Baquelite
Bakelite (BAY-kə-lyte), formalmente Polioxibenzilmetilenglicolanidrido, é uma resina termofixa de fenol formaldeído, formada a partir de uma reação de condensação de fenol com formaldeído. O primeiro plástico feito de componentes sintéticos, foi desenvolvido por Leo Baekeland em Yonkers, Nova York, em 1907, e patenteado em 7 de dezembro de 1909 (Patente dos EUA 942699A).
Por causa de sua não condutividade elétrica e propriedades resistentes ao calor, tornou-se um grande sucesso comercial. Foi usado em isoladores elétricos, caixas de rádio e telefone e produtos diversos como utensílios de cozinha, joias, hastes de tubos, brinquedos infantis e armas de fogo. O "retrô" o apelo dos produtos antigos de baquelite os tornou colecionáveis.
A criação de um plástico sintético foi revolucionária para a indústria química, que na época obtinha a maior parte de sua renda com corantes para tecidos e explosivos. O sucesso comercial da baquelite inspirou a indústria a desenvolver outros plásticos sintéticos. Como o primeiro plástico sintético comercial do mundo, a baquelite foi nomeada um marco químico histórico nacional pela American Chemical Society.
História
Baekeland já era rico com a invenção do papel fotográfico Velox quando começou a investigar as reações do fenol e do formaldeído em seu laboratório doméstico. Os químicos começaram a reconhecer que muitas resinas e fibras naturais eram polímeros. A intenção inicial de Baekeland era encontrar um substituto para a goma-laca, um material em oferta limitada porque era produzido naturalmente a partir da secreção de insetos laca (especificamente Kerria lacca). Ele produziu uma goma-laca de fenol-formaldeído solúvel chamada "Novolak", mas não foi um sucesso de mercado, embora ainda seja usada até hoje (por exemplo, como fotorresistente).
Ele então começou a experimentar fortalecer a madeira impregnando-a com uma resina sintética em vez de revestir. Ao controlar a pressão e a temperatura aplicadas ao fenol e ao formaldeído, ele produziu um material duro e moldável que batizou de baquelite, em homenagem a si mesmo. Foi o primeiro plástico termoendurecível sintético produzido, e Baekeland especulou sobre os "mil e um... artigos" poderia ser usado para fazer. Ele considerou as possibilidades de usar uma ampla variedade de materiais de enchimento, incluindo algodão, bronze em pó e pó de ardósia, mas teve mais sucesso com madeira e fibras de amianto, embora o amianto tenha sido gradualmente abandonado por todos os fabricantes devido a leis ambientais mais rígidas.
Baekeland registrou um número substancial de patentes relacionadas. Bakelite, seu "método de fazer produtos insolúveis de fenol e formaldeído" foi arquivado em 13 de julho de 1907 e concedido em 7 de dezembro de 1909. Ele também entrou com pedido de proteção de patente em outros países, incluindo Bélgica, Canadá, Dinamarca, Hungria, Japão, México, Rússia e Espanha. Ele anunciou sua invenção em uma reunião da American Chemical Society em 5 de fevereiro de 1909.
Baekeland iniciou a produção semi-comercial de seu novo material em seu laboratório doméstico, comercializando-o como um material para isoladores elétricos. No verão de 1909, ele licenciou os direitos da Europa continental para a Rütger AG. A subsidiária formada na época, Bakelite AG, foi a primeira a produzir baquelite em escala industrial.
Em 1910, Baekeland estava produzindo material suficiente nos EUA para justificar a expansão. Ele formou a General Bakelite Company de Perth Amboy, NJ como uma empresa dos EUA para fabricar e comercializar seu novo material industrial e fez conexões no exterior para produzi-lo em outros países.
A Bakelite Company produziu produtos "transparentes" resina fundida (que não incluía carga) para um pequeno mercado durante as décadas de 1910 e 1920. Blocos ou bastões de resina fundida, também conhecidos como "âmbar artificial", foram usinados e esculpidos para criar itens como hastes de cachimbo, piteiras e joias. No entanto, a demanda por plásticos moldados levou a empresa a se concentrar na moldagem em vez de moldar resinas sólidas.
A Bakelite Corporation foi formada em 1922 após litígio de patente favorável a Baekeland, a partir de uma fusão de três empresas: Baekeland's General Bakelite Company; a Condensite Company, fundada por J. W. Aylesworth; e a Redmanol Chemical Products Company, fundada por Lawrence V. Redman. Sob o diretor de publicidade e relações públicas Allan Brown, que veio da Condensite para a Bakelite, a baquelite foi agressivamente comercializada como "o material de mil usos". Um pedido de registro de marca com a letra B acima do símbolo matemático do infinito foi feito em 25 de agosto de 1925 e alegou que a marca estava em uso em 1º de dezembro de 1924. Uma grande variedade de usos foi listada em seus pedidos de marca.
A primeira edição da revista Plastics, de outubro de 1925, trazia a baquelite na capa e incluía o artigo "Bakelite – O que é" por Allan Brown. A gama de cores disponíveis incluía "preto, marrom, vermelho, amarelo, verde, cinza, azul e misturas de dois ou mais destes". O artigo enfatizou que a baquelite veio em várias formas. "A baquelite é fabricada em várias formas para atender a vários requisitos. Em todas essas formas a base fundamental é a resina inicial de baquelite. Esta variedade inclui material transparente, para bijuterias, fumante's. artigos, etc.; cimento, utilizado na vedação de lâmpadas elétricas em bases metálicas; vernizes, para impregnação de bobinas elétricas, etc.; lacas, para proteção da superfície de ferragens; esmaltes, para dar revestimento resistivo a equipamentos industriais; Baquelite Laminada, utilizada para engrenagens silenciosas e isolantes; e material de moldagem, do qual são formados inúmeros artigos de utilidade e beleza. O material de moldagem é preparado normalmente pela impregnação de substâncias de celulose com o material inicial 'não curado' resina." Em um relatório de 1925, a Comissão Tarifária dos Estados Unidos saudou a fabricação comercial de resina fenólica sintética como "uma conquista distintamente americana" e observou que "a publicação de números, no entanto, seria uma divulgação virtual". da produção de uma empresa individual".
Na Inglaterra, a Bakelite Limited, uma fusão de três fornecedores britânicos de resina de fenol formaldeído (Damard Lacquer Company Limited de Birmingham, Mouldensite Limited de Darley Dale e Redmanol Chemical Products Company de Londres), foi formada em 1926. Uma nova fábrica de baquelite foi aberta em Tyseley, Birmingham, por volta de 1928. Era o "coração da produção de baquelite no Reino Unido" até fechar em 1987.
Uma nova fábrica foi inaugurada em Bound Brook, Nova Jersey, em 1931.
Em 1939, as empresas foram adquiridas pela Union Carbide e pela Carbon Corporation.
Em 2005, o fabricante alemão de baquelite Bakelite AG foi adquirido pela Borden Chemical de Columbus, OH, agora Hexion Inc.[1]
Além do material original de baquelite, essas empresas acabaram fabricando uma ampla gama de outros produtos, muitos dos quais foram comercializados sob a marca "Bakelite plastics". Estes incluíam outros tipos de resinas fenólicas fundidas semelhantes ao Catalin e resinas de uréia-formaldeído, que poderiam ser feitas em cores mais brilhantes do que o polioxibenzilmetilenglicolanidrido.
Depois que as patentes de calor e pressão de Baekeland expiraram em 1927, a Bakelite Corporation enfrentou séria concorrência de outras empresas. Como a baquelite moldada incorporava enchimentos para dar resistência, ela tendia a ser feita para esconder cores escuras. Em 1927, miçangas, pulseiras e brincos foram produzidos pela empresa Catalin, através de um processo diferente que permitiu a introdução de 15 novas cores. Joias translúcidas, fichas de pôquer e outros itens feitos de resinas fenólicas foram introduzidos nas décadas de 1930 ou 1940 pela empresa Catalin sob o nome Prystal. A criação de resinas fenólicas marmorizadas também pode ser atribuída à empresa Catalin.
Síntese
Fazer baquelite é um processo de várias etapas. Começa com o aquecimento de fenol e formaldeído na presença de um catalisador, como ácido clorídrico, cloreto de zinco ou amônia básica. Isso cria um produto de condensação líquida, conhecido como Bakelite A, que é solúvel em álcool, acetona ou fenol adicional. Aquecido ainda mais, o produto torna-se parcialmente solúvel e ainda pode ser amolecido pelo calor. O aquecimento sustentado resulta em uma "goma dura insolúvel". No entanto, as altas temperaturas necessárias para criar isso tendem a causar a formação de espuma violenta da mistura quando feita à pressão atmosférica padrão, o que resulta em um material resfriado poroso e quebrável. O passo inovador de Baekeland foi colocar seu "último produto de condensação" em um "Bakelizer" em forma de ovo. Ao aquecê-lo sob pressão, a cerca de 150 °C (300 °F), Baekeland foi capaz de suprimir a formação de espuma que ocorreria de outra forma. A substância resultante é extremamente dura e infusível e insolúvel.
Sala de estar
Ainda quarto
Sala de refrigeração
Laboratório de inspeção de resina e verniz
Testando amostras de resina
Laboratório de desenvolvimento
Moldagem por compressão
A Baquelite Moldada forma-se numa reação de condensação de fenol e formaldeído, com farinha de madeira ou fibra de amianto como carga, sob alta pressão e calor num intervalo de tempo de alguns minutos de cura. O resultado é um material plástico duro. O amianto foi gradualmente abandonado como enchimento porque muitos países proibiram a produção de amianto.
O processo de moldagem da baquelite tinha uma série de vantagens. A resina de baquelite pode ser fornecida na forma de pó ou de pastilhas pré-formadas parcialmente curadas, aumentando a velocidade da fundição. As resinas termoendurecíveis, como a baquelite, exigiam calor e pressão durante o ciclo de moldagem, mas podiam ser removidas do processo de moldagem sem serem resfriadas, novamente tornando o processo de moldagem mais rápido. Além disso, devido à superfície lisa e polida resultante, os objetos de baquelite exigiam menos acabamento. Milhões de peças poderiam ser duplicadas de forma rápida e relativamente barata.
Folha fenólica
Outro mercado para a resina de baquelite foi a criação de materiais de folha fenólica. A folha fenólica é um material duro e denso feito pela aplicação de calor e pressão a camadas de papel ou tecido de vidro impregnado com resina sintética. Papel, tecidos de algodão, tecidos sintéticos, tecidos de vidro e tecidos não tecidos são possíveis materiais usados na laminação. Quando calor e pressão são aplicados, a polimerização transforma as camadas em plástico laminado industrial termoendurecível.
A chapa fenólica de baquelite é produzida em muitos graus comerciais e com vários aditivos para atender a diversos requisitos mecânicos, elétricos e térmicos. Alguns tipos comuns incluem:
- Papel reforçado NEMA XX por MIL-I-24768 PBG. Aplicações elétricas normais, resistência mecânica moderada, temperatura de operação contínua de 250 °F (120 °C).
- Tela reforçada NEMA C por MIL-I-24768 TYPE FBM NEMA CE por MIL-I-24768 TYPE FBG. Boa resistência mecânica e de impacto com temperatura de operação contínua de 250 °F (120 °C).
- Roupa reforçada NEMA L por MIL-I-24768 TYPE FBI NEMA LE por MIL-I-24768 TIPO FEI. Boa resistência mecânica e elétrica. Recomendado para peças de alta resistência intricadas. Temperatura de operação contínua 250 °F (120 °C).
- Nylon reforçado NEMA N-1 por MIL-I-24768 TYPE NPG. Propriedades elétricas superiores sob condições úmidas, resistente ao fungo, temperatura de operação contínua de 160 °F (70 °C).
Propriedades
A baquelite tem várias propriedades importantes. Pode ser moldado muito rapidamente, diminuindo o tempo de produção. As molduras são lisas, mantêm sua forma e são resistentes ao calor, arranhões e solventes destrutivos. Também é resistente à eletricidade e valorizado por sua baixa condutividade. Não é flexível.
Os produtos de resina fenólica podem inchar ligeiramente em condições de umidade extrema ou umidade perpétua. Quando esfregada ou queimada, a baquelite tem um odor característico, acre, adocicado ou de peixe.
Aplicações e usos
As características da baquelite a tornaram particularmente adequada como composto de moldagem, adesivo ou aglutinante, verniz e revestimento protetor. A baquelite era particularmente adequada para as emergentes indústrias elétrica e automobilística por causa de sua resistência extraordinariamente alta à eletricidade, calor e ação química.
O primeiro uso comercial de baquelite na indústria elétrica foi a moldagem de minúsculas buchas isolantes, feitas em 1908 para a Weston Electrical Instrument Corporation por Richard W. Seabury da Boonton Rubber Company. A baquelite foi logo utilizada para partes não condutoras de telefones, rádios e outros dispositivos elétricos, incluindo bases e soquetes para lâmpadas e tubos de elétrons (tubos de vácuo), suportes para qualquer tipo de componentes elétricos, tampas de distribuidores de automóveis e outros isoladores. Em 1912, já era usado para fazer bolas de bilhar, pois sua elasticidade e o som que emitia eram semelhantes ao marfim.
Durante a Primeira Guerra Mundial, a baquelite foi amplamente utilizada, principalmente em sistemas elétricos. Projetos importantes incluíram o motor do avião Liberty, o telefone sem fio e o rádio, e o uso de hélices de micarta-baquelite no bombardeiro NBS-1 e no avião DH-4B.
A disponibilidade e a facilidade e rapidez de moldagem da baquelite ajudaram a reduzir os custos e aumentar a disponibilidade do produto, de modo que telefones e rádios se tornaram bens de consumo domésticos comuns. Também foi muito importante para o desenvolvimento da indústria automobilística. Ele logo foi encontrado em uma miríade de outros produtos de consumo, desde hastes de tubos e botões até boquilhas de saxofone, câmeras, metralhadoras antigas e caixas de eletrodomésticos. A baquelite também era muito comumente usada na fabricação de painéis de empunhadura moldados em revólveres e como móveis para metralhadoras e metralhadoras, e os clássicos carregadores de baquelite para fuzis Kalashnikov, bem como vários cabos de faca e "escamas" até a primeira metade do século XX.
A partir da década de 1920, tornou-se um material popular para joias. A designer Coco Chanel incluiu pulseiras de baquelite em suas coleções de bijuterias. Designers como Elsa Schiaparelli o usaram para joias e também para botões de vestidos especialmente projetados. Mais tarde, Diana Vreeland, editora da Vogue, ficou entusiasmada com a baquelite. A baquelite também foi usada para fazer caixas de apresentação para relógios Breitling.
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Em 1930, o designer Paul T. Frankl considerava a baquelite uma "Materia Nova", "expressiva de nossa própria época". Na década de 1930, a baquelite era usada para peças de jogos como peças de xadrez, fichas de pôquer, dominó e conjuntos de mahjong. Utensílios de cozinha feitos com baquelite, incluindo latas e talheres, foram promovidos por sua resistência ao calor e lascamento. Em meados da década de 1930, Northland comercializou uma linha de esquis com uma cor preta "Ebonite" base, um revestimento de baquelite. Em 1935, foi usado em guitarras elétricas de corpo sólido. Artistas como Jerry Byrd adoravam o tom das guitarras de baquelite, mas achavam difícil mantê-las afinadas.
Charles Plimpton patenteou BAYKO em 1933 e lançou seus primeiros conjuntos de construção para o Natal de 1934. Ele chamou o brinquedo Bayko Light Constructional Sets, as palavras "Bayko Light" sendo um trocadilho com a palavra "Bakelite."
Durante a Segunda Guerra Mundial, a baquelite foi usada em uma variedade de equipamentos de guerra, incluindo óculos de piloto e telefones de campanha. Também foi usado para joias patrióticas em tempo de guerra. Em 1943, a resina fenólica termofixa chegou a ser cogitada para a fabricação de moedas, devido à escassez de material tradicional. A baquelite e outros materiais não metálicos foram testados para uso na moeda de um centavo nos EUA antes que a Casa da Moeda decidisse pelo aço revestido de zinco.
Durante a Segunda Guerra Mundial, os botões de baquelite faziam parte dos uniformes britânicos. Estes incluíam botões marrons para o Exército e botões pretos para a RAF.
Em 1947, o falsificador de arte holandês Han van Meegeren foi condenado por falsificação, depois que o químico e curador Paul B. Coremans provou que um suposto Vermeer continha baquelita, que van Meegeren havia usado como endurecedor de tinta.
A baquelite às vezes era usada no punho da pistola, no protetor de mão e na coronha de armas de fogo. O AKM e alguns dos primeiros rifles AK-74 são frequentemente identificados erroneamente como usando baquelite, mas a maioria foi feita com AG-4S.
No final da década de 1940, materiais mais novos estavam substituindo a baquelite em muitas áreas. Os fenólicos são usados com menos frequência em produtos de consumo em geral devido ao seu custo e complexidade de produção e sua natureza frágil. Eles ainda aparecem em algumas aplicações onde suas propriedades específicas são necessárias, como pequenos componentes de precisão, cilindros de freio a disco moldados, cabos de panelas, tomadas elétricas, interruptores e peças para ferros elétricos, bem como na área de tábuas e tampos de mesa baratos. jogos produzidos na China, Hong Kong e Índia. Itens como bolas de bilhar, dominó e peças para jogos de tabuleiro como xadrez, damas e gamão são construídos em baquelite por sua aparência, durabilidade, polimento fino, peso e som. Dados comuns às vezes são feitos de baquelite para peso e som, mas a maioria é feita de um polímero termoplástico, como acrilonitrila butadieno estireno (ABS). A baquelite continua a ser usada para isolamento de fios, pastilhas de freio e componentes automotivos relacionados e aplicações elétricas industriais relacionadas. O estoque de baquelite ainda é fabricado e produzido em forma de folha, haste e tubo para aplicações industriais nas indústrias eletrônica, de geração de energia e aeroespacial, e sob uma variedade de marcas comerciais.
As resinas fenólicas têm sido comumente usadas em escudos térmicos ablativos. Os escudos térmicos soviéticos para ogivas ICBM e reentrada de espaçonaves consistiam em textolita de amianto impregnado com baquelita. A baquelite também é usada na montagem de amostras de metal em metalografia.
Status colecionável
Itens de baquelite, principalmente joias e rádios, tornaram-se colecionáveis populares. O termo Bakelite às vezes é usado no mercado de revenda para indicar vários tipos de plásticos antigos, incluindo Catalin e Faturan, que podem ser coloridos, bem como itens feitos de material de baquelite.
Patentes
O Escritório de Marcas e Patentes dos Estados Unidos concedeu a Baekeland uma patente para um "Método de fabricação de produtos insolúveis de fenol e formaldeído" em 7 de dezembro de 1909. A produção de produtos de condensação duros, compactos, insolúveis e infusíveis de fenóis e formaldeído marcou o início da moderna indústria de plásticos.
Plásticos semelhantes
- Catalina é também uma resina fenólica, semelhante a Bakelite, mas continha diferentes enchimentos minerais que permitiram a produção de cores claras.
- Os condensados são materiais termoset semelhantes com propriedades, características e usos semelhantes.
- Crystalate é um plástico precoce.
- Faturan é resina fenólica, também semelhante ao Bakelite, que fica vermelho ao longo do tempo, independentemente de sua cor original.
- O Galalith é um plástico inicial derivado de produtos lácteos.
- Micarta é uma placa isolante composta que usou Bakelite como um agente de ligação. Foi desenvolvido em 1910 por Westinghouse Elec. & Mfg Co.
- Novotext é uma marca para resina têxtil-fenólica de algodão.
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