聚碳酸酯

聚碳酸酯(簡稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、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械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業化生產。由于聚碳酸酯結構上的特殊性，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。
化學性質
聚碳酸酯耐弱酸，耐弱堿，耐中性油。
聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強堿。
PC是一種線型碳酸聚酯，分子中碳酸基團與另一些基團交替排列，這些基團可以是芳香族，可以是脂肪族，也可兩者皆有。雙酚A型PC是最重要的工業產品。
PC是幾乎無色的玻璃態的無定形聚合物，有很好的光學性。PC高分子量樹脂有很高的韌性，懸臂梁缺口沖擊強度為600~900J/m，未填充牌號的熱變形溫度大約為130°C ，玻璃纖維增強后可使這個數值增加10°C。PC的彎曲模量可達2400MPa以上，樹脂可加工制成大的剛性制品。低于100°C 時，在負載下的蠕變率很低。PC有較好的耐水解性，但不能用于重復經受高壓蒸汽的制品。
PC主要性能缺陷是耐水解穩定性不夠高，對缺口敏感，耐有機化學品性，耐刮痕性較差，長期暴露于紫外線中會發黃。和其他樹脂一樣，PC容易受某些有機溶劑的浸濁。
物理性質
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
聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級，在普通使用溫度內都有良好的機械性能。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級阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相對聚碳酸酯價格較低，并可通過本體聚合的方法生產大型的器件。隨著聚碳酸酯生產規模的日益擴大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之間的價格差異在日益縮小。2.7m寬sabic lexan板已在中國調試成功，為中國添光彩。
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表面進行特殊處理。
生產
聚碳酸酯是日常常見的一種材料。由于其無色透明和優異的抗沖擊性，日常常見的應用有光碟，眼鏡片，水瓶，防彈玻璃，護目鏡、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，經聚酯切片工廠加工后就成了聚酯切片顆粒物，再經塑料廠加工就成了成品，從實用的角度，其散熱性能也比ABS塑料較好，熱量分散比較均勻。
運用這種材料比較顯著的就是FUJITSU了，在很多型號中都是用這種材料，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。如果筆記本電腦內沒有標識的話，單從外表面看不仔細去觀察，可能會以為是合金物。
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，食物貯存貨的生產者和采購員喜歡聚碳酸酯纖維。當與矽土玻璃比較聚碳酸酯纖維如同輕量級和高度不易碎。聚碳酸酯纖維多用于一次性塑料水瓶和重用塑料水瓶。
市場應用
聚碳酸酯的應用開發是向高復合、高功能、專用化、系列化方向發展，目前已推出了光盤、汽車、辦公設備、箱體、包裝、醫藥、照明、薄膜等多種產品各自專用的品級牌號。
⑴用于建材行業
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定性和良好的成型加工性能，使其比建筑業傳統使用的無機玻璃具有明顯的技術性能優勢。目前，中國建有聚碳酸酯建材中空板生產線20余條，年需用聚碳酸酯7萬t左右，預計到2005年將達到14萬t。
⑵用于汽車制造工業
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，因此適用于生產轎車和輕型卡車的各種零部件，其主要集中在照明系統、儀表板、加熱板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保險杠等。根據發達國家數據，聚碳酸酯在電子電氣、汽車制造業中使用比例在40%～50%，目前中國在該領域的使用比例只占10%左右，電子電氣和汽車制造業是中國迅速發展的支柱產業，未來這些領域對聚碳酸醋的需求量將是巨大的。預計2005年中國汽車總量將達300多萬輛，屆時需求量也將達到3萬t，因而聚碳酸酯在這一領域的應用是極有拓展潛力的。
⑶用于生產醫療器械
由于聚碳酸酯制品可經受蒸汽、清洗劑、加熱和大劑量輻射消毒，且不發生變黃和物理性能下降，因而被廣泛應用于人工腎血液透析設備和其他需要在透明、直觀條件下操作并需反復消毒的醫療設備中。如生產高壓注射器、外科手術面罩、一次性牙科用具、血液分離器等。
⑷用于航空、航天領域
近年來，隨著航空、航天技術的迅速發展，對飛機和航天器中各部件的要求不斷提高，使得PC在該領域的應用也日趨增加。據統計，僅一架波音型飛機上所用聚碳酸酯部件就達2500個，單機耗用聚碳酸酯約2噸。而在宇宙飛船上則采用了數百個不同構型并由玻璃纖維增強的聚碳酸酯部件及宇航員的防護用品等。
⑸用于包裝領域
近年來，在包裝領域出現的新增長點是可重復消毒和使用的各種型號的儲水瓶。由于聚碳酸酯制品具有質量輕，抗沖擊和透明性好，用熱水和腐蝕性溶液洗滌處理時不變形且保持透明的優點，目前一些領域PC瓶已完全取代玻璃瓶。據預測，隨著人們對飲用水質量重視程度的不斷提高，聚碳酸酯在這方面的用量增長速度將保持在10%以上，預計到2005年將達到6萬t。
⑹ 用于電子電器領域
由于聚碳酸酯在較寬的溫、濕度范圍內具有良好而恒定的電絕緣性，是優良的絕緣材料。同時，其良好的難燃性和尺寸穩定性，使其在電子電器行業形成了廣闊的應用領域。聚碳酸酯樹脂主要用于生產各種食品加工機械，電動工具外殼、機體、支架、冰箱冷凍室抽屜和真空吸塵器零件等。而且對于零件精度要求較高的計算機、視頻錄像機和彩色電視機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值。
⑺用于光學透鏡領域
聚碳酸酯以其獨特的高透光率、高折射率、高抗沖性、尺寸穩定性及易加工成型等特點，在該領域占有極其重要的位置。采用光學級聚碳酸配制作的光學透鏡不僅可用于照相機、顯微鏡、望遠鏡及光學測試儀器等，還可用于電影投影機透鏡、復印機透鏡、紅外自動調焦投影儀透鏡、激光束打印機透鏡，以及各種棱鏡、多面反射鏡等諸多辦公設備和家電領域，其應用市場極為廣闊。聚碳酸酯在光學透鏡方面的另一重要應用領域便是作為兒童眼鏡、太陽鏡和安全鏡和成人眼鏡的鏡片材料。近年來，世界眼鏡業聚碳酸酯消費量年均增長率一直保持在20%以上，顯示出極大的市場活力。
⑻ 用于光盤的基礎材料
近年來，隨著信息產業的倔起，由光學級聚碳酸酯制成的光盤作為新一代音像信息存儲介質，正在以極快的速度迅猛發展。聚碳酸酯以其優良的性能特點因而成為世界光盤制造業的主要原料。目前世界光盤制造業所耗聚碳酸酯量已超過聚碳酸酯整體消費量的20%，其年均增長速度超過10%。中國光盤產量增長迅速，據國家新聞出版總署公布的數字，2002年全國共有光盤生產線748條，年耗光學級聚碳酸酯約8萬噸，且全部進口。因而聚碳酸酯在光盤制造領域的應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，碳酸本身并不穩定，但其衍生物（如光氣，尿素，碳酸鹽，碳酸酯）都有一定穩定性。
按醇結構的不同，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，熔點和玻璃化溫度低，強度差，不能用作結構材料；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，手術縫合線，骨骼支撐材料等方面獲得應用。
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，但以工業化的僅限于雙酚A聚碳酸酯，因為其熔點高，物理機械性能好。通常如未標明是哪一類聚碳酸酯，指的就是這一品種。
工業上應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℃內保持良好地力學性能，抗沖性能和透明性特好，尺寸穩定，耐蠕變，性能優于滌綸聚酯，是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易應力開裂，受熱時易水解，加工前應充分干燥。
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，進行酯交換，在高溫減壓條件下不斷排除苯酚，提高反應程度和分子量。
酯交換法需用催化劑，分兩個階段進行：第一階段，溫度180-200℃，壓力270-400Pa，反應1-3h,轉化率為80%-90%；第二階段，290-300℃,130Pa以下，加深反應程度。起始碳酸二苯酯應過量，經酯交換反應，排出苯酚，由苯酚排出量來調節兩基團數比，控制分子量。
苯酚沸點高，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3萬，300℃時的粘度達600Pa·s，對反應設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。
（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。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，反應器內的攪拌要保證有機相中的光氣及時地擴散至界面，以供反映。光氣直接法比酯交換法經濟，所得分子量也較高。
界面縮聚是不可逆反應，并不嚴格要求兩基團數相等，一般光氣稍過量，以彌補水解損失。可加少量單官能團苯酚進行端基封鎖，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，或產生交聯。
PC可注塑、擠出、模壓、吹塑、熱成型、印刷、粘接、涂覆和機加工，最重要的加工方法是注塑。成型之前必須預干燥，水分含量應低于0.02%，微量水份在高溫下加工會使制品產生白濁色澤，銀絲和氣泡，PC在室溫下具有相當大的強迫高彈形變能力。沖擊韌性高，因此可進行冷壓，冷拉，冷輥壓等冷成型加工。擠出用PC分子量應大于3萬，要采用漸變壓縮型螺桿，長徑比1：18~24，壓縮比1：2.5，可采用擠出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高質量，高透明瓶子。PC合金種類繁多，改進PC熔體粘度大（加工性）和制品易應力開裂等缺陷， 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點，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要貢獻高耐熱性，較好的韌性和沖擊強度，高強度、阻燃性， ABS則能改進可成型性，表觀質量，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，在負載下的蠕變率很低。PC有較好的耐水解性，但不能用于重復經受高壓蒸汽的制品。
PC主要性能缺陷是耐水解穩定性不夠高，對缺口敏感，耐有機化學品性，耐刮痕性較差，長期暴露于紫外線中會發黃。和其他樹脂一樣，PC容易受某些有機溶劑的浸濁。