فنول فرمالدهید

رزین‌های فنول فرمالدئید (PF)  یا رزین‌های فنولیک (همچنین فنوپلاست  نیز نامیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شوند) پلیمرهای مصنوعی هستند که از واکنش ‌‌‌‌‌‌‌فنول یا ‌‌‌‌‌‌‌فنول جایگزین شده با فرمالدئید به دست‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌آیند. فنول فرمالدئیدها که به عنوان پایه باکلیت استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند و اولین رزین‌های مصنوعی تجاری (پلاستیک) هستند. آنها به طور گسترده برای تولید محصولات قالب گیری شده مانند توپ‌های بیلیارد ،‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌زهای آزمایشگاهی و به عنوان پوشش و چسب استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. از فنول فرمالدئیدها برای ساخت بردهای مدار استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شد، اما هم اکنون تا حد زیادی توسط رزین‌های اپوکسی و پارچه‌های فایبرگلاس جایگزین شده اند، مانند مواد سازنده‌ی برد مدار FR-4 که در برابر آتش و حرارت مقاوم است.

برای تولید ‌‌‌‌‌‌‌فنول فرمالدئید‌ها دو روش اصلی وجود دارد. روش اول به این شکل است که به طور مستقیم ‌‌‌‌‌‌‌فنول و فرمالدئید با یکدیگر واکنش‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهند تا یک پلیمر شبکه گرما سخت را تولید کنند. در روش دوم فرمالدئید را برای تولید یک پیش پلیمر به نام نوولاک جمع‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کنند سچس قالب گیری صورت‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌گیرد و در مرحله بعد با افزودن مقداری فرمالدئید دیگر حرارت داده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود (اصطلاحاً پخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود).   تنوع زیادی در مواد تولیدی و مواد ورودی وجود دارد که برای تولید طیف گسترده‌‌‌‌‌‌‌ای از رزین‌ها استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود.

شکل گیری و ساختار 
رزین‌های ‌‌‌‌‌‌‌فنول فرمالدئید، به عنوان یک گروه (زنجیره یا شبکه)، توسط یک واکنش پلیمریزاسیون پله ایی تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند که این واکنش‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌تواند توسط اسید یا باز کاتالیز شود(سرعت واکنش کنترل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود) . به این دلیل که فرمالدئید عمدتاً در محلول به عنوان متعادل کننده‌ی دینامیکی الیگومرهای متیلن گلیکول وجود دارد، غلظت بخش واکنش پذیر فرمالدئید به دما و pH بستگی دارد.

‌‌‌‌‌‌‌فنول و فرمالدئید با یکدیگر در محل‌های ارتو و پارا (بخش‌های 2، 4 و 6) واکنش‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهند و در این واکنش تا 3 واحد فرمالدئید‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌تواند به حلقه متصل شود. در تمام واکنش اولیه هیدروکسی متیل ‌‌‌‌‌‌‌فنول تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهد:

HOC6H5 + CH2O -> HOC6H4CH2OH 

گروه هیدروکسی متیلی قادر به واکنش با بخش‌های ارتو یا پارای آزاد است. همچنین این گروه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌تواند با گروه هیدروکسی متیل دیگری واکنش دهد. اولین واکنش یک پل متیلن ایجاد‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کند و واکنش دوم یک پل اتری را تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهد:

HOC6H4CH2OH + HOC6H5  -> (HOC6H4)2CH2 + H2O

 2HOC6H4CH2OH  -> (HOC6H4CH2)2O + H2O

دی فنول (که گاهی اوقات "دایمر" نامیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود) بیسفنول F نامیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود که یک مونومر مهم در تولید رزین‌های اپوکسی است. Bisphenol-F‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌تواند تولید الیگومرهای تری و تترا و ‌‌‌‌‌‌‌فنول بالاتر را بیشتر به هم پیونددهد.

نوولاک‌ها 

نوولاک‌ها یک نوع از رزین‌های فنول فرمالدئیدی هستند که در این نوولاک‌ها نسبت مولی فرمالدئید به فنول کمتر از یک است. به جای خود فنول، آنها معمولا توسط کرزول‌ها (متیل ‌‌‌‌‌‌‌فنول‌ها) تولید‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. پلیمریزاسیون توسط کاتالیزورهای اسیدی مانند اسید سولفوریک، اگزالیک اسید، هیدروکلریک اسید و در مواقع کمی توسط اسید سولفونیک به پایان‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌رسد. واحدهای فنولی معمولاً توسط گروه‌های متیلن یا اتر به هم وصل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. وزن مولکولی آنها بسیار پایین است که حدوداً 10 تا 20 واحد ‌‌‌‌‌‌‌فنول‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌باشد. پلیمر به دست آمده گرمانرم است و برای تشکیل یک ترموست به یک عامل پخت یا سخت کننده نیاز است.

هگزامتیلن تترامین سخت کننده‌‌‌‌‌‌‌ای است که به نوولاک متصل کننده وصل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود و در دمای بالاتر از 90 درجه سانتی گراد، پل‌های آمینه متیلن و دی متیلن را تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهد. رزوله‌ها نیز به عنوان یک عامل پخت (سخت کننده) برای رزین‌های نوولاک استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. در تمام موارد، عامل پخت منبعی از فرمالدئید است که پل‌هایی را بین زنجیره‌های نوولاک ایجاد کرده و در نهایت سیستم را کاملاً به هم متصل ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌‌سازد. 

نوولاک‌ها کاربردهای متعددی به عنوان چسبنده لاستیک، رزین با دمای بالا، چسب برای مواد نسوز(دارای پیوند کربنی) مانند ترمزهای کربنی، مواد مقاوم در برابر نور و به عنوان یک عامل پخت برای رزین‌های اپوکسی دارد.

رزوله‌ها 

رزین‌های ‌‌‌‌‌‌‌فنول فرمالدئید پایه‌ی کاتالیز شده با نسبت فرمالدئید به ‌‌‌‌‌‌‌فنول بیشتر از یک (معمولاً در حدود 1.5) ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. به این نوع رزین‌ها رزوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌گویند. فنول، فرمالدئید، آب و کاتالیزور با توجه به رزینی که قرار است تشکیل شود به مقدار دلخواه مخلوط‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند و سپس حرارت داده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند.در قسمت اول واکنش، در دمای حدوداً 70درجه سانتی گراد انجام‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود و یک ماده‌ی چسبنده و ضخیم قهوه‌‌‌‌‌‌‌ای مایل به قرمز را تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهد که بدون گروه‌های هیدروکسی متیل و بنزیل اتر است.

سرعت واکنش پایه کاتالیز در ابتدا با pH افزایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌یابد و حدوداً در pH 10 به حداکثر‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌رسد. گونه فعال آنیون فن اکسید (C6H5O-) است که توسط پروتئین زدایی ‌‌‌‌‌‌‌فنول تشکیل شده است. بار منفی روی حلقه معطر جابجا‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود و بخش‌های 2، 4 و 6 را فعال‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کند که در نهایت باعث‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود با فرمالدئید واکنش دهند.

گرما سخت بودن هیدروکسی متیل فنول‌ها باعث‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود در دمای حدود ۱۲۰ درجه‌ی سانتی گراد با گروه‌های متیل و متیلن که جایگزین گروه‌های آب حذف شده شدند اتصال بر قرار کند. در این مرحله رزین یک شبکه سه بعدی است که نمونه‌‌‌‌‌‌‌ای از رزین‌های ‌‌‌‌‌‌‌فنولی پلیمریزه شده است. اتصال‌های زیاد سبب‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود که این نوع رزین ‌‌‌‌‌‌‌فنولی سختی، پایداری حرارتی خوب و نفوذناپذیری شیمیایی داشته باشد. رزوله‌ها به عنوان رزین‌های "یک مرحله‌ای" نامیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند زیرا برخلاف نوولاک‌ها که یک رزین "دو مرحله ای" هستند، بدون اتصال دهنده پخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند.

رزوله‌ها جزو مواد اصلی رزین پلیمری هستند که به طور گسترده ایی برای چسباندن مصالح ساختمانی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. همچنین تخته‌های چندلایه‌ی بیرونی، تخته‌های رشته‌‌‌‌‌‌‌ای جهت دار (OSB)، لمینت مهندسی شده با فشار بالا جزو کاربردهای رزوله‌ها هستند.

اتصال عرضی و نسبت فرمالدئید/‌‌‌‌‌‌‌فنول 
زمانی که نسبت مولی فرمالدئید به ‌‌‌‌‌‌‌فنول به عدد یک‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌رسد، در تئوری هر ‌‌‌‌‌‌‌فنول از طریق پل‌های متیلن به یکدیگر متصل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند و یک مولکول واحد تولید‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کند و سیستم کاملاً به هم متصل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود. به همین دلیل است که نوولاک‌ها (F:P <1) بدون افزودن موادی که سبب اتصال‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود سخت نمی‌شوند ولی رزوله‌های با فرمول F:P >1 سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شوند.

کاربردها 
رزین‌های فنولی در اکثر محصولات صنایع مختلف یافت‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود. لمینت‌های فنولی با آغشته کردن یک یا چند لایه از مواد پایه مانند کاغذ، فایبرگلاس یا پنبه به رزین فنولیک و لمینت کردن مواد پایه و آغشته شده تحت فشار و گرما ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند. رزین در طی این فرآیند به طور کامل پلیمریزه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود و ماتریس پلیمری ترموست را تشکیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌دهد. انتخاب مواد اولیه و پایه به کاربرد محصول نهایی بستگی دارد. فنول‌های کاغذ در ساخت قطعات الکتریکی مانند تخته‌های پانچ، لمینت‌های خانگی و در پنل‌های کامپوزیت کاغذی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود. فنولیک‌های شیشه به ویژه برای استفاده در بازار بلبرینگ‌های با سرعت بالا مناسب هستند.‌‌‌‌‌‌‌‌‌ میکروبالون‌های فنولی برای کنترل چگالی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شوند.رزین فنولی عامل اتصال در لنت ترمز معمولی (ارگانیک)، کفشک ترمز و دیسک‌های کلاچ است. کاغذ چسبانده شده با رزین مصنوعی که از رزین فنولیک و کاغذ ساخته شده است، برای ساخت کانترها استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود. یکی دیگر از کاربردهای رزین‌های فنولیک ساخت دوروپلاست است که در خودروهای ترابانت استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود.

از رزین‌های فنولی‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌توان در ساخت پوسته‌ی خارجی و چندلایه‌ی لوله‌های ضد آب و جوش (WBP) استفاده کرد، زیرا رزین‌های فنولی نقطه ذوب ندارند و تنها نقطه تجزیه در منطقه دمایی  و بالاتر دارند.

همچنین‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌توان از رزین فنولیک به عنوان چسب(پیونده) در قطعاتی که صدا‌ها و نویزهای بیرونی در بلندگوها را از بین‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌برد استفاده کرد. یکی از مواد پایه این قطعات پارچه است.

توپ‌های بیلیارد نیز از رزین‌های فنولی ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شوند، برخلاف پلی‌استرهایی که در قطعات ارزان‌تر استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شوند.

می توان از رزین فنولی تقویت شده با الیاف نیز استفاده کرد زیرا ضریب انبساط حرارتی آنها با آلومینیوم مورد استفاده برای سایر قسمت‌های یک سیستم مطابقت دارد، مانند سیستم‌های کامپیوتری اولیه  و Duramold.

هان ون‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌گرن ، جاعل نقاشی هلندی، قبل از پختن بوم تمام شده، ‌‌‌‌‌‌‌فنول فرمالدئید را با رنگ‌های روغنی خود مخلوط کرد تا خشک شدن رنگ را در طول قرن‌ها تقلبی کند.

نام تجاری 

 باکلیت در اصل از رزین فنولیک و آرد چوب ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شد.
 آبنول یک رزین ‌‌‌‌‌‌‌فنولی پر شده با کاغذ است که به عنوان جایگزینی برای چوب آبنوس در سازهای زهی و بادی چوبی طراحی شده است.
 Novotext فنولیک تقویت شده با الیاف پنبه است که از الیافی با جهت تصادفی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کند.
 فوم Oasis Floral "یک فوم فنولیک سلول باز است که به راحتی آب را جذب‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌کند و به عنوان پایه‌‌‌‌‌‌‌ای برای گل آرایی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود." 
 Paxolin یک محصول کاغذی با چسب رزینی است که مدت‌ها به عنوان ماده پایه برای بردهای مدار چاپی استفاده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شود، اگرچه در بسیاری از کاربردها با کامپوزیت‌های فایبرگلاس جایگزین‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شود.
 توفنول یک پلاستیک چند لایه است که به صورت ورق و‌‌‌‌‌‌‌‌‌ میله موجود است که از لایه‌هایی از کاغذ یا پارچه که با رزین فنولیک آغشته شده و تحت حرارت فشرده شده است، ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌‌شود. مقاومت بالای آن در برابر روغن‌ها و حلال‌ها آن را برای بسیاری از کاربردهای مهندسی مناسب کرده است. 
 Richlite یک رزین فنولیک پر شده با کاغذ است که کاربردهای زیادی دارد، از رومیزی و تخته برش گرفته تا صفحه انگشت گیتار.

تجزیه زیستی 
فنول فرمالدئید توسط قارچ سفید پوسیدگی Phanerochaete chrysosporium تجزیه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ می‌شود.

جستارهای وابسته 

 رزین فنولی
 فنول‌فتالئین
 فنول
 رزین‌های اپوکسی
 اسید

همچنین ببینید 

 Urea-formaldehyde
 Para tertiary butylphenol formaldehyde resin

منابع 

گرماسخت‌ها
رزین‌های ترکیبی
رزین‌های فنولیک
فناوری ساخت ادوات نیم‌رسانا