- Bakelit szerkezete
- Kiképzés
- Orto és para helyettesítések
- A hálózat háromdimenziós dimenziója
- Tulajdonságok
- beszerzése
- Alkalmazások
- Irodalom
A Bakelit egy fenol és formaldehid polimer gyantája, pontos kémiai meghatározása, és hidroxid polioxibenciletilenglicol. Ennek az anyagnak a megjelenése és forgalmazása a műanyag korszak hajnalát jelölte; számtalan háztartási, kozmetikai, elektromos és még katonai tárgynak is része volt.
A neve a feltalálójától származott: a Belgiumban született amerikai kémikus, Leo Baekeland, aki 1907-ben elérte a polimer előállítását és fejlesztését; aztán 1910-ben megalapította a Bakelit Általános Vállalatot. Eleinte, míg a fizikai változók módosításával, a Bakelit szivacsos, törékeny, kis értékű szilárd anyagból állt.
Bakelit polimerrel készített retro telefon. Forrás: Pexels.
Nyolc éves laboratóriumi munka után sikerült megfelelő szilárd és hőstabil bakelitet előállítani, tulajdonságainak köszönhetően. Így a bakelit helyettesítette más természetes eredetű műanyagokat; született az első tisztán mesterséges polimer.
Manapság azonban más műanyagokkal helyettesítették, és főként a 20. századból származó kiegészítőkben vagy tárgyakban találhatók meg. Például a fenti képen látható telefon bakelitből készül, mint sok ehhez hasonló fekete színű, vagy borostyánszínű vagy fehér (elefántcsontszerű megjelenésű) objektum.
Bakelit szerkezete
Kiképzés
Fenol-formaldehid polimer, bakelit háromdimenziós hálózati típusú szerkezetének kialakítása. Forrás: MaChe.
A bakelitet fenol és formaldehid polimer gyantájaként definiálják, majd mindkét molekulának meg kell egyeznie szerkezetével, valamilyen módon kovalensen összekapcsolva; egyébként ez a polimer soha nem mutatta volna jellemző tulajdonságait.
A fenol egy OH csoportból áll, amely közvetlenül kapcsolódik egy benzolgyűrűhöz; míg a formaldehid a molekula O = CH 2 vagy CH 2 O (felső kép). A fenolban gazdag elektronok, mivel az OH, bár vonzza az elektronokat önmagához, az aromás gyűrű általi elhelyezésükben is segít.
Mivel elektronban gazdag, elektrofil (elektron-éhes faj) támadhatja meg; például, a CH 2 O -molekula.
Attól függően, hogy a tápközeg savas (H +) vagy bázikus (OH -), a roham lehet elektrofil (formaldehid támadást fenol) vagy nukleofil (fenol támad a formaldehid). De a végén, a CH 2 O helyettesíti H a fenol, hogy legyen egy metilol-csoport, -CH 2- OH; -CH 2 OH 2 + savas közegben, vagy -CH 2 O - bázikus közegben.
Feltételezve, savas közegben, -CH 2 OH 2 + veszít egy vízmolekula ugyanabban az időben, hogy a elektrofil támadás egy második fenolos gyűrű bekövetkezik. A metilén-híd, -CH 2 -, majd létrehozzuk (kék színű a képen).
Orto és para helyettesítések
A metilénhíd nem köti két fenolgyűrűt tetszőleges helyzetben. Ha megfigyeljük a szerkezetet, akkor ellenőrizhetjük, hogy a kötések az OH csoporttal szomszédos és ellentétes helyzetben vannak-e; ezek orto és para helyzet. Ezután ezekben a helyzetekben szubsztitúciók vagy támadások történnek a fenolgyűrűbe vagy onnan.
A hálózat háromdimenziós dimenziója
Emlékezve a kémiai hibridizációkra, a metilénhidak szén sp 3; ezért egy tetraéder, amely kötéseit ugyanabba a síkba, vagy alá helyezi. Következésképpen a gyűrűk nem felelnek meg ugyanabban a síkban, és arcaik eltérő irányban vannak a térben:
A bakelit háromdimenziós szerkezetének szegmense. Forrás: Wikimedia Commons.
Másrészt, ha a helyettesítések csak -orto helyzetben zajlanak le, polimer láncot kapunk. Ahogy a polimer a -para pozíciókon keresztül növekszik, létrejön egyfajta háló vagy háromdimenziós fenolgyűrűk hálózata.
A folyamat körülményeitől függően a hálózat "duzzadt morfológiát" alkalmazhat, amely a műanyag tulajdonságai szempontjából nem kívánatos. Minél kompaktabb, annál jobb anyagként fog működni.
Tulajdonságok
Ha ezután a bakelitet metilénhidakkal összekötött fenolgyűrűk hálózataként értelmezzük, megérthető annak tulajdonságai. A főket az alábbiakban említjük:
- hőre keményedő polimer; vagyis ha megszilárdult, akkor a hő hatására nem formálható rá, még inkább sütve lesz.
- Az átlagos molekulatömege általában nagyon magas, ami a bakelit darabokat lényegesen nehezebbé teszi más azonos méretű műanyagokhoz képest.
-Ha dörzsölni és hőmérséklete megemelkedik, jellegzetes formaldehid-szagot bocsát ki (érzékszervi felismerés).
- Ha meg van öntve, és hőre keményedő műanyag, megőrzi formáját és ellenáll bizonyos oldószerek korróziós hatásának, a hőmérséklet-növekedésnek és a karcolásoknak.
- Szörnyű hő- és elektromos vezető.
- Jellegzetes hangot bocsát ki, ha két darab bakelitet üt, és ez segít minõségi azonosításában.
- Újraszintetizált, gyantás állagú és barna színű. Amikor megszilárdul, különböző árnyalatú barna színűvé válik, amíg feketévé nem válik. Attól függően, hogy mi van tele (azbeszt, fa, papír, stb.), Színei fehér, sárga, barna vagy fekete színűek lehetnek.
beszerzése
A bakelit előállításához először reaktorra van szükség, ahol a fenolt (tiszta vagy kőszénkátrányból) és egy koncentrált formaldehid oldatot (37%) keverik össze, miközben a fenol / formaldehid mólarányt 1-nek tartják. A reakció kezdődik A polimerizáció kondenzáción keresztül (mivel a víz egy kis molekula) szabadul fel.
Az elegyet ezután keverés közben, és a sav jelenlétében (HCI, ZnCl 2, H 3 PO 4, stb) vagy bázikus (NH 3) katalizátort. Barna gyantát kapunk, amelyhez további formaldehidet adunk, és nyomás alatt 150 ° C körüli hőmérsékleten melegítjük.
Később a gyantát lehűtjük és megszilárdítottuk egy tartályban vagy öntőformában, a töltőanyag mellett (az előző szakaszban már említettem), amely bizonyos típusú textúrát és kívánatos színeket részesít elő.
Alkalmazások
Műanyag fa deszka. Forrás: VarunRajendran és az angol Wikipedia
A bakelit a 20. század első felének és közepének alapvető műanyaga. Telefonok, parancsnokok, sakkfigurák, jármű-ajtókilincsek, dominó, biliárdgolyók; Bármilyen tárgyat, amely folyamatosan érintkezik enyhe ütéssel vagy mozgással, Bakelitből készítik.
Mivel ez rossz hő- és elektromos vezető, hőszigetelő műanyagként használták az áramköri dobozokban, rádiók, izzók, repülőgépek és mindenféle nélkülözhetetlen eszköz elektromos rendszerének alkotóelemeként a világháborúk idején.
Szilárd állaga elég vonzó volt a faragott dobozok és ékszerek tervezéséhez. Díszítés szempontjából, amikor a bakelitet összekeverik a fával, akkor a második műanyag textúrát kap, amellyel deszkák vagy kompozit táblák készültek a padló (felső kép) és a háztartások lefedésére.
Irodalom
- Nápolyi Federico II Egyetem, Olaszország. (Sf). Fenol-formaldehid gyanták. Helyreállítva: whatischemistry.unina.it
- Isa Mary. (2018. április 5.) Régészet és a műanyag bakelit kora a seprű lerakódásában. Kelkáposzta. Helyreállítva: campusarch.msu.edu
- Tudományos Főiskola Kémiai Oktatási Osztály Csoportjai. (2004). A bakelit előállítása. Purdue Egyetem. Helyreállítva: chemed.chem.purdue.edu
- Bakelite csoport 62. (sf). Szerkezet. Helyreállítva: bakelitegroup62.wordpress.com
- Wikipedia. (2019). Bakelit. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Boyd Andy. (2016. szeptember 8.) Leo Baekeland és a bakelit. Helyrehozva: uh.edu
- NYU Tandon. (2017. december 05.). Világítás, fényképezőgép, bakelit! A Diákügyi Iroda szórakoztató és informatív film estét rendez. Helyreállítva: engineering.nyu.edu