Network Furniture Academy: Bakelit. Historie, vlastnosti a použití

Rychlý rozvoj nových odvětví techniky ve druhé polovině 19. a na počátku 20. století (elektrotechnika, automobilový průmysl, letectví atd.) si vyžádal nové poznatky, nové technologie a nové materiály. V tomto období již v oblasti chemických technologií pracovaly desítky firem a stovky nadšenců po celém světě. Chemie z akademické vědy se proto začíná proměňovat v jedno z nejdůležitějších průmyslových odvětví.

Vynálezce Leo Hendrik Baekeland (Baekeland, Leo Hendrik) se narodil v roce 1863 v Belgii a vystudoval tamní univerzitu. V roce 1889 se Baekeland přestěhoval do Spojených států a pracoval ve společnosti na výrobu fotografických materiálů. V roce 1893 založil vlastní společnost na výrobu fotografického papíru Velox, který vynalezl, a poté jej v roce 1899 prodal společnosti Eastman Kodak za tehdy obrovskou sumu – 750 tisíc dolarů. Poté zorganizoval laboratoř a začal hledat náhradu za přírodní tropickou šelakovou pryskyřici, nutnou pro výrobu leštidel, laků atd.

Baekelandův vynález se rychle proslavil po celém světě a on sám si získal oblibu. Bakelit se brzy po svém vynálezu začal vyrábět v Japonsku, Anglii, Německu, Rusku a mnoha dalších zemích. V roce 1923 L.Kh. Baekeland byl zvolen prezidentem Americké chemické společnosti. Následně Bakelite Corp. vstoupila do Union Carbide Corp. a ta v roce 2001 do Dow Chemical Company.

Počáteční historie výroby bakelitu v Rusku je následující. V roce 1914 skupina chemiků V.I. Lisev, G.S. Petrov a K.I. Tarasov ve zdech laboratoře továrny na tkaní hedvábí ve vesnici Dubrovka (nedaleko Orekhovo-Zuevo) syntetizovala karbolit, ruský analog bakelitu. Jedním z účastníků tohoto projektu byl P. Florenský. Začátkem roku 1917 bylo na základě závodu Karbolit založeno Karbolit Share Partnership. V roce 1919 byl závod, který zaměstnával již 132 lidí, znárodněn. V roce 1931 se závod Karbolit připojil ke sdružení Soyuzkhimplastmass. V 80. letech závod zaměstnával asi 3000 lidí. V současné době se fenolformaldehydové pryskyřice vyrábějí v mnoha domácích chemických závodech a výrobky na nich založené se vyrábějí ve stovkách ruských podniků.

Chemie bakelitu

Polykondenzační reakce prováděná Baekelandem má následující formu:

V závislosti na poměru mezi fenolem a formaldehydem, typu použitého katalyzátoru (kyselý nebo alkalický) a podmínkách reakcí tvorby pryskyřice se získají dva různé typy pryskyřic – termoplastické novolakové pryskyřice a termosetové rezolové pryskyřice. Tito. v přítomnosti kyselých katalyzátorů (kyselina chlorovodíková nebo šťavelová) s přebytkem fenolu se získají novolakové pryskyřice a v přítomnosti bazických katalyzátorů (NaOH, Ba (OH)2, NH4OH) s přebytkem formaldehydu se získají rezolové pryskyřice. získané.

Novolakové pryskyřice jsou převážně lineární oligomery, v jejichž molekulách jsou fenolová jádra spojena methylenovými můstky a neobsahují téměř žádné methylolové skupiny (– CH2OH). Resolové pryskyřice jsou směsí lineárních a rozvětvených oligomerů obsahujících velký počet methylolových skupin schopných dalších transformací.

Novolaková pryskyřice v pevném stavu má barvu od světle hnědé po tmavě hnědou, s měrnou hmotností asi 1,2 g/cm3. Je schopen se opakovaně tavit a znovu tvrdnout a je vysoce rozpustný v alkoholu a mnoha dalších rozpouštědlech. Přechod pryskyřice z neroztaveného stavu při 150-200 C do netavitelného a nerozpustného stavu v nepřítomnosti tvrdidla probíhá velmi pomalu. Teplota tání, viskozita a rychlost vytvrzování novolakových pryskyřic se také v průběhu času mění velmi pomalu. Proto lze novolakové pryskyřice skladovat několik měsíců při jakékoli teplotě.

Resolové pryskyřice se stávají netavitelnými a nerozpustnými při zvýšených teplotách, stejně jako při dlouhodobém skladování i za normálních teplot.

Ke konečnému vytvrzení novolakových pryskyřic dochází pouze za přítomnosti speciálních vytvrzovacích činidel, především methenaminu (hexamethylentetraminu). Vytvrzování rezolových pryskyřic nevyžaduje přidání vytvrzovacích činidel – stačí pouze zvýšené teploty.

Existují tři kondenzační stupně nebo tři typy rezolových pryskyřic:

• ve fázi A (resol) si pryskyřice zachovává schopnost tání a rozpouštění. Resolové pryskyřice jsou termosetové a vyžadují pouze teplo k vytvrzení a nepoužívají tvrdidla.
• ve stupni B (resitol) se pryskyřice prakticky neroztaví, ale je stále schopná bobtnat ve vhodných rozpouštědlech.
• ve stadiu C (resit) je pryskyřice netavitelná a nebobtná v rozpouštědlech.

Vytvrzená (plně zkondenzovaná) fenolformaldehydová pryskyřice (bakelit) je transparentní. Barva se pohybuje od světle žluté po třešňovou nebo hnědou. Index lomu světla je 1,64 – 1,66. Hustota 1,26 – 1,28 g/cm3. Pryskyřice je odolná vůči vodě a jiným rozpouštědlům.

Vytvrzené fenolformaldehydové pryskyřice se vyznačují dobrými dielektrickými a termofyzikálními vlastnostmi, odolností vůči vodě, kyselinám a v kombinaci s plnivy vysokou mechanickou pevností (srovnatelnou s pevností kovů). Vytvrzené novolaky jsou svými vlastnostmi poněkud horší než resites.

Pro cílenou změnu vlastností fenolformaldehydových pryskyřic se při jejich výrobě zavádějí do reakce složky schopné interakce s fenolem a formaldehydem. Se zavedením anilinu se tedy zvyšují dielektrické vlastnosti a odolnost proti vodě a se zavedením močoviny se zvyšuje odolnost vůči světlu. Aby se udělila schopnost rozpouštět se v nepolárních rozpouštědlech a být kombinována s rostlinnými oleji, jsou fenolformaldehydové pryskyřice modifikovány kalafunou a terc-butylalkoholem; Pryskyřice tohoto typu jsou široce používány jako základ pro fenolické laky. Fenolformaldehydové pryskyřice se kombinují s jinými oligomery a polymery, například polyamidy, aby se dosáhlo vyšší odolnosti vůči teplu a vodě a pružnosti; s polyvinylchloridem – pro zlepšení odolnosti vůči vodě a chemikáliím; s kaučuky – pro zvýšení rázové houževnatosti, s polyvinylbutyralem – pro zlepšení adheze (takové pryskyřice jsou základem lepidel typu BF. Fenolformaldehydové pryskyřice se používají k úpravě epoxidových pryskyřic, aby měly vyšší tepelnou odolnost, odolnost vůči kyselinám a zásadám. V poslední době jsou fenolformaldehydové pryskyřice často modifikovány melaminem za vzniku melaminu — fenolformaldehydové pryskyřice.

Fenolformaldehydové pryskyřice mají dobrou přilnavost k mnoha materiálům a snadno se kombinují s většinou plniv: sklolaminát, azbest, cement, sádra, křída, mastek, křemen, uhlí atd. Jsou také vysoce kompatibilní s pigmenty a barvivy. Nejčastěji se však jako plnivo pro lité a tvarované bakelity používá lehké a levné plnivo – celulóza ve formě dřevěné moučky nebo dřevitých vláken. Další plniva obsahující celulózu získaná ze stonků, slámy, skořápek a slupek zrn se stávají populárními.

Novolakové pryskyřice se používají k výrobě lisovacích prášků, resola – lisovacích prášků a vláknitých pryskyřic. Pěnové plasty a voštinové plasty jsou vyrobeny z novolaků a rezolů.

Schopnost novolakových a rezolových pryskyřic snadno impregnovat různé materiály se realizuje při výrobě vrstvených plastů – getinaků a textolitů, vyráběných v deskových i složitějších formách, až po válcové a kuželové trubky a další tvarové výrobky.

Fenolformaldehydové pryskyřice se staly hlavním typem pojiv v celosvětové výrobě dřevotřískových desek, dřevovláknitých desek, překližek a vrstvených dřevěných konstrukcí.

Celkový objem použití fenolformaldehydových pryskyřic ve světě v roce 2006 činil cca 4700 1067 tis. tun vč. v Evropě XNUMX tisíc tun.

Vlastnosti bakelitu

Plasty vyrobené z fenolformaldehydových pryskyřic se často nazývají fenolové plasty nebo fenoplasty.

Přibližné vlastnosti fenolických látek na bázi dřevité moučky