Φαινολ φορμαλδεΰδη
Πολλοί άνθρωποι χρονολογούν την αρχή της σύγχρονης βιομηχανίας πλαστικών έως το 1907, όταν ο Leo Hendrik Baekeland, ένας Βέλγος γεννημένος Αμερικανός φαρμακοποιός, υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σε ένα θερμοσκληρυνόμενο φαινόλης-φορμαλδεΰδης που τελικά έγινε γνωστό με το εμπορικό σήμα Bakelite. Επίσης γνωστά ως φαινολικές ρητίνες, τα πολυμερή φαινόλης-φορμαλδεΰδης ήταν τα πρώτα πλήρως συνθετικά πολυμερή που διατέθηκαν στο εμπόριο. Αν και τα χυτευμένα προϊόντα δεν αντιπροσωπεύουν πλέον την πιο σημαντική εφαρμογή τους, μέσω της χρήσης τους ως συγκολλητικών, εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν σχεδόν το ήμισυ της συνολικής παραγωγής θερμοσκληρυνόμενων πολυμερών.
Πειράματα με φαινολικές ρητίνες προηγήθηκαν του έργου του Baekeland. Το 1872 ο Γερμανός χημικός Adolf von Baeyer συμπύκνωσε τη λειτουργική φαινόλη και τη δυσλειτουργική φορμαλδεΰδη, και τις επόμενες δεκαετίες ο μαθητής του Baeyer Werner Kleeberg και άλλοι χημικοί διερεύνησαν τα προϊόντα, αλλά απέτυχαν να συνεχίσουν την αντίδραση επειδή δεν μπόρεσαν να κρυσταλλώσουν και να χαρακτηρίσουν τα άμορφα ρητινώδη προϊόντα. Ήταν ο Baekeland που, το 1907, κατάφερε να ελέγξει την αντίδραση συμπύκνωσης για να παράγει την πρώτη συνθετική ρητίνη. Η Baekeland μπόρεσε να σταματήσει την αντίδραση ενώ η ρητίνη ήταν ακόμη σε εύτηκτη, διαλυτή κατάσταση (το στάδιο Α), στην οποία θα μπορούσε να διαλυθεί σε διαλύτες και να αναμιχθεί με πληρωτικά και ενισχυτικά που θα το καθιστούσαν σε χρησιμοποιήσιμο πλαστικό. Η ρητίνη, σε αυτό το στάδιο που ονομάζεται ρεζόλη, έπειτα μεταφέρθηκε στο στάδιο Β, όπου, αν και σχεδόν αδιάβροχο και αδιάλυτο, θα μπορούσε ακόμα να μαλακώσει από τη θερμότητα έως το τελικό σχήμα του καλουπιού. Το πλήρως θεραπευμένο, θερμοσκληρυνόμενο στάδιο ήταν το στάδιο C. Το 1911 η General Bakelite Company της Baekeland ξεκίνησε τη λειτουργία της στο Perth Amboy, NJ, ΗΠΑ, και λίγο αργότερα πολλές εταιρείες χρησιμοποιούσαν πλαστικά προϊόντα Bakelite. Σε μια αγορά πλαστικών που μονοπωλήθηκε ουσιαστικά από κυτταρίνη, ένα πολύ εύφλεκτο υλικό που διαλύθηκε εύκολα και μαλακώθηκε με θερμότητα, ο Βακελίτης βρήκε έτοιμη αποδοχή επειδή θα μπορούσε να καταστεί αδιάλυτο και άφλεκτο. Επιπλέον, το θερμοσκληρυνόμενο προϊόν θα ανέχεται σημαντικές ποσότητες αδρανών συστατικών και επομένως θα μπορούσε να τροποποιηθεί με την ενσωμάτωση διαφόρων πληρωτικών, όπως αλεύρι από ξύλο, βαμβάκι, αμίαντος και ψιλοκομμένο ύφασμα. Λόγω των εξαιρετικών μονωτικών ιδιοτήτων της, η ρητίνη μετατράπηκε σε πρίζες, κουμπιά και κουμπιά για ραδιόφωνα και χρησιμοποιήθηκε στα ηλεκτρικά συστήματα αυτοκινήτων.
Χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι για την παρασκευή πολυμερών φαινόλης-φορμαλδεΰδης. Σε μία, μία περίσσεια φορμαλδεΰδης αντιδρά με φαινόλη παρουσία ενός καταλύτη βάσης σε υδατικό διάλυμα για να δώσει την ρεζόλη, το οποίο είναι ένα προπολυμερές χαμηλού μοριακού βάρους με ΟΗ 2 ομάδες ΟΗ συνδεδεμένο στους δακτυλίους φαινόλης. Κατά τη θέρμανση, η ρεσόλα συμπυκνώνεται περαιτέρω, με απώλεια νερού και φορμαλδεΰδης, για να δώσει θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή δικτύου. Η άλλη μέθοδος περιλαμβάνει αντίδραση φορμαλδεΰδης με περίσσεια φαινόλης χρησιμοποιώντας καταλύτη οξέος για την παραγωγή προπολυμερών που ονομάζονται novolacs. Τα Novolacs μοιάζουν με το πολυμερές εκτός από το ότι έχουν πολύ χαμηλότερο μοριακό βάρος και εξακολουθούν να είναι θερμοπλαστικά. Η σκλήρυνση στο πολυμερές δικτύου επιτυγχάνεται με την προσθήκη περισσότερο φορμαλδεΰδης ή, συνηθέστερα, ενώσεων που αποσυντίθενται σε φορμαλδεΰδη κατά τη θέρμανση.
Τα πολυμερή φαινόλης-φορμαλδεΰδης δημιουργούν εξαιρετικές κόλλες ξύλου για κόντρα πλακέ και μοριοσανίδες επειδή σχηματίζουν χημικούς δεσμούς με το συστατικό φαινόλης λιγνίνης του ξύλου. Οι κόλλες ξύλου, στην πραγματικότητα, αντιπροσωπεύουν τη μεγαλύτερη αγορά αυτών των πολυμερών. Τα πολυμερή έχουν σκούρο χρώμα ως αποτέλεσμα παρενεργειών κατά τον πολυμερισμό. Επειδή το χρώμα τους λεκιάζει συχνά το ξύλο, δεν είναι κατάλληλα για διακοσμητικά εσωτερικά πάνελ. Είναι η κόλλα επιλογής για εξωτερικό κόντρα πλακέ, ωστόσο, λόγω της καλής τους αντοχής στην υγρασία.
Οι φαινολικές ρητίνες, που είναι πάντα ενισχυμένες με ίνες ή νιφάδες, διαμορφώνονται επίσης σε ανθεκτικά στη θερμότητα αντικείμενα, όπως ηλεκτρικοί σύνδεσμοι και λαβές συσκευών.
Πολυμερή ουρίας-φορμαλδεΰδης
Οι ρητίνες που κατασκευάζονται από πολυμερή ουρίας-φορμαλδεΰδης άρχισαν την εμπορική χρήση σε συγκολλητικά και συνδετικά το 1920. Υποβάλλονται σε επεξεργασία με τον ίδιο τρόπο όπως και οι ρεζόλες (δηλαδή, χρησιμοποιώντας περίσσεια φορμαλδεΰδης). Όπως τα φαινολικά, τα πολυμερή χρησιμοποιούνται ως κόλλες ξύλου, αλλά, επειδή είναι ελαφρύτερου χρώματος, είναι πιο κατάλληλα για εσωτερικά κόντρα πλακέ και διακοσμητικά πάνελ. Ωστόσο, είναι λιγότερο ανθεκτικά και δεν έχουν επαρκή αντοχή στις καιρικές συνθήκες για χρήση σε εξωτερικές εφαρμογές.
Τα πολυμερή ουρίας-φορμαλδεΰδης χρησιμοποιούνται επίσης για την επεξεργασία υφαντικών ινών προκειμένου να βελτιωθεί η αντίσταση στις ρυτίδες και να συρρικνωθεί και αναμιγνύονται με αλκυδικά χρώματα προκειμένου να βελτιωθεί η σκληρότητα της επιφάνειας της επικάλυψης.
Πολυμερή μελαμίνης-φορμαλδεΰδης
Αυτές οι ενώσεις είναι παρόμοιες με τις ρητίνες ουρίας-φορμαλδεΰδης κατά την επεξεργασία και την εφαρμογή τους. Επιπλέον, η μεγαλύτερη σκληρότητά τους και η αντοχή τους στο νερό τα καθιστούν κατάλληλα για διακοσμητικά σερβίτσια και για την κατασκευή του επιτραπέζιου και πάγκου προϊόντος που αναπτύχθηκε από τη Formica Corporation και πωλήθηκε με την εμπορική ονομασία Formica.
Πολυμερή με βάση μελαμίνη έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα ως παράγοντες διασύνδεσης σε ψημένα συστήματα επιφανείας. Ως εκ τούτου, είχαν πολλές βιομηχανικές εφαρμογές - για παράδειγμα, σε επικάλυψη αυτοκινήτων και σε φινιρίσματα για συσκευές και μεταλλικά έπιπλα. Ωστόσο, η χρήση τους σε επικαλύψεις μειώνεται λόγω περιορισμών στην εκπομπή φορμαλδεΰδης, ένα σημαντικό συστατικό αυτών των επικαλύψεων.
Κυτταρίνη
Κυτταρίνη (C 6 H 7 O 2 [OH] 3) είναι ένα φυσικώς απαντώμενο πολυμερές που αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μονάδες γλυκόζης. Στη φυσική του κατάσταση (γνωστή ως φυσική κυτταρίνη), έχει από καιρό συλλεχθεί ως εμπορική ίνα - όπως στο βαμβάκι, το λινάρι, την κάνναβη, το καπόκ, το σιζάλ, τη γιούτα και το ραμί. Το ξύλο, το οποίο αποτελείται από κυτταρίνη σε συνδυασμό με ένα σύνθετο πολυμερές δικτύου που ονομάζεται λιγνίνη, είναι ένα κοινό οικοδομικό υλικό. Το χαρτί παράγεται επίσης από φυσική κυτταρίνη. Αν και είναι γραμμικό πολυμερές, η κυτταρίνη θερμοσκληρύνεται. Δηλαδή, σχηματίζει μόνιμες, συγκολλημένες δομές που δεν μπορούν να χαλαρώσουν από θερμότητα ή διαλύτες χωρίς να προκαλέσουν χημική αποσύνθεση. Η θερμοσκληρυνόμενη της συμπεριφορά προκύπτει από ισχυρά διπολικά έλξη που υπάρχουν μεταξύ των μορίων κυτταρίνης, προσδίδοντας ιδιότητες παρόμοιες με αυτές των διασυνδεδεμένων πολυμερών δικτύου.
Τον 19ο αιώνα, αναπτύχθηκαν μέθοδοι για τον διαχωρισμό της κυτταρίνης ξύλου από τη λιγνίνη και στη συνέχεια για την αναγέννηση της κυτταρίνης στην αρχική της σύνθεση για χρήση τόσο ως ίνα (ρεγιόν) όσο και ως πλαστικό (σελοφάν). Παράγωγα εστέρα και αιθέρα κυτταρίνης αναπτύχθηκαν επίσης και χρησιμοποιήθηκαν ως ίνες και πλαστικά. Οι πιο σημαντικές ενώσεις ήταν η νιτρική κυτταρίνη (νιτροκυτταρίνη, μετατραπεί σε κυτταρίνη) και η οξική κυτταρίνη (παλαιότερα γνωστή ως οξική ρεγιόν αλλά τώρα γνωστή απλώς ως οξική). Και τα δύο αυτά χημικά παράγωγα βασίστηκαν στη δομή της κυτταρίνης
με το Χ να είναι ΝΟ 2 στην περίπτωση του νιτρικού και το COCH 3 στην περίπτωση του οξικού.
