Tärkeimmät teollisuuspolymeerit

Fenoliformaldehydi

Monet ihmiset päivämäärät modernin muoviteollisuuden alkuun vuodesta 1907, kun belgialainen amerikkalainen kemisti Leo Hendrik Baekeland haki patenttia fenoliformaldehydi-lämpökestävälle materiaalille, joka lopulta tuli tunnetuksi nimellä Bakelite. Tunnetaan myös nimellä fenolihartsit, fenoliformaldehydi-polymeerit olivat ensimmäisiä täysin synteettisiä polymeerejä, jotka saatiin markkinoille. Vaikka valetut tuotteet eivät enää edusta niiden tärkeintä sovellutusta, liimoina käytettynä ne edustavat silti melkein puolet lämpökovettuvien polymeerien kokonaistuotannosta.

Kokeet fenolihartseilla edeltävät tosiasiallisesti Baekelandin työtä. Vuonna 1872 saksalainen kemisti Adolf von Baeyer kondensoi trifunktionaalista fenolia ja difunktionaalista formaldehydiä, ja myöhempinä vuosikymmeninä Baeyerin opiskelija Werner Kleeberg ja muut kemistit tutkivat tuotteita, mutta he eivät onnistuneet jatkamaan reaktiota, koska he eivät kyenneet kiteytymään ja karakterisoimaan amorfisia hartsituotteita. Baekeland onnistui vuonna 1907 hallitsemaan kondensaatioreaktion tuottamaan ensimmäisen synteettisen hartsin. Baekeland pystyi pysäyttämään reaktion hartsin ollessa vielä sulavassa, liukoisessa tilassa (A-vaihe), jossa se voitiin liuottaa liuottimiin ja sekoittaa täyteaineiden ja lujiteaineiden kanssa, jotka tekisivät siitä käyttökelpoisen muovin. Hartsi, jota tässä vaiheessa kutsutaan resoliksi, saatettiin sitten B-vaiheeseen, jossa se, vaikka se oli melkein infusoitumatonta ja liukenematonta, voidaan silti pehmentää lämmöllä muotin lopulliseen muotoon. Sen täysin kovetettu, lämpökovettuva vaihe oli C-vaihe. Vuonna 1911 Baekelandin General Bakelite Company aloitti toimintansa Perth Amboyssa, NJ, Yhdysvalloissa, ja pian sen jälkeen monet yritykset käyttivät Bakelite-muovituotteita. Muovimarkkinoilla, joita käytti käytännössä selluloidi, helposti syttyvä materiaali, joka liukeni helposti ja pehmeni lämmöllä, bakeliitti katsoi olevan valmis hyväksyttäväksi, koska siitä voidaan tehdä liukenematon ja sulamaton. Lisäksi lämpökovettuva tuote sietää huomattavia määriä inerttejä aineosia, ja siksi sitä voidaan modifioida sisällyttämällä siihen erilaisia täyteaineita, kuten puujauho, puuvillaparvi, asbesti ja silputtu kangas. Erinomaisten eristysominaisuuksiensa vuoksi hartsi tehtiin pistorasioihin, nuppeihin ja radion valitsimiin ja sitä käytettiin autojen sähköjärjestelmissä.

Fenoliformaldehydi-polymeerien valmistamiseksi käytetään kahta menetelmää. Yksi, ylimäärä formaldehydiä saatetaan reagoimaan fenolin kanssa emäksen läsnä ollessa katalyytin vesiliuoksessa, jolloin saadaan resolia, joka on matalan molekyylipainon esipolymeerin CH ₂ OH-ryhmää liitetään fenoli renkaat. Kuumennettaessa resoli kondensoituu edelleen veden ja formaldehydin menetyksen kanssa, jolloin saadaan lämpökovettuvia verkkopolymeerejä. Toisessa menetelmässä formaldehydi saatetaan reagoimaan ylimäärän fenolia kanssa käyttämällä happokatalyyttiä esipolymeerien, joita kutsutaan novolakseiksi, tuottamiseksi. Novolakit muistuttavat polymeeriä paitsi, että niiden molekyylipaino on paljon pienempi ja ne ovat edelleen kestomuovia. Kovetus verkkopolymeeriin saadaan aikaan lisäämällä enemmän formaldehydiä tai yleisemmin yhdisteitä, jotka hajoavat formaldehydiksi kuumennettaessa.

Fenoliformaldehydipolymeerit tekevät vanerille ja lastulevylle erinomaisia puuliimoja, koska ne muodostavat kemiallisia sidoksia puun fenolimäisen ligniinikomponentin kanssa. Puuliimat ovat itse asiassa näiden polymeerien suurin markkina-alue. Polymeerit ovat tummanvärisiä seurauksena sivureaktioista polymeroinnin aikana. Koska niiden väri värjää usein puuta, ne eivät sovellu sisustuspaneeliin. Ne ovat kuitenkin valittua liimaa ulkoavanerille, johtuen niiden hyvästä kosteudenkestävyydestä.

Fenolihartsit, jotka on aina vahvistettu kuiduilla tai hiutaleilla, muovataan myös kuumuutta kestäviksi esineiksi, kuten sähköliittimiksi ja laitteen kahvoiksi.

Urea-formaldehydipolymeerit

Urea-formaldehydipolymeereistä valmistetut hartsit alkoivat kaupallisessa käytössä liimoissa ja sideaineissa 1920-luvulla. Ne käsitellään samalla tavalla kuin resolit (ts. Käyttämällä ylimääräistä formaldehydiä). Kuten fenolia, myös polymeerejä käytetään puuliimoina, mutta koska ne ovat vaaleampia, ne soveltuvat paremmin sisustusvaneriin ja koristeellisiin paneeleihin. Ne ovat kuitenkin vähemmän kestäviä, eikä niillä ole riittävää säänkestävyyttä käytettäväksi ulkotiloissa.

Urea-formaldehydipolymeerejä käytetään myös tekstiilikuitujen käsittelemiseen ryppyjen ja kutistumisen kestävyyden parantamiseksi, ja ne sekoitetaan alkydimaaleilla päällysteen pinnan kovuuden parantamiseksi.

Melamiiniformaldehydi-polymeerit

Nämä yhdisteet ovat prosessoinnissaan ja sovelluksissaan samanlaisia kuin urea-formaldehydihartsit. Lisäksi niiden suurempi kovuus ja vedenkestävyys tekevät niistä sopivia koristeellisiin ruokailuvälineisiin sekä valmistukseen Formica Corporationin kehittämässä pöytälevy- ja työtasotuotteessa, jota myydään tavaramerkillä Formica.

Melamiinipohjaisia polymeerejä on myös käytetty laajasti ristisilloitusai- neina paistettuissa pintapäällystysjärjestelmissä. Sellaisinaan heillä on ollut monia teollisia sovelluksia - esimerkiksi autojen päällysteissä sekä kodinkoneiden ja metallihuonekalujen viimeistelyissä. Niiden käyttö pinnoitteissa vähenee kuitenkin formaldehydin päästöille asetettujen rajoitusten takia, joka on päällysteiden pääosa.

selluloosat

Selluloosa (C ₆ H ₇ O ₂ [OH] ₃) on luonnossa esiintyvä polymeeri, joka koostuu toistuvista glukoosiyksiköistä. Luonnollisessa tilassaan (tunnetaan nimellä luonnollinen selluloosa) se on kauan korjattu kaupallisena kuituna - kuten puuvilla, pellava, hamppu, kapok, sisal, juutti ja rami. Puu, joka koostuu selluloosasta yhdessä monimutkaisen verkkopolymeerin kanssa, nimeltään ligniini, on yleinen rakennusmateriaali. Paperi valmistetaan myös luonnollisesta selluloosasta. Vaikka se on lineaarinen polymeeri, selluloosa on lämpökovettuvaa; toisin sanoen se muodostaa pysyviä, sitoutuneita rakenteita, joita ei voida löysätä lämmöllä tai liuottimilla aiheuttamatta kemiallista hajoamista. Sen lämpökovettuva käyttäytyminen johtuu selluloosamolekyylien välissä olevista voimakkaista dipolaarisista vetovoimista, jotka antavat samanlaisia ominaisuuksia kuin toisiinsa kytkettyjen verkkopolymeerien ominaisuudet.

1800-luvulla kehitettiin menetelmiä, joilla puuselluloosa erotettiin ligniinistä kemiallisesti ja sitten regeneroitiin selluloosa takaisin alkuperäiseen koostumukseensa käytettäväksi sekä kuituna (raiona) että muovina (sellofaani). Selluloosan esteri- ja eetterijohdannaisia kehitettiin myös ja käytettiin kuituina ja muoveina. Tärkeimmät yhdisteet olivat selluloosanitraatti (nitroselluloosa, valmistettu selluloidiksi) ja selluloosa-asetaatti (aiemmin tunnettu nimellä asetaattiraioni, mutta nyt tunnetaan yksinkertaisesti asetaattina). Molemmat näistä kemiallisista johdannaisista perustuivat selluloosarakenteeseen