Leer alles over de samenstelling, toepassingen en de gevaren van deze stoffen en leer over alternatieven

Fenolharsen zijn thermohardende polymeren of thermoharders, geproduceerd door chemische condensatiereacties tussen een fenol (aromatische alcohol afgeleid van benzeen), of een derivaat van fenol en een aldehyde, vooral formaldehyde (reactief gas afgeleid van methanol) . Deze organische functies omvatten een groot aantal verschillende chemische verbindingen, en dit feit maakt het mogelijk om een ​​uitgebreide verscheidenheid aan fenolharsen op de markt te hebben.

Enkele fenolderivaten die bij dit proces kunnen worden gebruikt, zijn bisfenol-A, bisfenol-F en resorcinol, en onder de gebruikte aldehyden zijn formaldehyde, aceetaldehyde en propanal. Voor de productie van commerciële harsen, overheerst meestal het gebruik van eenvoudigere verbindingen, zoals gewoon fenol (hydroxybenzeen) en formaldehyde. Zo worden fenolharsen ook wel fenol-formaldehydeharsen genoemd. Afhankelijk van de specifieke eigenschappen van de te verkrijgen harsen, zoals reactiviteit en flexibiliteit, is het echter mogelijk om andere soorten fenolen en aldehyden te gebruiken.

De belangrijkste kenmerken van fenolharsen en de redenen waarom ze zo worden gevraagd, zijn: uitstekend thermisch gedrag, hoge sterkte en weerstand, lange thermische en mechanische stabiliteit, uitstekend vermogen om als elektrische en thermische isolator te werken (ontledingspunt van harsen fenolische is in het temperatuurbereik van 220 ° C en hoger).

Bij de synthese van deze harsen wordt met meerdere factoren rekening gehouden, zoals de verhouding fenol tot aldehyde in het mengsel, de reactietemperatuur en de keuze van de katalysator. Dus, afhankelijk van het toegepaste fabricageproces, kunnen fenolharsen worden onderverdeeld in twee hoofdklassen, namelijk: novolakharsen en resolharsen.

Resolharsen worden verkregen door het gebruik van hoge temperaturen, met behulp van alkalische katalysatoren en hebben een hoger gehalte aan formaldehyde dan fenol in het mengsel, terwijl novolakharsen worden gesynthetiseerd in zure media en met formaldehyde in een kleinere hoeveelheid. dan fenol in zijn samenstelling. Bovendien zijn harsen van het resol-type meestal in vloeibare vorm, maar harsen van het novolaktype zijn in vaste toestand (verkregen onder invloed van temperatuur en druk, gevormd en harden uit wanneer ze afkoelen), wat een grote bruikbaarheid en de toepassing van fenolharsen in verschillende sectoren.

Oorsprong en ontdekking

Fenolharsen zijn van groot belang, omdat ze worden beschouwd als het eerste thermohardende polymeer dat synthetisch is geproduceerd voor commercieel gebruik.

De ontdekking en de eerste meldingen van producten die voortkwamen uit de reactie tussen fenol en formaldehyde vonden plaats aan het einde van de 19e eeuw, maar het was in 1907 dat Leo Baekeland in staat was om een ​​fenolhars te ontwikkelen in een gecontroleerd proces, in het begin bakeliet genaamd, waardoor vandaar het patent voor fenolharsen, "Heat and Pressure" , of in het Portugees "Heat and Pressure". Zijn octrooi vermeldde hoe snel uithardend kan worden toegepast op een vormsamenstelling in een specifieke vorm, vooraf bepaald door de vorm van een mal.

Deze gebeurtenis kan worden beschouwd als een voorloper van de productie van plastic en, op basis van Baekeland's baanbrekende inspanningen, worden fenolharsen erkend als voorlopers van een groot aantal polymeren. In de eerste decennia van de 20e eeuw zorgde de productie van deze harsen voor een revolutie en stimuleerde het de kunststofindustrie tot de manier waarop we die nu kennen. De eerste toepassingen van deze kunstharsen waren gericht op de markt voor gegoten en gelamineerde onderdelen voor gebruik in elektrische apparatuur.

Tot op heden zijn fenolharsen van groot belang en worden ze gebruikt in verschillende industriële toepassingen en door verschillende sectoren, zoals automobiel-, elektrische, computer-, ruimtevaart- en civiele bouw.

Waar zijn ze gevonden?

Al iets meer dan een eeuw worden deze harsen voor verschillende doeleinden en door meerdere sectoren en segmenten gebruikt. Ze kunnen in vloeibare of vaste vorm worden aangeboden en hebben verschillende toepassingen, afhankelijk van hun toestand en de parameters en materialen die tijdens de vervaardiging zijn gebruikt.

Gedurende hun toepassing in de geschiedenis zijn fenolharsen op grote schaal gebruikt voor de productie van gevormde producten (zoals bijvoorbeeld snookerballen en laboratoriumbanken), en als coating en kleefstoffen. Bovendien werden deze harsen al beschouwd als het primaire materiaal dat wordt gebruikt voor de productie van elektrische printplaten, omdat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen en vuur, maar tegenwoordig zijn ze grotendeels vervangen door epoxyharsen en textiel. glasvezel.

Naast deze toepassingen worden fenolharsen ook gebruikt als kleefstoffen, kleefstoffen in multiplex en in geagglomereerde houten panelen, als bindmiddelen voor glasvezel, minerale wol en andere isolerende producten, om hout en plastic middelen te impregneren en lamineren, in elektrische laminaten , in koolstofschuimen, als vormmassa's, als gietharsen (hitte- en zuurbestendige coatings) en in vezelversterkte composieten. Ze worden ook gebruikt in verven en vernissen.

Een veel voorkomende reden om multiplex met fenolharsen te gebruiken in plaats van glad hout, is de weerstand tegen scheuren, krimpen, draaien, vuur en dankzij de hoge sterkte. Daarom vervangen dergelijke materialen veel andere houtsoorten bij toepassingen in de civiele bouwsector. Om nog maar te zwijgen van het feit dat laminaten die op basis van deze hars zijn geproduceerd, worden gemaakt door een of meer lagen van een basismateriaal, zoals papier, glasvezel of hout, onder hitte en druk te impregneren met fenolhars.

Voorbeelden van producten op basis van fenolharsen zijn: poolballen (op basis van vaste fenol-formaldehydehars) en benodigde remblokken en koppelingsplaten (auto-industrie).

Fenolharsen blijven zeer belangrijke industriële polymeren, hoewel ze tegenwoordig het meest worden gebruikt als kleefstoffen voor het verlijmen van multiplex en andere structurele houtproducten.

Risico's voor de menselijke gezondheid

Hoewel fenolharsen nog steeds op grote schaal worden geproduceerd, is bewezen dat ze gevaarlijk zijn voor de menselijke gezondheid en dat de risico's die ze opleveren rechtstreeks verband houden met het type verbinding dat bij hun synthese wordt gebruikt. Het is noodzakelijk het materiaal te kennen dat is gekozen voor de productie, zowel het fenol of derivaat, als het gebruikte aldehyde, zodat de mogelijke gevaren zeker bekend zijn en het zoeken naar meer geschikte en veilige alternatieven.

Zoals eerder vermeld, kunnen verschillende soorten fenolen en aldehyden worden gebruikt bij het productieproces van fenolharsen. Het zijn voornamelijk fenol, bisfenol-A, bisfenol-F en formaldehyde.

In het geval van bisfenol-A en bisfenol-F, die kunnen worden gebruikt bij de synthese van deze harsen, hebben onderzoeken aangetoond dat deze stoffen cumulatief zijn in het lichaam en functioneren als hormoonontregelaars, met oestrogene en androgene effecten, negatieve effecten op de schildklier en van de baarmoeder en het gewicht van de testikels en klieren (lees meer in "Ken de soorten bisfenol en hun risico's"). Bovendien werd ontdekt dat fenol in zijn eenvoudige vorm giftig is en naast andere complicaties irritatie van de menselijke luchtwegen veroorzaakt.

Een andere stof die vaak wordt gebruikt om fenolharsen te maken en die gevaarlijk blijkt te zijn, is formaldehyde (lees meer over "Weet wat de gevaren van formaldehyde zijn en hoe je ze kunt vermijden"). Formaldehyde is zeer vluchtig en behoort tot de schadelijke groep van vluchtige organische stoffen, ook wel bekend als VOS (zie meer over VOS in het artikel "VOS: weet wat vluchtige organische stoffen zijn, hun risico's en hoe ze te vermijden").

Bovendien wordt formaldehyde volgens studies gepresenteerd door het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek (Iarc) als kankerverwekkend voor mensen beschouwd en kan het ook fungeren als hormoonontregelaar.

Zo wordt, met het extensieve gebruik en mogelijke uitputting van fossiele grondstoffen (de basis voor de productie van de meeste van deze harsen), toegevoegd aan de steeds strengere regelgeving op het gebied van menselijke gezondheid en milieu, de zoektocht naar alternatieve stoffen voor de formaldehyde wordt een grote en belangrijke zorg van de fenolharsindustrie.

Opwerking van objecten die deze harsen bevatten

De productie van fenolharsen, zoals we die vandaag kennen, is al verboden of gecontroleerd in verschillende landen, maar nog niet in Brazilië, en heeft zijn dagen geteld. In dit geval moet naast de toxiciteit van het product ook rekening worden gehouden met de niet-duurzame productie, aangezien deze afhankelijk is van olie, een niet-hernieuwbare bron.

Omdat het een thermorigide polymeer is, wordt het verwijderen en opnieuw verwerken van producten die dit type hars bevatten moeilijk, omdat ze vernetting in hun structuur hebben en wanneer ze opnieuw worden verwarmd, breken deze bindingen, waardoor materiaalafbraak wordt veroorzaakt en stoffen worden verspreid. schadelijk.

Dit betekent niet dat het onmogelijk is om thermoharders te hergebruiken. Ze kunnen in kleine hoeveelheden worden toegevoegd als vulstoffen en versterkingen, inclusief thermoplastische en thermohardende materialen.

Een opwerkingstechniek die wordt gebruikt, is om het thermohardende materiaal in kleine stukjes te 'breken' en deze stukjes in het nieuwe materiaal te mengen, zodat ze erin blijven zitten. Door het gebruik van gerecyclede fenolharsen wordt het uithardingsproces (onder hoge temperaturen) sneller en dus goedkoper en is het mogelijk om een ​​zeer glanzend oppervlak te creëren. Bovendien is gemeld dat het gebruik van gerecyclede thermohardende materialen, zoals vulmiddel, een perfect hechtingsbereik biedt voor nieuw materiaal.

Alternatieven

Toenemende bezorgdheid over milieu-uitdagingen, energiezekerheid en duurzaamheid, in combinatie met de wens om de afhankelijkheid van ruwe olie te verminderen, hebben de wereldwijde inspanningen om bioproducten uit hernieuwbare bronnen te produceren geïntensiveerd. De productie van chemicaliën en biologische materialen ter vervanging van op aardolie gebaseerde producten is essentieel in een samenleving die droomt van echte duurzame ontwikkeling en zonder make-up.

In deze context is het essentieel dat polymeren en harsen op basis van natuurlijke bronnen worden ontwikkeld. Fenol op aardoliebasis zou bijvoorbeeld kunnen worden vervangen door biofenolen en kankerverwekkende formaldehyde zou kunnen worden vervangen door furfural of hydroxymethyl furfural, stoffen op basis van suiker. De ontwikkeling van biobased harsen zou dan leiden tot de productie van echt duurzame harsen.

Zo (zoals in meer detail te zien is in het artikel: Onderzoekers van USP onderzoeken het mogelijke gebruik van agro-industrieel afval) is er gezocht naar alternatieven om aan deze behoefte te voldoen om op commercieel niveau een duurzame hars te maken. En in een land als Brazilië, dat het grootste deel van zijn grondgebied in een tropisch klimaatgebied heeft, symboliseert de landbouw een van de belangrijkste motoren van de economie. Het is mogelijk om grondstoffen te vinden, tot dan toe gezien als landbouwafval, die bruikbaar zijn om dit probleem op te lossen, zoals bijvoorbeeld suikerriet (bagasse en vezels).

Original text

Contribute a better translation

---