BAKELITE: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, OBȚINERE ȘI APLICAȚII - CHIMIE - 2025

Bachelita este o rășină polimerică de fenol și formaldehidă, definiția chimică precisă și este un polioxibenciletilenglicol hidroxid. Apariția și comercializarea acestui material au marcat zorile epocii plasticului; a ocupat și a făcut parte din nenumărate obiecte casnice, cosmetice, electrice și chiar militare.

Numele său a venit de la inventatorul său: chimistul american născut în Belgia, Leo Baekeland, care în 1907 a realizat producerea și perfecționarea acestui polimer; apoi fondarea Companiei Generale Bakelite în 1910. La început, în timp ce modifica modificările fizice implicate, Bakelite a constat într-un solid spongios, fragil, cu o mică valoare.

Telefon retro realizat cu polimer Bakelite. Sursa: Pexels.

După opt ani de muncă în laborator, a reușit să obțină o Bakelită suficient de solidă și termostabilă, cu o valoare ridicată datorită proprietăților sale. Astfel, Bakelitul a înlocuit alte materiale plastice de origine naturală; s-a născut primul polimer pur artificial.

În zilele noastre, însă, a fost înlocuit cu alte materiale plastice și se găsește mai ales în accesorii sau obiecte din secolul XX. De exemplu, telefonul din imaginea de mai sus este realizat din Bakelite, așa cum sunt multe obiecte cu o culoare neagră asemănătoare cu aceasta, sau chihlimbar sau alb (care seamănă cu aspect de fildeș).

Structura Bakelite

Instruire

Formarea unei structuri tridimensionale de tip rețea de polimer fenol-formaldehidă, bakelită. Sursa: MaChe.

Bakelita definită ca o rășină polimerică de fenol și formaldehidă, atunci ambele molecule trebuie să-și conformeze structura, unite covalent într-un fel; altfel, acest polimer nu și-ar fi prezentat niciodată proprietățile caracteristice.

Fenolul constă dintr-o grupare OH legată direct de un inel benzenic; în timp ce formaldehida este o molecula de O = CH ₂ sau CH ₂ O (imaginea de sus). Fenolul este bogat în electroni, deoarece OH, deși atrage electroni spre sine, ajută și în delocalizarea lor de către inelul aromatic.

Fiind bogat în electroni, acesta poate fi atacat de un electrofil (specie care flămând de electroni); ca de exemplu, CH ₂ O moleculă .

În funcție de faptul dacă mediul este acid (H ⁺ ) sau bazic (OH ^- ), atacul poate fi electrofil (atacuri de formaldehidă fenol) sau nucleofil (fenol atacă formaldehidă). Dar , în final, CH ₂ O înlocuiește un H de fenol pentru a deveni o grupă metilol, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ în mediu acid sau -CH ₂ O ^- în bază mediu.

Presupunând un mediu acid, -CH ₂ OH ₂ ⁺ pierde o molecula de apă în același timp , care are loc atacul electrofil al unui al doilea inel fenolic. O punte de metilen, -CH ₂ - este apoi format (colorat în albastru în imagine).

Substituții pentru orto și para

Podul de metilen nu leagă două inele fenolice în poziții arbitrare. Dacă se observă structura, se va putea verifica dacă legăturile sunt în poziții adiacente și opuse grupului OH; acestea sunt pozițiile orto și respectiv para. Apoi, în aceste poziții au loc substituții sau atacuri către sau din inelul fenolic.

Tridimensionalitatea rețelei

Amintind hibridizările chimice, carbonul punților de metilen este sp ³ ; prin urmare, este un tetraedru care își plasează legăturile în afara sau sub același plan. În consecință, inelele nu se află în același plan, iar fețele lor au orientări diferite în spațiu:

Segmentul structurii tridimensionale a Bakelitei. Sursa: Wikimedia Commons.

Pe de altă parte, atunci când substituțiile apar numai în poziții -orto, se obține un lanț de polimeri. Dar, pe măsură ce polimerul crește prin pozițiile -para, se stabilește un fel de plasă sau rețea tridimensională de inele fenolice.

În funcție de condițiile procesului, rețeaua poate adopta o „morfologie umflată”, nedorită pentru proprietățile plasticului. Cu cât este mai compact, cu atât va fi mai bun ca material.

Proprietăți

Luând apoi bakelita ca rețea de inele fenolice unite de punți de metilen, motivul proprietăților sale poate fi înțeles. Principalele sunt menționate mai jos:

-Este un polimer termorezistent; adică, odată solidificată, nu poate fi modelată prin efectul căldurii, devenind și mai prăjită.

-Masa moleculară medie este de obicei foarte mare, ceea ce face ca bucățile de bakelită să fie considerabil mai grele în comparație cu alte materiale plastice de aceeași dimensiune.

-Când frecat și temperatura lui crește, degajă un miros caracteristic de formaldehidă (recunoaștere organoleptică).

-După modelare și, întrucât este un material termoset, își păstrează forma și rezistă la efectul coroziv al anumitor solvenți, la creșterea temperaturii și la zgârieturi.

-Este un conductor teribil de căldură și electricitate.

-Emit un sunet caracteristic atunci când sunt lovite două bucăți de Bakelite, ceea ce ajută la identificarea calitativă.

-Sintetizat recent, are o consistență rășinoasă și are o culoare maro. Când se solidifică, dobândește diferite nuanțe de maro, până devine negru. În funcție de ce este umplut cu (azbest, lemn, hârtie etc.) poate prezenta culori care variază de la alb la galben, maro sau negru.

Obținerea

Pentru obținerea bakelitei, mai întâi este necesar un reactor unde fenolul (pur sau din gudron de cărbune) și o soluție concentrată de formaldehidă (37%) sunt amestecate, menținând un raport molar fenol / formaldehidă egal cu 1. Reacția începe de polimerizare prin condensare (deoarece apa, o moleculă mică) este eliberată.

Amestecul este apoi încălzit sub agitare și în prezența unui acid (HCI, ZnCI ₂ , H ₃ PO ₄ , etc.) sau de bază (NH ₃ ) catalizator . Se obține o rășină brună la care se adaugă mai mult formaldehidă și se încălzește la aproximativ 150 ° C sub presiune.

Ulterior, rășina este răcită și solidificată într-un recipient sau matriță, însoțită pe lângă materialul de umplere (menționat deja în secțiunea anterioară), ceea ce va favoriza un anumit tip de textură și culori dorite.

Aplicații

Scânduri din lemn de plastic. Sursa: VarunRajendran la Wikipedia engleză

Bakelitul este plasticul chintesențial din prima jumătate și jumătatea secolului XX. Telefoane, cutii de comandă, piese de șah, mânere de uși ale vehiculului, domino, bile de biliard; Orice obiect supus constant unui ușor impact sau mișcare este făcut din Bakelite.

Deoarece este un conductor slab al căldurii și al energiei electrice, a fost folosit ca un material izolant în cutii de circuite, ca o componentă în sistemele electrice ale radiourilor, becurilor, avioanelor și a tot felul de dispozitive indispensabile în timpul războaielor mondiale.

Consistența sa solidă a fost suficient de atractivă pentru proiectarea de cutii sculptate și bijuterii. În ceea ce privește ornamentația, atunci când bakelitul este amestecat cu lemnul, celei de-a doua i se oferă o textură plastică, cu ajutorul căreia au fost realizate scânduri sau plăci compozite pentru acoperirea podelelor (imaginea de sus) și a spațiilor domestice.

Referințe

1. Universitatea Federico II din Napoli, Italia. (Sf). Rasini fenol-formaldehidice. Recuperat din: whatischemistry.unina.it
2. Isa Maria. (5 aprilie 2018). Arheologia și epoca bakelitei plastice din groapa de gunoi. Kale. Recuperat din: campusarch.msu.edu
3. Grupuri de divizie pentru educație chimică a Colegiului Științei. (2004). Prepararea Bakelitei. Universitatea Purdue. Recuperat din: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Structura. Recuperat de la: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bachelită. Recuperat de la: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8 septembrie 2016). Leo Baekeland și bakelit. Recuperat din: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 decembrie 2017). Lumini, aparat de fotografiat, Bakelite! Biroul Afacerilor Studenților găzduiește o noapte de filme distractive și informative. Recuperat din: engineering.nyu.edu