Poliwęglany - Polski Serwis Naukowy

Synteza poliwęglanu z bisfenolu i fosgenu

Poliwęglany – grupa polimerów z grupy poliestrów, będące formalnie estrami kwasu węglowego.

Poliwęglany są amorficznymi, termoplastycznymi (formowanymi przez wtryskiwanie i wytłaczanie na gorąco) tworzywami sztucznymi o bardzo dobrych własnościach mechanicznych, szczególnie udarności i dużej przezroczystości. Własności poliwęglanów są podobne nieco do pleksiglasu, ale poliwęglan jest dużo bardziej wytrzymały mechanicznie i jednocześnie droższy. Jego twardość i odporność na ściskanie jest zbliżona do aluminium.

Twardość – cecha ciał stałych świadcząca o odporności na działanie sił punktowych (skupionych). Efektami oddziaływania sił skupionych mogą być odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie. Twardość materiału mierzy się za pomocą sklerometru i mikrotwardościomierza. Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych. Dla każdego z typu tych materiałów utworzono odpowiednie metody klasyfikacji i pomiarów twardości.

Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.

Płyta CD - wyrób z poliwęglanu

Poliwęglan jest stosowany wszędzie tam, gdzie potrzebne jest przezroczyste tworzywo o wyjątkowo dobrych parametrach mechanicznych. Najbardziej rozpowszechnionym zastosowaniem są warstwy uodporniające szklane szyby na stłuczenie, a nawet przestrzelenie z broni palnej. Szyby z czystego poliwęglanu są też stosowane w batyskafach, samolotach, szybach hełmów astronautów, kierowców Formuły 1 i innych miejscach, gdzie potrzebny jest materiał wytrzymujący znaczne różnice ciśnień albo duże obciążenia mechaniczne. Poliwęglan był też stosowany przy produkcji butelek jednorazowych, jednak ze względów ekonomicznych został wycofany, nadal jednak używany jest do produkcji butelek dla niemowląt, nośników informacji, takich jak płyta CD.

Fosgen (tlenochlorek węgla), COCl2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy chlorków kwasowych. Jest to bezbarwny gaz, silnie trujący i duszący, o zapachu świeżo skoszonej trawy, zgniłych owoców.

General Electric – aktualnie drugie co do wielkości przedsiębiorstwo na świecie, zarówno pod kątem obrotów, generowanego dochodu jak i wartości rynkowej (406 miliardów dolarów w lipcu 2007). Spółka publiczna notowana na Giełdzie Nowojorskiej (NYSE): GE (tzw. "Wall Street").

Ze względu na to, że sam kwas węglowy jest bardzo nietrwały, poliwęglany otrzymuje się w reakcji polikondensacji fosgenu z diolami aromatycznymi. Spośród różnych dioli największe, praktyczne znaczenie uzyskał tzw. bisfenol A, który jest stosunkowo tani i jednocześnie zapewnia dobre własności polimeru. Bisfenol A jest substancją szkodliwą (wpływa negatywnie na rozrodczość), jednak nie stwierdzono, aby był uwalniany z poliwęglanów w ilościach zagrażających zdrowiu. Rząd Stanów Zjednoczonych zadeklarował zmiany w ustawie o bezpieczeństwie żywności, które zagwarantują całkowite wyeliminowanie wszelkich produktów zawierających BPA. Komisja Europejskiej na podstawie dyrektywy 2011/8/EU z dnia 28.01.2011 planuje wprowadzić zakaz używania bisfenolu A (BPA) w butelkach dziecięcych przed końcem 2011 roku.

Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".

Udarność - odporność materiału na obciążenia dynamiczne. Udarność określa się jako stosunek pracy L potrzebnej na złamanie znormalizowanej próbki z karbem do przekroju pola A poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:

Istnieją też technologie tzw. bezfosgenowe (bezchlorowe), w których polimer uzyskuje się przez transestryfikację węglanu difenylu, (PhO)2C=O.

Struktura PADC - poliwęglanu allilo diglikolowego (CR-39)

Technologia produkcji poliwęglanów na bazie bisfenolu A została równolegle opracowana na początku lat '50 XX w. przez Mobay Chemical Company (tworzywo o nazwie handlowej Merlon) i General Electric (tworzywo Lexan i Nalgene). Nowa, energooszczędna technologia produkcji bisfenolu A jest oferowana przez firmę Chemwik.

Diole (R(OH)2) – grupa organicznych związków chemicznych, alkohole zawierające dwie grupy hydroksylowe. Reaktywność dioli jest zbliżona do innych alkoholi.

Ciało amorficzne, ciało bezpostaciowe – stan skupienia materii charakteryzujący się własnościami reologicznymi zbliżonymi do ciała krystalicznego, w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym (tzn. nie może płynąć), ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. Z tego powodu ciało takie często, choć błędnie, nazywa się stałą cieczą przechłodzoną. Jednak ciecz, w tym także ciecz przechłodzona, może płynąć, a ciało stałe utrzymuje swój kształt.

Poliwęglan na bazie bisfenolu A jest tworzywem samogasnącym, nie rozkładającym się do temperatury 550 °C. Aby ułatwić jego obróbkę, czasami oprócz bisfenolu A, stosuje się analogiczne związki, w których przy centralnym atomie węgla zastępuje się grupy CH3 dłuższymi łańcuchami alkilowymi, co powoduje obniżenie jego temperatury zeszklenia. Powoduje to jednak również pogorszenie własności mechanicznych tego tworzywa.

Węglowodory aromatyczne, areny – cykliczne węglowodory, w których istnieje układ naprzemiennie położonych sprzężonych wiązań podwójnych i pojedynczych między atomami węgla. Cząsteczki związków aromatycznych są płaskie (o ile ich struktura przestrzenna nie wymusza odchyłek, jak np. dla fullerenu C60), a wszystkie atomy pierścienia aromatycznego muszą mieć hybrydyzację sp2.

Szkło akrylowe (szkło organiczne; inaczej pleksi, pleksiglas, metapleks) – przezroczyste tworzywo sztuczne, którego głównym składnikiem jest polimer - poli(metakrylan metylu) (PMMA). Niektóre rodzaje pleksiglasu zawierają też pewne ilości innych polimerów i kopolimerów poliakrylowych.

Inne własności poliwęglanu na bazie bisfenolu A:

gęstość 1,20 g/cm³

zakres stosowania od -100 °C do +135 °C

temperatura przetwórstwa 280-310 °C

temperatura zeszklenia ok. 150 °C

współczynnik załamania światła = 1,585 ±0,001

przenikalność światła ok. 90% ±1%

Przypisy

Questions and Answers for Action on Bisphenol A Under the Chemicals Management Plan (ang.). Government of Canada.
COMMISSION DIRECTIVE 2011 8 EU (ang.). EU Commission.
Wonderlite – informacje o produkcie