Введение
Поликарбонаты (PC) — это группа термопластичных полимеров, содержащих карбонатные группы в своей химической структуре. Поликарбонаты, используемые в инженерных целях, представляют собой прочные и вязкие материалы, а некоторые марки обладают оптической прозрачностью. Они легко поддаются обработке, формованию и термоформованию. Благодаря этим свойствам поликарбонаты находят широкое применение. Поликарбонаты не имеют уникального кода идентификации полимеров (RIC) и обозначаются как "Другие", 7 в списке RIC. Изделия из поликарбоната могут содержать мономер-предшественник бисфенол А (BPA).
Polycarbonates (PC) are a group of thermoplastic polymers containing carbonate groups in their chemical structures. Polycarbonates used in engineering are strong, tough materials, and some grades are optically transparent. They are easily worked, molded, and thermoformed. Because of these properties, polycarbonates find many applications. Polycarbonates do not have a unique resin identification code (RIC) and are identified as "Other", 7 on the RIC list. Products made from polycarbonate can contain the precursor monomer bisphenol A (BPA).
Структура
Углеродные карбонаты имеют плоскую структуру OC(OC)2, которая придает им жесткость. Уникальная связь O=C короткая (1,173 Å в изображенном примере), в то время как связи C–O больше напоминают связи в эфирах (расстояние связей 1,326 Å для изображенного примера). Поликарбонаты получили свое название, поскольку это полимеры, содержащие карбонатные группы (−O−(C=O)−O−). Благодаря сочетанию полезных свойств, таких как термостойкость, ударопрочность и оптические характеристики, поликарбонаты занимают промежуточное положение между обычными и конструкционными пластмассами.
Электронные компоненты
Поликарбонат в основном используется в электронных приложениях, где используются его комплексные характеристики безопасности. Являясь хорошим электроизолятором с теплостойкостью и огнестойкостью, он применяется в изделиях, связанных с системами электроснабжения и телекоммуникационным оборудованием. Он может использоваться в качестве диэлектрика в высокостабильных конденсаторах.
Строительные материалы
Второй по величине потребитель поликарбонатов – строительная отрасль, например, для световых фонарей, плоского или изогнутого остекления, кровельных листов и шумозащитных экранов. Поликарбонаты применяются для изготовления материалов, используемых в строительстве, которые должны быть прочными и при этом легкими.
3D-печать
Поликарбонаты широко используются в 3D-печати FDM для производства прочных и долговечных пластиковых изделий с высокой температурой плавления. Поликарбонат относительно сложен в печати для начинающих и любителей по сравнению с термопластиками, такими как полилактид (PLA) или акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), из-за высокой температуры плавления, сложности с адгезией к платформе, склонности к короблению в процессе печати и способности поглощать влагу во влажной среде. Несмотря на эти сложности, 3D-печать поликарбонатом широко распространена в профессиональной среде.
Хранение данных
Основным рынком поликарбоната является производство компакт-дисков, DVD и Blu-ray дисков. Эти диски производятся методом литья под давлением, когда поликарбонат впрыскивается в форму, одна сторона которой содержит металлический штамп с негативным изображением данных диска, а другая – зеркальную поверхность. Типичные продукты производства листов и пленок включают применение в рекламе (вывески, дисплеи, защита постеров).
Нишевые приложения
Поликарбонат, являясь универсальным материалом с привлекательными свойствами при обработке и физическими характеристиками, нашел широкое применение в различных областях. Распространено использование бутылок для напитков, стаканов и контейнеров для пищевых продуктов, изготовленных методом литья под давлением, однако применение бисфенола А (BPA) в производстве поликарбоната вызывает опасения (см. Возможные риски при контакте с пищевыми продуктами), что привело к разработке и использованию пластиков, не содержащих BPA, в различных составах. Поликарбонат широко используется для изготовления средств защиты глаз, а также в других областях, где требуется устойчивость к ударам, например, в защитных экранах и осветительных приборах, где традиционно применялось стекло. Линзы из поликарбоната также защищают глаза от ультрафиолетового излучения. Из поликарбоната производят множество видов линз, включая линзы автомобильных фар, осветительные линзы, линзы для солнцезащитных и очков, защитные очки и визоры, в том числе визоры для спортивных шлемов и масок, а также для полицейского снаряжения (визоры шлемов, щиты для защиты от беспорядков и т.д.). Лобовые стекла небольших моторизованных транспортных средств, таких как мотоциклы, квадроциклы, гольф-кары, небольшие самолеты и вертолеты, часто изготавливаются из поликарбоната. Небольшой вес поликарбоната по сравнению со стеклом способствовал разработке электронных дисплеев, в которых стекло заменено поликарбонатом для использования в мобильных и портативных устройствах. К таким дисплеям относятся новые электронные чернила и некоторые ЖК-экраны, хотя для ЭЛТ, плазменных экранов и других ЖК-технологий обычно все еще требуется стекло из-за его более высокой температуры плавления и возможности более точной гравировки. Поскольку все большее число правительств ограничивают использование стекла в барах и клубах из-за роста числа случаев нанесения травм стеклом, поликарбонатные стаканы становятся популярными для подачи алкогольных напитков благодаря своей прочности, долговечности и ощущения, схожего со стеклом. К другим разнообразным изделиям относятся прочный и легкий багаж, корпуса для MP3/цифровых аудиоплееров, окарины, компьютерные корпуса, щиты для защиты от беспорядков, приборные панели, подсвечники для чайных свечей и кувшины для блендеров. Многие игрушки и хобби-изделия изготавливаются из деталей из поликарбоната, таких как стабилизаторы, крепления гироскопов и замки флайбара в радиоуправляемых вертолетах, а также прозрачные детали LEGO (ABS используется для непрозрачных деталей). Стандартные поликарбонатные смолы не подходят для длительного воздействия ультрафиолетового излучения. Для решения этой проблемы в основную смолу могут быть добавлены УФ-стабилизаторы. Эти марки продаются компаниям, занимающимся литьем под давлением и экструзией, как поликарбонат, стабилизированный от ультрафиолета. В других областях применения, включая поликарбонатные листы, анти-УФ слой может быть добавлен в виде специального покрытия или коэкструзии для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям. Поликарбонат также используется в качестве основы для печати на табличках и других промышленных изделиях с подпечаткой. Поликарбонат обеспечивает защиту от износа, воздействия окружающей среды и выцветания.
Медицинские применения
Многие марки поликарбоната используются в медицинских целях и соответствуют требованиям стандартов ISO 10993-1 и USP Class VI (иногда обозначаемым как PC ISO). Класс VI является самым строгим из шести классов USP. Эти марки можно стерилизовать паром при 120 °C, гамма-излучением или методом этиленоксида (EtO). Компания Trinseo строго ограничивает применение всех своих пластиков в медицинских целях. Алифатические поликарбонаты были разработаны с улучшенной биосовместимостью и способностью к разложению для применения в наномедицине.
Мобильные телефоны
Некоторые производители смартфонов используют поликарбонат. Nokia начала использовать поликарбонат в своих телефонах с момента выпуска модели N9 с цельным корпусом в 2011 году. Эта практика продолжилась в различных моделях серии Lumia. Samsung начала использовать поликарбонат с задней крышкой Galaxy S III с покрытием Hyperglaze в 2012 году. Эта практика продолжается в различных моделях серии Galaxy. Apple начала использовать поликарбонат с цельным корпусом iPhone 5C в 2013 году. Преимущества по сравнению со стеклянными и металлическими задними крышками включают в себя устойчивость к растрескиванию (преимущество перед стеклом), изгибам и царапинам (преимущество перед металлом), амортизацию ударов, низкую стоимость производства и отсутствие влияния на радиосигналы и беспроводную зарядку (преимущество перед металлом). Поликарбонатные задние крышки доступны с глянцевой или матовой поверхностью. Однако после 30 лет лабораторных исследований этот класс материалов был заброшен без коммерциализации. Исследования возобновились в 1953 году, когда Герман Шнелл в компании Bayer в Уэрдингене (Германия) запатентовал первый линейный поликарбонат. Торговая марка "Makrolon" была зарегистрирована в 1955 году. Также в 1953 году, и через неделю после изобретения в Bayer, Дэниел Фокс в компании General Electric (GE) в Питтсфилде (штат Массачусетс) независимо синтезировал разветвленный поликарбонат. Обе компании подали заявки на патенты в США в 1955 году и договорились, что компании, не имеющей приоритета, будет предоставлена лицензия на технологию. Приоритет патента был признан за Bayer, и Bayer начала коммерческое производство под торговым названием Makrolon в 1958 году. GE начала производство под названием Lexan в 1960 году и создала подразделение GE Plastics в 1973 году. После 1970 года оригинальный коричневатый оттенок поликарбоната был улучшен до состояния "прозрачного как стекло".
Термическая деградация
Отходы поликарбоната разлагаются при высоких температурах с образованием твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ. Исследование показало, что продукты разложения составляют примерно 40–50 мас.% жидкости, 14–16 мас.% газов, а 34–43 мас.% остается в виде твердого остатка. Жидкие продукты содержали преимущественно производные фенола (~75 мас.%) и бисфенол (~10 мас.%). Производные фенола являются загрязнителями окружающей среды и классифицируются как летучие органические соединения (ЛОС). Исследования показывают, что они, вероятно, способствуют образованию приземного озона и увеличению фотохимического смога. В водных экосистемах они могут потенциально накапливаться в организмах. Они сохраняются на полигонах, плохо испаряются и остаются в атмосфере.
Влияние грибков
В 2001 году в Белизе был обнаружен вид грибка Geotrichum candidum, способный разлагать поликарбонат, из которого изготавливаются компакт-диски (CD). Это открывает перспективы для биоремедиации. Однако воспроизвести этот эффект пока не удалось.