Baquelita: estructura, propiedades, obtención y aplicaciones
La baquelita es una resina polimérica de fenol y formaldehído, cuya definición exacta y química es la de un hidróxido de polioxibenciletilenglicol. El surgimiento y comercialización de este material pautó los albores de la era del plástico; ocupó y formó parte de sinfines de objetos hogareños, cosméticos, eléctricos, e incluso bélicos.
Su nombre provino de su inventor: el químico americano nacido en Bélgica, Leo Baekeland, quien en 1907 logró la producción y perfeccionamiento de este polímero; para luego fundar el General Bakelite Company, en 1910. Al principio, mientras modificaba las variables físicas implicadas, la baquelita consistía de un sólido esponjoso y frágil de poco valor.
Tras ocho años de trabajo en el laboratorio, logró obtener una baquelita lo suficiente sólida y termoestable, con un altor valor a raíz de sus propiedades. Fue así que la baquelita sustituyó a otros materiales plásticos de origen natural; había nacido el primer polímero netamente artificial.
Hoy en día, sin embargo, ha sido sustituida por otros plásticos, y se le encuentra principalmente en accesorios u objetos del siglo XX. Por ejemplo, el teléfono de la imagen superior está formado por baquelita, al igual que muchos objetos de un color negro similar a este, o de colores ámbar o blanco (asemejándose en apariencia al marfil).
Índice del artículo
Definida la baquelita como una resina polimérica de fenol y formaldehído, entonces ambas moléculas deben conformar su estructura, unidas covalentemente de algún modo; de lo contrario, este polímero jamás hubiera manifestado sus propiedades características.
El fenol consiste de un grupo OH enlazado directamente a un anillo bencénico; mientras que el formaldehído, es una molécula de O=CH2 o CH2O (imagen superior). El fenol es rico en electrones, debido a que el OH, si bien atrae los electrones hacia sí, también colabora en su deslocalización por el anillo aromático.
Al ser rico en electrones, puede sufrir ataques de un electrófilo (especie ávida de electrones); como por ejemplo, la molécula de CH2O.
Dependiendo de si el medio es ácido (H+) o básico (OH–), el ataque puede ser electrofílico (el formaldehído ataca al fenol) o nucleofílico (el fenol ataca al formaldehído). Pero al final, el CH2O sustituye a un H del fenol para convertirse en un grupo metilol, -CH2OH; -CH2OH2+ en medio ácido, o -CH2O– en medio básico.
Asumiendo medio ácido, el -CH2OH2+ pierde una molécula de agua al mismo tiempo que ocurre el ataque electrofílico de un segundo anillo fenólico. Se forma entonces un puente metileno, -CH2– (de color azul en la imagen).
El puente metileno no une a dos anillos fenólicos en posiciones arbitrarias. Si se observa la estructura, se podrá comprobar que las uniones se encuentran en posiciones adyacentes y opuestas al grupo OH; estas son, posiciones orto y para, respectivamente. Entonces, las sustituciones o ataques al o desde el anillo fenólico ocurren en estas posiciones.
Recordando las hibridaciones químicas, el carbono de los puentes metilénicos es sp3; por lo tanto, se trata de un tetraedro el cual ubica sus enlaces fuera o por debajo de un mismo plano. En consecuencia, los anillos no yacen en un mismo plano, y sus caras tienen distintas orientaciones en el espacio:
Por otro lado, cuando las sustituciones ocurren solamente en posiciones –orto, se obtiene una cadena polimérica. Pero, a medida que el polímero crece por las posiciones –para, se establece una especie de malla o red tridimensional de anillos fenólicos.
Dependiendo de las condiciones del proceso, la red puede adoptar una “morfología hinchada”, indeseable para las propiedades del plástico. Mientras más compacta sea, mejor será su desempeño como material.
Teniendo entonces a la baquelita como una red de anillos fenólicos unidos por puentes metilénicos, puede entenderse el porqué de sus propiedades. Las principales se mencionan abajo:
-Es un polímero termoestable; esto es, una vez solidificado no puede moldearse por efecto del calor, llegando incluso a apelmazarse todavía más.
-Su masa molecular promedio suele ser muy elevada, lo que hace que las piezas de baquelita resulten considerablemente más pesadas en comparación a la de otros plásticos del mismo tamaño.
-Cuando se frota y aumenta su temperatura, desprende un característico olor a formaldehído (reconocimiento organoléptico).
-Una vez moldeado, y al tratarse de un plástico termoestable, conserva su forma y resiste el efecto corrosivo de ciertos solventes, los incrementos de temperatura y las ralladuras.
-Es un pésimo conductor del calor y la electricidad.
-Emite un sonido característico al golpearse dos piezas de baquelita, lo cual ayuda a identificarla cualitativamente.
-Recién sintetizada tiene consistencia resinosa y es de color marrón. Cuando solidifica, adquiere diferentes tonalidades de marrón, hasta ennegrecerse. Dependiendo de con qué se rellena (asbesto, madera, papel, etc.) puede presentar colores que varían del blanco al amarillo, marrón o negro.
Para obtener la baquelita primeramente se requiere de un reactor donde se mezclen el fenol (puro o proveniente del alquitrán de hulla) y una solución concentrada de formaldehído (al 37%), manteniendo una relación molar Fenol/Formaldehído igual a 1. Empieza la reacción de polimerización vía condensación (porque se libera agua, una molécula pequeña).
La mezcla entonces se calienta con agitación y en presencia de un catalizador ácido (HCl, ZnCl2, H3PO4, etc.) o básico (NH3). Se obtiene una resina de color marrón a la cual se le adiciona más formaldehído y se calienta alrededor de los 150°C bajo presión.
Más tarde, la resina se pone a enfriar y solidificar dentro de un recipiente o molde, acompañado además del material de relleno (ya mencionados en el apartado anterior), el cual favorecerá cierto tipo de textura y colores deseables.
La baquelita es el plástico por antonomasia de la primera mitad y mediados del siglo XX. Los teléfonos, las cajas de comando, las piezas del ajedrez, el asa de las puertas de los vehículos, las fichas de dominó, las bolas de billar; cualquier objeto sometido constantemente a impactos o movimientos leves están hechos de baquelita.
Por ser un mal conductor del calor y la electricidad se utilizó como un plástico aislante en las cajas de circuitos, como componente de los sistemas eléctricos de radios, bombillas, aeroplanos, y de todo tipo de artefactos indispensables durante las guerras mundiales.
Su consistencia sólida resultó lo suficiente atractiva para el diseño de cajas talladas y joyerías. En materia de ornamentaciones, cuando se mezcla la baquelita con la madera se le otorga a la segunda una contextura plástica, con la cual se han fabricado tablones o tablas compuestas para el recubrimiento de los pisos (imagen superior) y espacios domésticos.
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