베이클라이트 만들기 — 고분자 시대를 연 최초의 완전 합성 플라스틱

최초의 플라스틱인 셀룰로이드(1869)는 변형된 천연 셀룰로오스로 만들어졌으며, 이는 반합성 소재였습니다. 다음 도약은 1907년에 이루어졌습니다. 뉴욕 욘커스에서 일하던 벨기에 출신 화학자 레오 베이클랜드가 최초의 완전 합성 플라스틱을 만들었습니다. 이 소재의 고분자 사슬은 천연 고분자를 출발점으로 삼지 않고, 단순한 화학 원료로부터 처음부터 쌓아 올려 만들어졌습니다.

베이클랜드는 'Bakelizer'라고 부른 증기 가열식 오토클레이브에서 열과 압력을 가하며 페놀(C₆H₅OH)을 포름알데히드(HCHO)와 반응시켰습니다. 이 반응은 축합 중합입니다. 각 페놀 분자는 방향족 고리에 반응성 위치가 3개 있으며(히드록실기에 대해 오르토 및 파라 위치), 여기서 포름알데히드가 인접한 페놀 고리를 서로 연결하는 메틸렌 다리(-CH₂-)를 형성할 수 있습니다. 열가소성 플라스틱(다시 녹일 수 있음)인 셀룰로이드와 달리, 페놀-포름알데히드 网络는 열경화성 수지입니다. 가교 결합이 완료되면 이 소재는 녹이거나, 용해하거나, 다시 성형할 수 없습니다. 영구적이고 비가역적으로 단단해집니다.

베이클라이트의 특성은 매우 뛰어났습니다. 전기 절연성, 내열성, 화학적 안정성, 치수 안정성이 있었고, 경화 전에는 복잡한 형태로 성형할 수 있었습니다. 이 소재는 전기 시대의 재료가 되었습니다. 1910년부터 1950년까지 모든 전화기, 라디오, 배전기 캡, 플러그, 스위치가 베이클라이트 또는 페놀 수지로 만들어졌습니다. 또한 화학자들이 자연에는 없는 특성을 가진 새로운 소재를 설계할 수 있음을 처음으로 증명한 소재이기도 했습니다.

이 실험실 규모의 시연은 베이클랜드의 핵심 화학을 따릅니다. 산 촉매를 사용해 페놀과 포름알데히드를 반응시켜 페놀-포름알데히드 수지(노볼락)를 만든 다음, 열과 경화제(헥사메틸렌테트라민)로 경화시켜 가교 결합된 열경화성 수지를 얻습니다.

SAFETY WARNING: 페놀은 심각한 피부 독성 물질입니다. 넓은 면적에 노출되면 치명적일 수 있는 통증 없는 흰색 화상을 일으킵니다. 포름알데히드는 알려진 발암물질이며, 흡입 시 독성이 있고 눈에 심한 자극을 줍니다. 이 실험은 MUST 반드시 흄후드 안에서 완전한 보호 장비를 갖추고 수행해야 합니다. 페놀은 맨손으로 절대 다루지 마십시오. 페놀은 시간이 지나면 니트릴 장갑을 투과하므로 이중으로 장갑을 끼고 15분마다 장갑을 교체하십시오.