Usuari:Mcapdevila/cura

El curat o reticulació és un procés pel qual un material polimèric inicialment líquid es torna sòlid mitjançant l’establiment d’ enllaços químics entre les cadenes de polímer. Generalment s’associa a la producció de polímers termoestables, en els quals es produeix un procés de reticulació en què les cadenes d’un sol polimer reaccionen entre elles formant una sola retícula tridimensional.

Un procés de curació molt comú és la vulcanització del cautxú .

Descripció del procés

Figura 1: Estructura d'una cola epoxi reticulada. La triamina, agent de reticulació, es mostra en vermell, la resina en negre. El material està molt reticulat i conté molts grups OH, que li confereixen les propietats adhesives.

Durant el procés, les cadenes de polímer s’uneixen per formar estructures de pes molecular a mesura que creixen per crear una gelosia que s’estén per tota la mida de la mostra . En aquesta condició, el sistema ha arribat al punt de gelació, és a dir, al punt que el sistema ha perdut la solubilitat i la seva viscositat tendeix a l'infinit. Les cadenes restants encara lliures continuaran units a la gelosia, espessint-la fins al final de la reacció química .

El procés pot requerir l’ activació, que pot ser mitjançant l’administració de calor, radiació, fluxos d’ electrons o catalitzadors químics.

Formes de monitoraggio

El control de la reacció és molt important, per exemple, en la producció de materials compostos on una matriu, inicialment líquida, pot haver de fluir en un motlle abans de solidificar-se. El temps disponible abans de l’inici de la solidificació és un paràmetre molt important per controlar la producció del producte.

Anàlisi reològica

Figura 2: Evolució en el temps dels components conservadors i dissipadors del mòdul complex, durant un procés de curació.

Una de les maneres de controlar el procés de guarit d’un material és mesurar la variació de les seves propietats mecàniques en el temps. Una de les propietats mecàniques que varia significativament durant el procés és el mòdul elàstic .

Per mesurar el mòdul elàstic d’un material durant la reticulació, es pot utilitzar un reòmetre . Mitjançant l'anàlisi mecànica dinàmica és possible mesurar el mòdul dinàmic (G) i els components conservadors (G ') i dissipatius (G ") corresponents. La variació dels dos components al llarg del temps és una indicació del grau de progrés de la reacció.

Tal com es mostra a la figura 2, després d’un cert temps d’inducció, els dos components comencen a créixer a velocitats diferents fins que es creuen. Aquest punt és, per a diversos autors, el punt de gel, moment en què hi ha una gelosia contínua a tot el polímer . Posteriorment, les dues velocitats disminueixen i els dos components tendeixen a un valor constant. Un cop assolit aquest valor, la reacció és completa.

Il grado di reticolazione, $\alpha$, può essere così definito:

$\alpha ={\frac {G'(t)-G'_{min}}{G'_{max}-G'_{min}}}$

Va de zero (al començament de la reacció) a un (final de la reacció). El pendent de la corba canvia amb el pas del temps i té el seu màxim aproximadament al mig de la reacció.

Anàlisi tèrmica

Si les reaccions químiques que tenen lloc al material durant la reticulació són exotèmiques, el grau de reticulació es pot correlacionar amb la calor emesa durant la reacció. Com més gran sigui el nombre d’ enllaços formats, major serà la calor emesa fins que el flux de calor s’esgoti al final de la reacció. Per mesurar el flux de calor emès per un sistema d’ escanejat diferencial del sistema es pot utilitzar .

Suposant que cada enllaç químic format allibera la mateixa quantitat de calor, el grau de reticulació, $\alpha$, es pot definir de la següent manera  :

$\alpha ={\frac {Q}{Q_{T}}}={\frac {\int _{0}^{s}{\dot {Q}}\,dt}{\int _{0}^{s_{f}}{\dot {Q}}\,dt}}$

dove $Q$è il calore emesso fino ad un certo tempo $s$, ${\dot {Q}}$ è la velocità istantanea di calore emesso e $Q_{T}$è il calore totale emesso alla fine del processo, in un tempo $s_{f}$. Anche in questo caso il grado di reticolazione va da zero (quando la reazione non è ancora partita) a uno (quando la reazione è terminata). La pendenza della curva cambia nel tempo ed ha il suo massimo all'incirca a metà della reazione.

Altres anàlisis

Anàlisi espectroscòpica

Es poden utilitzar diferents mètodes espectroscòpics per controlar el procés mitjançant la mesura de:

• El canvi en la concentració d’un reactiu present en el sistema inicial, que desapareix gradualment durant el procés de reticulació, mitjançant mesures espectroscòpiques ( FTIR i Raman );
• El canvi de l’índex de refracció o la fluorescència de la resina;

Anàlisi d'ultrasons

Aquest mètode està relacionat amb la relació entre el canvi de les propietats del material i la forma en què es propaguen les ones ultrasòniques al seu interior.

Bibliografia

• Osswald, Tim A. Materials science of polymers for engineers. Hanser Verlag, 2003, p. 334–335. ISBN 978-1-56990-348-3. 
• Glöckner, Patrick. Radiation Curing. Vincentz Network, 2009, p. 11–16. ISBN 978-3-86630-907-4. 
• I. Partridge i G. Maistros, Dielectric Cure Monitoring for Process Control, Capítol 17, Vol. 5, Enciclopèdia de materials compostos (2001), Elsevier Science, Londres, pàg. 413.
• P. Ciriscioli i G. Springer, Smart Autoclave cure in Composites, (1991), Technomic Publishing, Lancaster, PA.

Vegeu també

• Cura (compòsit)
• vulcanització

[[Categoria:Química dels polímers]] [[Categoria:Processos químics]] [[Categoria:Pàgines amb traduccions sense revisar]]