Кіріспе

Бірінші синтетикалық пластик

Chembox
|ImageFile=Bakelit Struktur.svg
|ImageSize=
|ImageName=
|Section1=
|Section2=
|Section4=Chembox Thermochemistry
| DeltaGf =
| DeltaHc =
| DeltaHf =
| Entropy =
| HeatCapacity = 0.92 кДж/(кг·К)

Бакелит – қазіргі әлемге енгізілген алғашқы пластик тәрізді материалдардың бірі болды және оның кез келген пішінге қалыпталып, кейін қатайтылу мүмкіндігі болғандықтан танымал болды. Электр тогын өткізбеу қасиеті мен ыстыққа төзімділігінің арқасында ол коммерциялық жағынан үлкен жетістікке жетті. Ол электр оқшаулағыштарында, радио және телефон корпустарында, сондай-ақ ас үйге арналған ыдыстар, әшекейлер, түтіктер, балалар ойыншықтары және қару-жарақ сияқты алуан түрлі өнімдерде қолданылды. Ескі Бакелит өнімдерінің ретро стильде болуы коллекционерлердің назарына іліктірді. Синтетикалық пластик жасау – сол кезде кірісінің басым бөлігі мата бояулары мен жарылғыш заттардан түсетін химия өнеркәсібі үшін революциялық жаңалық болды. Бакелиттің коммерциялық сәттілігі өнеркәсіпті басқа синтетикалық пластиктерді дамытуға ынталандырды. Әлемдегі алғашқы коммерциялық синтетикалық пластик ретінде Бакелиттің есімі Америка химия қоғамымен Ұлттық тарихи химиялық ескерткіштер тізіміне енгізілді.

Тарих

Бакелитті алғаш рет 1872 жылы Адольф фон Баер өндірді, бірақ сол кезде оны коммерциялық өнім ретінде пайдалану туралы ой жоқ еді. Лео Бэкленд өзінің үйдегі зертханасында фенол мен формальдегидтің реакцияларын зерттей бастаған кезде Velox фотоқағазын ойлап тапқандықтан әлдеқашан бай болған. Химиктер көптеген табиғи шайырлар мен талшықтардың полимерлер екенін біле бастады. Бэклендтің бастапқы мақсаты – шилақтың орнын басатын материал табу еді, себебі шилақ лак жәндіктерінің (әсіресе Kerria lacca) секрециясынан табиғи жолмен жасалатындықтан жеткілікті емес еді. Ол Novolak деп аталатын ерігіш фенол-формальдегид шелағын жасады, бірақ ол нарықта сәттілікке жете алмады. Бұл – алғашқы синтетикалық терморезистентті пластик болды, және Бэкленд одан "мың бір затты" жасауға болатынын болжады. Бэкленд осыған қатысты көптеген патенттерге өтініш берді. Ол Бельгия, Канада, Дания, Венгрия, Жапония, Мексика, Ресей және Испания сияқты басқа елдерде де патенттік қорғауға өтініш берді. 1909 жылдың 5 ақпанында ол өзінің өнертабысын Американдық химиялық қоғамның мәжілісінде жариялады. Бэкленд жаңа материалының жартылай коммерциялық өндірісін өз үй зертханасында бастады және оны электр оқшаулағыштары үшін материал ретінде сатты. 1909 жылдың жазында ол Rütger AG компаниясына континенттік Еуропалық құқықтарды лицензиялады. Сол кезде құрылған Bakelite AG еншілес компаниясы бакелитті өнеркәсіптік масштабта алғаш рет өндірді. 1910 жылға қарай Бэкленд АҚШ-та кеңейтуді қажет ететіндей жеткілікті материал өндірді. Ол өзінің жаңа өндірістік материалының өндірісі мен сатуы үшін АҚШ компаниясы ретінде Нью-Джерси штатының Перт-Амбой қаласында General Bakelite Company компаниясын құрды және оны басқа елдерде өндіру үшін шетелде байланыс жасады. Дегенмен, қалыпталған пластиктерге деген сұраныс компанияны қатты смолаларды құюға емес, қалыптауға шоғырлануға мәжбүр етті. 1922 жылы Бакелит корпорациясы Бэклендке тиімді патенттік сот ісі аяқталғаннан кейін үш компанияның бірігуінен құрылды: Бэклендтің General Bakelite Company компаниясы; Дж. В. Айлсворт құрған Condensite Company компаниясы; және Лоуренс В. Редман құрған Redmanol Chemical Products Company компаниясы. Condensite компаниясынан келген жарнама және қоғамдық қатынастар директоры Аллан Браунның басшылығымен бакелит "мың пайдаланудың материалы" ретінде белсенді түрде сатылды. 1925 жылдың 25 тамызында шексіздіктің математикалық символынан жоғары орналасқан В әрпінен тұратын тауар таңбасын тіркеуге өтініш берілді және бұл таңба 1924 жылдың 1 желтоқсанынан бастап қолданыста екені мәлімделді. Олардың тауар таңбаларын алуға байланысты өтініштерінде оның алуан түрлі мақсатта қолданылуы көрсетілген. 1925 жылдың қазан айындағы "Пластиктер" журналының бірінші санында бакелит мұқабасында болды және онда Аллан Браунның "Бакелит – бұл не" деген мақаласы жарияланды. Олардың арасында "қара, қоңыр, қызыл, сары, жасыл, сұр, көк және осы түстердің екі не одан да көп қоспалары" болды. Мақалада бакелиттің әртүрлі формалары бар екеніне назар салынды. Бакелит әртүрлі қажеттіліктерге сай бірнеше формада өндіріледі. Барлық формаларында негізгі құралы – бакелит шайыры. Бұл сортқа зергерлік бұйымдар, темекі шегуге арналған заттар және т.б. үшін ашық материал жатады; электр шамдарын металл негіздерге бекітуге арналған цемент; электр катушкаларын импрегнирлеуге арналған лактар және т.б.; жабдықтардың бетін қорғауға арналған лактар; өнеркәсіптік жабдықтарға кедергілі қаптама беруге арналған эмальдар; үнсіз жұмыс істейтін тісті дөңгелектер мен оқшаулауға қолданылатын ламинатталған бакелит; және пайдалы әрі әдемі заттар жасалатын қалыптау материалы жатады. Қалыптау материалы әдетте целлюлозалық заттарды бастапқы "қайта өңделмеген" шайырмен импрегнирлеу арқылы дайындалады. Англияда 1926 жылы британдық фенол-формальдегид шайырларын жеткізуші үш компанияның бірігуінен (Бирмингемдегі Damard Lacquer Company Limited, Дарли Дейлдегі Mouldensite Limited және Лондонның Redmanol Chemical Products Company) құрылған Bakelite Limited компаниясы құрылды. 1928 жылы Тайслиде (Бирмингем) жаңа бакелит зауыты ашылды. 1987 жылы жабылғанға дейін ол "Ұлыбританиядағы бакелит өндірісінің ортасы" болды. 1931 жылы Нью-Джерси штатының Баунд-Брук қаласында фенолді шайырлар мен прекурсорлар шығаратын зауыт ашылды. Бакелит материалынан басқа, бұл компаниялар көптеген басқа өнімдерді де өндірді, олардың көпшілігі "Бакелит пластиктері" деген бренд атымен сатылды. Оларға Каталинге ұқсас басқа да фенолды шайырлар және ақ түсті бояуға болатын формальдегид шелтеуіштер кірді. Бэклендтің 1927 жылы аяқталған жылу және қысым патенттері мерзімі біткеннен кейін Бакелит корпорациясы басқа компаниялардан күшті бәсекелестікке тап болды. Қалыпталған бакелитке беріктік беру үшін толтырғыштар қосылғандықтан, ол көбінесе көзге жағымсыз қара түстерде жасалған. Мәрмәрленген фенолды шайырлар жасауға да Каталин компаниясы себеп болуы мүмкін.

Синтез

Бакелит алу – көп кезеңді процесс. Ол фенол мен формальдегидті тұз қышқылы, мырыш хлориді немесе аммиак сияқты катализатордың қатысуымен қыздырудан басталады. Бұл алкогольде, ацетонда немесе қосымша фенолда еритін «Бакелит А» деп аталатын сұйық конденсация өнімін жасайды. Одан әрі қыздырылғанда, өнім ішінара ерігіш болады және оны жылумен жұмсақ етуге болады. Ұзақ қыздыру нәтижесінде «ерімейтін, қатты резина тәрізді зат» пайда болады. Алайда, оны жасау үшін қажетті жоғары температура стандартты атмосфералық қысымда жасалғанда, қоспаның күшті көпіргенуіне себеп болады, нәтижесінде салқындатылған материал кеуекті және сынғыш болады. Бейкеландтың инновациялық қадамы – «соңғы конденсация өнімін» жұмыртқа пішіндес «Бакелайзерге» салу болды. Шамамен 150 °C (302 °F) температурада, қысыммен қыздыру арқылы, Бейкеланд көпіргенуді болдырмауға мүмкіндік алды. Нәтижесінде алынған зат өте қатты, ерімейтін және ысытпағанда балқымайтын болады. Асбесттің өндірісіне көптеген елдер тыйым салғандықтан, оны толтырғыш ретінде пайдалану тоқтатылды. Миллиондаған бөліктерді жылдам және салыстырмалы түрде арзан бағада көшіруге болады. Бакелит фенолдық қабаттары көптеген коммерциялық сапаларда және әртүрлі механикалық, электрлік және жылулық талаптарға сәйкес әртүрлі қоспалармен шығарылады. Кейбір жалпы түрлері:
NEMA XX, MIL I 24768 PBG стандартына сәйкес қағазбен күшейтілген. Қалыпты электрлік қолдану, орташа механикалық беріктік, үздіксіз жұмыс температурасы.
NEMA C, MIL I 24768 TYPE FBM стандартына сәйкес матамен күшейтілген, NEMA CE, MIL I 24768 TYPE FBG стандартына сәйкес. Жақсы механикалық және соққыға төзімділік, үздіксіз жұмыс температурасы 250 °F.
NEMA L, MIL I 24768 TYPE FBI стандартына сәйкес зығырмен күшейтілген, NEMA LE, MIL I 24768 TYPE FEI стандартына сәйкес. Жақсы механикалық және электрлік беріктік. Күрделі, жоғары беріктік бөліктеріне ұсынылады. Үздіксіз жұмыс температурасы 250 °F.
NEMA N 1, MIL I 24768 TYPE NPG стандартына сәйкес нейлонмен күшейтілген. Жылдамдығы жоғары электрлік қасиеттері, саңырауқұлаққа төзімділік, үздіксіз жұмыс температурасы.

Қасиеттері

Бакелит бірнеше маңызды қасиеттерге ие. Оны өте жылдам қалыпқа келтіруге болады, бұл өндіріс уақытын қысқартады. Құймалар тегіс, өз пішінін сақтайды және ыстыққа, сызықтарға, сондай-ақ бұзушы еріткіштерге төзімді. Ол электр тогына да төзімді және оның төмен өткізгіштігі үшін жоғары бағаланады. Ол икемді емес. Фенолді шайырдан жасалған өнімдер, ең жоғары ылғалдылық немесе тұрақты ылғалды жағдайда, сәл ісіп кетуі мүмкін. Бакелитті үйкегенде немесе күйдіргенде ерекше, өткір, ауруша тәтті немесе балықтың иісі сезіледі.

Қолданылулары мен қолданылуы

Бакелиттің қасиеттері оны қалыптау құралы, жабысқаш немесе байланыстырушы зат, лак және қорғаныш жабын ретінде пайдалануға, сондай-ақ электр және автомобиль өнеркәсібінің дамуына ыңғайлы етті, себебі оның электр тогына, жылуға және химиялық әсерге өте жоғары төзімділігі бар еді. Бакелит телефондардың, радиолардың және басқа да электр құрылғыларының тоқ өткізбейтін бөліктеріне, соның ішінде шамдар мен электрондық құбырлардың (вакуумдық құбырлардың) негіздеріне және ұяларына, кез келген электр компоненттерін ұстауға, автомобильдің ток тарату қақпақтарына және басқа да изоляторларға қолданылды. 1912 жылы оның серпімділігі мен дыбысы піл сүйегіне ұқсас болғандықтан, бакелиттен бильярд шарлары жасалды. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде бакелит, әсіресе электр жүйелерінде кеңінен қолданылды. Маңызды жобалардың қатарында Liberty ұшағының қозғалтқышы, сымсыз телефон және радиотелефон, сондай-ақ NBS 1 бомбалаушы ұшағында және DH 4B ұшағында микарта бакелиттен жасалған винттердің қолданылуы болды. Бакелиттің қолжетімділігі мен оңай және жылдам қалыпталуы құн төмендетуге және өнімнің қолжетімділігін арттыруға көмектесті, нәтижесінде телефондар мен радиолар әдеттегі тұтыну тауарларына айналды. Бұл автомобиль өнеркәсібінің дамуы үшін де маңызды болды. Көп ұзамай ол құбыр сабы мен түймелер, саксофонның мундштугі, камералар, алғашқы пулеметтер мен құрылғылардың корпустары сияқты көптеген басқа тұтыну өнімдерінде қолданыла бастады. Бакелит сондай-ақ тапаншалардың тұтқа панельдерін жасауда, автоматтар мен пулеметтерге жиһаз ретінде, Калашников автоматтары үшін классикалық бакелиттік дүкендерді, сондай-ақ 20 ғасырдың бірінші жартысында көптеген пышақ саптары мен "қабықшаларды" жасауда кеңінен қолданылды. 1920 жылдардан бастап ол әшекей бұйымдары үшін танымал материалға айналды. Дизайнер Коко Шанель өзінің сәндік әшекей коллекцияларына бакелиттен жасалған білезіктерді қосты. Эльза Скиапарелли сияқты дизайнерлер оны әшекейлер үшін, сондай-ақ арнайы жасалған киім түймелері үшін пайдаланды. Кейін "Vogue" журналының редакторы Диана Вриланд бакелитке жоғары баға берді. Бакелит сонымен қатар Breitling сағаттарына арналған қораптар жасауға қолданылды. 1930 жылы дизайнер Пол Т. Франкл бакелитті "Materia Nova" деп атады, "біздің заманымыздың көрінісі" деді. Домино және маджонг жиынтықтары да одан жасалды. Бакелиттен жасалған ас үй ыдыстары, соның ішінде банкалар мен үстел ыдыстары, оның ыстыққа және сынықтарға төзімділігі үшін жарнамаланды. 1930 жылдардың ортасында Нортленд бакелитпен қапталған қара "Эбонит" негізі бар шаңғылардың желісін сатты. 1935 жылы ол қатты денелі электр гитараларда қолданыла бастады. Джерри Берд сияқты музыканттар бакелит гитаралардың дыбысын ұнатып, оларды қосып ойнау қиын деп тапты. Чарльз Плимптон 1933 жылы BAYKO-ға патент алды және 1934 жылғы Рождествоға алғашқы құрылыс жиынтықтарын шығарды. Ол ойыншықты "Bayko Light Constructional Sets" деп атады, "Bayko Light" сөздері "Bakelite" сөзімен ойнау болды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде бакелит түрлі соғыс жабдықтарында, соның ішінде ұшқыштардың қорғаныш көзілдірігінде және далалық телефондарда қолданылды. Ол сондай-ақ патриоттық соғыс әшекейлері үшін де қолданылды. 1943 жылы дәстүрлі материалдың жетіспеуіне байланысты термореактивті фенол шайыры тіпті монеталар жасау үшін қарастырылды. Бакелит және басқа металл емес материалдар АҚШ-та бір центтік монета үшін сынақтан өтті. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде бакелит түймелері британдық формалардың бір бөлігі болды. Олардың ішінде армия үшін қоңыр, ал Корольдік Әуе күштері үшін қара түсті түймелер болды. 1947 жылы голландтық суретші-жалғангер Хан ван Меегерен химиялық сарапшы және куратор Пол Б. Кореманс Вермеердің суретінде бакелит бар екенін дәлелдегеннен кейін жалған жасағаны үшін сотталды, өйткені ван Меегерен оны бояуды бекіту үшін қолданған. Бакелит кейде тапаншаның тұтқасында, қол сақшысында және атыс қаруының салдағыш бөлігінде қолданылды. AKM және кейбір ерте AK 74 мылтықтары жиі қате түрде бакелиттен жасалған деп айтылады, бірақ көпшілігі AG 4S-тен жасалған. 1940 жылдардың соңында көптеген салаларда бакелиттің орнына жаңа материалдар келді. ICBM соққылары мен ғарыш кемелерінің қайта кіруге арналған жылу қалқандары бакелитпен сіңдірілген асбест текселитінен жасалды. Бакелит металлографияда металл үлгілерін орнату үшін де қолданылады.

Жинақтаушы мәртебесі

Бакелиттен жасалған заттар, әсіресе әшекейлер мен радиолар, жинаушылардың арасында танымал болды.

Патенттер

Америка Құрама Штаттарының патент және сауда белгілері кеңсесі 1909 жылдың 7 желтоқсанында Бейкеландқа «фенол және формальдегидтен ерімейтін заттар жасау әдісі» бойынша патент берді.

Ұқсас пластмассалар

Каталин – бакелитке ұқсас фенолді шайыр, бірақ ол ашық түстерде өндіріс жасауға мүмкіндік беретін әртүрлі минералдық толтырғыштарды қамтиды. Кондензиттер – ұқсас қасиеттері, ерекшеліктері және қолданылуы бар термореактивті материалдар. Кристалл – ерте пластик түрі. Фатуран – бакелитке ұқсас фенолді шайыр, бастапқы түсіне қарамастан, уақыт өте қызыл түске айналады. Галалит – сүт өнімдерінен алынған ерте пластик. Микарта – бакелитті байланыстырғыш ретінде қолданған ерте композиттік оқшаулағыш тақта. Ол 1910 жылы Westinghouse Elec. & Mfg Co. компаниясымен әзірленген. Novotext – мақта матасының фенолді шайырының саудалық атауы.