从人们每天握在手里的手机壳到摆在桌上的透明水杯,从银行的防弹玻璃到航天器的舷窗,这跨度极大看似没有关联的产品,其背后却都利用了同一种高分子作为核心原料。而这个兼顾了透明度与抗冲击性的材料,就是聚碳酸酯(PC)。
01 聚碳酸酯分子简介

聚碳酸酯(又称PC塑料),是一种强韧的热塑性树脂,其名称来源于其内部的碳酸脂基团,是通过碳酸酯基将有机官能团连接在一起的聚酯产品。其分子主链中含有碳酸酯链节的线型聚合物,聚碳酸酯化学式可以表示为 (C16H14O3)n。
按醇结构不同可被分为脂族和芳族两类,在芳族聚碳酸酯中,目前投入工业化的仅有双酚A聚碳酸酯,该聚合物是经由双酚A和碳酸二酯经过缩聚脱去小分子而形成。

双酚A聚碳酸酯
02 聚碳酸酯性能
力学性能
具备优异的冲击韧性、耐蠕变性和较好耐磨性, 拉伸强度和弹性模量也较高, 而且能在较宽的温度范围内保持较高的力学强度
物理性能
外观为无色或微黄色的强韧透明颗粒,无味、无臭、无毒;密度1.18-1.20g/cm3。有较低吸水率,透光率好,25℃时折光指数为1.5890。PC的成型收缩率为0.5%~0.8%(结晶倾向较小)。
化学性能
分子内存在碳酸脂基,对极性有机溶剂敏感,发生溶解、溶胀、开裂的状况;对氧气、热量、大气和紫外线等均有良好的稳定性。
电性能
作为极性聚合物,聚碳酸酯具有优异的介电性能和电气绝缘性。其介电常数及其频率变化较小,电能损耗低;电阻率高,能有效阻止电流泄露。
03 合成途径
光气界面缩聚法

光气界面缩聚工艺通过将光气溶解于有机相二氯甲烷并与溶解于水相中的双酚A钠盐以胺类为催化剂、50℃条件下在两相界面进行缩聚反应。产物聚碳酸酯进入有机相并被溶解,副产物氯化钠溶于水相。溶有产物的有机相经洗涤、脱盐、脱溶剂、过滤干燥等一系列后处理得到产物聚碳酸酯。
熔融酯交换缩聚法

在熔融酯交换缩聚法制备聚碳酸酯的工艺中,参与反应的两种单体分别为双酚A和碳酸二苯酯。其反应过程可分为酯交换阶段和缩聚阶段。
两阶段分别要求温度180~200℃,压力270~400Pa,反应1~3h以达到80~90%的转化率以及290~300℃,130Pa以下条件以加深反应程度。反应过程均为可逆平衡反应。
为获得预期分子量的聚碳酸酯,起始碳酸二本酯须过量,且须不间断并尽可能多地从反应物系中移出反应生成的低分子产物苯酚来调节两基团数量比,控制分子量。
04 应用领域
电子电器领域
聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性,可用于生产零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件。
医疗器械领域
聚碳酸酯具有良好韧性、刚性、耐热、耐辐射性能。可以被广泛应用于人工肾血液透析设备以及如生产高压注射器、外科手术面罩等需要在直观透明条件下操作且需要频繁消毒的产品上。
建材领域
聚碳酸酯板材透光性能良好、抗冲击性强、耐紫外线辐射、具有尺寸稳定性及成型加工性能,以及优良的抗碎性能和抗磨性能。可用于学校、住宅、银行以及政府规定的必须使用防碎玻璃,确保安全的建筑领域。