Изготовление бакелита — первого полностью синтетического пластика, открывшего эпоху полимеров

Целлулоид, первый пластик (1869), был получен из модифицированной природной целлюлозы — полусинтетического материала. Следующий скачок произошёл в 1907 году, когда Лео Бейкеланд, бельгийский химик, работавший в Йонкерсе (штат Нью-Йорк), создал первый полностью синтетический пластик: материал, полимерные цепи которого были построены с нуля из простых химических исходных веществ, без природного полимера в качестве отправной точки.

Бейкеланд вступал в реакцию фенола (C₆H₅OH) с формальдегидом (HCHO) при нагревании и давлении в обогреваемом паром автоклаве, который он назвал «Бакелайзер». Реакция представляет собой поликонденсацию: каждая молекула фенола имеет три реакционноспособных положения на ароматическом кольце (орто- и пара-положения относительно гидроксильной группы), в которых формальдегид может образовывать метиленовые мостики (-CH₂-), соединяющие соседние фенольные кольца. В отличие от целлулоида, который является термопластом (может быть переплавлен), фенол-формальдегидная сетка является термореактивным полимером — после завершения сшивания материал не может быть расплавлен, растворён или переформован. Он навсегда и необратимо твёрд.

Свойства бакелита были выдающимися: он был электроизолирующим, теплостойким, химически стабильным, размерно стабильным и поддавался формованию в сложные формы до отверждения. Он стал материалом электрической эры — каждый телефон, радиоприёмник, распределительная крышка, вилка и выключатель с 1910 по 1950 год изготавливались из бакелита или фенольной смолы. Это также был первый материал, доказавший, что химики могут создавать новые материалы со свойствами, недоступными в природе.

Эта лабораторная демонстрация воспроизводит основную химию Бейкеланда: реакция фенола с формальдегидом с использованием кислотного катализатора для получения фенол-формальдегидной смолы (новолак), с последующим отверждением нагреванием и отвердителем (гексаметилентетрамином) для получения сшитого термореактивного полимера.

SAFETY WARNING: Фенол является сильным ядом для кожи — он вызывает безболезненные химические ожоги белого цвета, которые могут быть смертельными при воздействии на большую площадь. Формальдегид является известным канцерогеном, токсичен при вдыхании и сильно раздражает глаза. Этот эксперимент MUST проводиться в вытяжном шкафу с полным комплектом защитного оборудования. Никогда не работайте с фенолом голыми руками — он со временем проникает через нитриловые перчатки, поэтому надевайте две пары перчаток и меняйте их каждые 15 минут.