Elastómero

Polímero con propiedades elásticas similares al caucho.

Un elastómero es un polímero con viscoelasticidad (es decir, tanto viscosidad como elasticidad ) y con fuerzas intermoleculares débiles , generalmente bajo módulo de Young (E) y alta deformación por falla en comparación con otros materiales. ^[1] El término, un acrónimo de polímero elástico , ^[2] se usa a menudo indistintamente con caucho , aunque se prefiere este último cuando se hace referencia a vulcanizados . ^[3] Cada uno de los monómeros que se unen para formar el polímero suele ser un compuesto de varios elementos entre carbono , hidrógeno , oxígeno y silicio . Los elastómeros son polímeros amorfos mantenidos por encima de su temperatura de transición vítrea , de modo que es posible una reconformación molecular considerable sin romper los enlaces covalentes . A temperaturas ambiente , estos cauchos son relativamente flexibles (E ≈ 3 M Pa ) y deformables. ^{[ cita requerida ]}

Definición de la IUPAC para un elastómero en la química de polímeros

Los sólidos similares al caucho con propiedades elásticas se denominan elastómeros. Las cadenas de polímeros se mantienen unidas en estos materiales mediante enlaces intermoleculares relativamente débiles , que permiten que los polímeros se estiren en respuesta a tensiones macroscópicas.

(A) es un polímero sin tensión; (B) es el mismo polímero bajo tensión. Cuando se elimina la tensión, volverá a la configuración A. (Los puntos representan enlaces cruzados)

Los elastómeros suelen ser termoendurecibles (que requieren vulcanización), pero también pueden ser termoplásticos (véase elastómero termoplástico ). Las largas cadenas de polímeros se entrecruzan durante el curado (es decir, la vulcanización). La estructura molecular de los elastómeros puede imaginarse como una estructura de "espagueti y albóndigas", donde las albóndigas representan los entrecruzamientos. La elasticidad se deriva de la capacidad de las largas cadenas de reconfigurarse para distribuir una tensión aplicada. Los entrecruzamientos covalentes garantizan que el elastómero volverá a su configuración original cuando se elimine la tensión.

La reticulación ocurre con mayor probabilidad en un polímero equilibrado sin ningún solvente. La expresión de energía libre derivada del modelo neohookeano de elasticidad del caucho se expresa en términos de cambio de energía libre debido a la deformación por unidad de volumen de la muestra. La concentración de hebras, v, es el número de hebras sobre el volumen que no depende del tamaño y la forma generales del elastómero. ^[4] La beta relaciona la distancia de extremo a extremo de las hebras de polímero a través de las reticulaciones sobre polímeros que obedecen a estadísticas de recorrido aleatorio.

${\displaystyle \Delta f_{d}={\frac {\Delta F_{d}}{V}}={\frac {K_{B}T\nu _{el}\beta \lambda _{1}p^{2}+\lambda _{2}p+2\lambda _{3}p^{2}-3}{2}}}$

${\displaystyle v_{el}={\frac {n_{el}}{V}},\beta =1}$^{[ aclaración necesaria ]}

En el caso específico de la deformación por cizallamiento, el elastómero, además de cumplir con el modelo más simple de elasticidad del caucho, también es incompresible. Para el cizallamiento puro, relacionamos la deformación por cizallamiento con las relaciones de extensión lambdas. El cizallamiento puro es un estado de tensión bidimensional que hace que lambda sea igual a 1, lo que reduce la función de deformación por energía anterior a:

${\displaystyle \Delta f_{d}={\frac {k_{B}T\nu _{s}\beta \gamma ^{2}}{2}}}$

Para obtener la tensión cortante , la función de energía-deformación se diferencia con respecto a la deformación cortante para obtener el módulo de corte, G, multiplicado por la deformación cortante:

${\displaystyle \sigma _{12}={\frac {d(\Delta f_{d})}{d\gamma }}=G\gamma }$

La tensión de corte es entonces proporcional a la deformación de corte incluso con deformaciones grandes. ^[5] Observe cómo un módulo de corte bajo se correlaciona con una densidad de energía de deformación de deformación baja y viceversa. La deformación de corte en elastómeros requiere menos energía para cambiar de forma que de volumen.

${\displaystyle \Delta f_{d}=W={\frac {G(\lambda _{1p}^{2}+\lambda _{2p}^{2}+\lambda _{3p}^{2}-3)}{2}}}$

Ejemplos

Cauchos insaturados que pueden curarse mediante vulcanización con azufre:

• Poliisopreno natural : caucho natural cis-1,4-poliisopreno (NR) y gutapercha trans-1,4-poliisopreno
• Poliisopreno sintético (IR para caucho de isopreno )
• Polibutadieno (BR por caucho de butadieno )
• Caucho de cloropreno (CR), policloropreno , neopreno
• Caucho butílico (copolímero de isobuteno e isopreno, IIR)
  • Cauchos de butilo halogenados (caucho de clorobutilo: CIIR; caucho de bromobutilo: BIIR)
• Caucho de estireno-butadieno (copolímero de estireno y butadieno, SBR)
• Caucho de nitrilo (copolímero de butadieno y acrilonitrilo , NBR), también llamado cauchos Buna N
  • Cauchos de nitrilo hidrogenados (HNBR) Therban y Zetpol

Cauchos saturados que no se pueden curar mediante vulcanización con azufre:

• EPM ( caucho de etileno propileno , un copolímero de eteno y propeno ) y caucho EPDM (caucho de etileno propileno dieno, un terpolímero de etileno, propileno y un componente dieno )
• Caucho de epiclorhidrina (ECO)
• Caucho acrílico (ACM, ABR)
• Caucho de silicona (SI, Q, VMQ)
• Caucho de fluorosilicona (FVMQ)
• Fluoroelastómeros ( FKM y FEPM) Viton , Tecnoflon , Fluorel, Aflas y Dai-El
• Perfluoroelastómeros ( FFKM ) Tecnoflon PFR, Kalrez , Chemraz, Perlast
• Amidas de bloques de poliéter (PEBA)
• Polietileno clorosulfonado (CSM)
• Etileno acetato de vinilo (EVA)

Otros tipos de elastómeros :

• Elastómeros termoplásticos (TPE)
• Las proteínas resilina y elastina
• Caucho de polisulfuro
• Elastolefina , fibra elástica utilizada en la producción de tejidos.
• Poli(diclorofosfaceno) , un "caucho inorgánico" obtenido a partir de la polimerización del hexaclorofosfaceno

Véase también

• Moldeo de elastómero líquido
• Elasticidad del caucho

Referencias

1. De, Sadhan K. (31 de diciembre de 1996). Rubber Technologist's Handbook, Volumen 1 (1.ª ed.). Smithers Rapra Press. pág. 287. ISBN 978-1859572627Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2017 .
2. Gent, Alan N. "Elastomer Chemical Compound". Encyclopædia Britannica . Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2017 .
3. Alger, Mark (21 de abril de 1989). Diccionario de ciencias de polímeros. Springer. pág. 503. ISBN 1851662200Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2017 .
4. Boczkowska, Anna; Awietjan, Stefan F.; Pietrzko, Stanisław; Kurzydłowski, Krzysztof J. (1 de marzo de 2012). "Propiedades mecánicas de elastómeros magnetorreológicos bajo deformación por cizallamiento". Composites Part B: Engineering . 43 (2): 636–640. doi :10.1016/j.compositesb.2011.08.026. ISSN  1359-8368.
5. Liao, Guojiang; Gong, Xinglong; Xuan, Shouhu (1 de septiembre de 2013). "Influencia de la deformación por cizallamiento en la fuerza normal del elastómero magnetorreológico". Materials Letters . 106 : 270–272. Bibcode :2013MatL..106..270L. doi :10.1016/j.matlet.2013.05.035. ISSN  0167-577X.

Enlaces externos

• Polimerización eficiente y respetuosa con el medio ambiente de elastómeros, por Andreas Diener, director de productos de List AG