BAKELITE: STRUKTUR, EGENSKABER, OPNÅELSE OG APPLIKATIONER - KEMI - 2025

Den bakelit er en polymer harpiks af phenol og formaldehyd, den nøjagtige kemiske definition og er et hydroxid polioxibenciletilenglicol. Fremkomst og kommercialisering af dette materiale markerede daggryet for æraen af ​​plast; det besatte og var en del af utallige husholdnings-, kosmetiske, elektriske og endda militære genstande.

Dets navn stammer fra sin opfinder: den amerikanske kemiker født i Belgien, Leo Baekeland, der i 1907 opnåede produktionen og forbedringen af ​​denne polymer; derefter grundlæggelse af General Bakelite Company i 1910. Først under modificeringen af ​​de involverede fysiske variabler bestod Bakelite af et svampet, sprødt fast stof med ringe værdi.

Retro telefon lavet med Bakelite polymer. Kilde: Pexels.

Efter otte års arbejde i laboratoriet formåede han at opnå en tilstrækkelig solid og termostabil Bakelit med en høj værdi på grund af dens egenskaber. Således erstattede Bakelite andre plastmaterialer af naturlig oprindelse; den første rent kunstige polymer blev født.

I dag er det dog erstattet af anden plast, og det findes hovedsageligt i tilbehør eller genstande fra det 20. århundrede. For eksempel er telefonen på billedet ovenfor lavet af Bakelite, ligesom mange objekter med en sort sort farve som denne eller rav eller hvid (ligner elfenben i udseende).

Bakelitstruktur

Uddannelse

Dannelse af en tredimensionel netværkstypestruktur af phenol-formaldehydpolymer, bakelit. Kilde: MaChe.

Defineret bakelit som en polymerharpiks af phenol og formaldehyd, så skal begge molekyler tilpasse deres struktur, kovalent bundet på en eller anden måde; Ellers ville denne polymer aldrig have udvist sine karakteristiske egenskaber.

Phenol består af en OH-gruppe bundet direkte til en benzenring; mens formaldehyd er et molekyle af O = CH ₂ eller CH ₂ O (øverste billede). Phenol er rig på elektroner på grund af det faktum, at OH, selv om det tiltrækker elektroner mod sig selv, også bidrager til deres delokalisering af den aromatiske ring.

Da den er rig på elektron, kan den angribes af en elektrofil (elektron-sulten art); som for eksempel CH ₂ O molekyle.

Afhængigt af om mediet er surt (H ⁺) eller basisk (OH ^-), kan angrebet være elektrofil (formaldehyd angriber phenol) eller nukleofilt (fenol angriber formaldehyd). Men i sidste ende, CH ₂ O erstatter et H af phenolen for at blive en methylolgruppe, -CH ₂ OH; CH ₂ OH ₂ ⁺ i surt medium, eller -CH ₂ O ^- i basisk medium.

Antages et surt medium, -CH ₂ OH ₂ ⁺ mister et vandmolekyle samtidig at den elektrofile angreb af en anden phenolisk ring forekommer. En methylenbro, -CH ₂ - dannes derefter (farvet blå i billedet).

Ortho- og para-substitutioner

Methylenbroen binder ikke to phenolringer i vilkårlige positioner. Hvis strukturen overholdes, vil det være muligt at verificere, at bindingerne er i tilstødende og modsatte positioner til OH-gruppen; disse er henholdsvis ortho og para positioner. Derefter forekommer substitutioner eller angreb til eller fra den fenoliske ring på disse positioner.

Netværkets tredimensionalitet

Husk de kemiske hybridiseringer, er carbonet i methylenbroerne sp ³; derfor er det en tetrahedron, der placerer sine bindinger uden for eller under det samme plan. Følgelig ligger ringene ikke i det samme plan, og deres ansigter har forskellige retninger i rummet:

Segment af den tredimensionelle struktur af Bakelite. Kilde: Wikimedia Commons.

På den anden side opnås en polymerkæde, når substitutionerne kun forekommer i -positioner. Men når polymeren vokser gennem -parapositionerne, etableres et slags mesh eller tredimensionelt netværk af fenolringe.

Afhængigt af procesbetingelserne kan netværket anvende en "hævet morfologi", uønsket for plastens egenskaber. Jo mere kompakt det er, jo bedre vil det fungere som et materiale.

Ejendomme

Når man derefter tager bakeliten som et netværk af phenolringe, der er forbundet med methylenbroer, kan grunden til dens egenskaber forstås. De vigtigste er nævnt nedenfor:

-Det er en termohærdende polymer; det vil sige, når det først er størknet, kan det ikke støbes af virkningen af ​​varme, og det bliver endda mere kaket.

-Dens gennemsnitlige molekylmasse er normalt meget høj, hvilket gør bakelitstykker betydeligt tungere sammenlignet med anden plast i samme størrelse.

-Når gnides og dens temperatur stiger, afgiver det en karakteristisk formaldehydlugt (organoleptisk genkendelse).

-Når støbt, og da det er en termohærdende plast, bevarer den sin form og modstår den ætsende virkning af visse opløsningsmidler, temperaturstigninger og ridser.

-Det er en frygtelig leder af varme og elektricitet.

-Sender en karakteristisk lyd, når to stykker Bakelite er slået, hvilket hjælper med at identificere den kvalitativt.

-Ny syntetiseret, den har en harpiksagtig konsistens og er brun i farve. Når den størkner, får den forskellige brune nuancer, indtil den bliver sort. Afhængigt af hvad det er fyldt med (asbest, træ, papir osv.) Kan det præsentere farver, der varierer fra hvid til gul, brun eller sort.

Indhentning

For at opnå bakelit kræves der først en reaktor, hvor phenol (ren eller fra koldjære) og en koncentreret opløsning af formaldehyd (37%) blandes, idet man opretholder et molforhold på Phenol / Formaldehyd lig med 1. Reaktionen begynder af polymerisation via kondensation (fordi vand, et lille molekyle) frigives.

Blandingen opvarmes derefter under omrøring og i nærvær af en syre (HCI, ZnC ₂, H ₃ PO ₄, etc.) eller basisk (NH ₃) katalysator. Der opnås en brun harpiks, hvortil der tilsættes mere formaldehyd, og den opvarmes til ca. 150 ° C under tryk.

Senere afkøles og størkner harpiksen i en beholder eller form, ledsaget udover fyldmaterialet (allerede nævnt i det foregående afsnit), hvilket vil favorisere en bestemt type tekstur og ønskelige farver.

Applikationer

Plast træplanker. Kilde: VarunRajendran på engelsk Wikipedia

Bakelite er den vigtigste plast i det første halvår og midten af ​​det 20. århundrede. Telefoner, kommandokasser, skakbrikker, dørhåndtag til køretøjer, domino, billardkugler; Enhver genstand, der konstant udsættes for let påvirkning eller bevægelse, er lavet af Bakelite.

Fordi det er en dårlig leder af varme og elektricitet, blev den brugt som isolerende plast i kredsløbskasser, som en komponent i de elektriske systemer i radioer, lyspærer, fly og alle slags uundværlige enheder under verdenskrigene.

Dens solide konsistens var attraktiv nok til design af udskårne kasser og smykker. Når det gælder ornamentik, når bakeliten blandes med træet, får den anden en plastisk struktur, hvormed der er lavet planker eller komposittavler til at dække gulve (øverste billede) og husrum.

Referencer

1. University Federico II i Napoli, Italien. (Sf). Phenol-formaldehydharpikser. Gendannes fra: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5. april 2018). Arkæologi og alderen for plastbakkerit i brody dump. Kale. Gendannes fra: campusarch.msu.edu
3. College of Science kemiske uddannelsesafdelingsgrupper. (2004). Forberedelsen af ​​Bakelite. Purdue University. Gendannes fra: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Struktur. Gendannes fra: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelit. Gendannet fra: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8. september 2016). Leo Baekeland og bakelit. Gendannes fra: uh.edu
7. NYU Tandon. (05. december 2017). Lys, kamera, bakelit! Kontoret for studerende er vært for en sjov og informativ filmaften. Gendannes fra: engineering.nyu.edu