聚碳酸酯

聚碳酸酯(簡(jiǎn)稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長(zhǎng)速度最快的通用工程塑料。
化學(xué)性質(zhì)
聚碳酸酯耐弱酸，耐弱堿，耐中性油。
聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強(qiáng)堿。
PC是一種線型碳酸聚酯，分子中碳酸基團(tuán)與另一些基團(tuán)交替排列，這些基團(tuán)可以是芳香族，可以是脂肪族，也可兩者皆有。雙酚A型PC是最重要的工業(yè)產(chǎn)品。
PC是幾乎無(wú)色的玻璃態(tài)的無(wú)定形聚合物，有很好的光學(xué)性。PC高分子量樹脂有很高的韌性，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為600~900J/m，未填充牌號(hào)的熱變形溫度大約為130°C ，玻璃纖維增強(qiáng)后可使這個(gè)數(shù)值增加10°C。PC的彎曲模量可達(dá)2400MPa以上，樹脂可加工制成大的剛性制品。低于100°C 時(shí)，在負(fù)載下的蠕變率很低。PC有較好的耐水解性，但不能用于重復(fù)經(jīng)受高壓蒸汽的制品。
PC主要性能缺陷是耐水解穩(wěn)定性不夠高，對(duì)缺口敏感，耐有機(jī)化學(xué)品性，耐刮痕性較差，長(zhǎng)期暴露于紫外線中會(huì)發(fā)黃。和其他樹脂一樣，PC容易受某些有機(jī)溶劑的浸濁。
物理性質(zhì)
密度：1.20－1.22 g/cm^3 線膨脹率：3.8×10 cm/cm°C 熱變形溫度：135°C 低溫-45度
聚碳酸酯無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級(jí)，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加劑就具有UL94 V-0級(jí)阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相對(duì)聚碳酸酯價(jià)格較低，并可通過本體聚合的方法生產(chǎn)大型的器件。隨著聚碳酸酯生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之間的價(jià)格差異在日益縮小。2.7m寬sabic lexan板已在中國(guó)調(diào)試成功，為中國(guó)添光彩。
聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對(duì)表面進(jìn)行特殊處理。
生產(chǎn)
聚碳酸酯是日常常見的一種材料。由于其無(wú)色透明和優(yōu)異的抗沖擊性，日常常見的應(yīng)用有光碟，眼鏡片，水瓶，防彈玻璃，護(hù)目鏡、銀行防子彈玻璃、車頭燈等等、寵物籠子。
聚碳酸酯PC也是筆記本電腦外殼采用的材料的一種，它的原料是石油，經(jīng)聚酯切片工廠加工后就成了聚酯切片顆粒物，再經(jīng)塑料廠加工就成了成品，從實(shí)用的角度，其散熱性能也比ABS塑料較好，熱量分散比較均勻。
運(yùn)用這種材料比較顯著的就是FUJITSU了，在很多型號(hào)中都是用這種材料，而且是全外殼都采用這種材料。不管從表面還是從觸摸的感覺上，PC-GF-##材料感覺都像是金屬。如果筆記本電腦內(nèi)沒有標(biāo)識(shí)的話，單從外表面看不仔細(xì)去觀察，可能會(huì)以為是合金物。
聚碳酸酯還被用來制作登月太空人的頭盔面罩。蘋果公司的ipod音樂播放器和ibook筆記本電腦外殼也使用聚碳酸酯制作。
由于它的清晰和韌性，食物貯存貨的生產(chǎn)者和采購(gòu)員喜歡聚碳酸酯纖維。當(dāng)與矽土玻璃比較聚碳酸酯纖維如同輕量級(jí)和高度不易碎。聚碳酸酯纖維多用于一次性塑料水瓶和重用塑料水瓶。
市場(chǎng)應(yīng)用
聚碳酸酯的應(yīng)用開發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，目前已推出了光盤、汽車、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產(chǎn)品各自專用的品級(jí)牌號(hào)。
⑴用于建材行業(yè)
聚碳酸酯板材具有良好的透光性，抗沖擊性，耐紫外線輻射及其制品的尺寸穩(wěn)定性和良好的成型加工性能，使其比建筑業(yè)傳統(tǒng)使用的無(wú)機(jī)玻璃具有明顯的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)。目前，中國(guó)建有聚碳酸酯建材中空板生產(chǎn)線20余條，年需用聚碳酸酯7萬(wàn)t左右，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到14萬(wàn)t。
⑵用于汽車制造工業(yè)
聚碳酸酯具有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能，而且耐候性好、硬度高，因此適用于生產(chǎn)轎車和輕型卡車的各種零部件，其主要集中在照明系統(tǒng)、儀表板、加熱板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保險(xiǎn)杠等。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)據(jù)，聚碳酸酯在電子電氣、汽車制造業(yè)中使用比例在40%～50%，目前中國(guó)在該領(lǐng)域的使用比例只占10%左右，電子電氣和汽車制造業(yè)是中國(guó)迅速發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，未來這些領(lǐng)域?qū)�聚碳酸醋的需求量將是巨大的。預(yù)計(jì)2005年中國(guó)汽車總量將達(dá)300多萬(wàn)輛，屆時(shí)需求量也將達(dá)到3萬(wàn)t，因而聚碳酸酯在這一領(lǐng)域的應(yīng)用是極有拓展?jié)摿Φ摹?br />⑶用于生產(chǎn)醫(yī)療器械
由于聚碳酸酯制品可經(jīng)受蒸汽、清洗劑、加熱和大劑量輻射消毒，且不發(fā)生變黃和物理性能下降，因而被廣泛應(yīng)用于人工腎血液透析設(shè)備和其他需要在透明、直觀條件下操作并需反復(fù)消毒的醫(yī)療設(shè)備中。如生產(chǎn)高壓注射器、外科手術(shù)面罩、一次性牙科用具、血液分離器等。
⑷用于航空、航天領(lǐng)域
近年來，隨著航空、航天技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)和航天器中各部件的要求不斷提高，使得PC在該領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅一架波音型飛機(jī)上所用聚碳酸酯部件就達(dá)2500個(gè)，單機(jī)耗用聚碳酸酯約2噸。而在宇宙飛船上則采用了數(shù)百個(gè)不同構(gòu)型并由玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯部件及宇航員的防護(hù)用品等。
⑸用于包裝領(lǐng)域
近年來，在包裝領(lǐng)域出現(xiàn)的新增長(zhǎng)點(diǎn)是可重復(fù)消毒和使用的各種型號(hào)的儲(chǔ)水瓶。由于聚碳酸酯制品具有質(zhì)量輕，抗沖擊和透明性好，用熱水和腐蝕性溶液洗滌處理時(shí)不變形且保持透明的優(yōu)點(diǎn)，目前一些領(lǐng)域PC瓶已完全取代玻璃瓶。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著人們對(duì)飲用水質(zhì)量重視程度的不斷提高，聚碳酸酯在這方面的用量增長(zhǎng)速度將保持在10%以上，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到6萬(wàn)t。
⑹ 用于電子電器領(lǐng)域
由于聚碳酸酯在較寬的溫、濕度范圍內(nèi)具有良好而恒定的電絕緣性，是優(yōu)良的絕緣材料。同時(shí)，其良好的難燃性和尺寸穩(wěn)定性，使其在電子電器行業(yè)形成了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。聚碳酸酯樹脂主要用于生產(chǎn)各種食品加工機(jī)械，電動(dòng)工具外殼、機(jī)體、支架、冰箱冷凍室抽屜和真空吸塵器零件等。而且對(duì)于零件精度要求較高的計(jì)算機(jī)、視頻錄像機(jī)和彩色電視機(jī)中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也顯示出了極高的使用價(jià)值。
⑺用于光學(xué)透鏡領(lǐng)域
聚碳酸酯以其獨(dú)特的高透光率、高折射率、高抗沖性、尺寸穩(wěn)定性及易加工成型等特點(diǎn)，在該領(lǐng)域占有極其重要的位置。采用光學(xué)級(jí)聚碳酸配制作的光學(xué)透鏡不僅可用于照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡及光學(xué)測(cè)試儀器等，還可用于電影投影機(jī)透鏡、復(fù)印機(jī)透鏡、紅外自動(dòng)調(diào)焦投影儀透鏡、激光束打印機(jī)透鏡，以及各種棱鏡、多面反射鏡等諸多辦公設(shè)備和家電領(lǐng)域，其應(yīng)用市場(chǎng)極為廣闊。聚碳酸酯在光學(xué)透鏡方面的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域便是作為兒童眼鏡、太陽(yáng)鏡和安全鏡和成人眼鏡的鏡片材料。近年來，世界眼鏡業(yè)聚碳酸酯消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率一直保持在20%以上，顯示出極大的市場(chǎng)活力。
⑻ 用于光盤的基礎(chǔ)材料
近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的倔起，由光學(xué)級(jí)聚碳酸酯制成的光盤作為新一代音像信息存儲(chǔ)介質(zhì)，正在以極快的速度迅猛發(fā)展。聚碳酸酯以其優(yōu)良的性能特點(diǎn)因而成為世界光盤制造業(yè)的主要原料。目前世界光盤制造業(yè)所耗聚碳酸酯量已超過聚碳酸酯整體消費(fèi)量的20%，其年均增長(zhǎng)速度超過10%。中國(guó)光盤產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，據(jù)國(guó)家新聞出版總署公布的數(shù)字，2002年全國(guó)共有光盤生產(chǎn)線748條，年耗光學(xué)級(jí)聚碳酸酯約8萬(wàn)噸，且全部進(jìn)口。因而聚碳酸酯在光盤制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景是極為廣闊的。
加工方法
聚碳酸酯（PC）是碳酸的聚酯類，碳酸本身并不穩(wěn)定，但其衍生物（如光氣，尿素，碳酸鹽，碳酸酯）都有一定穩(wěn)定性。
按醇結(jié)構(gòu)的不同，可將聚碳酸酯分成脂族和芳族兩類。
脂族聚碳酸酯。如聚亞乙基碳酸酯，聚三亞甲基碳酸酯及其共聚物，熔點(diǎn)和玻璃化溫度低，強(qiáng)度差，不能用作結(jié)構(gòu)材料；但利用其生物相容性和生物可降解的特性，可在藥物緩釋放載體，手術(shù)縫合線，骨骼支撐材料等方面獲得應(yīng)用。
這里著重介紹芳族聚碳酸酯。科研人員曾研究過多種雙酚聚碳酸酯，但以工業(yè)化的僅限于雙酚A聚碳酸酯，因?yàn)槠淙埸c(diǎn)高，物理機(jī)械性能好。通常如未標(biāo)明是哪一類聚碳酸酯，指的就是這一品種。
工業(yè)上應(yīng)用的聚碳酸酯主要由雙酚A和光氣來合成，其主鏈含有苯環(huán)和四取代的季碳原子，剛性和耐熱性增加，Tm=265-270℃，Tg=149℃，可在15-130℃內(nèi)保持良好地力學(xué)性能，抗沖性能和透明性特好，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變，性能優(yōu)于滌綸聚酯，是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易應(yīng)力開裂，受熱時(shí)易水解，加工前應(yīng)充分干燥。
聚碳酸酯的制法有酯交換法和光氣直接法。
（1）酯交換法
原理與生產(chǎn)滌綸聚酯的酯交換法相似。雙酚A與碳酸二苯酯熔融縮聚，進(jìn)行酯交換，在高溫減壓條件下不斷排除苯酚，提高反應(yīng)程度和分子量。
酯交換法需用催化劑，分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，溫度180-200℃，壓力270-400Pa，反應(yīng)1-3h,轉(zhuǎn)化率為80%-90%；第二階段，290-300℃,130Pa以下，加深反應(yīng)程度。起始碳酸二苯酯應(yīng)過量，經(jīng)酯交換反應(yīng)，排出苯酚，由苯酚排出量來調(diào)節(jié)兩基團(tuán)數(shù)比，控制分子量。
苯酚沸點(diǎn)高，從高粘熔體中脫除并不容易。與滌綸聚酯相比，聚碳酸酯的熔體粘度要高得多，例如分子量3萬(wàn)，300℃時(shí)的粘度達(dá)600Pa·s，對(duì)反應(yīng)設(shè)備的攪拌混合和傳熱有著更高的要求。因此，酯交換法聚碳酸酯的分子量受到了限制，多不超出3萬(wàn)。
（2）光氣直接法
光氣屬于酰氯，活性高，可以與羥基化合物直接酯化。光氣法合成聚碳酸酯多采用界面縮聚技術(shù)。雙酚A和氫氧化鈉配成雙酚鈉水溶液作為水相，光氣的有機(jī)溶液（如二氯甲烷）為另一相，以胺類（如四丁基溴化銨）作催化劑，在50℃下反映。反映主要在水相一側(cè)，反應(yīng)器內(nèi)的攪拌要保證有機(jī)相中的光氣及時(shí)地?cái)U(kuò)散至界面，以供反映。光氣直接法比酯交換法經(jīng)濟(jì)，所得分子量也較高。
界面縮聚是不可逆反應(yīng)，并不嚴(yán)格要求兩基團(tuán)數(shù)相等，一般光氣稍過量，以彌補(bǔ)水解損失。可加少量單官能團(tuán)苯酚進(jìn)行端基封鎖，控制分子量。聚碳酸酯用雙酚A的純度要求高，有特定的規(guī)格，不宜含有單酚和三酚，否則，得不到高分子量的聚碳酸酯，或產(chǎn)生交聯(lián)。
PC可注塑、擠出、模壓、吹塑、熱成型、印刷、粘接、涂覆和機(jī)加工，最重要的加工方法是注塑。成型之前必須預(yù)干燥，水分含量應(yīng)低于0.02%，微量水份在高溫下加工會(huì)使制品產(chǎn)生白濁色澤，銀絲和氣泡，PC在室溫下具有相當(dāng)大的強(qiáng)迫高彈形變能力。沖擊韌性高，因此可進(jìn)行冷壓，冷拉，冷輥壓等冷成型加工。擠出用PC分子量應(yīng)大于3萬(wàn)，要采用漸變壓縮型螺桿，長(zhǎng)徑比1：18~24，壓縮比1：2.5，可采用擠出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高質(zhì)量，高透明瓶子。PC合金種類繁多，改進(jìn)PC熔體粘度大（加工性）和制品易應(yīng)力開裂等缺陷， PC與不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。具體有PC/ABS合金，PC/ASA合金、 PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/彈性體共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有兩種材料性能優(yōu)點(diǎn)，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要貢獻(xiàn)高耐熱性，較好的韌性和沖擊強(qiáng)度，高強(qiáng)度、阻燃性， ABS則能改進(jìn)可成型性，表觀質(zhì)量，降低密度。2400MPa以上，樹脂可加工制成大的剛性制品。低于100°C 時(shí)，在負(fù)載下的蠕變率很低。PC有較好的耐水解性，但不能用于重復(fù)經(jīng)受高壓蒸汽的制品。
PC主要性能缺陷是耐水解穩(wěn)定性不夠高，對(duì)缺口敏感，耐有機(jī)化學(xué)品性，耐刮痕性較差，長(zhǎng)期暴露于紫外線中會(huì)發(fā)黃。和其他樹脂一樣，PC容易受某些有機(jī)溶劑的浸濁。