БАКЕЛІТ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОТРИМАННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Бакеліта є полімерну смолу фенолу і формальдегіду, точне визначення хімічного і являє собою гідроксид polioxibenciletilenglicol. Виникнення та комерціалізація цього матеріалу ознаменували світанок епохи пластики; він займав і входив до незліченних побутових, косметичних, електричних і навіть військових об’єктів.

Свою назву він отримав від його винахідника: американського хіміка, народженого в Бельгії, Лео Бейкленда, який у 1907 р. Досяг виробництва та вдосконалення цього полімеру; потім у 1910 р. заснував Генеральну бакелітову компанію. Спочатку, змінюючи залучені фізичні змінні, бакеліт складався з губчастого, крихкого твердого речовини, що мало цінував.

Ретро телефон зроблений з бакелітового полімеру. Джерело: Пікселі.

Після восьми років роботи в лабораторії йому вдалося отримати досить твердий і термостабільний бакеліт, з високим значенням завдяки своїм властивостям. Таким чином, бакеліт замінив інші пластикові матеріали природного походження; народився перший чисто штучний полімер.

Однак сьогодні його замінили інші пластмаси, і він знаходиться в основному в аксесуарах чи предметах з 20 століття. Наприклад, телефон на малюнку вище зроблений з бакеліту, як і багато предметів, подібних до цього чорним кольором, або бурштинового або білого кольору (за зовнішнім виглядом нагадує слонову кістку).

Структура бакеліту

Навчання

Формування тривимірної структури мережевого типу фенолформальдегідного полімеру, бакеліту. Джерело: MaChe.

Визначаючи бакеліт як полімерну смолу фенолу та формальдегіду, то обидві молекули повинні відповідати їх структурі, ковалентно об'єднаним певним чином; інакше цей полімер ніколи б не проявляв своїх характерних властивостей.

Фенол складається з групи ОН, пов'язаної безпосередньо з бензольним кільцем; тоді як формальдегід - це молекула O = CH ₂ або CH ₂ O (верхнє зображення). Фенол багатий електронами, тому що ОН, хоча і притягує електрони до себе, також допомагає в їхній дерокалізації через ароматичне кільце.

Будучи багатим електронами, він може атакуватися електрофілом (зголоднений до електронів вид); як, наприклад, молекула CH ₂ O.

Залежно від того, кисне середовище кисле (H ⁺ ) або основне (OH ^- ), напад може бути електрофільним (формальдегід атакує фенол) або нуклеофільним (фенол атакує формальдегід). Але врешті-решт, CH ₂ O замінює Н фенолу, щоб стати метилольною групою, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ в кислому середовищі, або -CH ₂ O ^- в основному середовищі.

Припускаючи кисле середовище, -CH ₂ OH ₂ ⁺ втрачає молекулу води в той же час, коли відбувається електрофільна атака другого фенольного кільця. Потім утворюється метиленовий міст, -CH ₂ - (на зображенні кольоровий синій колір).

Орто та пара заміни

Метиленовий міст не пов'язує два фенольних кільця у довільних положеннях. Якщо структура дотримується, можна буде перевірити, що зв’язки знаходяться в сусідніх та протилежних положеннях до групи ОН; це орто і пара позиції відповідно. Тоді в цих положеннях відбуваються заміни або напади на або з фенольного кільця.

Тривимірність мережі

Пам'ятаючи про хімічну гібридизацію, вуглець метиленових мостів становить sp ³ ; отже, це тетраедр, який розміщує зв’язки поза або під тією самою площиною. Отже, каблучки не лежать в одній площині, а їхні обличчя мають різну орієнтацію в просторі:

Сегмент тривимірної структури бакеліту. Джерело: Wikimedia Commons.

З іншого боку, коли заміни відбуваються лише в -орто положеннях, виходить полімерний ланцюг. Але, коли полімер росте через положення -пара, встановлюється своєрідна сітка або тривимірна мережа фенольних кілець.

Залежно від умов процесу мережа може прийняти "набряклу морфологію", небажану за властивостями пластику. Чим вона компактніша, тим краще вона буде виконуватись як матеріал.

Властивості

Приймаючи тоді бакеліт як мережу фенольних кілець, з'єднаних метиленовими містками, причину його властивостей можна зрозуміти. Основні з них згадуються нижче:

-Це термореактивний полімер; тобто, коли затверділа, вона не може бути сформована під впливом тепла, навіть ставши ще більш задиркою.

- Його середня молекулярна маса зазвичай дуже висока, що робить шматки бакеліту значно важчішими порівняно з іншими пластмасами такого ж розміру.

-Колі втирається і підвищується його температура, він виділяє характерний запах формальдегіду (органолептичне розпізнавання).

-При формуванні, і як це термореактивний пластик, він зберігає свою форму і чинить опір корозійній дії певних розчинників, підвищенню температури та подряпинам.

-Це страшний провідник тепла та електрики.

-Пропускає характерний звук, коли вдаряються два шматки бакеліту, що допомагає якісно визначити його.

-Недавно синтезований, має смолисту консистенцію і коричневого кольору. Коли твердне, воно набуває різних відтінків коричневого, поки не стане чорним. Залежно від того, чим він заповнений (азбест, дерево, папір тощо), він може представляти кольори, які варіюються від білого до жовтого, коричневого або чорного.

Отримання

Для отримання бакеліту спочатку потрібен реактор, в якому змішують фенол (чистий або з вугільної смоли) та концентрований розчин формальдегіду (37%), підтримуючи молярне співвідношення фенол / формальдегід, рівне 1. Реакція починається полімеризації за допомогою конденсації (тому що вода, невелика молекула) виділяється.

Потім суміш нагрівають при перемішуванні та в присутності кислотного (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ тощо) або основного (NH ₃ ) каталізатора . Отримують коричневу смолу, до якої додають більше формальдегіду, і вона нагрівається до температури 150 ° C під тиском.

Пізніше смола охолоджується і твердне в ємності або формі, супроводжується додатково до наповнювального матеріалу (вже згадувалося в попередньому розділі), що сприятиме певному типу текстури та бажаних кольорів.

Програми

Пластикові дерев'яні дошки. Джерело: VarunRajendran в англійській Вікіпедії

Бакеліт - це квінтесенціальна пластика першої половини та середини 20 століття. Телефони, командні коробки, шахові фігурки, ручки дверей автомобіля, доміно, кулі для більярду; Будь-який предмет, постійно підданий незначному удару або руху, виготовлений з бакеліту.

Оскільки це поганий провідник тепла та електрики, його використовували як ізоляційний пластик у схемах, як компонент в електричних системах радіоприймачів, лампочок, літаків та всіх видів незамінних пристроїв під час світових воєн.

Його міцна консистенція була досить привабливою для дизайну різьблених коробок та прикрас. Що стосується орнаментації, коли бакеліт змішується з деревиною, другому надається пластична текстура, за допомогою якої для покриття підлоги (верхнє зображення) та побутових просторів зроблено дошки або композитні дошки.

Список літератури

1. Університет Федеріко II Неаполя, Італія. (sf). Фенолоформальдегідні смоли. Відновлено з: whatischemistry.unina.it
2. Іса Мері. (5 квітня 2018 р.). Археологія та вік пластмас бакеліту на бродистому смітнику. Кале. Відновлено з: campusarch.msu.edu
3. Колектив відділу хімічної освіти коледжу наук. (2004). Приготування бакеліту. Університет Пердю. Відновлено з: chemed.chem.purdue.edu
4. Бакелітова група 62. (сф). Будова. Відновлено з: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Вікіпедія. (2019). Бакеліт. Відновлено з: en.wikipedia.org
6. Бойд Енді. (8 вересня 2016 р.). Лео Бейкленд і бакеліт. Відновлено з: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 грудня 2017 р.). Фари, камера, бакеліт! Управління у справах студентів проводить веселу та інформативну нічну кінофільм. Відновлено: Engineering.nyu.edu