Поликарбонат — термопластичный полимер¶

Поликарбонат — это класс термопластичных полимеров, в молекулярной цепи которых присутствуют карбонатные группы (–O–CO–O–). Относятся к группе полиэфиров, образованных из дифенола и угольной кислоты. Наиболее распространённым и промышленно значимым представителем является бисфенол-А-поликарбонат (БФА-ПК), синтезируемый из бисфенола А и фосгена. Материал отличается высокой ударной прочностью, прозрачностью, широким температурным диапазоном эксплуатации и низкой горючестью.

¶Свойства

Поликарбонат обладает комплексом характеристик, определяющих его широкое применение:

• Прозрачность. Светопропускание бисфенол-А-поликарбоната достигает 85–90 % в видимой области спектра, что сопоставимо со стеклом.
• Ударная прочность. Ударная вязкость по Шарпи — 600–800 Дж/м², что в 200–300 раз выше, чем у стекла и в 20–30 раз — у акрилового стекла.
• Температурный диапазон. Рабочие температуры — от −60 до +120…+130 °C (кратковременно до +140 °C). Стеклование происходит при 145–150 °C.
• Плотность — 1,20 г/см³, что примерно вдвое меньше, чем у стекла.
• Низкая горючесть. Материал относится к группе самозатухающих полимеров (класс горючести Г2 по ГОСТ 30244).
• Диэлектрические свойства. Высокая электрическая прочность (15–20 кВ/мм), что позволяет использовать материал в электроизоляции.

К недостаткам относятся невысокая твёрдость поверхности (склонность к царапинам), гигроскопичность (водопоглощение 0,15–0,35 %) и склонность к гидролизу при длительном контакте с водой и повышенных температурах.

¶Синтез

Промышленный синтез бисфенол-А-поликарбоната ведётся двумя основными способами:

1. Интерфейсный полимеризационный метод (метод фосгена) — взаимодействие бисфенола А с фосгеном в среде органического растворителя (дихлорметан) в присутствии щёлочи. Метод даёт продукт высокой чистоты и является основным в мировой промышленности.
2. Метод трансэтерификации (метод дифенилкарбоната) — реакция бисфенола А с дифенилкарбонатом при повышенной температуре и вакууме. Позволяет избежать использования токсичного фосгена, но требует более жёсткого контроля условий.

В России производство поликарбоната налажено на нескольких предприятиях, включая «Полипластик» (Новомосковск) и завод «Поликарбонат» в Тольятти.

¶Виды и формы выпуска

По структуре различают:

• Линейный (бисфенол-А) поликарбонат — наиболее распространённый, аморфный термопласт.
• Поликарбонат на основе бисфенола S, тетрабисфенола А — с повышенной термостойкостью.
• Сополикарбонаты — с введением в цепь других мономеров для модификации свойств.

По форме выпуска поликарбонат поставляется в виде:

¶Применение

Поликарбонат применяется в широком спектре отраслей:

• Строительство. Сотовые листы используются для кровли, фасадов, светопрозрачных конструкций, теплиц (марка «Светлица» и аналоги). Монолитные листы — для остекления зимних садов, балконов, остановок.
• Автомобилестроение. Фары, приборные панели, элементы кузова, бамперы.
• Электротехника. Корпуса приборов, изоляторы, оптические волокна (из поликарбоната получают световоды для передачи данных).
• Медицина. Стерилизуемые контейнеры, детали медицинского оборудования, одноразовые изделия (благодаря возможности автоклавирования).
• Оптика. Линзы, очковые линзы, защитные очки, элементы оптических систем.
• Защита. Бронестекло (поликарбонат входит в состав многослойных бронепакетов), каски, щиты.
• Упаковка. Контейнеры для пищевых продуктов, блистеры.

¶Экология и безопасность

Вопрос безопасности бисфенола А — исходного мономера поликарбоната — остаётся предметом дискуссий. Бисфенол А относится к классу эндокринных дизрапторов, и ряд стран (Канада, Франция, Швеция) ограничил его использование в пищевой упаковке. В России бисфенол А включён в перечень веществ, подлежащих обязательной сертификации, однако запретов на производство поликарбонатных изделий для пищевых целей не существует.

Поликарбонат относится к перерабатываемым термопластам (код переработки 7 — «прочие пластмассы»), однако фактический уровень переработки невысок из-за сложности разделения смешанных отходов.

¶Интересные факты

• Поликарбонат был впервые синтезирован в 1953 году немецким химиком Германом Шнеллем в лаборатории компании Bayer.
• Коммерческое производство под маркой Makrolon началось в 1958 году.
• Из поликарбоната изготовлены очковые линзы, которые в 2,5 раза легче стеклянных и в 10 раз прочнее.
• Сотовый поликарбонат толщиной 10 мм по теплозащите сопоставим с однокамерным стеклопакетом, но весит в 2–3 раза меньше.

Источники:

• «Поликарбонаты. Справочник» / под ред. Н. С. Ениколопова. — М.: Химия, 2003.
• ГОСТ Р 56688—2016. «Поликарбонаты. Технические условия».
• Материалы журнала «Пластические массы» (рубрика «Поликарбонаты»).
• Справочник «Полимеры и полимерные материалы» / под ред. В. П. Батищева. — М.: Химия, 1995.