Elastómero

Polímero con propiedades elásticas similares al caucho.

Un elastómero es un polímero con viscoelasticidad (es decir, viscosidad y elasticidad ) y con fuerzas intermoleculares débiles , generalmente un módulo de Young (E) bajo y una 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 que se mantienen por encima de su temperatura de transición vítrea , de modo que es factible una reconformación molecular considerable sin romper los enlaces covalentes . Por tanto, a temperatura ambiente , estos cauchos son relativamente flexibles (E ≈ 3 M Pa ) y deformables. Sus usos principales son para sellos , adhesivos y piezas flexibles moldeadas. ^{[ cita necesaria ]}

Definición IUPAC de elastómero en química de polímeros

Los sólidos parecidos al caucho con propiedades elásticas se denominan elastómeros. Las cadenas poliméricas 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 no estresado; (B) es el mismo polímero bajo tensión. Cuando se elimine la tensión, volverá a la configuración A. (Los puntos representan enlaces cruzados)

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

Lo más probable es que la reticulación se produzca en un polímero equilibrado sin ningún disolvente. La expresión de energía libre derivada del modelo neohookeano de elasticidad del caucho es 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 en el volumen que no depende del tamaño y la forma generales del elastómero. ^[4] Beta relaciona la distancia de extremo a extremo de las hebras de polímero a través de enlaces cruzados sobre polímeros que obedecen a estadísticas de paseo aleatorio.

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

${\displaystyle v_{el}={\frac {n_{el}}{V}},\beta =1}$

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

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

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

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

El esfuerzo cortante es entonces proporcional a la deformación cortante incluso en 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 por cizallamiento en elastómeros requiere menos energía para cambiar de forma que el 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 para 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 caucho Buna N
  • Cauchos de nitrilo hidrogenados (HNBR) Therban y Zetpol

Cauchos saturados que no pueden curarse 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 en bloque de poliéter (PEBA)
• Polietileno clorosulfonado (CSM)
• Acetato de etileno-vinilo (EVA)

Varios 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" procedente de la polimerización de hexaclorofosfaceno

Ver también

• Moldeo de elastómero líquido
• Elasticidad del caucho

Referencias

1. De, Sadhan K. (31 de diciembre de 1996). Manual del tecnólogo del caucho, volumen 1 (1ª ed.). Prensa Smithers Rapra. pag. 287.ISBN _ 978-1859572627. Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017 . Consultado el 7 de febrero de 2017 .
2. Gent, Alan N. "Compuesto químico elastómero". Enciclopedia Británica . Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017 . Consultado el 7 de febrero de 2017 .
3. Argel, Mark (21 de abril de 1989). Diccionario de ciencia de polímeros. Saltador. pag. 503.ISBN _ 1851662200. Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017 . Consultado el 7 de febrero de 2017 .
4. Boczkowska, Anna; Awietjan, Stefan F.; Pietrzko, Estanislao; Kurzydłowski, Krzysztof J. (1 de marzo de 2012). "Propiedades mecánicas de elastómeros magnetorreológicos bajo deformación por corte". Compuestos Parte B: Ingeniería . 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 corte en la fuerza normal del elastómero magnetorreológico". Cartas de Materiales . 106 : 270–272. doi :10.1016/j.matlet.2013.05.035. ISSN  0167-577X.

enlaces externos

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