Comment un matériau élastique est-il synthétisé?

La capacité de synthétiser un matériau élastique est ce qui rend les polymères vraiment intéressants et peut être élaboré en fonction de la manière dont agissent les types de molécules qui les composent.

Les matériaux élastiques sont les matériaux capables de récupérer leur forme physique après avoir été déformés. Ces types de matériaux sont également connus sous le nom de polymères.

Par conséquent, pour savoir synthétiser un matériau élastique, il faut connaître les capacités des polymères et leurs caractéristiques. Créer un matériau pouvant être étiré signifie donc effectuer un processus de polymérisation.

Polymères: caractéristiques et leur capacité à synthétiser

Strictement parlant, un matériau polymère ou élastique c'est un composé chimique dans lequel les molécules s'unissent les unes aux autres, dans de longues chaînes de molécules répétitives. Ces polymères ont des propriétés uniques et peuvent être adaptés en fonction de leur objectif.

Le terme polymère est couramment utilisé dans l'industrie des plastiques et est souvent utilisé pour impliquer la signification de "plastique" ou "résine". En fait, le terme polymère signifie beaucoup plus.

Les polymères sont composés de nombreuses molécules liées entre elles pour former des chaînes très longues (et parfois des structures plus complexes).

Les propriétés de tout ce qui est constitué de polymères reflètent vraiment ce qui se passe au niveau moléculaire.

Par conséquent, les choses qui sont faites de polymères sont vues, ressenties et agissent en fonction de la manière dont leurs atomes et molécules sont connectés, ainsi que de celles utilisées dans leur synthèse (Polymer Science Learning Center, S.F.).

Les gommes sont un type de polymère appelé élastomère dont les propriétés sont l'élasticité et la déformabilité.

Les polymères élastiques, tels que le caoutchouc naturel et synthétique, ont des propriétés intéressantes.

Le caoutchouc naturel peut s'étirer au moins deux fois sa longueur d'origine et reviendra rapidement à sa longueur initiale une fois libéré.

Les propriétés élastiques des polymères peuvent être expliquées en termes de taille et de flexibilité des molécules de polymère.

Les chaînes de polymère sont très longues et, comme des bouts de ficelle ou de fil, elles s’enchevêtrent facilement. Lorsqu'une force est appliquée, les molécules de caoutchouc "s'étendent" à leur longueur totale.

Le caoutchouc est étiré, mais il ne se casse pas, car la réticulation entre les chaînes de polymère maintient les molécules ensemble. Lorsque la force est retirée, les molécules de caoutchouc retrouvent leur plus petit "enchevêtrement" d'énergie inférieure.

Polymérisation

Comme mentionné ci-dessus, un polymère est une longue molécule, le produit de la répétition d'une molécule appelée monomère.

La polymérisation est la méthode utilisée pour créer un polymère synthétique en combinant de nombreuses molécules monomères à petite chaîne réunies par des liaisons covalentes (Reusch, 2015).

Les réactions de polymérisation peuvent être classées en deux ou trois types de base. Wallace Hume Carothers, une figure importante et tragique de l'histoire de la science des polymères, a suggéré que la plupart des polymères pouvaient être classés en deux grandes catégories: la condensation ou l'addition.

Pour des raisons qui deviendront évidentes, les termes croissance par étapes et polymérisation en chaîne fournissent une description plus précise et complète (synthèse de polymère, S.F.).

La principale différence entre les deux types de polymérisation réside dans le fait que dans la polymérisation par croissance en chaîne, les molécules monomères sont ajoutées à la chaîne une par une.

Dans le cas d'une polymérisation par étape, les molécules de monomère peuvent être directement liées entre elles (Kelley, S.F.).

Si l'on observait de près une chaîne de polymère, on verrait que la structure visuelle et les propriétés physiques de la chaîne de la molécule imiteraient les propriétés physiques réelles du polymère.

Par exemple, si la chaîne polymère est composée de liaisons étroitement torsadées entre les monomères, et que celles-ci sont difficiles à briser, il est probable que ce polymère soit résistant et résistant.

Ou, si une chaîne polymère au niveau moléculaire présente des caractéristiques élastiques, il est probable que ce polymère possède également des propriétés flexibles (Johnson, 2017).

Synthèse de gommes ou de matériaux élastiques synthétiques / polymères synthétiques

1- Préparation du caoutchouc à petite échelle

Le caoutchouc synthétique est un élastomère capable de se déformer et de remplacer le caoutchouc naturel.

Le caoutchouc Thiokol doit son nom à la société homonyme qui a inventé la procédure, qui est une polymérisation en chaîne assez simple.

Cette préparation de caoutchouc Thiokol est un processus en deux étapes. La première étape est la préparation de polysulfure de sodium par la réaction du soufre, S₈, à base forte, hydroxyde de sodium, NaOH.

S₈ + 2 NaOH → Na₂S₈

Dans les conditions ambiantes, le soufre se présente normalement sous la forme d'anneaux et de chaînes S₈. La réaction avec le sodium produit un mélange de Na₂S₈ pour la plupart avec d'autres longueurs de chaînes de soufre présentes. Ce mélange est appelé polysulfure de sodium (Katz, 2010).

La seconde étape de cette préparation est la réaction du polysulfure de sodium avec le dichlorure d'éthylène.

Cl-CH₂-CH₂-Cl + Na₂S_x → [-CH₂-CH₂-S₈-]_n + 2_n NaCl

2- balles en latex

Le latex est un polymère naturel présent dans certains arbres qui ont poussé à l'origine au Brésil. Le latex dans la nature a pour but de protéger l'arbre des dommages. Si l’écorce est endommagée, le latex va s’exfuser et agir comme un "bandage" pour l’arbre.

Les Amérindiens ont découvert les propriétés utiles du caoutchouc latex il y a plus de 3 000 ans et ont fabriqué des produits simples à partir de caoutchouc (Flinn Scientific, Inc, 2016).

Une polymérisation par condensation peut être effectuée très facilement pour produire une balle en latex, seuls les matériaux suivants sont nécessaires:

Latex liquide, 15 ml. (disponible dans les magasins d'artisanat ou les magasins de fournitures d'art)

Gobelet en papier

Vinaigre, 15 ml.

Serviettes en papier

Eau du robinet, 15 ml.

Bâton en bois ou en plastique.

Bécher, 1 L ou seau, 1/2 plein d'eau du robinet

Colorant alimentaire (facultatif).

La procédure est assez simple:

1. Utiliser un cylindre gradué de 50 mL pour mesurer 15 mL de latex. Verser dans un gobelet en papier. Collez votre doigt sur le latex pour sentir sa texture. Lavez-vous les mains immédiatement.
2. Utilisez un cylindre gradué propre de 50 mL pour mesurer 15 mL d'eau (l'eau du robinet est bonne). Verser dans le gobelet en papier contenant le latex. Remuez le mélange avec un bâtonnet en bois. Ajoutez quelques gouttes de colorant alimentaire si vous le souhaitez.
3. Utilisez un cylindre gradué propre de 50 ml pour mesurer 15 ml de vinaigre. Ajouter au gobelet en papier contenant le mélange eau / latex en remuant.
4. Retirez le bâton du gobelet en papier avec le paquet de polymère attaché et placez-le dans le grand verre ½ rempli d'eau.
5. Sous l'eau, tirez doucement le renflement en caoutchouc du bâton. Garder le caoutchouc sous l'eau, presser le paquet dans une boule et ensuite presser plusieurs fois pour enlever les produits chimiques non utilisés.
6. Retirez la balle de l'eau et pressez-la sur des serviettes en papier. Placez-le sur le sol et observez ses propriétés (fabriquez une balle en caoutchouc à partir de Latex liquide, S.F.).

Références

1. Centre d'apprentissage de la science des polymères. (S.F.). Qu'est ce qu'un polymère? Récupéré de pslc.ws.
2. Flinn Scientific, Inc. (2016). Balles de caoutchouc au latex amusantes avec des polymères. Récupéré de flinnsci.com.
3. Johnson, T. (2016, 26 mars). Qu'est-ce qu'un polymère. Récupéré de thoughtco.com.
4. Katz, D. A. (2010). Préparation du caoutchouc synthétique. Récupéré de chymist.com.
5. Kelley, F. N. (S.F.). Comment sont fabriqués les polymères? Récupéré de scientificamerican.com.
6. Faire une balle en caoutchouc à partir de latex liquide. (S.F.). Récupéré depuis admin.mtu.edu.
7. Synthèse Polymère. (S.F.). Récupéré de people.clarkson.edu.
8. Reusch, W. (2015, 16 janvier). Synthèse de polymères d'addition. Récupéré dechem.libretexts.org.