Was ist Polycarbonat?
Polycarbonat ist ein amorpher Kunststoff mit der Summenformel C15H16O2 und wird aus Bisphenol A hergestellt. Polycarbonat hat eine hohe Schlagzähigkeit und ist daher rissfest.
Unter den Kunststoffen zeichnet es sich durch eine hohe Schlagzähigkeit aus, sodass es schwer zu brechen ist, eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Transparenz, keine Toxizität, eine hohe Witterungsbeständigkeit und selbstverlöschende Eigenschaften. Es hat aber den Nachteil einer geringen Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und Lösungsmitteln und ist leicht zu zerkratzen.
Polycarbonat ist ein thermoplastisches Harz, das bei Wärmeeinwirkung erweicht und mit dem Symbol PC markiert wird; in der Fachwelt ist es auch als Polica bekannt.
Anwendungen von Polycarbonat
Polycarbonat wird aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit und Verarbeitbarkeit in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Nachfolgend finden Sie Beispiele für die Verwendung von Polycarbonat und seine Eigenschaften.
1. Transparenz
Mit einer Transparenz, die mit der von Glas vergleichbar ist, wird Polycarbonat in optischen Anwendungen wie Brillengläsern, Kameralinsen, optischen Fasern, CD- und DVD-Substraten sowie in Fenstern von Kampfflugzeugen verwendet. Polycarbonat ist das einzige farblose, transparente Material unter den technischen Allzweckkunststoffen.
2. Schlagzähigkeit
Aufgrund der höchsten Schlagzähigkeit aller Kunststoffe wird Polycarbonat für kugelsichere Materialien, Windschutzscheiben von Helmen usw. verwendet und ist bei der Verwendung in allgemeinen Umgebungen praktisch unzerbrechlich.
3. Wetterbeständigkeit
Da es gegen ultraviolette Strahlen resistent ist und sich nicht leicht zersetzt, behält es seine hohe Festigkeit über einen langen Zeitraum bei, wenn es im Freien verwendet wird. Es wird für Außenanwendungen wie Bedachungen und Oberflächen von Sonnenkollektoren sowie für Autoscheinwerfer, Dachreling und Türgriffe verwendet.
4. Formbeständigkeit
Aufgrund der geringen Schrumpfung während des Formens und der geringen Feuchtigkeitsaufnahme hat Polycarbonat eine hohe Dimensionsstabilität und wird für Smartphone-Hüllen verwendet.
Funktionsweise von Polycarbonat
Polycarbonat ist einer der fünf wichtigsten technischen Allzweckkunststoffe und zeichnet sich durch seine hohe Schlagzähigkeit (20-mal höher als Polyamid oder Polybutylterephthalat) und Rissbeständigkeit aus. Neben seiner guten mechanischen Festigkeit wird es auch deshalb in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, weil es zwei Benzolringe in seiner Hauptkette enthält, die es selbstverlöschend machen (es breitet sich nicht aus, selbst wenn es in Brand gerät).
Polycarbonat wird nicht allein verwendet, sondern in einigen Fällen in Polymerlegierungen mit anderen Polymeren. Beispielsweise wird PC-ABS durch Mischen von Polycarbonat mit ABS-Harz, das eine gute chemische Beständigkeit aufweist, hergestellt, um die chemische Beständigkeit zu verbessern. Andere Produkte werden mit Polyestern wie PET und PBT gemischt oder mit Füllstoffen versetzt.
Polycarbonat zeichnet sich auch durch eine breite Palette von Produktionsmethoden aus. Es kann mit einer Vielzahl von Methoden geformt werden, darunter Extrusion, Vakuumformung und Blasformung sowie Spritzguss. Seit kurzem wird Polycarbonat auch in 3D-Druckern verwendet, mit denen sich problemlos komplexe Formen herstellen lassen. Es ist jedoch zu beachten, dass die mechanische Festigkeit je nach Herstellungsverfahren schwächer sein kann.
Methoden zur Herstellung von Polycarbonat
Es gibt zwei Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat: die Polymerisation nach der Reaktionsformel (Grenzflächenpolymerisation) und die Esteraustauschmethode, wie zu Beginn dieses Abschnitts beschrieben.
1. Grenzflächenpolymerisation
Bei dieser Methode wird Polycarbonat durch Kondensationspolymerisation an der Grenzfläche zwischen der wässrigen und der Ölphase durch Zugabe von Carbonylchlorid zu einer Suspensionslösung von Bisphenol A in wässriger Natriumhydroxidlösung und Methylenchlorid oder Chlorbenzol hergestellt. Im Vergleich zur Esteraustauschmethode sind die Reaktionsbedingungen milder, sodass Polycarbonate mit einem breiten Spektrum an Molekulargewichten hergestellt werden können, vom niedrigen bis zum hohen Molekulargewicht.
Nach der Polymerisation wird das Polycarbonatharz in der Ölphase aufgelöst und durch ein Trennungs- und Neutralisationsreinigungsverfahren, ein Polymerrückgewinnungsverfahren und ein Trocknungsverfahren wird körniges Polycarbonat gewonnen.
2. Esteraustauschverfahren
Bei diesem Verfahren wird Polycarbonat durch Schmelzen und Mischen von Bisphenol A und Diphenylcarbonat in Gegenwart eines Katalysators und Polykondensation unter Rückgewinnung von Phenol bei hoher Temperatur und reduziertem Druck ohne Verwendung von Lösungsmitteln hergestellt. Das zurückgewonnene Phenol wird als Ausgangsstoff für Diphenylcarbonat wiederverwendet.
Das Polycarbonat wird in reinem geschmolzenem Zustand und nicht in Lösung gewonnen und kann zu Produkten pelletiert werden, was diese Methode zu einem einfacheren Syntheseverfahren macht als die Grenzflächenpolymerisation.