弾性材料を合成するには、まず、それが構成されているポリマーのタイプについての知識が必要です。それ以外の場合は、プラスチックまたは繊維の詳細が作成されるためです。これを知って、考慮されるべきポリマーはエラストマーと呼ばれるものです。
したがって、エラストマーは弾性材料を構成します。しかし、それらは何ですか？それらは他のポリマーとどのように違うのですか？合成された材料が本当に弾性特性を持っているかどうかはどうやってわかりますか？
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弾性素材の最も単純な例の1つは、新聞、花、または札束を結ぶ弾性バンド（またはゴムバンド）です。伸ばすと縦方向に変形し、元の形状に戻ることが観察されます。
しかし、材料が永久的に変形する場合、それは弾性ではなくプラスチックです。ヤング率、弾性限界、ガラス転移温度（Tg）など、これらの材料を区別できるようにするいくつかの物理パラメーターがあります。
これらの物理的品質に加えて、化学的弾性材料は、そのように動作するために特定の分子基準も満たさなければなりません。
ここから、さまざまな可能性、混合物、合成が生じます。これらすべてが、弾性の「単純な」特性に収束します。
原材料
最初に述べたように、弾性材料はエラストマーでできています。後者には、他のポリマーまたはより小さな「分子片」が必要です。つまり、エラストマーもプレポリマーからの独自の合成に値します。
いずれの場合も、プロセス変数、条件、およびこれらのポリマーを使用して得られるエラストマー、したがって弾性材料が「機能する」理由を慎重に検討する必要があります。
詳細には触れませんが、この目的で使用される一連のポリマーを次に示します。
-ポリイソシアネート
-ポリオールポリエステル
-エチレンとプロピレンのコポリマー（すなわち、ポリエチレンとポリプロピレンのブレンド）
-ポリイソブチレン
-ポリスルフィド
-ポリシロキサン
他の多くのほかに。これらは、縮合、付加、またはフリーラジカルを介した、さまざまな重合メカニズムを通じて互いに反応します。
したがって、各合成は、その開発のための最適な条件を保証するために、反応の動力学を習得する必要性を意味します。同様に、合成が行われる場所が機能します。つまり、リアクター、そのタイプ、およびプロセス変数です。
分子特性
エラストマーの合成に使用されるすべてのポリマーに共通するものは何ですか？前者の特性は後者の特性と相乗作用します（全体はその部分の合計よりも大きくなります）。
そもそも、それらは非対称の構造を持っている必要があり、したがって、できるだけ異質でなければなりません。それらの分子構造は必然的に線形で柔軟でなければなりません。すなわち、単結合の回転は、置換基間に立体反発を引き起こすべきではない。
また、ポリマーは非常に極性であってはなりません。さもないと、分子間相互作用が強くなり、剛性が高くなります。
したがって、ポリマーには非対称、非極性、柔軟なユニットが必要です。それらがこれらすべての分子特性を満たす場合、それらはエラストマーを得るための潜在的な出発点となります。
エラストマーの合成
原料とすべてのプロセス変数を選択すると、エラストマーの合成が続行されます。合成され、その後の一連の物理的および化学的処理の後に、弾性材料が作成されます。
しかし、選択したポリマーがエラストマーになるためには、どのような変換が必要ですか？
彼らは、架橋または硬化（架橋、英語で）を受ける必要があります。つまり、そのポリマー鎖は、二官能性または多官能性の分子またはポリマー（2つ以上の強力な共有結合を形成できる）に由来する分子ブリッジによって互いに接続します。以下の画像は、上記の要約です：
出典：GabrielBolívar
紫色の線は、ポリマー鎖またはエラストマーの「より硬い」ブロックを表しています。黒い線が最も柔軟な部分です。各紫色の線は、先行または進行するものよりも柔軟または硬い異なるポリマーで構成できます。
これらの分子ブリッジはどのような機能を果たしますか？そのリンクの柔軟性のおかげで、エラストマーがそれ自体で回転することを可能にすること（静的モード）、伸張圧力下で展開することができること（弾性モード）。
魔法の泉（ToystoryのSlinkyなど）の動作は、エラストマーの動作と少し似ています。
加硫
すべての架橋プロセスの中で、加硫は最もよく知られているプロセスの1つです。ここでは、ポリマー鎖は硫黄ブリッジ（SSS…）によって相互接続されています。
上の画像に戻ると、橋はもはや黒ではなく黄色になります。このプロセスは、タイヤの製造に不可欠です。
追加の物理的および化学的処理
エラストマーが合成されたら、次のステップは、得られた材料を処理してそれらに固有の特性を与えることです。各材料には独自の処理があり、その中には、加熱、成形、研削、またはその他の物理的な「硬化」があります。
これらのステップでは、その弾力性を確保するために顔料やその他の化学物質が追加されます。同様に、そのヤング率、Tg、および弾性限界は、（他の変数に加えて）品質分析として評価されます。
ここで、エラストマーという用語が「ゴム」という言葉に埋もれています。シリコーンゴム、ニトリル、天然、ウレタン、ブタジエン-スチレンなど ゴムは弾性材料の代名詞です。
弾性バンドの合成
最後に、エラスティックバンド合成プロセスについて簡単に説明します。
そのエラストマーの合成のためのポリマーの供給源は、天然ラテックスから、具体的にはパラゴムノキの木から得られます。これは乳白色の樹脂状物質で、精製された後、酢酸とホルムアルデヒドと混合されます。
この混合物からスラブが得られ、そこから水を絞り、それをブロックの形状にすることによって水が抽出されます。これらのブロックはミキサーでより小さな断片に切断され、そこで加熱され、加硫のために顔料と硫黄が追加されます。
次に、それらは切断されて押し出されて中空の棒が得られ、その内部でタルクを支持体としてアルミニウム棒を占めます。
そして最後に、ロッドが加熱されてアルミ製のサポートから取り外され、切断される前にローラーによって最後にもう一度圧搾されます。各カットはリーグを生成し、無数のカットはそれらのトンを生成します。
参考文献
- ウィキペディア。（2018）。弾性（物理学）。から回復：en.wikipedia.org
- Odian G.（1986）エラストマー合成の紹介。で：ラルJ.、マークJE（編）エラストマーとゴム弾性の進歩。Springer、マサチューセッツ州ボストン
- ソフトロボット工学ツールキット。（sf）。エラストマー。回収元：softroboticstoolkit.com
- 第16章、第17章、第18章-プラスチック、繊維、エラストマー。。リカバリー元：fab.cba.mit.edu
- エラストマー合成。。回復：gozips.uakron.edu
- Advameg、Inc.（2018）。輪ゴム。からの回復：madehow.com。