imported>ChemEdit: /* История возникновения */

2026-03-12T14:05:26Z

История возникновения

Новая страница

[[Файл:Lexan.svg|thumb|300 px|Структурная формула поликарбоната на основе эфира [[Бисфенол А|бисфенола А]]]]
'''Поликарбона́ты''' — сложные [[полиэфиры]] угольной кислоты и соединений с двумя [[Гидроксильная группа|гидрокисльными группами]]. Класс [[Термопласты|термопластичных полимеров]]. Общая формула (–O–R–O–CO–)<sub>n</sub>. Промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты на основе [[Гомополимер|гомополимера]] полиэфира [[Бисфенол А|бисфенола А]], а также [[сополимеры]] с его бромированными аналогами. Их активно применяют в качестве конструкционных полимерных материалов в автомобилестроении, в бытовой и медицинской технике для изготовления различных изделий, например, фар автомобилей, оптических линз, защитных очков и шлемов, кухонной утвари, чашек Петри, фильтров для крови и др. В промышленном и гражданском строительстве используют в виде [[Триплекс|триплексов]] — высокопрочных многослойных стекол для остекления зданий, [[Теплица|теплиц]], спортивных сооружений{{sfn|Химическая энциклопедия|1992|страницы=630—631|loc=Т. 3. Поликарбонаты|name=ХЭ_3_630-631}}.

== История возникновения ==
Первые упоминания о соединениях, которые можно классифицировать как аналоги поликарбоната, относятся к концу XIX века. В 1898 году немецкий химик [[Эйнхорн, Альфред|Альфред Эйнхорн]], известный впоследствии как изобретатель новокаина, впервые описал синтез поликарбоната. В период своей работы в лаборатории [[Байер, Адольф|Адольфа фон Байера]] в [[Мюнхен|Мюнхене]] он провел реакцию хлорангидрида угольной кислоты с тремя изомерами дигидроксибензола, в результате чего был получен полимерный эфир угольной кислоты — прозрачное, нерастворимое и термостойкое вещество, выпавшее в осадок.

В 1953 году немецкий специалист компании [[Bayer]] Герман Шнелл синтезировал поликарбонат на основе бисфенола А. Полученный материал продемонстрировал уникальные механические свойства, не имевшие аналогов среди известных на тот момент термопластов. В том же году разработка была запатентована под торговой маркой «Макролон». Практически одновременно, с разницей в несколько дней, поликарбонат был получен Дэниелом Фоксом, исследователем американской компании [[General Electric]]. Возникшая патентная коллизия была урегулирована в 1955 году, после чего General Electric запатентовала собственную версию материала под маркой «[[Лексан]]». Промышленное производство технически пригодного поликарбоната было начато компанией Bayer в 1958 году, а компанией General Electric — в 1960-м. Впоследствии права на торговую марку «Лексан» перешли к саудовской компании [[SABIC]].

Однако получение самого вещества поликарбоната не означало появления сотового (ячеистого) поликарбоната как листового материала, которое произошло лишь два десятилетия спустя. В начале 1970-х годов поликарбонатом заинтересовались в [[Израиль|Израиле]] в связи с поиском альтернативы тяжелому и хрупкому стеклу. Правительство страны, активно поддерживавшее развитие сельского хозяйства в условиях пустыни, уделяло особое внимание строительству теплиц для создания контролируемого микроклимата. Стекло было дорогим и непрочным, полиакрилаты не обеспечивали должного температурного режима, тогда как поликарбонат продемонстрировал необходимые характеристики. В сотрудничестве с компанией General Electric (владельцем марки «Лексан») на оборудовании компании Polygal в Рамат-ха-Шофет и [[Мегиддо]] были проведены опыты по производству прозрачных пластиковых изделий. В 1976 году на заводе Polygal в Израиле был впервые получен сотовый лист из поликарбоната, который впоследствии получил широкое распространение в качестве строительного материала. Результаты этой работы легли в основу европейских и российских стандартов на сотовый поликарбонат.

В связи с проблемой деструкции поликарбоната под воздействием ультрафиолетового излучения компания Polygal первой предложила эффективное решение. На своем израильском предприятии была внедрена технология [[Экструзия (технологический процесс)|коэкструзии]], разработанная компанией Bayer. Данный метод позволяет нанести защитный слой, вплавляя его в структуру поликарбонатного листа, что обеспечивает надежную и долговременную защиту материала от солнечного излучения на протяжении всего срока эксплуатации.

== Методы синтеза ==
Синтез поликарбоната на основе бисфенола А осуществляется двумя основными методами: [[Фосгенирование|фосгенированием]] бисфенола А и [[Переэтерификация|переэтерификацией]] в расплаве диарилкарбонатов бисфенолом А.

Метод переэтерификации в расплаве

В качестве исходного сырья при данном методе используется [[Диметилкарбонат|дифенилкарбонат]]. Реакцию проводят в присутствии щелочных катализаторов, таких как [[метилат натрия]]. Температуру реакционной смеси повышают ступенчато в диапазоне от 150 до 300 °C. Процесс осуществляется в вакуумированных реакторах периодического действия с непрерывной отгонкой выделяющегося в ходе реакции [[Фенол|фенола]]. Полученный расплав поликарбоната охлаждают и подвергают грануляции. К недостаткам метода можно отнести относительно невысокую молекулярную массу получаемого полимера (до 50 кДа), а также его загрязненность остатками катализатора и продуктами термодеструкции бисфенола А.

=== Метод фосгенирования бисфенола А ===
Фосгенирование бисфенола А проводят в растворе хлоралканов, как правило, в [[Дихлорметан|хлористом метилене]] (CH₂Cl₂), при комнатной температуре. Существуют две модификации данного процесса: поликонденсация в растворе и межфазная поликонденсация:
: [[Файл:Polycarbonatsynthese.svg|центр|735x735пкс]]

==== ''Поликонденсация в растворе'' ====
В этой модификации в качестве катализатора и основания, связывающего выделяющийся хлороводород, применяют [[пиридин]]. Образующийся в ходе реакции гидрохлорид пиридина нерастворим в хлористом метилене, и по завершении процесса его отделяют фильтрованием. Остаточные количества пиридина, содержащиеся в реакционной смеси, удаляют путем промывки водным раствором кислоты. Поликарбонат выделяют из раствора осаждением с использованием подходящего кислородсодержащего растворителя (например, [[Ацетон|ацетона]]), что позволяет частично избавиться от остаточного бисфенола А. Полученный осадок высушивают и гранулируют. Основным недостатком этого метода является необходимость использования значительных количеств дорогостоящего пиридина (более 2 моль на моль [[Фосген|фосгена]]).

==== ''Межфазная поликонденсация'' ====
При фосгенировании в условиях межфазного катализа процесс проводят в две стадии. На первой стадии фосгенированием натриевой соли бисфенола А получают раствор смеси олигомеров, содержащих концевые хлорформиатные (–OCOCl) и гидроксильные (OH–) группы. На второй стадии осуществляется [[поликонденсация]] этой смеси олигомеров с образованием высокомолекулярного полимера.

== Переработка ==
При переработке поликарбонатов применяют большинство методов переработки и формовки термопластичных полимеров: литьё под давлением (производство изделий), выдувное литьё (разного рода сосуды), [[Экструзия (технологический процесс)|экструзию]] (производство профилей и плёнок), формовку волокон из расплава. При производстве поликарбонатных плёнок также применяется формовка из растворов — этот метод позволяет получать тонкие плёнки из поликарбонатов высокой молекулярной массы, формовка тонких плёнок из которых затруднена вследствие их высокой вязкости. В качестве растворителя обычно используют [[метиленхлорид]].

== Мировое производство ==
Поликарбонаты являются крупнотоннажными продуктами органического синтеза, мировые производственные мощности в 2006 году составляли более 3 млн тонн в год.
Основные производители поликарбоната (2006)<ref>{{Cite web |url=http://www.novattro.net/polycarbonate/market/ |title=Market review of polycarbonates: Russian and global markets of polycarbonates // SafPlast |access-date=2011-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20111116183910/http://www.novattro.net/polycarbonate/market/ |archive-date=2011-11-16 |url-status=dead }}</ref>:
{| class="wikitable"
|-
! Производитель !! Объём производства !! Торговые марки
|-
| Bayer Material Science AG || 900 000 т/год || Makrolon, Apec, Bayblend, Makroblend<ref>{{Cite web |url=http://www.bayermaterialscience.com/internet/global_portal_cms.nsf/id/PCS_EN |title=Polycarbonates // Bayer Material Science AG |access-date=2011-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110827112526/http://www.bayermaterialscience.com/internet/global_portal_cms.nsf/id/PCS_EN |archive-date=2011-08-27 |url-status=dead }}</ref>
|-
| Sabic Innovative Plastics || 900 000 т/год || Lexan
|-
| Samyang Busines Chemicals|| 360 000 т/год || Trirex<ref>{{Cite web |url=http://www.samyang.com/Eng/APP/Business/seBuCHEEnginTrirex.asp |title=Tryrex // Samyang Busines Chemicals |access-date=2011-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20111026161525/http://www.samyang.com/Eng/APP/Business/seBuCHEEnginTrirex.asp |archive-date=2011-10-26 |url-status=dead }}</ref>
|-
| Dow Chemical / LG DOW Polycarbonate || 300 000 т/год || Calibre<ref>{{Cite web |url=http://www.lg-dow.com/customer/services.htm |title=Calibre // LG DOW Polycarbonate |access-date=2011-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090515113052/http://www.lg-dow.com/customer/services.htm |archive-date=2009-05-15 |url-status=dead }}</ref>
|-
| Teijin || 300 000 т/год || Panlite<ref>{{Cite web |url=http://www.teijinkasei.com/drilldown.asp?page=panlite_pc.asp |title=Panlite // Teijin Kasei America |access-date=2011-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110616075633/http://www.teijinkasei.com/drilldown.asp?page=panlite_pc.asp |archive-date=2011-06-16 |url-status=dead }}</ref>
|-
| Всего || 3 200 000 т/год ||
|}

== Стандартизация ==
Технические условия на ячеистый поликарбонат установлены ГОСТ Р 56712—2015, вступившим в силу 1 мая 2016 года<ref>{{ГОСТ|Р 56712-2015}}</ref>. Изделия типа триплекс на основе поликарбоната проходят сертификацию по ГОСТ Р 30826—2014, распространяющемуся на многослойные стекла<ref name="ГОСТ Р 51136">{{ГОСТ|Р 30826-2014}}. Стекло многослойное</ref>.

== Применение ==
{{Якорь|Сотовый поликарбонат}}
Популярность листового поликарбоната объясняется уникальным комплексом его эксплуатационных качеств: [[Прозрачность среды|прозрачностью]], низкой плотностью (легкостью), [[Ударопрочность|ударопрочностью]], гибкостью и длительным сроком службы (обеспечиваемым наличием УФ-стабилизирующего слоя). Монолитный поликарбонат, обладающий высокими механическими и оптическими свойствами, востребован в различных отраслях промышленности. Он служит материалом для изготовления линз, компакт-дисков, автомобильных фар, корпусов электроники, очков и элементов светотехники. Благодаря высокой прочности и ударной вязкости (250—500 кдж/м²) применяются в качестве конструкционных материалов в различных отраслях промышленности, используются при изготовлении защитных шлемов для экстремальных дисциплин вело- и мотоспорта. При этом для улучшения механических свойств применяются и наполненные стекловолокном композиции.

=== Листовой поликарбонат в строительстве. ===
В России наибольшее распространение получил листовой поликарбонат. Он выпускается в двух форматах: ячеистом (сотовый поликарбонат, включая замковые панели) и сплошном (монолитный поликарбонат). В строительстве этот материал используется как светопрозрачный элемент кровельных и фасадных систем, при возведении теплиц, навесов, а также в конструкциях [[Шумозащитный экран|шумозащитных ограждений]] автодорог.

Стандартный поликарбонат не подходит для применений с длительным воздействием УФ-излучения. При этом происходит изменение оптических (помутнение, пожелтение) и механических (становится хрупким) свойств материала. Чтобы избежать этого, первичная смола может содержать [[УФ-стабилизаторы]]. Эти марки продаются как УФ-стабилизированный поликарбонат для литьевых и экструзионных компаний. Также поликарбонатные листы могут содержать анти-УФ-слой в качестве специального покрытия для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям.

Поликарбонат был выбран в качестве материала для производства прозрачных вставок в [[Олимпийская медаль|медалях]] [[Зимние Олимпийские игры 2014|Зимних Олимпийских игр 2014]] в [[Сочи]], главным образом из-за его большого [[Коэффициент теплового расширения|коэффициента теплового расширения]], а также ввиду прочности, пластичности, удобства нанесения рисунка лазером<ref>{{статья|автор=Лукьянченко С.|заглавие=Олимпийский инструмент|издание=[[Наука и жизнь]]|номер=1|год=2014|страницы=20—25|ссылка=https://www.nkj.ru/archive/articles/23590/|язык=|тип=|месяц=|число=|том=|issn=|archive-date=2019-04-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20190404184231/https://www.nkj.ru/archive/articles/23590/}}</ref>.
<gallery>
Файл:Reverso de CD.JPG|Несущая основа большинства [[Оптический диск|оптических дисков]] изготовлена из поликарбоната
Файл:Polycarbonate water bottle.JPG|Полимерные ёмкости для питьевой воды большой ёмкости изготовлены из поликарбоната, в отличие от [[Пластиковая бутылка|малой ёмкости]] изготавливаемых из [[полиэтилентерефталат]]а
Файл:Polycarbonate Greenhouse-00.jpg|Теплица остеклённая листовым монолитным матовым поликарбонатом
Файл:Twinwall Polycarbonate Sheet.jpg|Лист сотового поликарбоната толщиной 6 мм
Файл:Петуния в кашпо - panoramio.jpg|Теплица из неокрашенного (бесцветного) сотового поликарбоната
Файл:Sochi gold olympic medal.jpg|Золотая олимпийская медаль Зимних Олимпийских игр 2014 года в Сочи
</gallery>

== Размеры и масса сотового поликарбоната ==

=== Размеры поликарбоната ===
Номинальная ширина стандартных панелей поликарбоната согласно {{s|ГОСТ Р 56712—2015}} составляет 2100 мм. Номинальная длина: 6000 мм и 12000 мм. В продаже чаще всего встречаются следующие типоразмеры (данные в формате: ширина×длина×толщина, мм):
: сотового:
* 2100×12000× от 4 до 25;
* 2100×6000× от 4 до 25;
: монолитного:
* 2050×1250×1Л;
* 2050×3050× от 1,5 до 12.

=== Масса поликарбоната ===
Масса сотового поликарбоната чаще всего измеряется для квадратного метра определённой толщины<ref>{{Cite web |title=Масса поликарбоната разных брендов |url=https://wikiweight.info/strmat/massa-polikarbonata.html |access-date=2018-07-17 |archive-date=2018-07-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180718030517/https://wikiweight.info/strmat/massa-polikarbonata.html |url-status=live }}</ref>.
Согласно {{s|ГОСТ Р 56712—2015}} масса составляет:
* толщина: 4 мм, масса квадратного метра: 0,8 кг;
* толщина: 6 мм, масса квадратного метра: 1,3 кг;
* толщина: 8 мм, масса квадратного метра: 1,5 кг;
* толщина: 10 мм, масса квадратного метра: 1,7 кг.

== См. также ==
* [[Оргстекло]]
* [[Отделочные материалы#Панели ПВХ|Стеновые ПВХ-панели]]
* [[АБС-пластик]]
* [[Бронестекло]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{ГОСТ|25288-82}}
* {{Source|Q125542113|ref=Химическая энциклопедия}}

{{Пластмассы}}

[[Категория:Пластмассы]]
[[Категория:Термопласты]]
[[Категория:Органическое стекло]]

Поликарбонаты - История изменений

imported>ChemEdit: /* История возникновения */