Tại sao cao su có tính đàn hồi

Tính chất của cao su chính là tính chất đặc trưng của chuỗi polymer cấu tạo. Các chuỗi polymer phản ánh bởi các monome thông qua cấu trúc chuỗi và cách các chuỗi monome này tương tác với các chất khác nhau. Nói cách khác nó chính là tính chất vật lý và hoá học của cao su.

Bạn đang xem:

Về cơ bản tính chất của cao su được qui về 3 tính chất chính đó là độ bền kéo dãn, độ đàn hồi, và phản ứng tương tác với các hoá chất, dung môi.

Độ bền kéo dãn

Độ bền khi kéo dãn đặc tính cốt lõi của cao su

Độ bền kéo dãn chính là tính chất quan trọng nhất đối với cao su thiên nhiên cũng như cao su tổng hợp.

Được định nghĩa là khả năng chịu lực kéo của cao su tại 1 điểm hay 1 diện tích cụ thể trước khi bị phá vỡ cấu trúc. Các đơn vị đo lường cho độ bền kéo được sử dụng rộng rãi hiện nay như Pa, N/m2, psi.

Độ bền kéo dãn này phụ thuộc chính là cấu trúc vi mô của chuỗi polymer cấu tạo nên cao su. Cụ thể có các cấu trúc dưới đây.

Cấu trúc chuỗi PolymerChuỗi đại phân tử polymer không phân nhánh.Chuỗi đại phân tử có phân nhánh.Cấu trúc bán tinh thể không phân nhánh.Chuỗi liên kết ngang lưới rộng.Chuỗi liên kết ngang lưới hẹp.

Như hình trên từ trái qua phải thì cấu trúc các chuỗi polymer càng có tính chất vật lý ổn định.

Một ví dụ nhỏ là lực kéo tối đa mà thép có thể chịu được là 2700 KPa (2800 Maraging steel) trong khi đó Silicon với cấu trúc liên kết ngang mật độ cao có thể chịu được lực kéo lên đến 7000 KPa.

Độ đàn hồi

Độ bền khi kéo dãn tỷ lệ thuận với độ đàn hồi

Trong khi độ bền kéo dãn là định lượng cho mức độ kéo dài của cao su thì đàn hội lại đại diện cho khả năng quay trở lại trạng thái ban đầu sao khi bị kéo dãn.

Khả năng đàn hồi phụ thuộc rất lớn vào độ bền kéo dãn tăng theo chiều dài các chuỗi liên kết polymer trong cao su và các liên kết ngang của chuỗi polymer.

Xem thêm:

Có 3 dạng đàn hồi chính là độ biến dạng, nén, cắt hay kéo dãn và nó đều có trên cao su. Bạn có thể đọc thêm ở đây để hiểu rõ thêm.

Mô hình cấu trúc polymer bị kéo dãn

Phản ứng tương tác với hoá chất và dung môi

Đây được coi là tính chất hoá học của cao su, và nó đại diện bởi tính chất riêng của chuỗi polymer cấu tạo nên.

Cao su tự nhiên có thành phần chủ yếu là là polyisopren – polyme của isopren. Do đó, cao su tự nhiên tương tác với các hoá chất và dung môi theo những đặc tính của isopreen. Đó là tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và CCl4 nhưng không tan trong rượu và xeton.

Tương tự, cao su tổng hợp với các thành phần là các polymer khác nhau thì sẽ có những phản ứng khác nhau với dung môi, chất hoá học.

Đại diện điển hình của cao su tổng hợp là cao su buna có cấu tạo chủ yếu từ 1,3-Butadiene trơ với các dung môi hữu cơ như lại tan mạnh trong acetone và cả ether, ethanol.

Một số loại cao su tổng hợp phổ biến kể đến như

Cao su izopren (Polyisoprene)Cao su butadien (Polybutadiene)Cao su styren butadien (Styrene butadiene)Cao su nitril butadien (Nitrile butadien)Cao su butyl (Butyl rubber)Cao su clopren (Chloroprene)Cao su flo (Fluoro rubber)Cao su silicon (Silicone rubber)

Liên kết giữa các chuỗi polymer qui định mức độ phản ứng của cao su

Các polymer phản ứng khác nhau với các dung môi hay chất hoá học do độ mạnh yếu của các liên kết chuỗi polymer, monome. Ví dụ về polyesters dưới đây cụ thể cho tình huống này.

Polyesters có liên kết lưỡng cực – lưỡng cực giữa các nguyên tử oxy trong các nhóm C = O và các nguyên tử hydro trong các nhóm H-C.

Liên kết lưỡng cực không mạnh bằng liên kết hydro, do đó điểm nóng chảy và cường độ của polyester thấp hơn Kevlar (Twaron), nhưng polyesters có tính linh hoạt cao hơn.

Các lực hấp dẫn giữa các chuỗi polyethylen phát sinh từ các lực Van der Waals yếu. Các phân tử được bao quanh bởi một đám mây điện tử âm. Khi hai chuỗi polymer tiếp cận, các đám mây điện tử của chúng đẩy nhau.

Xem thêm:

Điều này có tác dụng hạ thấp mật độ electron ở một bên của chuỗi polymer, tạo ra một cực dương ở bên này. Điện cực này đủ để hút chuỗi polymer thứ hai. Tuy nhiên, lực Van der Waals khá yếu, do đó polyetylen có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các polyme khác.

Chúc các bạn thành công trong cuộc sống!