Il metanale (formaldeide) reagisce con fenolo, carbammide (urea) e melammina per formare tre delle più importanti plastiche termoindurenti (resine). A volte, le resine sono chiamate PF (fenolo-formaldeide), UF (urea-formaldeide) e MF (melamina-formaldeide). I processi sono tutti esempi di polimerizzazione a condensazione.
Produzione annuale mondiale di plastiche di metanale1
| Plastiche fenolo-metaniche | 16 milioni di tonnellate |
| Plastiche carbammide-metanale | 40 milioni di tonnellate |
| Plastiche melamminiche-metanale | 21 milioni di tonnellate |
Plastiche fenolo-metanale (fenolo-formaldeide)
Queste sono tra le più vecchie plastiche, il cui processo fu patentato da Backland nel 1970. Sono preparate da fenolo e metanale per aggiunta di acidi o alcali.
Produzione di plastiche di fenolo-metanale
Fenolo e metanale sono riscaldati in soluzioni acide o alcaline.
Il primo stadio nella formazione della catena polimerica vede la sostituzione del metanale sull’anello fenolico in posizione 2- o 4-:
Il prodotto subisce una reazione di condensazione:
Quando il metanale e il fenolo, in proporzione 0.5:1, reagiscono in condizioni acide, viene prodotta una resina (spesso nota come resina novalac), dove n = 0 a 6.
Quando il metanale è in proporzioni più alte and con una posizione 4- vacante, è possibile la ramificazione del polimero; il metanale permette di costruire ulteriori legami -CH2-. La resina si forma tramite riscaldamento. Parte della struttura reticolata tri-dimensionale è qui illustrata:
Le proprietà della resina possono essere alterate con l’utilizzazione di fenoli differenti. Per esempio, se il fenolo ha un gruppo alchile con quattro o più atomi di carbonio (per esempio un gruppo butile) in posizione 4-, il polimero risultante è solubile in oli. Tali polimeri hanno una colori più chiari.
Impieghi di plastiche fenolo-metanale
I polimeri con gigantesche strutture tridimensionali reticolate formano resine che non possono essere fuse e rimodellate. Al riscaldamento a temperature elevate, iniziano a decomporsi e carbonizzare. Sono inoltre insolubili in un’ampia gamma di solventi e non reattivi. La loro elevata resistenza elettrica e termica significa che vengono utilizzati come isolanti elettrici e per la produzione di guarnizioni di freni e frizioni per veicoli. Quando vengono utilizzati con riempitivi come farina di legno (legno che è stato polverizzato all’incirca delle dimensioni di un chicco di riso) o mica, trovano importanti applicazioni nella costruzione di piani di lavoro e isolamento di circuiti stampati. Sono anche ampiamente utilizzati come adesivi, ad esempio nella produzione di compensato e pannelli.
Plastica carbammide (urea)-metanale (formaldeide)
Delle tre plastiche metanale, le resine carbammide (urea) – metanale (formaldeide) (UF) sono le più utilizzate.
Produzione di plastica carbammide-metanale
La carbammide (urea) viene prodotta riscaldando l’ammoniaca e l’anidride carbonica sotto pressione. La reazione tra metanale e carbammide (urea) in soluzione alcalina dà carbammidi mono e di-metiloliche:
Questi prodotti condensano insieme in condizioni acide per dare polimeri lineari. Vi è eliminazione di acqua:
Un ulteriore riscaldamento (polimerizzazione) provoca ulteriore condensazione, con l’eliminazione dell’acqua tra i gruppi OH e NH, risultando in una struttura tridimensionale reticolata.
La plastica viene prodotta in polvere o in granuli.
Impieghi delle plastiche di carbammide-metanale
Queste plastiche vengono spesso utilizzate dopo aver incorporato riempitivi come pasta di carta e farina di legno. Hanno il vantaggio rispetto alle resine fenoliche di essere incolori, sebbene siano meno resistenti all’acqua e al calore.
Il loro utilizzo maggiore è come adesivi per legno, solitamente miscelati al punto di utilizzo con riempitivi, cariche e indurenti acidi. Sono utilizzati in particolare come legante nella produzione di pannelli truciolari. La polvere o i granuli di resina vengono modellati in spine e prese elettriche, sedili del water e alcuni indumenti da tavola. Utilizzate in soluzione, le resine rinforzano la carta e migliorano la resistenza al ritiro di cotone, lana e rayon dove è richiesta una finitura rigida.La limitazione principale è l’emissione di emissioni tossiche di vapori metanici che sono stati fonte di preoccupazione in molti paesi. Ad esempio, il California Air Resources Board ha limiti rigorosi sulla quantità di metanale emesso e questo ha limitato l’uso della resina.
Plastiche melaminiche-metaniche (melaminiche-formaldeide)
Le resine melaminiche combinano le migliori proprietà delle resine fenoliche (PF) e carbammide (urea) (UF). Sono stabili al calore, alla luce e all’umidità, sono incolori e possono assorbire facilmente i coloranti.
Produzione di plastiche melamminiche
La melamina viene prodotta riscaldando la carbammide (urea):
La produzione di plastiche melaminico-metaniche (MF) è simile a quella dei polimeri carbammide (urea) -metanale e le loro strutture sono analoghe.
La resina viene solitamente prodotta come polvere.
Impieghi di plastiche melaminiche-metaniche
La polvere può essere stampata sotto pressione e la maggior parte della resina viene utilizzata per realizzare laminati per superfici. I piani di lavoro della cucina possono essere realizzati utilizzando una resina fenolica più economica per formare la base, che viene poi rivestita con una superficie melaminica più costosa. Anche le stoviglie e le stoviglie leggere (ad es.Melaware) possono essere realizzate in melamina.
Come le resine carbammide (urea), anche le resine melamminiche sono utilizzate, in soluzione, per rinforzare a umido la carta e per migliorare la resistenza al ritiro di cotone, lana e rayon. Le resine sono anche usate come adesivi e come resine a scambio ionico per demineralizzare l’acqua. Se la melammina, il metanale e un alcol (ad esempio butanolo) vengono riscaldati insieme, si forma una resina con entrambi i gruppi -CH2OH e -CH2OR. Le resine risultanti vengono quindi reticolate con altri polimeri per formare vernici per auto.
Ultimo aggiornamento 9 Maggio 2017
Edizione italiana a cura di Gloriana Reginato e Valter Ballantini
Foto in alto di Samia Liamani su Unsplash