Erfahren Sie alles über Zusammensetzung, Anwendungen und die mit diesen Substanzen verbundenen Gefahren und erfahren Sie mehr über Alternativen

Phenolharze sind duroplastische Polymere oder Duroplaste, die durch chemische Kondensationsreaktionen zwischen einem Phenol (aromatischer Alkohol aus Benzol) oder einem Derivat von Phenol und einem Aldehyd, insbesondere Formaldehyd (reaktives Gas aus Methanol) hergestellt werden. . Diese organischen Funktionen umfassen eine große Anzahl verschiedener chemischer Verbindungen, und diese Tatsache ermöglicht es, eine große Vielfalt von Phenolharzen auf dem Markt verfügbar zu machen.

Einige Phenolderivate, die in diesem Verfahren verwendet werden können, sind Bisphenol-A, Bisphenol-F und Resorcin, und unter den verwendeten Aldehyden sind Formaldehyd, Acetaldehyd und Propanal. Bei der Herstellung kommerzieller Harze überwiegt üblicherweise die Verwendung der einfachsten Verbindungen wie übliches Phenol (Hydroxybenzol) und Formaldehyd. Daher werden Phenolharze auch Phenol-Formaldehyd-Harze genannt. Abhängig von den spezifischen Eigenschaften der zu erhaltenden Harze wie Reaktivität und Flexibilität ist es jedoch möglich, andere Arten von Phenolen und Aldehyden zu verwenden.

Die Hauptmerkmale von Phenolharzen und die Gründe, warum sie so gefragt sind, sind: ausgezeichnetes thermisches Verhalten, hohe Festigkeit und Beständigkeit, lange thermische und mechanische Stabilität, ausgezeichnete Fähigkeit, als elektrischer und thermischer Isolator zu wirken (Zersetzungspunkt von Harzen) Phenole liegen im Temperaturbereich von 220 ° C und darüber.

Bei der Synthese dieser Harze werden verschiedene Faktoren berücksichtigt, wie das Verhältnis von Phenol zu Aldehyd im Gemisch, die Reaktionstemperatur und die Wahl des Katalysators. Abhängig vom angewandten Herstellungsverfahren können Phenolharze in zwei Hauptklassen eingeteilt werden, nämlich Novolakharze und Resolharze.

Resolharze werden unter Verwendung hoher Temperaturen mit Hilfe von alkalischen Katalysatoren erhalten und haben einen höheren Formaldehydanteil als Phenol in der Mischung, während Novolakharze in sauren Medien und mit Formaldehyd in einem geringeren Anteil synthetisiert werden. als Phenol in seiner Zusammensetzung. Während Harze vom Resol-Typ normalerweise in flüssiger Form vorliegen, befinden sich Harze vom Novolac-Typ in festem Zustand (erhalten unter Einwirkung von Temperatur und Druck, geformt und gehärtet, wenn sie abkühlen), was eine große Nützlichkeit und die Anwendung von Phenolharzen in ermöglicht verschiedene Sektoren.

Herkunft und Entdeckung

Phenolharze sind von großer Bedeutung, da sie als das erste duroplastische Polymer gelten, das synthetisch für den kommerziellen Gebrauch hergestellt wird.

Die Entdeckung und erste Berichte über Produkte, die aus der Reaktion zwischen Phenol und Formaldehyd stammen, erfolgten Ende des 19. Jahrhunderts. 1907 gelang es Leo Baekeland jedoch, in einem kontrollierten Prozess ein Phenolharz zu entwickeln, das zu Beginn Bakelit genannt wurde daher das Patent für Phenolharze "Wärme und Druck" oder in portugiesischer Sprache "Wärme und Druck". Sein Patent berichtete, wie eine Formzusammensetzung in einer bestimmten Form, die durch die Form einer Form vorbestimmt ist, schnell ausgehärtet werden kann.

Dieses Ereignis kann als Vorgänger der Herstellung von Kunststoff angesehen werden. Aufgrund der Pionierarbeit von Baekeland werden Phenolharze als Vorläufer für eine große Anzahl von Polymeren anerkannt. In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts revolutionierte die Herstellung dieser Harze die Kunststoffindustrie und trieb sie so an, wie wir sie heute kennen. Die ersten Anwendungen dieser Kunstharze waren auf den Markt für Form- und Laminatteile zur Verwendung in elektrischen Geräten ausgerichtet.

Bis heute haben Phenolharze eine große Bedeutung und werden in verschiedenen industriellen Anwendungen und in verschiedenen Branchen wie Automobil-, Elektro-, Computer-, Luft- und Raumfahrt- und Zivilbau eingesetzt.

Wo sind sie gefunden?

Seit etwas mehr als einem Jahrhundert werden diese Harze für verschiedene Zwecke und von mehreren Sektoren und Segmenten verwendet. Sie können in flüssiger oder fester Form präsentiert werden und haben je nach Zustand und den bei ihrer Herstellung verwendeten Parametern und Materialien unterschiedliche Verwendungszwecke.

Während ihrer gesamten Anwendung in der Geschichte wurden Phenolharze in großem Umfang zur Herstellung von Formprodukten (wie beispielsweise Snookerkugeln und Laborbänken) sowie als Beschichtung und Klebstoffe verwendet. Darüber hinaus wurden diese Harze bereits als Hauptmaterial für die Herstellung elektrischer Leiterplatten angesehen, da sie gegen hohe Temperaturen und Feuer beständig sind. Heute wurden sie jedoch weitgehend durch Epoxidharze und -tücher ersetzt Glasfaser.

Zusätzlich zu diesen Anwendungen werden Phenolharze auch als Klebstoffe, Klebstoffe in Sperrholz und in agglomerierten Holzplatten, als Bindemittel für Glasfaser, Mineralwolle und andere Isolierprodukte zum Imprägnieren und Laminieren von Holz und Kunststoffmitteln in elektrischen Laminaten verwendet in Kohlenstoffschäumen, als Formmassen, als Gießharze (hitze- und säurebeständige Beschichtungen) und in faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Sie werden auch in Farben und Lacken verwendet.

Ein häufiger Grund für die Verwendung von Sperrholz mit Phenolharzen anstelle von glattem Holz ist seine Beständigkeit gegen Rissbildung, Schrumpfen, Verdrehen, Feuer und dank seiner hohen Festigkeit. Daher ersetzen solche Materialien viele andere Holzarten bei Anwendungen im zivilen Bausektor. Ganz zu schweigen davon, dass Laminate, die auf Basis dieses Harzes hergestellt werden, durch Imprägnieren einer oder mehrerer Schichten eines Grundmaterials wie Papier, Glasfaser oder Holz mit Phenolharz unter Hitze und Druck hergestellt werden.

Beispiele für Produkte auf Phenolharzbasis sind: Poolkugeln (auf Basis von festem Phenol-Formaldehyd-Harz) und erforderliche Bremsbeläge und Kupplungsscheiben (Automobilindustrie).

Phenolharze bleiben sehr wichtige industrielle Polymere, obwohl sie heute am häufigsten als Klebstoffe zum Verkleben von Sperrholz und anderen strukturellen Holzprodukten verwendet werden.

Risiken für die menschliche Gesundheit

Obwohl Phenolharze immer noch in großem Maßstab hergestellt werden, sind sie nachweislich gesundheitsschädlich, und die von ihnen gebotenen Risiken stehen in direktem Zusammenhang mit der Art der bei ihrer Synthese verwendeten Verbindung. Es ist notwendig, das für seine Herstellung ausgewählte Material, sowohl das Phenol oder Derivat als auch den verwendeten Aldehyd, zu kennen, damit die möglichen Gefahren sicher bekannt sind und nach angemesseneren und sichereren Alternativen gesucht wird.

Wie bereits erwähnt, können bei der Herstellung von Phenolharzen verschiedene Arten von Phenolen und Aldehyden verwendet werden. Sie sind hauptsächlich Phenol, Bisphenol-A, Bisphenol-F und Formaldehyd.

Im Fall von Bisphenol-A und Bisphenol-F, die bei der Synthese dieser Harze verwendet werden können, haben Studien gezeigt, dass diese Substanzen im Körper kumulativ sind und als endokrine Disruptoren wirken und östrogene und androgene Wirkungen, negative Wirkungen auf die Schilddrüse und den Anstieg aufweisen der Gebärmutter und das Gewicht der Hoden und Drüsen (lesen Sie mehr in "Kennen Sie die Arten von Bisphenol und ihre Risiken"). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Phenol in seiner einfachen Form toxisch ist und neben anderen Komplikationen die menschlichen Atemwege reizt.

Eine andere Substanz, die häufig zur Herstellung von Phenolharzen verwendet wird und als gefährlich eingestuft wird, ist Formaldehyd (lesen Sie mehr unter "Finden Sie heraus, welche Gefahren Formaldehyd birgt und wie Sie sie vermeiden können"). Formaldehyd ist leicht flüchtig und gehört zur schädlichen Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen, auch als VOC bekannt.

Darüber hinaus gilt Formaldehyd nach Studien der Internationalen Agentur für Krebsforschung (Iarc) als Karzinogen für den Menschen und kann auch als endokriner Disruptor wirken.

Mit der weitgehenden Verwendung und möglichen Erschöpfung fossiler Rohstoffe (die Grundlage für die Herstellung der meisten dieser Harze), die zu immer strengeren Vorschriften im Bereich der menschlichen Gesundheit und der Umwelt beitrug, wurde die Suche nach alternativen Substanzen für die Formaldehyd wird zu einem wichtigen und wichtigen Anliegen der Phenolharzindustrie.

Aufbereitung von Objekten, die diese Harze enthalten

Die Produktion von Phenolharzen, wie wir sie heute kennen, ist bereits in mehreren Ländern verboten oder kontrolliert, aber noch nicht in Brasilien. In diesem Fall muss neben der Toxizität des Produkts auch die Unhaltbarkeit der Produktion berücksichtigt werden, da es von Öl, einer nicht erneuerbaren Quelle, abhängig ist.

Da es sich um ein thermorigidisches Polymer handelt, wird die Entsorgung und Wiederaufbereitung von Produkten, die diese Art von Harz enthalten, schwierig, da sie in ihrer Struktur vernetzt sind und diese Bindungen beim Wiedererhitzen brechen, Materialabbau induzieren und Substanzen dispergieren schädlich.

Dies bedeutet nicht, dass Duroplaste nicht wiederverwendet werden können. Sie können in kleinen Mengen als Füllstoffe und Verstärkungen, einschließlich thermoplastischer und duroplastischer Materialien, zugesetzt werden.

Eine Wiederaufbereitungstechnik besteht darin, das duroplastische Material in kleine Stücke zu "zerbrechen" und diese Stücke in das jungfräuliche Material zu mischen, so dass sie darin enthalten sind. Die Verwendung von recycelten Phenolharzen macht den Aushärtungsprozess (unter hohen Temperaturen) schneller und damit billiger und ermöglicht die Schaffung einer sehr glänzenden Oberfläche. Darüber hinaus wurde berichtet, dass die Verwendung von recycelten duroplastischen Materialien wie Füllstoffen einen perfekten Haftungsbereich für jungfräuliches Material bietet.

Alternativen

Wachsende Bedenken hinsichtlich Umweltherausforderungen, Energiesicherheit und Nachhaltigkeit sowie der Wunsch, die Abhängigkeit von Rohöl zu verringern, haben die weltweiten Bemühungen zur Herstellung von Bioprodukten aus erneuerbaren Quellen verstärkt. Die Herstellung von Chemikalien und biologischen Materialien als Ersatz für Produkte auf Erdölbasis ist in einer Gesellschaft, die von einer echten nachhaltigen Entwicklung und ohne Make-up träumt, von wesentlicher Bedeutung.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass Polymere und Harze auf der Basis natürlicher Quellen entwickelt werden. Beispielsweise könnte Phenol auf Erdölbasis durch Biophenole ersetzt werden, und krebserzeugender Formaldehyd könnte durch Furfural- oder Hydroxymethylfurfural-Substanzen auf Zuckerbasis ersetzt werden. Die Entwicklung von biobasierten Harzen würde dann zur Herstellung wirklich nachhaltiger Harze führen.

Auf diese Weise (wie im Artikel ausführlicher zu sehen ist: Forscher von USP untersuchen die potenzielle Verwendung von agroindustriellen Abfällen) wurden Alternativen gesucht, um diesen Bedarf an der Herstellung eines nachhaltigen Harzes auf kommerzieller Ebene zu decken. Und in einem Land wie Brasilien, dessen Territorium größtenteils in einem tropischen Klima liegt, symbolisiert die Landwirtschaft einen der Hauptmotoren der Wirtschaft. Es ist möglich, Rohstoffe zu finden, die bis dahin als landwirtschaftliche Abfälle angesehen wurden, um dieses Problem zu lösen, wie beispielsweise Zuckerrohr (Bagasse und Fasern).

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