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).

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.