BAKELIT: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Bakelit jest polimerowa żywica z fenolem i formaldehydem, dokładnego określenia chemicznego i wodorotlenek polioxibenciletilenglicol. Pojawienie się i komercjalizacja tego materiału zapoczątkowały erę plastiku; zajmował i był częścią niezliczonych przedmiotów gospodarstwa domowego, kosmetycznych, elektrycznych, a nawet wojskowych.

Jego nazwa pochodzi od jego wynalazcy: urodzonego w Belgii amerykańskiego chemika Leo Baekelanda, który w 1907 roku wyprodukował i udoskonalił ten polimer; następnie założył General Bakelite Company w 1910 roku. Początkowo, podczas modyfikowania zmiennych fizycznych, bakelit składał się z gąbczastego, kruchego ciała stałego o niewielkiej wartości.

Telefon retro wykonany z polimeru bakelitu. Źródło: Pexels.

Po ośmiu latach pracy w laboratorium udało mu się uzyskać wystarczająco trwały i termostabilny bakelit, o dużej wartości ze względu na swoje właściwości. Tym samym bakelit zastąpił inne tworzywa sztuczne pochodzenia naturalnego; narodził się pierwszy całkowicie sztuczny polimer.

Obecnie jednak został zastąpiony innymi tworzywami sztucznymi i występuje głównie w akcesoriach lub przedmiotach z XX wieku. Na przykład telefon na powyższym zdjęciu jest wykonany z bakelitu, podobnie jak wiele przedmiotów o podobnym czarnym kolorze lub bursztynowym lub białym (wyglądem przypominającym kość słoniową).

Struktura bakelitu

Trening

Tworzenie trójwymiarowej struktury sieciowej polimeru fenolowo-formaldehydowego, bakelitu. Źródło: MaChe.

Definiując bakelit jako polimerową żywicę fenolu i formaldehydu, wówczas obie cząsteczki muszą dopasować swoją strukturę, w jakiś sposób połączone kowalencyjnie; w przeciwnym razie ten polimer nigdy nie wykazywałby swoich charakterystycznych właściwości.

Fenol składa się z grupy OH połączonej bezpośrednio z pierścieniem benzenowym; podczas gdy formaldehyd jest cząsteczką O = CH ₂ lub CH ₂ O (górne zdjęcie). Fenol jest bogaty w elektrony, ze względu na to, że OH, choć przyciąga elektrony do siebie, również przyczynia się do ich delokalizacji przez pierścień aromatyczny.

Ponieważ jest bogaty w elektrony, może zostać zaatakowany przez elektrofila (gatunki żądne elektronów); na przykład, CH ₂ O cząsteczki .

W zależności od tego, czy medium jest kwaśne (H ⁺ ), czy zasadowe (OH ^- ), atak może być elektrofilowy (formaldehyd atakuje fenol) lub nukleofilowy (fenol atakuje formaldehyd). Ale w końcu CH ₂ O zastępuje H fenolu, tworząc grupę metylolową, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ w środowisku kwaśnym lub -CH ₂ O ^- w środowisku zasadowym.

Zakładając kwaśne środowisko, -CH ₂ OH ₂ ⁺ traci cząsteczkę wody w tym samym czasie, gdy następuje atak elektrofilowy drugiego pierścienia fenolowego. Następnie tworzy się mostek metylenowy -CH ₂ - (na obrazku zabarwiony na niebiesko).

Podstawienia orto i para

Mostek metylenowy nie wiąże dwóch pierścieni fenolowych w dowolnych pozycjach. Jeśli zaobserwuje się strukturę, będzie można zweryfikować, czy wiązania znajdują się w sąsiednich i przeciwnych pozycjach do grupy OH; są to odpowiednio pozycje orto i para. Następnie w tych pozycjach następują podstawienia lub ataki do lub z pierścienia fenolowego.

Trójwymiarowość sieci

Pamiętając o hybrydyzacjach chemicznych, węgiel mostków metylenowych to sp ³ ; dlatego jest to czworościan, który umieszcza swoje wiązania na zewnątrz lub poniżej tej samej płaszczyzny. W konsekwencji pierścienie nie leżą w tej samej płaszczyźnie, a ich twarze mają różne orientacje w przestrzeni:

Segment trójwymiarowej struktury bakelitu. Źródło: Wikimedia Commons.

Z drugiej strony, gdy podstawienia występują tylko w pozycjach -orto, uzyskuje się łańcuch polimeru. Ale gdy polimer rośnie przez pozycje -para, powstaje rodzaj siatki lub trójwymiarowej sieci pierścieni fenolowych.

W zależności od warunków procesu, sieć może przybrać „spęcznioną morfologię”, niepożądaną ze względu na właściwości tworzywa sztucznego. Im bardziej jest zwarty, tym lepiej będzie działał jako materiał.

Nieruchomości

Przyjmując wówczas bakelit jako sieć pierścieni fenolowych połączonych mostkami metylenowymi, można zrozumieć przyczynę jego właściwości. Najważniejsze z nich wymieniono poniżej:

-Jest to polimer termoutwardzalny; to znaczy, raz zestalony nie może być uformowany pod wpływem ciepła, a nawet staje się jeszcze bardziej zbrylony.

-Jego średnia masa cząsteczkowa jest zwykle bardzo wysoka, co sprawia, że ​​kawałki bakelitu są znacznie cięższe w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi o tej samej wielkości.

-Podczas potarcia i wzrostu temperatury wydziela charakterystyczny zapach formaldehydu (rozpoznanie organoleptyczne).

-Po uformowaniu i ponieważ jest to tworzywo termoutwardzalne, zachowuje swój kształt i jest odporne na korozyjne działanie niektórych rozpuszczalników, wzrost temperatury i zarysowania.

-To straszny przewodnik ciepła i elektryczności.

- Wydaje charakterystyczny dźwięk po uderzeniu dwóch kawałków bakelitu, co pomaga zidentyfikować go jakościowo.

-Nowo syntetyzowany, ma żywiczną konsystencję i jest koloru brązowego. Gdy zastygnie, przybiera różne odcienie brązu, aż stanie się czarny. W zależności od tego, czym jest wypełniony (azbest, drewno, papier itp.), Może mieć kolory od białego do żółtego, brązowego lub czarnego.

Otrzymywanie

Aby otrzymać bakelit, najpierw potrzebny jest reaktor, w którym miesza się fenol (czysty lub ze smoły węglowej) i stężony roztwór formaldehydu (37%), utrzymując stosunek molowy fenol / formaldehyd równy 1. Rozpoczyna się reakcja. polimeryzacji poprzez kondensację (ponieważ woda, mała cząsteczka) jest uwalniana.

Następnie mieszaninę ogrzewa się z mieszaniem i w obecności katalizatora kwasowego (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ , itp.) Lub zasadowego (NH ₃ ). Uzyskuje się brązową żywicę, do której dodaje się więcej formaldehydu i ogrzewa się ją pod ciśnieniem do około 150 ° C.

Później żywica jest schładzana i zestalana w pojemniku lub formie wraz z dodatkiem materiału wypełniającego (już wspomnianego w poprzednim rozdziale), który będzie sprzyjał pewnemu rodzajowi tekstury i pożądanym kolorom.

Aplikacje

Plastikowe deski drewniane. Źródło: VarunRajendran z angielskiej Wikipedii

Bakelit to kwintesencja plastiku pierwszej połowy i połowy XX wieku. Telefony, skrzynki dowodzenia, figury szachowe, klamki do drzwi pojazdów, kostki domino, kule bilardowe; Każdy przedmiot stale poddawany lekkiemu uderzeniu lub ruchowi jest wykonany z bakelitu.

Ponieważ jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności, był stosowany jako tworzywo izolacyjne w skrzynkach elektrycznych, jako element układów elektrycznych radia, żarówek, samolotów i wszelkiego rodzaju niezbędnych urządzeń podczas wojen światowych.

Jego solidna konsystencja była wystarczająco atrakcyjna do projektowania rzeźbionych pudełek i biżuterii. Jeśli chodzi o dekorację, po zmieszaniu bakelitu z drewnem, drugiemu nadaje się fakturę plastyczną, za pomocą której zostały wykonane deski lub deski kompozytowe do pokrycia podłóg (górne zdjęcie) i pomieszczeń mieszkalnych.

Bibliografia

1. Uniwersytet Federico II w Neapolu, Włochy. (sf). Żywice fenolowo-formaldehydowe. Odzyskany z: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5 kwietnia 2018). Archeologia i epoka plastiku bakelitu na wysypisku brody. Jarmuż. Odzyskany z: campusarch.msu.edu
3. Grupy Wydziału Edukacji Chemicznej Kolegium Nauk Chemicznych. (2004). Przygotowanie bakelitu. Uniwersytet Purdue. Odzyskany z: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Struktura. Odzyskany z: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelit. Odzyskane z: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8 września 2016). Leo Baekeland i bakelit. Odzyskany z: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 grudnia 2017). Światła, kamera, bakelit! Biuro Spraw Studenckich organizuje zabawny i pouczający wieczór filmowy. Odzyskany z: engineering.nyu.edu