Номер 4, страница 204 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Поясните, какие полимеры получают на основе фенолформальдегидыхмол. Где применяют эти вещества?

На основе фенолформальдегидных смол, получаемых в результате реакции поликонденсации фенола ($C_6H_5OH$) и формальдегида ($CH_2O$), получают два основных типа полимеров-полупродуктов: новолачные и резольные смолы. Их последующее отверждение приводит к образованию конечного продукта — неплавкого и нерастворимого сшитого полимера, известного как резит или бакелит.

1. Типы полимеров и их получение

Новолачные смолы (новолаки)

Получают при избытке фенола и в кислой среде (катализаторы — $HCl, H_2SO_4$). В этих условиях молекулы формальдегида соединяют молекулы фенола в линейные или слаборазветвленные цепи через метиленовые мостики ($-CH_2-$), преимущественно в орто- и пара-положениях.

Схематически реакцию можно представить так:

$n C_6H_5OH + (n-1) CH_2o \xrightarrow{H^+, t^{\circ}} HO-C_6H_4-[-CH_2-C_6H_3(OH)-]_{n-2}-CH_2-C_6H_4OH + (n-1) H_2O$

Новолаки являются термопластичными полимерами, то есть они размягчаются при нагревании. Для получения конечного трехмерного полимера (резита) их необходимо отвердить. В качестве отвердителя чаще всего используют гексаметилентетрамин (уротропин, $(CH_2)_6N_4$), который при нагревании распадается, выделяя формальдегид и аммиак, необходимые для сшивки цепей.

Резольные смолы (резолы)

Получают при избытке формальдегида и в щелочной среде (катализаторы — $NaOH, NH_4OH$). На первой стадии образуются спиртоподобные производные — метилолфенолы.

$C_6H_5OH + CH_2o \xrightarrow{OH^-} HO-C_6H_4-CH_2OH$ (орто- и пара-гидроксиметилфенол)

При дальнейшем нагревании эти мономеры вступают в реакцию поликонденсации, образуя низкомолекулярные разветвленные полимеры, содержащие реакционноспособные метилольные ($-CH_2OH$) группы. Резолы способны к самоотверждению при нагревании без добавления специальных отвердителей. Метилольные группы реагируют друг с другом, образуя диметиленэфирные ($-CH_2-O-CH_2-$) и метиленовые ($-CH_2-$) мостики, что приводит к формированию пространственной сетки.

Резит (Бакелит)

Это конечный продукт отверждения как новолачных, так и резольных смол. Он представляет собой трехмерный (сетчатый) полимер, в котором молекулы фенола соединены метиленовыми мостиками в жесткую структуру. Резит обладает высокой прочностью, термостойкостью, химической стойкостью и отличными диэлектрическими свойствами.

2. Применение фенолформальдегидных полимеров

Благодаря своим уникальным свойствам, эти полимеры нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.

• Производство пресс-материалов и пластмассовых изделий. Это одно из основных применений. Порошок смолы смешивают с наполнителями (древесная мука, целлюлоза, стекловолокно, асбест) и прессуют при высокой температуре. Из этих пресс-композиций (известных как фенопласты) изготавливают:
  • электротехнические изделия (розетки, выключатели, вилки, патроны, корпуса счетчиков),
  • детали для автомобилей (крышки трамблера, тормозные колодки),
  • рукоятки для инструментов и кухонной посуды,
  • корпуса различных приборов, бильярдные шары.
• Клеи и связующие. Фенолформальдегидные смолы — эффективные клеи и связующие вещества:
  • производство фанеры, древесно-стружечных плит (ДСП) и древесно-волокнистых плит (ДВП),
  • связующее для абразивных инструментов (например, шлифовальных кругов),
  • связующее при изготовлении тепло- и звукоизоляционных материалов (стекловата, минеральная вата).
• Лаки и покрытия. Растворы смол в органических растворителях (бакелитовые лаки) используются для создания прочных, водо- и химически стойких защитных покрытий для металла, дерева и других поверхностей.
• Слоистые пластики (ламинаты). Бумагу (гетинакс) или ткань (текстолит) пропитывают смолой и прессуют в горячем состоянии. Полученные материалы обладают высокой механической прочностью и диэлектрическими свойствами, применяются в электротехнике, радиотехнике и машиностроении в качестве конструкционных и изоляционных материалов.
• Прочие применения.
  • производство пенопластов (фенольных пен) для теплоизоляции,
  • изготовление ионообменных смол,
  • связующее для литейных форм в металлургии.

Ответ: На основе фенолформальдегидных смол получают термопластичные новолачные полимеры и термореактивные резольные полимеры. Путем их отверждения получают конечный сшитый полимер — резит (бакелит). Эти вещества применяют для производства пластмасс (электроизоляторы, детали машин, корпуса приборов), в качестве клеев и связующих в производстве ДСП, фанеры и абразивных материалов, для изготовления лаков, покрытий и слоистых пластиков (гетинакс, текстолит).