高分子化合物 理化性质 玻纤增强聚碳酸酯 医用聚碳酸酯 性能及用途 酯交换法制备聚碳酸酯 光气法制备
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聚碳酸酯

聚碳酸酯,25037-45-0,结构式
聚碳酸酯
  • CAS号:25037-45-0
  • 英文名称:Polycarbonate
  • 英文同义词:POLYCARBONATE;POLYCARBONATE;POLYCARBONATE;POLYCARBONATE;CARBONATE RESIN;POLYCARBONATE 326;POLYCARBONATE RESIN;POLYCARBONATE 6'800;POLYCARBONATE 46000;POLYCARBONATE 50'000
  • 中文名称:聚碳酸酯
  • 中文同义词:聚碳酸酯;聚碳酸酯板;聚双酚A碳酸酯;聚碳酸酯(阻燃);聚碳酸酯(着色);双酚A型聚碳酸酯;2,2-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯;碳酸、4,4’-(1-甲基亚乙基)双苯酚的聚合物
  • CBNumber:CB6236571
  • 分子式:C31H32O7
  • 分子量:0
  • MOL File:Mol file
聚碳酸酯化学性质
  • 熔点  :220~230℃
  • 密度  :1.2 g/mL at 25 °C(lit.)
  • 折射率  :n20/D 1.586
  • 溶解度  :chlorinated solvents: soluble
  • 形态 :neat
安全信息
  • WGK Germany  :3

聚碳酸酯性质、用途与生产工艺

  • 高分子化合物 聚碳酸酯是在分子主链中含有碳酸酯的高分子化合物的总称,种类很多,最具有实用价值的是双酚A型聚碳酸酯。无毒、无臭、无色至淡黄色的透明固体。1953年H.施奈尔等在德国拜耳公司制出了具有热塑性的高熔点聚碳酸酯。1958年和1959年德国拜耳公司和美国通用电气公司相继实现了工业化生产。至20世纪70年代生产规模迅速达到万吨级。现在比较先进、采用较多的方法是双酚A钠盐与光气反应的界面缩聚工艺。
    聚碳酸酯通过共聚、共混、增强等途径已发展了很多改性品种。玻璃纤维增强聚碳酸酯有更为突出的刚性、尺寸稳定性和耐蠕变性,强度和弹性模量提高2~3倍,硬度提高20%~30%,热胀系数减少到原来的三分之一。
    聚碳酸酯是最重要的工程塑料之一,具有韧而刚、尺寸稳定、易着色、透明、电绝缘性好、耐电晕、对臭氧稳定等优良性能,且可经受车、铣、刨、磨、锯、钻、冲压等机械加工,因而广泛用于国民经济各部门,代替铜、铝、锌等有色金属和玻璃、木材等非金属材料,用来制造飞机和车辆的风挡和驾驶窗,用作交通工具和住房的玻璃,制作照明灯具、防爆灯具和安全面罩等。用于制造各种机械零件(如齿轮、螺杆、曲轴、导轨、阀门、管件等)、塑料光纤、通信用具及各类眼镜镜片。聚碳酸酯也可用于制造各种电气设备和用具的外壳和零件。因其无毒无味而又耐热,可制各种医疗器具、手术器械、镶牙材料、厨房用具、饮料容器、食品用具、滤水器等。聚碳酸酯薄膜可制电容器、录音带、彩色录像带、太阳能利用装置、微波加热系统、反渗析膜、超过滤膜;其泡沫塑料具有耐燃性和绝热性,用于建筑工业。但聚碳酸酯抗疲劳强度低,易发生应力开裂,常用玻璃纤维增强以避免上述缺点,并提高其他多项性能。若聚碳酸酯与多种聚合物共混,或加入各种稳定剂、阻燃剂、抗静电剂,则可制得新品种以扩展其应用范围。
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  • 理化性质 聚碳酸酯学名2,2-双(-4-羟基苯基)-丙烷聚碳酸酯,是一种无定形的、无味、无臭、无毒透明的热塑性聚合物。可在-60~120℃下长期使用,热变形温度130~140℃,玻璃化温度149℃,在220~230℃呈熔融状态,热分解温度>310℃,可见光透过率达90%以上。相对密度1.2,熔点等于或大于220℃。有良好的电绝缘性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性和突出的耐冲击韧性,蠕变小。软化点较高。能耐低温。溶于二氯甲烷和对二噁烷、稍溶于芳香烃和酮等,吸水性小。熔化与冷却后变成透明的玻璃状物。耐稀酸、弱碱和盐类,耐高级醇及脂肪烃等。可被碱破坏,在甲醇中溶胀。用作工程塑料时,拉伸强度(5.5076~6.5464)×107牛顿/米2,弯曲强度(7.5754~8.9572)×107 牛顿/米2,压缩强度8.575×107牛顿/米2,冲击强度(2.52~3.5)×103牛顿/米,硬度洛氏M70,R118。热变形温度 (1.81 ×106牛顿/米2) 132~143℃,介电常数 2.96×106赫兹。聚碳酸酯具有高冲击强度和良好的电性能。缺点是制品易开裂。可注射成型。成型精度高,特别适于制造外形复杂的摩擦件,如齿轮、电子元件、精密仪器零件。加入玻璃纤维可制得玻璃纤维增强塑料,也可制作防护玻璃、大型灯罩,以及耐120℃的绝缘薄膜。可由碳酸二苯酯和双酚A经酯交换和缩聚反应而制得。
  • 玻纤增强聚碳酸酯 玻纤增强聚碳酸酯比纯聚碳酸酯的强度和弹性模量提高很多,热变形温度也有一定提高,克服了纯聚碳酸酯不耐应力开裂、疲劳强度低的弊病,但冲击强度有所下降。随着玻纤含量的增加,强度也相应提高。
    德国拜耳公司生产的玻纤增强聚碳酸酯已用于电子、机电、航空、通讯、仪器仪表等工业做插线板、接插件、齿轮、涡轮、接线盒、照明灯座、线圈骨架、家用电器零件、耐热精密零件、刷架、防尘板、集电环、接线开关、手电钻零件、绝缘块、电磁阀壳、手轮、手柄、阀体等。
  • 医用聚碳酸酯 医用聚碳酸酯是指分子主链中含碳酸酯的医用高分子材料。其特点是冲击强度高,质轻,可在碱性溶液及水介质中缓慢水解,在生物环境中可降解。用作骨替代材料、齿科材料;与聚醚制成嵌段共聚物用作人工肾的透析膜; 与二甲基硅氧烷的共聚物可作氧合器膜。为改善生物降解性能,可引入功能亚基,如甲基、羟基等。
  • 性能及用途 聚碳酸酯是一种性能优良的工程塑料。其主要性能如下:
    (1) 聚碳酸酯是一种无定形、无味、无臭无毒、透明的热塑性塑料。一般透光率为85%~ 90%,可以制成接近无色透明的制品,着色性好。
    (2) 聚碳酸酯最重要的力学性能是韧而刚,无缺口冲击强度达到4.5MPa,拉伸和弯曲强度与尼龙、聚甲醛相近,在热塑性塑料中名列前茅,接近玻璃纤维增强的酚醛或不饱和聚酯的水平,呈延性断裂。成型的零件可达到很精密的公差,并在很宽的变化范围内保持尺寸稳定性,成型收缩率恒定为0.5~0.7%,它还有突出的抗蠕变性能,且拉伸、弯曲、压缩强度与聚酯玻璃钢、尼龙66相当,但它断裂延伸率比尼龙小得的多。具有很高的弹性模量,在100℃以下其弹性模量对温度的敏感性很小。
    (3) 聚碳酸酯的耐热性较好,可在-60~ 120℃下长期使用,热变形温度130~140℃,玻璃化温度149℃,无明显熔点,在220~230℃呈熔融状态,热分解温度>310℃。属自熄性树脂。
    (4) 吸水率低,为0.16%,成型收缩率小,为 0.5%~0.6%,收缩均匀,尺寸稳定,可制造精密零件。
    (5) 在较宽的温度范围内和潮湿条件下具有良好而恒定的电绝缘性,耐电晕性。耐电弧性中等。
    (6) 有良好的耐化学药品性和耐大气老化性能,能抵制日光、水和气温的激烈变化,对水、酸等稳定,但不耐碱、酮等介质,溶于氯化烃,长期浸入沸水中,易引起水解和开裂。
    它的不足是耐疲劳强度低,耐应力开裂性差,对缺口很敏感,易产生应力开裂。
    聚碳酸酯的用途很广,可用作机械零件,如齿轮、汽车外壳等。又因为它无毒可以做食品包装、餐具。由它制成的茶具与茶和咖啡接触,不会褪色或沾污,也不会影响食物原来的色和味。
  • 酯交换法制备聚碳酸酯 酯交换法制备聚碳酸酯
    酯交换法 双酚A和碳酸二苯酯在催化剂 (如四苯硼钠) 和氮气存在下,高温 (160~250℃) 减压下进行酯交换,然后再于250~300℃下缩聚,造粒,得到最终产品。
    酯交换法生产聚碳酸酯的反应式:
    酯交换法生产聚碳酸酯的反应式
    酯交换法工艺流程为:
    酯交换法工艺流程
    酯交换法的优点是,所用原料碳酸二苯酯容易制备,纯度较高,产物不必后处理,出料后可直接造粒和包装;缺点是,要求高温及高真空,要求特殊的搅拌装置,得不到很高分子量的聚合物。
  • 光气法制备 光气法制备聚碳酸酯
    光气法 双酚A、氢氧化钠、催化剂、分子量调节剂于常温、常压下通光气进行光气化和缩聚反应,除去反应物上层碱盐溶液,用甲酸中和至微酸性,除去上层酸水,经洗涤至不含氯离子为止,再经沉淀剂沉淀使树脂以粉状析出,然后加入热稳定剂等,经挤出、造粒即得聚碳酸酯成品。
    光气化法生产聚碳酸酯的反应式:
    光气化法生产聚碳酸酯的反应式
    光气化法工艺流程为:
    光气化法工艺流程 光气化法的优点是,在常温常压下进行,设备简单,可得到高分子量的聚合物(分子量3~10万);缺点是,光气毒性大,需特殊防护,产物需经后处理和造粒,溶剂需回收,工艺流程复杂。
  • 化学性质  无毒、无臭、无色至淡黄色透明的固体。 溶于二氯甲烷和对二恶烷,稍溶于芳烃和酮等。
  • 用途  用于制衬衫、床上用品、餐桌布、工作服布等
  • 用途  用于光盘基片材料。
  • 用途  用作电子电气零部件、机械纺织工业零件、建筑结构件、航空透明材料及零部件、泡沫结构材料等
  • 生产方法  聚碳酸酯的合成有2种方法,一是光气法,二是酯交换法。
    光气法:光气法又称溶剂法和界面缩聚法。它是在常温常压下,以双酚A钠盐与光气进行界面缩聚反应制得的聚碳酸酯。光气法生产工艺主要分以下个步骤:
    光气化。将配制好的双酚钠盐加入光气化釜,随后加入二氯甲烷于光气化釜中,开动搅拌,当釜内温度降至20℃时,恒速通入光气进行光气化反应。当反应介质的pH值为7-8时,停止通光气,光气化反应即告结束。
    缩聚。将光气化物、25%碱液、催化剂、三甲基苄基氯化铵及分子量调节剂苯酚等加入反应釜中,在搅拌情况下,于25-30℃继续进行反应3-4h,反应是放热反应,应采用冷水降温。当反应终止,静置分层除去上层碱盐溶液,再加入5%甲酸中和至物料呈微酸性,分出上层酸水相,经过中和后反应溶液再进行后处理。
    后处理。后处理一方面是除去树脂中的盐质,另一方面是除去树脂中低分子物和未反应的双酚A。盐质的脱除,一般采用水洗法,即把中和后的树脂溶液加水搅拌,洗去树脂中盐质,至洗涤水中不含氯离子为止。低分子物一般除采用沉淀法。即水洗后的树脂溶液加入沉淀剂使聚碳酸酯呈粉末或粒状析出。沉淀剂可使用醇类、酮类以及石油醚、甲苯或二甲苯。光气法转化效率高,一般均在90%以上,相对分子质量可高达(15-20)×104但分子质量过高,成型困难。因此常用分子质量调节剂将分子量控制在104以下。
    酯交换法:酯交换法又称熔融缩聚法,聚合时不使用溶剂,不需要回收溶剂的设备,产品可直接出料造粒,但反应时间较长,并需在高真空和高温度下进行。由于反应物料的粘度较高,使反应过程中热交换及物料的均匀混合有困难,很难制得高分子量的产物。酯交换法是在碱性催化剂存在下,将双酚A与碳酸二苯酯在高温高真空和熔融条件下进行的。
    取双酚A:碳酸二苯酯=1:(1.05-1.1),反应温度高,酯交换反应速度快,但超过180℃双酚A容易发生分解,因此酯交换反应初期只能以180℃为温度上限。
    酯交换反应的催化剂有苯甲酸钠、醋酸锂、醋酸铬、醋酸钴和氢化钾等。其用量为双酚A的0.0025%。
    酯交换法工艺有三个步骤:
    酯交换 将双酚A和碳酸二苯酯加入酯交换釜熔融后,加入催化剂,在6650Pa真空下,在175℃左右进行酯交换为第一阶段反应。当反应体系大量苯酚蒸出后,再升温至200-230℃,在1330-5320Pa真空下,继续蒸出副产物苯酚。当蒸出量为理论量的80%-90%时,酯交换即告结束。用氯气将反应物压至缩聚釜。
    缩聚反应 将酯交换后的反应物在搅拌和真空(133Pa)下,控制釜内温度为295-300℃进行缩聚反应,脱去苯酚和碳酸二苯酯,随着反应的进行,产物熔融粘度升高,分子量增加,直至所需的指标。
    后处理 缩聚反应结束后,在惰性气体中于300℃加热2-5h,把熔融物排出用10%盐酸溶液浸泡粒料以除去碱性催化剂的碱金属离子,再用无离子水洗至pH值等于7,最后干燥后包装。
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