Spoznajte vse o sestavi, aplikacijah in nevarnostih, povezanih s temi snovmi, ter spoznajte druge možnosti

Fenolne smole so termosetni polimeri ali termoseti, dobljeni s kemično kondenzacijsko reakcijo med fenolom (aromatični alkohol, pridobljen iz benzena) ali derivatom fenola, in aldehidom, zlasti formaldehidom (reaktivni plin, pridobljen iz metanola) . Te organske funkcije zajemajo veliko število različnih kemičnih spojin, kar omogoča, da je na voljo široka paleta fenolnih smol.

Nekateri derivati ​​fenola, ki jih je mogoče uporabiti v tem postopku, so bisfenol-A, bisfenol-F in resorcinol, med uporabljenimi aldehidi pa so formaldehid, acetaldehid in propanal. Za proizvodnjo komercialnih smol običajno prevladuje uporaba enostavnejših spojin, kot sta običajni fenol (hidroksibenzen) in formaldehid. Tako fenolne smole imenujemo tudi fenol-formaldehidne smole. Glede na posebne lastnosti smol, ki jih je treba pridobiti, na primer reaktivnost in fleksibilnost, pa je mogoče uporabiti druge vrste fenolov in aldehidov.

Glavne značilnosti fenolnih smol in razlogi, zakaj se tako zahtevajo, so: odlično toplotno obnašanje, visoka raven trdnosti in odpornosti, dolga toplotna in mehanska stabilnost, odlična sposobnost delovanja kot električni in toplotni izolator (točka razgradnje smol fenoli v temperaturnem območju od 220 ° C in več).

Med sintezo teh smol se upošteva več dejavnikov, kot so delež fenola in aldehida v zmesi, reakcijska temperatura in izbira katalizatorja. Tako lahko glede na sprejeti postopek izdelave fenolne smole razdelimo v dva glavna večja razreda, in sicer: novolakove smole in resole smole.

Resolne smole dobimo z uporabo visokih temperatur s pomočjo alkalnih katalizatorjev in imajo v zmesi večji delež formaldehida kot fenola, novolakove smole pa se sintetizirajo v kislih gojiščih in s formaldehidom v manjšem deležu. kot fenol v svoji sestavi. Poleg tega so smole tipa resole običajno v tekoči obliki, smole tipa novolac pa so v trdnem stanju (dobljene pod vplivom temperature in tlaka, oblikovane in strjene, ko se ohladijo), kar omogoča veliko uporabnost in uporabo fenolnih smol v različnih sektorjih.

Izvor in odkritje

Fenolne smole so zelo pomembne, saj veljajo za prvi termoreaktivni polimer, proizveden sintetično za komercialno uporabo.

Odkritja in prva poročila o proizvodih, ki izvirajo iz reakcije med fenolom in formaldehidom, so se zgodila konec 19. stoletja, vendar je bilo leta 1907 Leo Baekeland sposoben razviti fenolno smolo v nadzorovanem postopku, imenovanem v začetku bakelit, kar je ustvarilo tako njegov patent za fenolne smole, "Heat and Pressure" , ali v portugalščini "Heat and Pressure". Njegov patent je poročal, kako uporabiti hitro strjevanje na kalupu v določeni obliki, vnaprej določeni z obliko kalupa.

Ta dogodek lahko štejemo za predhodnika proizvodnje plastike in na podlagi pionirskih prizadevanj Baekelanda so fenolne smole prepoznane kot predhodniki velikega števila polimerov. V prvih desetletjih 20. stoletja je proizvodnja teh smol revolucionirala in spodbudila industrijo plastike, da je takšna, kot jo poznamo danes. Prve aplikacije teh sintetičnih smol so bile namenjene trgu oblikovanih in laminiranih delov za uporabo v električni opremi.

Do danes so fenolne smole zelo pomembne in se uporabljajo v številnih industrijskih aplikacijah in v različnih sektorjih, kot so avtomobilska, električna, računalniška, vesoljska in civilna gradnja.

Kje jih najdejo?

Že nekaj več kot stoletje se te smole uporabljajo za različne namene in v več sektorjih in segmentih. Lahko so v tekoči ali trdni obliki in imajo različno uporabo, odvisno od njihovega stanja ter parametrov in materialov, sprejetih med njihovo izdelavo.

V svoji zgodovini se fenolne smole pogosto uporabljajo za izdelavo kalupov (kot so na primer kroglice za snooker in laboratorijske klopi) ter kot premazi in lepila. Poleg tega so te smole že veljale za primarni material, ki se uporablja za proizvodnjo električnih vezij, saj so odporne na visoke temperature in ogenj, danes pa so jih v veliki meri nadomestile epoksidne smole in tkanine steklena vlakna.

Poleg teh aplikacij se fenolne smole uporabljajo tudi kot lepila, lepila v vezanem lesu in v aglomeriranih lesenih ploščah, kot veziva za steklena vlakna, mineralno volno in druge izolacijske izdelke, za impregniranje in laminiranje lesa in plastičnih mas v električnih laminatih , v ogljikovih penah, kot kalupe, kot livarske smole (prevleke, odporne proti vročini in kislinam) in v kompozitih, ojačanih z vlakni. Uporabljajo se tudi v barvah in lakih.

Pogost razlog za uporabo vezanega lesa s fenolnimi smolami namesto gladkega lesa je njegova odpornost na razpoke, krčenje, sukanje, požar in zaradi visoke stopnje trdnosti. Zato takšni materiali nadomeščajo številne druge vrste lesa pri uporabi v gradbenem sektorju. Da ne omenjam, da so laminati, izdelani na osnovi te smole, narejeni z impregniranjem ene ali več plasti osnovnega materiala, kot so papir, steklena vlakna ali les, s fenolno smolo pod toploto in pritiskom.

Primeri izdelkov na osnovi fenolnih smol so: kroglice za bazene (na osnovi trdne fenol-formaldehidne smole) in zahtevane zavorne ploščice in sklopke (avtomobilska industrija).

Fenolne smole ostajajo zelo pomembni industrijski polimeri, čeprav se danes najpogosteje uporabljajo kot lepila za lepljenje vezanega lesa in drugih strukturnih izdelkov iz lesa.

Tveganje za zdravje ljudi

Čeprav se fenolne smole še vedno proizvajajo v velikem obsegu, je dokazano, da so nevarne za zdravje ljudi in tveganja, ki jih ponujajo, so neposredno povezana z vrsto spojine, ki se uporablja pri njihovi sintezi. Poznati je treba material, izbran za njegovo proizvodnjo, tako fenol ali derivat, kot tudi uporabljeni aldehid, tako da bodo zagotovo znane možne nevarnosti in iskanje ustreznejših in varnejših alternativ.

Kot smo že omenili, se lahko v postopku izdelave fenolnih smol uporabljajo različne vrste fenolov in aldehidov. V glavnem so to fenol, bisfenol-A, bisfenol-F in formaldehid.

V primeru bisfenola-A in bisfenola-F, ki se lahko uporabljata pri sintezi teh smol, so študije pokazale, da so te snovi kumulativne v telesu in delujejo kot endokrini motilci, kar predstavlja estrogene in androgene učinke, negativne učinke na ščitnico in povečanje maternica in teža mod in žlez (preberite več v poglavju "Spoznajte vrste bisfenola in njihova tveganja"). Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je fenol v svoji preprosti obliki poleg drugih zapletov strupen in draži človeški dihalni sistem.

Druga snov, ki se pogosto uporablja za izdelavo fenolnih smol in za katero je bilo ugotovljeno, da predstavlja nevarnost, je formaldehid (preberite več o tem, "Vedeti, kakšne nevarnosti ima formaldehid in kako se jim izogniti"). Formaldehid je zelo hlapljiv, spada v škodljivo skupino hlapnih organskih spojin, znanih tudi kot HOS (glej več o HOS v članku "HOS: vemo, kaj so hlapne organske spojine, njihova tveganja in kako se jim izogniti").

Poleg tega se po študijah, ki jih je predstavila Mednarodna agencija za raziskave raka (Iarc), formaldehid šteje za rakotvorno snov za ljudi in lahko deluje tudi kot endokrini motilec.

Tako je ob široki uporabi in možnem izčrpavanju fosilnih surovin (osnova za proizvodnjo večine teh smol), ki se dodaja vedno strožjim predpisom na področju zdravja ljudi in okolja, iskanje alternativnih snovi za formaldehid postane glavna in pomembna skrb industrije fenolnih smol.

Predelava predmetov, ki vsebujejo te smole

Že v nekaterih državah prepovedana ali nadzorovana, v Braziliji pa še ne, ima proizvodnja fenolnih smol, kot jih poznamo danes, že šteti dneve. V tem primeru je treba poleg strupenosti izdelka upoštevati tudi nevzdržnost proizvodnje, saj je odvisna od nafte, ki je neobnovljiv vir.

Ker gre za termorigidni polimer, postane odstranjevanje in predelava izdelkov, ki vsebujejo to vrsto smole, otežena, saj imajo v svoji strukturi zamreženje, pri ponovnem segrevanju pa se te vezi pretrgajo, kar povzroči razgradnjo materiala in dispergiranje snovi škodljivo.

To ne pomeni, da je termosetove nemogoče ponovno uporabiti. Lahko jih dodamo v majhnih količinah kot polnila in ojačitve, vključno s termoplastičnimi in termoreaktivnimi materiali.

Uporabljena tehnika ponovne obdelave je, da se termoreaktivni material "razbije" na majhne koščke in ti deli zmešajo v deviški material, tako da jih vsebuje v notranjosti. Z uporabo recikliranih fenolnih smol je postopek strjevanja (pod visokimi temperaturami) hitrejši in s tem cenejši ter omogoča ustvarjanje zelo sijoče površine. Poleg tega poročajo, da uporaba recikliranih termoreaktivnih materialov, kot je polnilo, zagotavlja popoln oprijem za neobdelane materiale.

Alternative

Naraščajoče zaskrbljenost zaradi okoljskih izzivov, energetske varnosti in trajnosti, skupaj z željo po zmanjšanju odvisnosti od surove nafte, so okrepile svetovna prizadevanja za proizvodnjo bioloških proizvodov iz obnovljivih virov. Proizvodnja kemikalij in bioloških materialov za nadomestitev naftnih proizvodov je bistvenega pomena v družbi, ki sanja o resničnem trajnostnem razvoju in brez ličil.

V tem okviru je bistvenega pomena, da se razvijejo polimeri in smole na osnovi naravnih virov. Na primer, fenol na osnovi nafte bi lahko nadomestili z biofenoli, rakotvorni formaldehid pa s furfuralom ali hidroksimetil furfuralom, snovmi na osnovi sladkorja. Razvoj smole na biološki osnovi bi nato privedel do proizvodnje resnično trajnostnih smol.

Na ta način (kot je podrobneje razvidno iz članka: Raziskovalci iz USP preiskujejo potencialno uporabo agroindustrijskih odpadkov) so iskane alternative, da bi zadostili tej potrebi po izdelavi trajnostne smole na komercialni ravni. In v državi, kot je Brazilija, ki ima večino svojega ozemlja na območju s tropskim podnebjem, kmetijstvo simbolizira enega glavnih motorjev gospodarstva. Mogoče je najti surovine, ki so bile do takrat videti kot kmetijski odpadki, da bi bile koristne pri reševanju tega problema, kot je na primer sladkorni trs (bagasse in vlakna).

Original text

Contribute a better translation

---