COME VIENE SINTETIZZATO UN MATERIALE ELASTICO? - CHIMICA - 2025

Per sintetizzare un materiale elastico , in primo luogo, è necessario conoscere il tipo di polimeri di cui è composto; poiché altrimenti sarebbe formulata l'elaborazione di una plastica o di una fibra. Sapendo questo, i polimeri da considerare sono quelli chiamati elastomeri.

Quindi, gli elastomeri costituiscono materiali elastici; Ma cosa sono, in cosa differiscono dagli altri polimeri, come fai a sapere se il materiale sintetizzato ha davvero proprietà elastiche?

Fonte: Pxhere

Uno degli esempi più semplici di un materiale elastico sono gli elastici (o elastici) che legano insieme giornali, fiori o un fascio di banconote. Se sono allungati, si osserverà che si deformano longitudinalmente e quindi tornano alla loro forma originale.

Ma se il materiale è deformato in modo permanente, non è elastico, ma plastico. Esistono diversi parametri fisici che consentono di discriminare tra questi materiali, come il loro modulo di Young, il loro punto di snervamento e la temperatura di transizione vetrosa (Tg).

Oltre a queste qualità fisiche, i materiali chimicamente elastici devono anche soddisfare determinati criteri molecolari per comportarsi come tali.

Da qui nasce un'ampia gamma di possibilità, miscele e sintesi, soggette a infinite variabili; tutto questo per convergere sulla caratteristica "semplice" dell'elasticità.

Materiale grezzo

Come accennato all'inizio, i materiali elastici sono fatti di elastomeri. Questi ultimi richiedono a loro volta altri polimeri o "pezzi molecolari" più piccoli; vale a dire, anche gli elastomeri meritano la propria sintesi dai pre-polimeri.

Ogni caso richiede un attento studio delle variabili di processo, delle condizioni e del perché con questi polimeri "lavora" l'elastomero che ne risulta e, quindi, il materiale elastico.

Senza entrare nei dettagli, ecco una serie di polimeri utilizzati per questo scopo:

-Polyisocyanate

-Poliolo poliestere

-Copolimeri di etilene e propilene (ovvero miscele di polietilene e polipropilene)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Oltre a molti altri. Questi reagiscono tra loro attraverso diversi meccanismi di polimerizzazione, tra i quali: condensazione, aggiunta o tramite radicali liberi.

Pertanto, ogni sintesi implica la necessità di padroneggiare la cinetica della reazione, al fine di garantire le condizioni ottimali per il suo sviluppo. Allo stesso modo, entra in gioco il luogo in cui avverrà la sintesi; ovvero il reattore, il suo tipo e le variabili di processo.

Caratteristiche molecolari

Cosa hanno in comune tutti i polimeri utilizzati per la sintesi degli elastomeri? Le proprietà del primo si sinergizzeranno (il tutto è maggiore della somma delle sue parti) con quelle del secondo.

Per cominciare, devono avere strutture asimmetriche e quindi essere il più eterogenee possibile. Le loro strutture molecolari devono essere necessariamente lineari e flessibili; cioè, la rotazione dei singoli legami non dovrebbe causare repulsioni steriche tra i gruppi sostituenti.

Inoltre, il polimero non deve essere molto polare, altrimenti le sue interazioni intermolecolari saranno più forti e mostrerà una maggiore rigidità.

Pertanto, i polimeri devono avere: unità asimmetriche, non polari e flessibili. Se soddisfano tutte queste caratteristiche molecolari, rappresentano un potenziale punto di partenza per l'ottenimento di un elastomero.

Sintesi di elastomeri

Dopo aver selezionato la materia prima e tutte le variabili di processo, prosegue la sintesi degli elastomeri. Una volta sintetizzato, e dopo una successiva serie di trattamenti fisici e chimici, si crea il materiale elastico.

Ma quali trasformazioni devono subire i polimeri selezionati per diventare elastomeri?

Devono subire una reticolazione o polimerizzazione (reticolazione, in inglese); cioè, le sue catene polimeriche si collegheranno tra loro da ponti molecolari, che provengono da molecole o polimeri bi o polifunzionali (capaci di formare due o più forti legami covalenti). L'immagine sotto riassume quanto sopra detto:

Fonte: Gabriel Bolívar

Le linee viola rappresentano le catene polimeriche oi blocchi "più rigidi" di elastomeri; mentre le linee nere sono la parte più flessibile. Ogni linea viola può essere costituita da un polimero diverso, più flessibile o rigido rispetto a quello che precede o procede.

Che funzione svolgono questi ponti molecolari? Quella di permettere all'elastomero arrotolato su se stesso (modalità statica), di potersi dispiegare sotto una pressione di stiramento (modalità elastica) grazie alla flessibilità delle sue maglie.

La molla magica (Slinky, ad esempio, da Toystory) si comporta in modo leggermente simile a come fanno gli elastomeri.

Vulcanizzazione

Tra tutti i processi di reticolazione, la vulcanizzazione è uno dei più conosciuti. Qui, le catene polimeriche sono interconnesse da ponti di zolfo (SSS…).

Tornando all'immagine in alto, i ponti non sarebbero più neri, ma gialli. Questo processo è essenziale nella produzione di pneumatici.

Ulteriori trattamenti fisici e chimici

Una volta che gli elastomeri sono stati sintetizzati, i passaggi successivi consistono nel trattare il materiale risultante per conferire loro le loro caratteristiche uniche. Ogni materiale ha il proprio trattamento, tra cui il riscaldamento, lo stampaggio o la molatura, o altre "polimerizzazioni" fisiche.

In questi passaggi vengono aggiunti pigmenti e altri prodotti chimici per garantirne l'elasticità. Allo stesso modo, il suo modulo di Young, la sua Tg e il suo limite di elasticità vengono valutati come analisi di qualità (oltre ad altre variabili).

È qui quindi che il termine elastomero è sepolto dalla parola "gomma"; gomme siliconiche, nitriliche, naturali, uretani, butadiene-stirene, ecc. Le gomme sono sinonimo di materiale elastico.

Sintesi di elastici

Infine, verrà fornita una breve descrizione del processo di sintesi della banda elastica.

La fonte di polimeri per la sintesi dei suoi elastomeri è ottenuta dal lattice naturale, precisamente dall'albero Hevea brasiliensis. Si tratta di una sostanza lattiginosa, resinosa, che viene depurata e poi miscelata con acido acetico e formaldeide.

Da questa miscela si ottiene una lastra, dalla quale si estrae l'acqua schiacciandola e dandole la forma di un blocco. Questi blocchi vengono tagliati in pezzi più piccoli in un miscelatore, dove vengono riscaldati e vengono aggiunti pigmenti e zolfo per la vulcanizzazione.

Successivamente, vengono tagliate ed estruse per ottenere delle aste cave, all'interno delle quali andranno ad occupare un'asta in alluminio con talco come supporto.

Infine, le aste vengono riscaldate e rimosse dal loro supporto in alluminio, per essere schiacciate un'ultima volta da un rullo prima di essere tagliate; Ogni taglio genera una lega e innumerevoli tagli ne generano tonnellate.

Riferimenti

1. Wikipedia. (2018). Elasticità (fisica). Estratto da: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Introduzione alla sintesi degli elastomeri. In: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Toolkit di robotica morbida. (Sf). Elastomers. Estratto da: softroboticstoolkit.com
4. Capitolo 16, 17, 18-Plastiche, fibre, elastomeri. . Recupero da: fab.cba.mit.edu
5. Sintesi di elastomeri. . Estratto da: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Elastico. Estratto da: madehow.com.