Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Казанский национально исследовательский технологический университет

Институт полимеров

Реферат

на тему: "Гетероцепные сложные полиэфиры: поликарбонаты"

Выполнила: студентка группы 5203-11

Карандаева Е.М.

Проверила: Софьина С.Ю.

2016г.

Содержание

• Введение
• 1. История возникновения
• 2. Методы синтеза
• 3. Свойства и применение поликарбоната
• 3.1 Конструкция поликарбоната
• 3.2 Поликарбонатная пленка
• 3.3 Сотовый поликарбонат. Свойства и характеристики сотового поликарбоната
• 3.4 Монолитный поликарбонат
• 3.5 Другие варианты применения ПК
• 4. Техника безопасности при производстве сложных полиэфиров

Введение

Поликарбонаты - группа термопластов, сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (-O-R-O-CO-)n. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе Бисфенола А, благодаря доступности бисфенола А, синтезируемого конденсацией фенола и ацетона.

где R ? алкановый радикал линейного или разветвленного строения.

1. История возникновения

Первые упоминания о продукте подобном поликарбонату появились в XIX веке. В 1898 году получение поликарбоната впервые описал немецкий химик, изобретатель новокаина, Альфред Айнхорн. Тогда он работал у знаменитого химика-органика Адольфа фон Байера в Мюнхене и занимаясь поиском обезболивающего средства из эфира, произвел в лаборатории реакции хлорангидрида угольной кислоты с тремя изомерами диоксибензола и в осадке получил полимерный эфир угольной кислоты - прозрачное, нерастворимое и термостойкое вещество.

В 1953 году Герман Шнелл специалист немецкой компании "BAYER" получил соединение поликарбоната. Этот полимеризированный карбонат оказался соединением, механические свойства которого не имели аналогов среди известных термопластов. В том же году поликарбонат запатентовали под маркой "Макролон".

Но в этом же 1953 году, всего несколькими днями позже, поликарбонат получил Дениель Фокс, специалист из известной американской компании "General Electric". Возникла спорная ситуация. В 1955 году ее удалось решить, и компания "General Electric" запатентовала материал под маркой поликарбонат "Лексан". В 1958 году "BAYER", а за тем в 1960 году "General Electric" пустили в промышленное производство технически пригодный поликарбонат. В дальнейшем права на "Лексан" были проданы компании "Sabic" (Саудовская Аравия).

Но это было всего лишь вещество-поликарбонат. До появления сотового (или ячеистого) поликарбоната как листового материала оставалось еще долгих 20 лет.

В начале 70-х годов в поисках альтернативы тяжелому и хрупкому стеклу поликарбонатом заинтересовался Израиль, правительство которого активно поддерживало развитие сельского хозяйства и животноводчества в условиях жаркой пустыни. В частности, большое внимание уделялось теплицам, позволяющим выращивать растения в микроклимате, созданном с помощью капельного орошения. Стекло для изготовления теплиц было дорого и непрочно, акрил не мог удержать соответствующую температуру, а поликарбонат идеально для этого подходил.

Тогда совместно "General Electric" (владельцами сырья поликарбоната торговой марки "Лексан") проводились опыты по производству прозрачных пластиков на оборудовании компании "Polygal" в Рамат Хашофете и Мегиддо (Израиль), а именно на 160-й линии. Обе компании подгоняли под технологию сырье, и сырье под технологию. Так в 1976 году в Израиле получился первый в мире сотовый лист из поликарбоната. До этого ячеистый материал уже производили из различных других полимеров, например на "Polygal" из полипропилена. Имели место производства ячеистого полимера как из акрила, так и ПВХ. Но именно сотовый поликарбонат был создан и произведен на предприятии "Polygal". Этот исторический факт известен всем производителям сотового поликарбоната в мире.

В 2004 г. производство поликарбоната в мире составило 2,8 млн. т. Темпы роста мирового производства поликарбоната около 10 % в год. Потребление поликарбоната при изготовлении оптических носителей информации ежегодно возрастает на 30 %.

Поликарбонат используют во многих областях, где необходимы такие качества, как высокая прозрачность, стойкость к нагрузкам и ударам, высокая стойкость к кислотам и щелочам, теплостойкость, температурная стабильность. Биологическая инертность позволила использовать поликарбонат в медицине.

2. Методы синтеза

Синтез поликарбоната на основе бисфенола А проводится двумя методами: методом фосгенирования бисфенола А и методом переэтерификации в расплаве диарилкарбонатов бисфенолом А.

В случае переэтерификации в расплаве в качестве исходного сырья используется дифенилкарбонат, реакцию проводят в присутствии щелочных катализаторов (метилат натрия), температуру реакционной смеси повышают ступенчато от 150 до 300 °C, реакцию проводят в вакуумированных реакторах периодического действия при постоянной отгонке выделяющегося в ходе реакции фенола. Полученный расплав поликарбоната охлаждают и гранулируют. Недостатком метода является относительно небольшая молекулярная масса (до 50 КДа) получаемого полимера и его загрязнённость остатками катализатора и продуктов термодеструкции бисфенола А.

Фосгенирование бисфенола А проводят в растворе хлоралканов (обычно - хлористого метилена CH2Cl2) при комнатной температуре, существует две модификации процесса - поликонденсация в растворе и межфазная поликонденсация:

При поликонденсации в растворе в качестве катализатора и основания, связывающего выделяющийся хлороводород используют пиридин, гидрохлорид пиридина, образующийся в ходе реакции, нерастворим в хлористом метилене и по завершении реакции его отделяют фильтрованием. От остаточных количеств пиридина, содержащегося в реакционной смеси, избавляются отмыванием водным раствором кислоты. Поликарбонат высаждают из раствора подходящим кислородсодержащим растворителем (ацетоном и т.п.), что позволяет частично избавиться от остаточных количеств бисфенола А, осадок сушат и гранулируют. Недостатком метода является использование достаточно дорогого пиридина в больших количествах (более 2 молей на моль фосгена).

В случае фосгенирования в условиях межфазного катализа поликонденсация проводится в два этапа: сначала фосгенированием бисфенолята А натрия получают раствор смеси олигомеров, содержащих концевые хлорформиатные -OCOCl и гидроксильные -OH группы, после чего проводят поликонденсацию смеси олигомеров в полимер.

Технологический процесс получения ПК периодическим методом состоит из следующих стадий: фосгенирование ДФП, промывка раствора полимера, осаждение полимера и выделение его из суспензии, сушка полимера и регенерация растворителей (рис. 1).

Рис. 1. Схема производства поликарбоната периодическим методом: 1 ? реактор; 2,6 ? холодильники; 3 ? промыватель; 4 ? аппарат для обезвоживания; 5 ? насадочная колонна; 7 ? осадитель; 8 ? фильтр; 9 ? сушилка; 10 ? гранулятор

В реактор 1, снабженный лопастной мешалкой (8-12 об/с), загружают 10 %-ный щелочной раствор ДФП, метиленхлорид, катализатор (соль четвертичного аммониевого основания), а затем в перемешиваемую смесь при 20-25 °С вводят фосген. Поликонденсацию проводят в течение 7-8 ч в атмосфере азота или аргона, так как феноляты окисляются кислородом воздуха. Выделяющееся тепло реакции отводится при помощи холодной воды, подаваемой в рубашку реактора, и с испаряющимся метиленхлоридом, который после конденсации в холодильнике 2 возвращается в реактор.

Полимер по мере образования растворяется в метиленхлориде. Вязкий 10 %-ный раствор поступает в промыватель 3, где при перемешивании нейтрализуется раствором соляной кислоты и разделяется на две фазы. Водную фазу, содержащую растворенный хлорид натрия, отделяют и сливают в линию сточных вод. Органическую фазу многократно промывают водой (водную фазу после каждой промывки отделяют) и подают на обезвоживание в аппарат 4. Пары воды проходят через насадочную колонну 5, конденсируются в холодильнике 6 и поступают в сборник воды. Раствор ПК подается в осадитель 7, в котором ПК осаждают метиловым спиртом или ацетоном. Из суспензии ПК отделяют на фильтре 8 и в виде порошка направляют в сушилку 9, а затем в гранулятор 10 для получения гранул. Гранулы либо бесцветные, либо имеют цвет до светло-коричневого. Смесь растворителя и осадителя поступает на регенерацию.

Рис. 2. Схема производства поликарбоната непрерывным методом: 1,2,3 ? реакторы; 4,6 ? аппараты для разделения; 5 ? экстракционная колонна; 7 ? отгонная колонна; 8, 10 ? холодильники; 9 ? осадительная колонна

При непрерывном методе производства ПК (рис. 2) все компоненты ? водный раствор дифенолята натрия, получаемый растворением бисфенола водной щелочи, метиленхлорид и фосген ? через дозаторы непрерывно поступают в первый реактор 1 каскада реакторов. Быстрое перемешивание обеспечивает протекание реакции. Образующийся олигомер перетекает в реактор 2 и затем в реактор 3. Во всех реакторах температура поддерживается в пределах 25-30°С. В реактор 3 для углубления процесса поликонденсации и получения полимера высокой молекулярной массы вводится катализатор (водный раствор алкиларилхлорида аммония).

Реакционная смесь, состоящая из водной и органической фаз, поступает в аппарат 4 для непрерывного разделения. Водная фаза подается на очистку, а раствор ПК в метиленхлориде промывается водой в экстракционной колонне 5 и отделяется от воды в аппарате 6. Промытый раствор полимера проходит отгонную колонну 7 для отделения остатка воды в виде азеотропной смеси вода-метиленхлорид, пары которой охлаждаются в холодильнике 8 и поступают на разделение.

Обезвоженный раствор ПК в метиленхлориде после охлаждения в теплообменнике и фильтрования (фильтр на схеме не показан) поступает для слива в тару (при использовании в качестве лака при получении пленок и покрытий) или после подогрева до 130 °С под давлением 6 МПа с помощью форсунки подается в осадительную колонну 9. В этой колонне вследствие снижения давления до атмосферного и испарения метиленхлорида ПК выделяется в виде порошка и осаждается в нижнюю часть колонны. Пары метиленхлорида поступают на конденсацию в холодильник 10, а порошок полимера ? на грануляцию.

3. Свойства и применение поликарбоната

Поликарбонат (дифлон) ? твердый термопластичный полимер с молекулярной массой 28000 - 200 000. Выпускается в виде белого порошка и гранул, хорошо растворяется в хлорированных углеводородах, диоксане, диметилформамиде. Вследствие большой жесткости макромолекул и ограниченного вращения ароматических циклов ПК имеет слабую тенденцию к кристаллизации. Изделия, полученные охлаждением расплава или быстрым испарением растворителя из раствора, содержат от 10 до 15 % кристаллической фазы. Большая степень кристалличности (до 40 %) достигается длительной выдержкой ПК при 180-190 °С, то есть выше его температуры стеклования, равной 149 °С.

Температура плавления ПК 220-230 °С; разлагается он при температурах более 320 °С. ПК относится к группе самозатухающих полимеров.

3.1 Конструкция поликарбоната

Однако по своей природе поликарбонат не устойчив к воздействиям ультрафиолетовых лучей. Материал, который не имеет специальной защиты, на протяжении нескольких лет сможет стать непригодным для дальнейшего использования. Для удобства определения слоя с УФ защитой на защитную полиэтиленовую пленку должна наноситься маркировка.

Поликарбонат по экологическим параметрам не уступает стеклу, а по прочности намного его превосходит. Свойства этого материала мало изменяются с повышением температуры, а чрезмерно низкие температуры, которые ведут к хрупким разрушениям, находятся за пределами отрицательных возможных температур использования. По технологии изготовления делится на поликарбонат сотовый и поликарбонат листовой. Технологии изготовления подобных материалов определяют также сферу их применения.

Широко используется поликарбонат и производителями различных изделий при помощи литья под давлением. В большинстве случаев литьем можно получить изделия для светотехники и оптики. Для изготовления данных видов изделий используются специальные литьевые марки полимеров.

Основное применение ПК - поликарбонатная пленка для упаковки пищи при повышенных температурах. Перспективные области применения - пакеты, стерилизуемые в автоклавах и упаковки для микроволновых печей, упаковка медицинских изделий. Из поликарбоната формуют разогреваемые подносики с готовыми блюдами (упаковка типа "кипяти-в-упаковке"). В обоих случаях используют высокую теплостойкость.

3.2 Поликарбонатная пленка

Свойства поликарбоната мало меняются с ростом температуры. Проницаемость для газа и паров воды высокая, поэтому для улучшения барьерных свойств на ПК пленку наносят покрытие. Выдающимся свойством ПК пленки является ее размерная стабильность, она совершенно непригодна в качестве усадочной пленки; нагревание пленки до 150°С (т.е. выше точки размягчения) в течение 10 мин. дает усадку всего 2%. ПК легко сваривается как импульсным, так и ультразвуковым способами, а также обычной сваркой горячими электродами. Пленку легко формовать в изделия, при этом возможны большие степени вытяжки с хорошим воспроизведением деталей форм. Хорошую печать можно получить разными методами (шелкографии, флексографии, гравировки).

3.3 Сотовый поликарбонат. Свойства и характеристики сотового поликарбоната

Сотовый поликарбонат - пластик, который производится из высококачественного поликарбоната методом экструзии, что подразумевает расплавление гранул пластика и выдавливание этой массы через особую форму (фильеру), которая определяет строение и конструкцию листа. Получаются полые листы ячеистой структуры, в которых 2 или более слоев поликарбоната соединены внутренними продольными ребрами жесткости ориентированными в направлении длины листа. Высокая пластичность и прочность самого материала делает возможным получать экструзионным способом листы с очень тонкими стенками (0,3-0,7 мм) без потери ударопрочных характеристик и в то же время с очень малым весом. Воздух, содержащийся в пустотах между слоями листа, обеспечивает его высокие теплоизоляционные свойства, а ребра жесткости - большую конструктивную прочность по отношению к весу.

Основные преимущества сотового ПК:

- Сверхвысокая ударная прочность (сотовый поликарбонат при малом весе в 200 раз прочнее стекла и в 8 раз прочнее акриловых пластиков и ПВХ).

- Высокая термостойкость

- Высокая огнестойкость

- Чрезвычайная легкость, малый удельный вес (сотовый поликарбонат весит в 16 раз меньше, чем стекло и в 3 раза меньше, чем акрил аналогичной толщины)

- Высокие теплоизоляционные свойства, низкая теплопроводность

- Высокая светопроницаемость (прозрачность - до 86 %)

- Хорошая шумо- и звукоизоляция

- Высокая химическая устойчивость

- Прочность на изгиб и на разрыв

- Отличная устойчивость к атмосферным воздействиям

- Долговечность, неизменность свойств (гарантийный срок службы изделий из поликарбоната 10-12 лет

- Безопасность остекления (поликарбонат не разбивается, не даёт трещин, а следовательно, острых осколков при ударе)

- Защита от ультрафиолетового излучения (специальный защитный слой препятствует проникновению наиболее вредных для внутреннего помещения УФ излучений)

- Прекрасные конструкционные возможности, легкость листов позволяет создавать легкие, оригинальные и элегантные конструкции

3.4 Монолитный поликарбонат

поликарбонат полиэфир сотовый потребление

Светопрозрачный пластик, обладающий теми же преимуществами, что и сотовый поликарбонат, но гораздо более прочный (лист толщиной 12 мм не пробивает пистолетная пуля), однако и более тяжелый и дорогой. Монолитный поликарбонат - идеальный материал для остекления, где требуется сочетание легкости и прочности материала.

3.5 Другие варианты применения ПК

Поликарбонат также успешно применяют для изготовления таких конструкций, как:

- световые фонари, светопропускающие кровли для промышленных, спортивных и частных зданий;

- навесы для АЗС, автостоянок, рынков, бассейнов и детских площадок;

- теплицы и оранжереи в частном и промышленном применении;

- козырьки, веранды, "чайные домики", беседки, душевые кабинки;

- перегородки в офисах, подвесные потолки, декорации сцен в театрах и клубах;

- световые короба, стенды.

4. Техника безопасности при производстве сложных полиэфиров

Бисфенолы могут вызывать дерматоз, раздражать дыхательные пути, вызывать тошноту, головную боль.

Фосген - сильнодействующее отравляющее вещество удушающего действия, концентрация 0,1-0,3 мг/л в течение 15 минут смертельна.

Токсичность большинства самих полиэфиров мала.

Предупредительными мерами защиты при производстве полиэфиров и работе с ними является: герметизация оборудования, устройство общеобменной и местной вентиляции, снабжение помещения средствами пожаротушения (пенными и углекислотными огнетушителями, песком и т.п.), а также индивидуальные средства защиты (перчатки, фартуки, фильтрующие противогазы, халаты и т.п.), предупреждение образования взрывоопасных воздушных смесей, влажная уборка рабочих помещений.

Размещено на Allbest.ru