Свойства поликарбоната и его применение

     Содержание 

     Введение           3

     1. Общие сведения о поликарбонатах. Структура.    4

     2. Синтез поликарбоната        6

     3. Свойства поликарбоната и его применение            11

     Заключение                 19

     Библиографический список               20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     В данной работе рассмотрены различные  характеристики поликарбоната, способы его синтеза и возможности применения.

     Изделия из поликарбоната в настоящее время имеют широко применение и пользуются большим спросом. Они оптически прозрачны, имеют стабильные размеры, отличные механические и электрические свойства. Кроме этого поликарбонат термо- и водостоек. Он не имеет ни вкуса, ни запаха, он непроницаем для масел, жиров, бактерий, физиологически инертен. Поэтому сделанные из него предметы можно стерилизовать, допускать контакт с пищей. Поликарбонат легко поддается литью различных изделий, сложных по форме. Поликарбонат характерен к высокой стабильности размеров. При действии растягивающего напряжения 220 кг/см» в течение одного года не обнаружено пластической деформации образцов. Поликарбонат характеризуется невысокой горючестью. Поликарбонат характеризуется комплексом высоких механических показателей. Образцы поликарбоната в виде брусков 50х6х4 мм без надреза не нарушаются при ударе молотом 40 кг. Ударная вязкость без надреза не изменяется в широком интервале температур, например, при -40С она такая же, как при комнатной температуре. 
 
 
 
 
 
 
 

     1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИКАРБОНАТАХ 

     Поликарбонаты - полиэфиры угольной кислоты и диоксисоединений общей формулы

       В зависимости от природы А  и А' поликарбонаты могут быть алифатическими, жирноароматическими и ароматическими. Сложные полиэфиры угольной кислоты и дигидроксисоединений общей формулы                          [—ORO—C(O)—]_n, где R-ароматический или алифатический остаток. Практическое значение получили только ароматические поликарбонаты. В промышленности их получают методом межфазной поликонденсации, фосгенированием ароматических диоксисоединений в среде пиридина, а также переэтерификацией диарилкарбонатов (например, дифенилкарбоната) ароматическими диоксисоединениями. В качестве диоксисоединения используют главным образом 2,2-бис-(4-оксифенил) пропан (диан, бисфенол А). Поликарбонаты на основе последнего имеют формулу:

       Эти поликарбонаты — термопластичные линейные полимеры (молекулярная масса 35—70 тыс.); характеризуются очень высокой ударной вязкостью (250—500 кдж/м²), высокой прочностью (при статическом изгибе 77—120 Мн/м², или 770—1200 кгс/см²), очень хорошими диэлектрическими свойствами. Поликарбонаты — оптически прозрачны, морозостойки, самозатухают, растворяются в большинстве органических растворителей, например метиленхлориде, хлороформе, устойчивы к действию кислот, растворов солей, окислителей. 

      Поликарбонаты перерабатывают всеми обычными для термопластов методами (например, литьём под давлением, экструзией, прессованием); применяют для изготовления плёнок, волокон и разнообразных изделий во многих отраслях промышленности, преимущественно в электротехнической. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. СИНТЕЗ ПОЛИКАРБОНАТА 

     Пластик поликарбонат получают в результате многостадийного синтеза при участии нескольких ингредиентов. Поликарбонат получают в виде гранул — мелких прозрачных зерен. В таком виде материал легче хранить и транспортировать к месту переработки.

     Для получения ароматических поликарбонатов, а только эта группа поликарбонатов имеет промышленное значение, необходимы два вещества, вернее их производные:

     - угольная кислота (фосген) — служит для синтеза растворителей, красителей, пестицидов, фармацевтических средств.

     - двухатомный фенол (бисфенол А) — в виде белых или светло-коричневых хлопьев или порошка получают из фенола и ацетона, единственный побочный продукт этой реакции — вода.

     Межфазная поликонденсация. Технология основана на методе межфазной поликонденсации, когда реакция полимеризации идет на границе раздела двух фаз — жидкости и газа (метод изобретен в России).

     Достоинства метода — низкая температура реакции, применение одного органического растворителя, возможность получения поликарбоната высокой молекулярной массы; недостатки — большой расход воды для промывки полимера и, следовательно, большой объем сточных вод, применение сложных смесителей. После синтеза поликарбонатную массу необходимо очистить от растворителей и побочных продуктов реакций, а затем еще теплым пропустить через экструдер для получения прутьев или гранул.

     Межфазная поликонденсация бисфенола А с фосгеном в среде водной щелочи и органического растворителя, например метиленхлорида или смеси хлорсодержащих растворителей:

     Переэтерификация дифенилкарбоната бисфенолом А в вакууме в присутствии оснований (напр., метилата Na) при ступенчатом повышении температуры от 150 до 300 0C и постоянном удалении из зоны реакции выделяющегося фенола:

     Процесс проводят в расплаве по периодической схеме. Получаемый вязкий расплав удаляют из реактора, охлаждают и гранулируют.

     Достоинство метода — отсутствие растворителя; недостатки — невысокое качество поликарбоната вследствие наличия в нем остатков катализатора и продуктов деструкции бисфенола А, а также невозможность получения поликарбоанта с молекулярной массой более 50000.

     Фосгенирование бисфенола А в растворе в присутствии пиридина при температуре ≤ 25°C. Пиридин, служащий одновременно катализатором и акцептором выделяющегося в реакции HCl, берут в большом избытке (не менее 2 молей на 1 моль фосгена). Растворителями служат безводные хлорорганические соединения (обычно метиленхлорид), регуляторами молекулярной массы — одноатомные фенолы. Из полученного реакционного раствора удаляют гидрохлорид пиридина, оставшийся вязкий раствор поликарбоната отмывают от остатков пиридина соляной кислотой. Выделяют поликарбонат из раствора с помощью осадителя (напр., ацетона) в виде тонкодисперсного белого осадка, который отфильтровывают, а затем сушат, экструдируют и гранулируют.

     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.

     Достоинства метода — низкая температура реакции, применение одного органического растворителя, возможность получения поликарбоната высокой молекулярной массы; недостатки — большой расход воды для промывки полимера и, следовательно, большой объем сточных вод, применение сложных смесителей.

     После синтеза поликарбонатную массу  необходимо очистить от растворителей и побочных продуктов реакций, а затем еще теплым пропустить через экструдер для получения прутьев или гранул.

     Производство  листов из поликарбоната

     На  перерабатывающий завод сырье для  поликарбоната (поликарбонатный гранулят) прибывает расфасованным в многослойные влагонепроницаемые мешки. Гранулят взвешивают и загружают для хранения в силоса — высокие склады с коническим, воронкообразным, дном, через которое сырье легко отбирать. Гранулят может быть бесцветным, белым или цветным.

     Очистка и плавление гранулята

     Из  силосов по пневмотранспортеру гранулы загружаются в циклон — устройство вроде центрифуги, предназначенное для очистки сырья от пыли — любые посторонние примеси могут отрицательно повлиять на качество поликарбонатных листов: ухудшить их прозрачность, цвет или ослабить прочностные характеристики. Обеспыленные гранулы проходят автоматический дозатор и попадают в бункер — камеру, где происходит их плавление. Туда же добавляют различные присадки для улучшения свойств смеси и будущих листов, например, для вспенивания или предотвращения конденсации воды на поверхности и внутри ячеек. Можно также придать поверхности листа свойство отталкивать грязь и воду. Металлическая крошка обеспечит не только благородный оттенок «металлика», но и будет служить как отражатель инфракрасного излучения, то есть не пропускать тепло. Поликарбонатная смесь плавится в бункере и перемешивается, постепенно нагреваясь до 250-290 градусов Цельсия и превращаясь в однородную массу. Выделяемые при этом газы отводятся наружу.

     Экструзия

     Следующий узел производственной линии — экструдер. Именно в нем формируется соответствующая структура листа — монолитная или сотовая. Применение экструдера объясняется тем, что поликарбонат даже в жидком состоянии остается высоковязким веществом, и формировать из него ровные листы эффективнее всего путем продавливания (экструзии) через специальную матрицу, или фильеру. Так получается изделие нужного профиля. Помимо основного процесса экструзии поликарбонатной массы одновременно происходит соэкструзия тонкой пленки, поглощающей ультрафиолетовое излучение. Подобная защита обеспечивает листу неизменность оптических качеств в течение многих лет и сохраняет его превосходную прочность. Затем сформированная поликарбонатная лента попадает под пресс, который придает ей нужную толщину и гладкость, и двигается далее по транспортеру, релаксируя, то есть освобождаясь от испытанных нагрузок.

     Нарезка и контроль качества

     Когда поликарбонатная лента остыла и приняла свою естественную форму, ее нарезают на листы. Регулируемыми ножницами сначала обрезается кромка, а затем происходит поперечная нарезка листов. Стандартные ширина и длина листа составляют 2,1 и 6, 12 метров соответственно. Возможно создание и нестандартных размеров панелей по индивидуальному заказу. Готовые панели складывают на поддон, специалисты с помощью приборов проверяют их качество: толщину, прочность, светопропускание, толщину УФ-защитного слоя, инородные вкрапления и т.д. После этого поликарбонатные панели увозят на автоматических погрузчиках на склад, а оттуда доставляют в магазины и конечному потребителю. 
 
 
 
 
 
 

     3. СВОЙСВА ПОЛИКАРБОНАТА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

     Поликарбонат  это линейный полиэфир угольной кислоты. В промышленности его получают методом межфазной поликонденсации, фосгенированием ароматических диоксисоединений в среде пиридина, и переэтерификацией диарилкарбонатов (например, дифенилкарбоната) ароматическими диоксисоединениями. Поликарбонат необычен своим сочетанием высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности.

     Поликарбонаты на основе бисфенола А (гомополикарбонат): аморфный бесцветный полимер; молекулярная масса (20-120)· 10³; обладает хорошими оптическими свойствами. Светопропускание пластин толщиной 3 мм составляет 88%. Температура начала деструкции 310-320⁰C. Растворяется в метиленхлориде, 1,1,2,2-тетрахлорэтане, хлороформе, 1,1,2-трихлорэтане, пиридине, ДМФА, цикло-гексаноне, не растворяется в алифатических и циклоалифатических углеводородах, спиртах, ацетоне, простых эфирах.