ทำความเข้าใจว่าฟีนอลเรซินคืออะไร

เรียนรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับองค์ประกอบ การใช้งาน และอันตรายที่เกี่ยวข้องกับสารเหล่านี้ และค้นหาทางเลือกอื่น

เรซิน โปร่งใส สวยงาม

เรซินฟีนอลคือเทอร์โมเซตติงหรือเทอร์โมเซตติงโพลีเมอร์ที่ผลิตขึ้นจากปฏิกิริยาควบแน่นทางเคมีระหว่างฟีนอล (แอลกอฮอล์อะโรมาติกที่ได้จากเบนซีน) หรืออนุพันธ์ฟีนอล และอัลดีไฮด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟอร์มาลดีไฮด์ (ก๊าซปฏิกิริยาที่ได้มาจากเมทานอล) ฟังก์ชันอินทรีย์เหล่านี้ครอบคลุมสารประกอบทางเคมีต่างๆ จำนวนมาก และข้อเท็จจริงนี้ทำให้มีเรซินฟีนอลที่มีอยู่มากมายในท้องตลาด

อนุพันธ์ฟีนอลบางชนิดที่สามารถนำมาใช้ในกระบวนการนี้ได้ ได้แก่ บิสฟีนอล-เอ, บิสฟีนอล-เอฟ และรีซอร์ซินอล และในบรรดาอัลดีไฮด์ที่ใช้ ได้แก่ ฟอร์มาลดีไฮด์ อะซีตัลดีไฮด์และโพรพานัล สำหรับการผลิตเรซินเชิงพาณิชย์ การใช้สารประกอบที่ง่ายกว่า เช่น ฟีนอลทั่วไป (ไฮดรอกซีเบนซีน) และฟอร์มาลดีไฮด์มักจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ดังนั้นเรซินฟีนอลจึงเรียกว่าเรซินฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของเรซินที่จะได้รับ เช่น การเกิดปฏิกิริยาและความยืดหยุ่น คุณสามารถใช้ฟีนอลและอัลดีไฮด์ประเภทอื่นได้

ลักษณะสำคัญของเรซินฟีนอลและสาเหตุที่ทำให้เกิดความต้องการคือ: พฤติกรรมทางความร้อนที่ดีเยี่ยม, ระดับความแข็งแรงและความต้านทานสูง, เสถียรภาพทางความร้อนและทางกลที่ยาวนาน, ความสามารถในการทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม (จุดสลายตัวของเรซินฟีนอล) อยู่ในเขตอุณหภูมิ 220 องศาเซลเซียสขึ้นไป)

ในระหว่างการสังเคราะห์เรซินเหล่านี้ จะพิจารณาปัจจัยหลายประการ เช่น อัตราส่วนของฟีนอลต่ออัลดีไฮด์ในส่วนผสม อุณหภูมิของปฏิกิริยา และการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้น ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตที่นำมาใช้ เรซินฟีนอลสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ เรซินโนโวแลคและเรซินรีโซล

เรซินรีโซลได้มาจากการใช้อุณหภูมิสูงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์และมีสัดส่วนของฟอร์มาลดีไฮด์สูงกว่าฟีนอลในส่วนผสม ในขณะที่เรซินโนโวแลคถูกสังเคราะห์ในตัวกลางที่เป็นกรดและมีฟอร์มาลดีไฮด์ในสัดส่วนที่ต่ำกว่าฟีนอล องค์ประกอบ. นอกจากนี้ ในขณะที่เรซินประเภทรีโซลมักจะนำเสนอในสถานะของเหลว เรซินประเภทโนโวแลคจะถูกนำเสนอในสถานะของแข็ง (ได้มาภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและความดัน หล่อขึ้นรูปและแข็งตัวเมื่อเย็นตัวลง) ทำให้มีประโยชน์ใช้สอยที่ดีเยี่ยมและ การใช้ฟีนอลเรซินในภาคส่วนต่างๆ

แหล่งกำเนิดและการค้นพบ

เรซินฟีนอลมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากถือเป็นเทอร์โมเซตโพลีเมอร์ชนิดแรกที่สังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์

การค้นพบและรายงานครั้งแรกของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างฟีนอลและฟอร์มัลดีไฮด์เกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า แต่ในปี พ.ศ. 2450 Leo Baekeland สามารถพัฒนาฟีนอลิกเรซินได้ในกระบวนการควบคุม เรียกว่า เบคาไลต์แรกเกิดดังนี้ สิทธิบัตรสำหรับเรซินฟีนอล "ความร้อนและความดัน"หรือในภาษาโปรตุเกสว่า Calor e Pressure สิทธิบัตรของเขาเกี่ยวข้องกับวิธีการใช้การบ่มอย่างรวดเร็วกับองค์ประกอบการปั้นในรูปทรงเฉพาะ ซึ่งถูกกำหนดโดยรูปร่างของแม่พิมพ์

เหตุการณ์นี้ถือได้ว่าเป็นก้าวสำคัญก่อนการผลิตพลาสติก และจากความพยายามบุกเบิกของ Baekeland เรซินฟีนอลได้รับการยอมรับว่าเป็นสารตั้งต้นของโพลีเมอร์จำนวนมาก ในทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 การผลิตเรซินเหล่านี้ได้ปฏิวัติและขับเคลื่อนอุตสาหกรรมพลาสติกให้เป็นอย่างที่เราทราบในทุกวันนี้ การใช้งานครั้งแรกของเรซินสังเคราะห์เหล่านี้มุ่งเป้าไปที่ตลาดชิ้นส่วนขึ้นรูปและลามิเนตสำหรับใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้า

จนถึงปัจจุบัน เรซินฟีนอลมีความสำคัญอย่างยิ่งและมีการใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ และโดยภาคส่วนต่างๆ เช่น ยานยนต์ ไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ การบินและอวกาศ และการก่อสร้างโยธา

พวกเขาพบที่ไหน?

ลูกสนุ๊กเกอร์ ขึ้นรูป โพลีเมอร์

เรซินเหล่านี้ถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันเป็นเวลากว่าหนึ่งศตวรรษมาแล้วในหลายภาคส่วนและส่วนต่างๆ สามารถนำเสนอในรูปแบบของเหลวหรือของแข็ง และมีการใช้งานที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสถานะและพารามิเตอร์และวัสดุที่ใช้ในระหว่างการผลิต

ตลอดการใช้งานในอดีต ฟีนอลเรซินมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป (เช่น ลูกบอลสระว่ายน้ำและม้านั่งในห้องปฏิบัติการ เป็นต้น) และเป็นสารเคลือบและสารยึดติด นอกจากนี้ เรซินเหล่านี้เคยถูกมองว่าเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรไฟฟ้า เนื่องจากทนทานต่ออุณหภูมิและไฟสูง แต่ในปัจจุบัน เรซินเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยอีพอกซีเรซินและผ้า ไฟเบอร์กลาส

นอกเหนือจากการใช้งานเหล่านี้แล้ว ฟีนอลเรซินยังใช้เป็นกาว กาวในไม้อัด และในแผงไม้ที่จับตัวเป็นก้อน เป็นสารยึดเกาะสำหรับไฟเบอร์กลาส ขนแร่ และผลิตภัณฑ์ฉนวนอื่นๆ เพื่อชุบและเคลือบไม้และตัวแทนพลาสติก ในลามิเนตไฟฟ้า คาร์บอน โฟม สารหล่อขึ้นรูป เรซินหล่อ (สารเคลือบทนความร้อนและกรด) และวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงด้วยเส้นใย พวกเขายังใช้ในสีและเคลือบเงา

สาเหตุทั่วไปของการใช้ไม้อัดร่วมกับฟีนอลเรซินแทนไม้ธรรมดาก็คือ ความทนทานต่อการแตกร้าว การหดตัว การบิดตัว ไฟไหม้ และความแข็งแรงในระดับสูง ดังนั้นวัสดุดังกล่าวจึงเข้ามาแทนที่ไม้ชนิดอื่นๆ มากมาย ในการใช้งานในภาคการก่อสร้างโยธา ไม่ต้องพูดถึงว่าลามิเนตที่ผลิตขึ้นจากเรซินนี้จะทำโดยการชุบวัสดุฐานอย่างน้อยหนึ่งชั้น เช่น กระดาษ ไฟเบอร์กลาส หรือไม้ ด้วยเรซินฟีนอลภายใต้ความร้อนและแรงดัน

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้ฟีนอลเรซิน ได้แก่ พูลบอล (จากเรซินฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ที่เป็นของแข็ง) และผ้าเบรกและจานคลัชที่ต้องใช้ (อุตสาหกรรมยานยนต์)

เรซินฟีนอลยังคงเป็นพอลิเมอร์อุตสาหกรรมที่สำคัญมาก แม้ว่าปัจจุบันที่ใช้กันมากที่สุดคือใช้เป็นกาวสำหรับติดไม้อัดและผลิตภัณฑ์ไม้โครงสร้างอื่นๆ

ความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์

แม้ว่าจะยังคงผลิตในปริมาณมาก แต่ฟีนอลเรซินได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ และความเสี่ยงที่นำเสนอโดยเรซินเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับชนิดของสารประกอบที่ใช้ในการสังเคราะห์ จำเป็นต้องรู้วัสดุที่เลือกใช้ในการผลิต ทั้งฟีนอลหรืออนุพันธ์ และอัลดีไฮด์ที่ใช้ เพื่อที่จะทราบถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างแน่นอน และมองหาทางเลือกอื่นที่เหมาะสมและปลอดภัยกว่า

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น สามารถใช้ฟีนอลและอัลดีไฮด์ประเภทต่างๆ ในกระบวนการผลิตเรซินฟีนอลได้ ส่วนใหญ่เป็นฟีนอล บิสฟีนอล-เอ บิสฟีนอล-เอฟ และฟอร์มาลดีไฮด์

ในกรณีของ bisphenol-A และ bisphenol-F ซึ่งอาจใช้ในการสังเคราะห์เรซินเหล่านี้ จากการศึกษาพบว่าสารเหล่านี้สะสมในร่างกายและทำหน้าที่เป็นสารก่อกวนต่อมไร้ท่อ โดยมีผลทางเอสโตรเจนและแอนโดรเจน ส่งผลเสียต่อ ต่อมไทรอยด์และการเพิ่มของมดลูกและน้ำหนักของลูกอัณฑะและต่อม (อ่านเพิ่มเติมใน "เรียนรู้เกี่ยวกับประเภทของบิสฟีนอลและความเสี่ยงของพวกเขา") นอกจากนี้ พบว่าฟีนอลในรูปแบบง่ายๆ เป็นพิษและก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ นอกเหนือไปจากภาวะแทรกซ้อนอื่นๆ

สารอีกชนิดหนึ่งที่มักใช้ในการผลิตฟีนอลิกเรซินและพบว่าเป็นอันตรายคือฟอร์มาลดีไฮด์ (อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ใน "เรียนรู้เกี่ยวกับอันตรายของฟอร์มาลดีไฮด์และวิธีหลีกเลี่ยง") ฟอร์มาลดีไฮด์มีความผันผวนสูง ซึ่งอยู่ในกลุ่มที่เป็นอันตรายของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย หรือที่เรียกว่า VOCs (ดูเพิ่มเติมเกี่ยวกับ VOCs ในบทความ "VOCs: รู้ว่าสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายคืออะไร ความเสี่ยง และวิธีหลีกเลี่ยง")

นอกจากนี้ ตามการศึกษาที่นำเสนอโดยหน่วยงานระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง (IARC) ฟอร์มาลดีไฮด์ถือเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์และอาจทำหน้าที่เป็นตัวทำลายต่อมไร้ท่อ

ดังนั้นด้วยการใช้อย่างกว้างขวางและการสูญเสียวัตถุดิบฟอสซิลที่เป็นไปได้ (พื้นฐานสำหรับการผลิตเรซินเหล่านี้ส่วนใหญ่) ได้เพิ่มกฎระเบียบที่เข้มงวดมากขึ้นในด้านสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม การค้นหาสารทางเลือกสำหรับ ฟอร์มาลดีไฮด์กลายเป็นปัญหาหลักของอุตสาหกรรมเรซินฟีนอล

การแปรรูปวัตถุที่มีเรซินเหล่านี้ซ้ำ

ถูกสั่งห้ามหรือควบคุมในหลายประเทศแล้ว แต่ยังไม่มีในบราซิล การผลิตฟีนอลเรซินอย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วในปัจจุบัน มีจำนวนวันแล้ว ในกรณีนี้ นอกจากความเป็นพิษของผลิตภัณฑ์แล้ว ยังต้องคำนึงถึงความไม่ยั่งยืนของการผลิตด้วย เนื่องจากต้องพึ่งพาน้ำมันซึ่งเป็นแหล่งที่ไม่หมุนเวียน

เนื่องจากเป็นพอลิเมอร์เทอร์โมเซ็ต การกำจัดและการแปรรูปผลิตภัณฑ์ที่มีเรซินประเภทนี้จึงทำได้ยาก เนื่องจากมีการเชื่อมขวางในโครงสร้าง และเมื่อถูกทำให้ร้อนอีกครั้ง พันธะเหล่านี้จะแตกตัว ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของวัสดุ และสารที่กระจายตัวที่เป็นอันตราย

นี่ไม่ได้หมายความว่าจะไม่สามารถนำเทอร์โมเซ็ตกลับมาใช้ใหม่ได้ สามารถเพิ่มในปริมาณเล็กน้อยเป็นฟิลเลอร์และการเสริมแรง รวมถึงวัสดุเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ต

เทคนิคการประมวลผลซ้ำแบบหนึ่งที่ใช้ประกอบด้วย 'การแยก' วัสดุเทอร์โมเซตเป็นชิ้นเล็ก ๆ และผสมชิ้นส่วนเหล่านี้ลงในวัสดุบริสุทธิ์ ทำให้เหลืออยู่ภายใน การใช้เรซินฟีนอลรีไซเคิลทำให้กระบวนการบ่ม (ภายใต้อุณหภูมิสูง) เร็วขึ้นและถูกกว่า และทำให้มีพื้นผิวที่มันวาวมาก นอกจากนี้ มีรายงานว่าการใช้วัสดุเทอร์โมเซ็ตที่นำกลับมาใช้ใหม่ เช่น ฟิลเลอร์ ให้ช่วงการยึดเกาะที่สมบูรณ์แบบสำหรับวัสดุบริสุทธิ์

ทางเลือก

ความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม ความมั่นคงด้านพลังงาน และความยั่งยืน ร่วมกับความปรารถนาที่จะลดการพึ่งพาน้ำมันดิบ ได้เพิ่มความพยายามระดับโลกในการผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน การผลิตสารเคมีและวัสดุชีวภาพเพื่อทดแทนผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียมเป็นสิ่งจำเป็นในสังคมที่ฝันถึงการพัฒนาที่ยั่งยืนอย่างแท้จริงโดยไม่ต้องแต่งหน้า

ในบริบทนี้ การพัฒนาโพลีเมอร์และเรซินโดยอาศัยแหล่งธรรมชาติเป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น ฟีนอลจากปิโตรเลียมอาจถูกแทนที่ด้วยไบโอฟีนอลและสารก่อมะเร็งฟอร์มาลดีไฮด์สามารถแทนที่ด้วยสารเฟอร์ฟูรัลหรือไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟูรัลที่เป็นน้ำตาล การพัฒนาเรซินชีวภาพจะนำไปสู่การผลิตเรซินที่ยั่งยืนอย่างแท้จริง

ดังนั้น (ดังที่สามารถเห็นได้ในรายละเอียดเพิ่มเติมในบทความ: นักวิจัยของ USP ได้ตรวจสอบการใช้ที่เป็นไปได้ของสารตกค้างจากอุตสาหกรรมเกษตร) ได้มีการแสวงหาทางเลือกอื่นเพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตเรซินที่ยั่งยืนในระดับการค้า และในประเทศอย่างบราซิลซึ่งมีอาณาเขตส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีภูมิอากาศแบบเขตร้อน การเกษตรเป็นสัญลักษณ์ของกลไกสำคัญอย่างหนึ่งของเศรษฐกิจ เป็นไปได้ที่จะหาวัตถุดิบซึ่งถูกมองว่าเป็นของเสียทางการเกษตรเพื่อเป็นประโยชน์ในการแก้ปัญหานี้ เช่น อ้อย (ชานอ้อยและเส้นใย)


ที่มา: เรซินฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์, เรซินฟีนอล: ศตวรรษแห่งประวัติศาสตร์, เรซินฟีนอล: ประวัติศาสตร์ 100 ปีและยังคงเติบโต และเรซินฟีนอลจากแหล่งธรรมชาติ