Поликарбонат

Структурная формула поликарбоната - эфира бисфенола А

Поликарбонаты — группа термопластов, сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (-O-R-O-CO-)_n. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе Бисфенола А, благодаря доступности бисфенола А, синтезируемого конденсацией фенола и ацетона.

Методы синтеза

Синтез поликарбоната на основе бисфенола А проводится двумя методами: методом фосгенирования бисфенола А и методом переэтерификации в расплаве диарилкарбонатов бисфенолом А.

В случае переэтерификации в расплаве в качестве исходного сырья используется дифенилкарбонат, реакцию проводят в присутствии щелочных катализаторов (метилат натрия), температуру реакцинной смеси повышают ступенчато от 150 до 300°C, реакцию проводят в вакуумированных реакторах периодического действия при постоянной отгонке выделяющегося в ходе реакции фенола. Полученный расплав поликарбоната охлаждают и гранулируют. Недостатком метода является относительно небольшая молекулярная масса (до 50 КДа) получаемого полимера и его загрязнённость остатками катализатора и продуктов термодеструкции бисфенола А.

Фосгенирование бисфенола А проводят в растворе хлоралканов (обычно - хлористого метилена CH₂Cl₂) при комнатной температуре, существует две модификации процесса - поликонденсация в растворе и межфазная поликонденсация.

При поликонденсации в растворе в качестве катализатора и основания, связывающего выделяющийся хлороводород используют пиридин, гидрохлорид пиридина, образующийся в ходе реакции, нерастворим в хлористом метилене и по завершении реакции его отделяют фильтрованием. От остаточных количеств пиридина, содержащегося в реакционной смеси, избавляются отмыванием водным раствором кислоты. Поликарбонат высаждают из раствора подходящим кислородсодержащим растворителем (ацетоном и т.п.), что позволяет частично избавиться от остаточных количеств бисфенола А, осадок осадок сушат и гранулируют. Недостатком метода является использование достаточно дорогого пиридина в больших количествах (более 2 молей на моль фосгена).

В случае фосгенирования в условиях межфазного катализа поликонденсация проводится в два этапа: сначала фосгенированием бисфенолята А натрия получают раствор смеси олигомеров, содержащих концевые хлорформиатные -OCOCl и гидроксильные -OH группы, после чего проводят поликонденсацию смеси олигомеров в полимер.

Переработка

В процессе синтеза получают гранулированный поликарбонат, который в дальнейшем может перерабатываться методами литья под давлением или экструзией. В процессе экструзии может быть получен сотовый и монолитный поликарбонат.

Монолитный поликарбонат — очень стойкий материал, он может применяться для изготовления пуленепробиваемого стекла. Свойства монолитного поликарбоната весьма схожи со свойствами полиметилметакрилата (известного также как акрил), но монолитный поликарбонат более прочен и более дорог. Этот чаще всего прозрачный полимер имеет лучшие характеристики светопроницаемости, чем традиционное стекло.

Свойства и применение поликарбоната

Поликарбонат (ПК, PC) обладает комплексом ценных свойств: прозрачностью, высокой механической прочностью, повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, незначительным водопоглощением, высоким электрическим сопротивлением и электрической прочностью, незначительными диэлектрическими потерями в широком диапазоне частот, высокой теплостойкостью, изделия из него сохраняют стабильность свойств и размеров в широком интервале температур (от -100 до +135°С).

Перерабатывают поликарбонат всеми методами, известными для термопластов. Качество изделий из него зависит от наличия влаги в перерабатываемом материале, условий переработки и конструкции изделия.

Перечисленные выше свойства поликарбоната обусловили его широкое применение во многих отраслях промышленности взамен цветных металлов, сплавов и силикатного стекла. Благодаря высокой механической прочности, сочетающейся с малым водопоглощением, а также способности изделий из него сохранять стабильные размеры в широком интервале рабочих температур, поликарбонат успешно используется для изготовления прецизионных деталей, инструментов, электроизоляционных и конструкционных элементов приборов, корпусов электронной и бытовой техники и т.д.

Высокая ударная вязкость в сочетании с теплостойкостью позволяет использовать поликарбонат для изготовления электроустановочных и конструкционных элементов автомобилей, работающих в жестких условиях динамических, механических и тепловых нагрузок.

Хорошие оптические свойства (светопроницаемость до 89%) обусловили применение поликарбоната для изготовления светотехнических деталей светофильтров, а высокая химическая стойкость и стойкость к атмосферным явлениям – для светорассеивателей ламп различного назначения, в т.ч. эксплуатирующихся на улице, и автомобильных фар. Также, поликарбонат широко применяется в строительстве в виде сотовых и монолитных панелей (сотовый поликарбонат и монолитный поликарбонат).

Биологическая инертность поликарбоната и возможность подвергать изделия из него стерилизации сделали этот материал незаменимым для пищевой промышленности. Из него изготавливают посуду для продуктов питания, бутылки различного назначения, детали машин, перерабатывающие пищевые продукты (например, шоколадные формы) и т.д.

В целом свойства поликарбоната соответствуют следующим величинам:

• Плотность — 1,20 г/см³
• Водопоглощение – 0,2%
• Усадка – 0,5÷0,7%
• Ударная вязкость по Изоду с надрезом – 84÷90 кДж/м²
• Ударная вязкость по Шарпи с надрезом – 40÷60 кДж/м²
• Температура применения — от −100°C до +125°C
• Температура плавления около 250°C
• Температура возгорания около 610°C
• Показатель преломления равняется 1,585 ± 0,001
• Способность к пропусканию света — около 90% ± 1%

Из-за высокой ударопрочности поликарбоната лабораторные методы не позволяют произвести определение ударной вязкости по Шарпи, без надреза, поэтому в резльтатах испытаний обычно значится "нет разрыва" или "без разрушений". Тем не менее, сравнителный анализ ударной вязкости полученной по другим методам измерений и показателей для других пластиков позволяет оценить эту величину на уровне ~ 1 МДж/м² (1000 кДж/м²)

Российская номенклатура марок поликарбоната

Обозначение поликарбонатов различных марок имеет вид

ПК-[метод переработки][модификаторы в составе]-[ПТР],

при этом:

• ПК - поликарбонат
• Рекомендованный метод переработки:
  • Л – переработка литьем под давлением
  • Э – переработка экструзией
• Модификаторы в составе композиции:
  • Т – термостабилизатор
  • С – светостабилизатор
  • О – краситель
• ПТР - максимальный показатель текучести расплава: 7 или 12 или 18 или 22

В Советском Союзе до начала 90х годов прошлого века выпускался поликарбонат "дифлон" ^[1], марки:

ПК-1 - высоковязкая марка, ПТР=1÷3,5, в дальнейшем заменен на ПК-ЛЭТ-7, в наст. вр. используются высоковязкие марки импортных материалов;

ПК-2 - средневязкая марка, ПТР=3,5÷7, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-10, в наст. вр. используются средневязкие марки импортных материалов;

ПК-3 - низковязкая марка, ПТР=7÷12, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-12, в наст. вр. используются низковязкие марки импортных материалов;

ПК-4 - черный термостабилизированный, в наст. вр. ПК-ЛТ-18ОМ черного цвета;

ПК-5 - медицинского назначения, в наст. вр. используются марки медицинского назначения импортных материалов;

ПК-6 - светотехнического назначения, в наст. вр. по светопропусканию подходят практически любые марки импортных материалов;

ПК-НКС - стеклонаполненный, в дальнейшем заменен на ПК-ЛСВ-30;

ПК-М-1 - повышенные антифрикционные свойства, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;

ПК-М-2 - повышенная стойкость к растрескиванию и самозатухаемость;

ПК-М-3 - может эксплуатироваться при крайне низких температурах, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;

ПК-С3, ПК-ОД - самозатухающие с повышенной стойкостью к горению (категория горючести ПВ-0), в наст. вр. ПК-ТС-16ОД;

ПК-ОМ, ПК-ЛТ-12-ОМ, ПК-ЛТО-12 - непрозрачные и полупрозрачные материалы различных цветов, в наст. вр. ПК-ЛТ-18ОМ.

Мировыми производителями выпускается несколько основных торговых марок поликарбоната общего назначения:

Dhaze (Даз, Франция);

Polygal (Полигаль, Израиль;

Макролон (Macrolon, Germany);

Лексан (Lexan, USA);

Калибри (Calibre, USA);

Юпилон (Iupilon, Japan);

Трирекс (Trirex, Korea);

Вандерлайт (Wonderlite, Taiwan),

Источники

1. ↑ "Поликарбонаты. Каталог." // НПО "Пластмассы" - Черкассы: 1986

См. также

• Сотовый поликарбонат

Ссылки