Поликарбонаты

Структурная формула поликарбоната - эфира бисфенола А

Поликарбонаты — 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.

Методы синтеза

Синтез поликарбоната на основе бисфенола А проводится двумя методами: методом фосгенирования бисфенола А и методом переэтерификации в расплаве диарилкарбонатов бисфенолом А.

В случае переэтерификации в расплаве в качестве исходного сырья используется дифенилкарбонат, реакцию проводят в присутствии щелочных катализаторов (метилат натрия), температуру реакцинной смеси повышают ступенчато от 150 до 300 °C, реакцию проводят в вакуумированных реакторах периодического действия при постоянной отгонке выделяющегося в ходе реакции фенола. Полученный расплав поликарбоната охлаждают и гранулируют. Недостатком метода является относительно небольшая молекулярная масса (до 50 КДа) получаемого полимера и его загрязнённость остатками катализатора и продуктов термодеструкции бисфенола А.

Фосгенирование бисфенола А проводят в растворе хлоралканов (обычно — хлористого метилена CH₂Cl₂) при комнатной температуре, существует две модификации процесса — поликонденсация в растворе и межфазная поликонденсация:

При поликонденсации в растворе в качестве катализатора и основания, связывающего выделяющийся хлороводород используют пиридин, гидрохлорид пиридина, образующийся в ходе реакции, нерастворим в хлористом метилене и по завершении реакции его отделяют фильтрованием. От остаточных количеств пиридина, содержащегося в реакционной смеси, избавляются отмыванием водным раствором кислоты. Поликарбонат высаждают из раствора подходящим кислородсодержащим растворителем (ацетоном и т. п.), что позволяет частично избавиться от остаточных количеств бисфенола А, осадок сушат и гранулируют. Недостатком метода является использование достаточно дорогого пиридина в больших количествах (более 2 молей на моль фосгена).

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.

Переработка

При переработке поликарбонатов применяют большинство методов переработки и формовки термопластичных полимеров: литьё под давлением (производство изделий), выдувное литьё (разного рода сосуды), экструзию (производство профилей и плёнок), формовку волокон из расплава. При производстве поликарбонатных плёнок также применяется формовка из растворов - этот метод позволяет получать тонкие плёнки из поликарбонатов высокой молекулярной массы, формовка тонких плёнок из которых затруднена вследствие их высокой вязкости, в качестве растворителя обычно используют метиленхлорид.

Российская номенклатура марок

Обозначение поликарбонатов различных марок имеет вид

ПК-[метод переработки][модификаторы в составе]-[ПТР],

при этом:

• ПК - поликарбонат
• Рекомендованный метод переработки:
  • Л – переработка литьем под давлением
  • Э – переработка экструзией
• Модификаторы в составе композиции:
  • Т – термостабилизатор
  • С – светостабилизатор
  • О – краситель
• ПТР - максимальный показатель текучести расплава: 7 или 12 или 18 или 22

В Советском Союзе до начала 90х годов прошлого века выпускался поликарбонат "дифлон" ^[1], в настоящее время, с 2009 года, запущен в эксплуатацию цех завода ОАО "КазаньОргСинтез" по производству отечественного поликарбоната новой номенклатурной линейки:

ПК-1 - высоковязкая марка, ПТР=1÷3,5, в дальнейшем заменен на ПК-ЛЭТ-7, в наст. вр. РС-003 или РС-005;

ПК-2 - средневязкая марка, ПТР=3,5÷7, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-10, в наст. вр. РС-007;

ПК-3 - низковязкая марка, ПТР=7÷12, в дальнейшем заменен на ПК-ЛТ-12, в наст. вр. РС-010;

ПК-4 - черный термостабилизированный, в наст. вр. ПК-ЛТ-18-ОМ черного цвета;

ПК-5 - медицинского назначения, в наст. вр. используются марки медицинского назначения импортных материалов;

ПК-6 - светотехнического назначения, в наст. вр. по светопропусканию подходят практически любые марки импортных и отечественных материалов;

ПК-НКС - стеклонаполненный, в дальнейшем заменен на ПК-ЛСВ-30, в наст. вр. ПК-ЛСТ-30;

ПК-М-1 - повышенные антифрикционные свойства, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;

ПК-М-2 - повышенная стойкость к растрескиванию и самозатухаемость, аналогов по наст. вр. - нет;

ПК-М-3 - может эксплуатироваться при крайне низких температурах, в наст. вр. используются специальные марки импортных материалов;

ПК-С3, ПК-ОД - самозатухающие с повышенной стойкостью к горению (категория горючести ПВ-0), в наст. вр. ПК-ТС-16-ОД;

ПК-ОМ, ПК-ЛТ-12-ОМ, ПК-ЛТО-12 - непрозрачные и полупрозрачные материалы различных цветов, в наст. вр. ПК-ЛТ-18-ОМ.

Мировое производство

Поликарбонаты являются крупнотоннажными продуктами органического синтеза, мировые производственные мощности в 2006 г. составляли более 3 млн. тонн в год. Основные производители поликарбоната (2006 г.)^[2]:

Производитель	Объем производства	Торговые марки
Bayer Material Science AG	900 000 т/год	Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend [3]
Sabic Innovative Plastics	900 000 т/год	Lexan
Samyang Busines Chemicals	360 000 т/год	Trirex [4]
Dow Chemical / LG DOW Polycarbonate	300 000 т/год	Calibre [5]
Teijin	300 000 т/год	Panlite [6]
Всего	3 200 000 т/год

Применение

Благодаря высокой прочности и ударной вязкости (250—500 кдж/м²) применяются в качестве конструкционных материалов в различных отраслях промышленности, используются при изготовлении защитных шлемов для экстремальных дисциплин вело- и мотоспорта. При этом для улучшения механических свойств применяются и наполненные стекловолокном композиции.

Благодаря сочетанию высоких механических и оптических качеств монолитный пластик также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий; листовой ячеистый пластик применяется в качестве светопрозрачного материала в строительстве. Также, материал используется, там где требуется повышенная теплоустойчивость. Это могут быть компьютеры, очки, светильники, фонари и т.д.

См. также

• Сотовый поликарбонат
• Монолитный (литой) поликарбонат

Примечания

1. ↑ "Поликарбонаты. Каталог." // НПО "Пластмассы" - Черкассы: 1986
2. ↑ Market review of polycarbonates: Russian and global markets of polycarbonates // SafPlast
3. ↑ Polycarbonates // Bayer Material Science AG
4. ↑ Tryrex // Samyang Busines Chemicals
5. ↑ Calibre // LG DOW Polycarbonate
6. ↑ Panlite // Teijin Kasei America