més enllaços covalents forts). La imatge de sota resumeix l'anterior dit:

Font: Gabriel Bolívar

Les línies morades representen a les cadenes polimèriques o els blocs "més rígids" dels elastòmers; mentre que les línies negres són la porció més flexible. Cada línia morada pot consistir d'un polímer diferent, més flexible o rígid respecte a què li antecedeix, o bé forma.

Quina funció compleixen aquests ponts moleculars? El de permetre que l'elastòmer enrotllat sobre si mateix (manera estàtica), pugui desplegar-se sota una pressió d'estirament (mode elàstic) gràcies a la flexibilitat dels seus enllaços.

El ressort màgic (Slinky, per exemple, de Toystory) es comporta lleugerament semblant a com ho fan els elastòmers.

vulcanització

Entre tots els processos d'entrecreuaments, la vulcanització és un dels més coneguts. Aquí, les cadenes polimèriques s'interconnecten mitjançant ponts de sofre (SSS…).

Tornant a la imatge superior, els ponts ja no serien de color negre, sinó de color groc. Aquest procés és indispensable en la fabricació dels pneumàtics.

Tractaments físics i químics addicionals

Sintetitzats els elastòmers, els passos següents consisteixen en tractar el material resultant per donar-los les seves característiques singulars. Cada material té el seu propi tractament, entre les quals estan l'escalfament, emmotllament o mòlta, o altres "curats" físics.

En aquests passos se li afegeixen pigments i altres substàncies químiques que assegurin la seva elasticitat. Així mateix, s'avaluen seu mòdul de Young, el seu Tg, i el seu límit d'elasticitat com anàlisi de qualitat (a més d'altres variables).

És aquí llavors on el terme elastòmer queda sepultat per la paraula 'cautxú'; cautxús de silicona, nitril, natural, uretanos, butadiè-estirè, etc. Els cautxús són sinònim de material elàstic.

Síntesi de bandes elàstiques

Per acabar, es donarà una breu descripció de l'procés de síntesi de les bandes elàstiques.

La font de polímers per a la síntesi de les seves elastòmers s'obté a partir de l'làtex natural, específicament de l'arbre Hevea brasiliensis. Aquest és una substància lletosa i resinosa, la qual se sotmet a purificació i es barreja després amb àcid acètic i formaldehid.

D'aquesta barreja s'obté una llosa, de la qual s'extreu aigua exprimiéndola i donant-li forma de bloc. Aquests blocs es tallen en trossos més petits en un mesclador, on són escalfats i se'ls afegeix els pigments i sofre per a la seva vulcanització.

Després, es tallen i se sotmeten a extrusió, per obtenir vares buides, dins de les quals ocuparan una vara d'alumini amb talc com a suport.

I finalment, les vares són escalfades i retirades del seu suport d'alumini, per a ser una última vegada espremudes per un corró abans de ser tallades; cada tall genera una lliga, i incomptables talls genera tones d'elles.

referències

1. Wikipedia. (2018). Elasticity (physics). Recuperat de: en.wikipedia.org
2. Odien G. (1986) Introduction to Synthesis of Elastomers. In: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Soft robotics toolkit. (Sf). Elastomers. Recuperat de: softroboticstoolkit.com
4. Chapter 16, 17, 18-Plastics, Fibers, Elastomers.. Recuperat de: fab.cba.mit.edu
5. Elastomer synthesis.. Recuperat de: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc (2018). Rubber Band. Recuperat de: madehow.com.