Что такое поликарбонат?

Что такое поликарбонат?

Поликарбонат — это аморфный пластик с молекулярной формулой C15H16O2. Он изготавливается из бисфенола А.

Он обладает выдающейся ударопрочностью среди смол, что делает его очень устойчивым к поломкам, обладающим высокой механической прочностью, прозрачностью, нетоксичностью, высокой атмосферостойкостью и самозатухающими свойствами. Однако у него есть недостатки: низкая устойчивость к кислотам, щелочам и растворителям, а также подверженность царапинам.

Поликарбонат классифицируется как термопластичная смола, которая размягчается при нагревании.

Рисунок 1. Формула реакции поликарбоната

Применение поликарбоната

Поликарбонат используется во многих областях благодаря своей устойчивости и технологичности.

1. Прозрачность

Поликарбонат, прозрачность которого эквивалентна прозрачности стекла, используется в оптических приложениях, таких как линзы очков, линзы камер, оптические волокна, подложки CD и DVD, а также окна истребителей. Поликарбонат — единственный бесцветный прозрачный материал среди инженерных пластиков общего назначения.

2. Ударопрочность

Обладая самой высокой ударопрочностью среди всех пластиков, поликарбонат используется в пуленепробиваемых материалах, шлемах, ветровых стеклах и многом другом, практически без риска растрескивания при использовании в обычных условиях.

3. Устойчивость к атмосферным воздействиям

Поскольку он устойчив к ультрафиолетовому излучению и не подвержен быстрому разрушению, он сохраняет свою высокую прочность в течение длительного периода времени при использовании на открытом воздухе. Он используется для наружных изделий, таких как кровельные материалы и материалы для поверхностей солнечных панелей, а также автомобильные фары, рейлинги на крыше и дверные ручки.

4. Стабильность размеров

Поликарбонат обладает высокой стабильностью размеров благодаря низкой усадке и низкому поглощению влаги во время формования и используется для чехлов для смартфонов и других применений.

Характеристики поликарбоната

Рисунок 2. Пять основных конструкционных пластиков общего назначения и их физические свойства (см. 5-е издание «Химического справочника»)

Поликарбонат является одним из пяти основных универсальных конструкционных пластиков и характеризуется высокой ударной вязкостью (в 20 раз больше, чем у полиамида и полибутилентерефталата) и устойчивостью к растрескиванию. В дополнение к хорошей механической прочности, он также используется в различных местах, поскольку обладает самозатухающими свойствами (он не распространяется даже при возгорании), поскольку содержит два бензольных кольца в своей основной цепи.

Поликарбонат не используется отдельно, но иногда используется в полимерных сплавах с другими полимерами. Например, PC-ABS изготавливается путем смешивания поликарбоната со смолой ABS, которая имеет хорошую химическую стойкость, для улучшения химической стойкости. Кроме того, поликарбонат можно смешивать с полиэфирами, такими как PET и PBT, или с наполнителями.

Еще одной особенностью поликарбоната является то, что его можно использовать в широком спектре производственных процессов. Помимо литья под давлением, поликарбонат можно экструдировать, формовать в вакууме, выдувать и формовать с использованием множества других методов.

В последнее время поликарбонат также стал использоваться в 3D-принтерах, которые могут легко производить сложные формы. Однако в зависимости от метода производства механическая прочность может быть ослаблена, поэтому требуется осторожность.

Методы производства поликарбоната

Поликарбонат можно получить двумя способами: полимеризацией с использованием формулы реакции (межфазная полимеризация) и переэтерификацией.

1. Метод межфазной полимеризации

Поликарбонат получают путем конденсационной полимеризации на границе раздела водной и масляной фаз путем добавления карбонилхлорида к суспензионному раствору бисфенола А в водном растворе гидроксида натрия и метиленхлорида или хлорбензола. Поскольку условия реакции более мягкие, чем при методе переэтерификации, можно получать поликарбонаты с широким диапазоном молекулярных масс — от низкой до высокой.

После полимеризации смола поликарбоната растворяется в масляной фазе, а гранулированный поликарбонат получается путем разделения, нейтрализации и очистки, а также процесса восстановления полимера и процесса сушки.

2. Метод обмена эфиров

Рисунок 3. Формула реакции метода обмена эфиров

Поликарбонат получают путем плавления и смешивания бисфенола А и дифенилкарбоната в присутствии катализатора и поликонденсации с восстановлением фенола при высокой температуре и пониженном давлении без использования растворителей.

Поликарбонат получают в чистом расплавленном состоянии, а не в растворе, и его можно гранулировать в продукты, что делает этот метод более простым процессом синтеза, чем метод межфазной полимеризации.