- Struttura in bachelite
- Formazione
- Sostituzioni orto e para
- Tridimensionalità della rete
- Proprietà
- Ottenere
- applicazioni
- Riferimenti
La bachelite è una resina polimerica di fenolo e formaldeide, la definizione chimica precisa ed è un idrossido di polioxibenciletilenglicol. 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; fondando poi la General Bakelite Company nel 1910. All'inizio, pur modificando 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 sufficientemente solida e termostabile, di alto valore per le sue proprietà. Così, la bachelite ha sostituito 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 nella foto sopra è realizzato in bachelite, così come molti oggetti di un colore nero simile a questo, o ambra o bianco (dall'aspetto simile all'avorio).
Struttura in bachelite
Formazione
Formazione di una struttura reticolare tridimensionale di polimero fenolo-formaldeide, bachelite. Fonte: MaChe.
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 mostrato 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 = CH 2 o CH 2 O (immagine in alto). Il fenolo è ricco di elettroni, per il fatto che l'OH, sebbene attiri verso se stesso gli elettroni, contribuisce anche alla loro delocalizzazione da parte dell'anello aromatico.
Essendo ricco di elettroni, può essere attaccato da un elettrofilo (specie affamata di elettroni); come ad esempio la molecola CH 2 O.
A seconda che il mezzo sia acido (H + ) o basico (OH - ), l'attacco può essere elettrofilo (la formaldeide attacca il fenolo) o nucleofilo (il fenolo attacca la formaldeide). Ma alla fine, il CH 2 O sostituisce una H del fenolo per diventare un gruppo metilolico, -CH 2 OH; -CH 2 OH 2 + in mezzo acido, o -CH 2 O - in mezzo basico.
Assumendo un mezzo acido, -CH 2 OH 2 + perde una molecola d'acqua nello stesso momento in cui si verifica l'attacco elettrofilo di un secondo anello fenolico. Viene quindi formato un ponte di metilene, -CH 2 - (colorato in blu nell'immagine).
Sostituzioni orto e para
Il ponte in metilene non lega 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 sp 3 ; quindi, è un tetraedro che pone i suoi legami all'esterno o sotto lo 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 maglia 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 uniti da ponti in metilene, si può comprendere 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.
-Quando strofinato e la sua temperatura aumenta, emana un caratteristico odore di formaldeide (riconoscimento organolettico).
-Una volta modellato, essendo una plastica termoindurente, mantiene la sua forma e resiste all'effetto corrosivo di alcuni solventi, aumenti di temperatura e graffi.
-È un terribile conduttore di calore ed elettricità.
-Emette un suono caratteristico quando vengono colpiti due pezzi di bachelite, che aiuta a identificarlo qualitativamente.
-Nuovo sintetizzato, 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 occorre 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. Inizia la reazione di polimerizzazione tramite condensazione (perché l'acqua, una piccola molecola) viene rilasciata.
La miscela viene quindi riscaldata sotto agitazione e in presenza di un catalizzatore acido (HCl, ZnCl 2 , H 3 PO 4 , ecc.) O basico (NH 3 ). 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
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 negli impianti 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 miscelata con il legno, al secondo viene conferita una texture plastica, con la quale sono state realizzate assi o tavole composite per rivestire i pavimenti (immagine in alto) e gli spazi domestici.
Riferimenti
- Università Federico II di Napoli, Italia. (Sf). Resine fenolo-formaldeide. Estratto da: whatischemistry.unina.it
- Isa Mary. (5 aprile 2018). Archeologia e l'era della bachelite della plastica nella discarica di Brody. Cavolo. Estratto da: campusarch.msu.edu
- Gruppi della Divisione dell'Istruzione Chimica del College of Science. (2004). La preparazione della bachelite. Università di Purdue. Estratto da: chemed.chem.purdue.edu
- Bakelitegroup 62. (sf). Struttura. Estratto da: bakelitegroup62.wordpress.com
- Wikipedia. (2019). Bachelite. Estratto da: en.wikipedia.org
- Boyd Andy. (8 settembre 2016). Leo Baekeland e bachelite. Recupero da: uh.edu
- NYU Tandon. (5 dicembre 2017). Luci, macchina fotografica, bachelite! L'Ufficio per gli affari studenteschi ospita una serata cinematografica divertente e istruttiva. Estratto da: engineering.nyu.edu