Схема производства поликарбоната непрерывным методом

Обновлено: 02.05.2024

Гетероцепные сложные полиэфиры: поликарбонаты

Методы синтеза, свойства и применение поликарбоната. Основные преимущества и характеристики сотового поликарбоната. Потребление поликарбоната при изготовлении оптических носителей информации. Техника безопасности при производстве сложных полиэфиров.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.02.2017
Размер файла	215,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Федеральное агентство по образованию РФ

Казанский национально исследовательский технологический университет

на тему: "Гетероцепные сложные полиэфиры: поликарбонаты"

Выполнила: студентка группы 5203-11

Проверила: Софьина С.Ю.

Содержание

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.

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).

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.

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.

3. Свойства и применение поликарбоната

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).

- 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.

Подобные документы

Разработка теплицы ангарного типа из поликарбоната

Рассмотрение понятия, структуры и областей применения сотового поликарбоната, его теплоизоляционные свойства. Основные способы крепления листов поликарбоната. Разработка проекта ангарной теплицы с автоматическими системами полива, обогрева и освещения.

дипломная работа [2,7 M], добавлен 10.11.2011

Технология литья фары из поликарбоната

Технические требования к детали и выбор марки пластмассы, его обоснование. Разработка аппаратурно-технологической схемы производства, ее теоретическая основа, виды брака и его устранение. Выбор оборудования. Составление технической документации.

курсовая работа [884,6 K], добавлен 29.10.2013

Способы получения и свойства красителей и оптических отбеливателей

История применения красителей, номенклатура их производства, техническая и химическая классификации. Химические свойства, применение, способы и стадии промышленного производства оптических отбеливателей. Способы очистки сточных вод от красителей.

курсовая работа [412,5 K], добавлен 02.05.2011

Изготовление ювелирного кулона

Ювелирные технологии, применяемые при изготовлении кулона "Грация", основные и дополнительные материалы, требования к их качеству. Технологическая карта изготовления кулона и техника безопасности при проведении работ, организация рабочего места.

курсовая работа [335,3 K], добавлен 19.01.2016

Неорганические и органические связующие добавки

Применение бентонитовых глин при производстве железорудных окатышей, входящие в их состав минералы. Исследование влияния органических добавок на свойства сырых окатышей. Физические и химические характеристики связующих добавок, их реологические свойства.

реферат [3,2 M], добавлен 03.03.2014

Технология изготовления детали типа "диск"

Технологический процесс изготовления детали типа "диск" и её основное назначение. Свойства применяемого металла и используемые инструменты. Программа изготовления детали на станке с программным управлением. Техника безопасности при изготовлении детали.

презентация [2,0 M], добавлен 08.07.2012

Исследование влияния внешних воздействий на светотехнические характеристики сплавов методом СВС

Применение электрических полей для воздействия на процессы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). История открытия метода СВС, его преимущества по сравнению с традиционными технологиями. Рентгенофазовый анализ продуктов СВС.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

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.

Поликарбонат - это относительно новый полимер. Относится он к классу инженерных пластичных материалов.

Цель данной работы: детально изучить поликарбонат как полимерный материал. В соответствии с целью, задачами данной работы являются изучение основных сведений о поликарбонате, анализ технологии получения поликарбоната, анализ свойств и областей применения данного полимера, а также перспективы развития технологии его получения и расширение областей применения.

Объектом исследования является поликарбонат, как полимерный материал, имеющий широкую область применения за счет своих физических и химических свойств.

Предметом исследования являются свойства, технология производства и применение поликарбоната.

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЛИКАРБОНАТА

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» [2]. 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 её 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 1970-х годов в поисках альтернативы тяжёлому 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 [2].

Тогда совместно «General Electric» (владельцами сырья поликарбоната торговой марки «Лексан») проводились опыты по производству прозрачных пластиковых изделий на оборудовании компании «Polygal» в Рамат Ха-Шофете и Мегиддо (Израиль). Обе компании подгоняли технологию под сырьё, а сырьё — под технологию. Так, в Израиле в 1976 году получили первый в мире сотовый лист из поликарбоната.

МЕТОДЫ СИНТЕЗА ПОЛИКАРБОНАТА

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) [4].

Промышленные способы синтеза поликарбоната:

1) Традиционный способ:

2) Без использования фосгена:

ВИДЫ ПОЛИКАРБОНАТА

Основными видами поликарбоната являются:

Сотовый поликарбонат. Другое название - ячеистый поликарбонат. Это самый распространенный на сегодняшний день вид поликарбоната. Благодаря малому весу, высокой прочности и пластичности из этого материала получают листы с тонкими стенками. Внутри сотовые листы полые, так как два слоя пластика соединяются при помощи различных продольных внутренних ребер, которые имеют достаточную требуемую степень жесткости и твердости [5].

Монолитный поликарбонат. Это сплошные поликарбонатные листы толщиной 2-12 мм. Реже встречаются листы толщиной до 20 мм. Из них можно получить формы любой кривизны с помощью метода горячего формования. Этот метод основывается на плавном повышении температуры [5].

Также выпускаются различные виды поликарбоната специального назначения:

Марки, получаемые на стадии синтеза:

Поликарбонаты с пониженной горючестью;

Марки, получаемые на стадии конфекционирования:

Поликарбонат с огнезащитными добавками;

Поликарбонат с пожизненной склонностью к растрескиванию.

Смеси и сплавы поликарбоната с другими полимерами.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИКАРБОНАТА

В качестве сырья для производства поликарбоната применяются:

Дифенилолпропан (бисфенол А): НО-С₆Н₄-(СН₃)С(СН₃)-С₆Н₄-ОН - белый кристаллический порошок растворимый в ацетоне, спирте, уксусной кислоте. Плавится при 156°С.

Дифенилкарбонат: С₆Н₅-О-С(О)-О-С₆Н₅ - твердое вещество плавится при 79°С и кипит при 160°С.

Фосген: COCl₂ - ядовитый бесцветный газ с запахом прелого сена, кипит при 8,2°С. Плохо растворим в воде и хорошо растворим в органических растворителях [3].

Самыми главными промышленными методами производства и получения поликарбоната являются [5]:

фосгенирование бисфенолов в натуральном или органическом растворе при наличии третичных органических оснований, связывающих соляную кислоту, которая является побочным продуктом всей данной реакции – способ поликонденсации в растворе;

фосгенирование бисфенолов, растворенных в специальном водном растворе из щелочи, на поверхности раздела фаз при наличии или же в присутствии каталитических количеств третичных аминов, - способ межфазной поликонденсации;

переэтерификация ароматических эфиров угольной кислоты (диметилкарбонатов) бисфенолами, - способ поликонденсации в расплаве.

Реакции образования поликарбоната протекают по следующим схемам: [5]

Способ фосгенирования:

Способ переэтерификации:

Способ поликонденсации в растворе (в среде пиридина или смеси пиридина с метиленхлоридом) и способ межфазной поликонденсации (одна фаза - водно-щелочной раствор бисфенола, другая фаза - метиленхлорид, гептан, дибутиловый эфир и другие растворители, не смешивающиеся с водой) осуществляются при невысокой температуре и дают возможность получать поликарбонат с различными значениями молекулярной массы. Но в каждом из них применяются разбавленные растворы компонентов и поэтому приходится пользоваться аппаратурой большого объема, регенерировать органические растворители и подвергать очистке промывные воды [6].

Способ переэтерификации обеспечивает получение поликарбоната повышенной чистоты и не нуждается в применении растворителей, но он обладает меньшей универсальностью в сравнении с предыдущими способами (получается поликарбонат с невысокой молекулярной массой), протекает только при высоких температурах (180-300°С) и требует использования особо чистых компонентов, что значительно удорожает сырье.

Переэтерификация проводится в расплаве в отсутствии кислорода (в вакууме). Катализаторами реакции являются гидроксиды натрия, лития или калия, тетраалкиламмоний и др. Преимущество данной технологии заключается в отсутствии фосгена и растворителей - технология является более чистой с экологической точки зрения [7].

Поликарбонат, получаемый переэтерификацией, имеет более узкое молекулярно-массовое распределение. Материал, полученный данным методом, содержит небольшое количество фенольных остатков на конце макромолекулярных цепей.

Процесс получения поликарбоната способом межфазной поликонденсации является двухстадийным. На первой стадии образуется олигомерный продукт с концевыми группами хлоругольной кислоты, который на второй стадии участвует в дальнейшей реакции поликонденсации и превращается в полимер. Известны периодические, полунепрерывные и непрерывные процессы [7].

1. Производство поликарбоната периодическим методом

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 (см. рис. 1).

Рис. 1.Схема производства поликарбоната периодическим методом:

Об —аппарат для обезвоживания; НК — насадочная колонна;

Полимер по мере образования растворяется в метиленхлориде. Вязкий 10 %-ный раствор поступает в промыватель (поз. П), 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 (поз. Об). Пары воды проходят через насадочную колонну (поз. НК), конденсируются в холодильнике (поз. Х2) и поступают в сборник воды. Раствор поликарбоната подается в осадитель (поз. Ос), в котором ПК осаждают метиловым спиртом или ацетоном. Из суспензии ПК отделяют па фильтре (поз. Ф) и в виде порошка направляют в сушилку (поз. С), а затем в гранулятор (поз. Г) для получения гранул. Гранулы либо бесцветные, либо имеют цвет до светло-коричневого. Смесь растворителя и осадителя поступает на регенерацию [17].

4.2. Производство поликарбоната непрерывным методом

При непрерывном методе производства ПК (см. рис. 2) все компоненты - водный раствор дифенолята натрия, получаемый растворением бисфенола водной щелочи, метиленхлорид и фосген — через дозаторы непрерывно поступают в первый реактор (поз. Р1) каскада реакторов. Быстрое перемешивание обеспечивает протекание реакции. Образующийся олигомер перетекает в реактор Р2 и затем в реактор Р3. Во всех реакторах температура поддерживается в пределах 25-30 °С. В реактор Р3 для углубления процесса поликонденсации и получения полимера высокой молекулярной массы вводится катализатор (водный раствор алкиларилхлорида аммония) [17].

Реакционная смесь, состоящая из водной и органической фаз, поступает в аппарат АР1 для непрерывного разделения. Водная фаза подается на очистку, а раствор ПК в метиленхлориде промывается водой в экстракционной колонне (поз. ЭК) и отделяется от воды в аппарате АР2. Промытый раствор полимера проходит отгонную колонну (поз. ОтК) для отделения остатка воды в виде азеотропной смеси вода-метиленхлорид, пары которой охлаждаются в холодильнике Х1 и поступают на разделение.

Рис. 2. Схема производства поликарбоната непрерывным методом:

Р1-Р1-Р3 — реакторы; АР1-АР2 — аппараты для разделения;

ЭК — экстракционная колонна: ОтК — отгонная колонна;

Х1-Х2 — холодильники; ОсК — осадительная колонна; Г — гранулятор

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 давление 6 МПа с помощью форсунки подается в осадителъную колонну (поз. ОсК). В этой колонне вследствие снижения давления до атмосферного и испарения метиленхлорида ПК выделяется в виде порошка и осаждается. Пары метиленхлорида поступают на конденсацию в холодильник Х2, а порошок полимера — на грануляцию (поз. Г). [17]

Расход основных видов сырья при производстве поликарбоната представлен в таблице 1.

Таблица 1

Расход основных видов сырья при производстве поликарбоната

Наименование сырья

Расход, т/т

Дифенилолпропан (Бисфенол А)

NaOH (в пересчете на 100%)

Если сравнивать два данных способа с экономической точки зрения, и с точки финансовой выгоды, то стоит отметить, что способ межфазной поликонденсации всегда более дешевый и экономически выгодный со всех сторон. Он более выгодный, поскольку при этом методе, способ получения поликарбоната происходит двумя фазами или двумя стадиями. Первая стадия это образование, получение олигомерного продукта, с группами хлоругольной кислоты, который на второй стадии будет участвовать в последующей реакции поликонденсации, то есть производства полимера.

Блок-схема процесса производства поликарбоната представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Блок-схема процесса производства поликарбоната

Из монолитного поликарбоната можно получить листы любой формы и любой кривизны с помощью метода горячего формования. Этот метод основывается на плавном повышении температуры. Делается это внутри специальной печи, в которой циркулирует воздух. Лист там разогревается и переносится в горячем состоянии на штамп, где и приобретает нужную форму. При такой технологии толщина получившегося элемента остается одинаковой в любом месте его криволинейной поверхности [2].

Изготовление сотового поликарбоната:

Для производства сотового поликарбоната используются поликарбонатные гранулы. Изготовление материала включает в себя прохождение гранулами цикла определенных технологических процессов. Производство сотового поликарбоната предполагает наличие:

специальных химических добавок.

Вначале закупается поликарбонатный гранулят. Стоит учитывать, что, в зависимости от цвета гранул (которые могут быть белыми, цветными и прозрачными), в конечном итоге получится материал определенной цветовой гаммы. Поэтому при покупке стоит обращать внимание на цвет сырья [5].

После взвешивания, сортировки, очистки от пыли для производства листов гранулы поступают на плавление.

В камере плавления гранулы переходят из твердого состояния в жидкое, к ним добавляются специальные компоненты, способствующие улучшению характеристики будущего материала. В конечном итоге образуется однородная смешанная масса.

Далее начинается процесс экструзии, в ходе которого бесформенная масса преобразуется в нужную структуру, монолитную или сотовую. Помимо основного процесса экструзии, поликарбонатная масса одновременно подвергается соэкструзии тонкой пленкой, поглощающей ультрафиолетовое излучение, что способствует сохранению превосходной прочности материала [20].

На следующем этапе прозрачный или цветной сотовый поликарбонат в виде тонких пластин, скрепленных между собой прочными ребрами жесткости, подается на конвейер.

После остывания пластины поликарбоната нарезаются на нужные размеры, складируются и в многослойных, защищенных от проникновения влаги мешках поступают на хранение.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИКАРБОНАТА

Эксплуатироваться разные виды поликарбоната могут при температурах от -45 до +120 градусов. Этот диапазон значительно больше, чем у довольно широко известного акрила. Ударная прочность поликарбоната превышает прочность акрила и стекла соответственно в 10 и в 100 раз.

Поликарбонатные панели не заменят стекло в полной мере, но помогают архитекторам разрабатывать комфортабельные и долговечные конструкции для применения их в зданиях и сооружениях различного назначения. Материал имеет богатую цветовую гамму [11].

Так как поликарбонат относится к термопластам, при затвердевании он восстанавливает все свои свойства. Это делает его ценным материалом с экологической точки зрения. Монолитные листы не имеют аналогов среди полимерных материалов.

Поликарбонат характеризуется комплексом высоких физико-механических свойств, отличается самой высокой среди полимеров жесткостью и прочностью в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным нагрузкам (лист d=12_мм не пробивает пистолетная пуля) обусловливает его применение для изготовления защитных шлемов и щитов. Свойства поликарбоната мало изменяются с ростом температуры.

Поликарбонат обладает хорошими оптическими показателями, отличается высокой прозрачностью. Коэффициент светопропускания - 89-91%. Устойчив к воздействию УФ-излучения.

Поликарбонат имеет отличные диэлектрические свойства. Рекомендуется для изготовления точных деталей, т. к. имеет высокую размерную стабильность, незначительное водопоглощение, хорошо окрашивается [19].

Механическая прочность. Поликарбонат способен претерпевать значительные механические нагрузки. Необходимо учесть, что поверхность может подвергаться абразивному воздействию при длительном контакте с мелкими элементами по типу песка. При этом возможно образование царапин при воздействии шероховатых материалов, которые обладают достаточной твердостью. Механическая прочность будет зависеть от структуры и марки. Если говорить о пределе прочности на разрыв, то товар премиум-класса обладает параметром, равным 60 МПа. Предел текучести у той же марки равен 70 МПа. Ударная вязкость составляет 65 кДж/мм. Производитель дает гарантию на сохранение эксплуатационных качеств в течение 10 лет при том условии, что листы были установлены правильно и с использованием специального крепежа [19].

Параметры толщины и удельный вес. Технология предполагает возможность изготовления поликарбоната разных размеров. В настоящее время на рынке строительных материалов можно найти листы, толщина которых варьируется в пределах от 4 до 25 миллиметров. У каждого из этих типов разная внутренняя структура. Плотность поликарбоната равна 1,2 килограмм на кубический метр. Для полотен данный показатель зависит от количества слоев, толщины панелей и расстояния между ребрами жесткости. При толщине листа в 4 миллиметра количество стенок ограничено двумя, при этом расстояние между ребрами жесткости составляет 6 миллиметров. При толщине в 25 миллиметров число стенок равно 5, тогда как шаг между ребрами равен 20 [19].

Устойчивость к воздействию солнца. Поликарбонат - это тот материал, который способен гарантировать надежную защиту от излучения. Для того чтобы достичь подобного эффекта, в процессе производства на лист наносится прослойка стабилизирующего покрытия. Данная технология обеспечивает срок эксплуатации течение 10 лет. Вероятности отслоения защитного покрытия от самого материала нет, так как полимер надежно сплавлен с основой. При установке листа необходимо учесть тот момент, что покрытие, предназначенное для защиты от солнечного излучения, должно быть обращено наружу. Светопропускная способность зависит от цвета, например, неокрашенные листы обладают данным показателям в пределах от 83 до 90 процентов. Прозрачные цветные полотна пропускают не более 65 процентов, однако прошедший свет хорошо рассеивается [19].

Теплоизолирующие характеристики. Обладает отличными теплоизоляционными качествами. Теплосопротивляемость этого материала достигается за счет внутри содержащегося воздуха и по той причине, что полотно имеет значительное тепловое сопротивление. Коэффициент теплопередачи будет зависеть от структуры и толщины листа. Этот параметр изменяется в пределах от 4,1 до 1,4 Вт/(м² ·К). Первая цифра верна для полотна, толщина которого равна 4 миллиметрам, тогда как вторая цифра представлена для 32-мм листа [17].

Пожаростойкость. Поликарбонат считается устойчивым к воздействию высоких температур, он относится к категории В1, что по европейской классификации обозначает трудновоспламеняемый и самозатухающий материал. При горении он не выделяет токсичных газов и не является опасным для человека. При описываемом тепловом воздействии, что касается и открытого пламени, начинаются процессы образования сквозных отверстий и разрушения структуры. Материал начинает уменьшаться по площади [38].

Срок эксплуатации. Поликарбонат монолитный - это тот материал, производители которого гарантируют сохранение качественных характеристик материала в течение 10 лет. Это верно, если будут соблюдаться правила монтажа и эксплуатации. Если не допустить повреждения наружной поверхности, то можно продлить срок использования панели. В противном случае произойдет преждевременное разрушение полотна. В тех зонах, где существует опасность механического повреждения, необходимо использовать листы, толщина которых равна 16 миллиметрам или больше. При монтаже необходимо учитывать исключение возможности контакта с веществами, которые способны нанести вред в виде разрушения [14].

Шумоизоляционные характеристики.Сотовая структура обеспечивает весьма низкую акустическую проницаемость, это указывает на то, что панели обладают отличными шумопоглощающими свойствами, которые зависят от разновидности листа и его внутренней структуры. Таким образом, если речь идет о многослойном сотовом поликарбонате, толщина полотна которого равна 16 миллиметрам или больше, угасание звуковой волны происходит в пределах от 10 до 21 дБ [19].

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИКАРБОНАТА

Поликарбонат из-за большой жесткости макромолекул и ограниченного вращения ароматических циклов 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 поликарбоната при 180-190°С (выше его температуры стеклования, равной 149 °С).

Температура плавления поликарбоната 220-230 °С; разлагается при температурах более 320 °С. Относится к группе самозатухающих полимеров.

Выпускают поликарбонат стабилизированным и нестабилизированным. Стабилизаторами являются фосфорорганические соединения, например фосфит НФ, добавляемый в количестве 0,5-1 %.Они повышают показатель текучести расплава поликарбоната, внешний вид и физико-механические свойства изделий [11].

Поликарбонат теплостойкий материал, температурно стабилен, биологически инертен (благодаря этому используется в медицине).

Все изделия отличаются стабильностью размеров, не деформируются при длительном нагревании вплоть до температуры 135 °С и остаются гибкими до -75°С. Они устойчивы к действию воды, растворов солей, разбавленных кислот, углеводородов и спиртов.

Поликарбонат - это тот материал, который обладает отличной устойчивостью к ряду химических веществ. Однако не рекомендуется его использование, если возможно воздействовие инсектицидных аэрозолей, цементных смесей, ПВХ-пластифицированных веществ, бетона, сильнодействующих моющих средств, галогенных и ароматических растворителей, герметиков на базе аммиака, уксусной кислоты и щелочи, растворов этилового спирта [12].

Поликарбонат - это тот материал, который будет стойко переносить воздействие солевых растворов с нейтральной кислотной реакцией, а также концентрированных минеральных кислот. Не боится восстановителей и окислителей, а также спиртовых растворов, в качестве исключения выступает метанол.

МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИКАРБОНАТА

Поликарбонаты являются крупнотоннажными продуктами органического синтеза. Мировые производственные мощности (см. табл. 2).

Таблица 2

Размещение крупнейших производств поликарбоната

Читайте также: