Описание
Поликарбонат (ПК) — это универсальный, высокопроизводительный пластик, который не устойчив к воздействию растворителей и кислот, но очень прочен к механическим воздействиям. Относится к классу сложных полиэфиров. ПК обладает высокой преломляющей способностью, может быть прозрачным или непрозрачным. В отличие от многих других пластиков долговечен.
Поликарбонат обладает отличными электроизоляционными свойствами и подходит для контакта с пищевыми продуктами.
Его термостойкость колеблется от -60 до +135 С. ПК относительно устойчив к высокоэнергетическому излучению, но чувствителен к царапинам и растрескиванию.
На рынке присутствуют два вида пластика – полупрозрачный пластик для промышленного использования и прозрачный (кристально чистый), который в основном применяется для остекления промышленных и бытовых конструкций.
История возникновения
В начале 1950-х годов в Bayer AG немецким химиком Германом Шнеллом (1916-1999) впервые был получен опытный образец поликарбоната и разработан технологический процесс промышленного производства.
В 1946 году Шнелл поступил на работу в Bayer AG в качестве научного сотрудника и впоследствии возглавил центральную лабораторию. Он активно занимался химическими процессами полиэстеров. Его работа привела в 1953 году к открытию поликарбонатов с высокой температурой плавления, которые значительно отличались от известных ранее легкоплавких и технически менее совершенных поликарбонатов.
Сегодня поликарбонат производится во всем мире. В основном азиатскими производителями. Доля рынка ПК составляет всего около 1% мирового объема пластмасс.
Применение
Прозрачные поликарбонаты могут быть окрашены, сварены или приклеены. Они очень стабильны в размерах и имеют высокую ударную вязкость.
Значительное количество производимого сегодня поликарбоната используется для носителей информации: компакт-дисков, DVD-дисков и дисков Blu-Ray, а также для цветной печати удостоверений личности и кредитных карт.
Благодаря своей прозрачности и высокой преломляющей способности, первичный поликарбонат стал незаменимым материалом во многих областях светотехники и оптики. Изделия из поликарбоната не только небьющиеся, но и значительно более легкие по сравнению с другими пластиками. К ним относятся оптические волокна, чехлы для светильников и солнечных систем, оптические линзы для измерительных и проекционных устройств и очков. Кроме того, ПК используется в аэрокосмическом и автомобильном строительстве для безопасного остекления.
Поликарбонат используется для производства:
- электрических и инструментальных деталей,
- оптических линз,
- крышек ламп,
- автомобильных фар,
- жестких автомобильных стекол,
- подводных кожухов для фотоаппаратов,
- остекления зимних садов и теплиц,
- солнечных панелей,
- навесов,
- упаковок и бутылок,
- деталей LEGO.
Из-за хорошей биосовместимости он используется для различных одноразовых медицинских изделий.
Посредством осаждения паров в вакууме на поликарбонатные поверхности можно наносить различное металлическое покрытие. В итоге получается чрезвычайно тонкая, непрозрачная и светоотражающая металлическая поверхность. Такие детали могут использоваться в качестве автомобильных бамперов, решеток радиатора и различных элементов управления.
Характеристики
Физические характеристики
- Плотность: от 1,19 до 1,24 г / см³
- Модуль упругости при растяжении: от 2200 до 2400 МПа
- Коэффициент Пуассона: от 0,35 до 0,4
- Показатель преломления n: около 1,58 — 1,6.
- Удлинение при разрыве: от 12 до 60%
- Максимальная рабочая температура: 125 С (кратковременно до 135 C)
- Температура стеклования: 148 C
- Температура плавления: от 220 до 230 C
Химическая стойкость
- Нестабилен к концентрированным кислотам, ароматические углеводородам и метанолу
- Устойчив к разбавленным кислотам, маслам, этанолу
Технология промышленного производства
Исходным материалом для синтеза поликарбонатов является фосген, высокотоксичный и газообразный при комнатной температуре дихлорид углекислоты. Фосген реагирует со спиртами R-OH с выделением хлористого водорода (HCl) с соответствующими эфирами угольной кислоты.
Та же самая реакция также протекает с диолами, двухосновными спиртами типа HO-R-OH, которые благодаря двум концевым группам ОН позволяют связываться с полимерными молекулами и поликарбонатами.
Согласно открытию Германа Шнелла, включение ароматических соединений в полимерную молекулу, которое реализуется бифенилами, приводит к образованию тугоплавких поликарбонатов.
Исходным материалом для промышленного синтеза поликарбоната является 2,2-бис (4-гидроксифенил) пропан. Промышленное название — бисфенол А (бис-фенол-ацетон), который получают кислотно-катализируемой конденсацией фенола с ацетоном. Далее бисфенол А объединяют с фосгеном с одновременным удалением хлористого водорода (HCl) с получением соответствующего поликарбоната поли (2,2-бис [4-гидроксифенил] пропилкарбоната). Этот полимер и получил название поликарбонат.
Обработка
Поликарбонат доступен для всех процессов горячего формования, общих для всех термопластов. Таких как, литье под давлением, экструзия, выдувное формование или прессование. Однако высокая вязкость расплава ПК требует температур обработки выше +240 ° C и значительных давлений, которые предъявляют повышенные требования к инструментам.
Полученный поликарбонат легко обрабатывается, например, точением, пилением, сверлением, строганием или фрезеровкой.
Между собой детали могут быть легко соединены с помощью обычных методов, например, с помощью завинчивания или клепки.
Торговые формы
Поликарбонат продается в виде гранул, а также полуфабрикатов, включая плиты, прутки и профили.
При добавлении стекловолокон, металлической пыли и других минеральных веществ свойства готового поликарбоната могут быть изменены в широких пределах.
Безопасность для здоровья
Поликарбонат чувствителен к гидролизу, поэтому он крайне неустойчив к сильным кислотам и щелочам.
При сильном термическом стрессе (нагреве) он разлагается, в результате чего высвобождается бисфенол А, который оказывает слабое эстрогенное и, следовательно, вредное воздействие.
Согласно американским исследованиям при нагревании (например, в микроволновой печи) поликарбонаты выделяют продукты разложения, такие как бисфенол А (BPA), что может вызвать многочисленные проблемы со здоровьем, в том числе ожирение. Поэтому поликарбонат был запрещен в 2011 году для упаковки, контейнеров и посуды в пищевой промышленности (особенно для детских бутылочек). На данный момент нет никаких ограничений для использования ПК в медицинском и фармацевтическом секторах.
Следует избегать утилизации поликарбонатных отходов на свалках, поскольку они не гниют и их долговременное поведение при контакте с другими отходами неизвестно.
