BAKELIITTI: RAKENNE, OMINAISUUDET, SAAMINEN JA SOVELLUKSET - KEMIA - 2026

Bakelite on polymeerinen hartsi fenolin ja formaldehydin, tarkka kemiallinen määritelmä ja on hydroksidi polioxibenciletilenglicol. Tämän materiaalin syntyminen ja kaupallistaminen merkitsi muovikauden alkamista; se miehitti ja oli osa lukemattomia kotitalous-, kosmeettisia, sähkö- ja jopa sotilaallisia esineitä.

Sen nimi tuli keksijältä: Belgiassa syntynyt amerikkalainen kemisti Leo Baekeland, joka vuonna 1907 saavutti tämän polymeerin tuotannon ja parannuksen. myöhemmin perustamaan General Bakelite Company -yrityksen vuonna 1910. Aluksi, kun modifioitiin mukana olevia fyysisiä muuttujia, bakeliitti koostui sienimäisestä ja hauraasta kiinteästä aineesta, jolla oli vähäinen arvo.

Bakelite-polymeerillä valmistettu retropuhelin. Lähde: Pexels.

Kahdeksan vuoden laboratoriotyön jälkeen hän onnistui saamaan riittävän kiinteän ja lämpöstabiilin bakeliitin, jonka ominaisuudet antavat arvon. Bakeliitti korvasi siten muut luonnolliset muovimateriaalit; ensimmäinen puhtaasti keinotekoinen polymeeri syntyi.

Nykyään se on kuitenkin korvattu muilla muoveilla, ja sitä löytyy lähinnä 1900-luvun tarvikkeista tai esineistä. Esimerkiksi, yllä olevan kuvan puhelin on valmistettu bakelitista, samoin kuin monet esineet, joiden väri on samankaltainen mustalla, tai keltainen tai valkoinen (muistuttavat ulkonäöltään norsunluua).

Bakeliittirakenne

koulutus

Fenoliformaldehydipolymeerin, bakeliitin, kolmiulotteisen verkkotyyppisen rakenteen muodostuminen. Lähde: MaChe.

Määritelty bakeliitti fenolin ja formaldehydin polymeerihartsiksi, jolloin molempien molekyylien on noudatettava rakennettaan, kovalenttisesti yhdistyneinä jollakin tavalla; muuten tällä polymeerillä ei olisi koskaan osoitettu olevan ominaispiirteitä.

Fenoli koostuu OH-ryhmästä, joka on kytketty suoraan bentseenirenkaaseen; kun taas formaldehydi on molekyyli, O = CH ₂ tai CH ₂: ta (ylin kuva). Fenolissa on runsaasti elektroneja, johtuen tosiasiasta, että vaikka OH houkuttelee elektroneja itseään kohti, se auttaa myös niiden siirtämisessä aromaattisessa renkaassa.

Koska rikas elektroneja, se voi hyökätä elektrofiilin avulla (elektronit nälkäiset lajit); kuten esimerkiksi CH ₂ O -molekyylin.

Riippuen siitä, onko väliaine hapan (H ⁺) vai emäksinen (OH ^-), hyökkäys voi olla elektrofiilinen (formaldehydi hyökkää fenolia) vai nukleofiilinen (fenoli hyökkää formaldehydiä). Mutta lopulta, CH ₂ O korvaa H fenoli tulla metyloliryhmä, -CH ₂ OH; CH ₂ OH ₂ ⁺ happamassa tai -CH ₂ O ^- emäksisessä väliaineessa.

Olettaen, happamassa väliaineessa, -CH ₂ OH ₂ ⁺ menettää vesimolekyyli samalla, että elektrofiilinen hyökkäys toisen fenolirenkaan tapahtuu. Metyleenisilta, -CH ₂ - muodostetaan sitten (väriltään sininen kuvassa).

Orto- ja para-substituutiot

Metyleenisilta ei sido kahta fenolirengasta mielivaltaisissa kohdissa. Jos rakenne havaitaan, on mahdollista varmistaa, että sidokset ovat OH-ryhmän vierekkäisissä ja vastakkaisissa paikoissa; nämä ovat orto- ja para-asemat, vastaavasti. Sitten substituutioita tai hyökkäyksiä fenolirenkaaseen tai siitä pois tapahtuu näissä paikoissa.

Verkon kolmiulotteisuus

Kun muistetaan kemiallisia hybridisaatioita, metyleenisiltojen hiili on sp ³; siksi se on tetraedri, joka sijoittaa sidoksensa saman tason ulkopuolelle tai alapuolelle. Näin ollen renkaat eivät ole samassa tasossa, ja niiden kasvonsa ovat eri suunnassa avaruudessa:

Bakeliitin kolmiulotteisen rakenteen segmentti. Lähde: Wikimedia Commons.

Toisaalta, kun substituutiot tapahtuvat vain -orto-asemissa, saadaan polymeeriketju. Mutta kun polymeeri kasvaa -para-asemien läpi, muodostuu sellainen silmäkoko tai kolmiulotteinen fenolirenkaiden verkko.

Prosessiolosuhteista riippuen verkko voi omaksua "turvonneen morfologian", joka ei ole toivottava muovin ominaisuuksien kannalta. Mitä kompaktimpi se on, sitä paremmin se toimii materiaalina.

ominaisuudet

Kun bakeliitti otetaan sitten metyleenisiltojen yhdistämien fenolirenkaiden verkostona, syy sen ominaisuuksiin voidaan ymmärtää. Tärkeimmät niistä mainitaan alla:

-Se on lämpökovettuva polymeeri; toisin sanoen kun se on jähmettynyt, sitä ei voida muovata lämmön vaikutuksesta, jopa muuttuen vielä kakkuvammaksi.

-Sen keskimääräinen molekyylimassa on yleensä erittäin suuri, mikä tekee bakeliittikappaleista huomattavasti raskaampia verrattuna muihin samankokoisiin muoveihin.

-Hierryttäessä ja sen lämpötila nousee, se antaa tyypillisen formaldehydihajun (aistinvarainen tunnistus).

- Kun muovattu ja on kestomuovia, se säilyttää muodonsa ja kestää tiettyjen liuottimien syövyttävää vaikutusta, lämpötilan nousua ja naarmuja.

-Se on kauhea lämmön ja sähkönjohdin.

- Antaa ominaisen äänen, kun kaksi bakeliittipalaa lyödä, mikä auttaa tunnistamaan sen laadullisesti.

- Syntetisoituu uudestaan, sillä on hartsimainen konsistenssi ja väriltään ruskea. Jähmettyessään se saa erilaisia ​​ruskean sävyjä, kunnes muuttuu mustaksi. Riippuen siitä, mihin se on täytetty (asbesti, puu, paperi jne.), Sen värit voivat vaihdella valkoisesta keltaiseen, ruskeaan tai mustaan.

Saada

Bakeliitin saamiseksi tarvitaan ensin reaktori, jossa fenoli (puhdas tai kivihiilitervasta) ja väkevä formaldehydiliuos (37%) sekoitetaan pitäen fenoli / formaldehydin moolisuhde yhtä kuin 1. Reaktio alkaa polymeerin kondensaation kautta (koska vesi, pieni molekyyli) vapautuu.

Seosta kuumennetaan sitten sekoittaen ja kun läsnä on happoa (HCI, ZnCI ₂, H ₃ PO ₄, jne.) Tai emäksinen (NH ₃) katalyyttiä. Saadaan ruskea hartsi, johon lisätään enemmän formaldehydiä, ja se kuumennetaan noin 150 ° C: seen paineessa.

Myöhemmin hartsi jäähdytetään ja jähmetetään astiassa tai muotissa täyteaineen lisäksi (jo mainittiin edellisessä osassa), mikä suosii tietyntyyppistä rakennetta ja toivottavia värejä.

Sovellukset

Muoviset puiset lankut. Lähde: VarunRajendran englanniksi Wikipediasta

Bakeliitti on 1900-luvun alkupuolen ja puolivälin keskeinen muovi. Puhelimet, komentolaatikot, shakkipalat, ajoneuvojen ovenkahvat, domino, biljardipallot; Kaikki esineet, joihin kohdistuu jatkuvasti vähäisiä iskuja tai liikkeitä, on valmistettu bakelitista.

Koska se on huono lämmön- ja sähkönjohdin, sitä käytettiin eristysmuovina piirikoteloissa, radion, lamppujen, lentokoneiden ja kaikenlaisten tärkeiden laitteiden sähköjärjestelmien osana maailmansotien aikana.

Sen vakaa konsistenssi oli riittävän houkutteleva veistettyjen laatikoiden ja korujen suunnitteluun. Koristeellisesti, kun bakeliitti sekoitetaan puun kanssa, toiselle annetaan muovinen rakenne, jolla on tehty lankkuja tai komposiittilevyjä peittämään lattiat (yläkuva) ja kotitilat.

Viitteet

1. Napolin Federico II -yliopisto, Italia. (SF). Fenoliformaldehydihartsit. Palautettu osoitteesta: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5. huhtikuuta 2018). Arkeologia ja plastisen bakeliitin aikakausi brody-kaatopaikalla. Lehtikaali. Palautettu osoitteesta: campusarch.msu.edu
3. Tiedeopiston kemian koulutuksen ryhmän ryhmät. (2004). Bakeliitin valmistus. Purduen yliopisto. Palautettu: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakeliittiryhmä 62. (sf). Rakenne. Palautettu osoitteesta: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelite. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8. syyskuuta 2016). Leo Baekeland ja bakeliitti. Palautettu: uh.edu
7. NYU Tandon. (5. joulukuuta 2017). Valot, kamera, bakeliitti! Opiskelijatoimisto isännöi hauskaa ja informatiivista elokuvayötä. Palautettu osoitteesta: engineering.nyu.edu