Fenolformaldehyd
Många människor daterar början av den moderna plastindustrin till 1907, då Leo Hendrik Baekeland, en belgisk-född amerikansk kemist, ansökte om patent på en termolett av fenol-formaldehyd som så småningom blev känd under det varumärkesnamnet Bakelite. Även känd som fenolhartser var fenol-formaldehydpolymerer de första fullständigt syntetiska polymererna som kommersialiserades. Även om gjutna produkter inte längre representerar sin viktigaste applikation, representerar de genom deras användning som lim fortfarande nästan hälften av den totala produktionen av värmehärdande polymerer.
Experiment med fenolhartser föregick faktiskt Baekelands arbete. 1872 kondenserade den tyska kemisten Adolf von Baeyer trifunktionell fenol och difunktionell formaldehyd, och under efterföljande årtionden undersökte Baeyers student Werner Kleeberg och andra kemister produkterna, men de lyckades inte följa reaktionen eftersom de inte kunde kristallisera och karakterisera de amorfa hartsprodukterna. Det var Baekeland som 1907 lyckades kontrollera kondensationsreaktionen för att producera det första syntetiska hartset. Baekeland kunde stoppa reaktionen medan hartset fortfarande befann sig i ett smältbart, lösligt tillstånd (A-steget), där det kunde lösas i lösningsmedel och blandas med fyllmedel och förstärkningar som skulle göra det till en användbar plast. Hartset, i detta skede kallat en resole, fördes sedan till B-stadiet, där det, även om det nästan var osmältbart och olösligt, fortfarande kunde mjukas upp genom värme till slutform i formen. Dess helt härdade termosättningssteg var C-scenen. 1911 började Baekelands General Bakelite Company verksamhet i Perth Amboy, NJ, USA, och kort därefter använde många företag Bakelite-plastprodukter. På en plastmarknad som praktiskt taget monopoliserades av celluloid, ett mycket brandfarligt material som lätt upplöstes och mjukades med värme, fann Bakelite klar acceptans eftersom det kunde göras olösligt och osmältbart. Vidare tål värmehärdande produkten betydande mängder inerta ingredienser och kan därför modifieras genom införlivande av olika fyllmedel, såsom trämjöl, bomullsflock, asbest och hackat tyg. På grund av dess utmärkta isoleringsegenskaper gjordes hartset till uttag, vred och rattar för radioapparater och användes i de elektriska systemen i bilar.
Två metoder används för att framställa fenol-formaldehydpolymerer. I en, är ett överskott av formaldehyd att reagera med fenol i närvaro av en baskatalysator i vattenlösning för att ge resolen, vilket är en låg-molekylvikt-prepolymer med CH 2 OH-grupper bundna till fenolringar. Vid uppvärmning kondenseras resolen ytterligare med förlust av vatten och formaldehyd för att ge värmehärdande nätverkspolymerer. Den andra metoden innefattar att reagera formaldehyd med ett överskott av fenol med användning av en syrakatalysator för att producera prepolymerer som kallas novolack. Novolacs liknar polymeren förutom att de har mycket lägre molekylvikt och fortfarande är termoplastiska. Härdning till nätverkspolymer åstadkoms genom tillsats av mer formaldehyd eller, vanligtvis, av föreningar som sönderdelas till formaldehyd vid uppvärmning.
Fenol-formaldehydpolymerer gör utmärkta trälim för plywood och spånskivor eftersom de bildar kemiska bindningar med fenollike ligninkomponenten i trä. Trälim representerar faktiskt den största marknaden för dessa polymerer. Polymererna har mörk färg som ett resultat av sidoreaktioner under polymerisation. Eftersom deras färg ofta fläckar träet, passar de inte för dekorativ inredning. De är självhäftande lim för utvändig plywood, på grund av deras goda fuktbeständighet.
Fenolhartser, som alltid är förstärkta med fibrer eller flingor, formas också till värmebeständiga föremål såsom elektriska kontakter och handtag.
Urea-formaldehydpolymerer
Hartser tillverkade av ureaformaldehydpolymerer började kommersiellt använda lim och bindemedel under 1920-talet. De behandlas på ungefär samma sätt som resoler (dvs. med överskott av formaldehyd). Liksom fenolmaterial används polymererna som trälim, men eftersom de är ljusare i färg är de mer lämpade för interiör plywood och dekorativ paneler. De är emellertid mindre hållbara och har inte tillräckligt väderbeständighet för att användas i exteriörstillämpningar.
Urea-formaldehydpolymerer används också för att behandla textilfibrer för att förbättra rynkor och krympmotstånd, och de blandas med alkydfärger för att förbättra ythårdheten hos beläggningen.
Melamin-formaldehydpolymerer
Dessa föreningar liknar urea-formaldehydhartser vid deras bearbetning och tillämpningar. Dessutom gör deras högre hårdhet och vattenbeständighet dem lämpliga för dekorativt servis och för tillverkning i bordsskivan och bänkskivan som utvecklats av Formica Corporation och säljs under det varumärken som heter Formica.
Melaminbaserade polymerer har också i stor utsträckning använts som tvärbindningsmedel i bakade ytbeläggningssystem. Som sådant har de haft många industriella tillämpningar - till exempel i bilens toppbelägg och i ytbehandlingar för apparater och metallmöbler. Emellertid minskar deras användning i beläggningar på grund av begränsningar för utsläpp av formaldehyd, en viktig komponent av dessa beläggningar.
cellulosa
Cellulosa (C 6 H 7 O 2 [OH] 3) är en naturligt förekommande polymer uppbyggd av upprepande glukosenheter. I sitt naturliga tillstånd (känd som infödd cellulosa) har den länge skördats som en kommersiell fiber - som i bomull, lin, hampa, kapok, sisal, jute och ramie. Trä, som består av cellulosa i kombination med en komplex nätverkspolymer som kallas lignin, är ett vanligt byggnadsmaterial. Papper tillverkas också av naturlig cellulosa. Även om det är en linjär polymer är cellulosa värmehärdande; det vill säga den bildar permanenta, bundna strukturer som inte kan lösas av värme eller lösningsmedel utan att orsaka kemisk sönderdelning. Dess värmehärdande beteende härrör från starka dipolära attraktioner som finns mellan cellulosamolekyler, vilket ger egenskaper som liknar dem för sammanlänkade nätverkspolymerer.
På 1800-talet utvecklades metoder för att separera träcellulosa från lignin kemiskt och sedan för att regenerera cellulosan tillbaka till dess ursprungliga sammansättning för användning som både en fiber (rayon) och en plast (cellofan). Ester- och etderivat av cellulosa utvecklades och användes som fibrer och plast. De viktigaste föreningarna var cellulosanitrat (nitrocellulosa, gjord till celluloid) och cellulosaacetat (tidigare känt som acetat-rayon men nu känt helt enkelt som acetat). Båda dessa kemiska derivat baserades på cellulosestrukturen
med X är NR 2 i fallet av nitratet och COCH 3 i fallet av acetatet.
