BAKELIT: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, ZÍSKAVANIE A APLIKÁCIE - CHÉMIA - 2025

Bakelite je polymérne živice fenolu a formaldehydu, presné chemické definície a je hydroxid polioxibenciletilenglicol. Vznik a komercializácia tohto materiálu znamenala úsvit plastovej éry; obsadil a bol súčasťou nespočetných domácich, kozmetických, elektrických a dokonca aj vojenských predmetov.

Jeho meno pochádza od jeho vynálezcu: amerického chemika narodeného v Belgicku, Leo Baekelanda, ktorý v roku 1907 dosiahol výrobu a zlepšenie tohto polyméru; potom založenie General Bakelite Company v roku 1910. Najskôr, keď modifikoval príslušné fyzikálne premenné, Bakelite pozostával z huby, krehkej tuhej látky malej hodnoty.

Retro telefón vyrobený z bakelitového polyméru. Zdroj: Pexels.

Po ôsmich rokoch práce v laboratóriu sa mu podarilo získať dostatočne pevný a termostabilný bakelit s vysokou hodnotou vďaka svojim vlastnostiam. Bakelit tak nahradil iné plastové materiály prírodného pôvodu; narodil sa prvý čisto umelý polymér.

V súčasnosti je však nahradená inými plastmi a vyskytuje sa hlavne v doplnkoch alebo predmetoch z 20. storočia. Napríklad, telefón na obrázku vyššie je vyrobený z bakelitu, rovnako ako mnoho predmetov podobnej čiernej farby ako je tento, alebo jantárovej alebo bielej farby (podobajúcej sa slonovine).

Štruktúra bakelitu

výcvik

Tvorba trojrozmernej sieťovej štruktúry fenolformaldehydového polyméru, bakelitu. Zdroj: MaChe.

Definovaný bakelit ako polymérna živica fenolu a formaldehydu, potom obe molekuly musia zodpovedať svojej štruktúre, kovalentne jednotne spojenej; inak by tento polymér nikdy nevykazoval svoje charakteristické vlastnosti.

Fenol pozostáva z OH skupiny pripojenej priamo na benzénový kruh; pričom formaldehyd je molekula O = CH ₂ , alebo CH _2, O (horný obrázok). Fenol je bohatý na elektróny, pretože OH, hoci k sebe priťahuje elektróny, tiež prispieva k ich delokalizácii aromatickým kruhom.

Keďže je bohatý na elektróny, môže byť napadnutý elektrofilom (druh hladový po elektrónoch); ako je napríklad CH ₂ O molekuly .

V závislosti od toho, či je médium kyslé (H ⁺ ) alebo zásadité (OH ^- ), môže byť útok elektrofilný (formaldehyd atakuje fenol) alebo nukleofilný (fenol atakuje formaldehyd). Nakoniec je CH ₂ O nahradí H fenolu, aby sa stal methylolovou skupinu, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ v kyslom prostredí, alebo -CH ₂ O ^- v základnom médiu.

Za predpokladu, že kyslé prostredie, -CH ₂ OH ₂ ⁺ stráca molekula vody súčasne, že elektrofilní atak druhej fenolové krúžku dochádza. Metylénová mostík, -CH ₂ - je potom tvorená (modrú farbu v obraze).

Orto a para substitúcie

Metylénový mostík neviaže dva fenolové kruhy v ľubovoľných polohách. Ak je štruktúra pozorovaná, bude možné overiť, či sú väzby v susedných a opačných polohách voči skupine OH; toto sú polohy orto a para. Potom sa v týchto polohách vyskytujú substitúcie alebo útoky na alebo z fenolového kruhu.

Trojrozmernosť siete

Si pamätať chemických hybridizácie, uhlík metylénových mostíkov je sp ³ ; preto je to štvorsten, ktorý umiestňuje svoje putá mimo alebo pod tú istú rovinu. V dôsledku toho krúžky neležia v rovnakej rovine a ich tváre majú rôzne priestorové orientácie:

Segment trojrozmernej štruktúry bakelitu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Na druhej strane, keď substitúcie nastanú iba v polohách -orto, získa sa polymérny reťazec. Ale ako polymér rastie v polohách -para, vytvorí sa druh siete alebo trojrozmernej siete fenolových kruhov.

V závislosti od podmienok procesu môže sieť zaujať „opuchnutú morfológiu“, ktorá je nežiaduca pre vlastnosti plastu. Čím je kompaktnejší, tým lepšie bude vystupovať ako materiál.

vlastnosti

Berúc do úvahy bakelit ako sieť fenolových kruhov spojených metylénovými mostíkmi, je možné pochopiť dôvod jeho vlastností. Hlavné sú uvedené nižšie:

-Je to termosetový polymér; to znamená, že keď stuhne, nemôže sa formovať pôsobením tepla, dokonca sa stáva ešte viac upečeným.

- Priemerná molekulová hmotnosť je obvykle veľmi vysoká, čo spôsobuje, že kusy bakelitu sú podstatne ťažšie v porovnaní s inými plastmi rovnakej veľkosti.

- Keď sa trie a jeho teplota sa zvyšuje, uvoľňuje charakteristický zápach formaldehydu (organoleptické rozpoznávanie).

- Po vytvarovaní a ako termosetový plast si zachováva svoj tvar a odoláva korozívnemu účinku určitých rozpúšťadiel, zvyšovaniu teploty a poškriabaniu.

- Je to hrozný vodič tepla a elektriny.

-Odstraňuje charakteristický zvuk, keď sú zasiahnuté dva kusy bakelitu, čo pomáha kvalitatívne ho identifikovať.

- Novo syntetizovaný, má živicovú konzistenciu a hnedú farbu. Keď stuhne, získava rôzne odtiene hnedej, až kým nezmení farbu. V závislosti od toho, čo je naplnené (azbest, drevo, papier atď.), Môže predstavovať farby, ktoré sa líšia od bielej po žltú, hnedú alebo čiernu.

získanie

Na získanie bakelitu je najprv potrebný reaktor, v ktorom sa zmiešajú fenol (čistý alebo z uhoľného dechtu) a koncentrovaný roztok formaldehydu (37%), pričom sa udržuje molárny pomer fenolu / formaldehydu rovný 1. Reakcia sa začína. polymerizácie kondenzáciou (pretože sa uvoľňuje voda, malá molekula).

Zmes sa potom zahrieva za miešania a v prítomnosti kyseliny (kyseliny chlorovodíkovej, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ , atď.), Alebo základnej (NH ₃ ) katalyzátor . Získa sa hnedá živica, ku ktorej sa pridá viac formaldehydu a pod tlakom sa zahreje na asi 150 ° C.

Neskôr je živica ochladená a stuhnutá v nádobe alebo forme, doplnená popri výplňovom materiáli (už zmienenom v predchádzajúcej časti), čo uprednostňuje určitý typ textúry a požadované farby.

aplikácia

Plastové drevené dosky. Zdroj: VarunRajendran na anglickej Wikipédii

Bakelit je typickým plastom prvej polovice a polovice 20. storočia. Telefóny, ovládacie skrinky, šachové figúrky, kľučky dverí vozidla, domino, biliardové gule; Akýkoľvek predmet neustále vystavený miernemu nárazu alebo pohybu je vyrobený z bakelitu.

Pretože je to zlý vodič tepla a elektriny, používal sa ako izolačný plast v skrinkách s obvodmi, ako súčasť elektrických systémov rádií, žiaroviek, lietadiel a všetkých nevyhnutných zariadení počas svetových vojen.

Jeho pevná konzistencia bola dostatočne atraktívna pre dizajn vyrezávaných krabíc a šperkov. Pokiaľ ide o ozdobu, keď sa bakelit zmieša s drevom, druhému sa získa plastová textúra, pomocou ktorej boli vyrobené dosky alebo kompozitné dosky na zakrytie podláh (horný obrázok) a domácich priestorov.

Referencie

1. Univerzita Federico II. V Neapole, Taliansko. (SF). Fenolové formaldehydové živice. Získané z: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5. apríla 2018). Archeológia a vek bakelitu z plastov v odvážnej skládke. Kale. Získané z: campusarch.msu.edu
3. Skupiny divízie chemickej výchovy na vysokej škole prírodných vied. (2004). Príprava bakelitu. Purdue University. Získané z: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitová skupina 62. (sf). Štruktúra. Obnovené z: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelit. Obnovené z: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8. september 2016). Leo Baekeland a bakelit. Získané z: uh.edu
7. NYU Tandon. (5. decembra 2017). Svetlá, kamera, bakelit! Úrad pre študentské záležitosti organizuje zábavnú a poučnú filmovú noc. Získané z: engineering.nyu.edu