Производство поликарбоната
Опубликовано: 02.09.2018
Благодаря универсальным техническим характеристикам, таким как легкость, прочность, коррозийная стойкость, поликарбонаты являются очень востребованным материалом в различных отраслях промышленности: в производстве автомобилей, электротехнической, электронной промышленности, в производстве предметов бытового потребления и т.д. Составляя серьезную конкуренцию металлу и стеклу, за счет увеличения потребления конструкционных материалов доля литого и сотового поликарбонатов на мировом рынке с каждым годом завоевывает все новые позиции.
Поликарбонат это материал, обладающий следующими свойствами: устойчив к морозам, способен выдержать кратковременный нагрев до 153 ºС, а также циклические перепады температур от +100ºС до -253ºС.
Производство поликарбоната - сложный технологический процесс, в основе которого лежит использование двухатомного фенола и угольной кислоты.
Поликарбонат является линейным полиэфиром этих двух составляющих компонентов. В зависимости от природы, поликарбонаты разделяются на алифатические, жирноароматические и ароматические. Практическое значение имеет лишь ароматический поликарбонат. Поликарбонаты относятся к разряду аморфных, инженерных пластиков, а изготовленные на их основе композиции - к специальным полимерам.
Достоинства поликарбоната
Схема структур сотового поликарбоната.
Широкий диапазон использования литого и сотового поликарбоната обусловлен универсальными термическими, оптическими и механическими свойствами данного материала. Так, поликарбонат обладает высокой прочностью и жесткостью в сочетании с довольно высокой стойкостью к различным ударным воздействиям, в том числе и при повышенной или пониженной температуре.
Поликарбонат - морозостойкий, оптически прозрачный материал, способный выдерживать кратковременный нагрев до 153ºС и циклические перепады температур от +100ºС до -253ºС. Поликарбонат устойчив к агрессивному воздействию окислителей, растворов солей, кислот, но не обладает устойчивостью к действию щелочей, органических растворителей и концентрированных кислот.
Современные технологии изготовления поликарбоната
Процесс создания поликарбоната базируется на использовании одной из следующих технологий: поликонденсации, переэтерификации или межфазной поликонденсации.
Поликонденсация - это метод синтеза полимеров, базирующийся на реакциях замещения мономеров и/или олигомеров, которые, взаимодействуя между собой, образовывают побочные низкомолекулярные соединения.
Переэтерификация диарилкарбонатов проводится с ароматическими диоксисоединениями (так называемый нефосгенный способ). В качестве диоксисоединения выступает 2,2-бис-(4-оксифенил) пропан (диан, бисфенол А).
В промышленном производстве поликарбоната в настоящее время используется способ, базирующийся на межфазной поликонденсации. Согласно данному методу производится взаимодействие динатриевой соли бисфенола А с фосгеном в присутствии оснований. Протекающие при взаимодействии процессы практически необратимы. Данная технология используется для производства 80% поликарбоната в мире.
Наша отечественная технология также применяет метод межфазной поликонденсации фосгена с бисфенолом А. Очевидными недостатками данного метода является высокая токсичность реагента, склонность к образованию побочных продуктов и необходимость последующей очистки образующегося полимера от изначально применяемых реагентов и побочных компонентов.
Схема устройства оптического поликарбоната.
Производство полимеров на основе новейших технологий ориентировано на нефосгенный метод выпуска, который базируется на процессах взаимодействия диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК) и дифенилолпропана. Подобное решение позволяет перевести технологическую процедуру получения ПК из фазы жидкого состояния в расплав, исключить экологически опасный фосген и существенно увеличить объемы производства.
Бесфосгенный метод по всем параметрам, кроме энергетических расходов, превосходит традиционные технологии. Но пока и он не лишен некоторых недостатков, в число которых входит побочное выделение анизола, не имеющего на данном этапе полезного применения в том объеме, который образуется в ходе нефосгенной реакции. Мировое потребление анизола в настоящее время составляет до 7 тыс. тонн, поэтому излишки материала отправляются на сжигание. Еще одним существенным минусом нефосгенной технологии является невозможность получения ряда марок поликарбоната - высокомолекулярного поликарбоната и сополимеров на основе поликарбоната.
Поликарбонатный гранулят, как известно, является основой для производства листов поликарбоната, в число которых входит и сотовый поликарбонат. Этот материал представляет собой листы ячеистой структуры, выполненные из полимера в виде сот, которые состоят из двух слоев, соединенных посредством внутренних ребер жесткости между собой. Сотовый поликарбонат - легкий, устойчивый к коррозийным процессам, ударопрочный материал с хорошими теплоизоляционными и светопрозрачными свойствами.
На рынке, помимо обычного сотового поликарбоната, можно встретить и более долговечный его аналог - полимер, покрытый специальным защитным слоем, устойчивым к ультрафиолетовому излучению. Благодаря своим универсальным свойствам сотовый поликарбонат очень востребован в строительстве и сельском хозяйстве. В зависимости от толщины, он выступает в качестве прекрасного материала для оборудования навесов, арок, крыш, витрин, перегородок, бассейнов, теплиц, балконов, автобусных остановок, вокзалов, стадионов и т.д., поэтому в число целевых потребителей материала входят автостоянки, муниципалитет, рекламные и дизайнерские компании, АЗС, подрядчики, тепличные хозяйства и сельскохозяйственные предприятия.
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:
Схема воздействия солнечных лучей на поликарбонат.
гранул поликарбоната; специализированного оборудования; 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.
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.
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.