탄성 물질 을 합성하려면 먼저 그것이 어떤 유형의 폴리머로 구성되어 있는지에 대한 지식이 있어야합니다. 그렇지 않으면 플라스틱이나 섬유의 정교함이 만들어지기 때문입니다. 이것을 알고있는 폴리머는 엘라스토머라고 불립니다.
따라서 엘라스토머는 탄성 물질을 구성합니다. 그러나 그것들은 무엇이며, 다른 고분자와 어떻게 다른지, 합성 된 물질이 실제로 탄성을 가지고 있는지 어떻게 알 수 있습니까?
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탄성 재질의 가장 간단한 예 중 하나는 신문, 꽃 또는 지폐 뭉치를 함께 묶는 탄성 밴드 (또는 고무 밴드)입니다. 늘어 나면 세로로 변형 된 다음 원래 모양으로 돌아 오는 것이 관찰됩니다.
그러나 재료가 영구적으로 변형되면 탄성이 아니라 플라스틱입니다. 영률, 항복점 및 유리 전이 온도 (Tg)와 같이 이러한 재료를 구별 할 수있는 몇 가지 물리적 매개 변수가 있습니다.
이러한 물리적 특성 외에도 화학적으로 탄성이있는 재료는 특정 분자 기준을 충족해야합니다.
여기에서 무한한 변수에 따라 다양한 가능성, 혼합물 및 합성이 발생합니다. 이 모든 것이 탄력성의 "단순한"특성에 수렴합니다.
원료
처음에 언급했듯이 탄성 재료는 엘라스토머로 만들어집니다. 후자는 차례로 다른 폴리머 또는 더 작은 "분자 조각"을 필요로합니다. 즉, 엘라스토머는 또한 프리폴리머로부터 자체 합성이 가능합니다.
각 경우에는 공정 변수, 조건 및 이러한 폴리머를 사용하여 생성 된 엘라스토머가 "작동"하는 이유와 탄성 재료에 대한주의 깊은 연구가 필요합니다.
자세히 설명하지 않고 다음은 이러한 목적으로 사용되는 일련의 폴리머입니다.
-폴리 이소시아네이트
-폴리올 폴리 에스터
-에틸렌과 프로필렌의 공중 합체 (예 : 폴리에틸렌과 폴리 프로필렌의 블렌드)
-폴리 이소 부틸 렌
-폴리 설파이드
-폴리실록산
다른 많은 것 외에도. 이들은 축합, 첨가 또는 자유 라디칼을 통해 서로 다른 중합 메커니즘을 통해 서로 반응합니다.
따라서 각 합성은 최적의 개발 조건을 보장하기 위해 반응의 역학을 마스터해야 함을 의미합니다. 마찬가지로, 합성이 이루어지는 곳이 작용합니다. 즉, 반응기, 유형 및 공정 변수입니다.
분자 특성
엘라스토머 합성에 사용되는 모든 폴리머의 공통점은 무엇입니까? 전자의 속성은 후자의 속성과 시너지 효과를 발휘합니다 (전체가 부분의 합보다 큼).
우선 비대칭 구조를 가져야하므로 가능한 한 이기종이어야합니다. 분자 구조는 반드시 선형이고 유연해야합니다. 즉, 단일 결합의 회전은 치환기 그룹 사이에 입체 반발을 일으키지 않아야합니다.
또한 폴리머는 극성이 없어야합니다. 그렇지 않으면 분자간 상호 작용이 더 강해지고 더 큰 강성을 보일 것입니다.
따라서 폴리머에는 비대칭, 비극성 및 유연한 단위가 있어야합니다. 이러한 모든 분자 특성을 충족하면 탄성 중합체를 얻기위한 잠재적 인 출발점이됩니다.
엘라스토머의 합성
원료와 모든 공정 변수를 선택하면 엘라스토머 합성이 계속됩니다. 일단 합성되면 일련의 물리적 및 화학적 처리가 끝나면 탄성 물질이 생성됩니다.
그러나 선택한 폴리머가 엘라스토머가되기 위해 어떤 변형을 거쳐야합니까?
가교 또는 경화 (영어로 가교)를 거쳐야합니다. 즉, 고분자 사슬은 이중 또는 다작 용성 분자 또는 고분자 (두 개 이상의 강력한 공유 결합을 형성 할 수 있음)에서 나오는 분자 다리에 의해 서로 연결됩니다. 아래 이미지는 위에서 말한 내용을 요약합니다.
출처 : Gabriel Bolívar
자주색 선은 폴리머 사슬 또는 탄성체의 "더 단단한"블록을 나타냅니다. 검정색 선은 가장 유연한 부분입니다. 각각의 보라색 선은 다른 폴리머로 구성 될 수 있으며, 선행하거나 진행하는 것에 비해 더 유연하거나 단단합니다.
이 분자 다리는 어떤 기능을합니까? 링크의 유연성 덕분에 엘라스토머 자체가 롤링 (정적 모드)되어 늘어나는 압력 (탄성 모드) 하에서 펼쳐질 수 있습니다.
마법의 스프링 (예를 들어 Toystory의 Slinky)은 엘라스토머가하는 것과 약간 유사합니다.
가황
모든 가교 과정 중에서 가황은 가장 잘 알려진 것 중 하나입니다. 여기에서 폴리머 사슬은 SSS (Sulfur Bridge)로 연결됩니다.
위쪽 이미지로 돌아 가면 다리는 더 이상 검은 색이 아니라 노란색이됩니다. 이 공정은 타이어 제조에 필수적입니다.
추가 물리적 및 화학적 처리
엘라스토머가 합성되면 다음 단계는 생성 된 재료를 처리하여 고유 한 특성을 부여하는 것입니다. 각 재료는 가열, 성형 또는 연삭 또는 기타 물리적 "경화"와 같은 자체 처리가 있습니다.
이 단계에서 안료 및 기타 화학 물질이 추가되어 탄성을 보장합니다. 마찬가지로 Young 's modulus, Tg 및 탄성 한계는 다른 변수에 추가하여 품질 분석으로 평가됩니다.
이때 탄성체라는 용어가 '고무'라는 단어로 묻혀있는 곳입니다. 실리콘 고무, 니트릴, 천연, 우레탄, 부타디엔-스티렌 등 고무는 탄성 소재와 동의어입니다.
탄성 밴드의 합성
마지막으로 탄성 밴드 합성 과정에 대해 간략하게 설명합니다.
엘라스토머 합성을위한 폴리머 공급원은 천연 라텍스, 특히 Hevea brasiliensis 나무에서 얻습니다. 이것은 유백색의 수 지성 물질로 정제를 거쳐 아세트산 및 포름 알데히드와 혼합됩니다.
이 혼합물에서 슬래브가 얻어지며 물은 그것을 짜내고 블록 모양으로 만들어 추출됩니다. 이 블록은 믹서에서 더 작은 조각으로 절단되어 가열되고 가황을 위해 안료와 황이 추가됩니다.
그런 다음 절단 및 압출하여 속이 빈 막대를 얻습니다. 내부에는 활석이있는 알루미늄 막대가 지지대로 사용됩니다.
마지막으로 막대는 가열되어 알루미늄 지지대에서 제거되어 절단되기 전에 마지막으로 롤러로 압착됩니다. 각 컷은 리그를 생성하고 셀 수없이 많은 컷은 리그를 생성합니다.
참고 문헌
- Wikipedia. (2018). 탄력성 (물리). 출처 : en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) 엘라스토머 합성 소개. In : Lal J., Mark JE (eds) 엘라스토머 및 고무 탄성의 발전. Springer, Boston, MA
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