Разновидности инженерных пластиков. Поликарбонаты. Часть 1

Как таковой, поликарбонат используется по меньшей мере в 27 основных сегментах промышленности, начиная от телекоммуникационных компонентов, заканчивая защитными очками, медицинскими устройствами и оптическими накопителями. Подробное описание рынков и приложений приводится далее. Здесь же заметим, что первоначально только два крупных производителя в Северной Америке и Европе производили поликарбонат. С тех пор эта отрасль расширилась и теперь включает в себя около десятка других поставщиков в Европе, Азиатско-Тихоокеанском регионе и Северной Америке. В настоящее время поликарбонат производится на четырех континентах. Спрос на этот универсальный полимер постоянно растет с момента его коммерческого внедрения в начале 1960-х годов. Годовые темпы роста обычно составляют в среднем 10%. В этой части мы дадим обзор свойств, синтеза, методов определения характеристик и производства, рынков и использования поликарбоната и его смесей, и обзор посвящён прежде всего коммерчески значимым аспектам разработки, производства и применения поликарбоната.

Для получения более подробной информации рекомендуется специальная научная литература по поликарбонатам, которая представлена в избытке на различных интернет-ресурсах. Эволюция поликарбоната была долгой и сложной, с обширной работой многих исследователей. На открытие и разработку поликарбоната, как и во многих ранних полимерных изобретениях XX века, повлиял ряд взаимосвязанных факторов. Главной проблемой было отсутствие ощущаемой потребности в полимерах с более высокими технологическими свойствами, недостаток коммерчески доступных мономеров и отсутствие технологического оборудования, на котором можно обрабатывать полимеры с более высокой вязкостью и более высокой температурой. Следовательно, между публикацией ранних результатов и коммерциализацией жизнеспособных форм поликарбоната прошло более полувека, как и в случае с полиэфирами. Фактически, поликарбонатная смола развивалась как подмножество общих полиэфиров, при этом разработки в каждом семействе полимеров помогали поддерживать достижения в других.

В результате этой работы были получены легкоплавкие вязкие жидкости или микрокристаллические воскоподобные твердые вещества с температурами плавления ниже +100 °C. Эта же группа также подготовила «суперполиэфиры» и «суперполикарбонаты», которые затем использовались в качестве пленкообразующих и волокнообразующих. Однако, как и в случае более ранних алифатических сложных полиэфиров, температуры плавления и термическое сопротивление этих продуктов были низкими, и ни один из них впоследствии не стал самостоятельным, коммерчески значимым полимером. Первую значимую документацию по синтезу ароматических поликарбонатов представил Эйнхорн. Он использовал реакцию с гидрохиноном, резорцином и катехолом с фосгеном в растворе пиридина, получая линейные полимеры из гидрохинона (нерастворимый кристаллический порошок, который плавился при температуре выше +280 °С) и резорцина (аморфный материал, который плавился при разложении при +190-200 °С), и циклический карбонат из катехина. Последующее исследование было сосредоточено на поиске более эффективных методов приготовления и улучшении свойств материала. В 1902 году те же полимеры, которые Эйнхорн получил по методике фосгена, были синтезированы методом переэтерификации в расплаве, разработанным Бишоффом и Хенденстроемом с использованием дифенилкарбоната (DPC) в качестве синтона, эквивалентного фосгену.

Однако интерес к поликарбонатам вскоре снова уменьшился из-за плохой растворимости и вязкости этих ранних смол, общих проблем, связанных с их обработкой, и из-за ограниченных методов определения характеристик материала, доступных в то время. В течение следующих 50 лет не было зарегистрировано каких-либо значительных работ, связанных с ароматическими поликарбонатами. Несколько десятилетий спустя, в начале 1930-х годов, снова возник интерес к этой сфере и работа стала проводиться на алифатических поликарбонатах, когда Каротерс и ван Натта смогли производить легкоплавкие, низкомолекулярные, микрокристаллические алифатические поликарбонаты по двум различным путям синтеза. Первым методом была переэтерификация алифатических дигидроксильных соединений с диэтилкарбонатом. Второй подход заключался в полимеризации с раскрытием цикла циклических карбонатов алифатических дигидроксильных соединений. Затем Петерсон расширил работу по переэтерификации, чтобы получить легкоплавкие высокомолекулярные пленки и волокна из 1,6-гександиола и дибутилкарбоната. Первый коммерчески жизнеспособный поликарбонат был представлен в 1941 году компанией Pittsburgh Plate Glass в форме жидкой смолы для поверхностного покрытия волокна для оптических применений. Эта сшиваемая смола (называемая CR-39) была получена из аллилового эфира диэтиленгликолькарбоната. Дальнейшие реакции, инициируемые перекисью, использовали для получения устойчивого к царапинам и прозрачного пластика.