БАКЕЛИТ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Бакелита представляет собой полимерную смолу фенола и формальдегида, точное определение химического и представляет собой гидроксид polioxibenciletilenglicol. Появление и коммерциализация этого материала ознаменовали начало эры пластика; он занимал и являлся частью бесчисленных хозяйственных, косметических, электрических и даже военных объектов.

Его название произошло от его изобретателя: американского химика, родившегося в Бельгии, Лео Бэкеланда, который в 1907 году добился производства и улучшения этого полимера; затем в 1910 году основал General Bakelite Company. Сначала, при изменении физических переменных, бакелит состоял из губчатого, хрупкого твердого вещества, имеющего небольшую ценность.

Ретро-телефон из бакелитового полимера. Источник: Pexels.

После восьми лет работы в лаборатории ему удалось получить достаточно твердый и термостойкий бакелит, обладающий высокой ценностью благодаря своим свойствам. Таким образом, бакелит заменил другие пластмассовые материалы природного происхождения; родился первый чисто искусственный полимер.

Однако в настоящее время его заменили другие пластмассы, и он встречается в основном в аксессуарах или предметах 20-го века. Например, телефон на картинке выше сделан из бакелита, как и многие предметы такого же черного цвета, как этот, янтарного или белого (по внешнему виду напоминающие слоновую кость).

Бакелитовая структура

Повышение квалификации

Формирование трехмерной сетчатой ​​структуры фенолоформальдегидного полимера, бакелита. Источник: MaChe.

Определив бакелит как полимерную смолу, состоящую из фенола и формальдегида, то обе молекулы должны соответствовать своей структуре, ковалентно объединенные каким-то образом; в противном случае этот полимер никогда не проявил бы своих характерных свойств.

Фенол состоит из группы ОН, непосредственно связанной с бензольным кольцом; в то время как формальдегид представляет собой молекулу O = CH ₂ или CH ₂ O (верхнее изображение). Фенол богат электронами, потому что ОН, хотя и притягивает электроны к себе, также помогает в их делокализации через ароматическое кольцо.

Поскольку он богат электронами, он может быть атакован электрофилами (разновидности, голодные по электронам); как, например, молекула CH ₂ O.

В зависимости от того, является ли среда кислой (H ⁺ ) или основной (OH ^- ), атака может быть электрофильной (формальдегид атакует фенол) или нуклеофильной (фенол атакует формальдегид). Но в конце концов, CH ₂ O заменяет H фенола, превращаясь в метилольную группу, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ в кислой среде или -CH ₂ O ^- в основной среде.

В кислой среде -CH ₂ OH ₂ ⁺ теряет молекулу воды одновременно с электрофильной атакой второго фенольного кольца. Затем образуется метиленовый мостик -CH ₂ - (на изображении окрашен в синий цвет).

Орто- и пара-замены

Метиленовый мостик не связывает два фенольных кольца в произвольных положениях. Если структура наблюдается, можно будет проверить, что связи находятся в соседних и противоположных положениях по отношению к группе ОН; это орто- и пара-положения соответственно. Затем в этих положениях происходят замещения или атаки в фенольное кольцо или из него.

Трехмерность сети

Если вспомнить химические гибридизации, то углерод метиленовых мостиков sp ³ ; следовательно, это тетраэдр, который размещает свои связи вне или ниже той же плоскости. Следовательно, кольца не лежат в одной плоскости, а их грани имеют разную ориентацию в пространстве:

Фрагмент трехмерной структуры бакелита. Источник: Wikimedia Commons.

С другой стороны, когда замещения происходят только в положениях -orto, получается полимерная цепь. Но по мере того, как полимер прорастает через положения -пара, образуется своего рода сетка или трехмерная сеть фенольных колец.

В зависимости от условий процесса сеть может принимать «набухшую морфологию», что нежелательно для свойств пластика. Чем компактнее он будет, тем лучше будет выступать в качестве материала.

свойства

Если взять бакелит как сеть фенольных колец, соединенных метиленовыми мостиками, можно понять причину его свойств. Основные из них указаны ниже:

-Это термореактивный полимер; то есть, будучи застывшим, он не может быть сформирован под действием тепла, даже становясь более спекшимся.

-Его средняя молекулярная масса обычно очень высока, что делает куски бакелита значительно тяжелее по сравнению с другими пластиками того же размера.

- При трении и повышении температуры он издает характерный запах формальдегида (органолептическое распознавание).

-После формования, поскольку это термореактивный пластик, он сохраняет свою форму и противостоит коррозионному воздействию определенных растворителей, повышению температуры и царапинам.

-Это ужасный проводник тепла и электричества.

-Издает характерный звук при ударе по двум кусочкам бакелита, что помогает его качественно идентифицировать.

- Недавно синтезированный, он имеет смолистую консистенцию и коричневый цвет. Когда он застывает, он приобретает разные оттенки коричневого, пока не станет черным. В зависимости от того, чем он наполнен (асбест, дерево, бумага и т. Д.), Он может иметь цвета от белого до желтого, коричневого или черного.

получение

Для получения бакелита сначала требуется реактор, в котором смешивают фенол (чистый или из каменноугольной смолы) и концентрированный раствор формальдегида (37%), поддерживая молярное соотношение фенол / формальдегид равным 1. Реакция начинается полимеризации через конденсацию (потому что вода, небольшая молекула) высвобождается.

Затем смесь нагревают при перемешивании в присутствии кислотного (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ и т. Д.) Или основного (NH ₃ ) катализатора . Получают коричневую смолу, к которой добавляют еще формальдегид и нагревают под давлением примерно до 150 ° C.

Позже смола охлаждается и затвердевает в контейнере или форме вместе с наполнителем (уже упомянутым в предыдущем разделе), который будет способствовать определенному типу текстуры и желаемым цветам.

Приложения

Пластиковые деревянные планки. Источник: Варун Раджендран в английской Википедии.

Бакелит - это типичный пластик первой половины и середины 20 века. Телефоны, командные ящики, шахматные фигуры, дверные ручки автомобилей, домино, бильярдные шары; Любой предмет, постоянно подвергающийся легкому удару или движению, сделан из бакелита.

Поскольку он плохо проводит тепло и электричество, он использовался в качестве изоляционного пластика в монтажных коробках, в качестве компонента электрических систем радиоприемников, лампочек, самолетов и всех видов важных устройств во время мировых войн.

Его прочная консистенция была достаточно привлекательной для дизайна резных шкатулок и украшений. Что касается украшения, когда бакелит смешивают с деревом, второму придают пластиковую текстуру, из которой сделаны доски или композитные доски для покрытия полов (верхнее изображение) и жилых помещений.

Ссылки

1. Университет Неаполя Федерико II, Италия. (SF). Смолы фенолоформальдегидные. Получено с: whatischemistry.unina.it
2. Иса Мэри. (5 апреля 2018 г.). Археология и возраст пластики бакелита на бродовской свалке. Kale. Получено с: campusarch.msu.edu
3. Колледж Отделения Химического Образования Группы. (2004). Приготовление бакелита. Университет Пердью. Получено с: chemed.chem.purdue.edu
4. Бакелитгрупп 62. (SF). Структура. Получено с: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Бакелит. Получено с: en.wikipedia.org
6. Бойд Энди. (8 сентября 2016 г.). Лео Бэкеланд и бакелит. Получено с: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 декабря 2017 г.). Свет, фотоаппарат, бакелит! Управление по делам студентов проводит веселый и познавательный вечер фильмов. Получено с: engineering.nyu.edu