Poliwęglany

Poliwęglany - PC, poliestry kwasu węglowego, o budowie

${{\left[{\begin{matrix}~&~&O\\~&~&||\\-O-&R-O-&C-\\\end{matrix}}\right]}_{n}}$,

gdzie R - alkili lub akryl; p. otrzymuje się najczęściej w wyniku polikondensacji fosgenu ze związkami dihydroksylowymi; największe znaczenie prakt. mają p. aromatyczne otrzymywane z bisfenolu A

$\left(HO{{C}_{6}}{{H}_{4}}C{{\left(C{{H}_{3}}\right)}_{2}}{{C}_{6}}{{H}_{4}}OH\right)$

[J. Kofman, 1996, s. 964].

Poliwęglany są tworzywami termoplastycznymi o bardzo wysokiej temperaturze mięknięcia (około 1970K). Poliwęglany są bezpostaciowe, ale w odpowiednich warunkach mogą krystalizować. Z powodu bardzo słabej zdolności do krystalizacji polimeru czyste produkty z poliwęglanu są bezbarwne lub żółtawe i przejrzyste.

Są odporne na działanie chemikaliów nieorganicznych z wyjątkiem mocnych kwasów, rozpuszczalne w węglowodorach aromatycznych i chlorowanych, cykloheksanonie i DMF. Pod wpływem światła słonecznego powoli żółkną, są samogasnące lub niepalne. Mają dużą odporność na ciepło, jak również bardzo dobre właściwości mechaniczne i dielektryczne [W. Kubiński, 2010, s. 202].

W temperaturze pokojowej jest tworzywem odpornym na pełzanie. Ze względu na małą nasiąkliwość wody jest zalecany do wyrobu kształtek o ściśle tolerowanych wymiarach, obciążanych dynamicznie i pracujących w ciężkich warunkach atmosferycznych. Odpornością na ścieranie PC dorównuje prawie PA, nie jest jednak zalecany do wyrobu łożysk lub kół zębatych [B. Łączyński, 1982, s. 66].

Aczkolwiek poliwęglany są kompatybilne ze zmiękczaczami, w praktyce bardzo rzadko stosuje się zmiękczanie. Do poprawy wskaźnika płynięcia stosuje się niekiedy ftalan benzylowy, a także ftalan dicykloheksylowy. Oba zmiękczacze znacznie obniżają temperaturę mięknienia polimeru [W. Szlezyngier, Z. Brzozowski, 2012, s. 42].

Mimo trudności w ich produkcji i wysokich cen substancji wyjściowych, są coraz chętniej stosowanymi tworzywami termoplastycznymi z uwagi na bardzo dobre właściwości fizyczne i mechaniczne, a przede wszystkim wyjątkowo dużą- w stosunku do innych polimerów - udarność (ponad 20 $kJ/{{m}^{2}}$ - próbki z karbem). Są tworzywami kowalnymi, nie pękającymi, lecz odkształcającymi się pod wpływem uderzenia. Odznaczają się poza tym małą wodochłonnością (0,1$\div$ 0,2%), dużą odpornością (rozkładają się w temperaturze powyżej 320) i stabilnością cieplną (dłuższe przetrzymywanie tych tworzyw w stanie stopionym nie zmienia ich właściwości), dobrymi właściwościami dielektrycznymi (rezystywność), małym skurczem i szerokim zakresem temperatury użytkowania (od - 100 do +130). Gęstość poliwęglanów wynosi 1,2 $g/c{{m}^{3}}$, a temperatura topnienia ok. 200. Poliwęglany naturalne są przezroczyste, o lekko żółtawym zabarwieniu; można z nich jednak otrzymać wyroby (płyty) zupełnie przezroczyste.

Poliwęglany mogą być przerabiane wszystkimi metodami stosowanymi do przeróbki termoplastów (wtryskiwanie, prasowanie wytłaczanie, rozdmuchiwanie, kalandrowanie). Głównymi obszarami stosowania są:

• elektrotechnika i elektronika - do produkcji styków, przełącznikow, wtyczek, części komputerow, osłon ochronnych na monitory, części central telefonicznych, przekładek kondensatorów, taśm magnetofonowych i magnetowidowych itp.,
• przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i fotooptyczny - do produkcji części maszyn, wirników o obudów pomp, wentylatorów, liczników, części aparatów telefonicznych, fotograficznych i kamer filmowych, obudów świateł pozycyjnych na krawędziach skrzydeł samolotów itp.,
• w przemyśle artykułów gospodarstwa domowego - do produkcji naczyń kuchennych, butelek niemowląt, robotów kuchennych różnego rodzaju, odkurzaczy i innych aparatów i urządzeń narażonych w czasie pracy na uderzenia.

Podobnie jak w przypadku polimetakrylanu metylu również poliwęglany są szeroko stosowane do wytwarzania różnego rodzaju szyb, przepuszczających w ok. 90% światło widzialne, nietłukących się, odpornych na działanie czynników atmosferycznych [E. Krzemień, 2001, s. 235-236].

TL;DR

Poliwęglany są termoplastycznymi tworzywami o wysokiej temperaturze mięknięcia. Mają dobre właściwości mechaniczne i dielektryczne, są odporne na chemikalia i światło słoneczne. Stosuje się je w elektrotechnice, przemyśle maszynowym, artykułach gospodarstwa domowego oraz do produkcji szyb. PC można przerabiać różnymi metodami, a także modyfikować i mieszać z innymi polimerami. Mają szerokie zastosowanie w różnych branżach. W Polsce produkowane są pod nazwą Bistan, za granicą znane są jako Makrolon i Lexan.

Przetwórstwo

PC można przetwarzać i obrabiać wszystkimi metodami typowymi dla termoplastów. Duża lepkość stopu wymaga dużych sił wtrysku lub niewielkiego stosunku między drogą przepływu i grubością ścianek. Temperatura przetwórstwa wynosi przy wtrysku 280-320 (temperatura form 80-120), przy wytłaczaniu od 240 do 280. Konieczne jest wstępne suszenie w temp. 120 w czasie 4-24h w celu zmniejszenia zawartości wilgoci poniżej 0,01-0,02%. Korzystne jest stosowanie ślimaków odgazowujących. Skurcz przetwórczy wynosi 0,6-0,8%, skurcz wtórny jest nieznany. PC doskonale nadaje się do otrzymywania części precyzyjnych dla przemysłu optycznego i elektrotechnicznego metodą wtrysku. Najcieńsze folie można otrzymywać przez odlewanie z roztworów w chlorku metylenu. Możliwe jest otrzymywanie kształtek wielkogabarytowych, o strukturze integralnej, przez wtrysk lub wytłaczanie z zastosowaniem granulatów zawierających porofory. PC można kleić klejami rozpuszczalnikowymi (np. PC w chlorku metylenu) lub klejami z reaktywnych żywic, a także spawać z użyciem ultradźwięków lub prądów wielkiej częstotliwości.

Modyfikacje

Odmiany o większej płynności wykorzystuje się do otrzymywania wyrobów o dużej powierzchni (np. osłon do lamp) i płyt kompaktowych. Produkuje się odmiany wzmocnione ciętym włóknem szklanym (10-40%) o zwiększonej sztywności, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze oraz o zmniejszonej skłonności powstawania pęknięć naprężeniowych. Modyfikacje napełniane grafitem, $Mo{{S}_{2}}$ lub PTFE mają lepszy poślizg i odporność na ścieranie, natomiast napełnianie pyłem aluminiowym poprawia ekranowanie elektromagnetyczne otrzymanych osłon.

Kopolimery PC

Kopolimery PC otrzymane z bisfenolu TMC (1,1-bishydroksyfenylotrimetylocykloheksan) są również przezroczyste jak szkło i charakteryzują się rozszerzonym (w zależności od zawartości TMC) zakresem temperatur stosowania 160-205 (temperatura mięknienia wg Vicata), ale jednocześnie zmniejszoną płynnością. Kopolimery z chlorowcowanymi bisfenolami, a zwłaszcza z tetrabromobisfenolem charakteryzują się zmniejszoną palnością.

Użycie do kopolimeryzacji bisfenolu S (dyhydroksy difenylosulfid) zwiększa udarność z karbem.

Mieszaniny z PC

Do wielu zastosowań nie jest potrzebna duża wytrzymałość cieplna PC, ale często nie jest wystarczająca wytrzymałość cieplna polimerów styrenowych. Lukę tę wypełniają mieszanki obu polimerów, których dopuszczalne temperatury stosowania można w przybliżeniu oceniać z liniowej zależności od składu. Stosuje się następujące tworzywa polistyrenowe i podobne: ABS, ASA, SMA, AES. Udarność z karbem mieszanek z ABS w określonych zakresach temperatur jest większa niż dla poszczególnych składników. W celu zwiększenia udarności z karbem stosuje się również kompozycje PC z TPU, PBT oraz z PET. Wytrzymałość cieplna PC w tych kompozycjach nie zmienia się, lecz zwiększa się odporność na paliwa. ASA i AES są tworzywami o dobrej odporności na czynniki atmosferyczne, a ich wytrzymałość cieplną można zwiększyć, dodając SMA (ABS zawierający metylostyren) lub specjalne odmiany PC. Na rynku są dostępne odmiany niepalne (również takie, które nie zawierają chloru i bromu) wzmocnione dodatkiem 10-30% ciętych włókien szklanych, jak również odmiany spieniające się. Mieszanki PC z PMMA mają zwiększoną odporność na UV. Stosuje się tez mieszanki z modyfikowanym PPE i z kopolimerami PP. PC miesza się również z TPU, PBT lub PET w celu poprawy udarności z karbem. W przypadku mieszanek PC z PBT i PET udaje się utrzymać nie zmienioną w znacznym stopniu wytrzymałość cieplną i zwiększoną odporność na paliwa [U. Sianko, 1955, s. 450-452].

Zastosowania

Przezroczystość, wytrzymałość cieplną i udarność wykorzystuje się w oświetleniach ulicznych, światłach i znakach sygnalizacyjnych, obudowach i pokrywach wyłączników i aparatów pomiarowych, w stacjach rozrządowych, w szkleniach stadionów i szklarni wytłaczanymi płytami lub zdwojonym szkłem bezpiecznym, w szkłach do okularów i na soczewki; w kształtkach i obudowach dla elektrotechniki, elektroniki, do sprzętu kuchennego; aparatów pomiarowych, lornetek, zegarów, rzutników, w listwach kontaktowych, hełmach ochronnych, trwałych naczyniach stołowych, butelkach wielokrotnego użytku do napojów, butelkach do mleka, pojemnikach na wodę pitną o pojemności do 20l. Ponadto PC wykorzystuje się do produkcji wielkogabarytowych wyrobów, jak skrzynki uliczne a listy, szafy rozdzielcze do kabli, płyty montażowe, a także słupy do latarni ze spienionego PC zbrojonego włóknem szklanym lub nie zbrojonego. Odmiany o zwiększonej płynności stosuje się do płyt kompaktowych i wyrobów precyzyjnych. Kopolimery PC stosuje się w warunkach zwiększonych wymagań co do wytrzymałości cieplnej [U. Sianko, 1955, s. 454].

Krajowy poliwęglan jest produkowany w skali półtechnicznej w Zakładach Chemicznych "Zachem" w Bydgoszczy, pod nazwą handlową Bistan. Do najbardziej znanych produktów wytwarzanych za granicą należą tworzywa o nazwach Makrolon (Bayer, RFN), i Lexan (General Electric Plastics, USA) [K. Dobrosz, A. Matysiak, 1986, s. 119].

Nazwy handlowe

PC: Calibre, Durolon, Ekonol, Lexan, Makrolon, Novarex, Orgalan, Panlite, Polycarabafil, Polygard, Royalit, Sinvet, Sparalux, Star-C, Stat-Kon, Xantar.

Kopolimery PC: np. Apec HT, Lexan PPC, Merlon T.

PC/ Bisfenol A/ Bisfenol TMC: np. Apec HT, Lexan PPC.

PC/ Bisfenol S: np. Merlon T.

PC + ABS: np. Bayblend-T/FR, Cycoloy, Exelloy, Koblend, Lastlac, Mablex, Moldex, Pulse, Ryulex, Strapon, Terblend B, Triax.

PC + ASA: np., Baybled A, Terblend S.

PC + SMA: np. Arloy.

PC + AES: np. Kolend, Exelloy.

PC + TPU: p. Texin

PC + PBT/PET: np. Lexan, Makroblend, Ultrablend, Xenoy.

PC + PSHI: np. Bayblend H.

PC + PP mod/- kopolimer: np. Azloy, Multilon.

PC + PMMA: np. Makrolon Longlife-UV [U. Sianko, 1955, s. 454].

Poliwęglany — artykuły polecane

Polistyren — Celuloid — Flotacja — Polipropylen — Poli (metakrylan metylu) — Polietylen — Barwniki spożywcze — Preparaty enzymatyczne — Galwanizacja

Bibliografia

• Dobrosz K., Matysiak A., Tworzywa Sztuczne. Materiałoznawstwo i Przetwórstwo, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1986
• Krzemień E., Materiałoznawstwo, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001
• Kubiński W., Materiałoznawstwo: podstawowe materiały stosowane w technice, Wydawnictwo AGH, Kraków 2010
• Łączyński B., Tworzywa wielkocząsteczkowe. Rodzaje i własności, Wydawnictwa Naukowo - Techniczne, Warszawa 1982
• PWN (2004), Nowa encyklopedia powszechna PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Sianko U., Tworzywa Sztuczne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995
• Szlezyngier W., Brzozowski Z. (2012), Tworzywa sztuczne. Środki pomocnicze i specjalne zastosowanie polimerów, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów

Autor: Magdalena Kosyla