náhled| Kryt mobilního telefonu z polykarbonátu
Polykarbonáty jsou skupinou termoplastických polymerů obsahujících ve svých strukturách uhličitanové skupiny. Polykarbonáty používané ve strojírenství jsou silné, houževnaté materiály. Některé třídy jsou opticky transparentní (průhledné). Snadno se zpracovávají vstřikováním a tvarováním za tepla. Díky těmto vlastnostem mají polykarbonáty mnoho použití. Polykarbonáty nemají jednoznačný recyklační identifikační kód a jsou označeny jako „ostatní“ nebo 7.
Polykarbonát se používá např. jako materiál pro výrobu domácího i laboratorního nádobí, elektronických přístrojů, displejů, osvětlení apod. Je také základním materiálem pro výrobu kompaktních disků a plastových lahví. Rovněž skla ochranných brýlí, zejména vojenských s balistickou odolností jsou převážně vyrobena z polykarbonátu. Polykarbonátové desky se též hojně využívají ve stavebnictví. Prodává se např. pod obchodními názvy Makrolon, Lexan nebo Calibre.Lexan
Struktura Název polykarbonátu je dán tím, že jde o polymer obsahující uhličitanové (karbonátové) skupiny (−O− (C = O) −O−). Rovnováha užitečných vlastností, včetně teplotní odolnosti, rázové houževnatosti a optických vlastností, řadí polykarbonáty mezi široce obchodovatelné plasty a zároveň mezi technické plasty.
Výroba Hlavní polykarbonátový materiál se vyrábí reakcí bisfenolu A (BPA) a fosgenu COCl2. Celková reakce se dá napsat následovně:
450px
První krok syntézy zahrnuje zpracování bisfenolu A hydroxidem sodným, který odstraní proton z hydroxylové skupiny bisfenolu A.Volker Serini "Polycarbonates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000.
(HOC6H4)2CMe2 + 2 NaOH → Na2(OC6H4)2CMe2 + 2 H2O
Difenol (Na2(OC6H4)2CMe2) reaguje s fosgenem za vzniku chlorformátu, který následně reaguje s dalším fenolem. Čistá reakce z difenolu je:
Na2(OC6H4)2CMe2 + COCl2 → 1/n [OC(OC6H4)2CMe2]n + 2 NaCl
Tímto způsobem se ročně vyrábí přibližně jedna miliarda kilogramů (milion tun) polykarbonátu. Testovalo se mnoho dalších diolů místo bisfenolu A (např. 1,1-bis (4-hydroxyfenyl) cyklohexan a dihydroxybenzofenon). Cyklohexan se používá jako komonomer pro potlačení tendence krystalizace produktu odvozeného od BPA. Tetrabromobisfenol A se používá ke zvýšení požární odolnosti. Jako náhrada za BPA byl vyvinut tetramethylcyklobutandiol.Volker Serini "Polycarbonates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000.
Alternativní cesta k polykarbonátům zahrnuje transesterifikaci z BPA a difenylkarbonátu :
(HOC6H4)2CMe2 + (C6H5O)2CO → 1/n [OC(OC6H4)2CMe2]n + 2 C6H5OH
Difenylkarbonát byl částečně připraven z oxidu uhelnatého, přičemž tento způsob je zelenější než fosgenová metoda.Volker Serini "Polycarbonates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000.
Byla zkoumána polymerace za otevření kruhu cyklických karbonátů.
Vlastnosti a zpracování Polykarbonát je trvanlivý materiál. I když má vysokou odolnost proti nárazu, má nízkou odolnost proti poškrábání. Proto se na polykarbonátové brýlové čočky a polykarbonátové automobilové komponenty aplikuje tvrdý povlak. Vlastnosti polykarbonátu jsou srovnatelné s polymethylmethakrylátem, ale polykarbonát je pevnější a déle vydrží až do extrémní teploty. Polykarbonát je vysoce transparentní pro viditelné světlo a má lepší propustnost světla než mnoho druhů skla.
Polykarbonát má teplotu skelného přechodu asi 147 °C, Odpovědi na běžné otázky o polykarbonátových pryskyřicích firmy Bayer. bayermaterialsciencenafta.com postupně se změkčuje nad tímto bodem a teče nad asi 155 °C. Nástroje musí být udržovány při vysokých teplotách, obvykle nad 80 °C, aby se vyrobily beznapěťové a beztlakové produkty. Druhy s nízkou molekulovou hmotností se lépe formují než s vyšší, ale jejich pevnost je tím nižší. Nejtvrdší druhy mají nejvyšší molekulovou hmotnost, ale je mnohem obtížnější je zpracovat.
Na rozdíl od většiny termoplastů může polykarbonát projít velkými plastickými deformacemi bez toho, aby popraskal nebo se zlomil. Výsledkem je, že může být zpracován a vyroben při pokojové teplotě za použití plechových technik, jako je ohýbání na ohýbačce. I při ostrých úhlech s úzkým poloměrem nemusí nutně dojít k zahřátí. Díky tomu je cenný v prototypových aplikacích, kde jsou zapotřebí průhledné nebo elektricky nevodivé části, které nemohou být vyrobeny z kovového plechu. Polymethylmethakrylát, který má podobný vzhled jako polykarbonát, je křehký a nelze ho ohýbat při pokojové teplotě.
Hlavní metody přeměny pro polykarbonátové pryskyřice: vytlačování do trubek, tyčí a jiných profilů včetně vícevrstvých vytlačování na válcích (kalandrách) do plechů (0,5–20 mm) a fólií (pod 1 mm), které mohou být použity přímo nebo přetvořeny na další tvary za použití technologií tepelného tvarování nebo druhotně výrobních technik, jako je ohýbání, vrtání nebo frézování. Vzhledem ke svým chemickým vlastnostem není příznivý pro řezání laserem. vstřikování do hotových výrobků
Polykarbonát může zkřehnout, pokud je vystaven ionizujícímu záření nad 25 kGy (J/kg). náhled| Láhev vyrobená z polykarbonátu.
Použití
Elektronické součástky Polykarbonát se hlavně používá v elektronických zařízeních, které využívají jeho celkové bezpečnostní vlastnosti. Vzhledem k tomu, že je dobrým elektrickým izolátorem a má vlastnosti odolné vůči teplu a ohni, používá se v různých výrobcích elektrických a telekomunikačních zařízeních. Může také sloužit jako dielektrikum v kondenzátorech s vysokou stabilitou.Volker Serini "Polycarbonates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000. Komerční výroba polykarbonátových kondenzátorů se nicméně většinou zastavila poté, co na konci roku 2000 přestal výrobce Bayer AG vyrábět kondenzátorové polykarbonátové fólie.
Stavební materiály náhled| Polykarbonátové tabule ve skleníku Druhým největším spotřebitelem polykarbonátů je stavební průmysl, např. kopulovitá světla, ploché nebo zakřivené zasklení a zvukové stěny, které všechny používají extrudovaný ploché pevné nebo vícevrstvé tabule nebo vlnité tabule.
Ukládání dat Hlavním použitím polykarbonátu je výroba kompaktních disků, DVD disků a Blu-ray disků. Tyto disky jsou vyrobeny vstřikováním polykarbonátu do dutých forem, které mají na jedné straně kovové pěchovadlo obsahující negativní obraz dat disku, zatímco druhá strana formy je zrcadlovitý povrch.
Specializované použití Polykarbonát, který je univerzálním materiálem s atraktivními zpracovatelskými a fyzikálními vlastnostmi, je lákavý pro nesčetné menší aplikace. Běžně se z něj vyrábí lahve na pití, sklenice a nádoby na potraviny, ale použití BPA při výrobě polykarbonátu vyvolalo vážné spory, což vedlo k vývoji a použití plastů bez BPA v různých přípravcích. náhled| Laboratorní bezpečnostní brýle Polykarbonát je běžně používán v ochraně očí, stejně jako v jiných aplikacích pro sledování a pro osvětlení, kde by se normálně používaly skla, kde se ale vyžaduje mnohem vyšší odolnost proti nárazům. Polykarbonátové čočky také chrání oko před UV zářením. Mnoho druhů čoček je vyrobeno z polykarbonátu, včetně čoček v automobilových světlometech, osvětlovacích čočkách, lupách/ brýlových čočkách, plaveckých brýlích a maskách na potápění a ochranných brýlích /brýlích pro 3R/ clon včetně průzorů ve sportovních helmách/ maskách a policejních zásahové výstroje (průzory helem, štíty atd.). Z polykarbonátu jsou obvykle vyrobena čelní skla malých motorových vozidlech, jako jsou motocykly, čtyřkolky, golfové vozíky a malá letadla a vrtulníky.
Typické produkty výroby fólií a filmů zahrnují aplikace v reklamě (značky, displeje, ochrana plakátů).Volker Serini "Polycarbonates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000. Ale také použití jako automobilové bezpečnostní zasklení (ECE R 43).
Na rozdíl od skla má polykarbonát nízkou hmotnost, což vedlo k vývoji elektronických obrazovek pro mobilní a přenosná zařízení, ve kterých je sklo nahrazeno polykarbonátem. Mezi tyto displeje patří i novější elektronický papír a některé LCD obrazovky, ačkoli CRT obrazovky, plazmové obrazovky a další LCD technologie obecně ještě vyžadují sklo pro jeho vyšší teplotu tání a jeho schopnost leptání v jemnějších detailech.
Jak vlády více a více omezují používání skla v hospodách a klubech v důsledku zvýšeného výskytu útoků rozbitým sklem, polykarbonátové sklo je stále populárnější pro podávání alkoholu, protože je pevné, odolné a bez (pravého) skla. Omezení alkoholu pro násilná místa. Stát Queensland (ministerstvo spravedlnosti a generální prokurátor) Zákaz běžného skla v licencovaných prostorách. Stát Queensland (ministerstvo spravedlnosti a generální prokurátor) náhled| Kartáčované černé tělo „Makrolon“ a uzávěr plnicího pera Lamy 2000 Mezi další předměty patří trvanlivá a lehká zavazadla, pouzdra na MP3 / digitální audio přehrávače, okaríny, počítačové skříně, plnicí pera, ochranné policejní štíty, přístrojové panely, nádoby na svíčky a mixéry. Z polykarbanátu je vyrobeno mnoho částí hraček a kutilských zařízení, jako jsou klapky, gyroskopy a „flybar“ zámky v rádiem řízených helikoptérách nebo průhledné díly stavebnice LEGO (na neprůhledné díly se používá ABS).
Standardní polykarbonátová pryskyřice není vhodná pro dlouhodobé vystavení UV záření. K překonání tohoto problému se do primární pryskyřice přidávají UV stabilizátory. Tyto druhy se prodávají jako polykarbonát stabilizovaný UV zářením vstřikováním a vytlačováním. Další aplikace, jako např. polykarbonátové desky, mohou mít anti-UV vrstvu přidanou jako speciální povlak nebo koextruzi pro zvýšení odolnosti proti povětrnostním vlivům.
Polykarbonát se také používá jako podklad pod tisk na štítky a další průmyslové účely pod tištěné výrobky. Polykarbonát slouží jako bariéra proti opotřebení, přírodním živlům a vyblednutí.
Polykarbonát se používá v uměleckých dílech. Americký popový umělec Roy Lichtenstein použil ve své práci polykarbonátový termoplastický film zvaný Rowlux v jeho portfoliu 10 Krajin a Moonscape.
Použití v lékařství Mnoho druhů polykarbonátu se používá v lékařských aplikacích a vyhovuje normám ISO 10993-1 a USP Class VI (příležitostně označovaným jako PC-ISO). Třída VI je nejpřísnější ze šesti USP hodnocení. Tyto druhy lze sterilizovat parou při teplotě 120 °C, gama zářením nebo ethylenoxidem (EtO). Vědecký výzkum však naznačuje možné problémy s biokompatibilitou. Společnost Dow Chemical přísně omezuje všechny plasty s ohledem na lékařské aplikace. V nedávné době vyvinuli vědci z Výzkumného střediska IBM Almaden alifatické polykarbonáty se zlepšenou biokompatibilitou a degradovatelností pro nanomedicínské aplikace.
Historie Polykarbonát byl poprvé připraven v roce 1898 Alfredem Einhornem, židovským vědcem pracujícím na univerzitě v Mnichově. Po 30 letech laboratorního výzkumu však byla tato třída materiálů opuštěna bez komercializace. Výzkum pokračoval v roce 1953, kdy Hermann Schnell ze společnosti Bayer v německém Uerdingenu patentoval první lineární polykarbonát. Značka „Merlon“ byla zaregistrována v roce 1955 a později se změnila na Makrolon v 80. letech 20. století.