راتنج الفينول فورمالدهايد
| |
| المعرفات | |
|---|---|
| |
| كيم سبايدر |
|
| بطاقة معلومات وكالة المواد الكيميائية الأوروبية | 100.105.516 |
لوحة معلومات CompTox ( EPA )
|
|
باستثناء ما هو مذكور خلافًا لذلك، يتم تقديم البيانات للمواد في حالتها القياسية (عند 25 درجة مئوية [77 درجة فهرنهايت]، 100 كيلو باسكال).
مراجع صندوق المعلومات
| |
راتنجات الفينول فورمالدهايد (PF) ( راتنجات الفينول أو الفينوبلاست [1] ) هي بوليمرات صناعية يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل الفينول أو الفينول المستبدل مع الفورمالديهايد . تستخدم راتنجات الفينول فورمالدهايد كأساس للباكليت ، وكانت أول راتنجات صناعية تجارية. وقد تم استخدامها على نطاق واسع لإنتاج المنتجات المصبوبة بما في ذلك كرات البلياردو ، وأسطح العمل المختبرية، وكطلاءات ومواد لاصقة . كانت في وقت ما المادة الأساسية المستخدمة لإنتاج لوحات الدوائر ولكن تم استبدالها إلى حد كبير براتنجات الإيبوكسي وقماش الألياف الزجاجية ، كما هو الحال مع مواد لوحات الدوائر FR-4 المقاومة للحريق .
هناك طريقتان رئيسيتان للإنتاج. إحداهما تتفاعل فيها الفينول والفورمالديهايد بشكل مباشر لإنتاج بوليمر شبكي متصلب بالحرارة ، بينما تقيد الطريقة الأخرى الفورمالديهايد لإنتاج بوليمر مسبق يعرف باسم نوفولاك والذي يمكن تشكيله ثم معالجته بإضافة المزيد من الفورمالديهايد والحرارة. [2] [3] هناك العديد من الاختلافات في كل من مواد الإنتاج والمواد المدخلة التي تستخدم لإنتاج مجموعة واسعة من الراتنجات لأغراض خاصة.
التكوين والبنية
تتكون راتنجات الفينول فورمالدهيد، كمجموعة، من خلال تفاعل بلمرة متدرج النمو يمكن تحفيزه إما بحمض أو بقاعدة . نظرًا لأن الفورمالديهايد يوجد بشكل أساسي في المحلول كتوازن ديناميكي لأوليغومرات الميثيلين جليكول ، فإن تركيز الشكل التفاعلي للفورمالدهيد يعتمد على درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني.
يتفاعل الفينول مع الفورمالديهايد في مواقع أورثو وبارا (المواقع 2 و4 و6) مما يسمح لما يصل إلى 3 وحدات من الفورمالديهايد بالالتصاق بالحلقة. يتضمن التفاعل الأولي في جميع الحالات تكوين فينول هيدروكسي ميثيل :
- HOC 6 H 5 + CH 2 O → HOC 6 H 4 CH 2 OH
المجموعة الهيدروكسي ميثيل قادرة على التفاعل مع موقع أورثو أو بارا حر آخر، أو مع مجموعة هيدروكسي ميثيل أخرى. التفاعل الأول يعطي جسر ميثيلين ، والتفاعل الثاني يشكل جسر إيثير :
- HOC 6 H 4 CH 2 OH + HOC 6 H 5 → (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 + H 2 O
- 2 HOC 6 H 4 CH 2 OH → (HOC 6 H 4 CH 2 ) 2 O + H 2 O
يُطلق على ثنائي الفينول (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 (يُطلق عليه أحيانًا "ثنائي") اسم بيسفينول F ، وهو مونومر مهم في إنتاج راتنجات الإيبوكسي . يمكن أن يرتبط بيسفينول F بشكل أكبر بتوليد ثلاثي ورباعي وأوليجومرات فينول أعلى.
نوفولاكس
نوفولاك (أو نوفولاك) هي راتنجات فينول فورمالدهايد بنسبة مولية من الفورمالديهايد إلى الفينول أقل من واحد. وبدلاً من الفينول نفسه، غالبًا ما يتم إنتاجها من الكريسولات (ميثيلفينول). يتم إكمال البلمرة باستخدام تحفيز حمضي مثل حمض الكبريتيك وحمض الأكساليك وحمض الهيدروكلوريك ونادرًا أحماض السلفونيك . [4] ترتبط الوحدات الفينولية بشكل أساسي بمجموعات الميثيلين و/أو الأثير. الأوزان الجزيئية في الآلاف المنخفضة، والتي تتوافق مع حوالي 10-20 وحدة فينول. البوليمر الناتج هو ترموبلاستيك ويتطلب عامل معالجة أو مصلب لتشكيل مادة صلبة بالحرارة .
هيكساميثلين تيترامين هو عامل تقوية يضاف إلى راتنجات نوفولاك المتشابكة. عند درجة حرارة أعلى من 90 درجة مئوية، يشكل جسور أمينية من الميثيلين والديميثلين. يمكن أيضًا استخدام ريسول كعامل تقوية (عامل تقوية) لراتنجات نوفولاك. في كلتا الحالتين، يكون عامل التقسية مصدرًا للفورمالديهايد الذي يوفر جسورًا بين سلاسل نوفولاك، مما يؤدي في النهاية إلى ربط النظام بشكل كامل. [2]
تستخدم مركبات نوفولاك في العديد من الاستخدامات كمثبت للإطارات ، وراتينج عالي الحرارة، ومادة رابطة للمواد المقاومة للحرارة المرتبطة بالكربون، وفرامل الكربون، ومقاومات الضوء ، وكمواد معالجة لراتنجات الإيبوكسي .
إعادة النعل
تُصنع راتنجات الفينول فورمالدهيد المحفزة بالقاعدة بنسبة فورمالدهيد إلى فينول أكبر من واحد (عادة حوالي 1.5). تسمى هذه الراتنجات ريسولات. يتم خلط الفينول والفورمالدهيد والماء والحفاز بالكمية المطلوبة، اعتمادًا على الراتنج المراد تشكيله، ثم يتم تسخينها. يشكل الجزء الأول من التفاعل، عند حوالي 70 درجة مئوية، مادة لزجة سميكة ذات لون بني محمر، غنية بمجموعات هيدروكسي ميثيل وإيثر البنزيل.
يزداد معدل التفاعل المحفز بالقاعدة في البداية مع درجة الحموضة ، ويصل إلى أقصى حد عند درجة حموضة = 10 تقريبًا. النوع التفاعلي هو أنيون الفينوكسيد (C 6 H 5 O − ) المتكون من نزع بروتونات الفينول. يتم نقل الشحنة السالبة فوق الحلقة العطرية ، مما يؤدي إلى تنشيط المواقع 2 و4 و6، والتي تتفاعل بعد ذلك مع الفورمالديهايد.
نظرًا لكونها مواد صلبة بالحرارة ، فإن الفينولات الهيدروكسي ميثيلية تتشابك عند تسخينها إلى حوالي 120 درجة مئوية لتكوين جسور الميثيلين والميثيل إيثر من خلال إزالة جزيئات الماء. في هذه المرحلة، يكون الراتينج عبارة عن شبكة ثلاثية الأبعاد، وهو أمر نموذجي للراتنجات الفينولية المتبلمرة. يمنح التشابك العالي هذا النوع من الراتينج الفينولي صلابته واستقراره الحراري الجيد وعدم نفاذه للمواد الكيميائية. يشار إلى الراتينجات "ذات الخطوة الواحدة" بأنها تتصلب بدون رابط متقاطع على عكس الراتينجات "ذات الخطوتين".
تُعَد النعلات من المواد الراتنجية البوليمرية الرئيسية المستخدمة على نطاق واسع في لصق وربط مواد البناء. ومن التطبيقات النموذجية الخشب الرقائقي الخارجي وألواح الخيوط الموجهة (OSB) والصفائح الخشبية عالية الضغط المصممة هندسيًا.
الترابط المتبادل ونسبة الفورمالديهايد/الفينول
عندما تصل النسبة المولية للفورمالديهايد: الفينول إلى واحد، من الناحية النظرية، ترتبط كل الفينولات ببعضها البعض عبر جسور الميثيلين، مما يؤدي إلى توليد جزيء واحد، ويصبح النظام متشابكًا بالكامل. وهذا هو السبب في أن نوفولاك (F:P <1) لا يتصلب بدون إضافة عوامل تشابك، ولماذا تتصلب ريزولات ذات الصيغة F:P >1.
التطبيقات
توجد الراتنجات الفينولية في عدد لا يحصى من المنتجات الصناعية. تُصنع الصفائح الفينولية عن طريق تشريب طبقة واحدة أو أكثر من مادة أساسية مثل الورق أو الألياف الزجاجية أو القطن بالراتنج الفينولي وتغليف المادة الأساسية المشبعة بالراتنج تحت الحرارة والضغط. يتبلمر الراتنج بالكامل (يتصلب) أثناء هذه العملية مكونًا مصفوفة البوليمر الصلبة بالحرارة . يعتمد اختيار المادة الأساسية على التطبيق المقصود للمنتج النهائي. تُستخدم الفينولات الورقية في تصنيع المكونات الكهربائية مثل الألواح المثقوبة، وفي الصفائح المنزلية، وفي الألواح المركبة الورقية . تعتبر الفينولات الزجاجية مناسبة بشكل خاص للاستخدام في سوق المحامل عالية السرعة . تُستخدم البالونات الدقيقة الفينولية للتحكم في الكثافة. المادة الرابطة في وسادات الفرامل العادية (العضوية)، وأحذية الفرامل، وأقراص القابض هي الراتنجات الفينولية. يستخدم الورق الملتصق بالراتنج الصناعي ، المصنوع من الراتنجات الفينولية والورق، لصنع أسطح العمل. استخدام آخر للراتنجات الفينولية هو صناعة الدوروبلاست ، المستخدم بشكل مشهور في سيارات ترابانت .
تُستخدم الراتنجات الفينولية أيضًا في صناعة الخشب الرقائقي الخارجي المعروف باسم الخشب الرقائقي المقاوم للعوامل الجوية والغليان (WBP) لأن الراتنجات الفينولية ليس لها نقطة انصهار ولكن لها نقطة تحلل فقط في منطقة درجة حرارة 220 درجة مئوية (428 درجة فهرنهايت) وما فوق.
يتم استخدام الراتنج الفينولي كمادة رابطة في مكونات تعليق مشغل مكبر الصوت المصنوعة من القماش .
يتم تصنيع كرات البلياردو عالية الجودة من الراتنجات الفينولية، على عكس البوليستر المستخدم في المجموعات الأقل تكلفة.
في بعض الأحيان يختار الأشخاص أجزاء من الراتينج الفينولي المقوى بالألياف لأن معامل التمدد الحراري الخاص بها يتطابق بشكل وثيق مع معامل التمدد الحراري للألمنيوم المستخدم في أجزاء أخرى من النظام، كما هو الحال في أنظمة الكمبيوتر المبكرة [5] ودورامولد .
قام مزور اللوحات الهولندي هان فان ميغيرين بخلط مادة الفينول فورمالدهايد مع ألوانه الزيتية قبل خبز القماش النهائي، وذلك لتزييف جفاف الطلاء على مر القرون.
تستخدم المركبات الفضائية العائدة إلى الغلاف الجوي راتنج الفينول فورمالدهايد كمكون رئيسي في الدروع الحرارية التآكلية (على سبيل المثال AVCOAT في وحدات أبولو). نظرًا لأن درجة حرارة غلاف الدرع الحراري يمكن أن تصل إلى 1000-2000 درجة مئوية، فإن الراتينج يتحول إلى بيرول بسبب التسخين الديناميكي الهوائي. يمتص هذا التفاعل طاقة حرارية كبيرة، مما يؤدي إلى عزل الطبقات العميقة من الدرع الحراري. يساهم إطلاق الغازات من نواتج تفاعل التحلل الحراري وإزالة المواد المتفحمة عن طريق الاحتكاك (التآكل) أيضًا في عزل المركبة، عن طريق حمل الحرارة الممتصة في تلك المواد ميكانيكيًا.
الأسماء التجارية
- كان الباكليت يصنع في الأصل من الراتنج الفينولي ودقيق الخشب .
- الإيبونول هو عبارة عن راتينج فينولي مملوء بالورق مصمم ليكون بديلاً لخشب الأبنوس في الآلات الوترية وآلات النفخ الخشبية .
- Novotext هو نسيج قطني معزز بالفينول، يستخدم أليافًا موجهة عشوائيًا.
- رغوة الواحة الزهرية هي "رغوة فينولية ذات خلايا مفتوحة تمتص الماء بسهولة وتستخدم كقاعدة لترتيبات الزهور." [6]
- Paxolin هو منتج ورقي مرتبط بالراتينج يستخدم منذ فترة طويلة كمواد أساسية للوحات الدوائر المطبوعة ، على الرغم من استبداله بمركبات الألياف الزجاجية في العديد من التطبيقات.
- التوفنول عبارة عن بلاستيك مغلف متوفر على شكل صفائح وقضبان، وهو مصنوع من طبقات من الورق أو القماش التي تم نقعها في راتنج الفينولي وضغطها تحت الحرارة. إن مقاومته العالية للزيوت والمذيبات جعلته مناسبًا للعديد من التطبيقات الهندسية. [7]
- ريتشلايت عبارة عن راتينج فينولي مملوء بالورق له العديد من الاستخدامات، من أسطح الطاولات وألواح التقطيع إلى لوحات أصابع الجيتار .
التحلل البيولوجي
يتحلل الفينول فورمالدهايد بواسطة فطر العفن الأبيض Phanerochaete chrysosporium . [8]
انظر أيضا
مراجع
- ^ "Phenoplasts". polymerdatabase.com . تم الاسترجاع في 13 يونيو 2021 .
- ^ ab A. Gardziella, LA Pilato, A. Knop, Phenolic Resins: Chemistry, Applications, Standardization, Safety and Ecology, الطبعة الثانية، سبرينغر، 2000
- ^ ولفجانج هيسه "الراتنجات الفينولية" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، 2002، وايلي-في سي إتش، وينهايم. doi :10.1002/14356007.a19_371.
- ^ رالف دامل (1993). "الكيمياء الأساسية للنوفولاكس". مقاومات تعتمد على الديازونافثوكينون . الجمعية الدولية للهندسة البصرية. رقم ISBN 9780819410191.
- ^ JG Ferguson، WE Grutzner، DC Koehler، RS Skinner، MT Skubiak، وDH Wetherell. "رقم 1 أجهزة ومعدات ESS". مجلة Bell System Technical Journal. 1964. ص 2417.
- ^ "مركز موارد واحة سميثرز". مؤرشف من الأصل في 7 أبريل 2008. تم الاسترجاع في 21 أكتوبر 2010 .
- ^ جودوين، ر. (أبريل 2015). "ما هو توفنول؟". ahistoryoftufnol.org .
- ^ Gusse AC; Miller PD; Volk TJ (يوليو 2006). "فطريات العفن الأبيض تظهر أول تحلل حيوي للراتنج الفينولي". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 40 (13): 4196–9. Bibcode :2006EnST...40.4196G. doi :10.1021/es060408h. PMID 16856735.
