Polycarbonater er polymerer, som har organiske funktionelle grupper, der er bundet sammen af carbonatgrupper. Den mest anvendte er en termoplast, som har lange molekylære kæder.

Anvendelser af polycarbonater

Der findes mange polycarbonater, som varierer i egenskaber afhængig af deres molekylære masse og struktur. Efterhånden som den molekylære masse stiger, bliver polymeren mere stiv. Endvidere ændres egenskaberne ved at blande det med andre polymerer, f.eks. med ABS og polyestere som PET.

På grund af deres bemærkelsesværdige egenskaber (de er flamme- og varmebestandige, hårde og gennemsigtige) anvendes polymererne i meget stor udstrækning.

Figur 1 Polycarbonaternes egenskaber, deres styrke og bemærkelsesværdige gennemsigtighed og deres biokompatibilitet gør dem til ideelle materialer til medicinske apparater. De anvendes i dialysemaskiner til behandling af nyreproblemer og, som vist her, til iltningsapparater, der overtager hjertets og lungernes arbejde under alvorlige operationer på dem, f.eks. i forbindelse med by-pass-kirurgi. Polycarbonat kan let steriliseres med epoxyethan, stråling eller opvarmning i damp. Med venlig tilladelse fra Bayer MaterialScience AG.

Til anvendelsesmulighederne for polycarbonater og blandinger heraf hører bl.a.:

• medicinsk (f.eks. til dialysehuse og brilleglas)
• elektronisk-elektronisk (f.eks. stikkontakter, lampedæksler,
• sikringsbokse, computer- og tv-huse)
• byggeri (f.eks. stadiontak, skilte, ovenlysvinduer)
• optisk opbevaring (cd’er, DVD, HD-DVD)
• biler (indvendig belysning og forlygter, soltage, sideruder, radiatorer, køler, gitre, kofangere)
• emballage (f.eks. store vandflasker)

Figur 2 Disse dvd’er er fremstillet af en polycarbonat. Med venlig tilladelse fra Bayer MaterialScience AG. Figur 3 Der er anvendt polycarbonat til at lave tagkuplen på denne eksperimentelle bil, kaldet zaZan, der er skabt af den berømte schweiziske designer Frank M Rinderknecht. Med venlig tilladelse fra Bayer MaterialScience AG.

Årlig produktion af polycarbonater

World	4.4 mio. tons1
Asien	2,0 mio. tons2
Europa	1.5 mio. tons2
USA	0,9 mio. tons2

1. 2016 skøn Merchant and Research Consulting, 2014

2. 2016-estimat fra reference 1 og PlasticsEurope, 2015

Fremstilling af polycarbonater

Den mest anvendte polycarbonat fremstilles ved kondensationspolymerisation mellem bisphenol A og enten carbonylchlorid eller diphenylcarbonat.

Bisphenol A fremstilles ved kondensation af phenol med propanon.

Carbonylchlorid fremstilles af carbonmonoxid og chlor:

Diphenylcarbonat fremstilles af dimethylcarbonat, som ofte fremstilles af methanol, ilt og carbonmonoxid i flydende fase i tilstedeværelse af et kobbersalt, f.eks. kobber(II)-chlorid:

Polymeren dannes normalt ved reaktion af bisphenol A og carbonylchlorid i en basisk opløsning.

Der fremstilles en opløsning af bisphenol A i natriumhydroxid (dvs. en opløsning af natriumsaltet af phenol). Den blandes med en opløsning af carbonylchlorid i et organisk opløsningsmiddel (dichlormethan). Polymerisationen finder sted ved grænsefladen mellem det vandige og det organiske lag ved hjælp af en katalysator (en amin):

Polycarbonaten holdes i opløsning i det organiske lag. Denne opløsning løber derefter af fra det vandige lag og inddampes enten for at danne granulat af polymeren, eller der tilsættes ethanol for at udfælde den faste polymer.

En stigende andel af polycarbonaterne fremstilles imidlertid via diphenylcarbonat for at eliminere brugen af carbonylchlorid, en yderst giftig gas.

Bisphenol A og esteren opvarmes sammen for at danne en smeltet polymermasse:

Fenol og overskydende reaktanter fjernes ved destillation under reduceret tryk. Polycarbonatsmeltemassen presses derefter gennem fine dyser til lange “spaghettilignende” tråde, som afkøles og granuleres.

Udviklinger

Men selv om polycarbonat afledt af bisphenol A uden tvivl er det mest anvendte polycarbonat, er der udviklet co-polymerer, hvor substituerede bisphenoler tilsættes og reageres med diphenylcarbonat.

For eksempel tilsættes tetrabromobisphenol A, før polymerisationen. Den resulterende polymer har forbedret flammebestandighed.

En anden co-monomer, der anvendes, er tetramethylbisphenol A, som forbedrer polycarbonatets modstandsdygtighed over for varme.