Policarbonați - un grup de termoplastice , poliesteri ai acidului carbonic și alcooli dihidroxilici cu formula generală (-ORO-CO-) n . Policarbonatii aromatici sunt de cea mai mare importanta industriala, in primul rand policarbonatul pe baza de bisfenol A , datorita disponibilitatii bisfenolului A, sintetizat prin condensarea fenolului si acetonei .
Prima mențiune a unui produs similar cu policarbonatul a apărut în secolul al XIX-lea. În 1898, producția de policarbonat a fost descrisă pentru prima dată de chimistul german și inventatorul novocainei Alfred Einhorn . Apoi a lucrat pentru celebrul chimist organic Adolf von Bayer din Munchen și, în căutarea unui anestezic din eter, a făcut reacții de clorură de acid carbonic cu trei izomeri dioxibenzen în laborator și a obținut în precipitat un ester carbonic polimeric - un transparent, insolubil. și substanță rezistentă la căldură.
În 1953, Hermann Schnell, specialist de la compania germană Bayer , a obținut un compus din policarbonat. Acest carbonat polimerizat s-a dovedit a fi un compus ale cărui proprietăți mecanice au fost de neegalat printre termoplasticele cunoscute. În același an, policarbonatul a fost brevetat sub marca Macrolon.
Dar în același 1953, doar câteva zile mai târziu, policarbonatul a fost primit de Daniel Fox, specialist de la cunoscuta companie americană General Electric . A apărut o situație controversată. În 1955, a fost rezolvată, iar compania General Electric a brevetat materialul sub marca de policarbonat Lexan. În 1958, Bayer și apoi în 1960 General Electric au comercializat policarbonatul fezabil din punct de vedere tehnic. Ulterior, drepturile asupra Lexan au fost vândute către SABIC (Arabia Saudită).
Dar era doar o substanță din policarbonat. Înainte de apariția policarbonatului celular (sau celular) ca material folie, mai erau încă 20 de ani lungi.
La începutul anilor 1970, în căutarea unei alternative la sticla grea și fragilă, Israelul a devenit interesat de policarbonat, al cărui guvern a sprijinit activ dezvoltarea agriculturii și a creșterii animalelor în deșertul fierbinte. În special, s-a acordat multă atenție serelor, care permit creșterea plantelor într-un microclimat creat cu ajutorul irigației prin picurare. Sticla pentru fabricarea de sere a fost scumpă și fragilă, acrilicul nu putea menține temperatura adecvată, iar policarbonatul era ideal pentru aceasta.
Apoi, împreună cu General Electric (deținătorii de materii prime pentru policarbonat a mărcii Lexan), au fost efectuate experimente privind producția de produse din plastic transparent pe echipamentele companiei „Polygal Plastics Industries Ltd”. în Ramat HaShofet și Megiddo (Israel). Ambele companii au combinat tehnologia cu materiile prime, iar materiile prime cu tehnologie. Așa că, în Israel, la uzina Polygal , în 1976, au primit prima foaie de fagure din policarbonat din lume. .
Sinteza policarbonatului pe bază de bisfenol A se realizează prin două metode: metoda de fosgenare a bisfenolului A și metoda de transesterificare în topitura carbonaților de diaril cu bisfenol A.
În cazul intereserificării într-o topitură, ca materie primă se utilizează carbonatul de difenil, reacția se efectuează în prezența catalizatorilor alcalini (metoxid de sodiu), temperatura amestecului de reacție crește treptat de la 150 la 300 °C, reacția se realizează în reactoare discontinue evacuate cu distilare constantă a fenolului eliberat în timpul reacției. Topitura de policarbonat rezultată este răcită și granulată. Dezavantajul metodei este greutatea moleculară relativ scăzută (până la 50 kDa) a polimerului rezultat și contaminarea acestuia cu reziduuri de catalizator și produși de degradare termică ai bisfenolului A.
Fosgenarea bisfenolului A se efectuează într-o soluție de cloroalcani (de obicei clorură de metilen CH 2 Cl 2 ) la temperatura camerei, există două modificări ale procesului - policondensarea soluției și policondensarea interfacială:
În policondensarea în soluție, piridina este utilizată ca catalizator și bază care leagă acidul clorhidric eliberat, clorhidratul de piridină format în timpul reacției este insolubil în clorură de metilen și, la terminarea reacției, este separat prin filtrare. Cantitățile reziduale de piridină conținute în amestecul de reacție sunt îndepărtate prin spălare cu o soluție apoasă de acid. Policarbonatul este precipitat din soluție cu un solvent adecvat care conține oxigen (acetonă etc.), ceea ce face posibilă eliminarea parțială a cantităților reziduale de bisfenol A, precipitatul este uscat și granulat. Dezavantajul metodei este utilizarea piridinei destul de scumpe în cantități mari (mai mult de 2 moli pe mol de fosgen ).
În cazul fosgenării sub cataliză interfacială , policondensarea se realizează în două etape: în primul rând, prin fosgenarea bisfenolatului de sodiu A, se obține o soluție dintr-un amestec de oligomeri care conține cloroformiat terminal -OCOCl și grupări hidroxil -OH, după care amestecul de oligomeri este policondensat într-un polimer .
La prelucrarea policarbonaților se folosesc majoritatea metodelor de prelucrare și turnare a polimerilor termoplastici: turnare prin injecție (fabricarea produselor), turnare prin suflare (diverse vase), extrudare (producerea de profile și filme), turnarea fibrelor din topitură. În producția de folii de policarbonat, se folosește și turnarea din soluții - această metodă face posibilă obținerea de filme subțiri din policarbonati cu greutate moleculară mare, formarea de pelicule subțiri din care este dificilă din cauza vâscozității lor ridicate. Clorura de metilen este folosită în mod obișnuit ca solvent .
Policarbonații sunt produse pe scară largă de sinteză organică, capacitatea de producție mondială în 2006 a fost de peste 3 milioane de tone pe an. Principalii producători de policarbonat (2006) [1] :
| Producător | Volumul producției | Mărci comerciale |
|---|---|---|
| Bayer Material Science AG | 900.000 t/an | Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend [2] |
| Sabic Inovative Plastics | 900.000 t/an | Lexan |
| Samyang Business Chemicals | 360.000 t/an | Trirex [3] |
| Dow Chemical / LG DOW Policarbonat | 300.000 t/an | Calibru [4] |
| Teijin | 300.000 t/an | Panlite [5] |
| Total | 3.200.000 t/an |
Datorită combinației de înalte calități mecanice și optice, plasticul monolit este folosit și ca material la fabricarea lentilelor, CD-urilor, farurilor, carcaselor computerelor.[ precizați ] , ochelari și produse de iluminat. Cel mai popular format de aplicare în Rusia este policarbonatul: celular („policarbonat celular” sau panouri de blocare din policarbonat celular) și solid (policarbonat monolitic). Foaia de policarbonat este folosită ca material translucid în construcții. De asemenea, materialul este utilizat acolo unde este necesară o rezistență crescută la căldură. Acestea pot fi inserții translucide în structurile acoperișului și fațadei, sere, magazii, bariere de zgomot rutiere și așa mai departe. Varietatea de utilizări ale foliei de policarbonat este asociată cu un set unic de proprietăți: transparență, ușurință, rezistență, flexibilitate, durabilitate (în prezența unui strat de protecție UV). GOST R 56712-2015 „Panouri multistrat din policarbonat” a fost aprobat în 2016. Policarbonatul monolitic este certificat conform GOST R 51136 „Ochelari de protecție”.
Datorită rezistenței lor ridicate și rezistenței la impact (250-500 kJ/m²) sunt utilizate ca materiale structurale în diverse industrii, utilizate la fabricarea căștilor de protecție pentru discipline extreme de ciclism și motorsport. În același timp, compozițiile umplute cu fibră de sticlă sunt, de asemenea, folosite pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice.
Policarbonatul standard nu este potrivit pentru aplicații cu expunere UV pe termen lung. În acest caz, există o modificare a proprietăților optice (turbiditate, îngălbenire) și mecanice (devine fragilă) ale materialului. Pentru a evita acest lucru, rășina virgină poate conține stabilizatori UV. Aceste calități sunt vândute ca policarbonat stabilizat UV pentru companiile de turnare prin injecție și extrudare. De asemenea, foile de policarbonat pot conține un strat anti-UV ca acoperire specială pentru a îmbunătăți rezistența la intemperii.
Policarbonatul a fost ales ca material pentru producerea de inserții transparente în medaliile Jocurilor Olimpice de iarnă din 2014 de la Soci , în principal datorită coeficientului său ridicat de dilatare termică și, de asemenea, datorită rezistenței, plasticității, ușurinței de desenare cu laser . 6] .
Baza suportului majorității discurilor optice este realizată din policarbonat .
Rezervoarele polimerice de apă potabilă de mare capacitate sunt realizate din policarbonat, spre deosebire de cele de capacitate mică din polietilen tereftalat
Vitrată de seră cu tablă de policarbonat monolit mat
Foaie din policarbonat celular de 6 mm grosime
Sere din policarbonat celular nevopsit (incolor).
Medalia Olimpică de Aur la Jocurile Olimpice de iarnă din 2014 de la Soci
Lățimea nominală a panourilor standard din policarbonat conform GOST R 56712-2015 este de 2100 mm. Lungime nominală: 6000 mm și 12000 mm. Următoarele dimensiuni se găsesc cel mai des la vânzare (date în format: lățime x lungime x grosime, mm):
celular:Masa policarbonatului celular se măsoară cel mai adesea pentru un metru pătrat de o anumită grosime [7] . Conform GOST R 56712-2015, masa este: