La bakélite est une résine polymérique de phénol et de formaldéhyde, dont la définition exacte et chimique est celle d'un hydroxyde de polyoxybenzyléthylène glycol. L'émergence et la commercialisation de ce matériau ont marqué l'aube de l'ère du plastique; occupé et faisait partie d'innombrables objets ménagers, cosmétiques, électriques et même militaires.
Son nom vient de son inventeur: le chimiste américain né en Belgique, Leo Baekeland, qui en 1907 a réalisé la production et l'amélioration de ce polymère; puis fondant la General Bakelite Company en 1910. Au début, tout en modifiant les variables physiques impliquées, la bakélite était constituée d'un solide spongieux et cassant de peu de valeur..
Après huit ans de travail en laboratoire, il a réussi à obtenir une bakélite suffisamment solide et thermostable, avec une valeur élevée en raison de ses propriétés. C'est ainsi que la bakélite a remplacé d'autres matières plastiques d'origine naturelle; le premier polymère purement artificiel est né.
De nos jours, cependant, il a été remplacé par d'autres plastiques, et on le trouve principalement dans les accessoires ou objets du XXe siècle. Par exemple, le téléphone de l'image ci-dessus est en bakélite, tout comme de nombreux objets d'une couleur noire similaire à celle-ci, ou de couleurs ambrées ou blanches (ressemblant à de l'ivoire en apparence).
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Défini la bakélite comme une résine polymère de phénol et de formaldéhyde, alors les deux molécules doivent se conformer à leur structure, liées de manière covalente d'une manière ou d'une autre; sinon, ce polymère n'aurait jamais manifesté ses propriétés caractéristiques.
Le phénol consiste en un groupe OH lié directement à un cycle benzénique; tandis que le formaldéhyde est une molécule de O = CHdeux ou CHdeuxO (image du haut). Le phénol est riche en électrons, du fait que l'OH, bien qu'il attire les électrons vers lui, collabore également à leur délocalisation par le cycle aromatique.
Étant riche en électrons, il peut être attaqué par un électrophile (une sorte d'électrons affamés); comme par exemple, la molécule CHdeuxOU ALORS.
Selon que le milieu est acide (H+) ou basique (OH-), l'attaque peut être électrophile (le formaldéhyde attaque le phénol) ou nucléophile (le phénol attaque le formaldéhyde). Mais à la fin, le chdeuxO remplace un H du phénol pour devenir un groupe méthylol, -CHdeuxOH; -CHdeuxOhdeux+ en milieu acide, ou -CHdeuxOU ALORS- en milieu de base.
En supposant un milieu acide, le -CHdeuxOhdeux+ il perd une molécule d'eau en même temps que se produit l'attaque électrophile d'un deuxième cycle phénolique. Un pont méthylène est alors formé, -CHdeux- (coloré en bleu sur l'image).
Le pont méthylène ne joint pas deux cycles phénoliques à des positions arbitraires. Si la structure est observée, il sera possible de vérifier que les liaisons sont en positions adjacentes et opposées au groupe OH; ce sont respectivement des positions ortho et para. Ainsi, des substitutions ou des attaques vers ou depuis le cycle phénolique se produisent à ces positions..
Rappelant les hybridations chimiques, le carbone des ponts méthylène est sp3; c'est donc un tétraèdre qui place ses liaisons à l'extérieur ou au-dessous du même plan. Par conséquent, les anneaux ne se trouvent pas dans le même plan, et leurs faces ont des orientations différentes dans l'espace:
D'autre part, lorsque des substitutions ne se produisent qu'en positions -orto, une chaîne polymère est obtenue. Mais, au fur et à mesure que le polymère croît à travers les positions -para, une sorte de maillage ou réseau tridimensionnel de cycles phénoliques est établi..
En fonction des conditions du procédé, le réseau peut adopter une "morphologie gonflée", indésirable pour les propriétés du plastique. Plus il est compact, mieux il fonctionnera en tant que matériau.
En prenant alors la bakélite comme un réseau de cycles phénoliques liés par des ponts méthylène, la raison de ses propriétés peut être comprise. Les principaux sont mentionnés ci-dessous:
-C'est un polymère thermodurcissable; c'est-à-dire qu'une fois solidifié, il ne peut pas être moulé sous l'effet de la chaleur, devenant même encore plus aggloméré.
-Sa masse moléculaire moyenne est généralement très élevée, ce qui rend les pièces de bakélite considérablement plus lourdes par rapport aux autres plastiques de même taille..
-Frotté et sa température monte, il dégage une odeur caractéristique de formaldéhyde (reconnaissance organoleptique).
-Une fois moulé, et étant une matière plastique thermodurcissable, il conserve sa forme et résiste à l'effet corrosif de certains solvants, aux augmentations de température et aux rayures..
-C'est un mauvais conducteur de chaleur et d'électricité.
-Il émet un son caractéristique lorsque deux morceaux de bakélite sont frappés, ce qui permet de l'identifier qualitativement.
-Récemment synthétisé, il a une consistance résineuse et est de couleur brune. Lorsqu'il se solidifie, il acquiert différentes nuances de brun, jusqu'à ce qu'il devienne noir. En fonction de son remplissage (amiante, bois, papier, etc.), il peut présenter des couleurs qui varient du blanc au jaune, en passant par le marron ou le noir..
Pour obtenir la bakélite, il faut d'abord un réacteur où le phénol (pur ou à partir de goudron de houille) et une solution concentrée de formaldéhyde (37%) sont mélangés, en maintenant un rapport molaire Phénol / Formaldéhyde égal à 1. La réaction commence la polymérisation par condensation (car eau, une petite molécule) est libérée.
Le mélange est ensuite chauffé sous agitation et en présence d'un catalyseur acide (HCl, ZnCldeux, H3PO4, etc.) ou basique (NH3). On obtient une résine brune à laquelle on ajoute plus de formaldéhyde et on chauffe à environ 150 ° C sous pression..
Plus tard, la résine est refroidie et solidifiée dans un récipient ou moule, accompagnée en plus du matériau de remplissage (déjà mentionné dans la section précédente), ce qui favorisera un certain type de texture et des couleurs souhaitables..
La bakélite est le plastique par excellence de la première moitié et du milieu du XXe siècle. Téléphones, boîtes de commande, pièces d'échecs, poignées de portes de véhicules, dominos, boules de billard; tout objet constamment soumis à de légers chocs ou mouvements est en bakélite.
Parce que c'est un mauvais conducteur de chaleur et d'électricité, il a été utilisé comme plastique isolant dans les boîtiers de circuits, comme composant des systèmes électriques des radios, des ampoules, des avions et de toutes sortes d'appareils indispensables pendant les guerres mondiales..
Sa consistance solide était suffisamment attrayante pour la conception de boîtes et de bijoux sculptés. En termes d'ornementation, lorsque la bakélite est mélangée avec du bois, la seconde reçoit une texture plastique, avec laquelle des planches ou des planches composites ont été fabriquées pour recouvrir les sols (image du haut) et les espaces domestiques..
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