Polykarbonaatit - ryhmä kestomuoveja , hiilihapon polyestereitä ja kaksiarvoisia alkoholeja , joilla on yleinen kaava (-ORO-CO-) n . Aromaattiset polykarbonaatit ovat teollisesti merkittävintä, ensisijaisesti bisfenoli A -pohjainen polykarbonaatti , koska saatavilla on bisfenoli A:ta, joka syntetisoituu fenolin ja asetonin kondensoimalla .
Ensimmäinen maininta polykarbonaatin kaltaisesta tuotteesta ilmestyi 1800-luvulla. Vuonna 1898 polykarbonaatin tuotannon kuvasi ensimmäisen kerran saksalainen kemisti ja novokaiinin keksijä Alfred Einhorn . Sitten hän työskenteli kuuluisalle orgaaniselle kemistille Adolf von Bayerille Münchenissä ja etsiessään eetteristä anestesiaa, suoritti hiilihappokloridin reaktioita kolmen dioksibentseeni-isomeerin kanssa laboratoriossa ja sai sakasta polymeerisen hiilihappoesterin - läpinäkyvän, liukenemattoman. ja lämmönkestävä aine.
Vuonna 1953 saksalaisen Bayer -yhtiön asiantuntija Hermann Schnell sai polykarbonaattiyhdisteen. Tämä polymeroitu karbonaatti osoittautui yhdisteeksi, jonka mekaaniset ominaisuudet olivat vertaansa vailla tunnettujen kestomuovien joukossa. Samana vuonna polykarbonaatti patentoitiin Macrolon-tuotemerkillä.
Mutta samassa 1953, vain muutama päivä myöhemmin, tunnetun amerikkalaisen General Electricin asiantuntija Daniel Fox vastaanotti polykarbonaatin . Syntyi kiistanalainen tilanne. Vuonna 1955 se ratkaistiin, ja General Electric -yhtiö patentoi materiaalin Lexan-polykarbonaattibrändillä. Vuonna 1958 Bayer ja sitten vuonna 1960 General Electric kaupallistivat teknisesti toteuttamiskelpoisen polykarbonaatin. Myöhemmin Lexanin oikeudet myytiin SABIC :lle (Saudi-Arabia).
Mutta se oli vain polykarbonaattiaine. Ennen solu- (tai solu-) polykarbonaatin syntymistä levymateriaalina oli vielä pitkät 20 vuotta jäljellä.
Israel kiinnostui polykarbonaatista 1970-luvun alussa etsiessään vaihtoehtoa raskaalle ja hauraalle lasille, jonka hallitus tuki aktiivisesti maatalouden ja karjanhoidon kehitystä kuumassa autiomaassa. Erityisesti paljon huomiota kiinnitettiin kasvihuoneisiin, jotka mahdollistavat kasvien kasvattamisen tiputuskastelun avulla luodussa mikroilmastossa. Kasvihuoneiden valmistukseen käytettävä lasi oli kallista ja hauras, akryyli ei pystynyt pitämään sopivaa lämpötilaa, ja polykarbonaatti oli ihanteellinen tähän.
Sitten yhdessä General Electricin (Lexan-tavaramerkin polykarbonaatin raaka-aineiden omistajat) kanssa suoritettiin kokeita läpinäkyvien muovituotteiden valmistamisesta "Polygal Plastics Industries Ltd" -yrityksen laitteilla. Ramat HaShofetissa ja Megiddossa (Israel). Molemmat yhtiöt sovittivat teknologian raaka-aineisiin ja raaka-aineet teknologiaan. Joten Israelissa, Polygalin tehtaalla vuonna 1976, he saivat maailman ensimmäisen polykarbonaattikennolevyn. .
Bisfenoli A:han perustuvan polykarbonaatin synteesi suoritetaan kahdella menetelmällä: bisfenoli A :n fosgenointimenetelmällä ja vaihtoesteröintimenetelmällä diaryylikarbonaattien sulassa bisfenoli A:n kanssa.
Jos vaihtoesteröidään sulassa, syöttöaineena käytetään difenyylikarbonaattia, reaktio suoritetaan alkalisten katalyyttien (natriummetoksidin) läsnä ollessa, reaktioseoksen lämpötilaa nostetaan asteittain 150 °C:sta 300 °C:seen, Reaktio suoritetaan tyhjöissä olevissa panosreaktoreissa reaktion aikana vapautuvan fenolin jatkuvalla tislauksella. Saatu polykarbonaattisula jäähdytetään ja rakeistetaan. Menetelmän haittapuolena on tuloksena olevan polymeerin suhteellisen pieni molekyylipaino (jopa 50 kDa) ja sen kontaminaatio katalyyttijäännöksillä ja bisfenoli A :n lämpöhajoamistuotteilla.
Bisfenoli A -fosfogenointi suoritetaan kloorialkaaniliuoksessa (yleensä metyleenikloridi CH 2 Cl 2 ) huoneenlämpötilassa, prosessissa on kaksi muunnelmaa - liuospolykondensaatio ja rajapintojen polykondensaatio :
Liuospolykondensaatiossa pyridiiniä käytetään katalyyttinä ja emäksenä, joka sitoo vapautuneen kloorivedyn, reaktion aikana muodostunut pyridiinihydrokloridi ei liukene metyleenikloridiin ja reaktion päätyttyä se erotetaan suodattamalla. Reaktioseoksen sisältämät jäännösmäärät pyridiiniä poistetaan pesemällä hapon vesiliuoksella. Polykarbonaatti saostetaan liuoksesta sopivalla happipitoisella liuottimella (asetonilla jne.), mikä mahdollistaa bisfenoli A:n jäännösmäärien osittaisen poistamisen, sakka kuivataan ja rakeistetaan. Menetelmän haittana on melko kalliin pyridiinin käyttö suurina määrinä (yli 2 moolia fosgeenimoolia kohden ).
Rajapinnan katalyysin alaisen fosgenoinnin tapauksessa polykondensaatio suoritetaan kahdessa vaiheessa: ensinnäkin natriumbisfenolaatti A fosgenoimalla saadaan oligomeeriseoksen liuos, joka sisältää terminaalisia kloroformaatti-OCOCl- ja hydroksyyli -OH-ryhmiä, minkä jälkeen oligomeerien seos polykondensoituu polymeeriksi .
Polykarbonaattien käsittelyssä käytetään useimpia termoplastisten polymeerien käsittely- ja muovausmenetelmiä: ruiskuvalu (tuotteiden valmistus), puhallusmuovaus (eri astiat), ekstruusio (profiilien ja kalvojen valmistus), kuitujen muovaus sulatuksesta. Polykarbonaattikalvojen valmistuksessa käytetään myös muovausta liuoksista - tällä menetelmällä voidaan saada ohuita kalvoja korkean molekyylipainon polykarbonaateista, joista ohuiden kalvojen muodostuminen on vaikeaa niiden korkean viskositeetin vuoksi. Metyleenikloridia käytetään yleisesti liuottimena .
Polykarbonaatit ovat suuria orgaanisen synteesin tuotteita, maailman tuotantokapasiteetti vuonna 2006 oli yli 3 miljoonaa tonnia vuodessa. Tärkeimmät polykarbonaatin valmistajat (2006) [1] :
| Valmistaja | Tuotantomäärä | Tavaramerkit |
|---|---|---|
| Bayer Material Science AG | 900 000 t/vuosi | Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend [2] |
| Sabic Innovatiiviset muovit | 900 000 t/vuosi | Lexan |
| Samyang Business Chemicals | 360 000 t/vuosi | Trirex [3] |
| Dow Chemical / LG DOW polykarbonaatti | 300 000 t/vuosi | Kaliiperi [4] |
| Teijin | 300 000 t/vuosi | Panlite [5] |
| Kaikki yhteensä | 3 200 000 t/vuosi |
Korkeiden mekaanisten ja optisten ominaisuuksien yhdistelmän ansiosta monoliittista muovia käytetään materiaalina myös linssien, CD-levyjen, ajovalojen ja tietokonekoteloiden valmistuksessa.[ täsmennä ] , lasit ja valaistustuotteet. Venäjällä suosituin käyttömuoto on levypolykarbonaatti: solukko ("solupolykarbonaatti" tai solupolykarbonaatin lukituspaneelit) ja kiinteä (monoliittinen polykarbonaatti). Polykarbonaattilevyä käytetään läpikuultavana materiaalina rakentamisessa. Materiaalia käytetään myös silloin, kun tarvitaan lisää lämmönkestävyyttä. Nämä voivat olla läpikuultavia lisäosia katto- ja julkisivurakenteissa, kasvihuoneissa, vajaissa, tien meluesteissä ja niin edelleen. Levyjen polykarbonaatin käyttötarkoitukset liittyvät ainutlaatuisiin ominaisuuksiin: läpinäkyvyys, keveys, lujuus, joustavuus, kestävyys (UV-suojakerroksen läsnä ollessa). GOST R 56712-2015 "Monikerroksiset polykarbonaatista valmistetut paneelit" hyväksyttiin vuonna 2016. Monoliittinen polykarbonaatti on sertifioitu GOST R 51136 "Suojalasit" mukaisesti.
Suuren lujuutensa ja iskunkestävyytensä (250-500 kJ/m²) ansiosta niitä käytetään rakennemateriaaleina eri teollisuudenaloilla, pyöräilyn ja moottoriurheilun äärilajien suojakypärien valmistuksessa. Samanaikaisesti lasikuidulla täytettyjä koostumuksia käytetään myös mekaanisten ominaisuuksien parantamiseen.
Vakiopolykarbonaatti ei sovellu pitkäaikaiseen UV-altistukseen. Tällöin materiaalin optiset (sameus, kellastuminen) ja mekaaniset (muuttuu hauraiksi) ominaisuudet muuttuvat. Tämän välttämiseksi ensihartsi voi sisältää UV-stabilisaattoreita. Näitä laatuja myydään UV-stabiloituna polykarbonaattina ruiskuvalu- ja suulakepuristusyrityksille. Lisäksi polykarbonaattilevyt voivat sisältää UV-suojakerroksen erikoispinnoitteena säänkestävyyden parantamiseksi.
Polykarbonaatti valittiin materiaaliksi läpinäkyvien liitteiden valmistukseen Sotšin 2014 talviolympialaisten mitaleissa pääasiassa sen korkean lämpölaajenemiskertoimen ja myös sen lujuuden, plastisuuden ja laserilla piirtämisen helppouden vuoksi [ 6] .
Useimpien optisten levyjen alusta on valmistettu polykarbonaatista .
Suuren tilavuuden polymeeriset juomavesisäiliöt on valmistettu polykarbonaatista, toisin kuin pienitilavuuksiset polyeteenitereftalaatista
Kasvihuone lasitettu monoliittisella mattapolykarbonaatilla
6 mm paksu solupolykarbonaattilevy
Kasvihuone maalaamattomasta (värittömästä) solupolykarbonaatista
Olympiakultaa Sotšin talviolympialaisissa 2014
Standardin GOST R 56712-2015 mukaisten polykarbonaattipaneelien nimellisleveys on 2100 mm. Nimellispituudet: 6000 mm ja 12000 mm. Seuraavat koot ovat useimmiten myynnissä (tiedot muodossa: leveys x pituus x paksuus, mm):
solu:Solupolykarbonaatin massa mitataan useimmiten tietyn paksuiselta neliömetriltä [7] . GOST R 56712-2015:n mukaan massa on:
| muovit | |
|---|---|
| Kestomuovit |
|
| Kestomuovit |
|
| Elastomeerit |
|