8聚碳酸酯9聚酯

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1、高分子材料设计聚碳酸酯1发展简史聚碳酸酯(PC)是分子主链中含有碳酸酯链节的热塑性树脂。通式为：根据酯基结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族－芳香族等多种类型。因制品性能、加工性能及经济因素等原因，目前仅有双酚A型芳香族PC投入工业化规模生产和应用，是目前产量最大、用途最广的一种PC，也是发展最快的工程塑料之一，在工程塑料中的用量仅次于PA，居第二位。PC是一种价格比较贵的工程塑料，早期其生产和应用领域有限，自20世纪80年以来，随着经济的发展，PC优异的性能得到重视，应用迅速扩展，产量剧增。目前，PC生产高度集中，世界上只有6个国家或地区(美国、西欧、

2、日本、韩国、巴西和中国)生产PC；美国GE公司是世界最大的PC生产商，其次为Dow化学公司、德国Bayer公司和日本帝人公司。2反应原理2．1光气界面缩聚法光气界面缩聚法合成是在常温常压下，由双酚A钠盐与光气进行界面缩聚得到PC，化学反应式为：2．2熔融酯交换法熔融酯交换法工艺是以苯酚为原料，经界面光气化反应制备碳酸二苯酯(DPC)，碳酸二苯酯再在催化剂(如卤化锂、氢氧化锂、卤化铝锂及氢氧化硼等)、添加剂等存在下与双酚A进行酯交换反应得到低聚物，进一步缩聚得到PC产品。化学反应方程式为：2．3非光气酯交换法非光气酯交换法又称非光气熔融法，两种单体分别

3、为双酚A和碳酸二苯酯，其反应过程可分为酯交换阶段和缩聚阶段。碳酸二苯酯是由碳酸二甲酯(DMC)和苯酚进行酯交换反应生成，在碱性催化剂(碱金属或碱土金属盐类)存在下，碳酸二苯酯再和双酚A缩聚得到低聚物，进一步缩聚得到PC。酯交换反应和缩聚反应中，其反应过程均为可逆平衡反应。为获得预期分子量的聚碳酸酯，必须不间断并尽可能多地从反应物系中移出反应生成的低分子产物苯酚或碳酸二苯酯。化学反应方程式为：3生产工艺3．1溶液光气工艺3．2熔融酯交换法工艺3．3界面缩聚光气工艺3．4非光气酯交换法工艺3．5其他非光气酯交换法工艺4结构和性能4．1PC结构PC比较复杂

4、，芳香族结构通式如下：式中，R基团可以是各种不同的基团，n值为100－500。因结构不同，PC可分为脂肪族、芳香族和脂肪芳香族3种。脂肪族PC熔点低、溶解度高、亲水、热稳定性差、机械强度低，不能作工程塑料使用，脂肪芳香族PC结晶性较强，性脆、力学强度差，实用价值也不大。真正有实用价值的是芳香族PC，其中主要是含有双酚A型。分子结构不同影响分子链的柔性和分子间相互作用力。工业化生产的PC主要为双酚A型。结构为：由于在其结构中包含了柔性的碳酸酯链与刚性的苯环，从而使其具有许多其他工程塑料所不具备的特殊性能，并因此得到了广泛的应用。4．2性能PC是一种综合

5、性能优良的非晶型热塑性工程塑料。无味、无臭、无毒、透明。具有优良的力学性能，尤其是冲击性能和透明性优异，在热塑性树脂中名列前茅，耐蠕变性很小，尺寸稳定，在低温下仍保持较高的力学强度。缺点是耐疲劳强度较低，容易产生应力开裂，缺口敏感性高，耐磨性较差。4．2．1分子量与性能的关系分子量及其分布对PC性能的影响表现在多个方面：当n值为40时，是PC性能发生突变的分水岭。n>40时，低聚物转变为高弹态，并随着n值的增大，PC的Tg、熔融温度Tm提高，同时Tg、Tm的范围均随分子量分布的增加而变宽。低分子量的PC可以结晶。当n>800时，PC失去结晶能力。PC

6、的力学强度、断裂伸长率、冲击韧性均随分子量的增大而增大。当聚合度达到l00时，力学强度趋于稳定。冲击强度随分子量的增加而增加，在相对分子量为2.8万－3万时，达到最大值，随后随分子量的增加而略有下降。在相对分子量低于2万时，冲击强度很低。随分子量的增加，断裂伸长率增加，增加到一定程度后，变化变缓。分子量分布加宽对力学性能影响不利:PC易应力开裂，增加分子量，链缠结点数增多，抗应力开裂能力提高，分子量分布加宽，低分子量级分增多，容易形成微观撕裂，造成应力集中，导致制品开裂。4．2．2力学性能PC力学性能优良，尤其是冲击性能优异，在低温下仍能保持较高的力

7、学强度，是一种强韧性材料。在很宽的范围内能保持较好的尺寸稳定性。PC的冲击强度是目前使用的热塑性通用和工程塑料中最高的。PC的冲击强度比PA、POM高3倍以上，与玻璃纤维增强酚醛和聚酯玻璃钢相当。PC的应力—应变曲线属于硬而韧的类型，在拉伸过程中产生明显的屈服点，强度很高，断裂伸长率较大。4．2．3光学性能PC无色透明，透光性高，透光率大于87％，最高可达90％以上。PC的折射率随温度的变化呈直线关系。在室温时为1.5872；－20℃时为1.5914，140℃时为1.5745。由于折射率高，韧性高，适宜制作精密光学仪器。4．2．4抗应力开裂性能PC不

8、耐应力开裂，主要是PC熔体黏度大．成型时易产生内应力，内应力使分子间力和链的缠结数减少，在外力作用下，承受点