Como é sintetizado um material elástico?

Para sintetizar um material elástico , é preciso primeiro ter conhecimento sobre que tipo de polímero o compõe; pois, caso contrário, estaria formulando a elaboração de um plástico ou uma fibra. Sabendo disso, os polímeros que devem ser considerados são os chamados elastômeros .

Então, os elastômeros compõem os materiais elásticos; Mas o que são? Como eles diferem de outros polímeros? Como você sabe se o material sintetizado realmente tem propriedades elásticas?

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Fonte: Pxhere

Um dos exemplos mais simples de um material elástico é encontrado nas faixas elásticas (ou ligas) que amarram jornais, flores ou um maço de notas. Se eles se esticarem, será observado que eles se deformam longitudinalmente e retornam à sua forma original.

Mas, se o material se deforma permanentemente, não é elástico, mas plástico. Existem vários parâmetros físicos que permitem a discriminação entre esses materiais, como módulo de Young, limite de elasticidade e temperatura de transição vítrea (Tg).

Além dessas qualidades físicas, os materiais quimicamente elásticos também devem atender a certos critérios moleculares para se comportar como tal.

Daí uma ampla gama de possibilidades, misturas e síntese, sujeitas a uma série de variáveis; tudo isso para convergir para a característica “simples” da elasticidade.

Matéria prima

Como mencionado no início, os materiais elásticos são feitos de elastômeros. Este último, por sua vez, requer outros polímeros ou “pedaços moleculares” menores; isto é, os elastômeros também merecem sua própria síntese a partir de pré-polímeros.

Cada caso requer um estudo completo das variáveis ​​do processo, das condições e por que com esses polímeros “o elastômero resultante e, portanto, o material elástico” funciona.

Sem entrar em detalhes, há uma série de polímeros usados ​​para esta finalidade:

-Poliisocianato

-Poliéster poliéster

-Colímeros de etileno e propileno (ou seja, misturas de polietileno e polipropilenos)

-Poliisobutileno

-Polisulfetos

-Polisiloxano

Além de muitos outros. Eles reagem entre si através de diferentes mecanismos de polimerização, entre os quais: condensação, adição ou via radicais livres.

Portanto, cada síntese implica a necessidade de domínio da cinética da reação, a fim de garantir as condições ideais de seu desenvolvimento. Além disso, onde a síntese ocorrerá, entra em jogo; isto é, o reator, seu tipo e as variáveis ​​de processo.

Características moleculares

O que todos os polímeros usados ​​para a síntese de elastômeros têm em comum? As propriedades do primeiro criarão sinergia (o todo é maior que a soma de suas partes) com o do último.

Para começar, eles devem ter estruturas assimétricas e, portanto, ser o mais heterogêneo possível. Suas estruturas moleculares devem necessariamente ser lineares e flexíveis; isto é, a rotação das ligações simples não deve causar repulsões estéricas entre os grupos substituintes.

Além disso, o polímero não deve ser muito polar, pois, caso contrário, suas interações intermoleculares serão mais fortes e mostrarão maior rigidez.

Portanto, os polímeros devem ter: unidades assimétricas, não polares e flexíveis. Se eles atenderem a todas essas características moleculares, eles representam um potencial ponto de partida para a obtenção de um elastômero.

Síntese de elastômeros

Tendo selecionado a matéria-prima e todas as variáveis ​​de processo, a síntese de elastômeros é continuada. Uma vez sintetizado, e após uma série subsequente de tratamentos físicos e químicos, o material elástico é criado.

Mas que transformações os polímeros selecionados devem sofrer para se tornar elastômeros?

Eles precisam sofrer reticulação ou cura ( reticulação ); isto é, suas cadeias poliméricas serão conectadas umas às outras por pontes moleculares, provenientes de moléculas ou polímeros bi ou polifuncionais (capazes de formar duas ou mais ligações covalentes fortes). A imagem abaixo resume o que foi dito acima:

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Fonte: Gabriel Bolívar

As linhas roxas representam as cadeias poliméricas ou os blocos “mais rígidos” dos elastômeros; enquanto as linhas pretas são a parte mais flexível. Cada linha roxa pode consistir em um polímero diferente, mais flexível ou rígido em relação ao que precede ou prossegue.

Qual o papel dessas pontes moleculares? Para permitir o enrolamento do elastômero em si mesmo (modo estático), pode ser implantado sob uma pressão de alongamento (modo elástico), graças à flexibilidade de seus elos.

A mola mágica (Slinky, por exemplo, Toystory) se comporta de maneira semelhante à dos elastômeros.

Vulcanização

Entre todos os processos de reticulação, a vulcanização é um dos mais conhecidos. Aqui, as cadeias poliméricas são interconectadas por pontes de enxofre (SSS …).

Voltando à imagem acima, as pontes não seriam mais pretas, mas amarelas. Este processo é indispensável na fabricação dos pneus.

Tratamentos físicos e químicos adicionais

Elastômeros sintetizados, os próximos passos são tratar o material resultante para obter características únicas. Cada material tem seu próprio tratamento, entre os quais aquecimento, moldagem ou retificação, ou outras “curas” físicas.

Nestas etapas, pigmentos e outras substâncias químicas são adicionados para garantir sua elasticidade. Da mesma forma, seu módulo de Young, sua Tg e seu limite de elasticidade são avaliados como análise de qualidade (além de outras variáveis).

É aqui que o termo elastômero é enterrado pela palavra ‘borracha’; Silicone, nitrilo, borrachas naturais, uretanos, butadieno-estireno, etc. Borrachas são sinônimos de material elástico.

Síntese de faixas elásticas

Finalmente, será apresentada uma breve descrição do processo de síntese das bandas elásticas.

A fonte de polímeros para a síntese de seus elastômeros é obtida a partir do látex natural, especificamente da árvore Hevea brasiliensis. Trata-se de uma substância leitosa e resinosa, que é submetida a purificação e depois misturada com ácido acético e formaldeído.

A partir dessa mistura é obtida uma laje, da qual a água é extraída apertando-a e dando-lhe uma forma de bloco. Esses blocos são cortados em pedaços menores em um misturador, onde são aquecidos e pigmentos e enxofre são adicionados para vulcanização.

Em seguida, são cortados e submetidos a extrusão, para obter hastes ocas, nas quais ocupam uma varinha de alumínio com talco como suporte.

E, finalmente, as hastes são aquecidas e removidas do suporte de alumínio, para serem apertadas pela última vez por um rolo antes de serem cortadas; Cada corte gera uma liga e inúmeros cortes geram toneladas deles.

Referências

  1. Wikipedia (2018). Elasticidade (física). Recuperado de: en.wikipedia.org
  2. Odian G. (1986) Introdução à síntese de elastômeros. In: Lal J., Mark JE (eds) Avanços em elastômeros e elasticidade de borracha. Springer, Boston, MA
  3. Kit de ferramentas de robótica suave. (sf). Elastômeros Recuperado de: softroboticstoolkit.com
  4. Capítulo 16, 17, 18 – Plásticos, fibras, elastômeros. [PDF]. Recuperado de: fab.cba.mit.edu
  5. Síntese de elastômero [PDF]. Recuperado de: gozips.uakron.edu
  6. Advameg, Inc. (2018). Elástico. Recuperado de: madehow.com.

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