Polycarbonater - en gruppe af termoplaster , polyestere af kulsyre og divalente alkoholer med den almene formel (-ORO-CO-) n . Aromatiske polycarbonater er af største industriel betydning, primært Bisphenol A -baseret polycarbonat , på grund af tilgængeligheden af bisphenol A, syntetiseret ved kondensation af phenol og acetone .
Den første omtale af et produkt, der ligner polycarbonat, dukkede op i det 19. århundrede. I 1898 blev produktionen af polycarbonat første gang beskrevet af den tyske kemiker og opfinder af novokainen Alfred Einhorn . Derefter arbejdede han for den berømte organiske kemiker Adolf von Bayer i München og, mens han ledte efter et bedøvelsesmiddel fra ether, lavede han reaktioner af kulsyrechlorid med tre dioxybenzenisomerer i laboratoriet og opnåede en polymer kulsyreester i bundfaldet - en gennemsigtig, uopløselig og varmebestandigt stof.
I 1953 opnåede Hermann Schnell, en specialist fra det tyske firma Bayer , en polycarbonatforbindelse. Dette polymeriserede carbonat viste sig at være en forbindelse, hvis mekaniske egenskaber var uden sidestykke blandt kendte termoplaster. Samme år blev polycarbonat patenteret under mærket Macrolon.
Men i samme 1953, blot et par dage senere, blev polycarbonat modtaget af Daniel Fox, en specialist fra det velkendte amerikanske firma General Electric . Der er opstået en kontroversiel situation. I 1955 blev det løst, og selskabet General Electric patenterede materialet under Lexan polycarbonat-mærket. I 1958 kommercialiserede Bayer og derefter i 1960 General Electric teknisk muligt polycarbonat. Efterfølgende blev rettighederne til Lexan solgt til SABIC (Saudi-Arabien).
Men det var bare et polycarbonatstof. Før fremkomsten af cellulært (eller cellulært) polycarbonat som plademateriale var der stadig lange 20 år tilbage.
I begyndelsen af 1970'erne, på jagt efter et alternativ til tungt og skrøbeligt glas, blev Israel interesseret i polycarbonat, hvis regering aktivt støttede udviklingen af landbrug og dyrehold i den varme ørken. Især var der meget opmærksomhed på drivhuse, som tillader dyrkning af planter i et mikroklima skabt ved hjælp af drypvanding. Glas til fremstilling af drivhuse var dyrt og skrøbeligt, akryl kunne ikke holde den passende temperatur, og polycarbonat var ideelt til dette.
Derefter blev der sammen med General Electric (ejerne af råmaterialer til polycarbonat af Lexan-varemærket) udført eksperimenter med produktion af gennemsigtige plastprodukter på udstyr fra virksomheden "Polygal Plastics Industries Ltd." i Ramat HaShofet og Megiddo (Israel). Begge virksomheder matchede teknologi med råvarer, og råmaterialer til teknologi. Så i Israel modtog de på Polygal -fabrikken i 1976 verdens første honeycomb-plade af polycarbonat. .
Syntesen af polycarbonat baseret på bisphenol A udføres ved to metoder: metoden til phosgenering af bisphenol A og metoden til transesterificering i smelten af diarylcarbonater med bisphenol A.
I tilfælde af interesterificering i en smelte anvendes diphenylcarbonat som råmateriale, reaktionen udføres i nærværelse af alkaliske katalysatorer (natriummethoxid), temperaturen af reaktionsblandingen øges trinvist fra 150 til 300 °C, reaktion udføres i evakuerede batch-reaktorer med konstant destillation af phenol frigivet under reaktionen. Den resulterende polycarbonatsmelte afkøles og granuleres. Ulempen ved metoden er den relativt lave molekylvægt (op til 50 kDa) af den resulterende polymer og dens forurening med katalysatorrester og termiske nedbrydningsprodukter af bisphenol A.
Bisphenol A-fosgenering udføres i en opløsning af chloralkaner (normalt methylenchlorid CH 2 Cl 2 ) ved stuetemperatur, der er to modifikationer af processen - opløsningspolykondensation og grænsefladepolykondensation :
Ved opløsningspolykondensation anvendes pyridin som katalysator og en base, der binder det frigjorte hydrogenchlorid, pyridinhydrochloridet , der dannes under reaktionen, er uopløseligt i methylenchlorid, og efter reaktionens afslutning adskilles det ved filtrering. Resterende mængder af pyridin indeholdt i reaktionsblandingen fjernes ved vask med en vandig syreopløsning. Polycarbonat udfældes fra opløsningen med et egnet oxygenholdigt opløsningsmiddel (acetone mv.), som gør det muligt delvist at komme af med restmængder af bisphenol A, bundfaldet tørres og granuleres. Ulempen ved metoden er brugen af ret dyrt pyridin i store mængder (mere end 2 mol pr. mol phosgen ).
I tilfælde af phosgenering under grænsefladekatalyse udføres polykondensation i to trin: først ved phosgenering af natriumbisphenolat A opnås en opløsning af en blanding af oligomerer, der indeholder terminale chlorformiat-OCOCl- og hydroxyl - OH-grupper, hvorefter blanding af oligomerer polykondenseres til en polymer .
Ved behandling af polycarbonater anvendes de fleste metoder til forarbejdning og støbning af termoplastiske polymerer: sprøjtestøbning (fremstilling af produkter), blæsestøbning (forskellige beholdere), ekstrudering (produktion af profiler og film), støbning af fibre fra smelten. Ved fremstilling af polycarbonatfilm anvendes også støbning fra opløsninger - denne metode gør det muligt at opnå tynde film fra polycarbonater med høj molekylvægt, hvorfra dannelsen af tynde film er vanskelig på grund af deres høje viskositet. Methylenchlorid er almindeligt anvendt som opløsningsmiddel .
Polycarbonater er store produkter af organisk syntese, verdens produktionskapacitet i 2006 var mere end 3 millioner tons om året. Større producenter af polycarbonat (2006) [1] :
| Fabrikant | Produktionsmængde | Varemærker |
|---|---|---|
| Bayer Material Science AG | 900.000 t/år | Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend [2] |
| Sabic Innovative Plastics | 900.000 t/år | Lexan |
| Samyang Business Chemicals | 360.000 t/år | Trirex [3] |
| Dow Chemical / LG DOW polycarbonat | 300.000 t/år | Kaliber [4] |
| Teijin | 300.000 t/år | Panlite [5] |
| i alt | 3.200.000 t/år |
På grund af kombinationen af høje mekaniske og optiske kvaliteter bruges monolitisk plast også som materiale til fremstilling af linser, cd'er, forlygter, computeretuier.[ specificer ] , briller og belysningsprodukter. Det mest populære applikationsformat i Rusland er pladepolycarbonat: cellulær ("cellulært polycarbonat" eller låsepaneler af cellulært polycarbonat) og fast (monolitisk polycarbonat). Plade polycarbonat bruges som et gennemsigtigt materiale i byggeriet. Materialet bruges også, hvor der kræves øget varmemodstand. Det kan være gennemskinnelige indsatser i tag- og facadekonstruktioner, drivhuse, skure, vejstøjskærme og så videre. De mange forskellige anvendelser af ark polycarbonat er forbundet med et unikt sæt egenskaber: gennemsigtighed, lethed, styrke, fleksibilitet, holdbarhed (i nærværelse af et UV-beskyttende lag). GOST R 56712-2015 "Flerlagspaneler lavet af polycarbonat" blev godkendt i 2016. Monolitisk polycarbonat er certificeret i henhold til GOST R 51136 "Beskyttelsesbriller".
På grund af deres høje styrke og slagstyrke (250-500 kJ/m²) bruges de som konstruktionsmaterialer i forskellige industrier, brugt til fremstilling af beskyttelseshjelme til ekstreme discipliner inden for cykling og motorsport. Samtidig bruges sammensætninger fyldt med glasfiber også til at forbedre de mekaniske egenskaber.
Standard polycarbonat er ikke egnet til langvarig UV-eksponering. I dette tilfælde er der en ændring i materialets optiske (turbiditet, gulning) og mekaniske (bliver skøre) egenskaber. For at undgå dette kan virgin harpiks indeholde UV-stabilisatorer. Disse kvaliteter sælges som UV-stabiliseret polycarbonat til sprøjtestøbnings- og ekstruderingsvirksomheder. Polycarbonatplader kan også indeholde et anti-UV-lag som en speciel belægning for at forbedre vejrbestandigheden.
Polycarbonat blev valgt som materiale til fremstilling af gennemsigtige indsatser i medaljerne ved de olympiske vinterlege 2014 i Sochi , hovedsagelig på grund af dets høje termiske udvidelseskoefficient , og også på grund af dets styrke, plasticitet, let at tegne med en laser [ 6] .
Bærebunden på de fleste optiske diske er lavet af polycarbonat .
Polymer drikkevandstanke med stor kapacitet er lavet af polycarbonat, i modsætning til små kapacitet fremstillet af polyethylenterephthalat
Drivhus glaseret med plade monolitisk mat polycarbonat
Plade af cellulært polycarbonat 6 mm tykt
Drivhus lavet af umalet (farveløst) cellulært polycarbonat
Olympisk guldmedalje ved vinter-OL 2014 i Sochi
Den nominelle bredde af standard polycarbonatpaneler i henhold til GOST R 56712-2015 er 2100 mm. Nominel længde: 6000 mm og 12000 mm. Følgende størrelser findes oftest på udsalg (data i formatet: bredde x længde x tykkelse, mm):
cellulære:Massen af cellulært polycarbonat måles oftest for en kvadratmeter af en vis tykkelse [7] . Ifølge GOST R 56712-2015 er massen:
| plastik | |
|---|---|
| Termoplast |
|
| Termoplast |
|
| Elastomerer |
|