BAKELIT: STRUKTURA, LASTNOSTI, PRIDOBIVANJE IN UPORABA - KEMIJA - 2026

Bakelit je polimerna smola fenola in formaldehida, natančno kemično opredelitvijo in je hidroksid polioxibenciletilenglicol. Pojav in komercializacija tega materiala je zaznamovala zore ere plastike; zasedla je in bila del neštetih gospodinjskih, kozmetičnih, električnih in celo vojaških predmetov.

Ime je nastalo po njegovem izumitelju: rojenem ameriškemu kemiku Leo Baekelandu, ki je leta 1907 dosegel proizvodnjo in izboljšanje tega polimera; nato je leta 1910 ustanovil General Bakelite Company. Bakelit je sprva spreminjal vpletene fizikalne spremenljivke, ki so sestavljale gobasto in krhko trdno snov majhne vrednosti.

Retro telefon izdelan iz bakelitnega polimera. Vir: Pexels.

Po osmih letih dela v laboratoriju mu je uspelo pridobiti dovolj trden in termostabilen bakelit, ki ima zaradi svojih lastnosti visoko vrednost. Tako je bakelit nadomestil druge plastične materiale naravnega izvora; se je rodil prvi čisto umetni polimer.

Dandanes pa so jo nadomestile druge plastike in jo najdemo predvsem v dodatkih ali predmetih iz 20. stoletja. Na primer, telefon na zgornji sliki je izdelan iz bakelita, prav tako so številni predmeti podobne črni barvi tej ali jantarni ali beli barvi (po videzu spominjajo na slonovino).

Bakelitna struktura

Usposabljanje

Oblikovanje tridimenzionalne mrežne strukture fenol-formaldehidnega polimera, bakelit. Vir: MaChe.

Če je bakelit opredeljen kot polimerna smola fenola in formaldehida, morata obe molekuli ustrezati svoji strukturi, na neki način kovalentno združeni; sicer ta polimer nikoli ne bi pokazal svojih značilnih lastnosti.

Fenol je sestavljen iz OH skupine, povezane neposredno z benzennim obročkom; medtem formaldehid molekula O = CH ₂ ali CH ₂ O (zgornji sliki). Fenol je bogat z elektroni, ker OH, čeprav privlači elektrone nase, prispeva tudi k njihovi delokalizaciji z aromatičnim obročem.

Ker je bogat z elektroni, ga lahko napade elektrofil (vrsta, ki je lačna z elektroni); kot na primer, CH ₂ O molekule .

Glede na to, ali je medij kisel (H ⁺ ) ali bazičen (OH ^- ), je napad lahko elektrofilni (formaldehidni napadi fenol) ali nukleofilni (fenolni napadi formaldehid). Toda na koncu, CH ₂ O nadomešča H s fenolom, da postane metilol skupino, -CH ₂ OH; CH ₂ OH ₂ ⁺ v kislem mediju ali -CH ₂ O ^- v bazičnem mediju.

Ob predpostavki kislem mediju, CH ₂ OH ₂ ⁺ izgubil molekulo vode hkrati, da pride do elektrofilno napad drugega fenolnih obroča. Metilenskega mostu, -CH ₂ - se nato stvori (modre barve na sliki).

Orto in para zamenjave

Metilen most ne veže dveh fenolnih obročev na poljubnih položajih. Če opazimo strukturo, bo mogoče preveriti, ali so vezi v sosednjih in nasprotnih položajih kot OH skupina; to so orto in para položaji. Nato se na teh položajih pojavijo substitucije ali napadi na ali iz fenolnega obroča.

Tridimenzionalnost omrežja

Ko se spomnimo kemičnih hibridizacij, je ogljik metilen mostov sp ³ ; torej je tetraeder, ki svoje vezi postavlja zunaj ali pod isto ravnino. Posledično obroči ne ležijo v isti ravnini, njihovi obrazi pa imajo različno orientacijo v prostoru:

Segment tridimenzionalne strukture bakelita. Vir: Wikimedia Commons.

Po drugi strani pa, ko se zamenjave zgodijo samo v -orto položajih, dobimo polimerno verigo. Ker pa polimer raste skozi položaje para, se vzpostavi nekakšna mreža ali tridimenzionalna mreža fenolnih obročev.

Omrežje lahko glede na pogoje postopka prevzame "nabreknjeno morfologijo", ki je za lastnosti plastike nezaželena. Bolj kompakten je, boljši bo kot material.

Lastnosti

Vzemimo potem bakelit kot mrežo fenolnih obročev, ki jih povezujejo metilenski mostovi, razlog za njegove lastnosti je mogoče razumeti. Spodaj so navedene glavne:

-To je termoreaktivni polimer; ko se strdi, ga zaradi vročine ne moremo oblikovati, še bolj pa se prizadene.

-Na povprečna molekulska masa je običajno zelo velika, zaradi česar so kosi bakelitna občutno težji v primerjavi z drugimi plastičnimi masami enake velikosti.

-Ko drgnjenje in njegova temperatura narašča, oddaja značilen vonj po formaldehidu (organoleptično prepoznavanje).

- Ko je oblikovan, in ker je termoset plastika, ohrani svojo obliko in se upira korozivnemu delovanju nekaterih topil, zvišanja temperature in prask.

- Je grozen prevodnik toplote in električne energije.

-Sprosti značilen zvok ob udarcu dveh kosov bakelita, kar pomaga, da ga kvalitativno prepoznamo.

-Naprej sintetiziran, ima smolnasto konsistenco in je rjave barve. Ko se strdi, pridobi različne odtenke rjave barve, dokler ne postane črn. Glede na to, s čim je napolnjen (azbest, les, papir itd.) Lahko predstavlja barve, ki se razlikujejo od bele do rumene, rjave ali črne.

Pridobitev

Da dobimo bakelit, je najprej potreben reaktor, v katerem se mešata fenol (čist ali iz premogovega katrana) in koncentrirana raztopina formaldehida (37%), pri čemer se ohrani molsko razmerje fenol / formalmaldehid enako 1. Reakcija se začne polimerizacije s kondenzacijo (ker je voda majhna molekula).

Zmes nato segrevamo ob mešanju in v prisotnosti kisline (HCI, ZnC ₂ , H ₃ PO ₄ , itd) ali osnovni (NH ₃ ) katalizatorja . Dobimo rjavo smolo, ki ji dodamo več formaldehida in jo pod pritiskom segrejemo na približno 150 ° C.

Kasneje se smola ohladi in strdi v posodi ali kalupu, ki je poleg polnilnega materiala (že omenjenega v prejšnjem razdelku) ohlajen in strjen, kar bo dalo prednost določeni vrsti teksture in zaželenih barv.

Prijave

Plastične lesene plošče. Vir: VarunRajendran na angleški Wikipediji

Bakelit je najpomembnejša plastika prve polovice in sredine 20. stoletja. Telefoni, komandne škatle, šah, ročaji vrat vozil, domine, biljardne žoge; Vsak predmet, ki je nenehno izpostavljen rahlim udarcem ali premikanjem, je izdelan iz bakelita.

Ker je slab prevodnik toplote in električne energije, so ga med svetovnimi vojnami uporabljali kot izolacijsko plastiko v tokokrogih, kot sestavni del električnih sistemov radia, žarnic, letal in vseh vrst nepogrešljivih naprav.

Njegova trdna konsistenca je bila dovolj privlačna za oblikovanje izrezljanih škatel in nakita. Kar se tiče okrasnosti, ko bakelit zmešamo z lesom, drugi dobi plastično teksturo, s katero so bile narejene plošče ali kompozitne plošče za prekrivanje tal (zgornja slika) in domačih prostorov.

Reference

1. Univerza Federico II iz Neaplja, Italija. (sf). Fenol-formaldehidne smole. Pridobljeno: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5. april 2018). Arheologija in starost plastike bakelita na smetišču. Kale. Pridobljeno: campusarch.msu.edu
3. Skupine oddelka za kemijsko izobraževanje na univerzi. (2004). Priprava bakelita. Univerza Purdue. Pridobljeno: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Struktura. Pridobljeno: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedija. (2019). Bakelit. Pridobljeno: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8. september 2016). Leo Baekeland in bakelit. Pridobljeno: uh.edu
7. NYU Tandon. (05. decembra 2017). Luči, kamera, bakelit! Urad za študentske zadeve prireja zabavno in informativno noč filma. Pridobljeno: inženiring.nyu.edu