lovesouthernsocial.com

Tìm hiểu tất cả về thành phần, ứng dụng và các mối nguy liên quan đến những chất này và tìm hiểu về các chất thay thế

Nhựa phenolic là các polyme nhiệt rắn hoặc nhiệt rắn, được sản xuất thông qua phản ứng ngưng tụ hóa học giữa phenol (rượu thơm có nguồn gốc từ benzen), hoặc dẫn xuất phenol và một anđehit, đặc biệt là fomanđehit (khí phản ứng có nguồn gốc từ metanol). Các chức năng hữu cơ này bao gồm một số lượng lớn các hợp chất hóa học khác nhau, và thực tế này làm cho sự tồn tại của nhiều loại nhựa phenolic có sẵn trên thị trường.

Một số dẫn xuất phenol có thể được sử dụng trong quá trình này là bisphenol-A, bisphenol-F và resorcinol, và trong số các aldehyde được sử dụng là formaldehyde, acetaldehyde và propanal. Để sản xuất nhựa thương mại, việc sử dụng các hợp chất đơn giản hơn như phenol phổ biến (hydroxybenzene) và formaldehyde thường chiếm ưu thế. Vì vậy, nhựa phenol còn được gọi là nhựa phenol-fomanđehit. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tính chất cụ thể của loại nhựa cần lấy như khả năng phản ứng và độ mềm dẻo, người ta có thể sử dụng các loại phenol và andehit khác.

Các đặc điểm chính của nhựa phenolic và lý do tại sao chúng được yêu cầu như vậy là: tính nhiệt tuyệt vời, độ bền và độ bền cao, độ ổn định cơ học và nhiệt lâu, khả năng hoạt động như một chất cách điện và cách nhiệt tuyệt vời (điểm phân hủy của nhựa phenol nằm trong vùng nhiệt độ từ 220 ° C trở lên).

Trong quá trình tổng hợp các loại nhựa này, một số yếu tố được tính đến, chẳng hạn như tỷ lệ phenol và aldehyde trong hỗn hợp, nhiệt độ phản ứng và lựa chọn chất xúc tác. Do đó, tùy thuộc vào quy trình sản xuất được áp dụng, nhựa phenolic có thể được chia thành hai loại chính, đó là: nhựa novolac và nhựa cộng hưởng.

Nhựa Resole thu được thông qua việc sử dụng nhiệt độ cao, với sự hỗ trợ của chất xúc tác kiềm và có tỷ lệ formaldehyde cao hơn phenol trong hỗn hợp, trong khi nhựa novolac được tổng hợp trong môi trường axit và với formaldehyde với tỷ lệ thấp hơn phenol trong nó thành phần. Ngoài ra, trong khi các loại nhựa thuộc loại cộng hưởng thường được trình bày ở trạng thái lỏng, các loại nhựa của loại novolac được trình bày ở trạng thái rắn (thu được dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, được đúc và cứng lại khi chúng nguội) tạo ra các tiện ích tuyệt vời và ứng dụng của nhựa phenolic trong các lĩnh vực khác nhau.

Nguồn gốc và Khám phá

Nhựa phenolic có tầm quan trọng lớn, vì chúng được coi là polyme nhiệt rắn đầu tiên được sản xuất tổng hợp để sử dụng cho mục đích thương mại.

Phát hiện và những báo cáo đầu tiên về các sản phẩm bắt nguồn từ phản ứng giữa phenol và formaldehyde xảy ra vào cuối thế kỷ XIX, nhưng phải đến năm 1907, Leo Baekeland mới có thể phát triển một loại nhựa phenolic trong một quy trình có kiểm soát, ban đầu được gọi là bakelite, tạo ra như vậy. bằng sáng chế của nó cho nhựa phenolic, "Nhiệt và áp suất", hoặc bằng tiếng Bồ Đào Nha "Calor e Pressure". Bằng sáng chế của ông liên quan đến cách áp dụng cách xử lý nhanh cho chế phẩm đúc theo hình dạng cụ thể, được xác định trước bởi hình dạng của khuôn.

Sự kiện này có thể được coi là một cột mốc đi trước ngành sản xuất nhựa, và từ những nỗ lực tiên phong của Baekeland, nhựa phenolic được công nhận là tiền thân của một số lượng lớn polyme. Trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20, việc sản xuất những loại nhựa này đã tạo ra một cuộc cách mạng và thúc đẩy ngành công nghiệp nhựa trở thành như chúng ta biết ngày nay. Các ứng dụng đầu tiên của các loại nhựa tổng hợp này là nhằm vào thị trường các bộ phận đúc và nhiều lớp để sử dụng trong các thiết bị điện.

Cho đến ngày nay, nhựa phenolic có tầm quan trọng lớn và được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau và trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như ô tô, điện, máy tính, hàng không vũ trụ và xây dựng dân dụng.

Chúng được tìm thấy ở đâu?

Trong hơn một thế kỷ qua, những loại nhựa này đã được sử dụng cho các mục đích khác nhau và trên nhiều lĩnh vực và phân khúc. Chúng có thể được trình bày ở dạng lỏng hoặc rắn và có các mục đích sử dụng khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái của chúng cũng như các thông số và vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất của chúng.

Trong suốt ứng dụng lịch sử của nó, nhựa phenolic đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm đúc (chẳng hạn như quả bóng hồ bơi và băng ghế phòng thí nghiệm), và làm chất phủ và chất kết dính. Hơn nữa, những loại nhựa này đã từng được coi là vật liệu chính dùng để sản xuất bảng mạch điện, vì chúng có khả năng chịu nhiệt độ cao và chống cháy, nhưng ngày nay chúng đã được thay thế phần lớn bằng nhựa epoxy và vải sợi thủy tinh.

Ngoài các ứng dụng này, nhựa phenolic còn được sử dụng làm chất kết dính, chất kết dính trong ván ép và trong các tấm gỗ kết tụ, làm chất kết dính cho sợi thủy tinh, bông khoáng và các sản phẩm cách điện khác, để ngâm tẩm và cán các tác nhân gỗ và nhựa, trong các tấm điện, bằng carbon bọt, như hợp chất đúc, làm nhựa đúc (lớp phủ chịu nhiệt và axit) và trong vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi. Chúng cũng được sử dụng trong sơn và vecni.

Một lý do phổ biến để sử dụng ván ép với nhựa phenolic thay vì gỗ thường là khả năng chống nứt, co ngót, xoắn, chống cháy và mức độ chịu lực cao của nó. Vì vậy, vật liệu này thay thế nhiều loại gỗ khác trong các ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng. Chưa kể rằng các tấm cán mỏng được sản xuất dựa trên loại nhựa này được làm bằng cách ngâm tẩm một hoặc nhiều lớp vật liệu cơ bản, chẳng hạn như giấy, sợi thủy tinh hoặc gỗ, với nhựa phenolic dưới nhiệt và áp suất.

Ví dụ về các sản phẩm làm từ nhựa phenolic là: bi bi (làm từ nhựa phenol-formaldehyde rắn) và má phanh và đĩa ly hợp bắt buộc (ngành công nghiệp ô tô).

Nhựa phenolic vẫn là các polyme công nghiệp rất quan trọng, mặc dù việc sử dụng chúng phổ biến nhất hiện nay là làm chất kết dính để dán ván ép và các sản phẩm gỗ kết cấu khác.

Nguy cơ đối với sức khỏe con người

Mặc dù vẫn được sản xuất trên quy mô lớn, nhựa phenolic đã được chứng minh là nguy hiểm đối với sức khỏe con người và những rủi ro do chúng mang lại có liên quan trực tiếp đến loại hợp chất được sử dụng trong quá trình tổng hợp chúng. Cần phải biết vật liệu được chọn để sản xuất nó, cả phenol hoặc dẫn xuất và aldehyde được sử dụng, để biết chắc chắn về những nguy hiểm có thể xảy ra và tìm kiếm các giải pháp thay thế phù hợp và an toàn hơn.

Như đã nêu ở trên, các loại phenol và andehit khác nhau có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất nhựa phenol. Chúng chủ yếu là phenol, bisphenol-A, bisphenol-F và formaldehyde.

Trong trường hợp bisphenol-A và bisphenol-F, có thể được sử dụng trong quá trình tổng hợp các loại nhựa này, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng những chất này tích lũy trong cơ thể và hoạt động như những chất gây rối loạn nội tiết, với tác dụng estrogen và androgen, tác động tiêu cực đến tuyến giáp và sự gia tăng của tử cung và trọng lượng của tinh hoàn và các tuyến (đọc thêm trong "Tìm hiểu về các loại bisphenol và rủi ro của chúng"). Hơn nữa, phenol ở dạng đơn giản của nó đã được phát hiện là độc hại và gây kích ứng cho hệ hô hấp của con người, cùng với các biến chứng khác.

Một chất khác thường được sử dụng để sản xuất nhựa phenolic và được coi là mối nguy hiểm là formaldehyde (đọc thêm về chất này trong "Tìm hiểu về mối nguy hiểm của formaldehyde và cách tránh chúng"). Formaldehyde rất dễ bay hơi, thuộc nhóm có hại của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, còn được gọi là VOC (xem thêm về VOC trong bài "VOCs: biết các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi là gì, rủi ro của chúng và cách tránh chúng").

Hơn nữa, theo các nghiên cứu được trình bày bởi Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC), formaldehyde được coi là chất gây ung thư cho con người và cũng có thể hoạt động như một chất gây rối loạn nội tiết.

Do đó, với việc sử dụng rộng rãi và có thể cạn kiệt nguồn nguyên liệu hóa thạch (cơ sở để sản xuất hầu hết các loại nhựa này), được bổ sung vào các quy định ngày càng nghiêm ngặt trong lĩnh vực sức khỏe con người và môi trường, việc tìm kiếm các chất thay thế cho formaldehyde trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp nhựa phenolic.

Xử lý lại các đối tượng có chứa các loại nhựa này

Đã bị cấm hoặc kiểm soát ở một số quốc gia, nhưng chưa có ở Brazil, việc sản xuất nhựa phenolic, như chúng ta biết ngày nay, đã được đánh số ngày. Trong trường hợp này, ngoài tính độc hại của sản phẩm, tính không bền vững của sản xuất cũng phải được xem xét, vì nó phụ thuộc vào dầu mỏ, một nguồn không thể tái tạo.

Vì nó là một polyme nhiệt rắn nên việc thải bỏ và xử lý lại các sản phẩm có chứa loại nhựa này rất khó khăn, vì chúng có các liên kết chéo trong cấu trúc của chúng và khi chúng được hâm nóng lại, các liên kết này bị đứt, gây ra sự phân hủy vật liệu và phân tán các chất có hại.

Điều này không có nghĩa là không thể tái sử dụng phích nước. Chúng có thể được thêm vào với số lượng nhỏ làm chất độn và chất gia cố, bao gồm vật liệu nhựa nhiệt dẻo và vật liệu nhiệt rắn.

Một kỹ thuật xử lý lại được sử dụng bao gồm 'phá vỡ' vật liệu nhiệt rắn thành các mảnh nhỏ và trộn các mảnh này vào vật liệu nguyên sinh, khiến chúng vẫn còn bên trong. Việc sử dụng nhựa phenolic tái chế làm cho quá trình đóng rắn (dưới nhiệt độ cao) nhanh hơn và do đó rẻ hơn, và cho phép tạo ra một bề mặt rất sáng bóng. Ngoài ra, đã có báo cáo rằng việc sử dụng vật liệu nhiệt rắn tái chế, chẳng hạn như chất độn, mang lại phạm vi kết dính hoàn hảo cho vật liệu nguyên sinh.

Giải pháp thay thế

Mối quan tâm ngày càng tăng về các thách thức môi trường, an ninh năng lượng và tính bền vững, cùng với mong muốn giảm sự phụ thuộc vào dầu thô, đã tăng cường nỗ lực toàn cầu để sản xuất các sản phẩm sinh học từ các nguồn tái tạo. Việc sản xuất các vật liệu hóa học và sinh học để thay thế các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ là điều cần thiết trong một xã hội có ước mơ phát triển bền vững thực sự.

Trong bối cảnh này, điều cần thiết là phải phát triển polyme và nhựa dựa trên các nguồn tự nhiên. Ví dụ, phenol có nguồn gốc từ dầu mỏ có thể được thay thế bằng các hợp chất sinh học và formaldehyde gây ung thư có thể được thay thế bằng các chất từ ​​đường furfural hoặc hydroxymethyl furfural. Sự phát triển của nhựa sinh học sau đó sẽ dẫn đến sản xuất nhựa thực sự bền vững.

Do đó (có thể thấy chi tiết hơn trong bài báo: Các nhà nghiên cứu USP điều tra khả năng sử dụng phụ phẩm nông nghiệp), các giải pháp thay thế đã được tìm kiếm để đáp ứng nhu cầu này trong việc tạo ra một loại nhựa bền vững ở cấp độ thương mại. Và, ở một quốc gia như Brazil, quốc gia có phần lớn lãnh thổ nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới, nông nghiệp là biểu tượng của một trong những động lực chính của nền kinh tế. Có thể tìm thấy những nguyên liệu thô, được coi là phế thải nông nghiệp, có ích trong nỗ lực giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như mía (bã mía và sợi).