Понять, что такое фенольные смолы
Узнайте все о составе, применении и опасностях, связанных с этими веществами, и узнайте об альтернативах
Фенольные смолы представляют собой термореактивные или термореактивные полимеры, полученные в результате химических реакций конденсации между фенолом (ароматический спирт, полученный из бензола) или производным фенола и альдегидом, особенно формальдегидом (реактивный газ, полученный из метанола). Эти органические функции охватывают большое количество различных химических соединений, и этот факт делает возможным существование широкого спектра фенольных смол, доступных на рынке.
Некоторые производные фенола, которые можно использовать в этом процессе, включают бисфенол-A, бисфенол-F и резорцин, а среди используемых альдегидов - формальдегид, ацетальдегид и пропаналь. Для производства промышленных смол обычно преобладает использование более простых соединений, таких как обычный фенол (гидроксибензол) и формальдегид. Таким образом, фенольные смолы еще называют фенолформальдегидными смолами. Однако в зависимости от конкретных свойств получаемых смол, таких как реакционная способность и гибкость, можно использовать другие типы фенолов и альдегидов.
Основными характеристиками фенольных смол и причинами, по которым они так востребованы, являются: отличные термические свойства, высокий уровень прочности и сопротивления, длительная термическая и механическая стабильность, отличная способность действовать как электрический и теплоизолятор (точка разложения фенольных смол находится в температурной зоне 220 ° С и выше).
Во время синтеза этих смол принимается во внимание несколько факторов, таких как отношение фенола к альдегиду в смеси, температура реакции и выбор катализатора. Таким образом, в зависимости от принятого производственного процесса фенольные смолы можно разделить на два основных класса, а именно: новолачные смолы и резольные смолы.
Резольные смолы получают за счет использования высоких температур с помощью щелочных катализаторов и имеют более высокую долю формальдегида, чем фенол, в смеси, в то время как новолачные смолы синтезируются в кислой среде и с формальдегидом в меньшей пропорции, чем фенол, в его смеси. состав. Кроме того, в то время как смолы резольного типа обычно представлены в жидком состоянии, смолы новолачного типа представлены в твердом состоянии (получаются под действием температуры и давления, формуются и затвердевают при охлаждении), что обеспечивает большую полезность и применение фенольных смол в различных отраслях.
Происхождение и открытие
Фенольные смолы имеют большое значение, поскольку они считаются первым термореактивным полимером, синтетически произведенным для коммерческого использования.
Открытие и первые сообщения о продуктах, возникающих в результате реакции между фенолом и формальдегидом, произошли в конце девятнадцатого века, но именно в 1907 году Лео Бекеланд смог разработать фенольную смолу в контролируемом процессе, сначала названном бакелитом, создав таким образом патент на фенольные смолы, «Тепло и давление», или по-португальски «Калорийность и давление». Его патент касался применения быстрого отверждения к формовочной композиции определенной формы, заданной формой формы.
Это событие можно считать вехой, предшествовавшей производству пластмасс, и благодаря новаторским усилиям Бэкеланда фенольные смолы признаны предшественниками большого количества полимеров. В первые десятилетия 20-го века производство этих смол произвело революцию и привело к тому, что пластмассовая промышленность стала такой, какой мы ее знаем сегодня. Первые применения этих синтетических смол были нацелены на рынок формованных и ламинированных деталей для использования в электрическом оборудовании.
До сегодняшнего дня фенольные смолы имеют большое значение и используются в различных промышленных приложениях и в различных секторах, таких как автомобилестроение, электротехника, компьютеры, аэрокосмическая промышленность и гражданское строительство.
Где они находятся?
В течение немногим более века эти смолы использовались для различных целей и во многих секторах и сегментах. Они могут быть представлены в жидкой или твердой форме и иметь различное применение в зависимости от их состояния и параметров и материалов, принятых при их производстве.
На протяжении всей истории своего применения фенольные смолы широко использовались для производства формованных изделий (например, таких как шары для бассейнов и лабораторные скамейки), а также в качестве покрытий и клеев. Кроме того, эти смолы когда-то считались основным материалом, используемым для производства электрических плат, поскольку они устойчивы к высоким температурам и огню, но в настоящее время они в значительной степени заменены эпоксидными смолами и тканью, стекловолокном.
В дополнение к этим применениям фенольные смолы также используются в качестве клеев, клеев для фанеры и агломерированных деревянных панелей, в качестве связующих для стекловолокна, минеральной ваты и других изоляционных материалов, для пропитки и ламинирования древесины и пластмасс, в электротехнических ламинатах, в углероде. пены, формовочные смеси, литейные смолы (термостойкие и кислотостойкие покрытия) и композиты, армированные волокном. Их также используют в лакокрасочных материалах.
Распространенной причиной использования фанеры с фенольными смолами вместо простой древесины является ее устойчивость к растрескиванию, усадке, скручиванию, огню и высокий уровень прочности. Таким образом, такие материалы заменяют многие другие виды древесины при применении в секторе гражданского строительства. Не говоря уже о том, что ламинаты, изготовленные на основе этой смолы, получают путем пропитки одного или нескольких слоев основного материала, такого как бумага, стекловолокно или дерево, фенольной смолой под действием тепла и давления.
Примерами продуктов на основе фенольных смол являются: шары для бассейнов (на основе твердой фенолформальдегидной смолы) и необходимые тормозные колодки и диски сцепления (автомобильная промышленность).
Фенольные смолы остаются очень важными промышленными полимерами, хотя сегодня они чаще всего используются в качестве клея для склеивания фанеры и других строительных изделий из дерева.
Риски для здоровья человека
Несмотря на то, что фенольные смолы все еще производятся в больших масштабах, доказано, что они опасны для здоровья человека, а риски, связанные с ними, напрямую связаны с типом соединения, используемого в их синтезе. Необходимо знать материал, выбранный для его производства, как фенол или производное, так и используемый альдегид, чтобы точно знать возможные опасности и искать более адекватные и безопасные альтернативы.
Как указано выше, в процессе производства фенольных смол можно использовать различные типы фенолов и альдегидов. В основном это фенол, бисфенол-A, бисфенол-F и формальдегид.
В случае бисфенола-A и бисфенола-F, которые могут использоваться в синтезе этих смол, исследования показали, что эти вещества накапливаются в организме и действуют как эндокринные разрушители, оказывая эстрогенное и андрогенное действие, отрицательно влияя на щитовидная железа и увеличение веса матки и веса яичек и желез (подробнее читайте в разделе «Узнайте о видах бисфенола и их рисках»). Кроме того, фенол в его простой форме оказался токсичным и, помимо других осложнений, вызывает раздражение дыхательной системы человека.
Еще одно вещество, которое часто используется для производства фенольных смол и считается опасным, - это формальдегид (подробнее о нем читайте в разделе «Узнайте об опасностях формальдегида и о том, как их избежать»). Формальдегид является очень летучим и относится к опасной группе летучих органических соединений, также известных как ЛОС (подробнее о ЛОС см. В статье «ЛОС: узнайте, что такое летучие органические соединения, их риски и как их избежать»).
Кроме того, согласно исследованиям, представленным Международным агентством по изучению рака (IARC), формальдегид считается канцерогенным для человека, а также может действовать как эндокринный разрушитель.
Таким образом, с широким использованием и возможным истощением ископаемого сырья (основы для производства большинства этих смол), дополненного все более строгими правилами в области здоровья человека и окружающей среды, поиск альтернативных веществ для формальдегид становится серьезной проблемой в промышленности фенольных смол.
Переработка предметов, содержащих эти смолы
Уже запрещенное или контролируемое в нескольких странах, но еще не в Бразилии, производство фенольных смол в том виде, в каком мы его знаем сегодня, сочтено. В этом случае, помимо токсичности продукта, необходимо также учитывать неустойчивость производства, поскольку оно зависит от нефти, невозобновляемого источника.
Поскольку это термореактивный полимер, утилизация и переработка продуктов, содержащих этот тип смолы, затруднительна, поскольку они имеют поперечные связи в своей структуре, а при повторном нагревании эти связи разрываются, вызывая разрушение материала и вредное диспергирование веществ.
Это не означает, что нельзя повторно использовать термореактивные пластмассы. Их можно добавлять в небольших количествах в качестве наполнителей и армирующих материалов, включая термопласты и термореактивные материалы.
Один из используемых методов обработки состоит в «разбивании» термореактивного материала на мелкие кусочки и смешивании этих кусочков с первичным материалом, в результате чего они остаются внутри. Использование переработанных фенольных смол делает процесс отверждения (при высоких температурах) более быстрым и, следовательно, более дешевым, а также позволяет создать очень блестящую поверхность. Кроме того, сообщалось, что использование переработанных термореактивных материалов, таких как наполнитель, обеспечивает идеальный диапазон адгезии для первичного материала.
Альтернативы
Растущая озабоченность экологическими проблемами, энергетической безопасностью и устойчивостью, а также стремление снизить зависимость от сырой нефти активизировали глобальные усилия по производству биопродуктов из возобновляемых источников. Производство химических и биологических материалов для замены продуктов на основе нефти имеет важное значение в обществе, которое мечтает об истинном устойчивом развитии без макияжа.
В этом контексте важно разработать полимеры и смолы на основе природных источников. Например, фенол на нефтяной основе можно заменить биофенолами, а канцерогенный формальдегид можно заменить фурфуролом или гидроксиметилфурфуролом на основе сахара. Затем разработка смол на биологической основе приведет к производству действительно экологически чистых смол.
Таким образом (как можно более подробно увидеть в статье: исследователи Фармакопеи США изучают потенциальное использование остатков агропромышленного комплекса) были изысканы альтернативы для удовлетворения этой потребности в производстве устойчивой смолы на коммерческом уровне. А в такой стране, как Бразилия, большая часть территории которой находится в зоне с тропическим климатом, сельское хозяйство символизирует один из главных двигателей экономики. Для решения этой проблемы можно найти сырье, которое до этого считалось сельскохозяйственными отходами, например сахарный тростник (жмых и волокна).
Источники: фенолоформальдегидные смолы, фенольные смолы: столетняя история, фенольные смолы: 100 лет истории и все еще продолжают расти, и фенольные смолы на основе природных источников.