Бакелит — первый синтетический пластик¶
Бакелит — это термореактивный пластик, синтезированный в 1907 году американским химиком бельгийского происхождения Лео Бекеландом. Относится к классу фенолформальдегидных смол и считается первым полностью синтетическим полимером, полученным промышленным способом. Материал обладает высокой механической прочностью, диэлектрическими свойствами, устойчивостью к химическим реагентам и коррозии, не поддерживает горения. Широко применялся в XX веке для изготовления электроизоляционных деталей, корпусов приборов, бытовых предметов и ювелирных изделий.
¶История создания
¶Предыстория
В конце XIX века химики изучали реакцию между фенолом и формальдегидом. В 1872 году немецкий химик Адольф фон Байер впервые описал конденсацию этих веществ, получив твёрдое вещество, но не нашёл ему практического применения. В 1890-х годах бельгийский химик Альберт Ашер, работавший в Германии, проводил аналогичные опыты и пытался коммерциализовать результат — материал использовался как изоляция для электрических проводов, но был хрупким и ненадёжным.
¶Работа Лео Бекеланда
Лео Бекеланд, эмигрировавший из Бельгии в США, заинтересовался проблемой в 1904 году, когда компания General Electric запросила у него замену шеллаку — природному изолятору, который был дефицитным. Бекеланд систематически исследовал реакцию фенола с формальдегидом и обнаружил, что при нагревании под давлением смола проходит через жидкие и твёрдые стадии, образуя нерастворимый и неплавкий продукт. В 1907 году он запатентовал метод получения материала, назвав его «бакелит» (в России также используется написание «бакелит» и «бакелитовая смола»). В 1910 году в Нью-Йорке была основана компания Bakelite Corporation, ставшая одним из первых предприятий по производству полностью синтетических пластиков.
¶Состав и химия
Бакелит получают поликонденсацией фенола (C₆H₅OH) с формальдегидом (HCHO) в присутствии кислотных или щелочных катализаторов. Реакция протекает в две стадии:
- Стадия А — образование олигомеров (новолаков), растворимых в спиртах и ацетоне, при кислотном катализе.
- Стадия Б — при нагреве под давлением (150–170 °C) олигомеры переходят в трёхмерную нерастворимую сетку (резол), которая и составляет основу готового изделия.
В зависимости от соотношения реагентов и условий синтеза получают бакелиты трёх типов:
| Тип | Содержание фенола | Свойства |
|---|---|---|
| Резолы | Избыток формальдегида | Термореактивные, отверждаются при нагреве |
| Новолаки | Избыток фенола | Требуют отвердителя (гексаметилентетрамин) |
| Резиты | Стехиометрическое соотношение | Полностью нерастворимы |
¶Свойства
Бакелит характеризуется следующими свойствами:
- Механическая прочность — высокая твёрдость и сопротивление деформации;
- Диэлектрические свойства — низкая электропроводность, что делает его ценным изолятором;
- Химическая стойкость — устойчив к кислотам, щелочам, органическим растворителям;
- Термостойкость — выдерживает нагрев до 120–150 °C без потери свойств;
- Негорючесть — не поддерживает горения, при нагреве обугливается;
- Диэлектрическая прочность — до 10–15 кВ/мм.
К недостаткам относят хрупкость (малая ударная вязкость), тёмный цвет (обычно чёрный или коричневый) и сложность переработки — материал нельзя перевести обратно в исходное состояние.
¶Применение
¶Электротехника
Основная область применения бакелита — электроизоляция. Из него изготавливают:
- корпуса рубильников, выключателей, розеток;
- изоляторы, колодки, вилки;
- платы и корпуса радиоаппаратуры;
- детали трансформаторов и электродвигателей.
¶Машиностроение и промышленность
Бакелитовые детали используют как замену металлу в узлах, где не требуется высокая прочность: шестерни, подшипники, рукоятки инструментов, корпуса приборов. Материал легко поддаётся механической обработке — сверлению, фрезерованию, шлифовке.
¶Бытовые предметы
В первой половине XX века бакелит стал одним из самых распространённых материалов для массового производства:
- телефонные аппараты (знаменитые чёрные телефоны 1930–1950-х годов);
- радиоприёмники;
- посуда, ручки ножей, гребни, броши;
- ювелирные изделия (бакелитовые броши и браслеты 1920–1930-х годов ценятся коллекционерами).
¶Военное дело
Во время Второй мировой войны бакелит применялся для изготовления прикладов, рукояток, изоляционных деталей вооружения и оборудования.
¶Сравнение с другими пластиками
| Свойство | Бакелит | Бакелитоподобные смолы | Полистирол |
|---|---|---|---|
| Тип | Термореактивный | Термореактивный | Термопластичный |
| Прочность | Высокая | Средняя | Средняя |
| Химстойкость | Высокая | Средняя | Низкая |
| Переработка | Невозможна | Возможна | Возможна |
¶Современное состояние
С развитием термопластичных полимеров (полиэтилен, полипропилен, полиамиды) в 1950–1960-х годах производство бакелита сократилось. Тем не менее материал сохраняет нишевое применение: в производстве ламинатов (текстолит, гетинакс), абразивных кругов, фрикционных накладок, а также в реставрации и коллекционировании антикварных предметов. В России производство фенолформальдегидных смол продолжается на ряде предприятий, в том числе в рамках химической промышленности.
¶Интересные факты
- Лео Бекеланд стал одним из первых миллионеров, заработавших состояние на синтетических материалах.
- Название «бакелит» происходит от фамилии изобретателя.
- В 1920-х годах бакелит называли «материалом тысяч применений».
- Некоторые антикварные бакелитовые изделия стоят на аукционах дороже оригинальных металлических аналогов.
Источники:
- Бекеланд Л. «Бакелит и его применение» (1916)
- Фрумкин С.М. «Пластмассы в электроизоляционной технике»
- «Химическая энциклопедия», т. 1
- Немировский Л.М. «Полимеры и полимерные композиты»