Struttura, proprietà, ottenimento e applicazioni della bachelite

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Charles McCarthy

Il bachelite è una resina polimerica fenolica e formaldeide, la cui definizione chimica esatta è quella di idrossido di poliossibenziletilenglicole. L'emergere e la commercializzazione di questo materiale ha segnato l'inizio dell'era della plastica; occupava e faceva parte di innumerevoli oggetti domestici, cosmetici, elettrici e persino militari.

Il suo nome deriva dal suo inventore: il chimico americano nato in Belgio, Leo Baekeland, che nel 1907 realizzò la produzione e il miglioramento di questo polimero; e poi fondare la General Bakelite Company nel 1910. All'inizio, mentre modificava le variabili fisiche coinvolte, la bachelite consisteva in un solido spugnoso e fragile di scarso valore..

Telefono retrò realizzato con polimero di bachelite. Fonte: Pexels.

Dopo otto anni di lavoro in laboratorio, è riuscito ad ottenere una bachelite abbastanza solida e termostabile, con un alto valore a causa delle sue proprietà. Fu così che la bachelite sostituì altri materiali plastici di origine naturale; è nato il primo polimero puramente artificiale.

Al giorno d'oggi, tuttavia, è stato sostituito da altre plastiche, e si trova principalmente in accessori o oggetti del XX secolo. Ad esempio, il telefono nell'immagine sopra è realizzato in bachelite, così come molti oggetti di un colore nero simile a questo, o di colori ambra o bianco (dall'aspetto simile all'avorio).

Indice articolo

  • 1 Struttura della bachelite
    • 1.1 Formazione
    • 1.2 Sostituzioni orto e para
    • 1.3 Tridimensionalità della rete
  • 2 Proprietà
  • 3 Ottenimento
  • 4 Applicazioni
  • 5 Riferimenti

Struttura in bachelite

Formazione

Formazione di una struttura di tipo reticolare tridimensionale di polimero fenolo-formaldeide, bachelite. Fonte: MaChe [dominio pubblico].

Definita la bachelite come una resina polimerica di fenolo e formaldeide, quindi entrambe le molecole devono conformarsi alla loro struttura, legate in qualche modo covalentemente; altrimenti, questo polimero non avrebbe mai manifestato le sue proprietà caratteristiche.

Il fenolo è costituito da un gruppo OH legato direttamente a un anello benzenico; mentre la formaldeide è una molecola di O = CHDue o CHDueO (immagine in alto). Il fenolo è ricco di elettroni, per il fatto che OH, sebbene attiri verso di sé gli elettroni, collabora anche alla loro delocalizzazione da parte dell'anello aromatico.

Essendo ricco di elettroni, può essere attaccato da un elettrofilo (una specie di elettrone affamato); come ad esempio la molecola CHDueO.

A seconda che il mezzo sia acido (H.+) o di base (OH-), l'attacco può essere elettrofilo (la formaldeide attacca il fenolo) o nucleofilo (il fenolo attacca la formaldeide). Ma alla fine, il capDueO sostituisce una H di fenolo per diventare un gruppo metilolico, -CHDueOH; -CHDueOhDue+ in mezzo acido, o -CHDueO- nel mezzo di base.

Supponendo un mezzo acido, il -CHDueOhDue+ perde una molecola d'acqua nello stesso momento in cui avviene l'attacco elettrofilo di un secondo anello fenolico. Viene quindi formato un ponte di metilene, -CHDue- (colorato in blu nell'immagine).

Sostituzioni orto e para

Il ponte in metilene non unisce due anelli fenolici in posizioni arbitrarie. Se si osserva la struttura, sarà possibile verificare che i legami siano in posizioni adiacenti ed opposte al gruppo OH; queste sono rispettivamente le posizioni orto e para. Quindi, in queste posizioni si verificano sostituzioni o attacchi da o verso l'anello fenolico..

Tridimensionalità della rete

Ricordando le ibridazioni chimiche, il carbonio dei ponti metilenici è sp3; quindi, è un tetraedro che pone i suoi legami all'esterno o al di sotto dello stesso piano. Di conseguenza, gli anelli non si trovano sullo stesso piano e le loro facce hanno orientamenti diversi nello spazio:

Segmento della struttura tridimensionale della bachelite. Fonte: Wikimedia Commons.

Quando invece le sostituzioni avvengono solo in posizioni -orto si ottiene una catena polimerica. Ma, man mano che il polimero cresce attraverso le posizioni -para, viene stabilita una sorta di rete o rete tridimensionale di anelli fenolici..

A seconda delle condizioni di processo, la rete può assumere una "morfologia rigonfia", indesiderabile per le proprietà della plastica. Più è compatto, migliori saranno le prestazioni come materiale.

Proprietà

Prendendo quindi la bachelite come una rete di anelli fenolici legati da ponti metilenici, si capisce il motivo delle sue proprietà. I principali sono menzionati di seguito:

-È un polimero termoindurente; cioè una volta solidificato non può essere modellato per effetto del calore, anzi diventando ancora più incrostato.

-La sua massa molecolare media è solitamente molto alta, il che rende i pezzi di bachelite notevolmente più pesanti rispetto ad altre plastiche della stessa dimensione..

-Se strofinato e la sua temperatura sale, emana un caratteristico odore di formaldeide (riconoscimento organolettico).

-Una volta stampato, ed essendo un materiale plastico termoindurente, mantiene la sua forma e resiste all'effetto corrosivo di alcuni solventi, agli aumenti di temperatura e ai graffi..

-È un pessimo conduttore di calore ed elettricità.

-Emette un suono caratteristico quando vengono colpiti due pezzi di bachelite, il che aiuta a identificarlo qualitativamente.

-Di recente sintesi, ha una consistenza resinosa ed è di colore marrone. Quando si solidifica, acquisisce diverse sfumature di marrone, fino a diventare nero. A seconda di cosa è riempito (amianto, legno, carta, ecc.) Può presentare colori che variano dal bianco al giallo, marrone o nero..

Ottenere

Per ottenere la bachelite è necessario prima un reattore dove si mescolano fenolo (puro o da catrame di carbone) e una soluzione concentrata di formaldeide (37%), mantenendo un rapporto molare fenolo / formaldeide uguale a 1. La reazione inizia la polimerizzazione per condensazione (perché acqua, una piccola molecola) viene rilasciata.

La miscela viene quindi riscaldata sotto agitazione e in presenza di un catalizzatore acido (HCl, ZnClDue, H3PO4, ecc.) o di base (NH3). Si ottiene una resina marrone a cui si aggiunge più formaldeide e si scalda a circa 150 ° C sotto pressione..

Successivamente, la resina viene raffreddata e solidificata in un contenitore o stampo, accompagnato oltre al materiale di riempimento (già citato nella sezione precedente), che favorirà un certo tipo di consistenza e colori desiderabili..

Applicazioni

Assi di legno di plastica. Fonte: VarunRajendran su Wikipedia in inglese [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

La bachelite è la plastica per eccellenza della prima metà e della metà del XX secolo. Telefoni, scatole di comando, pezzi degli scacchi, maniglie di porte di veicoli, domino, palle da biliardo; qualsiasi oggetto costantemente sottoposto a lievi urti o movimenti è realizzato in bachelite.

Poiché è un cattivo conduttore di calore ed elettricità, è stato utilizzato come plastica isolante nelle scatole dei circuiti, come componente dei sistemi elettrici di radio, lampadine, aeroplani e tutti i tipi di dispositivi indispensabili durante le guerre mondiali..

La sua solida consistenza era abbastanza attraente per il design di scatole e gioielli intagliati. In termini di ornamento, quando la bachelite viene mescolata con il legno, al secondo viene assegnata una texture plastica, con la quale sono state realizzate tavole o tavole composite per rivestire pavimenti (immagine in alto) e spazi domestici..

Riferimenti

  1. Università Federico II di Napoli, Italia. (s.f.). Resine fenolo-formaldeide. Estratto da: whatischemistry.unina.it
  2. Isa Mary. (5 aprile 2018). Archeologia e l'era della bachelite della plastica nella discarica di Brody. Cavolo. Estratto da: campusarch.msu.edu
  3. Gruppi della divisione di educazione chimica del College of Science. (2004). La preparazione della bachelite. Università di Purdue. Estratto da: chemed.chem.purdue.edu
  4. Bakelitegroup 62. (s.f.). Struttura. Estratto da: bakelitegroup62.wordpress.com
  5. Wikipedia. (2019). Bachelite. Estratto da: en.wikipedia.org
  6. Boyd Andy. (2016, 8 settembre). Leo Baekeland e bachelite. Recupero da: uh.edu
  7. NYU Tandon. (5 dicembre 2017). Luci, macchina fotografica, bachelite! L'Ufficio per gli affari studenteschi ospita una serata cinematografica divertente e istruttiva. Recupero da: engineering.nyu.edu

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