Основни индустриални полимери

Фенол формалдехид

Много хора датират началото на съвременната индустрия за пластмаси до 1907 г., когато Лео Хендрик Байкеланд, американски химик, роден в Белгия, кандидатства за патент на фенолформалдехиден термосет, който в крайна сметка става известен с запазената марка Bakelite. Известни също като фенолни смоли, фенол-формалдехидните полимери са първите напълно синтетични полимери, които се комерсиализират. Въпреки че формованите продукти вече не представляват най-важното им приложение, чрез използването им като лепила те все още представляват почти половината от общото производство на термореактивни полимери.

Експериментите с фенолни смоли всъщност са предшествали работата на Baekeland. През 1872 г. немският химик Адолф фон Байер кондензира трифункционален фенол и дифункционален формалдехид, а в следващите десетилетия студентът на Байер Вернер Клеберг и други химици изследват продуктите, но не успяват да продължат реакцията, тъй като не успяват да кристализират и характеризират аморфните смолисти продукти. Именно Baekeland през 1907 г. успя да контролира реакцията на кондензацията да произведе първата синтетична смола. Baekeland успя да спре реакцията, докато смолата все още беше в разтворимо, разтворимо състояние (етап А), в което можеше да се разтвори в разтворители и да се смеси с пълнители и подсилвания, които ще я превърнат в използваема пластмаса. След това смолата, наречена резола, беше пренесена в стадий В, където, макар и почти неразтворима и неразтворима, все още може да бъде омекотена от топлина до окончателна форма във формата. Неговият напълно втвърден, термореактивен етап беше етап С. През 1911 г. компанията Baekeland General Bakelite започва работа в Перт Амбой, щата Джорджия, САЩ и скоро след това много компании използват Bakelite пластмасови изделия. На пазара на пластмаси, практически монополизиран от целулоид, силно запалим материал, който се разтваря лесно и омекотява с топлина, Bakelite намери готовност, тъй като може да стане неразтворим и непроницаем. Освен това термореактивният продукт би понасял значителни количества инертни съставки и следователно би могъл да бъде модифициран чрез включване на различни пълнители, като дървесно брашно, памучно стадо, азбест и нарязана тъкан. Поради отличните си изолационни свойства, смолата е направена в гнезда, копчета и циферблати за радиостанции и се използва в електрическите системи на автомобилите.

За производството на фенол-формалдехидни полимери се използват два метода. В един, излишък от формалдехид взаимодейства с фенол в присъствието на основен катализатор във воден разтвор до получаване резолът, което е преполимер с ниско молекулно тегло с СН ₂ ОН групи, прикрепени към фенол пръстени. При нагряване резолът се кондензира допълнително със загуба на вода и формалдехид, за да се получат термореактивни мрежови полимери. Другият метод включва взаимодействие на формалдехид с излишък на фенол, използвайки киселинен катализатор за получаване на преполимери, наречени новолаки. Новолаките наподобяват полимера с това, че са с много по-ниско молекулно тегло и все още са термопластични. Втвърдяването към мрежовия полимер се осъществява чрез добавяне на повече формалдехид или, по-често, на съединения, които се разлагат до формалдехид при нагряване.

Фенол-формалдехидните полимери правят отлични лепила за дървесина за шперплат и дървесни частици, тъй като образуват химически връзки с фенол-лигновия компонент на дървесината. Лепилата за дърво всъщност представляват най-големия пазар за тези полимери. Полимерите са с тъмен цвят в резултат на странични реакции по време на полимеризация. Тъй като цветът им често оцветява дървесината, те не са подходящи за вътрешни декоративни облицовки. Те са лепилото за избор на външен шперплат, благодарение на добрата им устойчивост на влага.

Фенолните смоли, неизменно подсилени с влакна или люспи, също се отливат в устойчиви на топлина предмети, като електрически съединители и дръжки на уреда.

Уреа-формалдехидни полимери

Смолите, направени от карбамидо-формалдехидни полимери, започват търговска употреба в лепила и свързващи вещества през 20-те години. Те се обработват по почти същия начин, както при ресолите (т.е. с помощта на излишък от формалдехид). Подобно на фенолите, полимерите се използват като лепила за дърво, но тъй като са по-светли на цвят, те са по-подходящи за вътрешен шперплат и декоративни облицовки. Те обаче са по-малко издръжливи и нямат достатъчна устойчивост на атмосферни влияния, за да се използват при външни приложения.

Уреа-формалдехидните полимери се използват и за третиране на текстилни влакна с цел подобряване на устойчивостта на бръчки и свиване и се смесват с алкидни бои, за да се подобри повърхностната твърдост на покритието.

Меламиново-формалдехидни полимери

Тези съединения са подобни на карбамидо-формалдехидните смоли при обработката и приложението им. В допълнение, тяхната по-голяма твърдост и водоустойчивост ги прави подходящи за декоративни съдове за вечеря и за изработка в продукта за плот и плот, разработен от корпорация Formica и продаван под запазеното име Formica.

Полимерите на основата на меламин също са широко използвани като омрежаващи агенти в изпечени системи за повърхностно покритие. Като такива те са имали много индустриални приложения - например в автомобилни покрития и покрития за уреди и метални мебели. Използването им в покрития обаче намалява поради ограниченията на емисиите на формалдехид, основен компонент на тези покрития.

Целулози

Целулоза (С ₆ Н ₇ O ₂ [OH] ₃) е естествен полимер, съставен от повтарящи се глюкозни единици. В своето естествено състояние (известно като родна целулоза) тя отдавна се добива като търговско влакно - като в памук, лен, коноп, капок, сизал, юта и рами. Дървесината, която се състои от целулоза в комбинация със сложен мрежов полимер, наречен лигнин, е обикновен строителен материал. Хартията също се произвежда от родна целулоза. Въпреки че е линеен полимер, целулозата е термореактивна; това означава, че образува постоянни, свързани структури, които не могат да бъдат разхлабени от топлина или разтворители, без да причинят химическо разлагане. Термореактивното му поведение възниква от силни диполярни привличания, които съществуват между целулозните молекули, придавайки свойства, подобни на тези на взаимосвързаните мрежови полимери.

През 19 век са разработени методи за отделяне на дървената целулоза от лигнин химически и след това за регенериране на целулозата обратно до първоначалния си състав за използване като влакно (район) и пластмаса (целофан). Естерните и етерни производни на целулозата също са разработени и използвани като влакна и пластмаси. Най-важните съединения бяха целулозният нитрат (нитроцелулоза, превърната в целулоид) и целулозен ацетат (известен преди като ацетатен район, но сега известен просто като ацетат). И двата химични производни се основават на целулозната структура