聚碳酸酯
甲卡西酮 / 2021-10-29
2.11聚碳酸酯
聚碳酸酯(PC)是碳酸的聚酯類，它與聚酯的特征基團比較如下:
-O-C‖O-O- 碳酸酯基 -C‖O-O- 酯基
碳酸本身并不穩(wěn)定，但其衍生物(如光氣、尿素、碳酸鹽、碳酸酯)都有一定穩(wěn)定性。
聚碳酸酯可由二元醇與光氣縮聚而成。
nHO-R-OH+nC1-C‖O-C1→-HC1[ORO-CO‖O]n
按醇結構的不同，可將聚碳酸酯分成脂族和芳族兩類。
脂族聚碳酸酯，如聚亞乙基碳酸酯、聚三亞甲基碳酸酯及其共聚物，熔點和玻璃化溫度低，強度差，不能用作結構材料；但利用其生物相容性和生物可降解的特性，可在藥物緩釋放載體、手術縫合線、骨骼支撐材料等方面獲得應用。
這里著重介紹芳族聚碳酸酯。科研人員曾研究過多種雙酚聚碳酸酯，但已工業(yè)化的僅限于雙酚A聚碳酸脂，因為其熔點高，物理機械性能好。通常如未標明是哪一-類聚碳酸酯，指的就是這一品種。
工業(yè)上應用的聚碳酸酯主要由雙酚A [2,2'-雙(羥苯基)丙烷]和光氣來合成，其主鏈含有苯環(huán)和四取代的季碳原子，剛性和耐熱性增加，Tm=265~270℃，Tg=149℃，可在15~130℃內(nèi)保持良好的力學性能，抗沖性能和透明性特好，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變，性能優(yōu)于滌綸聚酯，是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易應力開裂，受熱時易水解，加工前應充分干燥。
聚碳酸酯的制法有酯交換法和光氣直接法兩種，簡示如下式:
nHO-CH?-C-CH?-OH-CO9OC6H5)?-C6H5OH+COCI?-HCI-［O-C-CH?-CH?-O-C‖-O]
(1)酯交換法
原理與生產(chǎn)滌綸聚酯的酯交換法相似。雙酚A與碳酸二苯酯熔融縮聚，進行酯交換，在高溫減壓條件下不斷排除苯酚，提高反應程度和分子量。
酯交換法需用催化劑，分兩個階段進行:第一階段，溫度180~ 200℃，壓力270~ 400Pa，反應1~3h,轉化率為80%~90%;第二階段，290~300°C， 130Pa以下，加深反應程度。起始碳酸二苯酯應過量，經(jīng)酯交換反應，排出苯酚，由苯酚排出量來調(diào)節(jié)兩基團數(shù)比，控制分子量。
苯酚沸點高，從高粘熔體中脫除并不容易。與滌綸聚酯相比，聚碳酸酯的熔體粘度要高得多，例如分子量3萬、300℃時的粘度達600Pa·s,對反應設備的攪拌混合和傳熱有著更高的要求。因此，酯交換法聚碳酸酯的分子量受到了限制，多不超出3萬。
(2)光氣直接法
光氣屬于酰氯，活性高，可以與羥基化合物直接酯化。光氣法合成聚碳酸酯多采用界面縮聚技術。雙酚A和氫氧化鈉配成雙酚鈉水溶液作為水相，光氣的有機溶液(如二氯甲烷) 為另一相，以胺類(如四丁基溴化銨)作催化劑，在50℃下反應。反應主要在水相一側，反應器內(nèi)的攪拌要保證有機相中的光氣及時地擴散至界面，以供反應。光氣直接法比酯交換法經(jīng)濟，所得分子量也較高。
界面縮聚是不可逆反應，并不嚴格要求兩基團數(shù)相等，一般光氣稍過量，以彌補水解損失?？杉由倭繂喂倌軋F苯酚進行端基封鎖，控制分子量。聚碳酸酯用雙酚A的純度要求高，有特定的規(guī)格，不宜含有單酚和三酚，否則，得不到高分子量的聚碳酸酯，或產(chǎn)生交聯(lián)。
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