Dowiedz się wszystkiego o składzie, zastosowaniach i zagrożeniach związanych z tymi substancjami i poznaj alternatywy

Żywice fenolowe to polimery termoutwardzalne lub termoutwardzalne, powstające w wyniku reakcji chemicznej kondensacji między fenolem (alkoholem aromatycznym pochodzącym z benzenu) lub pochodną fenolu a aldehydem, zwłaszcza formaldehydem (gaz reaktywny pochodzący z metanolu) . Te funkcje organiczne obejmują dużą liczbę różnych związków chemicznych, co umożliwia posiadanie na rynku szerokiej gamy żywic fenolowych.

Niektóre pochodne fenolu, które można zastosować w tym procesie, to bisfenol-A, bisfenol-F i rezorcynol, a wśród stosowanych aldehydów są formaldehyd, aldehyd octowy i propanal. Do produkcji żywic handlowych przeważa stosowanie prostszych związków, takich jak zwykły fenol (hydroksybenzen) i formaldehyd. Dlatego żywice fenolowe są również nazywane żywicami fenolowo-formaldehydowymi. Jednak w zależności od specyficznych właściwości otrzymywanych żywic, takich jak reaktywność i elastyczność, można stosować inne rodzaje fenoli i aldehydów.

Główne cechy żywic fenolowych i powody, dla których są tak pożądane to: doskonałe właściwości termiczne, wysoki poziom wytrzymałości i odporności, długa stabilność termiczna i mechaniczna, doskonała zdolność do działania jako izolator elektryczny i termiczny (punkt rozkładu żywic fenole mają temperaturę w zakresie 220 ° C i więcej).

Podczas syntezy tych żywic branych jest pod uwagę kilka czynników, takich jak proporcja fenolu do aldehydu w mieszaninie, temperatura reakcji i dobór katalizatora. Zatem, w zależności od przyjętego procesu produkcyjnego, żywice fenolowe można podzielić na dwie główne klasy, a mianowicie: żywice nowolakowe i żywice rezolowe.

Żywice rezolowe otrzymywane są w wyniku stosowania wysokich temperatur przy pomocy katalizatorów alkalicznych i mają w mieszaninie wyższą zawartość formaldehydu niż fenolu, natomiast żywice nowolakowe są syntetyzowane w środowisku kwaśnym i z formaldehydem w mniejszej proporcji. niż fenol w swoim składzie. Ponadto, o ile żywice typu rezolowe występują zwykle w postaci płynnej, o tyle żywice typu nowolakowego są w stanie stałym (uzyskiwane pod wpływem temperatury i ciśnienia, formowane i utwardzane po ostygnięciu), co pozwala na dużą użyteczność i zastosowanie żywic fenolowych w różne sektory.

Pochodzenie i odkrycie

Żywice fenolowe mają ogromne znaczenie, ponieważ są uważane za pierwszy polimer termoutwardzalny wytwarzany syntetycznie do użytku komercyjnego.

Odkrycie i pierwsze doniesienia o produktach powstałych w wyniku reakcji fenolu z formaldehydem nastąpiło pod koniec XIX wieku, ale dopiero w 1907 roku Leo Baekeland był w stanie opracować żywicę fenolową w kontrolowanym procesie, zwanym na początku bakelitem, tworząc stąd jego patent na żywice fenolowe „Heat and Pressure” lub w języku portugalskim „Heat and Pressure”. W swoim patencie opisał, jak szybko utwardzać kompozycję do formowania o określonym kształcie, określonym z góry przez kształt formy.

Wydarzenie to można uznać za poprzedniczkę produkcji tworzyw sztucznych, a dzięki pionierskim wysiłkom Baekelanda żywice fenolowe są uznawane za prekursory wielu polimerów. W pierwszych dziesięcioleciach XX wieku produkcja tych żywic zrewolucjonizowała i sprawiła, że ​​przemysł tworzyw sztucznych stał się taki, jaki znamy dzisiaj. Pierwsze zastosowania tych żywic syntetycznych były skierowane na rynek części formowanych i laminowanych do użytku w sprzęcie elektrycznym.

Do dziś żywice fenolowe mają ogromne znaczenie i są wykorzystywane w kilku zastosowaniach przemysłowych oraz w różnych sektorach, takich jak motoryzacja, elektrotechnika, komputer, lotnictwo i budownictwo cywilne.

Gdzie się znajdują?

Od nieco ponad wieku żywice te były używane do różnych celów oraz w wielu sektorach i segmentach. Mogą występować w postaci płynnej lub stałej i mieć różne zastosowania w zależności od ich stanu oraz parametrów i materiałów przyjętych podczas ich produkcji.

W całej swojej historii, żywice fenolowe były szeroko stosowane do produkcji wyrobów formowanych (takich jak na przykład piłki snookerowe i ławki laboratoryjne) oraz jako powłoki i kleje. Ponadto żywice te były już uważane za podstawowy materiał używany do produkcji płytek obwodów elektrycznych, ponieważ są odporne na wysokie temperatury i ogień, ale dziś zostały w dużej mierze zastąpione żywicami epoksydowymi i tkaniną włókno szklane.

Oprócz tych zastosowań żywice fenolowe są również używane jako spoiwa, kleje do sklejki i płyt z drewna aglomerowanego, jako spoiwa do włókna szklanego, wełny mineralnej i innych produktów izolacyjnych, do impregnacji i laminowania drewna i tworzyw sztucznych, w laminatach elektrycznych , w piankach węglowych, jako masy do formowania, jako żywice odlewnicze (powłoki odporne na ciepło i kwasy) oraz w kompozytach wzmocnionych włóknem. Znajdują również zastosowanie w farbach i lakierach.

Częstym powodem stosowania sklejki z żywicami fenolowymi zamiast gładkiego drewna jest jej odporność na pękanie, kurczenie się, skręcanie, ogień oraz dzięki dużej wytrzymałości. Dlatego takie materiały zastępują wiele innych rodzajów drewna w zastosowaniach w sektorze budownictwa cywilnego. Nie wspominając już o tym, że laminaty produkowane na bazie tej żywicy są wytwarzane poprzez impregnację jednej lub kilku warstw materiału podstawowego, takiego jak papier, włókno szklane lub drewno, żywicą fenolową pod wpływem ciepła i ciśnienia.

Przykładami produktów na bazie żywic fenolowych są: kulki basenowe (na bazie stałej żywicy fenolowo-formaldehydowej) oraz wymagane klocki i tarcze sprzęgła (przemysł motoryzacyjny).

Żywice fenolowe pozostają bardzo ważnymi polimerami przemysłowymi, chociaż ich obecnie najpowszechniejsze zastosowanie to kleje do sklejania sklejki i innych konstrukcyjnych produktów drewnianych.

Zagrożenia dla zdrowia ludzi

Żywice fenolowe, choć nadal produkowane na dużą skalę, okazały się niebezpieczne dla zdrowia ludzi, a ryzyko, jakie stwarzają, jest bezpośrednio związane z rodzajem związku użytego do ich syntezy. Konieczna jest znajomość materiału wybranego do jego produkcji, zarówno zastosowanego fenolu lub jego pochodnej, jak i użytego aldehydu, aby na pewno rozpoznać możliwe zagrożenia i poszukiwać bardziej odpowiednich i bezpiecznych alternatyw.

Jak wspomniano wcześniej, w procesie produkcji żywic fenolowych można stosować różne rodzaje fenoli i aldehydów. Są to głównie fenol, bisfenol-A, bisfenol-F i formaldehyd.

W przypadku bisfenolu-A i bisfenolu-F, które mogą być użyte w syntezie tych żywic, badania wykazały, że substancje te kumulują się w organizmie i działają jako zaburzające gospodarkę hormonalną, wykazując działanie estrogenne i androgenne, negatywny wpływ na tarczycę oraz wzrost macica oraz ciężar jąder i gruczołów (więcej informacji w „Znajomość rodzajów bisfenolu i związanych z nimi zagrożeń”). Ponadto stwierdzono, że fenol w swojej prostej postaci jest toksyczny i powoduje podrażnienia układu oddechowego człowieka, oprócz innych powikłań.

Inną substancją często używaną do produkcji żywic fenolowych i uznawaną za niebezpieczną jest formaldehyd (więcej informacji na ten temat znajduje się w części „Dowiedz się, jakie są zagrożenia związane z formaldehydem i jak ich unikać”). Formaldehyd jest wysoce lotnym związkiem, należącym do szkodliwej grupy lotnych związków organicznych, zwanych również LZO (więcej o LZO w artykule „LZO: dowiedz się, jakie są lotne związki organiczne, jakie są zagrożenia i jak ich unikać”).

Ponadto, zgodnie z badaniami przedstawionymi przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem (Iarc), formaldehyd jest uważany za czynnik rakotwórczy dla ludzi i może również działać jako zaburzający gospodarkę hormonalną.

Tym samym, wraz z szerokim wykorzystaniem i możliwym wyczerpywaniem się surowców kopalnych (podstawa produkcji większości z tych żywic), dołączonym do coraz bardziej rygorystycznych przepisów w zakresie zdrowia ludzkiego i środowiska, poszukiwanie alternatywnych substancji dla formaldehyd staje się głównym i ważnym problemem przemysłu żywic fenolowych.

Ponowne przetwarzanie obiektów zawierających te żywice

Produkcja żywic fenolowych, jaką znamy dzisiaj, jest już zakazana lub kontrolowana w kilku krajach, ale jeszcze nie w Brazylii. W tym przypadku, oprócz toksyczności produktu, należy również wziąć pod uwagę niezrównoważony charakter produkcji, ponieważ jest ona zależna od ropy, która jest nieodnawialnym źródłem.

Ponieważ jest to polimer sztywny termicznie, usuwanie i ponowne przetwarzanie produktów zawierających tego typu żywicę staje się trudne, ponieważ mają one usieciowane w swojej strukturze, a po ponownym podgrzaniu wiązania te pękają, powodując degradację materiału i rozpraszanie substancji szkodliwy.

Nie oznacza to, że ponowne użycie tworzyw termoutwardzalnych jest niemożliwe. Można je dodawać w niewielkich ilościach jako wypełniacze i wzmocnienia, w tym materiały termoplastyczne i termoutwardzalne.

Stosowana technika ponownego przetwarzania polega na „rozbiciu” materiału termoutwardzalnego na małe kawałki i zmieszaniu ich z pierwotnym materiałem, dzięki czemu są one zawarte w środku. Zastosowanie recyklingowanych żywic fenolowych sprawia, że ​​proces utwardzania (w wysokich temperaturach) jest szybszy, a przez to tańszy, a także umożliwia uzyskanie bardzo błyszczącej powierzchni. Ponadto stwierdzono, że zastosowanie materiałów termoutwardzalnych pochodzących z recyklingu, takich jak wypełniacz, zapewnia doskonały zakres przyczepności materiału pierwotnego.

Alternatywy

Rosnące obawy dotyczące wyzwań środowiskowych, bezpieczeństwa energetycznego i zrównoważonego rozwoju, w połączeniu z chęcią zmniejszenia zależności od ropy naftowej, zintensyfikowały globalne wysiłki na rzecz produkcji bioproduktów ze źródeł odnawialnych. Produkcja chemikaliów i materiałów biologicznych zastępujących produkty ropopochodne jest niezbędna w społeczeństwie, które marzy o prawdziwie zrównoważonym rozwoju i bez makijażu.

W tym kontekście istotne jest, aby opracować polimery i żywice oparte na naturalnych źródłach. Na przykład fenol pochodzący z ropy naftowej mógłby zostać zastąpiony biofenolami, a rakotwórczy formaldehyd można zastąpić furfuralem lub hydroksymetylofurfuralem, substancjami na bazie cukru. Rozwój żywic pochodzenia biologicznego prowadziłby wówczas do produkcji prawdziwie zrównoważonych żywic.

Tak więc (jak można zobaczyć bardziej szczegółowo w artykule: Naukowcy z USP badają potencjalne wykorzystanie odpadów rolno-przemysłowych), poszukiwano alternatyw, aby zaspokoić tę potrzebę wytwarzania trwałej żywicy na poziomie komercyjnym. W kraju takim jak Brazylia, którego większość terytorium znajduje się w strefie klimatu tropikalnego, rolnictwo symbolizuje jeden z głównych motorów gospodarki. W rozwiązaniu tego problemu można znaleźć surowce, które do tej pory traktowane były jako odpady rolnicze, takie jak np. Trzcina cukrowa (wytłoczyny i włókna).

Original text

Contribute a better translation

---