پلی کربنات چیست؟

در حال حاضر این ترکیب در انبار موجود نیست.

پلی کربنات (polycarbonate) در دسته ترموپلاستیک های شفاف و منعطف قرار می گیرد . استحکام بالا ، مقاومت حرارتی مناسب، قابلیت استفاده در رنگ ها و طرح های مختلف ، مقاومت در برابر نفوذ اشعه فرابنش ، پایداری خوب و … باعث شده اند از این پلیمر در موارد مختلفی استفاده شود . از کاربردی ترین شکل های این محصول می توان به ورق آن اشاره کرد که به صورت گسترده در مصارف خانگی ، کشاورزی ، الکتریکی و الکترونیکی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد . در ادامه با خصوصیات ، روش تولید و کاربردهای این پلیمر بیشتر آشنا خواهیم شد .

ساختار پلی کربنات

polycarbonate پلیمر ترموپلاستیک شفاف کریستالی است که واحد تکرار شده در آن به شکل زیر است :

این ترکیب عموما دارای سختی و استحکام بالا در برابر ضربه حتی در دماهای بالا است ، جذب رطوبت پایین ، مقاومت الکتریکی و گرمایی بالا و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون از خواص این ترموپلاستیک هستند ، همچنین از لحاظ بیولوژیکی خنثی بوده و از مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی برخوردار است . موارد شاخصی که باعث شده اند این پلیمر کاربردهای مهندسی بسیاری پیدا کند عبارتند از :

• استحکام بالا
• پایداری ابعادی بالا
• خواص الکتریکی خوب

این پلیمر را می توان با استفاده از روش های معمول قالب گیری تزریقی و تکنیک های اکستروژن جهت تولید انواع مواد مقاوم مورد استفاده قرار گیرد . همچنین می تواند توسط روش های استاندارد استرلیزه شده و در پزشکی استفاده شود .

خواص مکانیکی پلی کربنات:

دانسیته : 1.2-1.22 g/cm3   –  حفظ چقرمگی ( مقاومت در برابر شکست در نتیجه اعمال تنش) از -20 تا 140 درجه سانتی گراد – نقطه جوش : 155 درجه سانتی گراد

کاربردهای عمده این محصول را می توان در موارد زیر خلاصه کرد :

• لوازم خانگی
• تجهیزات اداری
• سیستم های الکتریکی ، سوویچ ها و محفظه ها
• دیسک های فشرده
• تجهیزات پزشکی
• ظرف غذا و بسته بندی
• کاربرد های لعاب کاری و روشنایی
• عینک های ایمنی

حلال پلی کربنات ها

 حل کردن می تواند به دو منظور صورت صورت گیرد : 1- پاک کردن ماده مورد نظر از روی یک سطح خاص 2- محلول سازی و ایجاد یک محلول برای تشکیل فیلم . حلال های عادی مانند استون که در بسیاری از موراد مورد استفاده قرار می گیرند ، اثر چندانی بر روی پلی کربنات ندارند و هدف هر کدام از موراد ذکر شده باشد باید از حلال های دیگری بهره برد. برخی از این حلال ها عبارتند از : کلروفرم ، دی متیل فرمامید ، دی اوکسان، دی کلرومتان .

تاریخچه

اولین پلی کربنات های آروماتیک در اواخر دهه 1890 میلادی از واکنش بین هیدروکینون یا رزورسینول با فسژن در پیریدین تولید شدند ، اما کریستال های پلیمری بدست آمده شکننده و استفاده از آن ها دشوار بود . در سال 1941 اولین نوع قابل استفاده از آن تولید شد .

با این حال استفاده از این پلیمر در اواخر 1950 ، هنگامی که Bayer و GE توانستند به صورت جداگانه این ماده را به صورت تجاری از واکنش بر روی بیسفنول A (BPA)تولید کنند ، آغاز شد . تولید اولیه بر پایه واکنش فسژن با فنول جهت تولید دی فنیل کربنات (DPC) بود ، که با BPA جهت تولید پلیمر و آزاد ساختن فنول جهت استفاده دوباره کار می کرد . با این حال این فرآیند به دلیل سرعت کم واکنش و نیاز داشتن به چندین راکتور کوچک بچ (Batch) مشکلاتی را برای تولید کنندگان به وجود می آورد .

در ادامه مطالعات بر روی پلیمریزاسیون این  ، مشکل دست یابی به تماس مناسب بین BPA جامد و فسژن گازی با استفاده از فرآیند پلیمریزاسیون سطحی حل شد . در این روش نمک قلیایی بیسفنول A حل شده در آب ، در حضور یک حلال خنثی فوسژناته می شود . واکنش می تواند در یک و یا دو مرحله و در فرآیند بچ و یا پیوسته انجام گیرد .

فرآیند تولید

امروزه این ماده شیمیایی عموما از طریق واکنش فسژن و بیسفنول – A تولید می شود . فسژن از طریق واکنش دادن کلر (حاصل از الکترولیز سدیم هیدروکسید) با کربن مونو اکسید (حاصل از پیرولیز ذغال سنگ ، نفت و یا گاز) تولید می شود. معمولا برای جلوگیری از مشکلات موجود در انتقال و نگهداری فسژن ، مقدار فسژن مورد نیاز را در همان محل تولید می کنند .

تولید بیسفنول – A پیچیده تر است . نفتا و یا گاز طبیعی در  طی عملیات کراکینگ ، پروپیلن ،هیدروژن و برخی ترکیبات دیگر مانند بنزن تولید می کنند . مقداری از بنزن و تمام تولوئن تولیدی از هیدروژناسیون ترکیبات نفتنیک در نفتا حاصل می شوند .

بنزن و پروپیلن با یکدیگر برای تولید کیومن واکنش داده که به نوبه خود با استون واکنش داده که فنل به عنوان محصول جانبی تولید می شود .

در نهایت فنول و استون برای تولید بیسفنول –A واکنش می دهند. فرآیند کلی که در نهایت به تولید این ترکیب منجر می شود.

خواص ویژه این پلیمر باعث شده است که در تولید پنجره های ضد گلوله، لنزهای نشکن، دیسک های فشرده و غیره استفاده شود . سالیانه در حدود 2.7 میلیون تن از این ماده در کل جهان تولید می شود.

پلیمریزاسیون

معمول ترین روش تولید این ترکیب از طریق واکنش بین بیسفنول –A و فسژن در فرآیند پلیمریزاسیون بین سطحی انجام می شود. در این روش نمک دی سدیم بیسفنول –A که در آب حل شده است با فسژن حل شده در یک حلال آلی مانند متیلن کلراید واکنش می دهد . با این حال فرآیند فسژن دارای تعدادی نقطه ضعف است که عبارتند از : سمیت فسژن ، استفاده از حلال دارای نقطه جوش پایین و مقدار زیاد پساب حاوی متیلن کلراید که باید تصفیه شود .

استفاده از کاستیک سودای غلیظ و هیدروژن کلرید باعث به وجود آمدن مشکلاتی در زمینه خوردگی می شود که باید در نظر گرفته شوند .

امروزه استفاده از فسژن در کارخانه ها با کاهش روبه رو است و از فرآیندهای غیر فسژنی بهره می برند . در این روش از پلیمریزاسیون بر اساس انتقال دی فنیل کربنات با بیسفنول –A انجام می گیرد . این فرآیند معمولا به عنوان فرآیند ذوب شناخته می شود که دارای مزیت تولید محصولی غیررقیق است که می توان مستقیما آن را به گلوله تبدیل کرد .

معایب این روش نیز عبارتند از  : نیاز به تجهیزات مقاوم در برابر دما و خلا بالا . با کاهش یافتن هزینه های تولیدی و تجهیزاتی انتظار می رود که این روش به زودی در کل دنیا مورد استفاده قرار بگیرد .

گریدها و کاربردهای پلی کربنات

گریدهای تجاری مختلفی از این ماده شیمیایی تولید و عرضه می شوند که عمده تفاوت آن ها در جرم مولکولی ، حضور یا عدم وجود ترکیب پلی هیدروکسیل دوم و افزودنی ها است .

پلیمرهای دارای وزن مولکولی کمتر از 20000 به صورت معمول برای کاربری پلاستیک مناسب نیستند ، در حالی که پلیمرهای دارای جرم مولکولی بالاتر از 50000 عموما با روش ریخته گری محلولی به فیلم تبدیل می شوند .

پلیمرهای با وزن مولکولی کم (18000 تا 32000) می توانند برای قالب گیری دیواره های نازک مورد استفاده قرار گیرند اما در مقادیر کمتر از 18000 پلیمر شکننده تر شده و در برابر تنش مقاومت کمتری دارد .

برای کنترل جرم مولکولی از افزودنی هایی مانند ایزواکتیل فنول ها استفاده می شود.

گریدهای ویسکوز برای اکستروژن و قالب گیری بادی مناسب هستند ، همچنین ادعا می شود که در هنگام آتش باعث کاهش ریزش قطرات می شوند.

یکی از اشکال این پلیمر که پس از فرآوری در بسیاری از موارد مورد استفاده قرار می گیرد ، ورق پلی کربنات است .

ورق این محصول جایگزین خوبی برای شیشه ، اکریلیک و سایر غشاهای پلی اتیلنی است . مقاومت در برابر ضربه این ورق ها 250 برابر بیشتر از شیشه است ، در برابر اشعه UV مقاوم است و همچنین ضد گلوله بوده و سبک می باشد .

مقاومت در برابر شعله ، انعطاف پذیری و پایداری در برابر شرایط اب و هوایی و مانع ورود اشعه فرابنفش از جمله مزایای دیگر این ورق هاست.

ورق های پلی کربنات را می توان برای استفاده در پنجره ، سقف ، فنس ، پنجره شیشه ضد گلوله و یا مدل سقفی آن را برای جلوگیری از ورود اشعه فرابنفش استفاده کرد .

کشاورزی

پلی کربنات در ساخت گلخانه ها به دلیل استحکام 250 برابری آن ، عبور بهتر نور در مقایسه با شیشه و پلاستیک ، عایق انرژی بودن، طول عمر بالا، وزن سبک و نصب آسان امروزه در سقف و یا دیواره گلخانه ها به کار می رود و مورد توجه کشاورزان درصنعت گیاهان گلخانه ایی می باشد.

در زمان خرید پلی کربنات گلخانه توجه به نوع و ضخامت ورق های پلی کربنات بسیار مهم است. قیمت ورق پلی کربنات به دلیل وزن سبک آن کمتر از شیشه خواهد بود.

دکوراسیون

وجود در رنگ ها و بافت های مختلف باعث شده است که بتوان از این پلیمر به جای شیشه در مکان های مختلف استفاده کرد . همچنین می توان به عنوان یک جدا کننده سبک از آن در کل فضاها استفاده برد.

صنایع الکتریکی و الکترونیکی

بسیاری از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی مانند سنسورها ، اتصالات ، رله ها ، کامپیوترها و …. به دلیل وزن کم و استحکام زیاد از این ماده شیمیایی ساخته می شوند. شکل توخالی این پلیمر به دلیل اینکه در برابر حرارت عایق بسیار مناسبی است برای کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی مناسب است .

صنعت اتومبیل

عملیات پذیری بالا ، ثبات ابعادی ، استحکام ، جذب رطوبت کم  و مقاومت خوب در برابر حرارت باعث شده است که در ساخت بسیاری از قطعات اتومبیل مورد استفاده قرار گیرد. این قطعات عبارتند از چراغ، سیخ رادیاتور، لنزهای داخلی، دستگیره در و سایر اجزای شفاف خودرو .

کاربرد در CNC و پرینترهای سه بعدی:

این محصول یک کاندیدای مناسب برای فرآیندهای ماشین کاری و تراش می‌باشد. در این کاربرد PC  معمولا رنگ‌های سفید و سیاه روشن استفاده می‌شوند و معمولا پس از انجام فرآیند به منظور ایجاد شفافیت و حذف پستی و بلندی‌ها باید یک فرآیند صیقل کاری و سنباده زنی انجام گیرد.

از آن جا که این محصول یک ترموپلاستیک است، چاپگرهای سه‌بعدی با استفاده از آن و فرآیند FDM قادر به پرینت سه بعدی خواهند بود. در ابتدا این مواد به صورت رشته ساخته می‌شوند و پرینتر سه بعدی این رشته‌ها را گرم کرده و به صورت سه بعدی و لایه لایه به منظور ساخت شکل مورد نظر روی هم می‌نشاند.

پلاستیک های PC

این پلاستیک‌ها، پلاستیک‌های مهندسی هستند چراکه مقاومتر و مستحکم‌تر از شیشه هستند در حالی که شفافیت شیشه را دارند، علاوه براین مقاومت آن در برابر ضربه بسیار بیشتر از شیشه است. نمودار شکل زیر مقاومت در برابر ضربه پلی کربنات را نسبت به پلاستیک‌های متداول مانند ABS ، پلی استایرن ، یا نایلون را نشان می‌دهد.

یکی دیگر از ویژگی‌های PC این است که بسیار انعطاف پذیر است و در دمای اتاق شبیه به ورق آلومینیوم عمل می‌کند و دچار ترک خوردگی یا شکستن نمی‌شود.

ورق‌

ورق‌های پلی کربنات که معمولا به پنل‌های PC نیز شناخته می‌شوند، یک جایگزین مناسب برای شیشه، اکرلیک و سایر غشاهای پلی‌اتیلن هستند. این ورق‌های سفت و راه راه مانند معمولا در سقف و پنجره‌های حیاط، راهرو‌ها و تراس‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین می‌توان از آن‌ها به منظور ایجاد یک مانع تخریب ناپذیر در حصارکشی‌ها استفاده کرد. علاوه بر این از این ورق‌ها در کاربردهای دیگری مانند گلخانه‌ها، کشاورزی و عایق سروصدا نیز استفاده می‌شود. این پنل‌ها نقش مهمی در حفاظت از محیط زیست دارند.

از این محصول می‌توان در پنجره‌های ضد گلوله داخل بانک و سقف‌های پلی کربناتی برای فیلتر نور فرابنفش خورشید نیز استفاده کرد. دو نوع ورق پلی کربنات شفاف و مات به صورت توپر و توخالی تقسیم بندی می شوند و تفاوت اصلی آن‌ها میزان مقاومت در برابر ضربه و میزان انتقال نور می‌باشد.

در نوع توپر آن از یک لایه جامد سنگین استفاده می‌شود و برای مواردی کاربرد دارد که مقاومت در اولویت است. نوع توخالی آن با حداقل دو دیواره ساخته می‌شود و برای کاربردهایی همچون عایق حرارتی توصیه می‌شود. ورق‌های پلاستیکی راه راه در بافت‌ها و رنگ‌های مختلف تولید می‌شوند و در اندازه‌های مختلف نیز قابل برش هستند. یکی از انواع ورق‌های پلی کربنات توخالی نمونه لانه زنبوری آن می‌باشد که در شکل زیر نمایش داده شده است. این ورق‌ها علاوه بر وزن سبک مقاومت بالای در برابر فشار و ضربه دارند.

آیا PC سمی است؟

این احتمال وجود دارد که انواع خاصی از این محصول به دلیل آزاد شدن بیسفنول (BPA-A) در حین هیدرولیز به دلیل واکنش با آب موجود در مواد غذایی خطرناک باشند. اکثر مطالعاتی بر روی BPA که توسط دولت انجام شده است نشان ‌می‌دهد که این ماده برای سلامتی خطرناک است. این در حالی است که مطالعاتی که با استفاده از بودجه صنعتی انجام شده است نشان می‌دهد که این ماده برای سلامتی انسان خطر چندانی ندارد. صرف نظر از مطالعات متناقض د مورد اثرات منفی BPA، انواع خاصی از PCهای بدون BPA که معمولا در مصارفی مانند قوطی کنسرو استفاده می‌شوند تولید شده است.