Поликарбонат - это, технология, свойства, применение

Информация о торгах полимерными материалами

Марка
Пос. цена
Изм.
% Изм.

Смотреть все марки >
Марка 1РУБ.
1 месяц3 месяца6 месяцев1 годвсё время
    Россия

    Поликарбонат

    Поликарбонаты (РС, ПК) - 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.

    Ниже представлена структурная формула поликарбоната – эфира бисфенола А

    ПК – уникальный материал во многих отношениях, как с точки зрения механических, физических, химических, так и теплоизоляционных характеристик, обуславливающих его широкое применение, в числе которых:

    • высокая жесткость, твердость и ударная вязкость (более 20 кДж /м2) во всем диапазоне рабочих температур (до -50°C);

    • легкость – плотность материала 1,20 г/см3;

    • стабильность формы, размеров, физических и механических свойств в рабочем диапазоне от -100°C до +135°C;

    • высокая сопротивляемость ползучести при комнатной температуре;

    • хорошая термическая стабильность – длительное удерживание термопласта в нагретом состоянии (до +153°С) не изменяет его свойств;

    • термостойкость – температура обработки от +280°C до +310°C;

    • светопроницаемость = 90% ± 1%;

    • показатель преломления = 1,585 ± 0,001;

    • низкий коэффициент термического удлинения – напряжение при пределе текучести = 55-65 Мпа;

    • упругость при растяжении = 2300-2400 Мпа;

    • предел прочности при растяжении> 70 Мпа;

    • удлинение на границе текучести = 6-7%;

    • низкий коэффициент водопоглощения = 0,1 ÷ 0,2%.

    Его технико-экслпуатационные свойства:

    • PC в 250 раз превышает ударопрочность кварцевого стекла и почти в 10 раз – плексигласа;

    • высокая морозостойкость;

    • высокие термоизоляционные параметры;

    • высокая паро- и газопроницаемость;

    • хорошие диэлектрические свойства (высокое удельное сопротивление);

    • термопластичный полимер устойчив к динамическим нагрузкам и к истиранию;

    • чистый PC поглощает ультрафиолетовый спектр излучения – без специальных добавок и защитных пленок пластик не устойчив к ультрафиолету;

    • огнестойкий, трудновоспламеняемый и самозатухающий материал: класс В1 (стандарт DIN 4102).

    • термопласт PC долговечен – срок его эксплуатации превышает 10 лет;

    • легко обрабатывается;

    • термопластичный полимер устойчив к погодным условиям (в т.ч. и к граду) и биологическому разрушению;

    • гладкая поверхность материала облегчает уход, практически не загрязняется;

    • не царапается, не требует защиты от механических повреждений.

    Эти свойства делают его наиболее универсальным материалом, способным сочетать самые высокие оптические и силовые параметры с отличной теплоизоляцией и малым весом.

    Для улучшения параметров прочности, жесткости и стабильности при высоких температурах промышленные поликарбонаты дополнительно армируются стекловолокном, модифицируются свето- и/или термостабилизаторами:

    • Модификации ПК с более высокой текучестью используются для получения продукции с большой площадью.

    • Разновидности PC, усиленные армирующей сеткой из стекловолокна (10-40%), отличаются повышенной жесткостью и стойкостью к образованию трещин.

    • Модификации с присадками из графита, сульфита молибдена или тефлона обеспечивают пластику повышенную гладкость и устойчивость к истиранию.

    Что касается химических свойств поликарбонатов, отмечается их устойчивость к солям и минеральным маслам; умеренная химическая стойкость к слабым кислотам - практически не повреждается при температурах > 60°С; частично растворяются в хлорированных алифатических и ароматических углеводородах, циклогексаноне и диоксане. Но в то же время поликарбонаты не очень устойчивы к щелочам, аминам, аммиаку, альдегидам, кетонам, этиловому спирту и т.д. Также поликарбонаты не устойчивы к ароматическим углеводородам, бензину, керосину, анилину, лакам, растворителям, толуолу, метиленхлориду (им склеивают ПК) и другим соединениям.

    Существуют следующие особенности эксплуатации поликарбонатов, обусловленные химическими свойствами:

    • термопласт более восприимчив воздействию химических агентов, когда он находится в напряженном состоянии и/или при деформации;

    • воздействие агрессивных к ПК химических реагентов не всегда приводит к снижению его технико-эксплуатационных характеристик – пластик может частично раствориться, размягчиться или абсорбировать химикат;

    • в случае химического разрушения могут возникнуть трещины под напряжением – видимые и микроскопические, что приводит к помутнению или порче изделия из ПК;

    • нетоксичный и химически инертный материал – PC соответствует требованиям ЕС и FDA для контакта с некоторыми пищевыми продуктами;

    • химическая устойчивость ПК к воде не является постоянной и зависит от давления и температуры (до +60 °С) – при более высоких температурах воды ПК постепенно разрушается;

    • при уходе за пластиком PC следует избегать составов для чистки стекла с аммиаком;

    • следует учитывать, что материал растворим в технических растворителях;

    • перед применением герметиков, силикона и клеев необходима проверка на совместимость с ПК.

    В промышленности поликарбонаты получаются следующими способами:

    Обменным взаимодействием диарил- или диалкилкарбонатов (чаще диарилкарбонатов) с двухатомным фенолом

    n (C6H5O)2CO + n HOC6H4(CH3)2CC6H4OH → [ - COC6H4C(CH3)2C6H4O - ]n + 2n C6H5OH

    Фосгенированием двухатомного фенола

    n HOC6H4C(CH3)2C6H4OH + n COCl2 → ( - COC6H4C(CH3)2C6H4O - )n + 2n HCl

    Реакцию дифенилкарбоната с двухатомными фенолом обычно проводят в расплаве при 150 - 300°С в отсутствие кислорода. Скорость реакции можно увеличить применением вакуума и перемешиванием реакционной массы. Использование в начале процесса избытка дифенилкарбоната способствует более полному протеканию реакции, что весьма существенно в случае применения диана, который при температуре выше 180°С может разлагаться. Катализатором реакции являются оксиды и гидроксиды щелочных металлов, оксиды цинка, свинца и другие, которые добавляются 0,0001 – 0,1% от массы поликарбоната. Высокая вязкость расплава препятствует получению поликарбоната высокой молекулярной массы: обычно для полимера, синтезируемого этим методом, она не превышает 50000.

    Недостатком метода является необходимость проведения процесса при высоких температурах, в вакууме, а также получение полимера с ограниченной молекулярной массой; достоинством – отсутствие растворителя, возможность получения полимера с низким содержанием примесей и, следовательно, с более высокими термостойкостью и диэлектрическими показателями.

    Наибольшее распространение получил способ прямого фосгенирования гидрокислосодержащих соединений, который можно осуществлять в нескольких вариантах: 1) как межфазный процесс; 2) в среде пиридина; 3) в смеси пиридина с другим, более дешевым, растворителем. Наиболее экономичным и широко применяемым является способ межфазной поликонденсации. По этому способу фосген пропускают через водный щелочной раствор бисфенола и органический растворитель. Реакцию проводят при 20 - 25°С и перемешивании. Катализаторами процесса являются четвертичные аммониевые основания, ацетат натрия, третичные амины и их соли, триэтилфосфин и другие.

    Далее обратимся к процессу производства поликарбоната. Технологический процесс получения дифлона межфазной поликонденсацией состоит из стадий фосгенирования диана, промывки раствора полимера, высаждения полимера, выделения его из суспензии, сушки и регенерации растворителей и осадителей. Так, схема производства поликарбоната (дифлона) периодическим способом представлена ниже:

    1 – реактор поликонденсации

    2 – аппарат для растворения дифенилолпропана

    3 – фильтр сетчатый

    4 – холодильник

    5 – декантатор-промыватель

    6 – аппарат для обезвоживания

    7 – насадочная колонна

    8 – холодильник-дефлегматор

    9 – высадитель

    10 – весовой мерник

    11 – нутч-фильтр

    12 – вакуум-чушилка

    13 - гранулятор

    Водно-щелочной раствор дифенилолпропана из аппарата для растворения 2 подается в реактор 1. Туда же вводят метиленхлорид и катализатор и при 20 - 25°С пропускают газообразный фосген. Реактор охлаждают холодной водой. Образующийся полимер растворяется в метиленхлориде. Содержимое реактора в виде вязкого раствора поступает в декантатор-промыватель 5 (где промывается водой и раствором соляной кислоты), а затем в аппарат 6 для обезвоживания. Пары воды, пройдя насадочную колонну 7, конденсируются в холодильнике-дефлегматоре 8 и поступают в сборники водного слоя. Раствор полимера поступает в аппарат 9 и высаживается осадителем (метанол и ацетон). Суспензия поликарбоната фильтруется на фильтре 11 (барабанный и нутч-фильтр). Смесь растворителя и осадителя подается на регенерацию, а порошок полимера – в сушилку 12, затем в гранулятор 13.

    Далее рассмотрим производство поликарбоната непрерывным способом:

    1 – бункер-дозатор

    2 – аппарат для приготовления раствора дифенолята натрия

    3 – емкость

    4 – ротаметр

    5 – мерник

    6, 7, 8 – реакторы поликонденсации

    9, 11 – флорентийские сосуды

    10 – промывная колонна

    12 – напорная емкость

    13 – ректификационная колонна

    14 – дефлегматор

    15, 17, 19 – теплообменники

    16 – фильтр

    18 – высадительная колонна

    20 - гранулятор

    Дифенолопропан из бункера-дозатора 1 подается в аппарат 2, где при перемешивании готовится водный раствор дифенолята натрия. Раствор из сборника 3 через дозатор 4 непрерывно поступает в реактор 6 каскада реакторов. Сюда же подается метиленхлорид и фосген. Образующийся низкомолекулярный поликарбонат перетекает в реактор 7. В реактор 8 каскада (для повышения молекулярной массы) подается катализатор (алкиларилхлорид аммония). Во всех реакторах поддерживается температура 30°С. Из реактора 8 реакционная масса поступает на отстаивание и отделение от водного раствора щелочи во флорентийский сосуд 9. Раствор поликарбоната в метиленхлориде промывается простой и подкисленной водой в промывной колонне 10, поступает во флорентийский сосуд 11, отделяется от воды и через напорную емкость 12 поступает в колонну 13 для освобождения от остатков воды. В колонне отгоняется азеотропная смесь вода – метиленхлорид, пары которой поступают в дефлегматор 14 и конденсируются. Обезвоженный раствор поликарбоната охлаждается в холодильнике 15, отфильтровывается на фильтре 16 и поступает либо на высаждение полимера, либо на расфасовку. При высаждении лак подогревается в теплообменнике 17 до 130°С и под давлением 6,0 Мпа впрыскивается в высадительную колонну 18. Здесь за счет снижения температуры паров метиленхлорида до 40°С и уменьшения давления до атмосферного происходит испарение метиленхлорида и отделение поликарбоната в виде порошка, который далее поступает на грануляцию.

    Преимуществами синтеза поликарбоната межфазной поликонденсации являются проведение реакции при низкой температуре с применением только одного растворителя, возможность получения весьма высокомолекулярного полимера; недостатками – необходимость промывания раствора полимера большими количествами воды, большее содержание примесей. Поликарбонаты выпускают термостабилизированными и нестабилизированными. В качестве стабилизаторов применяют оксиды и гидроксиды арилолова, фосфорорганические соединения, силикаты свинца, цинка и другие.

    В зависимости от необходимых свойств и способов производства различают некоторые марки поликарбонатов:

    Литьевые марки поликарбонатов

    Литьевые марки поликарбонатов предназначены для формования изделий методом литья под давлением. Этим методом получают изделия от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок 1 – 20 мм (чаще 3 – 6 мм).

    Стандартные литьевые марки – могут обладать термостойкостью, стойкостью к УФ. Некоторые марки, относящиеся к данной категории, могу иметь разрешение для контактов с пищевыми продуктами, медицинскими препаратами.

    Специальные литьевые марки – данные марки могут обладать устойчивостью к гамма-излучению (для медицинского оборудования), отражающей способностью (отражатели в автооптике), химической стойкостью и другое.

    Оптические литьевые марки – обладают высоким светопропусканием, УФ стабильностью, могут обладать как высокой, так и средней текучестью. Кроме того, некоторые марки сочетают адгезию к износостойким покрытиям типа силиконовых. Также в данной категории марок выпускаются марки с УФ-фильтром для производства очков и линз.

    В ряде литьевых марок можно отдельно выделить категории, предназначенные для выдувного литья.

    Экструзионные марки поликарбонатов

    Стандартные экструзионные марки – обладают свойствами, присущими поликарбонату, и используются для производства всех экструзионных изделий поликарбонатов. При этом основное использование изделий из данных марок поликарбонатов – внутренняя отделка транспорта.

    Специальные экструзионные марки – обладают погодостойкостью, высокой УФ-стойкостью. Предназначены для наружных деталей сооружений.

    Также выделяют экструзионно-литьевые марки поликарбонатов.

    Касаемо области применения ПК, следует отметить, что они применяются в тех случаях, когда материал должен иметь высокую механическую прочность, теплостойкость, стабильность размеров, хорошие электроизоляционные свойства. Поликарбонаты применяют для получения прочных пленок, лаков, литьевых масс. Их используют в качестве конструкционного материала для изготовления шестерен, подшипников, болтов, гаек, корпусов счетных машин, труб, кранов и других изделий. Раньше применялись в производстве кино- и фотопленки, сейчас – электро- и радиодеталей, покрытий упаковочного материала. Из поликарбонатов можно изготавливать смотровые окна, линзы, клеевые композиции, способные сохранять прочность в широком интервале температур. Поликарбонаты находят применение в медицине (шприцы, зубные протезы, контейнеры для плазмы крови и т.п.), в производстве кухонной утвари и многих других областях.