Polikarbonátok - hőre lágyuló műanyagok , szénsavpoliészterek és ( -ORO -CO-) n általános képletű kétértékű alkoholok csoportja . Az aromás polikarbonátok a legnagyobb ipari jelentőségűek, elsősorban a biszfenol A alapú polikarbonát, a fenol és aceton kondenzációjával előállított biszfenol A miatt .
A polikarbonáthoz hasonló termék első említése a 19. században jelent meg. 1898-ban a polikarbonát előállítását először Alfred Einhorn német kémikus és a novokain feltalálója írta le . Ezután a híres szerves vegyésznek , Adolf von Bayernek dolgozott Münchenben, és miközben éterből érzéstelenítőt keresett , a laboratóriumban szénsav-kloridot reagált három dioxibenzolizomerrel, és a csapadékban polimer szén-észtert kapott - átlátszó, oldhatatlan. és hőálló anyag.
1953-ban Hermann Schnell, a német Bayer cég szakembere polikarbonát keveréket kapott. Ez a polimerizált karbonát olyan vegyületnek bizonyult, amelynek mechanikai tulajdonságai páratlanok az ismert hőre lágyuló műanyagok között. Ugyanebben az évben a polikarbonátot Macrolon márkanév alatt szabadalmaztatták.
De ugyanebben az 1953-ban, néhány nappal később a polikarbonátot Daniel Fox, a jól ismert amerikai General Electric cég szakembere kapta meg . Ellentmondásos helyzet állt elő. 1955-ben sikerült megoldani, és a General Electric cég Lexan polikarbonát márkanév alatt szabadalmaztatta az anyagot. 1958-ban a Bayer, majd 1960-ban a General Electric kereskedelmi forgalomba hozott műszakilag megvalósítható polikarbonátot. Ezt követően a Lexan jogait eladták a SABIC -nak (Szaúd-Arábia).
De ez csak egy polikarbonát anyag volt. A cellás (vagy cellás) polikarbonát lemezanyagként való megjelenése előtt még hosszú 20 év volt hátra.
Az 1970-es évek elején, a nehéz és törékeny üveg alternatíváját keresve, Izrael érdeklődni kezdett a polikarbonát iránt, amelynek kormánya aktívan támogatta a mezőgazdaság és az állattenyésztés fejlesztését a forró sivatagban. Különösen nagy figyelmet fordítottak az üvegházakra, amelyek lehetővé teszik a növények termesztését csepegtető öntözéssel kialakított mikroklímában. Az üvegházak gyártásához használt üveg drága és törékeny volt, az akril nem tudta tartani a megfelelő hőmérsékletet, és a polikarbonát ideális volt erre.
Ezután a General Electric-vel (a Lexan védjegy polikarbonát nyersanyagainak tulajdonosaival) együtt kísérleteket végeztek átlátszó műanyag termékek előállítására a "Polygal Plastics Industries Ltd." cég berendezésein. Ramat HaShofetben és Megiddóban (Izrael). Mindkét vállalat a technológiát az alapanyagokhoz, a nyersanyagokat a technológiához igazította. Így Izraelben, a Polygal üzemben 1976-ban megkapták a világ első polikarbonát méhsejt lapot. .
A biszfenol A alapú polikarbonát szintézisét két módszerrel hajtják végre: a biszfenol A foszgénezési módszerével és a diaril-karbonátok biszfenollal A-val történő olvadékában történő átészterezési módszerrel.
Olvadékban történő átészterezés esetén difenil-karbonátot használunk alapanyagként, a reakciót lúgos katalizátorok (nátrium-metoxid) jelenlétében hajtjuk végre, a reakcióelegy hőmérsékletét fokozatosan 150-ről 300 °C-ra emeljük. A reakciót evakuált szakaszos reaktorokban hajtják végre a reakció során felszabaduló fenol állandó desztillációjával. A kapott polikarbonát olvadékot lehűtjük és granuláljuk. Az eljárás hátránya a kapott polimer viszonylag alacsony molekulatömege (akár 50 kDa), valamint a katalizátormaradványokkal és a biszfenol A termikus bomlástermékeivel való szennyeződése .
A biszfenol A foszgénezést klóralkánok (általában metilén-klorid CH 2 Cl 2 ) oldatában végezzük szobahőmérsékleten, az eljárásnak két változata van - oldatos polikondenzáció és határfelületi polikondenzáció:
Az oldatos polikondenzációnál a piridint katalizátorként és bázisként alkalmazzák, amely megköti a felszabaduló hidrogén-kloridot, a reakció során keletkező piridin - hidroklorid metilén-kloridban nem oldódik, majd a reakció befejeződése után szűréssel elválasztják. A reakcióelegyben lévő piridin maradék mennyiségét vizes savoldattal történő mosással távolítjuk el. Az oldatból megfelelő oxigéntartalmú oldószerrel (aceton, stb.) kicsapják a polikarbonátot, ami lehetővé teszi a maradék biszfenol A részleges eltávolítását, a csapadékot szárítjuk és granuláljuk. Az eljárás hátránya, hogy meglehetősen drága piridint használnak nagy mennyiségben (több mint 2 mol/mol foszgén ).
Határfelületi katalízissel végzett foszgénezés esetén a polikondenzáció két lépésben történik: először nátrium-biszfenolát A foszgénezésével olyan oligomerek keverékének oldatát kapjuk, amely terminális kloroformiát -OCOCl és hidroxil -OH csoportokat tartalmaz, majd a oligomerek keveréke polikondenzálódik polimerré .
A polikarbonátok feldolgozásakor a legtöbb hőre lágyuló polimer feldolgozási és öntési módszert alkalmazzák: fröccsöntés (termékek gyártása), fúvás (különféle edények), extrudálás (profilok és filmek előállítása), szálak öntése az olvadékból. A polikarbonát fóliák gyártása során oldatokból öntést is alkalmaznak - ez a módszer lehetővé teszi vékony filmek előállítását nagy molekulatömegű polikarbonátokból, amelyekből vékony filmek képződése nehéz a magas viszkozitásuk miatt. Oldószerként általában metilén-kloridot használnak .
A polikarbonátok a szerves szintézis nagyszabású termékei, a világ 2006-os termelési kapacitása több mint évi 3 millió tonna volt. A polikarbonát főbb gyártói (2006) [1] :
| Gyártó | A termelés mennyisége | Védjegyek |
|---|---|---|
| Bayer Material Science AG | 900.000 t/év | Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend [2] |
| Sabic innovatív műanyagok | 900.000 t/év | Lexan |
| Samyang Business Chemicals | 360.000 t/év | Trirex [3] |
| Dow Chemical / LG DOW polikarbonát | 300.000 t/év | Kaliber [4] |
| Teijin | 300.000 t/év | Panlite [5] |
| Teljes | 3.200.000 t/év |
A kiváló mechanikai és optikai tulajdonságok kombinációja miatt a monolit műanyagot lencsék, CD-k, fényszórók, számítógépházak gyártásában is használják.[ adja meg ] , szemüvegek és világítástechnikai termékek. Oroszországban a legnépszerűbb alkalmazási forma a polikarbonát lemez: cellás ("cellás polikarbonát" vagy cellás polikarbonát reteszelő panelek) és szilárd (monolit polikarbonát). A polikarbonát lemezt áttetsző anyagként használják az építőiparban. Ezenkívül az anyagot ott használják, ahol fokozott hőállóságra van szükség. Ezek lehetnek áttetsző betétek a tető- és homlokzati szerkezetekben, üvegházakban, fészerekben, közúti zajvédő falakban stb. A lemezpolikarbonát felhasználási területeinek sokfélesége egyedi tulajdonságokkal jár: átlátszóság, könnyedség, szilárdság, rugalmasság, tartósság (UV védőréteg jelenlétében). A GOST R 56712-2015 "Polikarbonátból készült többrétegű panelek" 2016-ban került jóváhagyásra. A monolit polikarbonát a GOST R 51136 "Védőszemüveg" szerint tanúsított.
Nagy szilárdságuk és ütőszilárdságuk miatt (250-500 kJ/m²) különféle iparágakban szerkezeti anyagként használják, védősisakok gyártásához használják a kerékpározás és a motorsport extrém ágaihoz. Ugyanakkor üvegszállal töltött kompozíciókat is alkalmaznak a mechanikai tulajdonságok javítására.
A szabványos polikarbonát nem alkalmas hosszú távú UV-sugárzásnak kitett alkalmazásokhoz. Ilyenkor az anyag optikai (zavarosodás, sárgulása) és mechanikai (törékennyé válik) tulajdonságai megváltoznak. Ennek elkerülése érdekében a szűz gyanta UV stabilizátorokat tartalmazhat. Ezeket a minőségeket UV-stabilizált polikarbonátként értékesítik fröccsöntő és extrudáló cégek számára. Ezenkívül a polikarbonát lemezek UV-ellenes réteget tartalmazhatnak speciális bevonatként az időjárásállóság javítása érdekében.
A 2014- es szocsi téli olimpiai játékok érmeinek átlátszó betéteinek előállításához a polikarbonátot választották , elsősorban nagy hőtágulási együtthatója , valamint szilárdsága, plaszticitása és lézerrel való könnyű rajzolása miatt . 6] .
A legtöbb optikai lemez hordozója polikarbonátból készül .
A nagy űrtartalmú polimer ivóvíztartályok polikarbonátból készülnek, ellentétben a kis űrtartalmúak polietilén - tereftalátból
Monolit matt polikarbonát lemezzel üvegezett üvegház
6 mm vastag cellás polikarbonát lemez
Üvegház festetlen (színtelen) cellás polikarbonátból
Olimpiai aranyérem a 2014-es szocsi téli olimpián
A szabványos polikarbonát panelek névleges szélessége a GOST R 56712-2015 szerint 2100 mm. Névleges hossz: 6000 mm és 12000 mm. Leggyakrabban a következő méreteket találjuk akciósan (az adatok formátumban: szélesség x hossz x vastagság, mm):
sejtes:A cellás polikarbonát tömegét leggyakrabban egy bizonyos vastagságú négyzetméteren mérik [7] . A GOST R 56712-2015 szerint a tömeg:
| műanyagok | |
|---|---|
| Hőre lágyuló műanyagok |
|
| Hőre lágyuló műanyagok |
|
| Elasztomerek |
|