Phenoplast
Phenoplaste(DIN-Kurzzeichen:PF für Phenol-Formaldehyd) sindduroplastischeKunststoffe,die auf Basis von Phenolharzen durch Aushärtung hergestellt werden.Phenolharze(PF-Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze) sindKunstharze(Kondensationsharze), die durchPolykondensationausPhenolenundAldehydenhergestellt werden.[1]Wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung der Harze sindPhenolundFormaldehyd.
Geschichte
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Phenoplaste zählen zu den ersten industriell erzeugten Kunststoffen. Der erste im großen Maßstab produzierte Phenoplast ist das1907vonLeo Hendrik Baekelanderfundene Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharz, das unter dem WarenzeichenBakelitvermarktet und jahrzehntelang in vielen Bereichen eingesetzt wurde. Phenoplaste sind wegen ihrer Temperaturbeständigkeit, Oberflächenhärte und dem günstigen Preis auch heute die wichtigsten Duroplaste[1]und werden unter anderem zur Herstellung vonBremsbelägenund wasserfestenSperrholzplatten(glattenSchaltafeln) verwendet.
Herstellung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Phenoplaste bestehen aus ausgehärteten Phenolharzen, die man durch die Synthese vonPhenolenmitAldehydenerhält.[2]Neben Phenol werden auch Verbindungen wie3-Cresol,3,5-XylenoloderResorcinverwendet.[3]
Durch eineelektrophile Substitutionvon Phenol werdensäurekatalysiertVorprodukte gebildet, die abhängig von der eingesetzten Formaldehydmenge ein bis dreiHydroxymethylgruppen(–CH2–OH) tragen. Als saure Katalysatoren werden u. a.SalzsäureoderOxalsäureeingesetzt.[4]Die Substitution erfolgt nur inortho- oderpara-Stellungdes Phenols:
Es bildet sicho-Hydroxymethylphenol (1) undp-Hydroxymethylphenol (2). Bei einem Überschuss an Formaldehyd und unter basischen Bedingungen können sich Verbindungen mit bis zu drei Hydroxymethylgruppen bilden. Durch katalysiertePolykondensationdieser Phenol-Derivatebilden sich die Harze. Je nach gewünschtem Ergebnis werden die Vorkondensate dann mitsaurenoderbasischenKondensationsmitteln versetzt.
Novolake:InsaurerUmgebung bilden sich aus den Phenylalkoholen durch Kondensation überMethylengruppe(–CH2–) verknüpfteOligomere,die sogenanntenNovolake.Formaldehyd und Phenole werden im Verhältnis 4:5 oder weniger Formaldehyd umgesetzt:
Novolake sind halbflüssig oder noch schmelzbar. Sie sind lagerstabil, also nicht selbsthärtend. Zusammen mit Formaldehydspendern wieHexamethylentetraminhärten Novolake bei Temperaturen oberhalb von 120 °C zu unschmelzbaren, duroplastischen Massen aus.
Resole:MitbasischenKondensationsmitteln bilden sich dagegen schmelzbare und in vielen Lösemitteln lösliche Harze, dieResole.Durch die meist eingesetzten größeren Formaldehydmengen (bis 2,5:1) werden neben Methylengruppen auchEthergruppengebildet.
Allgemeine Struktur von Resol
Resole neigen zur Selbsthärtung durch weitere Kondensation und bilden die ZwischenstufeResitol.Werden die Vorkondensate erhitzt, erhält man unter weiterer Abspaltung von Wasser vernetzte Polymere, die unschmelzbare und unlösliche Endstufe, dasResit.
Nach einer Aushärtung eines Harzes bilden sich engmaschig vernetzte Polymere, da die Phenolgruppen mit bis zu drei Methylengruppen untereinander verbunden sind.
Mögliche Struktur eines Phenoplast. Gestrichelte Linien deuten die Fortsetzung desMakromolekülsan.
Eigenschaften
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Dichte: 1,30… 1,45 g/cm³
- hart, sehr bruchfest
- gelb bis braun; dunkelt unter Lichteinwirkung nach
- nurspanabhebendeBearbeitung möglich
- Brennprobe:meist flammwidrig; gelbliche Flamme; sprüht leicht Funken; Material reißt und platzt knackend und verkohlt; Geruch nach Phenol und Formaldehyd
Verwendung
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- Harzformteile
- Durch Füllstoffe wieHolzmehl,Ruß,Graphit,Quarzsand,GlasstauboderTextilfasernerhalten die Phenoplaste mehr Substanz und eine größere Festigkeit. Die Harze bilden zusammen mit den Zusatzstoffen Pressmassen und werden im Pressverfahren zur Produktion von stabilen, hitzeresistenten und relativ schweren Kunststoffteilen verwendet. Bei geringen Mengen von Zusatzstoffen sind auchSpritzgussverfahrenmöglich. Mit Füllstoffen werden formgepresste Produkte wie Griffe und Gehäuseteile wärmebeanspruchter Haushalts- undElektrogeräte,Billardkugelnund Kegelkugeln hergestellt.
- Schichtpressstoffe
- Zur Herstellung vonFaserverbundwerkstoffenwerden Holz-, Papier- oder Gewebebahnen in mehreren Bahnen übereinandergelegt, mit dünnflüssigem Phenolharz getränkt und gepresst. Bei Temperaturen ab 150°Chärtet der Werkstoff aus. Daraus entstehende Produkte sind beispielsweiseHartpapierund daraus gefertigteLeiterplatten,Hartgewebefür Maschinenteile undIsolierstoffe,Kunstharzpressholz(imprägniertes Holz). Phenolharz-Faserverbundwerkstoffe mitKohlenstofffaserndienen alsHitzeschutzschildemit Hochtemperaturbeständigkeit für Flugzeug- und Raketenbau. Auch PKW-Karosserieteile, zum Beispiel desTrabant,bestanden aus diesem Faserverbund (Phenoplast und Baumwollfasern).
Reine Phenolharzewerden u. a. für die Herstellung von Lacken, Klebstoffen, Spachtelmassen und Schaumstoffen verwendet.
Umweltrelevanz
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Während die ausgehärteten Produkte weitgehend frei von Schadstoffabgaben sind, wird bei Erhitzung (Bearbeitung, Brandfall, Versagen von Isolierstoffen) unter anderem Phenol und Formaldehyd frei, also die beiden giftigen Ausgangsstoffe.[5]
Bekannt ist auch die allmähliche Formaldehyd-Ausgasung vonSpanplatten,Sperrholz,OSB-PlattenundMDF-Plattendes Möbel- und Innenausbaus aufgrund nicht vollständig chemisch abgebundenen Klebers. Hier wird teilweise mit Phenolharz-Klebstoffen gearbeitet. Der Harzanteil beträgt bis etwa 12 %.[6]Aus diesem Grund sind diese Stoffe auch problematisch imHausbrand.Das Verbrennen im eigenen Ofen oder im Garten gilt alsUnerlaubter Umgang mit Abfällen(Strafgesetzbuch § 326).
Handelsnamen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Aramith,Bakelit,Erinoplast,Catalin,Kerit,Pertinax,Plastacart, Plastaflex, Prestofol,Resitex,Sprelacart,GESADUR, Linax,Novotex,Resinol, Supraplast, Ruwatex, Prefere, Vyncolit, Phenodur, Uravar
Normen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- EN 13166Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum (PF) – Spezifikation.
Derivate
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Ein Copolymer aus Phenol, Formaldehyd undHarnstoff,das anschließendsulfonyliertwird, findet medizinische Anwendung alstopischerGerbstoffbeiIntertrigounter dem HandelsnamenTannolact.
Weblinks
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Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑abWolfgang Kaiser:Kunststoffchemie für Ingenieure. Von der Synthese bis zur Anwendung.3. Auflage. Carl Hanser, München 2011,ISBN 978-3-446-43047-1,S. 411 ff.
- ↑Manfred D. Lechner, Klaus Gehrke, Eckhard H. Nordmeier (Hrsg.):Makromolekulare Chemie. Ein Lehrbuch für Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler und Verfahrenstechniker.4., überarbeitete und erweiterte Auflage. Birkhäuser, Basel u. a. 2010,ISBN 978-3-7643-8890-4,S. 130–132.
- ↑Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.):Lexikon der Chemie. A bis Z.Spektrum – Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 2001,ISBN 3-8274-1152-1.
- ↑Karlheinz Biederbick:Kunststoffe.4., neubearbeitete und erweiterte Auflage. Vogel, Würzburg 1977,ISBN 3-8023-0010-6,S. 136.
- ↑Brandrauch (Zusatzinformation).In:Atemschutzlexikon.Titus-Florian Kaspari,abgerufen am 29. Februar 2024.
- ↑Gerhard Holzmann, Matthias Wangelin, Rainer Bruns:Natürliche und pflanzliche Baustoffe,Springer-Verlag 2012, 394 Seiten, Seite 32