BAKELIET: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, VERKRIJGING EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

Het bakeliet is een polymeerhars van fenol en formaldehyde, de precieze chemische definitie en is een hydroxide polioxibenciletilenglicol. De opkomst en commercialisering van dit materiaal markeerde het begin van het tijdperk van plastic; het bezette en maakte deel uit van talloze huishoudelijke, cosmetische, elektrische en zelfs militaire voorwerpen.

De naam kwam van de uitvinder: de in België geboren Amerikaanse chemicus Leo Baekeland, die in 1907 de productie en verbetering van dit polymeer realiseerde; vervolgens richtte het in 1910 de General Bakelite Company op. Aanvankelijk bestond bakeliet, terwijl het de betrokken fysische variabelen veranderde, uit een sponsachtige, broze vaste stof van weinig waarde.

Retro telefoon gemaakt van bakeliet polymeer. Bron: Pexels.

Na acht jaar werken in het laboratorium lukte het hem om een ​​voldoende stevig en thermostabiel bakeliet te verkrijgen, met een hoge waarde vanwege zijn eigenschappen. Zo verving bakeliet andere plastic materialen van natuurlijke oorsprong; het eerste puur kunstmatige polymeer was geboren.

Tegenwoordig is het echter vervangen door andere kunststoffen en komt het vooral voor in accessoires of voorwerpen uit de 20e eeuw. De telefoon op de bovenstaande afbeelding is bijvoorbeeld gemaakt van bakeliet, evenals veel objecten met een vergelijkbare zwarte kleur als deze, of amber of wit (lijkt qua uiterlijk op ivoor).

Bakeliet structuur

Opleiding

Vorming van een driedimensionale netwerktype structuur van fenol-formaldehyde polymeer, bakeliet. Bron: MaChe.

Bakeliet gedefinieerd als een polymeerhars van fenol en formaldehyde, dan moeten beide moleculen zich conformeren aan hun structuur, op een of andere manier covalent verenigd; anders zou dit polymeer nooit zijn karakteristieke eigenschappen hebben vertoond.

Fenol bestaat uit een OH-groep die rechtstreeks is verbonden met een benzeenring; terwijl formaldehyde een molecuul is van O = CH ₂ of CH ₂ O (bovenste afbeelding). Fenol is rijk aan elektronen, omdat OH, hoewel het elektronen naar zich toe trekt, ook bijdraagt ​​aan hun delokalisatie door de aromatische ring.

Omdat het rijk is aan elektronen, kan het worden aangevallen door een elektrofiel (elektronenhongerige soort); zoals bijvoorbeeld het CH ₂ O molecuul .

Afhankelijk van of het medium zuur (H ⁺ ) of basisch (OH ^- ) is, kan de aanval elektrofiel zijn (formaldehyde valt fenol aan) of nucleofiel (fenol valt formaldehyde aan). Maar uiteindelijk, de CH ₂ O vervangt een H van het fenol met een methylolgroep, -CH geworden ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ in zuur medium, of -CH ₂ O ^- in basisch medium.

Aangenomen dat het een zuur medium is, verliest -CH ₂ OH ₂ ⁺ een watermolecuul op hetzelfde moment dat de elektrofiele aanval van een tweede fenolische ring plaatsvindt. Een methyleenbrug, -CH ₂ - wordt dan gevormd (blauw gekleurd in de afbeelding).

Ortho- en para-vervangingen

De methyleenbrug bindt niet twee fenolische ringen op willekeurige posities. Als de structuur wordt waargenomen, is het mogelijk om te verifiëren dat de bindingen zich in aangrenzende en tegenovergestelde posities bevinden ten opzichte van de OH-groep; dit zijn respectievelijk ortho- en paraposities. Op deze posities vinden dan substituties of aanvallen van of van de fenolische ring plaats.

Driedimensionaliteit van het netwerk

Denkend aan de chemische hybridisaties, is de koolstof van de methyleenbruggen sp ³ ; daarom is het een tetraëder die zijn bindingen buiten of onder hetzelfde vlak plaatst. Bijgevolg liggen de ringen niet in hetzelfde vlak en hebben hun gezichten verschillende oriëntaties in de ruimte:

Segment van de driedimensionale structuur van bakeliet. Bron: Wikimedia Commons.

Aan de andere kant, wanneer de substituties alleen op-of-posities voorkomen, wordt een polymeerketen verkregen. Maar terwijl het polymeer door de -para-posities groeit, ontstaat er een soort maas of driedimensionaal netwerk van fenolische ringen.

Afhankelijk van de procesomstandigheden kan het netwerk een "gezwollen morfologie" aannemen, wat ongewenst is voor de eigenschappen van de kunststof. Hoe compacter het is, hoe beter het als materiaal zal presteren.

Eigendommen

Door het bakeliet dan te nemen als een netwerk van fenolische ringen verbonden door methyleenbruggen, kan de reden voor zijn eigenschappen worden begrepen. De belangrijkste worden hieronder genoemd:

-Het is een thermohardend polymeer; dat wil zeggen, als het eenmaal gestold is, kan het niet worden gevormd door het effect van warmte, zelfs nog meer aangekoekt.

-De gemiddelde molecuulmassa is meestal erg hoog, waardoor stukken bakeliet aanzienlijk zwaarder zijn in vergelijking met andere kunststoffen van dezelfde grootte.

-Wanneer het wordt ingewreven en de temperatuur stijgt, geeft het een karakteristieke formaldehyde geur af (organoleptische herkenning).

-Eenmaal gegoten, en omdat het een thermohardende kunststof is, behoudt het zijn vorm en is het bestand tegen het corrosieve effect van bepaalde oplosmiddelen, temperatuurverhogingen en krassen.

-Het is een vreselijke geleider van warmte en elektriciteit.

- Geeft een karakteristiek geluid wanneer twee stukken bakeliet worden geraakt, wat helpt om het kwalitatief te identificeren.

-Nieuw gesynthetiseerd, het heeft een harsachtige consistentie en is bruin van kleur. Als het stolt, krijgt het verschillende tinten bruin, totdat het zwart wordt. Afhankelijk van waar het mee gevuld is (asbest, hout, papier, etc.) kan het kleuren vertonen die variëren van wit tot geel, bruin of zwart.

Het verkrijgen van

Om bakeliet te verkrijgen, is eerst een reactor nodig waarin fenol (puur of uit koolteer) en een geconcentreerde oplossing van formaldehyde (37%) worden gemengd, waarbij de molaire verhouding fenol / formaldehyde gelijk blijft aan 1. De reactie begint van polymerisatie via condensatie (want water, een klein molecuul) komt vrij.

Het mengsel wordt vervolgens onder roeren en bij aanwezigheid van een zuur (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ , enz.) Of basische (NH ₃ ) katalysator . Er ontstaat een bruine hars waaraan meer formaldehyde wordt toegevoegd en deze wordt onder druk verhit tot ongeveer 150 ° C.

Later wordt de hars afgekoeld en gestold in een houder of mal, samen met het vulmateriaal (al genoemd in de vorige sectie), wat een bepaald type textuur en gewenste kleuren bevordert.

Toepassingen

Kunststof houten planken. Bron: VarunRajendran op Engelse Wikipedia

Bakeliet is het typische plastic van de eerste helft en het midden van de 20e eeuw. Telefoons, commandoboxen, schaakstukken, deurklinken van voertuigen, dominostenen, biljartballen; Elk object dat constant wordt blootgesteld aan lichte schokken of bewegingen, is gemaakt van bakeliet.

Omdat het een slechte geleider van warmte en elektriciteit is, werd het tijdens de wereldoorlogen gebruikt als isolerend plastic in schakelkasten, als onderdeel van de elektrische systemen van radio's, gloeilampen, vliegtuigen en allerlei onmisbare apparaten.

Zijn solide consistentie was aantrekkelijk genoeg voor het ontwerp van uitgesneden dozen en sieraden. Qua versiering, wanneer het bakeliet wordt gemengd met het hout, krijgt het tweede een plastic textuur, waarmee planken of composietplaten zijn gemaakt om de vloeren (afbeelding boven) en woonruimtes te bedekken.

Referenties

1. Universiteit Federico II van Napels, Italië. (sf). Fenol-formaldehydeharsen. Hersteld van: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5 april 2018). Archeologie en de leeftijd van plastic bakeliet in de vuilstortplaats. Boerenkool. Hersteld van: campusarch.msu.edu
3. College of Science Chemical Education Division Groups. (2004). De bereiding van bakeliet. Purdue universiteit. Hersteld van: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelietgroep 62. (sf). Structuur. Hersteld van: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakeliet. Hersteld van: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8 september 2016). Leo Baekeland en bakeliet. Hersteld van: uh.edu
7. NYU Tandon. (5 december 2017). Lichten, camera, bakeliet! Bureau Studentenzaken organiseert een leuke en informatieve filmavond. Hersteld van: engineering.nyu.edu