聚碳酸酯

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。 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。
以上信息由Chemicalbook的彤彤编辑整理。 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。 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 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：

酯交换法工艺流程为：

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：

光气化法工艺流程为：
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。 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。 用于制衬衫、床上用品、餐桌布、工作服布等 用于光盘基片材料。 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 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。