Все мы когда-нибудь имели дело со смолой, но, наверное, не задумывались, откуда и как она образуется. Под словом смола мы представляем очень густое, тягучее вещество с характерным запахом, привычного для нас чёрного или желтоватого цвета. Действительно, смолу можно получать из надрезов деревьев (например, сосен). Смола –прекрасный строительный материал и поэтому, её использовали и сейчас используют для строительных нужд. Конечно, не умея синтезировать синтетические смолы, раньше использовались природные: янтарь (на самом деле – это застывшая природная смола!), канифоль (используем при пайке), каучук натуральный, копал.
Все перечисленные смолы - растительного происхождения. Но существуют также и смолы животного происхождения, например шеллак. Шеллак раньше широко использовался при изготовлении пластинок для проигрывателей, а раствор этой смолы в спирте применялся для лакового покрытия деревьев.
На самом деле ещё пару веков назад шеллак считался очень дорогим материалом. Это следовало из большой трудоёмкости процесса его обработки из получаемого природного материала. Дороговизна изготовления вынуждала покупать его у жителей юго-восточных стран (Индия, Индокитай).
Только в конце 19 века химики начали поиск решения этой проблемы. И конечно же, заменитель шеллака был найден - фенолформальдегидная смола!
Фенолформальдегидная смола – вещество получаемое при нагревании смеси формальдегида (формалина) и фенола. Впервые такая химическая реакция была проведена немецким учёным Адольфом Байером в 1872 г. В процессе химического взаимодействия формальдегида и фенола образовывался полимер и молекула воды. Конечно, при этой реакции был и недостаток, который заключался в том, что смола получалась хрупкой, да и сама реакция проводилась при температуре 140…1800 С. Поэтому и вода, которая образовывалась при реакции – вся переходила в пар.
Это приводило к возникновению вздутий и пустот. Решение всех проблем одним из первых нашёл американский химик Лео Хендрик Бакеланд (1863—1944). В период с 1905 по 1909 г. он обнаружил, что хрупкость полимера можно понизить, если в реакционную смесь перед затвердеванием добавить 40— 60% древесной муки. Впоследствии древесную муку и другие не растворимые в получаемом полимере твёрдые вещества, улучшающие его свойства, стали называть наполнителями. Американский химик установил, что если синтез проводить при повышенном давлении, то даже при температуре реакционной смеси выше 100 ° С вода не переходит в пар, что положительно влияет на прочность смолы. Так как воздушные пузырьки в смоле отсутствуют ,то такая смола не содержит пустот. Бакелит начали производить промышленным способом раньше других синтетических смол — в 1910 г. В честь этого американского химика и названа смола – бакелит.
Бакелит обладает высокой прочностью, жёсткостью. Свойство бакелита не проводить электрический ток, широко применяют в производстве электроаппаратуры: патронов для лампочек, вилок и розеток. Из бакелита можно изготавливать гетинакс (прессованный слоистый материал, пропитанный фенолформальдегидной смолой, в основе которого лежит бумага). Для его получения бумагу сначала пропитывают смолой, потом сушат и прессуют под давлением 10…15 атмосфер и температуре 150…1600C. Полученный твёрдый материал – гетинакс в случае его нагревания – обугливается, но не размягчается! А вот, если бумагу заменить на ткань – получим тоже достаточно твёрдый материал - текстолит (от лат. textum — «ткань» и греч. «литос» — «камень»). Этот материал также, как и гетинакс широко применяют в электротехнике. При необходимости получения материала с очень высокой теплоизоляцией используют асбестовую ткань или стекловолокно (стеклоткань).
Получение фенолформальдегидной смолы
Для получения фенолформальдегидной смолы нам необходим 40% раствор формалина (или метаналя) и кристаллический фенол (если такого не имеется, можно использовать концентрированный раствор фенола, он имеется в продаже в виде карболовой кислоты). При работе с этими веществами нужно помнить, что это яды.
Итак, для получения фенолформальдегидной смолы нам нужно смешать 2 г. кристаллического фенола (или 4 мл концентрированного раствора карболовой кислоты) с 3 мл приготовленного формалина. Затем к смеси добавить 3 капли концентрированной соляной кислоты HCl. Наблюдаем, как смесь разогревается и вскипает, при этом превращаясь в вязкую стеклообразную массу. Можно немного охладить колбу с протекающей реакцией (при охлаждении реакция немного замедлится).
Стеклянной палочкой возьмём пробу стекловидной массы и пробуем растворить в различных растворителях (воде, спирте). Видим, что масса растворяется. На это стадии образуются короткие цепочки молекул, образуя вещество резол.
В процессе дальнейшего протекания реакции получается очень вязкая масса. Теперь, если взять пробу и попытаться её растворить – она не будет растворяться. Масса приобрела пластичность из-за образования больших цепей молекул. Это вещество называется резитолом.
При завершении реакции ставим пробирку с вязкой массой в ёмкость с кипящей водой. Постепенно фенолформальдегидная смола всё более затвердевает и превращается в камень. Достать её можно, разбив пробирку. Она имеет красноватый цвет, не плавится и не растворяется. Если кусочек фенолформальдегидной молы поместить в открытое пламя, она будет очень медленно сгорать, обугливаться, немного искрить и окрашивать пламя в желтоватый цвет. При горении чувствуется запах фенола.
Можно остановить реакцию образования фенолформальдегидной смолы на какой-либо стадии путём добавления щёлочи к смеси (в щелочной среде реакция значительно замедляется).
Перейти на английский