Bakélite - Bakelite

Bakélite
Structure 3-D de Bakélite.png
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
ChemSpider
  • Oc0ccccc0Cc0cc(C1)c(O)c(c0)Cc0c(O)ccc(c0)Cc0ccc(O)c(c0)Cc0c(O)ccc(c0)Cc0c(O)ccc(c0)Cc0c(O)c( C2)cc(c0)Cc0c(O)ccc(c0)Cc(c0O)cc2cc0Cc0cc(Cc2ccc(O)cc2)c(O)c(c0)Cc0c(O)ccc(c0)C1
Propriétés
(C 6 H 6 O·CH 2 O) n
Masse molaire Variable
Apparence Brun solide
Densité 1,3 g / cm 3
Conductivité thermique 0,2 W/(m·K)
1,63
Thermochimie
0,92 kJ/(kg·K)
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Références de l'infobox

Polyoxybenzylmethylenglycolanhydride , mieux connu sous le nom de bakélite ( / b k əl t / BAY -kə-lyte , parfois orthographié Baekelite ), a été la première matière plastique fabriqués à partir de composants synthétiques. Il s'agit d'une résine phénol-formaldéhyde thermodurcissable , formée à partir d'une réaction de condensation du phénol avec le formaldéhyde . Il a été développé par le chimiste belgo-américain Leo Baekeland à Yonkers, New York , en 1907.

La bakélite a été brevetée le 7 décembre 1909. La création d'un plastique synthétique était révolutionnaire pour sa non conductivité électrique et ses propriétés de résistance à la chaleur dans les isolants électriques, les boîtiers de radio et de téléphone et des produits aussi divers que les ustensiles de cuisine, les bijoux, les tiges de tuyaux, les jouets pour enfants et armes à feu. L' attrait « rétro » des anciens produits en bakélite les a rendus à collectionner.

La bakélite a été désignée monument chimique historique national le 9 novembre 1993 par l' American Chemical Society en reconnaissance de son importance en tant que premier plastique synthétique au monde .

Histoire

Baekeland était déjà riche grâce à son invention du papier photographique Velox lorsqu'il a commencé à étudier les réactions du phénol et du formaldéhyde dans son laboratoire à domicile. Les chimistes avaient commencé à reconnaître que de nombreuses résines et fibres naturelles étaient des polymères . L'intention initiale de Baekeland était de trouver un substitut à la gomme laque , un matériau en quantité limitée car il était fabriqué naturellement à partir de l'excrétion d' insectes lacs (en particulier Kerria lacca ). Baekeland a produit une gomme laque phénol-formaldéhyde soluble appelée "Novolak", mais ce n'était pas un succès commercial.

Baekeland a alors commencé à expérimenter sur le renforcement du bois en l'imprégnant d'une résine synthétique, plutôt que de l'enduire. En contrôlant la pression et la température appliquées au phénol et au formaldéhyde , Baekeland a produit un matériau moulable dur qu'il a nommé « bakélite », d'après lui-même. C'était le premier plastique synthétique thermodurcissable produit, et Baekeland a spéculé sur "les mille et un... articles" qu'il pourrait être utilisé pour fabriquer. Baekeland a envisagé les possibilités d'utiliser une grande variété de matériaux de remplissage, y compris le coton, le bronze en poudre et la poussière d'ardoise, mais a eu le plus de succès avec le bois et les fibres d'amiante, bien que l' amiante ait été progressivement abandonnée par tous les fabricants en raison de lois environnementales plus strictes.

Baekeland a déposé un nombre important de brevets dans ce domaine. Bakélite, sa "méthode de fabrication de produits insolubles à base de phénol et de formaldéhyde", a été déposée le 13 juillet 1907 et accordée le 7 décembre 1909. Baekeland a également déposé une demande de protection par brevet dans d'autres pays, notamment la Belgique, le Canada, le Danemark, la Hongrie, Japon, Mexique, Russie et Espagne. Il a annoncé son invention lors d'une réunion de l' American Chemical Society le 5 février 1909.

Le premier Bakelizer semi-commercial, du laboratoire de Baekeland, 1935

Baekeland a commencé la production semi-commerciale de son nouveau matériau dans son laboratoire domestique, le commercialisant comme matériau pour les isolants électriques. À l'été 1909, il concéda les droits d'Europe continentale à Rütger AG. La filiale formée à l'époque, Bakelite AG, a été la première à produire de la bakélite à l'échelle industrielle. [1]

En 1910, Baekeland produisait suffisamment de matériel aux États-Unis pour justifier son expansion. Il a formé la General Bakelite Company de Perth Amboy, NJ, en tant qu'entreprise américaine pour fabriquer et commercialiser son nouveau matériel industriel. Il a également établi des relations à l'étranger pour produire des matériaux dans d'autres pays.

Bijker donne une discussion détaillée du développement de la bakélite et de la production par la société bakélite de diverses applications de matériaux. À partir de 1911, l'objectif principal de l'entreprise était le vernis de stratification, dont le volume des ventes a largement surpassé à la fois le matériau de moulage et la résine coulée. Dès 1912, le matériau de moulage gagne du terrain, mais son volume de ventes pour l'entreprise n'excède celui du vernis de stratification que dans les années 1930.

Comme le montrent également les chiffres des ventes, la société Bakelite a produit de la résine coulée "transparente" (qui n'incluait pas de charge) pour un petit marché en cours au cours des années 1910 et 1920. Des blocs ou des tiges de résine coulée, également appelés « ambre artificiel », ont été usinés et sculptés pour créer des objets tels que des tiges de pipe, des fume-cigarettes et des bijoux. Cependant, la demande de plastiques moulés a conduit la société Bakélite à se concentrer sur le moulage plutôt que sur les résines solides coulées.

La Bakelite Corporation a été formée en 1922 après un litige en matière de brevets favorable à Baekeland, à partir d'une fusion de trois sociétés : Baekeland's General Bakelite Company ; la Condensite Company, fondée par JW Aylesworth ; et la Redmanol Chemical Products Company , fondée par Lawrence V. Redman . Sous le directeur de la publicité et des relations publiques Allan Brown, qui est venu à Bakelite de Condensite, la Bakelite a été commercialisée de manière agressive comme "le matériau aux mille utilisations". Un dépôt pour une marque comportant la lettre B au-dessus du symbole mathématique de l'infini a été déposé le 25 août 1925 et affirmait que la marque était utilisée le 1er décembre 1924. Une grande variété d'utilisations était répertoriée dans leurs demandes de marque.

Nuancier pour les couleurs de qualité "bijou" en bakélite (résine coulée ou "Matériau clair"), 1924

Le premier numéro du magazine Plastics , en octobre 1925, présentait la bakélite sur sa couverture et comprenait l'article "Bakelite - What It Is" d'Allan Brown. La gamme de couleurs disponibles comprenait "noir, marron, rouge, jaune, vert, gris, bleu et des mélanges de deux ou plus". L'article soulignait que la bakélite se présentait sous diverses formes. « La bakélite est fabriquée sous plusieurs formes pour répondre à des exigences variables. Dans toutes ces formes, la base fondamentale est la résine de bakélite initiale. Cette variété comprend un matériau transparent, pour les bijoux, les articles pour fumeurs, etc. ; le ciment, utilisé pour sceller les ampoules électriques dans bases métalliques ; vernis, pour imprégner les bobines électriques, etc. ; laques, pour protéger la surface de la quincaillerie ; émaux, pour donner un revêtement résistant aux équipements industriels ; bakélite stratifiée, utilisée pour les engrenages silencieux et l'isolation ; et matériau de moulage, à partir duquel sont formés d'innombrables articles d'utilité et de beauté. Le matériau de moulage est généralement préparé par imprégnation de substances cellulosiques avec la résine initiale « non durcie ». Dans un rapport de 1925, la Commission tarifaire des États-Unis a salué la fabrication commerciale de résine phénolique synthétique comme « une réalisation nettement américaine », et a noté que « la publication de chiffres, cependant, serait une divulgation virtuelle de la production d'une entreprise individuelle » .

En Angleterre, Bakelite Limited, une fusion de trois fournisseurs britanniques de résine phénol formaldéhyde (Damard Lacquer Company Limited de Birmingham , Mouldensite Limited de Darley Dale et Redmanol Chemical Products Company de Londres ), a été formée en 1926. Une nouvelle usine de bakélite a ouvert à Tyseley , Birmingham, vers 1928. Il a été démoli en 1998.

Une nouvelle usine a ouvert ses portes à Bound Brook, New Jersey , en 1931.

En 1939, les sociétés ont été acquises par Union Carbide et Carbon Corporation .

En 2005, le fabricant allemand de bakélite Bakelite AG a été acquis par Borden Chemical de Columbus, OH, maintenant Hexion Inc. [2]

En plus du matériau bakélite d'origine, ces sociétés ont finalement fabriqué une large gamme d'autres produits, dont beaucoup ont été commercialisés sous la marque « plastiques en bakélite ». Celles-ci comprenaient d'autres types de résines phénoliques coulées similaires à Catalin et des résines urée-formaldéhyde, qui pouvaient être fabriquées dans des couleurs plus vives que le polyoxybenzylméthylèneglycolanhydride.

Une fois que les brevets de Baekeland sur la chaleur et la pression ont expiré en 1927, Bakelite Corporation a été confrontée à une concurrence sérieuse de la part d'autres sociétés. Parce que la bakélite moulée incorporait des charges pour lui donner de la résistance, elle avait tendance à être fabriquée en dissimulant des couleurs sombres. En 1927, perles, joncs et boucles d'oreilles sont produits par la société Catalin , selon un procédé différent qui leur permet d'introduire 15 nouvelles couleurs. Des bijoux translucides, des jetons de poker et d'autres objets en résines phénoliques ont été introduits dans les années 1930 ou 1940 par la société Catalin sous le nom de Prystal. La création de résines phénoliques marbrées peut également être attribuée à la société Catalin.

Synthèse

Vidéo externe
icône vidéo "Fabriquer du plastique bakélite" , NileRed

La fabrication de bakélite est un processus en plusieurs étapes. Il commence par chauffer du phénol et du formaldéhyde en présence d'un catalyseur tel que l'acide chlorhydrique, le chlorure de zinc , ou la base ammoniac. Cela crée un produit de condensation liquide, appelé bakélite A , qui est soluble dans l'alcool, l'acétone ou le phénol supplémentaire. Chauffé davantage, le produit devient partiellement soluble et peut encore être ramolli par la chaleur. Un chauffage soutenu donne une "gomme dure insoluble". Cependant, les températures élevées requises pour créer ceci ont tendance à provoquer un moussage violent du mélange lorsqu'il est effectué à la pression atmosphérique standard, ce qui a pour résultat que le matériau refroidi est poreux et cassable. La démarche innovante de Baekeland consistait à mettre son "dernier produit de condensation" dans un "Bakelizer" en forme d'œuf. En le chauffant sous pression, à environ 150 °C (300 °F), Baekeland a pu supprimer la formation de mousse qui se produirait autrement. La substance résultante est extrêmement dure et à la fois infusible et insoluble.

Moulage par compression

Le rotor du distributeur d' étincelles d'un moteur à combustion en bakélite

La bakélite moulée se forme dans une réaction de condensation de phénol et de formaldéhyde, avec de la farine de bois ou des fibres d'amiante comme charge, sous haute pression et à la chaleur dans un délai de quelques minutes de durcissement . Le résultat est un matériau plastique dur. L'amiante a été progressivement abandonnée comme charge car de nombreux pays ont interdit la production d'amiante.

Le processus de moulage de la bakélite présentait un certain nombre d'avantages. La résine de bakélite peut être fournie soit sous forme de poudre, soit sous forme de lingots préformés partiellement durcis, augmentant la vitesse de coulée. Les résines thermodurcissables telles que la bakélite nécessitaient de la chaleur et de la pression pendant le cycle de moulage, mais pouvaient être retirées du processus de moulage sans être refroidies, accélérant à nouveau le processus de moulage. De plus, en raison de la surface polie et lisse qui en a résulté, les objets en bakélite nécessitaient moins de finition. Des millions de pièces pourraient être dupliquées rapidement et à relativement peu de frais.

Feuille phénolique

Un autre marché pour la résine bakélite était la création de matériaux en feuilles phénoliques. La feuille phénolique est un matériau dur et dense fabriqué en appliquant de la chaleur et de la pression sur des couches de papier ou de tissu de verre imprégnées de résine synthétique. Le papier, les tissus de coton, les tissus synthétiques, les tissus de verre et les tissus non tissés sont tous des matériaux possibles utilisés dans le laminage. Lorsque la chaleur et la pression sont appliquées, la polymérisation transforme les couches en plastique laminé industriel thermodurcissable .

La feuille phénolique de bakélite est produite dans de nombreuses qualités commerciales et avec divers additifs pour répondre à diverses exigences mécaniques, électriques et thermiques. Certains types courants incluent :

  • Papier renforcé NEMA XX selon MIL-I-24768 PBG. Applications électriques normales, résistance mécanique modérée, température de fonctionnement continue de 250 °F (120 °C).
  • Toile renforcée NEMA C selon MIL-I-24768 TYPE FBM NEMA CE selon MIL-I-24768 TYPE FBG. Bonne résistance mécanique et aux chocs avec une température de fonctionnement continue de 250 °F (120 °C).
  • Lin renforcé NEMA L selon MIL-I-24768 TYPE FBI NEMA LE selon MIL-I-24768 TYPE FEI. Bonne résistance mécanique et électrique. Recommandé pour les pièces complexes à haute résistance. Température de fonctionnement continu 250 °F (120 °C).
  • Nylon renforcé NEMA N-1 selon MIL-I-24768 TYPE NPG. Propriétés électriques supérieures dans des conditions humides, résistance aux champignons, température de fonctionnement continue de 160 °F (70 °C).

Propriétés

Téléphone Ericsson en bakélite, v. 1931
Ouvre-lettre en bakélite c. 1920
Radio bakélite au musée bakélite

La bakélite a un certain nombre de propriétés importantes. Il peut être moulé très rapidement, ce qui réduit le temps de production. Les moulures sont lisses, conservent leur forme et résistent à la chaleur, aux rayures et aux solvants destructeurs. Il est également résistant à l'électricité, et apprécié pour sa faible conductivité. Ce n'est pas flexible.

Les produits à base de résine phénolique peuvent gonfler légèrement dans des conditions d'humidité extrême ou d'humidité perpétuelle. Lorsqu'elle est frottée ou brûlée, la bakélite a une odeur distinctive, âcre, douceâtre ou de poisson.

Applications et utilisations

Ancien interrupteur à bascule composé de bakélite

Les caractéristiques de la bakélite la rendaient particulièrement adaptée comme composé de moulage, adhésif ou liant, vernis et revêtement protecteur. La bakélite était particulièrement adaptée aux industries électriques et automobiles émergentes en raison de sa résistance extraordinairement élevée à l'électricité, à la chaleur et à l'action chimique.

La première utilisation commerciale de la bakélite dans l'industrie électrique a été le moulage de minuscules bagues isolantes, réalisées en 1908 pour la Weston Electrical Instrument Corporation par Richard W. Seabury de la Boonton Rubber Company. La bakélite a rapidement été utilisée pour les pièces non conductrices des téléphones, radios et autres appareils électriques, y compris les bases et douilles pour ampoules et tubes électroniques (tubes à vide), supports pour tout type de composants électriques, capuchons de distributeurs automobiles et autres isolants. En 1912, il était utilisé pour fabriquer des boules de billard, car son élasticité et le son qu'il produisait étaient similaires à l'ivoire.

Pendant la Première Guerre mondiale, la bakélite a été largement utilisée, en particulier dans les systèmes électriques. Les projets importants comprenaient le moteur d'avion Liberty , le téléphone sans fil et le radiotéléphone, et l'utilisation d'hélices micarta-bakélite dans le bombardier NBS-1 et l' avion DH-4B .

La disponibilité, la facilité et la vitesse de moulage de la bakélite ont contribué à réduire les coûts et à augmenter la disponibilité des produits, de sorte que les téléphones et les radios sont devenus des biens de consommation courante pour les ménages. Il était également très important pour l'industrie automobile en développement. Il a rapidement été trouvé dans une myriade d'autres produits de consommation allant des tiges de pipe et des boutons aux becs de saxophone, aux appareils photo, aux premières mitrailleuses et aux boîtiers d'appareils. La bakélite était également très couramment utilisée dans la fabrication de panneaux de préhension moulés (crosses) sur les armes de poing, les mitraillettes et les mitrailleuses, ainsi que de nombreux manches de couteaux et « écailles » au cours de la première moitié du 20e siècle.

À partir des années 1920, il est devenu un matériau populaire pour les bijoux. La créatrice Coco Chanel a inclus des bracelets en bakélite dans ses collections de bijoux fantaisie. Des créateurs comme Elsa Schiaparelli l'ont utilisé pour des bijoux et aussi pour des boutons de robe spécialement conçus. Plus tard, Diana Vreeland , rédactrice en chef de Vogue , s'est enthousiasmée pour la bakélite. La bakélite a également été utilisée pour fabriquer des coffrets de présentation pour les montres Breitling .

Un domino en bakélite

En 1930, le designer Paul T. Frankl considérait la bakélite comme une « Materia Nova », « expressive de notre époque ». Dans les années 1930, la bakélite était utilisée pour les pièces de jeu comme les pièces d'échecs, les jetons de poker, les dominos et les jeux de mahjong . Les ustensiles de cuisine en bakélite, y compris les bidons et la vaisselle, ont été promus pour leur résistance à la chaleur et à l'écaillage. Au milieu des années 1930, Northland commercialisait une gamme de skis avec une base "Ebonite" noire, un revêtement de bakélite. En 1935, il était utilisé dans les guitares électriques à corps solide . Des interprètes tels que Jerry Byrd adoraient le ton des guitares en bakélite, mais les trouvaient difficiles à garder à l'écoute.

Charles Plimpton a breveté BAYKO en 1933 et a sorti ses premiers jeux de construction pour Noël 1934. Il a appelé le jouet Bayko Light Constructional Sets , les mots "Bayko Light" étant un jeu de mots sur le mot "Bakélite".

Pendant la Seconde Guerre mondiale, la bakélite a été utilisée dans une variété d'équipements de guerre, notamment des lunettes de pilote et des téléphones de campagne. Il a également été utilisé pour les bijoux de guerre patriotiques. En 1943, la résine phénolique thermodurcissable fut même envisagée pour la fabrication de pièces de monnaie, en raison d'une pénurie de matière traditionnelle. La bakélite et d'autres matériaux non métalliques ont été testés pour l'utilisation de la pièce de un cent aux États-Unis avant que la Monnaie ne s'installe sur l'acier zingué .

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les boutons en bakélite faisaient partie des uniformes britanniques. Ceux-ci comprenaient des boutons marron pour l'armée et des boutons noirs pour la RAF .

En 1947, le faussaire d'art néerlandais Han van Meegeren a été reconnu coupable de contrefaçon, après que le chimiste et conservateur Paul B. Coremans ait prouvé qu'un prétendu Vermeer contenait de la bakélite, que van Meegeren avait utilisée comme durcisseur de peinture.

La bakélite était parfois utilisée dans la poignée du pistolet, le garde-main et la crosse des armes à feu. L' AKM et certains des premiers fusils AK-74 sont fréquemment identifiés à tort comme utilisant de la bakélite, mais la plupart ont été fabriqués avec AG-4S .

À la fin des années 1940, des matériaux plus récents remplaçaient la bakélite dans de nombreux domaines. Les phénoliques sont aujourd'hui moins fréquemment utilisés dans les produits de consommation générale en raison de leur coût et de la complexité de leur production et de leur nature fragile. Ils apparaissent encore dans certaines applications où leurs propriétés spécifiques sont requises, telles que les petits composants de précision, les cylindres de frein à disque moulés, les poignées de casseroles, les prises électriques, les interrupteurs et les pièces pour fers à repasser électriques, ainsi que dans le domaine des planches et des tables bon marché. jeux produits en Chine, à Hong Kong et en Inde. Des articles tels que des boules de billard, des dominos et des pièces pour les jeux de société tels que les échecs, les dames et le backgammon sont fabriqués en bakélite pour son apparence, sa durabilité, son poli, son poids et son son. Les dés courants sont parfois faits de bakélite pour le poids et le son, mais la majorité sont faits d'un polymère thermoplastique tel que l' acrylonitrile butadiène styrène (ABS). La bakélite continue d'être utilisée pour l'isolation des fils, les plaquettes de frein et les composants automobiles connexes, ainsi que pour les applications électriques industrielles. Le stock de bakélite est toujours fabriqué et produit sous forme de feuilles, de tiges et de tubes pour des applications industrielles dans les secteurs de l'électronique, de la production d'électricité et de l'aérospatiale, et sous diverses marques commerciales.

Les résines phénoliques ont été couramment utilisées dans les écrans thermiques ablatifs. Les boucliers thermiques soviétiques pour les ogives ICBM et la rentrée des engins spatiaux étaient constitués de textolite d'amiante, imprégnée de bakélite. La bakélite est également utilisée dans le montage d'échantillons métalliques en métallographie .

Statut de collection

Les articles en bakélite, en particulier les bijoux et les radios, sont devenus un objet de collection populaire. Le terme bakélite est parfois utilisé dans le marché de la revente pour indiquer différents types de plastiques premières, y compris Catalin et Faturan , qui peuvent être de couleurs vives, ainsi que des articles en matière bakélite.

Brevets

L' Office des brevets et des marques des États-Unis a accordé à Baekeland un brevet pour une "Méthode de fabrication de produits insolubles à base de phénol et de formaldéhyde" le 7 décembre 1909. La production de produits de condensation durs, compacts, insolubles et infusibles de phénols et de formaldéhyde a marqué le début de l'ère moderne. industrie des matières plastiques .

Marques

Georgia-Pacific a obtenu la marque américaine pour la bakélite auprès d'Union Carbide. BAKELITE® est désormais une marque déposée dans le monde entier de Hexion GmbH, Hexion Inc. et de ses sociétés affiliées.

Plastiques similaires

  • La cataline est également une résine phénolique, similaire à la bakélite, mais contenait différentes charges minérales qui permettaient la production de couleurs claires.
  • Les condensats sont des matériaux thermodurcissables similaires ayant à peu près les mêmes propriétés, caractéristiques et utilisations.
  • Crystalate est un plastique précoce.
  • Faturan est une résine phénolique, également similaire à la bakélite, qui devient rouge avec le temps, quelle que soit sa couleur d'origine.
  • Le galalithe est un premier plastique dérivé des produits laitiers.
  • Micarta est une première plaque isolante composite qui utilisait la bakélite comme agent liant. Il a été développé en 1910 par Westinghouse Elec. & Mfg Co.
  • Novotext est une marque de coton textile-résine phénolique.

Voir également

Les références

Liens externes