Baquelita
El
polioxibencilmetilenglicolanhídrido, más conocido como baquelita (BAY-kə-lyte), es una resina de fenol formaldehído termoendurecible, formada a partir de una reacción de condensación de fenol con formaldehído. El primer plástico fabricado con componentes sintéticos fue desarrollado por Leo Baekeland en Yonkers, Nueva York en 1907 y patentado el 7 de diciembre de 1909 (Patente de EE. UU. 942699A).
Debido a sus propiedades de no conductividad eléctrica y resistencia al calor, se convirtió en un gran éxito comercial. Se utilizó en aisladores eléctricos, carcasas de radios y teléfonos, y productos tan diversos como utensilios de cocina, joyería, tubos, juguetes para niños y armas de fuego. El "retro" El atractivo de los viejos productos de baquelita los ha hecho coleccionables.
La creación de un plástico sintético fue revolucionaria para la industria química, que en ese momento obtenía la mayor parte de sus ingresos de tintes para telas y explosivos. El éxito comercial de la baquelita inspiró a la industria a desarrollar otros plásticos sintéticos. En reconocimiento a su importancia como el primer plástico sintético comercial del mundo, que transformó la industria química, la baquelita fue designada Monumento Químico Histórico Nacional el 9 de noviembre de 1993 por la Sociedad Estadounidense de Química.
Historia
Baekeland ya era rico gracias a su invención del papel fotográfico Velox cuando comenzó a investigar las reacciones del fenol y el formaldehído en el laboratorio de su casa. Los químicos habían comenzado a reconocer que muchas resinas y fibras naturales eran polímeros. La intención inicial de Baekeland era encontrar un reemplazo para la goma laca, un material de suministro limitado porque se fabricaba de forma natural a partir de la secreción de insectos de la laca (específicamente Kerria lacca). Produjo una goma laca soluble de fenol-formaldehído llamada 'Novolak', pero no fue un éxito de mercado, a pesar de que todavía se usa hasta el día de hoy (por ejemplo, como fotorresistente).
Luego comenzó a experimentar con el fortalecimiento de la madera impregnándola con una resina sintética en lugar de recubrirla. Al controlar la presión y la temperatura aplicadas al fenol y al formaldehído, produjo un material duro y moldeable al que llamó baquelita, en su honor. Fue el primer plástico termoendurecible sintético producido, y Baekeland especuló con "los mil y un... artículos" podría usarse para hacer. Consideró las posibilidades de usar una amplia variedad de materiales de relleno, incluido el algodón, el bronce en polvo y el polvo de pizarra, pero tuvo más éxito con la madera y las fibras de asbesto, aunque todos los fabricantes abandonaron gradualmente el asbesto debido a leyes ambientales más estrictas.
Baekeland presentó una cantidad considerable de patentes relacionadas. La baquelita, su "método para fabricar productos insolubles de fenol y formaldehído," fue presentada el 13 de julio de 1907 y concedida el 7 de diciembre de 1909. También solicitó la protección de patentes en otros países, incluidos Bélgica, Canadá, Dinamarca, Hungría, Japón, México, Rusia y España. Anunció su invento en una reunión de la American Chemical Society el 5 de febrero de 1909.
Baekeland comenzó la producción semicomercial de su nuevo material en el laboratorio de su casa, comercializándolo como material para aisladores eléctricos. En el verano de 1909 licenció los derechos de Europa continental a Rütger AG. La filial formada en ese momento, Bakelite AG, fue la primera en producir baquelita a escala industrial.
Para 1910, Baekeland producía suficiente material en EE. UU. para justificar su expansión. Formó General Bakelite Company of Perth Amboy, NJ como una empresa estadounidense para fabricar y comercializar su nuevo material industrial e hizo conexiones en el extranjero para producirlo en otros países.
The Bakelite Company produjo "transparentes" resina fundida (que no incluía relleno) para un pequeño mercado durante las décadas de 1910 y 1920. Se mecanizaron y tallaron bloques o varillas de resina fundida, también conocida como "ámbar artificial", para crear elementos como tubos, boquillas para cigarrillos y joyas. Sin embargo, la demanda de plásticos moldeados llevó a la empresa a concentrarse en el moldeado en lugar de moldear resinas sólidas.
Bakelite Corporation se formó en 1922 después de un litigio de patentes favorable a Baekeland, a partir de la fusión de tres empresas: Baekeland's General Bakelite Company; la Condensite Company, fundada por J. W. Aylesworth; y Redmanol Chemical Products Company, fundada por Lawrence V. Redman. Bajo la dirección del director de publicidad y relaciones públicas Allan Brown, que llegó a Bakelite procedente de Condensite, la baquelita se comercializó agresivamente como "el material de los mil usos". El 25 de agosto de 1925 se presentó una solicitud de marca comercial que presentaba la letra B sobre el símbolo matemático de infinito y afirmaba que la marca estaba en uso desde el 1 de diciembre de 1924. Se enumeraron una amplia variedad de usos en sus solicitudes de marca registrada.
El primer número de la revista Plastics, de octubre de 1925, presentaba baquelita en su portada e incluía el artículo "Baquelita: qué es" por Alan Brown. La gama de colores disponibles incluía "negro, marrón, rojo, amarillo, verde, gris, azul y mezclas de dos o más de estos". El artículo enfatizaba que la baquelita venía en varias formas. "La baquelita se fabrica en varias formas para adaptarse a diferentes requisitos. En todas estas formas la base fundamental es la resina de baquelita inicial. Esta variedad incluye material transparente, para joyería, fumadores' artículos, etc.; cemento, para sellar bombillas de luz eléctrica en bases metálicas; barnices, para impregnar bobinas eléctricas, etc.; lacas, para proteger la superficie de herrajes; esmaltes, para dar revestimiento resistivo a equipos industriales; Baquelita laminada, utilizada para engranajes silenciosos y aislamiento; y material de moldeo, a partir del cual se forman innumerables artículos de utilidad y belleza. El material de moldeo se prepara normalmente mediante la impregnación de sustancias de celulosa con el material inicial 'sin curar' resina." En un informe de 1925, la Comisión Arancelaria de los Estados Unidos elogió la fabricación comercial de resina fenólica sintética como "un logro claramente estadounidense" y señaló que "la publicación de cifras, sin embargo, sería una revelación virtual". de la producción de una empresa individual".
En Inglaterra, Bakelite Limited, una fusión de tres proveedores británicos de resina de fenol formaldehído (Damard Lacquer Company Limited de Birmingham, Mouldensite Limited de Darley Dale y Redmanol Chemical Products Company de Londres), se formó en 1926. Se abrió una nueva fábrica de baquelita en Tyseley, Birmingham, alrededor de 1928. Era el "corazón de la producción de baquelita en el Reino Unido" hasta que cerró en 1987.
Se abrió una nueva fábrica en Bound Brook, Nueva Jersey, en 1931.
En 1939, las empresas fueron adquiridas por Union Carbide y Carbon Corporation.
En 2005, el fabricante alemán de baquelita Bakelite AG fue adquirido por Borden Chemical de Columbus, OH, ahora Hexion Inc.[1]
Además del material de baquelita original, estas empresas finalmente fabricaron una amplia gama de otros productos, muchos de los cuales se comercializaron bajo la marca "Plásticos de baquelita". Estos incluían otros tipos de resinas fenólicas fundidas similares a Catalin y resinas de urea-formaldehído, que podían fabricarse en colores más brillantes que el polioxibencilmetilenglicolanhídrido.
Una vez que las patentes de calor y presión de Baekeland expiraron en 1927, Bakelite Corporation enfrentó una seria competencia de otras compañías. Debido a que la baquelita moldeada incorporaba rellenos para darle resistencia, tendía a fabricarse ocultando colores oscuros. En 1927, la empresa Catalin produjo cuentas, brazaletes y aretes, a través de un proceso diferente que les permitió introducir 15 nuevos colores. La joyería translúcida, las fichas de póquer y otros artículos hechos de resinas fenólicas fueron introducidos en las décadas de 1930 o 1940 por la empresa Catalin con el nombre de Prystal. La creación de resinas fenólicas marmoleadas también puede ser atribuible a la empresa Catalin.
Síntesis
Fabricar baquelita es un proceso de varias etapas. Comienza con el calentamiento de fenol y formaldehído en presencia de un catalizador como ácido clorhídrico, cloruro de zinc o amoníaco base. Esto crea un producto de condensación líquido, denominado baquelita A, que es soluble en alcohol, acetona o fenol adicional. Si se calienta más, el producto se vuelve parcialmente soluble y aún puede ablandarse con el calor. El calentamiento sostenido da como resultado una "goma dura insoluble". Sin embargo, las altas temperaturas requeridas para crear esto tienden a causar una violenta formación de espuma en la mezcla cuando se realiza a presión atmosférica estándar, lo que da como resultado que el material enfriado sea poroso y rompible. El paso innovador de Baekeland fue colocar su "último producto de condensación" en un "Bakelizer" en forma de huevo. Al calentarlo bajo presión, a unos 150 °C (300 °F), Baekeland pudo suprimir la formación de espuma que de otro modo se produciría. La sustancia resultante es extremadamente dura y tanto infusible como insoluble.
Sala de estar
Habitación
Cuarto de refrigeración
Laboratorio de inspección de resina y barniz
Probando muestras de resina
Laboratorio de desarrollo
Moldeo por compresión
La baquelita moldeada se forma en una reacción de condensación de fenol y formaldehído, con harina de madera o fibra de asbesto como relleno, bajo alta presión y calor en un período de tiempo de unos pocos minutos de curado. El resultado es un material plástico duro. El asbesto se abandonó gradualmente como relleno porque muchos países prohibieron la producción de asbesto.
El proceso de moldeo de baquelita tenía una serie de ventajas. La resina de baquelita se puede proporcionar en forma de polvo o como bloques preformados parcialmente curados, lo que aumenta la velocidad de la fundición. Las resinas termoendurecibles como la baquelita requerían calor y presión durante el ciclo de moldeo, pero podían eliminarse del proceso de moldeo sin enfriarse, lo que nuevamente agilizaba el proceso de moldeo. Además, debido a la superficie lisa y pulida resultante, los objetos de baquelita requerían menos acabado. Se podrían duplicar millones de piezas de forma rápida y relativamente económica.
Lámina fenólica
Otro mercado para la resina de baquelita fue la creación de materiales de láminas fenólicas. La lámina fenólica es un material duro y denso que se obtiene aplicando calor y presión a capas de papel o tela de vidrio impregnadas con resina sintética. El papel, las telas de algodón, las telas sintéticas, las telas de vidrio y las telas no tejidas son todos los posibles materiales utilizados en la laminación. Cuando se aplica calor y presión, la polimerización transforma las capas en plástico laminado industrial termoendurecible.
La lámina fenólica de baquelita se produce en muchos grados comerciales y con varios aditivos para cumplir con diversos requisitos mecánicos, eléctricos y térmicos. Algunos tipos comunes incluyen:
- Papel reforzado NEMA XX per MIL-I-24768 PBG. Aplicaciones eléctricas normales, resistencia mecánica moderada, temperatura de funcionamiento continua de 250 °F (120 °C).
- Canvas reforzados NEMA C per MIL-I-24768 TYPE FBM NEMA CE per MIL-I-24768 TYPE FBG. Buena resistencia mecánica y de impacto con temperatura de funcionamiento continua de 250 °F (120 °C).
- Linen reinforced NEMA L per MIL-I-24768 TYPE FBI NEMA LE per MIL-I-24768 TYPE FEI. Buena resistencia mecánica y eléctrica. Recomendado para piezas de alta resistencia intrincadas. Temperatura de funcionamiento continua 250 °F (120 °C).
- Nylon reinforced NEMA N-1 per MIL-I-24768 TYPE NPG. Propiedades eléctricas superiores bajo condiciones húmedas, resistente al hongo, temperatura de funcionamiento continua de 160 °F (70 °C).
Propiedades
La baquelita tiene varias propiedades importantes. Se puede moldear muy rápidamente, disminuyendo el tiempo de producción. Las molduras son suaves, conservan su forma y son resistentes al calor, los rayones y los solventes destructivos. También es resistente a la electricidad y apreciado por su baja conductividad. No es flexible.
Los productos de resina fenólica pueden hincharse ligeramente en condiciones de humedad extrema o humedad perpetua. Cuando se frota o se quema, la baquelita tiene un olor distintivo, acre, empalagoso o a pescado.
Aplicaciones y usos
Las características de la baquelita la hacen particularmente adecuada como compuesto de moldeo, adhesivo o agente aglutinante, barniz y revestimiento protector. La baquelita era especialmente adecuada para las industrias emergentes de la electricidad y el automóvil debido a su extraordinariamente alta resistencia a la electricidad, el calor y la acción química.
El primer uso comercial de la baquelita en la industria eléctrica fue el moldeado de diminutos casquillos aislantes, fabricados en 1908 para Weston Electrical Instrument Corporation por Richard W. Seabury de Boonton Rubber Company. La baquelita pronto se utilizó para las partes no conductoras de teléfonos, radios y otros dispositivos eléctricos, incluyendo bases y enchufes para bombillas y tubos de electrones (tubos de vacío), soportes para cualquier tipo de componentes eléctricos, tapas de distribuidores de automóviles y otros aislantes. Para 1912, se estaba utilizando para fabricar bolas de billar, ya que su elasticidad y el sonido que producía eran similares al marfil.
Durante la Primera Guerra Mundial, la baquelita se usó ampliamente, particularmente en sistemas eléctricos. Proyectos importantes incluyeron el motor del avión Liberty, el teléfono inalámbrico y el radioteléfono, y el uso de hélices de micarta-baquelita en el bombardero NBS-1 y el avión DH-4B.
La disponibilidad de baquelita y la facilidad y velocidad de moldeo ayudaron a reducir los costos y aumentar la disponibilidad del producto para que los teléfonos y las radios se convirtieran en bienes de consumo doméstico comunes. También fue muy importante para el desarrollo de la industria del automóvil. Pronto se encontró en una miríada de otros productos de consumo que van desde tubos y botones hasta boquillas de saxofón, cámaras, ametralladoras antiguas y carcasas de electrodomésticos. La baquelita también se usaba con mucha frecuencia en la fabricación de paneles de agarre moldeados (culatas) en pistolas, metralletas y ametralladoras, así como en numerosos mangos de cuchillos y "balanzas" hasta la primera mitad del siglo XX.
A partir de la década de 1920, se convirtió en un material popular para la joyería. La diseñadora Coco Chanel incluyó pulseras de baquelita en sus colecciones de bisutería. Diseñadores como Elsa Schiaparelli lo usaron para joyería y también para botones de vestir especialmente diseñados. Posteriormente, Diana Vreeland, editora de Vogue, se entusiasmó con la baquelita. La baquelita también se utilizó para hacer cajas de presentación para relojes Breitling.
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Hacia 1930, el diseñador Paul T. Frankl consideraba a la baquelita una "Materia Nova", "expresiva de nuestra época". En la década de 1930, la baquelita se usaba para piezas de juegos como piezas de ajedrez, fichas de póquer, dominó y juegos de mahjong. Se promocionaron los utensilios de cocina hechos con baquelita, incluidos botes y vajillas, por su resistencia al calor y al astillado. A mediados de la década de 1930, Northland comercializó una línea de esquís con un color negro "Ebonite" base, una capa de baquelita. En 1935, se utilizó en guitarras eléctricas de cuerpo sólido. A los artistas como Jerry Byrd les encantaba el tono de las guitarras de baquelita, pero les resultaba difícil mantenerlas afinadas.
Charles Plimpton patentó BAYKO en 1933 y lanzó sus primeros juegos de construcción para la Navidad de 1934. Llamó al juguete Bayko Light Constructional Sets, las palabras "Bayko Light" siendo un juego de palabras con la palabra "Baquelita."
Durante la Segunda Guerra Mundial, la baquelita se usó en una variedad de equipos de guerra, incluidas las gafas de los pilotos y los teléfonos de campo. También se usó para joyería patriótica en tiempos de guerra. En 1943, incluso se consideró la resina fenólica termoendurecible para la fabricación de monedas, debido a la escasez del material tradicional. La baquelita y otros materiales no metálicos se probaron para el uso de la moneda de un centavo en los EE. UU. antes de que la Casa de la Moneda se decidiera por el acero recubierto de zinc.
Durante la Segunda Guerra Mundial, los botones de baquelita formaban parte de los uniformes británicos. Estos incluían botones marrones para el Ejército y botones negros para la RAF.
En 1947, el falsificador de arte holandés Han van Meegeren fue declarado culpable de falsificación, después de que el químico y curador Paul B. Coremans demostrara que un supuesto Vermeer contenía baquelita, que Van Meegeren había usado como endurecedor de pintura.
La baquelita se usaba a veces en la empuñadura de pistola, el protector de mano y la culata de las armas de fuego. El AKM y algunos de los primeros rifles AK-74 con frecuencia se identifican erróneamente como que usan baquelita, pero la mayoría se fabricaron con AG-4S.
A fines de la década de 1940, los materiales más nuevos estaban reemplazando a la baquelita en muchas áreas. Los fenólicos se usan con menos frecuencia en los productos de consumo general en la actualidad debido a su costo y complejidad de producción y su naturaleza quebradiza. Todavía aparecen en algunas aplicaciones en las que se requieren sus propiedades específicas, como pequeños componentes de forma precisa, cilindros de freno de disco moldeados, mangos de cacerolas, enchufes eléctricos, interruptores y piezas para planchas eléctricas, así como en el área de tableros y mesas de bajo costo. juegos producidos en China, Hong Kong e India. Artículos como bolas de billar, dominó y piezas para juegos de mesa como ajedrez, damas y backgammon están hechos de baquelita por su aspecto, durabilidad, pulido fino, peso y sonido. Los dados comunes a veces están hechos de baquelita por peso y sonido, pero la mayoría están hechos de un polímero termoplástico como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). La baquelita continúa utilizándose para aislamiento de cables, pastillas de freno y componentes automotrices relacionados, y aplicaciones eléctricas industriales. El stock de baquelita todavía se fabrica y produce en forma de láminas, varillas y tubos para aplicaciones industriales en las industrias electrónica, de generación de energía y aeroespacial, y bajo una variedad de marcas comerciales.
Las resinas fenólicas se han usado comúnmente en escudos térmicos ablativos. Los escudos térmicos soviéticos para ojivas ICBM y reentrada de naves espaciales consistían en textolita de asbesto, impregnada con baquelita. La baquelita también se utiliza en el montaje de muestras de metal en metalografía.
Estado coleccionable
Los artículos de baquelita, en particular las joyas y las radios, se han convertido en artículos de colección populares. El término baquelita a veces se usa en el mercado de reventa para indicar varios tipos de plásticos antiguos, incluidos Catalin y Faturan, que pueden tener colores brillantes, así como artículos hechos de material de baquelita.
Patentes
La Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos otorgó a Baekeland una patente para un "Método para fabricar productos insolubles de fenol y formaldehído" el 7 de diciembre de 1909. La producción de productos de condensación duros, compactos, insolubles e infusibles de fenoles y formaldehído marcó el comienzo de la industria plástica moderna.
Plásticos similares
- Catalina es también una resina fenólica, similar a Bakelite, pero contiene diferentes rellenos minerales que permitieron la producción de colores ligeros.
- Los condensitos son materiales termoset similares que tienen muchas de las mismas propiedades, características y usos.
- Crystalate es un plástico temprano.
- Faturan es resina fenólica, también similar a Bakelite, que se vuelve roja con el tiempo, independientemente de su color original.
- Galalith es un plástico temprano derivado de productos lácteos.
- Micarta es una placa aislante compuesta temprana que utilizó Bakelite como agente vinculante. Fue desarrollado en 1910 por Westinghouse Elec. " Mfg Co.
- Novotext es un nombre de marca para resina textil-fenolica de algodón.
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