Baquelita ( / b eɪ k əl aɪ t / BAY -kə-Lyte ; a veces escrito baquelita ) o polyoxybenzylmethylenglycolanhydride fue el primero de plástico hecha de componentes sintéticos. Es una resina de fenol formaldehído termoendurecible , formada a partir de una reacción de condensación de fenol con formaldehído . Fue desarrollado por el químico belga-estadounidense Leo Baekeland en Yonkers, Nueva York , en 1907.
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider |
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Propiedades | |
(C 6 H 6 O · CH 2 O) n | |
Masa molar | Variable |
Apariencia | Sólido marrón |
Densidad | 1,3 g / cm 3 [1] |
Conductividad térmica | 0,2 W / (m · K) [1] |
Índice de refracción ( n D ) | 1,63 [2] |
Termoquímica | |
Capacidad calorífica ( C ) | 0,92 kJ / (kg · K) [1] |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
La baquelita fue patentada el 7 de diciembre de 1909. La creación de un plástico sintético fue revolucionaria por su no conductividad eléctrica y propiedades resistentes al calor en aislantes eléctricos, carcasas de radios y teléfonos y productos tan diversos como utensilios de cocina, joyas, tubos, juguetes para niños y armas de fuego.
En los últimos años, el atractivo " retro " de los productos antiguos de baquelita los ha hecho coleccionables. [3]
La baquelita fue designada Monumento Químico Histórico Nacional el 9 de noviembre de 1993 por la Sociedad Química Estadounidense en reconocimiento de su importancia como el primer plástico sintético del mundo . [4]
Historia
Baekeland ya era rico debido 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 hizo naturalmente a partir de la excreción de insectos lac (específicamente Kerria lacca ). Baekeland produjo una goma laca de fenol-formaldehído soluble llamada "Novolak", pero no fue un éxito de mercado. [4]
Luego, Baekeland comenzó a experimentar sobre el fortalecimiento de la madera impregnándola con una resina sintética, en lugar de recubrirla. [4] Al controlar la presión y la temperatura aplicadas al fenol y al formaldehído , Baekeland produjo un material duro moldeable que llamó "Baquelita", en su honor. [5] [6] Fue el primer plástico termoendurecible sintético producido, y Baekeland especuló sobre "los mil uno ... artículos" que podría utilizarse para fabricar. [7] : 58–59 Baekeland consideró las posibilidades de utilizar 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, [7] aunque el asbesto fue abandonado gradualmente por todos. fabricantes debido a leyes ambientales más estrictas. [8] : 9
Baekeland presentó un número considerable de patentes en el área. [4] La baquelita, su "método para fabricar productos insolubles de fenol y formaldehído", se presentó el 13 de julio de 1907 y se concedió el 7 de diciembre de 1909. [9] Baekeland también solicitó protección por patente en otros países, incluida Bélgica, Canadá, Dinamarca, Hungría, Japón, México, Rusia y España. [10] Anunció su invención en una reunión de la American Chemical Society el 5 de febrero de 1909. [11]
Baekeland comenzó la producción semicomercial de su nuevo material en el laboratorio de su casa, comercializándolo como material para aislantes eléctricos. En el verano de 1909 concedió la licencia de los derechos de Europa continental a Rütger AG. La subsidiaria formada en ese momento, Bakelite AG, fue la primera en producir baquelita a escala industrial. [1]
En 1910, Baekeland estaba produciendo suficiente material en los EE. UU. Para justificar la expansión. Formó General Bakelite Company de Perth Amboy, Nueva Jersey, como empresa estadounidense para fabricar y comercializar su nuevo material industrial. También hizo conexiones en el extranjero para producir materiales en otros países. [4]
Bijker ofrece un análisis detallado del desarrollo de la baquelita y la producción de diversas aplicaciones de materiales por parte de la empresa Baquelita. [12] A partir de 1911, el enfoque principal de la empresa era el barniz laminado, cuyo volumen de ventas superó ampliamente tanto al material de moldeo como a la resina fundida. En 1912, el material de moldeo estaba ganando terreno, pero su volumen de ventas para la empresa no superó el de barniz laminado hasta la década de 1930. [ cita requerida ]
Como también muestran las cifras de ventas, Bakelite Company produjo resina moldeada "transparente" (que no incluía relleno) para un pequeño mercado en curso durante las décadas de 1910 y 1920. [12] : 172-174 Se mecanizaron y tallaron bloques o varillas de resina fundida, también conocida como "ámbar artificial", para crear elementos como pipas, boquillas para cigarrillos y joyas. [12] [13] Sin embargo, la demanda de plásticos moldeados llevó a la empresa Bakelite a concentrarse en el moldeado, en lugar de concentrarse en resinas sólidas fundidas. [12] : 172-174
La 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 JW Aylesworth; y Redmanol Chemical Products Company , fundada por Lawrence V. Redman . [14] Bajo el director de publicidad y relaciones públicas Allan Brown, quien llegó a la baquelita desde Condensite, la baquelita se comercializó agresivamente como "el material de mil usos". [7] : 58–59 [15] El 25 de agosto de 1925 se presentó una solicitud de marca comercial con la letra B sobre el símbolo matemático del infinito , y se afirmó que la marca estaba en uso a partir del 1 de diciembre de 1924. Una amplia variedad de los usos se enumeraron en sus solicitudes de marca registrada. [dieciséis]
El primer número de la revista Plastics , octubre de 1925, incluía baquelita en su portada e incluía el artículo "Baquelita: qué es" de Allan Brown. La gama de colores disponibles incluía "negro, marrón, rojo, amarillo, verde, gris, azul y mezclas de dos o más de estos". [17] El artículo enfatizaba que la baquelita se presentaba 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, artículos de fumador, etc.; Cemento, que se utiliza para sellar bombillas eléctricas en bases metálicas; barnices para impregnar bobinas eléctricas, etc .; lacas, para proteger la superficie de ferretería; 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 la resina 'sin curar' inicial ". [15] : 17 En un informe de 1925, la Comisión Arancelaria de los Estados Unidos elogió la fabricación comercial de resina fenólica sintética como "claramente un logro estadounidense", y señaló que "la publicación de cifras, sin embargo, sería una divulgación virtual de la producción de una empresa individual ". [18]
En Inglaterra, Bakelite Limited, una fusión de tres proveedores británicos de resinas 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. [19] Fue demolido en 1998. [ cita requerida ]
Se abrió una nueva fábrica en Bound Brook, Nueva Jersey , en 1931. [7] : 75
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. [2]
Además del material de baquelita original, estas empresas finalmente fabricaron una amplia gama de otros productos, muchos de los cuales se comercializaron con la marca "Plásticos de baquelita". Estos incluían otros tipos de resinas fenólicas moldeadas similares a Catalin y resinas de urea-formaldehído, que podrían fabricarse en colores más brillantes que el polioxibencilmetilenglicolanhídrido. [3] [7]
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 para ocultar los colores oscuros. [7] En 1927, la empresa Catalin produjo abalorios, brazaletes y aretes , mediante un proceso diferente que le permitió introducir 15 nuevos colores. Las joyas translúcidas, fichas de póquer y otros artículos hechos de resinas fenólicas fueron introducidos en los años 30 o 40 por la empresa Catalin con el nombre de Prystal. [20] [21] La creación de resinas fenólicas marmoleadas también puede atribuirse a la empresa Catalin. [ cita requerida ]
Síntesis
Video externo | |
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"Fabricación de plástico de baquelita" , NileRed |
La fabricación de 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 la base amoniaco. Esto crea un producto de condensación líquido, denominado baquelita A , que es soluble en alcohol, acetona o fenol adicional. Calentado aún más, el producto se vuelve parcialmente soluble y aún puede ablandarse con calor. El calentamiento sostenido da como resultado una "goma dura insoluble". Sin embargo, las altas temperaturas requeridas para crear esto tienden a causar una espumación violenta de la mezcla cuando se hace a presión atmosférica estándar, lo que da como resultado que el material enfriado sea poroso y rompible. El paso innovador de Baekeland fue poner su "último producto de condensación" en un "Bakelizer" con forma de huevo. Al calentarlo a 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 a la vez infusible e insoluble. [3] : 67 [7] : 38–39
Sala de pesaje
Todavía habitación
Sala de enfriamiento
Laboratorio de inspección de resinas y barnices
Prueba de 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 marco de tiempo de unos pocos minutos de curado . El resultado es un material plástico duro. [22] El amianto se abandonó gradualmente como material de relleno porque muchos países prohibieron la producción de amianto. [23] : 9
El proceso de moldeo de la baquelita tenía varias ventajas. La resina de baquelita podría proporcionarse en forma de polvo o como babosas preformadas parcialmente curadas, aumentando la velocidad de la fundición. Las resinas termoendurecibles como la baquelita requerían calor y presión durante el ciclo de moldeo, pero podían retirarse del proceso de moldeo sin enfriarse, lo que nuevamente acelera el proceso de moldeo. Además, debido a la superficie pulida y lisa resultante, los objetos de baquelita requerían menos acabado. [24] Se podrían duplicar millones de piezas de forma rápida y relativamente barata. [7] : 42–43
Hoja fenólica
Otro mercado para la resina de baquelita fue la creación de láminas fenólicas. La lámina fenólica es un material duro y denso que se fabrica aplicando calor y presión a capas de papel o tela de vidrio impregnadas con resina sintética. [7] : 53 El papel, las telas de algodón, las telas sintéticas, las telas de vidrio y las telas sin tejer son todos los materiales posibles utilizados en la laminación. Cuando se aplican calor y presión, la polimerización transforma las capas en plástico laminado industrial termoendurecible . [25]
La lámina fenólica de baquelita se produce en muchos grados comerciales y con varios aditivos para satisfacer diversos requisitos mecánicos, eléctricos y térmicos. Algunos tipos comunes incluyen: [26]
- NEMA XX reforzado con papel según MIL-I-24768 PBG. Aplicaciones eléctricas normales, resistencia mecánica moderada, temperatura de funcionamiento continuo de 250 ° F (120 ° C).
- Lona reforzada NEMA C según MIL-I-24768 TIPO FBM NEMA CE según MIL-I-24768 TIPO FBG. Buena resistencia mecánica y al impacto con una temperatura de funcionamiento continua de 250 ° F (120 ° C).
- Lino reforzado NEMA L según MIL-I-24768 TIPO FBI NEMA LE según MIL-I-24768 TIPO FEI. Buena resistencia mecánica y eléctrica. Recomendado para piezas complejas de alta resistencia. Temperatura de funcionamiento continuo 250 ° F (120 ° C).
- NEMA N-1 reforzado con nailon según MIL-I-24768 TIPO NPG. Propiedades eléctricas superiores en condiciones húmedas, resistente a los hongos, temperatura de funcionamiento continuo de 160 ° F (70 ° C).
Propiedades
La baquelita tiene varias propiedades importantes. Se puede moldear muy rápidamente, lo que reduce el tiempo de producción. Las molduras son lisas, conservan su forma y son resistentes al calor, los arañazos y los disolventes destructivos. También es resistente a la electricidad y apreciado por su baja conductividad. No es flexible. [7] : 44–45 [24] [27]
Los productos de resina fenólica pueden hincharse levemente en condiciones de humedad extrema o humedad perpetua. [28] Cuando se frota o se quema, la baquelita tiene un olor característico, acre, enfermizo-dulce o a pescado. [29]
Aplicaciones y usos
Las características de la baquelita la hacían especialmente adecuada como masa de moldeo, adhesivo o aglutinante, barniz y revestimiento protector. La baquelita era particularmente adecuada para las industrias automotrices y eléctricas emergentes debido a su extraordinariamente alta resistencia a la electricidad, el calor y la acción química. [7] : 44–45
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. [7] : 43 [30] La baquelita pronto se utilizó para partes no conductoras de teléfonos, radios y otros dispositivos eléctricos, incluidas bases y enchufes para bombillas y tubos de electrones (tubos de vacío), soportes para cualquier tipo de componentes eléctricos, automóviles tapas distribuidoras y otros aislantes. [7] [31] Para 1912, se estaba utilizando para hacer bolas de billar, ya que su elasticidad y el sonido que producía eran similares al marfil. [32] [33]
Durante la Primera Guerra Mundial, la baquelita se usó ampliamente, particularmente en sistemas eléctricos. Los proyectos importantes incluyeron el motor del avión Liberty , [34] el teléfono inalámbrico y el radio teléfono, [35] y el uso de hélices de micarta-baquelita en el bombardero NBS-1 y el avión DH-4B . [36] [37]
La disponibilidad, la facilidad y la velocidad de moldeado de la baquelita ayudaron a reducir los costos y aumentar la disponibilidad del producto, de modo que los teléfonos y las radios se convirtieron en bienes de consumo domésticos comunes. [7] : 116-117 [38] [39] También fue muy importante para la industria del automóvil en desarrollo. [40] Pronto se encontró en una miríada de otros productos de consumo que van desde pipas y botones hasta boquillas de saxofón, cámaras, primeras ametralladoras y carcasas de electrodomésticos. La baquelita también se usó muy comúnmente en la fabricación de paneles de agarre moldeados (culatas) en pistolas, metralletas y ametralladoras, así como numerosos mangos de cuchillos y "escamas" durante la primera mitad del siglo XX. [41]
A partir de la década de 1920, se convirtió en un material popular para la joyería. [42] La diseñadora Coco Chanel incluyó brazaletes de baquelita en sus colecciones de bisutería. [43] : 27–29 Diseñadores como Elsa Schiaparelli lo usaron para joyería y también para botones de vestir especialmente diseñados. [44] [45] Más tarde, Diana Vreeland , editora de Vogue , se mostró entusiasmada con la baquelita. [46] La baquelita también se utilizó para fabricar cajas de presentación para relojes Breitling . [ cita requerida ]
En 1930, el diseñador Paul T. Frankl consideraba a la baquelita como una "Materia Nova", "expresiva de nuestra propia época". [7] : 107 En la década de 1930, la baquelita se usaba para piezas de juego como piezas de ajedrez, fichas de póquer, [47] dominó [48] y juegos de mahjong . [49] [50] Los utensilios de cocina hechos con baquelita, incluidos botes y vajillas, fueron promocionados por su resistencia al calor y al desconchado. [51] [52] A mediados de la década de 1930, Northland comercializó una línea de esquís con una base negra de "ebonita", una capa de baquelita. [53] [54] En 1935, se utilizó en guitarras eléctricas de cuerpo sólido . A artistas como Jerry Byrd les encantaba el tono de las guitarras de baquelita, pero les resultaba difícil mantenerlas afinadas. [55]
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" son un juego de palabras con la palabra "baquelita". [56]
Durante la Segunda Guerra Mundial, la baquelita se usó en una variedad de equipos de guerra, incluidas las gafas de piloto y los teléfonos de campaña. [57] También se usó para joyería patriótica en tiempos de guerra. [58] [59] En 1943, la resina fenólica termoendurecible incluso se consideró para la fabricación de monedas, debido a la escasez de 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 . [60] [61]
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 . [62]
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 utilizado como endurecedor de pintura. [63]
La baquelita a veces se usaba en la empuñadura de pistola, la protección de la mano y la culata de las armas de fuego. El AKM y algunos de los primeros rifles AK-74 se identifican con frecuencia erróneamente como con baquelita, pero la mayoría se fabricaron con AG-S4 . [64]
A fines de la década de 1940, los materiales más nuevos reemplazaban a la baquelita en muchas áreas. [40] Los fenólicos se utilizan con menos frecuencia en los productos de consumo general hoy en día debido a su costo y complejidad de producción y su naturaleza frágil. Todavía aparecen en algunas aplicaciones donde se requieren sus propiedades específicas, como pequeños componentes con forma de precisión, 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 tableros de mesa económicos. 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 fabricados con baquelita por su apariencia, durabilidad, pulido fino, peso y sonido. [ cita requerida ] Los dados comunes a veces están hechos de baquelita por su peso y sonido, pero la mayoría están hechos de un polímero termoplástico como acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). La baquelita continúa utilizándose para aislamiento de cables, pastillas de freno y componentes automotrices relacionados, y aplicaciones industriales relacionadas con la electricidad. 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. [40]
Las resinas fenólicas se han utilizado comúnmente en escudos térmicos ablativos. [65] Los escudos térmicos soviéticos para ojivas de misiles balísticos intercontinentales y la reentrada de naves espaciales consistían en textolita de amianto, impregnada con baquelita. [66] La baquelita también se utiliza en el montaje de muestras de metal en metalografía . [67]
Estado coleccionable
Los artículos de baquelita, en particular las joyas y las radios, se han convertido en un objeto de colección popular. [40] El término baquelita se usa a veces en el mercado de reventa para indicar varios tipos de plásticos tempranos, incluidos Catalin y Faturan , que pueden ser de colores brillantes, así como artículos hechos de material de baquelita. [39] [68]
Patentes
La Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos otorgó a Baekeland una patente para un "Método de fabricación de productos insolubles de fenol y formaldehído" el 7 de diciembre de 1909. [9] La producción de productos de condensación duros, compactos, insolubles e infusibles de fenoles y formaldehído marcó el comienzo de la industria moderna del plástico . [69]
Marcas comerciales
Georgia-Pacific obtuvo la marca comercial estadounidense de baquelita de Union Carbide. BAKELITE® es ahora una marca comercial registrada a nivel mundial de Hexion GmbH, Hexion Inc. y sus afiliadas.
Plásticos similares
- Catalin también era una resina fenólica, similar a la baquelita, pero contenía diferentes cargas minerales que permitían la producción de colores claros. [70]
- Los condensados son materiales termoendurecibles similares que tienen prácticamente las mismas propiedades, características y usos. [71]
- Crystalate fue uno de los primeros plásticos. [72]
- El faturano es una resina fenólica, también similar a la baquelita, que se vuelve roja con el tiempo, independientemente de su color original. [73]
- Galalith es un plástico temprano derivado de productos lácteos. [74]
- Micarta es una placa aislante compuesta temprana que usaba baquelita como agente aglutinante. Fue desarrollado en 1910 por Westinghouse Elec. & Mfg Co. [75]
- Novotext es una marca de resina fenólica textil de algodón. [76]
Ver también
- Museo de baquelita , Williton, Somerset, Inglaterra
- Teléfono Ericsson DBH 1001
- Prodema , un material de construcción con núcleo de baquelita.
Referencias
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enlaces externos
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- All Things Bakelite: The Age of Plastic: tráiler de una película de John Maher, con videos y recursos adicionales
- Colección Amsterdam Baquelita
- Gran colección de baquelita
- Baquelita: el material de mil usos
- Museo virtual de baquelita de Gante 1907-2007