BAKELIT: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, GEWINNUNG UND ANWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Der Bakelit ist ein Polymerharz aus Phenol und Formaldehyd, der genauen chemischen Definition, und ein Hydroxid-Polioxibenciletilenglicol. Die Entstehung und Vermarktung dieses Materials markierte den Beginn der Ära des Kunststoffs; es besetzte und war Teil unzähliger Haushalts-, Kosmetik-, Elektro- und sogar Militärgegenstände.

Sein Name stammt von seinem Erfinder: dem in Belgien geborenen amerikanischen Chemiker Leo Baekeland, der 1907 die Herstellung und Verbesserung dieses Polymers erreichte; 1910 gründete er die General Bakelite Company. Während er die beteiligten physikalischen Variablen modifizierte, bestand Bakelite zunächst aus einem schwammigen, spröden Feststoff von geringem Wert.

Retro-Telefon aus Bakelit-Polymer. Quelle: Pexels.

Nach achtjähriger Arbeit im Labor gelang es ihm, einen ausreichend festen und thermostabilen Bakelit zu erhalten, der aufgrund seiner Eigenschaften einen hohen Wert aufweist. So ersetzte Bakelit andere Kunststoffe natürlichen Ursprungs; Das erste rein künstliche Polymer wurde geboren.

Heutzutage wurde es jedoch durch andere Kunststoffe ersetzt und findet sich hauptsächlich in Accessoires oder Gegenständen aus dem 20. Jahrhundert. Zum Beispiel besteht das Telefon im obigen Bild aus Bakelit, ebenso wie viele Objekte mit einer ähnlichen schwarzen Farbe oder Bernstein oder Weiß (im Aussehen elfenbeinähnlich).

Bakelitstruktur

Ausbildung

Bildung einer dreidimensionalen netzwerkartigen Struktur aus Phenol-Formaldehyd-Polymer, Bakelit. Quelle: MaChe.

Als Bakelit als Polymerharz aus Phenol und Formaldehyd definiert, müssen beide Moleküle ihre Struktur anpassen und auf irgendeine Weise kovalent vereint sein. Andernfalls hätte dieses Polymer niemals seine charakteristischen Eigenschaften gezeigt.

Phenol besteht aus einer OH-Gruppe, die direkt an einen Benzolring gebunden ist; während Formaldehyd ein Molekül von O = CH ₂ oder CH ₂ O ist (oberes Bild). Phenol ist reich an Elektronen, weil OH, obwohl es Elektronen zu sich zieht, auch bei ihrer Delokalisierung durch den aromatischen Ring hilft.

Da es reich an Elektronen ist, kann es von einem Elektrophilen (elektronenhungrige Spezies) angegriffen werden. wie zum Beispiel das CH ₂ O- Molekül .

Je nachdem, ob das Medium sauer (H ⁺ ) oder basisch (OH ^- ) ist, kann der Angriff elektrophil (Formaldehyd greift Phenol an) oder nukleophil (Phenol greift Formaldehyd an) sein. Am Ende ersetzt das CH ₂ O jedoch ein H des Phenols, um eine Methylolgruppe zu werden, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ in saurem Medium, oder -CH ₂ O ^- in basischem Medium.

Unter der Annahme , einen sauren Medium, -CH ₂ OH ₂ ⁺ verliert ein Wassermolekül in der gleichen Zeit , dass der elektrophilen Angriff eines zweiten phenolischen Rings auftritt. Dann wird eine Methylenbrücke -CH ₂ - gebildet (im Bild blau gefärbt).

Ortho- und Para-Substitutionen

Die Methylenbrücke bindet nicht zwei Phenolringe an beliebigen Positionen. Wenn die Struktur beobachtet wird, kann überprüft werden, ob sich die Bindungen in benachbarten und entgegengesetzten Positionen zur OH-Gruppe befinden. Dies sind ortho- bzw. para-Positionen. Dann treten an diesen Positionen Substitutionen oder Angriffe zum oder vom Phenolring auf.

Dreidimensionalität des Netzwerks

In Erinnerung an die chemischen Hybridisierungen ist der Kohlenstoff der Methylenbrücken sp ³ ; Daher ist es ein Tetraeder, der seine Bindungen außerhalb oder unterhalb derselben Ebene platziert. Folglich liegen die Ringe nicht in derselben Ebene und ihre Flächen haben unterschiedliche räumliche Ausrichtungen:

Segment der dreidimensionalen Struktur von Bakelit. Quelle: Wikimedia Commons.

Wenn andererseits die Substitutionen nur in -orto-Positionen auftreten, wird eine Polymerkette erhalten. Wenn das Polymer jedoch durch die -para-Positionen wächst, wird eine Art Netz oder dreidimensionales Netzwerk von Phenolringen hergestellt.

Abhängig von den Prozessbedingungen kann das Netzwerk eine "gequollene Morphologie" annehmen, die für die Eigenschaften des Kunststoffs unerwünscht ist. Je kompakter es ist, desto besser funktioniert es als Material.

Eigenschaften

Wenn man dann den Bakelit als ein Netzwerk von Phenolringen betrachtet, die durch Methylenbrücken verbunden sind, kann der Grund für seine Eigenschaften verstanden werden. Die wichtigsten sind unten aufgeführt:

-Es ist ein duroplastisches Polymer; Das heißt, wenn es erstarrt ist, kann es nicht durch Hitzeeinwirkung geformt werden und wird sogar noch fester.

-Die durchschnittliche Molekularmasse ist normalerweise sehr hoch, wodurch Bakelitstücke im Vergleich zu anderen Kunststoffen derselben Größe erheblich schwerer werden.

-Wenn gerieben und die Temperatur steigt, gibt es einen charakteristischen Formaldehydgeruch ab (organoleptische Erkennung).

- Einmal geformt und da es sich um einen duroplastischen Kunststoff handelt, behält er seine Form und widersteht der korrosiven Wirkung bestimmter Lösungsmittel, Temperaturerhöhungen und Kratzern.

-Es ist ein schrecklicher Wärme- und Stromleiter.

- Gibt einen charakteristischen Klang ab, wenn zwei Stücke Bakelit angeschlagen werden, was zur qualitativen Identifizierung beiträgt.

- Neu synthetisiert, hat es eine harzige Konsistenz und ist braun gefärbt. Wenn es sich verfestigt, erhält es verschiedene Brauntöne, bis es schwarz wird. Je nachdem, mit was es gefüllt ist (Asbest, Holz, Papier usw.), kann es Farben aufweisen, die von weiß bis gelb, braun oder schwarz variieren.

Erhalten

Um Bakelit zu erhalten, ist zunächst ein Reaktor erforderlich, in dem Phenol (rein oder aus Kohlenteer) und eine konzentrierte Formaldehydlösung (37%) gemischt werden, wobei ein Molverhältnis Phenol / Formaldehyd von 1 beibehalten wird. Die Reaktion beginnt der Polymerisation durch Kondensation (weil Wasser, ein kleines Molekül) freigesetzt wird.

Das Gemisch wird dann unter Rühren und in Gegenwart eines sauren (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ usw.) oder basischen (NH ₃ ) Katalysators erhitzt . Man erhält ein braunes Harz, dem mehr Formaldehyd zugesetzt wird und das unter Druck auf etwa 150ºC erhitzt wird.

Später wird das Harz in einem Behälter oder einer Form gekühlt und verfestigt, zusätzlich zu dem Füllmaterial (bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt), das eine bestimmte Art von Textur und wünschenswerte Farben begünstigt.

Anwendungen

Kunststoff Holzbretter. Quelle: VarunRajendran bei der englischen Wikipedia

Bakelit ist der Inbegriff von Kunststoff der ersten Hälfte und Mitte des 20. Jahrhunderts. Telefone, Kommandoboxen, Schachfiguren, Fahrzeugtürgriffe, Dominosteine, Billardkugeln; Jedes Objekt, das ständig leichten Stößen oder Bewegungen ausgesetzt ist, besteht aus Bakelit.

Da es ein schlechter Wärme- und Stromleiter ist, wurde es während der Weltkriege als isolierender Kunststoff in Schaltkästen, als Bestandteil der elektrischen Systeme von Radios, Glühbirnen, Flugzeugen und allerlei unverzichtbaren Geräten verwendet.

Seine solide Konsistenz war attraktiv genug für das Design von geschnitzten Schachteln und Schmuck. In Bezug auf die Verzierung erhält der zweite, wenn der Bakelit mit dem Holz gemischt wird, eine plastische Textur, mit der Dielen oder Verbundplatten hergestellt wurden, um die Böden (oberes Bild) und die Wohnräume zu bedecken.

Verweise

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