elastomeer, gel, termoset
Die goeie jare...
Lank gelede was die enigste tipe rubber wat ons tot ons beskikking gehad het net natuurlike rubber lateks, poliisopreen. Net so van die boom af is natuurlike rubber lateks nie baie bruikbaar nie. Dit raak loperig en taai as dit warm raak, en hard en bros as dit koud raak. Motorbande van hierdie rubber sou nie baie suksesvol gewees het indien die land nie 'n konstante 25 °C temperatuur gehad het nie.
Hoe lank is lank gelede? Wel, tot omtrent so 160 jaar gelede, 1839 om presies te wees. Dit was voor daar nog enigsins motors was om bande nodig te hê, maar die idee van 'n bruikbare rubber was nog steeds aantreklik. Een persoon wat probeer het om rubber meer bruikbaar te maak was Charles Goodyear, 'n uitvinder wat maar 'n sukkel bestaan gevoer het. Hy het eendag met 'n pot rubber lateks rondgespeel, en heel per ongeluk 'n klomp swawel daarin laat val. En wat gebeur toe! Die rubber wou nie smelt en taai raak toe hy dit warm gemaak het nie, en wou ook nie bros raak toe hy dit oornag in die koue laat buite staan het nie. Hy het hierdie rubber gevulkaniseerde rubber genoem.
Een groot knoop!
Wat het hier gebeur? Wat het die swawel aan die rubber gedoen? Die swawel het brûe gevorm. Dit het al die polimeerkettings in die rubber aan mekaar vasgebind. Hierdie brûe word kruisbindings genoem. Dit word in die figuur hier onder aangedui. Brûe bestaande uit kort kettings van swawelatome verbind een ketting poliisopreen aan 'n ander totdat al die kettings verbind is om een groot supermolekule te vorm.
Ja, dis waar. 'n Voorwerp gemaak van 'n kruisgebinde rubber is in der waarheid 'n enkele molekuul. 'n Molekuul groot genoeg om met jou hand op te tel!
Hierdie kruisbindings verbind al die polimeer molekules aan mekaar. Aangesien hulle aan mekaar verbind is, sal hulle nie verby of oor mekaar kan vloei wanneer die rubber warm is nie. Dit is waarom dit nie kan smelt nie. Verder, aangesien al die molekule aan mekaar verbind is, kan hulle nie maklik van mekaar losgebreek word nie. Dit is waarom Charles Goodyear se gevulkaniseerde rubber nie bros wou raak toe dit afgekoel is nie.
Die figuur hier onder toon die verskil aan tussen 'n klomp enkel nie-kruisgebinde polimeer kettings, en 'n kruisgebinde netwerk.
Ander tipes rubbers, wat chemici elastomere noem, en ook kruisgebind is, sluit in:
Maar 'n rubber is nie die enigste ding wat kruisgebind kan word nie. Plastieke word ook sterker gemaak deur kruisbinding. Formica is 'n kruisgebinde materiaal.
Kruisgebinde polimere word gewoonlik gevorm voor hulle kruisgebind word. Sodra kruisbinding plaas gevind het, gewoonlik by hoë temperature, kan die voorwerp nie meer gevorm word nie. Aangesien dit hitte is wat die kruisbinding aktiveer om die voorwerp se vorm permanent te maak, word hierdie materiale termoset materiale genoem. Hierdie naam onderskei hulle van termoplastieke, wat nie kruisgebind is nie, en wat weer gevorm kan word na dit gemaak is. Heel interessant dat die eerste termoset ook uit poliisopreen gemaak is. Hoe meer swawel kruisbindings daar in poliisopreen gesit word, hoe meer rigied raak dit. 'n Lae graad van kruisbinding gee 'n buigsame rubber. Hoë graad van kruisbinding lewer 'n harde termoset. (Dit was Charles se broer Noah wat die eerste poliisopreen termoset gemaak het). Hier is nog 'n paar ander termoset materiale:
Kruisgebinde polimere kan ook gebruik word as bedekkings, kleefmiddels en elektroniese onderdele. Kruisgebinde materiale kan nie in oplosmiddels oplos nie, aangesien al die polimeerkettings kovalent aan mekaar verbind is. Maar hulle kan wel oplosmiddels absorbeer. 'n Kruisgebinde materiaal wat 'n klomp oplosmiddel geabsorbeer het word 'n gel genoem. Een tipe gel wat jy dalk sal ken is die gemaak uit kruisgebinde poliakrielamied. Nie-kruisgebinde poliakrielamied is oplosbaar in water, terwyl die kruisgebinde materiaal water absorbeer. Waterbevattende gels van kruisgebinde poliakrielamied word gebruik om sagte kontaklense mee te maak.
Die prys om te betaal
Kruisbinding maak beide elastomere en plastieke sterker, maar daar is 'n probleem. Aangesien kruisgebinde materiale nie smelt nie, is dit baie moeilik om hulle te herwin ("recycle"). Een moontlike oplossing vir hierdie probleem is om 'n omkeerbare kruisbinding te skep. Een familie materiale wat wel omkeerbare kruisbinding bevat is die termoplastiese elastomere
Charles Goodyear het nooit ryk geword uit sy uitvinding nie. Hy het sy hele lewe met hofsake gesukkel. Maar na sy dood het sy maatskappy, Goodyear, die yslike maatskappy geword wat ons vandag ken. Die maatskappy se hoofkantore is in Akron, Ohio, VSA. Die rede hoekom dit genoem word, is dat 'n ander rubber maatskappy aan die anderkant van die dorp 'n nuwe manier gevind het om rubber te kruisbind. Kliek hier om meer hieroor uit te vind.