聚碳酸酯PC要点课件

聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯凡分子链中含有碳酸酯基 的聚合物，统称聚碳酸酯。可以看作是由二羟基化合物与碳酸的缩聚产物。式中R可以是脂肪族脂肪族、脂环族、芳香族芳香族或脂肪芳香族脂肪芳香族。因此，理论上聚碳酸酯可以有很多品种。但作为工程塑料最有应用价值的是芳香族聚碳酸酯芳香族聚碳酸酯，其中特别是以双酚A型聚碳酸酯最重要，应用也最普遍。聚碳酸酯缩写代号为PC。一、概述一、概述定义定义凡分子链中含有碳酸酯基 双酚A聚碳酸酯，1953年联邦德国Bayer公司首先申请制造专利，1954年发表专利，并且在1958年首次工业化生产。美国的G.E公司在1955年申请专利，于1959年发表。并在1960年投入工业生产。日本的帝人化成、三菱江户川化学、出光石油化学等公司也在1960年用光气法制造了 PC。并且从 1964年开始，向联邦德国引进酯交换法工艺，随后日本也有了酯交换法的PC生产。目前陶氏化学、GE塑料公司、拜耳公司、道化学公司、重庆长风化工厂、上海申聚化工厂等。概述概述-发展简史发展简史双酚A聚碳酸酯，1953年联邦德国Bayer公司首先申请制造PC是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。PC具有较高的抗冲击强度、透明性、刚性、耐火焰性、优良的电绝缘性以及耐热性。它的尺寸稳定性高，可以替代金属和其他材料。缺点为：容易产生应力开裂，耐溶剂性差、不耐碱、高温易水解、对缺口敏感性大、与其他树脂相容性差，摩擦系数大，无自润滑性。一、概述一、概述特点特点PC是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。一、概述特点机械方面：齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆、轴承、滑轮。电子电器方面：风扇、计算机、收录机、电视机等的零部件航空方面：美国的波音747上有2500个零部件是用PC制造的，用量近2吨。一、概述一、概述用途用途 机械方面：齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆、轴承、滑轮。一、概述用光学照明：可作大型灯罩、信号灯、防暴灯。其他方面：可作安全帽、纯净水桶、耐高压消毒的医疗器械等。薄膜可用于电容器、录音带、录像带等。此外，近些年来，聚碳酸酯还广泛地用于光盘、储存器等方面。光学照明：可作大型灯罩、信号灯、防暴灯。二、双酚二、双酚A A型聚碳酸酯型聚碳酸酯双酚A型聚碳酸酯具有如下结构：二、双酚A型聚碳酸酯由于自由状态的碳酸并不存在，因此双酚A型聚碳酸酯的制备需采用碳酸酯类与二羟基化合物的酯交换法或光气法来实现。两种方法都要采用单体双酚A。双酚A是由丙酮与苯酚在离子交换树脂或其它催化剂存在下反应而得。（一）（一）制备方法制备方法由于自由状态的碳酸并不存在，因此双酚A型聚碳酸酯的制备需采用酯交换法制备双酚A型聚碳酸酯的原理是用双酚A（4，4 二羟2，2一二苯基丙烷）与碳酸二苯酯在碱性催化剂的存在下进行酯交换。制备方法制备方法-酯交换法酯交换法酯交换法制备双酚A型聚碳酸酯的原理是用双酚A（4，4 二上述的酯交换反应必须在高温的真空条件下进行，并必须采用催化剂。催化剂可以是苯甲酸钠或醋酸锂、醋酸铬、醋酸钴或四硼酸钠。进行反应的两单体用量理论上应是1：1，才能获得高分子量产物，但因碳酸二苯酯沸点低于双酚A，反应时容易逸出反应体系，故实际上采用双酚A与碳酸二苯酯的配比为1：1.05，以弥补后者的损失。保持真空条件同样是为了获得高分子量产物。制备方法制备方法-酯交换法酯交换法上述的酯交换反应必须在高温的真空条件下进行，并必须采用催化剂酯酯交交换换工工艺艺是：将两反应组分加人交换釜内，加人催化剂，将反应釜抽至余压26004000 Pa，起初反应控制在 170180，进行酯交换的第一阶段反应（由于双酚 A 在超过180时会分解，此阶段控制在该范围温度的目的是使双酚A先反应成为低聚物）。然后升温至220继续反应，至8090的苯酚被交换出，这时产生分子量仍不太高的聚合物。将物料移到聚合釜，在 290300，真空度 130 Pa的条件下进一步缩聚。制备方法制备方法-酯交换法酯交换法酯交换工艺是：将两反应组分加人交换釜内，加人催化剂，将反应釜缩聚结束后，在惰性气体中加热至 300保持25 h，再将熔融物料排出，用 10的盐酸浸泡粒料，除去碱性催化剂金属离子，用水洗至PH为7，干燥后包装。酯交换法所得聚碳酸酯数均分子量为（2.55）104。取得较高分子量的关键因素是保持要求的真空度，否则分子量很难超过 3 104。酯交换法的优点是不使用溶剂、无毒性和无火灾危险，但反应时间长，产物分子量低，设备要求高。制备方法制备方法-酯交换法酯交换法缩聚结束后，在惰性气体中加热至 300保持25 h，再将采用光气法可以获得分子量更高的聚碳酸酯。光气法的原理是将双酚A先转变成钠盐，再与光气（碳酰氯）在常温常压下进行界面缩聚。制备方法制备方法光气法光气法采用光气法可以获得分子量更高的聚碳酸酯。光气法的原理是将双酚将配好的双酚A钠盐的NaOH水溶液加入光气化釜，然后加入二氯甲烷，开动搅拌器至釜温降至20，通人光气。在两相界面进行缩聚反应，当反应介质的PH值达到78时停止光气。将光气化后的物料移入缩聚釜，加入催化剂三甲苄基氯化铵，分子量调节剂苯酚，在2530下反应 34 h，即可得到数均分子量为（1.52.0）105产物。制备方法制备方法光气法光气法将配好的双酚A钠盐的NaOH水溶液加入光气化釜，然后加入二氯光气法的优点是：反反应应温温度度低速速度度快快，可得到高高分子量产物分子量产物。缺点是：消耗较昂贵的溶剂，具有毒性与火灾危险。制备方法制备方法光气法光气法光气法的优点是：反应温度低速度快，可得到高分子量产物。制备方三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构目前，具有工业价值的聚碳酸酯是芳香族聚碳酸酯，其分子的化学结构式为：式中，n100500。三、PC结构与性能PC结构1主链上的基团对PC性能影响（1）苯撑基苯撑基 是一种大共轭芳环，是PC主链中难以弯曲的刚性部分，阻碍分子链的内旋，导致分子链的柔曲性，从而使PC在有机溶剂中的溶解度，Tg、T熔程。（2）醚键醚键 由于其存在使链段容易绕氧基两端单键发生分子内旋转，增大了分子链的柔曲性，从而使PC的韧性，导致在有机溶剂中的溶解性，Tg。三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构1主链上的基团对PC性能影响三、PC结构与性能PC结构（3）羰基羰基 由于羰基的极性较大，增大了分子链间的作用力，从而使分子链的刚性，导致Tg、T熔程。（4）酯基酯基 酯基是一种极性较大的基团，是PC分子链中较薄弱的部分。它容易水解断裂，导致PC分子量下降，使PC较易溶于极性有机溶剂，也导致PC的电绝缘性能。三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构（3）羰基 由于羰基的极性较大，增大了分子链间的作用力综上所述，多个苯撑基、羰基的作用超过了醚键的反作用，从而使PC分子链的刚性，导致Tg。刚性大的分子链之间彼此的缠结不易解除，因而造成分子链间相对滑动困难，T熔程；三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构综上所述，三、PC结构与性能PC结构分子链的刚性大，大分子链取向较难，不易结晶，尺寸稳定性高；分子链的刚性大，大分子链取向较难，不易结晶，制品的透明性好；当受外力强迫取向后，大分子链又不易松弛，导致PC制品内残留的应力难以自行消除。三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构分子链的刚性大，大分子链取向较难，不易结晶，尺寸稳定性高；2.超分子结构对PC性能的影响所谓的超分子结构超分子结构就是指线型的PC分子链容易敛集成束，形成长而硬的原纤维结构。尽管有时也成球粒结构，但在加热或受拉伸时也会转变为原纤维结构。一般原纤维的直径为500A，最大长度为2微米。这些原纤维混乱交错，连结成疏松的立体网格，使高聚物内存在大量的空隙。当外力作用时原纤维向空隙移动，吸收冲击能，因而使得PC具有很高的抗冲击韧性。三、三、PC结构与性能结构与性能PC结构结构2.超分子结构对PC性能的影响三、PC结构与性能PC结构PC为透明的、无色或微黄色的刚硬而韧性的聚合物。燃烧时，慢燃，离火后慢熄，火焰呈黄色，黑烟碳束。燃烧后熔融、起泡、发出花果臭的气味。(1)力学性能：PC为一种既刚又韧的材料，力学性能十分优良。其拉伸、弯曲、压缩强度都较高，且受温度的影响小。尤其是它的冲击性能十分突出，优于一般的工程塑料，抗蠕变性能也很好。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能PC为透明的、无色或微黄色的刚硬而韧性的聚合物。燃烧时，慢燃PC抗蠕变性能抗蠕变性能要优于聚酰胺和聚甲醛，特别是用玻璃纤维增强改性的PC的耐蠕变性更优异，故在较高温度下能承受较高的载荷并能保证尺寸的稳定性。PC力学性能的主要缺点：是易产生应力开裂、耐疲劳性差、缺口敏感性高、不耐磨损等。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能PC抗蠕变性能要优于聚酰胺和聚甲醛，特别是用玻璃纤维增强改性(2)热性能：热性能：PC具有很好的耐高低温性能，120下具有良好的耐热性，热变形温度达130 140。同时又具有良好的耐寒性，脆性温度为100，长期使用温度为70120。它的热导率及比热容都不高，线胀系数也较小，阻燃性也好，并具有自熄性。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能(2)热性能：PC具有很好的耐高低温性能，120下(3)电性能：PC是一种弱极性聚合物，虽然电绝缘性不如聚烯烃类，但仍然具有较好的电绝缘性。由于其玻璃化转变温度高、吸湿性小，因此可在很宽的温度和潮湿的条件下保持良好的电性能。特别是它的介电常数和介电损耗在1030的范围内接近常数，因此适合于制造电容器。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能(3)电性能：PC是一种弱极性聚合物，虽然电绝缘性不如聚烯 (4)耐化学药品性 PC具有一定的耐化学药品性。在室温下耐水、有机酸、稀无机酸、氧化剂、盐、油、脂肪烃、醇类。但它受碱、胺、酮、酯、芳香烃的侵蚀，并溶解在三氯甲烷、二氯乙烷、甲酚等溶剂中。长期浸在沸水中也会发生水解现象。在某些化学试剂(如四氯化碳)中PC可能会发生“应力开裂”的现象。一般说来PC耐润滑脂、油和酸，在纯汽油中也是稳定的。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能 (4)耐化学药品性 三、PC结构与性能PC的 (5)其他性能 PC的透光率很高，约为8790，折射率为1.587，比丙烯酸酯等其他透明聚合物的折射率高，因此可以作透镜光学材料。PC还具有很好的耐候和耐热老化的能力，在户外暴露两年，性能基本不发生变化。三、三、PC结构与性能结构与性能PC的主要性能的主要性能 (5)其他性能 三、PC结构与性能PC四、PC的成型加工 1.PC的成型工艺特性(1)PC在用熔融状态下的流变性接近牛顿型。也就是说熔体粘度的变化与剪切速率关系不大，而主要与温度有关。熔体温度每升高28。则流速度加快1倍。四、PC的成型加工 1.PC的成型工艺特性（2）PC制品的吸湿性小，吸湿后性能变化不大。但是加工前的粒料却对水极为敏感，那怕含有微量水分（0.2左右），则加工出来的制品，常常在出现银丝、气泡甚至裂纹。从而引起制品强度显著下降。如分子量为5万，含水量为0.20.25的聚碳酸酯，经190加工后下降为20700；240加工后下降为19000。所以加工前树脂必须进行干燥，干燥至0.02%以下。四、PC的成型加工（2）PC制品的吸湿性小，吸湿后性能变化不大。但是加工前的粒 （3）不同的制法，所制得PC的分子量是不同的，一般光气法合成的聚碳酸酯分子量较高，可达67万；酯交换法分子量较低大约为34万。两者的分子量分布不一样，前者较宽，因而两者所需的加工条件不同，这给成型加工带来较大影响，在选择成型方法及确定工艺条件时，应注意。四、PC的成型加工 （3）不同的制法，所制得PC的分子量是不同的，四、P（4）PC是 无 定 型 聚 合 物，无 准 确 熔 点。但 有 熔 程（熔 融温度为220240）仅1020之差，加工困难。当由熔融状态冷却凝成固体时，也没有结晶发生，故PC成型后收缩率比较小，在0.60.8%之间。（5）由于PC的分子链刚性大，熔体粘度高，流动性小，冷却速度快，制品易产生内应力，因此成型工艺条件苛刻，制品设计、模具设计要求较高。四、PC的成型加工（4）PC是无定型聚合物，无准确熔点。但有熔程（熔 PC的加工工艺和采用设备，就应根据上述工艺特性来选定。即加工前粒料必须长时间严格干燥，且干燥过的树脂，也必须置于90的保温箱内随用随取。如采用注射成型，则以移动螺杆式为好，喷嘴以选用普通敞口延伸式为优；四、PC的成型加工PC的加工工艺和采用设备，就应根据上述工艺特性来选定。四、P模具流道设计以粗而短为佳，模具应设控温装置，常在80120范围内，根据制品厚薄适当控制；嵌件必须预热至110130以减少开裂倾向；最后，制品必须在110退火处理几小时，改善应力开裂性；针对聚碳酸酯具有缺口敏感性，制品设计切忌尖角、缺口，厚薄变化大，制品厚薄尽量均一等等。四、PC的成型加工模具流道设计以粗而短为佳，模具应设控温装置，常在80120聚碳酸酯可以采用注射、挤压、模压、吹塑、铸塑等方法加工，其中以注射成型应用最为广泛，占有极重要地位。四、PC的成型加工四、PC的成型加工 改性PC的目的是为了增韧，改善成型加工性能，减少残余变形，增加阻燃性等，具体能改性PC的品种有PC/ABS可提高弯曲模量，耐热性，电镀性能等。PC/PET、PBT可改善耐药品性，耐溶剂腐蚀性等。PC/PMMA加入有机玻璃可提高外观珠光色彩。PC/PA、HIPS可提高冲击韧性，表面光洁度。PC/HDPE可改善耐沸水性、耐老化性、耐气候性，而LDPE效果较差。五、改性聚碳酸酯五、改性聚碳酸酯 改性PC的目的是为了增韧，改善成型加工性能，减少残余变形，PC用玻璃纤维或碳纤维进行增强改性，提高机械强度。并用溴类阻燃剂和三氧化二锑，可制成阻燃级PC。其他和聚砜、芳香族聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯都可以进行共混改性，达到经济性和性能之间的平衡。五、改性聚碳酸酯五、改性聚碳酸酯 PC用玻璃纤维或碳纤维进行增强改性，提高机械强度。五、改性选用光气法生产的PC为原料，其中新料为80，再生料为20。生产工艺流程如下：配料一干燥一注射一修整斗抛光一热处理一制品烘箱干燥温度115-120，1620h，物料在料盘上厚度为30毫米以下，使之树脂含水量在0.03%以下。料筒三区温度为200220、250280、260290，喷嘴温度比料筒稍低些，低5一10。注射压力46兆帕，成型周期25秒，热处理温度115120C，1小时，要采用倒悬式进行热处理。该纱管比木质纱管使用寿命长3倍、尺寸稳定、耐候性好，不起毛、光洁度好，能提供各种颜色的纱管。5五、改性聚碳酸酯五、改性聚碳酸酯实例实例 聚碳酸酯纺织纱管聚碳酸酯纺织纱管选用光气法生产的PC为原料，其中新料为80，再生料为20对于废旧再生PC料，还可以进行增韧处理，顶替新料使用。可在再生PC料中，共混少量的尼龙树脂，或高抗冲聚苯乙烯树脂，可使制品的冲击强度提高1倍以上，弯曲强度也有改善，对树脂的加工性能、表面光泽均有所提高。五、改性聚碳酸酯五、改性聚碳酸酯对于废旧再生PC料，还可以进行增韧处理，顶替新料使用。可在再 此外，由于尼龙在熔融时黏度极低，能对共混体系中的颜料有优良的浸润包覆作用，破坏了颜料粒子的聚集结构，增加了颜料分散性，为此可降低颜料用量的20。PC可和ABS共混，提高冲击强度，ABS添加量为50时，提高幅度最大。ABS含量过少时如3，冲击强度反而下降。此外，由于尼龙在熔融时黏度极低，能对共混体系中的颜料有优良PC可和HDPE共混，其中HDPE含量为30时共混效果较好，可改善冲击强度，加工流动性能提高，易于充模。LDPE共混效果很差，出现分层，不能使用。PC还可做成薄膜，其抗穿刺强度高，适合于焊接，热封，PC膜表面张力大，在印刷前不需进行电晕处理，电镀性能也好。可用于医药、食品包装、与纸板复合作装饰板等。各种VCD、DVD光盘常用PC制成。五、改性聚碳酸酯五、改性聚碳酸酯PC可和HDPE共混，其中HDPE含量为30时共混效果较好六、应用六、应用PC可以作为 E级绝缘材料（最高工作温度 120），用于制备接插件、线圈骨架、绝缘套管、电话机听筒、矿灯电池盒、电视机偏转座盖等。聚碳酸酯薄膜广泛用于电容器中。PC也广泛用于制造承载的机械零件，如齿轮齿条、蜗轮蜗杆、凸轮、棘轮、曲轴杠杆、紧固件、轴套、轴承保持架，某些设备的罩壳、框架、泵叶轮，便携工具箱等。六、应用PC可以作为 E级绝缘材料（最高工作温度 120）PC由于透光率高，也经常用于制备光学零件或装置，例如大型灯罩、防护玻璃、照相器材，制备飞机座舱玻璃代替聚甲基丙烯酸甲酯，由于冲击强度高，可减少材料用量，降低造价。也可用于制备高速飞机的风挡与天窗。六、应用六、应用PC由于透光率高，也经常用于制备光学零件或装置，例如大型灯罩在医疗器材方面，可用于制备杯、筒、瓶、人工内脏（肾、肺）等。近年来PC还广泛用于制造影视光盘。PC在其它方面还有较多应用，如食品包装、各种容器、导管等。在医疗器材方面，可用于制备杯、筒、瓶、人工内脏（肾、肺）等。