افهم ما هي الراتنجات الفينولية

تعلم كل شيء عن التركيب والتطبيقات والمخاطر المرتبطة بهذه المواد وتعرف على البدائل

الراتنج والشفافية والجمال

الراتنجات الفينولية عبارة عن بوليمرات تصلب بالحرارة أو بالحرارة ، يتم إنتاجها من خلال تفاعلات التكثيف الكيميائي بين الفينول (كحول عطري مشتق من البنزين) ، أو مشتق الفينول ، والألدهيد ، وخاصة الفورمالديهايد (الغاز التفاعلي المشتق من الميثانول). تشمل هذه الوظائف العضوية عددًا كبيرًا من المركبات الكيميائية المختلفة ، وهذه الحقيقة تجعل من الممكن وجود مجموعة واسعة من الراتنجات الفينولية المتاحة في السوق.

بعض مشتقات الفينول التي يمكن استخدامها في هذه العملية هي بيسفينول أ ، بيسفينول إف وريزورسينول ، ومن بين الألدهيدات المستخدمة الفورمالديهايد ، الأسيتالديهيد والبروبانال. لإنتاج الراتنجات التجارية ، يسود عادة استخدام مركبات أبسط مثل الفينول الشائع (هيدروكسي بنزين) والفورمالديهايد. وهكذا ، تسمى الراتنجات الفينولية أيضًا راتنجات الفينول فورمالديهايد. ومع ذلك ، اعتمادًا على الخصائص المحددة للراتنجات التي سيتم الحصول عليها ، مثل التفاعل والمرونة ، من الممكن استخدام أنواع أخرى من الفينولات والألدهيدات.

الخصائص الرئيسية للراتنجات الفينولية وأسباب الطلب عليها هي: السلوك الحراري الممتاز ، والمستوى العالي من القوة والمقاومة ، والاستقرار الحراري والميكانيكي الطويل ، والقدرة الممتازة على العمل كعازل كهربائي وحراري (نقطة تحلل الراتنجات الفينولية في نطاق درجة حرارة 220 درجة مئوية وما فوق).

أثناء تصنيع هذه الراتنجات ، يتم أخذ العديد من العوامل في الاعتبار ، مثل نسبة الفينول إلى الألدهيد في الخليط ، ودرجة حرارة التفاعل واختيار المحفز. وبالتالي ، اعتمادًا على عملية التصنيع المعتمدة ، يمكن تقسيم الراتنجات الفينولية إلى فئتين رئيسيتين ، وهما: راتنجات نوفولاك وراتنجات الراتنج.

يتم الحصول على راتنجات الريسول من خلال استخدام درجات حرارة عالية ، بمساعدة محفزات قلوية وتحتوي على نسبة أعلى من الفورمالديهايد مقارنة بالفينول في الخليط ، بينما يتم تصنيع راتنجات نوفولاك في وسط حمضي ومع الفورمالديهايد بنسبة أقل من الفينول الموجود فيه. تكوين. بالإضافة إلى ذلك ، في حين يتم تقديم الراتنجات من النوع resole عادةً في حالة سائلة ، يتم تقديم الراتنجات من نوع novolac في حالة صلبة (يتم الحصول عليها تحت تأثير درجة الحرارة والضغط ، ويتم تشكيلها وتصلبها عند تبريدها) مما يتيح فائدة كبيرة و تطبيق الراتنجات الفينولية في القطاعات المختلفة.

الأصل والاكتشاف

تعتبر الراتنجات الفينولية ذات أهمية كبيرة ، حيث أنها تعتبر أول بوليمر متصلد بالحرارة يتم إنتاجه صناعياً للاستخدام التجاري.

حدث الاكتشاف والتقارير الأولى عن المنتجات الناشئة عن التفاعل بين الفينول والفورمالديهايد في أواخر القرن التاسع عشر ، ولكن في عام 1907 تمكن ليو بايكيلاند من تطوير راتينج فينولي في عملية خاضعة للرقابة ، تسمى في البداية الباكليت ، مما أدى إلى تكوين هكذا براءة اختراعها للراتنجات الفينولية ، "الحرارة والضغط"، أو باللغة البرتغالية "ضغط السعرات الحرارية". تتعلق براءة اختراعه بكيفية تطبيق العلاج السريع لتركيبة القولبة في شكل معين ، محدد مسبقًا بشكل القالب.

يمكن اعتبار هذا الحدث علامة فارقة سبقت تصنيع البلاستيك ، ومن الجهود الرائدة لشركة Baekeland ، تم التعرف على الراتنجات الفينولية كسلائف لعدد كبير من البوليمرات. في العقود الأولى من القرن العشرين ، أحدث تصنيع هذه الراتنجات ثورة في صناعة البلاستيك ودفعت صناعة البلاستيك إلى أن تكون كما نعرفها اليوم. كانت التطبيقات الأولى لهذه الراتنجات الاصطناعية تستهدف سوق الأجزاء المقولبة والمغلفة لاستخدامها في المعدات الكهربائية.

حتى يومنا هذا ، تعتبر الراتنجات الفينولية ذات أهمية كبيرة وتستخدم في مختلف التطبيقات الصناعية وفي قطاعات مختلفة ، مثل صناعة السيارات ، والكهرباء ، والكمبيوتر ، والفضاء ، والبناء المدني.

أين وجدوا؟

كرة السنوكر ، قابلة للتشكيل ، بوليمر

لأكثر من قرن بقليل ، تم استخدام هذه الراتنجات لأغراض مختلفة وعبر قطاعات وقطاعات متعددة. يمكن تقديمها في صورة سائلة أو صلبة ولها استخدامات مختلفة ، اعتمادًا على حالتها والمعلمات والمواد المعتمدة أثناء تصنيعها.

خلال تطبيقه التاريخي ، تم استخدام الراتنجات الفينولية على نطاق واسع لإنتاج المنتجات المقولبة (مثل كرات البلياردو ومقاعد المختبر على سبيل المثال) ، وكطلاء ومواد لاصقة. علاوة على ذلك ، كانت هذه الراتنجات تعتبر المادة الأولية المستخدمة في إنتاج لوحات الدوائر الكهربائية ، لأنها مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والنار ، ولكن في الوقت الحاضر تم استبدالها إلى حد كبير براتنجات الإيبوكسي والقماش ، الألياف الزجاجية.

بالإضافة إلى هذه التطبيقات ، تُستخدم الراتنجات الفينولية أيضًا كمواد لاصقة ومواد لاصقة في الخشب الرقائقي والألواح الخشبية المتكتلة ، كمواد رابطة للألياف الزجاجية والصوف المعدني ومنتجات عازلة أخرى ، لتشريب وعوامل الخشب والبلاستيك المرققة ، في الصفائح الكهربائية ، في الكربون رغوة ، كمركبات صب ، وراتنجات صب (طلاءات مقاومة للحرارة والأحماض) وفي مركبات مقواة بالألياف. كما أنها تستخدم في الدهانات والورنيشات.

أحد الأسباب الشائعة لاستخدام الخشب الرقائقي مع الراتنجات الفينولية بدلاً من الخشب العادي هو مقاومته للتشقق والانكماش والالتواء والنار ومستوى القوة العالي الذي يتمتع به. لذلك ، تحل هذه المواد محل العديد من أنواع الأخشاب الأخرى في التطبيقات في قطاع البناء المدني. ناهيك عن أن الصفائح التي يتم إنتاجها على أساس هذا الراتينج يتم تصنيعها عن طريق تشريب طبقة واحدة أو أكثر من مادة أساسية ، مثل الورق أو الألياف الزجاجية أو الخشب ، براتنج الفينول تحت الحرارة والضغط.

أمثلة على المنتجات القائمة على راتنجات الفينول هي: كرات البلياردو (على أساس راتنج الفينول فورمالديهايد الصلب) وسادات الفرامل وأقراص القابض المطلوبة (صناعة السيارات).

تظل الراتنجات الفينولية من البوليمرات الصناعية المهمة للغاية ، على الرغم من أن استخدامها الأكثر شيوعًا اليوم هو مواد لاصقة لربط الخشب الرقائقي ومنتجات الخشب الإنشائية الأخرى.

مخاطر على صحة الإنسان

على الرغم من أن الراتنجات الفينولية لا تزال تُنتج على نطاق واسع ، فقد ثبت أنها تشكل خطراً على صحة الإنسان والمخاطر التي تقدمها مرتبطة بشكل مباشر بنوع المركب المستخدم في تركيبها. من الضروري معرفة المادة المختارة لإنتاجها ، سواء الفينول أو المشتق ، والألدهيد المستخدم ، من أجل معرفة المخاطر المحتملة على وجه اليقين والبحث عن بدائل أكثر ملاءمة وأكثر أمانًا.

كما ذكر أعلاه ، يمكن استخدام أنواع مختلفة من الفينولات والألدهيدات في عملية تصنيع الراتنجات الفينولية. وهي تتكون أساسًا من الفينول ، بيسفينول أ ، بيسفينول إف والفورمالديهايد.

في حالة bisphenol-A و bisphenol-F ، والتي يمكن استخدامها في تخليق هذه الراتنجات ، أظهرت الدراسات أن هذه المواد تراكمية في الجسم وتعمل كمضادات للغدد الصماء ، مع تأثيرات استروجينية واندروجينية ، تأثيرات سلبية على الغدة الدرقية وزيادة الرحم ووزن الخصيتين والغدد (اقرأ المزيد في "تعرف على أنواع البيسفينول ومخاطرها"). علاوة على ذلك ، وُجد أن الفينول بشكله البسيط سام ويسبب تهيجًا للجهاز التنفسي للإنسان ، بالإضافة إلى مضاعفات أخرى.

مادة أخرى غالبًا ما تستخدم في صناعة الراتنجات الفينولية ووجد أنها تشكل خطرًا وهي الفورمالديهايد (اقرأ المزيد عنها في "تعرف على مخاطر الفورمالديهايد وكيفية تجنبها"). الفورمالديهايد شديد التقلب ، وينتمي إلى المجموعة الضارة من المركبات العضوية المتطايرة ، والمعروفة أيضًا باسم المركبات العضوية المتطايرة (انظر المزيد عن المركبات العضوية المتطايرة في مقالة "المركبات العضوية المتطايرة: تعرف على المركبات العضوية المتطايرة ومخاطرها وكيفية تجنبها").

علاوة على ذلك ، وفقًا للدراسات التي قدمتها الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) ، يعتبر الفورمالديهايد مادة مسرطنة للإنسان وقد يعمل أيضًا كمسبب لاضطراب الغدد الصماء.

وبالتالي ، مع الاستخدام المكثف والاستنفاد المحتمل للمواد الخام الأحفورية (أساس إنتاج معظم هذه الراتنجات) ، بالإضافة إلى اللوائح الصارمة المتزايدة في مجال صحة الإنسان والبيئة ، فإن البحث عن مواد بديلة لل يصبح الفورمالديهايد مصدر قلق كبير لصناعة الراتنجات الفينولية.

إعادة معالجة الأشياء التي تحتوي على هذه الراتنجات

لقد تم حظر إنتاج الراتنجات الفينولية أو السيطرة عليها بالفعل في العديد من البلدان ، ولكن ليس بعد في البرازيل ، فقد باتت أيام إنتاج الراتنجات الفينولية ، كما نعرفها اليوم ، معدودة. في هذه الحالة ، بالإضافة إلى سمية المنتج ، يجب أيضًا مراعاة عدم استدامة الإنتاج ، لأنه يعتمد على النفط ، وهو مصدر غير متجدد.

نظرًا لأنه بوليمر متصلب بالحرارة ، فإن التخلص من المنتجات التي تحتوي على هذا النوع من الراتينج وإعادة معالجتها أمر صعب ، حيث إنها تقدم روابط متقاطعة في هيكلها ، وعندما يتم إعادة تسخينها ، تنكسر هذه الروابط ، مما يؤدي إلى تدهور المواد وتشتيت المواد الضارة.

هذا لا يعني أنه من المستحيل إعادة استخدام المواد الحرارية. يمكن إضافتها بكميات صغيرة كمواد مالئة وتعزيزات ، بما في ذلك المواد البلاستيكية الحرارية والمواد الحرارية.

تتمثل إحدى تقنيات إعادة المعالجة المستخدمة في "تكسير" مادة التصلب الحراري إلى قطع صغيرة وخلط هذه القطع في المادة البكر ، مما يجعلها تظل محتواة في الداخل. استخدام راتنجات الفينول المعاد تدويرها يجعل عملية المعالجة (تحت درجات حرارة عالية) أسرع وبالتالي أرخص ، ويتيح تكوين سطح لامع للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن أن استخدام المواد الحرارية المعاد تدويرها ، مثل الحشو ، يوفر نطاق التصاق مثالي للمواد الأولية.

البدائل

أدت المخاوف المتزايدة بشأن التحديات البيئية وأمن الطاقة والاستدامة ، إلى جانب الرغبة في تقليل الاعتماد على النفط الخام ، إلى تكثيف الجهود العالمية لإنتاج المنتجات الحيوية من مصادر متجددة. يعد إنتاج المواد الكيميائية والبيولوجية لتحل محل المنتجات القائمة على البترول أمرًا ضروريًا في مجتمع يحلم بتنمية مستدامة حقيقية بدون مكياج.

في هذا السياق ، من الضروري تطوير البوليمرات والراتنجات بناءً على المصادر الطبيعية. على سبيل المثال ، يمكن استبدال الفينول البترولي بالفينول الحيوي ويمكن استبدال الفورمالديهايد المسببة للسرطان بمواد فورفورال أو هيدروكسي ميثيل فورفورال ، مواد أساسها السكر. سيؤدي تطوير الراتنجات ذات الأساس الحيوي إلى إنتاج راتنجات مستدامة حقًا.

وبالتالي (كما يمكن رؤيته بمزيد من التفصيل في المقالة: يبحث باحثو USP في الاستخدام المحتمل لمخلفات الصناعات الزراعية) ، فقد تم البحث عن بدائل لتلبية هذه الحاجة لصنع راتينج مستدام على المستوى التجاري. وفي بلد مثل البرازيل ، التي تقع معظم أراضيها في منطقة ذات مناخ استوائي ، ترمز الزراعة إلى أحد المحركات الرئيسية للاقتصاد. من الممكن العثور على المواد الخام ، التي كانت حتى ذلك الحين نفايات زراعية ، لتكون مفيدة في محاولة حل هذه المشكلة ، مثل قصب السكر (تفل قصب السكر والألياف).


المصادر: راتنجات الفورمالديهايد الفينولية ، والراتنجات الفينولية: قرن من التاريخ ، والراتنجات الفينولية: 100 عام من التاريخ وما زالت تنمو ، والراتنجات الفينولية القائمة على المصادر الطبيعية