BAKELIT: STRUKTURA, VLASTNOSTI, ZÍSKÁVÁNÍ A APLIKACE - CHEMIE - 2025

Bakelite je polymerní pryskyřice fenolu a formaldehydu, přesné chemické definice a je hydroxid polioxibenciletilenglicol. Vznik a komercializace tohoto materiálu znamenala úsvit éry plastů; okupoval a byl součástí nesčetných domácích, kosmetických, elektrických a dokonce vojenských předmětů.

Jeho jméno pocházelo od jeho vynálezce: americký chemik narozený v Belgii, Leo Baekeland, který v roce 1907 dosáhl výroby a zlepšení tohoto polymeru; pak založil General Bakelite Company v roce 1910. Nejprve, zatímco modifikoval zahrnuté fyzické proměnné, Bakelite sestával z houbovité, křehké pevné látky malé hodnoty.

Retro telefon vyrobený z bakelitového polymeru. Zdroj: Pexels.

Po osmi letech práce v laboratoři se mu podařilo získat dostatečně pevný a termostabilní bakelit s vysokou hodnotou díky svým vlastnostem. Bakelit tak nahradil jiné plastové materiály přírodního původu; narodil se první čistě umělý polymer.

V dnešní době však byl nahrazen jinými plasty a nachází se hlavně v doplňcích nebo předmětech z 20. století. Například telefon na výše uvedeném obrázku je vyroben z bakelitu, stejně jako mnoho objektů podobné černé barvě jako je tento, nebo jantarové nebo bílé (vzhled slonoviny).

Bakelitová struktura

Výcvik

Tvorba trojrozměrné síťové struktury fenolformaldehydového polymeru, bakelitu. Zdroj: MaChe.

Definovaný bakelit jako polymerní pryskyřice fenolu a formaldehydu, pak obě molekuly musí přizpůsobit svou strukturu, kovalentně spojenou nějakým způsobem; jinak by tento polymer nikdy nevykazoval své charakteristické vlastnosti.

Fenol sestává z OH skupiny připojené přímo k benzenovému kruhu; přičemž formaldehyd je molekula O = CH ₂, nebo CH _2, O (horní obrázek). Fenol je bohatý na elektrony, protože OH, ačkoli přitahuje elektrony k sobě, také pomáhá při jejich delokalizaci aromatickým kruhem.

Být bohatý na elektrony, to může být napadeno electrophile (elektron-hladový druh); jako je například CH ₂ O molekuly.

V závislosti na tom, zda je médium kyselé (H ⁺) nebo zásadité (OH ^-), může být útok elektrofilní (formaldehyd útočí na fenol) nebo nukleofilní (fenol útočí na formaldehyd). Nakonec je CH ₂ O nahradí H fenolu, aby se stal methylolovou skupinu, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ v kyselém prostředí, nebo -CH ₂ O ^- v základním médiu.

Za předpokladu, že kyselé prostředí, -CH ₂ OH ₂ ⁺ ztrácí molekula vody současně, že elektrofilní atak druhé fenolové kroužku dochází. Methylenový můstek, -CH ₂ - je pak tvořena (modrou barvu v obraze).

Ortho a para substituce

Methylenový můstek neváže dva fenolové kruhy v libovolných polohách. Pokud je struktura pozorována, bude možné ověřit, že vazby jsou v sousedních a opačných polohách vůči OH skupině; jedná se o orto a para pozice. Poté se v těchto polohách vyskytují substituce nebo útoky na nebo z fenolického kruhu.

Trojrozměrnost sítě

Vzpomínáme na chemické hybridizace, uhlík methylenových můstků je sp ³; proto je to čtyřstěn, který umisťuje své svazky mimo nebo pod stejnou rovinu. V důsledku toho kroužky neleží ve stejné rovině a jejich obličeje mají různé orientace v prostoru:

Segment trojrozměrné struktury bakelitu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Na druhé straně, pokud k substitucím dochází pouze v poloze -orto, získá se polymerní řetězec. Ale jak polymer roste v pozicích -para, vznikne jakási mřížka nebo trojrozměrná síť fenolických kruhů.

V závislosti na procesních podmínkách může síť zaujmout „nabobtnanou morfologii“, nežádoucí pro vlastnosti plastu. Čím je kompaktnější, tím lépe bude vystupovat jako materiál.

Vlastnosti

Když vezmeme bakelit jako síť fenolových kruhů spojených methylenovými můstky, lze pochopit důvod jeho vlastností. Hlavní jsou uvedeny níže:

-Je to termosetový polymer; to znamená, že jakmile ztuhne, nemůže se formovat působením tepla, dokonce se ještě více upeče.

- Průměrná molekulová hmotnost je obvykle velmi vysoká, což způsobuje, že kusy bakelitu jsou výrazně těžší ve srovnání s jinými plasty stejné velikosti.

- Při tření a zvýšení teploty vydává charakteristický formaldehydový zápach (organoleptické rozpoznávání).

-Jako je formováno, a protože je to plast z termosetu, zachovává si svůj tvar a odolává korozivnímu účinku některých rozpouštědel, zvyšování teploty a poškrábání.

-Je to hrozný dirigent tepla a elektřiny.

-Odpovídá charakteristickému zvuku, když jsou udeřeny dva kusy bakelitu, což pomáhá kvalitativně ho identifikovat.

- Nově syntetizované, má pryskyřičnou konzistenci a je hnědé barvy. Když ztuhne, získává různé odstíny hnědé, dokud nezmizí. V závislosti na tom, co je naplněno (azbest, dřevo, papír atd.), Může představovat barvy, které se liší od bílé až žluté, hnědé nebo černé.

Získání

K získání bakelitu je nejprve zapotřebí reaktor, ve kterém se smísí fenol (čistý nebo z černouhelného dehtu) a koncentrovaný roztok formaldehydu (37%), přičemž se udržuje molární poměr fenolu / formaldehydu rovný 1. Reakce začíná polymerace kondenzací (protože se uvolňuje voda, malá molekula).

Směs se potom zahřívá za míchání a v přítomnosti kyseliny (kyseliny chlorovodíkové, ZnCl ₂, H ₃ PO ₄, atd.), Nebo základní (NH ₃) katalyzátor. Získá se hnědá pryskyřice, ke které se přidá více formaldehydu, a zahřívá se pod tlakem na asi 150 ° C.

Později je pryskyřice ochlazena a ztuhnuta v nádobě nebo formě, doprovázená kromě plnicího materiálu (již zmíněného v předchozí části), což zvýhodní určitý typ textury a žádoucí barvy.

Aplikace

Plastová dřevěná prkna. Zdroj: VarunRajendran na anglické Wikipedii

Bakelit je typickým plastem první poloviny a poloviny 20. století. Telefony, ovládací skříňky, šachové figurky, kliky dveří vozidla, domino, kulečníkové koule; Jakýkoli předmět neustále vystavený mírnému nárazu nebo pohybu je vyroben z bakelitu.

Protože je to špatný vodič tepla a elektřiny, byl během světových válek používán jako izolační plast v krabicích s obvody, jako součást elektrických systémů rádií, žárovek, letadel a všech nezbytných zařízení.

Jeho pevná konzistence byla dostatečně atraktivní pro design vyřezávaných krabic a šperků. Pokud jde o ozdobu, když je bakelit smíchán se dřevem, druhé je dána plastová textura, pomocí níž byly vyrobeny prkna nebo kompozitní desky, aby pokryly podlahy (horní obrázek) a domácí prostory.

Reference

1. Univerzita Federico II. V Neapoli, Itálie. (sf). Fenolformaldehydové pryskyřice. Obnoveno z: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5. dubna 2018). Archeologie a stáří plastelitového bakelitu na odvážné skládce. Kapusta. Obnoveno z: campusarch.msu.edu
3. Skupiny vědecké chemie na vysoké škole vědy. (2004). Příprava bakelitu. Purdue University. Obnoveno z: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Struktura. Obnoveno z: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelite. Obnoveno z: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8. září 2016). Leo Baekeland a bakelit. Obnoveno od: uh.edu
7. NYU Tandon. (5. prosince 2017). Světla, kamera, bakelit! Kancelář studentských záležitostí hostí zábavnou a poučnou filmovou noc. Obnoveno z: engineering.nyu.edu